Zemin Yapı Etkileşimi-Zeminin Yapı Üzerindeki Etkileri

Zemin Yapı Etkileşimi

Zeminlerin mekanik, geometrik ve dinamik özellikleri, üstyapıya aktarılan özellikleri etkilediği gibi üstyapının da mekanik, geometrik ve dinamik özellikleri de üst yapıdan zemine geri yansıyan özellikleri etkiler. Üstyapıda ve zeminde karşılıklı olan bu dinamik olaya yapı zemin etkileşimi denir.

Bir yapıdan beklenen performansın ve dayanımın elde edilebilmesi için, zeminin durumu, projelendirme, yapının inşası, uygulanması ve denetimi gibi tüm süreçlerin bir bütün olarak doğru bir şekilde gerçekleştirilmesi ile sağlanabilir.

Zeminin Yapı Üzerindeki Etkileri

Zemin ve yapı arasında inşaat sürecinden yapının kullanım ömrünün sonuna kadar gerçekleşen “zeminin yapı üzerindeki etkileri”ni sıralayacak olursak,

• Zeminde ortaya çıkacak ani hareketler, yapıda atalet kuvvetleri (eylemsizlik kuvvetleri) oluşturmaktadır.
• Zemin özellikleri yapının periyot ve mod şekillerini değiştirmektedir.
• Depremin düşey bileşeninin yapıya etkimesi durumunda yapı yukarı doğru hareket edebilip, beklenmedik kuvvetlerin kesitleri zorlaması söz konusu olmaktadır.
• Zeminde bulunan boşluk suyu deprem etkisi ile sıvılaşma riski ortaya çıkarabilmektedir. (Sıvılaşma Çeşitleri, Oluşumu ve Analizi)
• Yapı-zemin etkileşimi dikkate alınarak yapılan çözümlemelerde yapı periyodu ve buna bağlı olarak etkiyen yatay yükler zemin özelliklerine bağlı olarak değişmektedir.
• Yapı çözümlemesinde genel yaklaşım; zemine bağlanan kolonların, sabit veya ankastre mesnetler şeklinde modellenmesi yönündedir. Ancak bu modellemede zeminin üst yapıya etkisi tam olarak gözlenemez.
• Yumuşak zeminler üzerine inşa edilen yapıların tepe noktasındaki yer değiştirmeleri daha fazla oluşmaktadır.
• Orta sert zeminlerde zemin periyodu, yapı yüksekliğine de bağlı olarak yapı periyodu ile sıklıkla çakışabilmektedir. (Rezonans Nedir? Yapıları Nasıl Etkiler?)
• Zayıf zeminlerde düşey doğrultuda dalga ilerlerken ivmelerin genliklerinde değişim olabilir ve genliklerin artması sonucu deprem anında zemin büyütmesi denilen durumla karşılaşılmaktadır.
• Özellikle zemin tabakalarının cins, kalınlık, yeraltı su seviyesi gibi özelliklerinin değişebilir olması yakın bölgelerde aynı proje ile inşa edilmesine rağmen yapılarda farklı hasarların oluşmasına yol açabilmektedir.

Bahsedilen bu zeminin yapı üzerindeki etkilerine bakıldığında zeminin etkilerinin detaylı bir şekilde dikkate alınmasın yapının tasarlanmasında önemli faktörlerden bir tanesi olduğunu göstermektedir. Fakat kullanılan yönetmelikler ve geotekniğe verilen öneme bakıldığında farkında olunarak veya olunmayarak sadece projelendirmenin ve yapı elemanlarının yeterli güvenlikte olması gerektiği gibi yanlış yönde bir algı oluştuğu görülmektedir. Oysaki yukarıda bahsedilen her bir etkinin yapı zemin etkileşiminin olumsuz sonuçları ancak yapı ve zeminin ortak revize edilmesiyle yani geoteknik mühendisliğininde dikkate alınmasıyla ortadan kaldırılabilir.

Zemin Yapı Etkileşiminde Yanlış Bilinenler

Geoteknik mühendisliğinin öneminin kavranmaması ve bunun sonucunda projelerde dikkate alınan hususlarda eksikliklerle oldukça sık karşılaşmaktayız. Bu eksikliğin nedeniyle zemin etkilerinin tamamıyla dikkate alındığı sanılmakta ve Zemin Yapı Etkileşiminde Yanlış Bilinen bazı maddeleri şu şekilde sıralayabiliriz;

• Depreme dayanıklı yapı tasarlama aşamasında ivme spektrumunun ve zemin sınıfının dikkate alınmasıyla zeminin tüm etkisinin dikkate alındığı sanılmaktadır.
• Yapı-zemin etkileşimi için yapı temelinin altına sadece bir takım zemin yayları tanımlanması yeterli  bir durum değildir. Bununla beraber paket programlar genellikle çözümlemeyi bu yönteme bağlı kalarak yapmaktadır. Örneğin Sta4CAD programı Winkler Yöntemine dayanarak çözümleme yapmaktadır. Bu yöntemde zeminin Hooke kanununa uyduğu varsayılmakta olup başka bir ifade ile elastik zemin üzerinde bulunan prizmatik bir kirişin herhangi bir noktasındaki zemin tepkisinin o noktadaki çökme ile doğru orantılı olduğu varsayılmaktadır. Yönteme göre taban basıncı ile yay sıkışması arasında yatak katsayısı olarak tariflenen değişmez bir bağlantı olduğu kabul edilmiştir. Birim hacim ağırlık boyutlarını taşıyan yatak katsayısı zeminin gerçek gerilme-birim boy değiştirme özelliklerini tümüyle göz ardı etmekte ve temelin bir seri yay üzerinde doğrusal gerilme-birim boy özelliği gösterdiğini kabul etmektedir. Böylesine bir varsayım oldukça karmaşık olan temel-zemin etkileşimini basitleştirmektedir.
• Çözümlemeler sırasında birçok durumda yapı-zemin etkileşimi ihmal edilerek zemin “rijit” bir mazleme olarak kabul edilmektedir. Ancak gerçekte zemin dış yükler altında şekil değiştiren dinamik bir ortamdır. Zeminin rijit bir ortam kabulü ile yapılan çözümlemeler zemin koşullarının kötü olduğu durumlarda yetersiz kalmaktadır.

Kaynak: Celep Z., K., N., ‘’Deprem Mühendisliğine Giriş ve Depreme Dayanıklı Yapı Ta-sarımı’’, İstanbul Teknik Üniversitesi, 1-596, (2000).
Çinicioğlu S.F. , ‘’ Zeminlerde Statik ve Dinamik Yükler AltındaTaşıma Gücü Anla-yışı ve Hesabı’’ İMO Seminer, İstanbul, 1, 6-8 (2005).
Semra ÖNAL, YEREL ZEMİN ÖZELLİKLERİNİN BETONARME BİNA MALİYETLERİNE ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI