Bir üst yapı veya altyapı projesinde geoteknik tasarım, yapıdan dolayı meydana gelecek gerilme artışları ile zemin veya kaya ortamının birlikte değerlendirilmesini gerektirir. Zemin profili, yeraltı suyu koşulları, temel ve kazı geometrisi, çevre yapılar, yapım aşamaları ve deprem etkileri, seçilecek temel sistemi, iksa çözümü, zemin iyileştirme yöntemi seçimini ve diğer geoteknik tasarım kararlarını doğrudan etkiler.
Geoteknik proje, saha ve laboratuvar çalışmalarından elde edilen verilerin mühendislik açısından değerlendirilerek arazi idealize zemin modeline dönüştürülmesi, geoteknik tasarım parametrelerinin belirlenmesi, uygun çözüm alternatiflerinin karşılaştırılması ve seçilen sistemin hesap, detay ve uygulama esaslarının geliştirilmesi sürecidir. Projenin niteliğine göre bu süreç temel tasarımı, iksa projesi, zemin iyileştirme projesi, şev stabilitesi, geosentetik sistemler veya geoteknik deprem mühendisliği çalışmalarını kapsayabilir.
Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018), zemin ve temel etüt raporlarını zemin araştırması sonuçlarının sunulduğu Veri Raporu ile tasarıma yönelik Geoteknik Rapor olarak ayırır. Geoteknik Raporda arazi zemin modelinin oluşturulması, geoteknik tasarım parametrelerinin verilmesi, temel sistemi seçeneklerinin değerlendirilmesi ve gerekli mühendislik analizlerinin yapılması öngörülmektedir (AFAD, 2018). Geoteknik proje tasarımı ise bu verilerin yapı ve saha koşullarıyla birleştirilerek uygulanabilir bir mühendislik çözümüne dönüştürüldüğü aşamadır.
Zemin Etüdü, Geoteknik Rapor ve Geoteknik Proje Arasındaki Fark
Aralarındaki ayrımın doğru kurulması, geoteknik projelendirme kapsamının anlaşılması açısından önemlidir.
Zemin etüdü; proje sahasının zemin, kaya ve yeraltı suyu koşullarını belirlemek amacıyla planlanan arazi ve laboratuvar çalışmalarını kapsar. Sondajlar, numune alımı, SPT, PMT, DMT ve CPTu gibi arazi deneyleri, jeofizik ölçümler ve laboratuvar deneyleri proje gereksinimine göre araştırma programının parçası olabilir. 2019 tarihli Zemin ve Temel Etüdü Uygulama Esasları ve Rapor Formatına Dair Tebliğ’de zemin araştırmalarının yapı özellikleri, jeolojik koşullar, çevre yapılar, yeraltı suyu ve bölgesel deprem özellikleri dikkate alınarak planlanmasını esas alır (Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, 2019; 2021).
Veri Raporu, arazi ve laboratuvar çalışmalarında elde edilen verilerin sistematik olarak sunulduğu rapordur. TBDY 2018’e göre araştırma sondajları ve muayene çukuru logları, zemin kesitleri, yeraltı su seviyesi, arazi ve laboratuvar deney sonuçları ile jeofizik araştırma bulguları bu raporun kapsamındadır (AFAD, 2018).
Geoteknik Rapor, elde edilen verilerin tasarım amacıyla yorumlandığı aşamadır. Arazi zemin modeli kurulur, zemin tabakaları için geoteknik tasarım parametreleri belirlenir, temel sistemi seçenekleri değerlendirilir; taşıma gücü, oturma ve gerekli diğer mühendislik analizleri yapılır. Zemin iyileştirme gereksinimi varsa yöntem alternatifleri, geçici veya kalıcı kazılar için iksa tasarımında kullanılacak zemin parametreleri, gerekli durumlarda şev stabilitesi değerlendirmeleri de rapor kapsamında ele alınır (AFAD, 2018).
Geoteknik proje ise seçilen çözümün boyutlandırılması ve uygulamaya aktarılmasıdır. İşin kapsamına bağlı olarak hesap raporu, uygulama kesitleri ve paftaları, eleman boyutları ve kotları, imalat detayları, teknik şartname, yapım sıralaması, kalite kontrol kriterleri ve izleme gereksinimleri proje çıktıları arasında yer alabilir.
Geoteknik Tasarım Süreci Nasıl İlerler?
Geoteknik proje tasarımı tek bir hesap adımından oluşmaz. Araştırma programının planlanmasından uygulama sırasında saha koşullarının doğrulanmasına kadar birbirini besleyen aşamalar vardır. Sürecin kapsamı, yapının türüne ve geoteknik probleme göre değişir.
1. Proje Girdilerinin ve Araştırma İhtiyacının Belirlenmesi
İlk aşamada yapı türü, taşıyıcı sistemden gelen yükler, temel ve bodrum kotları, planlanan kazı derinliği, saha geometrisi, komşu yapılar, mevcut altyapılar, topoğrafya ve deprem etkileri değerlendirilir. Zemin araştırma programı bu bilgilerle birlikte bölgenin jeolojisi ve mevcut veriler dikkate alınarak oluşturulur.
Araştırmanın amacı yalnızca zemin tabakalarını tanımlamak değil, tasarım kararlarını etkileyen belirsizlikleri azaltacak yeterli ve temsil edici veriyi toplamaktır. FHWA’in Geotechnical Site Characterization rehberi de saha karakterizasyonunu; araştırma planlaması, zemin ve kaya birimlerinin tanımlanması, tasarım parametrelerinin yorumlanması, jeoteknik tehlikelerin değerlendirilmesi ve sonuçların raporlanmasını kapsayan bütüncül bir süreç olarak ele almaktadır (FHWA, 2016).
2. Arazi Zemin Modelinin Oluşturulması
Sondaj logları, arazi deneyleri, laboratuvar sonuçları, jeofizik veriler, yeraltı suyu gözlemleri, topoğrafya ve mevcut jeolojik bilgiler birlikte değerlendirilerek mühendislik açısından anlamlı zemin ve kaya birimleri tanımlanır. Bu değerlendirme sonucunda arazi zemin modeli oluşturulur.
Arazi zemin modeli, sondaj noktalarının yan yana gösterildiği bir kesitten daha fazlasıdır. Farklı veri kaynakları arasındaki ilişkiyi, tabakaların sahadaki olası devamlılığını, yeraltı suyu koşullarını ve tasarımı etkileyen geoteknik birimleri temsil eder. İkinci nesil Eurocode 7 için yayımlanan JRC rehberi de Ground Model kavramını, zemin araştırmaları ve diğer mevcut verilere dayalı, sahaya özgü zemin ve yeraltı suyu koşullarının dağılımını tanımlayan bir model olarak ele almaktadır (Garin vd., 2024).
Bu nedenle farklı sondajlarda elde edilen değerlerin doğrudan ortalamasını almak yerine; tabakalaşma, jeolojik oluşum, deney kalitesi, gerilme seviyesi ve proje geometrisi birlikte değerlendirilmelidir.
3. Geoteknik Tasarım Parametrelerinin Belirlenmesi
Arazi zemin modelindeki her geoteknik birim için, yapılacak analizin gerektirdiği parametreler belirlenir. Efektif içsel sürtünme açısı (φ′), efektif kohezyon (c′), drenajsız kayma dayanımı (cu), birim hacim ağırlık, deformasyon modülü, geçirgenlik ve dinamik zemin parametreleri bunlara örnektir.
Parametre seçimi tek bir deney sonucuna bağlı yapılmamalıdır. Arazi ve laboratuvar deneylerinin güvenilirliği, numune örselenmesi, gerilme seviyesi, drenaj koşulları, zemin birimindeki değişkenlik ve kullanılan korelasyonların geçerlilik aralığı birlikte değerlendirilmelidir. TBDY 2018, analizlerde yükleme hızı ve zeminlerin geçirimlilik koşullarıyla uyumlu drenajlı veya drenajsız mukavemet parametrelerinin kullanılmasını öngörür (AFAD, 2018).
JRC rehberinde de deney ve saha ölçümlerinden türetilen değerlerin, ilgili gerilme ve şekil değiştirme seviyesi ile gerilme yolunu temsil edecek şekilde belirlenmesi gerektiği belirtilmektedir (Garin vd., 2024). Bu yaklaşım, aynı zemin birimi için farklı geoteknik problemlerde farklı parametre setlerinin gerekebileceğini gösterir.
4. Uygun Geoteknik Çözümün Seçilmesi
Aynı saha için çoğu zaman birden fazla teknik çözüm geliştirilebilir. Tasarım aşamasında alternatifler; güvenlik, deformasyon performansı, yapım yöntemi, çevre yapılar, yeraltı suyu, saha erişimi, proje süresi ve maliyet gibi kriterlerle birlikte değerlendirilir.
Örneğin bir yapı için yüzeysel temel yeterli olabilir; daha yüksek yükler veya sıkışabilir zeminler söz konusu olduğunda kazıklı temel ya da zemin iyileştirme alternatifleri gündeme gelebilir. Zemin iyileştirmede DSM, plastik kazık, jet grout ve taş kolon gibi yöntemler zemin profiline ve hedef performansa göre değerlendirilebilir. Derin kazılarda ise fore kazık, kesişen kazık, diyafram duvar, ankrajlı veya içten destekli sistemler proje koşullarına bağlı olarak seçenekler arasında yer alabilir.
Bu aşamada amaç, belirli bir yöntemi varsayılan çözüm olarak seçmek değil; saha ve yapı koşullarına uygun sistemi teknik gerekçelerle belirlemektir.
5. Geoteknik Analizlerin ve Performans Kontrollerinin Yapılması
Geoteknik analizlerin kapsamı, projenin türüne ve değerlendirilmesi gereken davranış mekanizmalarına göre belirlenir. Taşıma gücü, oturma, genel stabilite, yanal deplasman veya kazı tabanı güvenliği gibi kontrollerden hangilerinin gerekli olduğu, ele alınan geoteknik probleme göre seçilir.
Temel tasarımında taşıma gücünün yanı sıra toplam ve farklı oturmalar değerlendirilir. Kazıklı temellerde kazık kapasitesi, grup davranışı, oturma ve gerektiğinde yanal yükler ele alınabilir. TBDY 2018, temel tasarımında taşıma gücü sınır durumları ile yerdeğiştirme ve oturma kontrollerini birlikte değerlendiren esaslar içerir (AFAD, 2018).
İksa projelerinde değerlendirme; zemin ve hidrostatik basınçlar, yapısal eleman iç kuvvetleri, yatay deplasmanlar, kazı tabanı stabilitesi, genel stabilite, çevre yapı ve altyapılara etkiler ile yapım aşamalarını kapsar. Şev projelerinde olası kayma mekanizmaları ve stabilite koşulları, zemin iyileştirme projelerinde ise hedeflenen taşıma gücü, oturma, dayanım ve rijitlik kriterleri esas alınır.
Deprem etkilerinin tasarım açısından önemli olduğu durumlarda, sıvılaşma değerlendirmesi, deprem etkisi altındaki şev ve istinat davranışı, sahaya özel zemin davranış analizi ve yapı-zemin etkileşimi gibi ilave analizler gerekebilir. Hangi kontrollerin yapılacağı, ilgili yönetmelik hükümleri ile projenin ve zemin koşullarının gerektirdiği tasarım ihtiyaçlarına göre belirlenir.
6. Hesapların Uygulama Projesine Dönüştürülmesi
Geoteknik analiz sonucunun sahada uygulanabilir bir projeye dönüştürülmesi gerekir. İşin kapsamına göre uygulama paftalarında sistem geometrisi, kotlar, eleman boyutları, malzeme özellikleri, ankraj veya destek seviyeleri, kazık yerleşimleri, zemin iyileştirme kolon düzeni, drenaj detayları ve imalat sıralaması gösterilir.
Hesap raporu ile uygulama paftalarının birbiriyle uyumlu olması önemlidir. Tasarımda kabul edilen geometri, yükler, malzeme özellikleri ve yapım aşamaları paftalarda farklılaşırsa analiz sonucu sahadaki gerçek sistemi temsil etmez. Gerekli durumlarda teknik şartname, kalite kontrol deneyleri ve kabul kriterleri de proje dokümanlarına eklenir.
7. Saha Koşullarının Doğrulanması ve Performansın İzlenmesi
Geoteknik tasarım, sınırlı sayıdaki araştırma noktasından elde edilen bilgiler kullanılarak oluşturulan bir zemin modeline dayanır. Bu nedenle imalat sırasında karşılaşılan zemin ve yeraltı suyu koşullarının proje kabulleriyle uyumu kontrol edilmelidir.
Derin kazılar, yüksek şevler, zayıf zemin üzerine dolgular veya deformasyonların kritik olduğu projelerde inklinometre, piezometre, oturma plakası, yük hücresi veya jeodezik ölçümler gibi enstrümantasyon yöntemleriyle performans izlenebilir. İzleme programı kullanılacak sisteme ve ölçülmesi gereken davranışa göre tasarlanmalıdır.
İkinci nesil Eurocode 7 yaklaşımında da zemin modelinin proje boyunca yeni bilgiler elde edildikçe güncellenmesi vurgulanmaktadır (Garin vd., 2024). Saha gözlemleri ve ölçümler, sadece servis yükleri altında tasarım varsayımlarının denetlenmesine değil aynı zamanda gerektiğinde projenin revize edilmesine önemli veri sağlar.
Geoteknik Proje Hangi Çalışmaları Kapsayabilir?
Geoteknik proje kapsamı yapının türüne, saha koşullarına ve karşılaşılan probleme göre değişir. Başlıca çalışma alanları aşağıdaki gibidir:
- Yüzeysel temel ve kazıklı temel tasarımı; taşıma gücü ve oturma değerlendirmeleri.
- Derin kazı ve iksa projeleri; fore kazık, kesişen kazık, diyafram duvar, ankraj ve iç destek sistemleri.
- Zemin iyileştirme projeleri; DSM, jet grout, taş kolon, plastik kazık, ön yükleme, düşey dren ve projeye özel diğer yöntemler.
- Şev stabilitesi, heyelan rehabilitasyonu ve kazı/dolgu şevlerinin projelendirilmesi.
- Geosentetik donatılı sistemler, yük aktarma platformları ve donatılı zemin yapıları.
- Sıvılaşma değerlendirmesi, sahaya özel zemin davranışı ve diğer geoteknik deprem mühendisliği çalışmaları.
- Geoteknik enstrümantasyon, saha kontrollüğü ve performans değerlendirmesi.
Bu çalışmaların tamamının her projede yapılması gerekmez. Doğru kapsam, zemin araştırması sonuçları ile yapı ve saha koşullarının projeye özel birlikte değerlendirilmesiyle belirlenir.
Geoteknik Proje Tasarımında Neden Bütüncül Yaklaşım Gereklidir?
Geoteknik mühendisliğinde belirsizliğin önemli bir bölümü zeminin doğal değişkenliğinden kaynaklanır. Tabaka geometrisi, yeraltı suyu ve mekanik özellikler saha boyunca değişebilir. Bu nedenle veri miktarı kadar verinin doğru yorumlanması ve kullanılan zemin modelinin gerçek problemle uyumlu olması da önemlidir.
Taşıma gücü açısından yeterli bir temel sistemi oturma kriterlerini sağlamayabilir. Yapısal olarak yeterli bir iksa sistemi çevre yapılarda kabul edilemeyecek deplasmanlara neden olabilir. Bir zemin iyileştirme yöntemi hedef dayanımı sağlayıp hedef oturma performansına ulaşamayabilir. Geoteknik proje tasarımı bu nedenle güvenlik, deformasyon, uygulanabilirlik ve saha performansını birlikte ele almalıdır.
Sağlıklı bir geoteknik tasarım süreci; zemin araştırması, arazi zemin modeli, geoteknik tasarım parametreleri, mühendislik analizleri, uygulama detayları ve saha geri bildirimi arasında tutarlı bir ilişki kurar. Tasarımın kalitesi, bu aşamaların birbirinden kopuk değil aynı mühendislik problemi içinde değerlendirilmesine bağlıdır.
Geoteknik Proje Tasarımı ve Danışmanlık
Geotech Zemin ve Temel Mühendisliği; temel sistemleri, derin kazı ve iksa, zemin iyileştirme, şev stabilitesi, geosentetik uygulamalar ve geoteknik deprem mühendisliği konularında proje tasarımı ve danışmanlık hizmetleri sunmaktadır. Proje gereksinimine göre arazi araştırmalarının planlanmasından tasarım ve uygulama paftalarına, saha kontrollüğü ve enstrümantasyona kadar farklı aşamalarda mühendislik hizmeti sağlanabilmektedir.
KAYNAKLAR
- AFAD (2018). Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği. 18 Mart 2018 tarih ve 30364 (Mükerrer) sayılı Resmî Gazete. Bölüm 16: Deprem Etkisi Altında Temel Zemini ve Temellerin Tasarımı İçin Özel Kurallar.
- Çevre ve Şehircilik Bakanlığı (2019). Zemin ve Temel Etüdü Uygulama Esasları ve Rapor Formatına Dair Tebliğ. 9 Mart 2019 tarih ve 30709 sayılı Resmî Gazete.
- Çevre ve Şehircilik Bakanlığı (2021). Zemin ve Temel Etüdü Uygulama Esasları ve Rapor Formatına Dair Tebliğde Değişiklik Yapılmasına Dair Tebliğ. 17 Şubat 2021 tarih ve 31398 sayılı Resmî Gazete.
- Federal Highway Administration (FHWA) (2016). Geotechnical Site Characterization. Geotechnical Engineering Circular No. 5, FHWA-NHI-16-072.
- Garin, H., Baldwin, M., Reiffsteck, P., van der Made, K.-J., Wudtke, R., Lamas, L., Virely, D., & Polo Lopez, C. S. (2024). Assembling the Ground Model and the Derived Values: Guidelines for the Application of the Second Generation of Eurocode 7: Geotechnical Design. Publications Office of the European Union, JRC140556. DOI: 10.2760/6390378.