MASW ile yerel zemin sınıfı belirleme

MASW ölçümü sondajın veremediği bir şeyi verir: derinliğe bağlı S dalga hızı profili. Bu profilden hesaplanan Vs30, TBDY 2018’e göre binanın tasarım spektrumunu belirleyen yerel zemin sınıfının doğrudan girdisidir. Sondaj tek noktada katman kalınlığını verirken MASW aynı hattı boyunca dinamik davranışı temsil eden tek bir sayıya indirger; ikisi birbirinin yerine geçmez, birlikte okunur.

MASW nasıl ölçülür

Yöntem, zemin yüzeyine düz bir hat üzerinde dizilen jeofonların, bir kaynaktan (balyoz darbesi veya ağırlık düşürme) üretilen yüzey dalgalarını kaydetmesine dayanır. Saha pratiğinde jeofonlar genellikle 1-2 m aralıkla, 24 ila 48 kanallık bir dizilim oluşturacak şekilde yerleştirilir. Kayıttaki yüzey dalgaları (Rayleigh dalgası) frekansa bağlı olarak farklı derinliklerden bilgi taşır; düşük frekans derin, yüksek frekans sığ katmanları temsil eder. Bu ilişki dispersiyon eğrisi çıkarılarak ters çözümle derinlik ekseninde Vs profiline dönüştürülür.

Dizilim uzunluğu araştırılmak istenen derinlikle orantılıdır: kısa dizilimde sığ katmanlar net görünür ama 30 m derinliğe inen güvenilir bir dispersiyon eğrisi elde etmek zorlaşır. Zemin yapısı yatayda hızlı değişen parsellerde tek hat yerine iki dik hat ölçümü, sonucun tek bir doğrultunun etkisinde kalmasını önler.

Ölçüm gürültüye duyarlıdır. Trafik, jeneratör veya inşaat makinesi yakınında yapılan bir kayıt, düşük frekans bandında yüzey dalgası sinyalinin gürültüye karışmasına yol açar ve bu bant tam olarak derin katmanları temsil eden banttır; yani gürültülü bir ortamda sığ katmanlar doğru, derin katmanlar hatalı çıkabilir. Kaynağın darbe gücü de dizilim uzunluğuyla orantılı seçilir; uzun bir dizilimde zayıf bir kaynak sinyali son jeofonlara yeterli genlikte ulaştıramaz.

Vs30 nasıl hesaplanır

Vs30, yüzeyden itibaren ilk 30 metrede yer alan katmanların kalınlığına göre ağırlıklı harmonik ortalamasıdır: her katmanın kalınlığı o katmandaki Vs değerine bölünür, bu oranların toplamı 30 metreye bölünerek tersi alınır. Sondaj derinliği 30 metreyi bulmuyorsa, kalan derinlik için ölçülen en alt katmanın Vs değeri sabit kabul edilerek hesaba dahil edilir; bu varsayım kayda geçirilmelidir, çünkü gerçek değerden sapabilir.

Vs profili ayrıca dinamik zemin parametrelerine de dönüştürülebilir: küçük deformasyon kayma modülü (Gmax) Vs ve zemin yoğunluğundan hesaplanır ve zemin-yapı etkileşimi analizi gibi ileri hesaplarda kullanılır. Standart bir zemin etüt raporunda bu parametre nadiren istenir, ama özel yapı projelerinde (yüksek bina, endüstriyel tesis) MASW verisinin saklanması, bu hesabın ilerde tekrar sahaya çıkmadan yapılabilmesi anlamına gelir.

TBDY 2018 yerel zemin sınıfları

Hesaplanan Vs30 değeri TBDY 2018 Tablo 16.1’deki altı sınıftan birine karşılık gelir. ZA sınıfı Vs30 > 1500 m/s olan sağlam kaya kütlelerini, ZB sınıfı 760-1500 m/s aralığındaki az ayrışmış kayaları kapsar. ZC sınıfı 360-760 m/s aralığındaki sıkı zeminleri ve orta sağlam kayaları, ZD sınıfı 180-360 m/s aralığındaki sıkı olmayan granüler zeminleri ve katı killeri tanımlar. Vs30 değeri 180 m/s’nin altına düştüğünde zemin ZE sınıfına girer; bu sınıf genellikle kalın, yumuşak kil profillerinde görülür. Aynı sınıf içinde bile binanın hakim titreşim periyoduyla zeminin hakim periyodu birbirine yaklaşırsa rezonans etkisi büyür; bu yüzden Vs30 tek başına yeterli görülmeyip zemin hakim periyodunun ayrıca incelendiği projeler de vardır. ZF sınıfı ise Vs30 aralığıyla değil, sıvılaşma potansiyeli yüksek gevşek kum veya çok kalın yüksek plastisiteli kil gibi özel koşullarla tanımlanır ve bu zeminler için saha bazlı ayrı bir sismik tasarım analizi istenir.

Sınıf sınırına yakın çıkan Vs30 değerleri (örneğin 355 veya 365 m/s gibi ZC/ZD sınırına birkaç birim yakın bir sonuç) rapor yazarını iki farklı tasarım spektrumu arasında bırakır. Bu durumda ölçüm tekrarlanır veya ikinci bir hat üzerinden doğrulanır; tek ölçümle sınır değere yakın bir sınıf ataması yapmak, birkaç metrelik bir yorum farkının tasarım spektrumunu değiştirmesine yol açabilir.

MASW’nin gösteremediği şeyler

Yöntem katman sınırlarını Vs’deki ani değişimden dolaylı yoldan çıkarır; iki katman arasında Vs farkı küçükse (örneğin sıkı bir kum ile üstündeki orta sıkı kum arasında) sınır dispersiyon eğrisinde belirgin bir kırılma vermez ve profil bu geçişi bulanık gösterir. Ayrıca yöntem yatayda ölçüm hattı boyunca ortalama bir değer üretir; hat üzerindeki yerel bir anomaliyi (örneğin dar bir dolgu şeridi) ayırt edemez. Bu yüzden MASW parselin genel eğilimini verir, nokta bazlı bir tarama aracı değildir.

Kaç hat ve kaç kuyu gerekir

Küçük ve düz bir parselde tek hat çoğu zaman yeterli görülür. Parsel büyüdükçe veya topografya değiştikçe (eğimli arazi, dolgu-yarma sınırı) ikinci bir hat, tek hattın verdiği sonucun parselin tamamını temsil edip etmediğini kontrol eder. Hat sayısı arttıkça saha süresi de artar; bu maliyetle doğruluk arasındaki dengeyi proje büyüklüğü belirler, sabit bir kural yoktur.

Ölçüm hattının konumu sondaj kuyularından bağımsız seçilmez. Hattı en az bir sondaj kuyusunun üzerinden veya yakınından geçirmek, ham dispersiyon verisinin sondajdan gelen gerçek katman derinlikleriyle sınandığı tek noktayı verir. Hat sondaj kuyularından uzak bir yerden geçirilirse, ters çözüm modelini doğrulayacak bağımsız bir referans kalmaz ve sonuç yalnızca varsayılan bir başlangıç modeline dayanır.

Sondaj verisiyle çapraz kontrol

MASW sonucu tek başına değerlendirilmez, sondaj loglarındaki katman derinlikleriyle karşılaştırılır. Kayaya geçişin sondajda 8 m’de gözlendiği bir noktada, MASW profilinde Vs değerinin aynı derinlikte belirgin sıçrama göstermesi beklenir; sıçrama farklı bir derinlikte çıkıyorsa ters çözüm modeli veya jeofon dizilimi gözden geçirilir. Bu tutarlılık kontrolü sondaj logu ile aynı kesitte okunduğunda daha kolay yapılır.

Zemin sınıfı belirlendikten sonra rapor iki yönde devam eder. Statik mühendis tarafına tasarım spektrumunun girdisi olarak geçer; sonuç bölümüne ise yerleşime uygunluk değerlendirmesinin bir parçası olarak eklenir. ZE veya ZF gibi büyütme potansiyeli yüksek bir sınıf çıktığında bu bilgi yerleşime uygunluk raporunda ayrıca değerlendirilir; yalnızca mühendislik tablosunda bir harf olarak kalması yeterli görülmez.

Rapor içinde nasıl sunulur

MASW sonucu üç parça halinde sunulur: ölçüm hattının parsel üzerindeki konumunu gösteren sismik kroki, derinlik-Vs eğrisini ve dispersiyon eğrisini gösteren grafik, hesaplanan Vs30 değeri ve karşılık gelen yerel zemin sınıfının yazıldığı bir sonuç cümlesi. Grafik eksenleri (derinlik metre, hız m/s) ve ölçek her ölçüm noktası için tutarlı tutulmazsa, aynı raporda birden fazla MASW hattı olan projelerde grafikler yan yana kıyaslanamaz.

Ham kayıt dosyalarının (jeofon kanal verisi, dispersiyon eğrisi) rapor ekinde veya arşivde tutulması, sonradan gelen bir itirazda (“bu Vs30 nasıl hesaplandı”) hesabı baştan tekrarlamadan göstermeyi mümkün kılıyor. Yalnızca nihai Vs30 sayısının rapora yazılıp ara adımların silinmesi, kısa vadede sayfa tasarrufu gibi görünse de denetim aşamasında geri dönülmesi gereken bir eksikliğe dönüşür.

Sık hatalar

Birinci hata, kısa dizilimden elde edilen sığ Vs profilinin 30 m’ye ekstrapole edilirken varsayımın rapora yazılmaması. İkincisi, Vs30 hesabında katman kalınlıklarının aritmetik ortalamayla alınması; doğru yöntem harmonik ortalamadır ve sonuç farklı çıkar. Üçüncüsü, zemin sınıfının yalnızca MASW sonucuna göre belirlenip sondaj ve laboratuvar verisiyle karşılaştırılmadan rapora geçirilmesi.

Dördüncü hata, gürültülü bir ortamda alınan kaydın dispersiyon eğrisinde belirsiz kalan kısmının yorumla doldurulup bunun belirtilmemesi. Beşincisi, birden fazla MASW hattı yapılmasına rağmen sonuç bölümünde tek bir Vs30 değerinin yazılıp hatlar arası farkın atlanması; parselin farklı kesimlerinde farklı zemin sınıfı çıkması olasıdır ve bu fark rapor kullanıcısının bilmesi gereken bir bilgidir.