Zemin etüdü, bir yapının zeminle olan etkileşiminin güvenli ve mühendislik esaslarına uygun şekilde değerlendirilebilmesi için yapılan en temel geoteknik çalışmadır. Zemin etüdü kapsamında yapılacak deneyler, önceden belirlenmiş sabit bir listeye göre değil; zeminin yapısı, projenin türü ve hedeflenen mühendislik hesaplarına göre belirlenir. Bununla birlikte mühendislik pratiğinde, zemin ortamları için ilk aşamada uygulanması gereken tanımlayıcı deneyler ile daha sonra karakteristik davranışı belirlemeye yönelik deneyler arasında net bir ayrım bulunmaktadır.
Zemin etüdünün temel amacı; yapılacak yapının zeminle olan etkileşimini güvenli, kontrollü ve mühendislik esaslarına uygun şekilde ortaya koymaktır. Bu kapsamda gerçekleştirilen arazi ve laboratuvar deneyleri; yapıdan zemine aktarılan yüklerin güvenli bir biçimde taşınıp taşınamayacağını, kabul edilebilir oturma sınırlarının aşılıp aşılmayacağını ve olası deformasyonların yapısal güvenliği etkileyip etkilemeyeceğini değerlendirmek için gerekli mühendislik parametrelerini sağlar. Dolayısıyla taşıma gücü, oturma, şişme ve stabilite hesapları; zemin etüdünün nihai amacı değil, yapı–zemin etkileşiminin güvenli biçimde sağlanmasına yönelik mühendislik araçlarıdır.
Zemin etüdü çalışmalarının ilk aşamasında, zeminin mühendislik özelliklerinin doğru şekilde tanımlanması ve sınıflandırılması amaçlanır. Bu kapsamda, zemin ortamlarında yaygın olarak uygulanan bazı temel deneyler bulunmaktadır. Bu deneyler proje türünden bağımsız olarak çoğu zemin etüdünde yer almakla birlikte, zeminin türü ve araştırma kapsamına göre değişkenlik gösterebilir.
Bu aşamada uygulanan başlıca deneyler şunlardır:
Su içeriği (doğal nem) tayini
Elek analizi
Likit ve plastik limit deneyleri (Atterberg limitleri)
Bu deneylerden elde edilen veriler kullanılarak zemin, Birleşik Zemin Sınıflama Sistemi (USCS)’ne göre sınıflandırılır. USCS sınıflaması; zeminin taşıma gücü, sıkışabilirlik, drenaj ve genel davranışı hakkında ilk mühendislik değerlendirmesini sağlar. Zemin sınıflaması yapılmadan ileri seviye deneylerin seçilmesi, mühendislik açısından sağlıklı bir yaklaşım değildir.
Zemin etüdü kapsamında yapılan tüm deneyler, doğrudan veya dolaylı olarak aşağıdaki mühendislik değerlendirmelerini besler:
Güvenli taşıma gücü hesapları
Toplam ve diferansiyel oturma analizleri
Deformasyon ve rijitlik değerlendirmeleri
Bu hesaplarda kullanılan parametreler, zemin türüne bağlı olarak farklı deneylerle elde edilir ve mühendislik tasarımında sayısal girdiler olarak kullanılır.
Proje Türü veya Mühendislik İhtiyacı
Kohezyonlu zemin (kil – silt)
Kohezyonsuz zemin (kum – çakıl)
Karayolu ve demiryolu projeleri
Baraj ve gölet projeleri
Kaya ortamları
Deprem etkisi bulunan alanlar
Kohezyonlu zeminlerde taşıma gücü ve oturma davranışı zaman bağımlıdır. Kısa ve uzun vadeli davranışlar birbirinden farklı olabilir.
Bu tür zeminlerde öne çıkan temel mühendislik parametreleri şunlardır:
Kohezyon (c)
İçsel sürtünme açısı (φ)
Konsolidasyon parametreleri (mv, cv)
Şişme yüzdesi ve şişme basıncı
Özellikle plastisiteli killerde, su alımına bağlı olarak hacim artışı (şişme) meydana gelebilir. Bu durum temel elemanlarında kaldırma etkisi, döşeme ve kaplamalarda hasar ve diferansiyel oturmalara neden olabilir. Bu nedenle kohezyonlu zeminlerde üç eksenli basınç deneyleri ile dayanım parametreleri, konsolidasyon deneyleri ile oturma davranışı ve gerekli durumlarda şişme deneyleri birlikte değerlendirilmelidir.
Kohezyonsuz zeminlerde taşıma gücü büyük ölçüde içsel sürtünme açısına (φ) ve zeminin sıkılık derecesine bağlıdır. Bu zeminlerde oturmalar çoğunlukla ani ve elastik karakterlidir.
Kohezyonsuz zeminlerde öne çıkan başlıca parametreler:
Göreceli sıkılık ve yerinde sıkışma durumu
Bu nedenle Proktor deneyi ile sıkışma özellikleri belirlenir, CBR ve plaka yükleme deneyleri ile taşıma kapasitesi değerlendirilir. Gerekli durumlarda üç eksenli basınç deneyleri ile dayanım parametreleri sayısal hale getirilir.
Kaya birimlerinde taşıma gücü ve deformasyon davranışı; kaya dayanımı ve süreksizlik özelliklerine bağlıdır. Bu tür ortamlarda aşağıdaki parametreler öne çıkar:
Tek eksenli basınç dayanımı (UCS)
Elastisite modülü (E)
Poisson oranı (ν)
Donma–çözülmeye karşı dayanım
Bu parametreler özellikle baraj, gölet ve derin altyapı projelerinde temel güvenliğini doğrudan etkiler.
Deprem etkisi altındaki projelerde zemin etüdü yalnızca statik yükler için değil, dinamik yükler için de değerlendirilmelidir. Özellikle doygun ve gevşek kohezyonsuz zeminlerde sıvılaşma riski ortaya çıkabilir. Bu durumda zemin ani dayanım kaybı gösterebilir, taşıma gücü önemli ölçüde azalabilir ve büyük oturmalar ile yatay deplasmanlar oluşabilir.
Sıvılaşma değerlendirmeleri çoğu zaman ayrı ve detaylı bir mühendislik çalışması olarak ele alınmakla birlikte, zemin etüdünde elde edilen temel parametrelere dayanır.
Zemin etüdünün mühendislik mantığı aşağıdaki zincirle özetlenebilir:
Arazi ve Laboratuvar Deneyleri
↓ Mühendislik Parametrelerinin Belirlenmesi (c, φ, E, mv, k, UCS) ↓ Taşıma Gücü – Oturma – Stabilite Hesapları ↓ Güvenli Yapı–Zemin Etkileşimi
Bu zincirin herhangi bir halkasının eksik olması, zemin etüdünü mühendislik açısından yetersiz hale getirir.
Zemin etüdünde doğru yaklaşım; zemini doğru tanımlamak ve sınıflandırmak, yapı–zemin etkileşimini kontrol eden parametreleri belirlemek ve zemin yapısı, proje türü ile risk düzeyine uygun deneyleri seçmektir. Bu yaklaşım, ancak ulusal ve uluslararası standartlara uygun, akredite laboratuvarlarda gerçekleştirilen deneyler ve mühendislik temelli değerlendirmelerle güvenilir hale gelir.
Das, B.M. – Principles of Geotechnical Engineering
Terzaghi, K., Peck, R.B., Mesri, G. – Soil Mechanics in Engineering Practice
Bowles, J.E. – Foundation Analysis and Design
Eurocode 7 – EN 1997
TS EN ISO 17892 Serisi
ASTM D2216, D6913, D4318, D1883, D2435, D5084, D7012