Zemin sıvılaşması nedir? Depremde binalar neden yan yatar?

Zemin sıvılaşması, depremlerden sonra en çok şaşkınlık yaratan görüntülerin nedenidir: Hiç çatlamadan yan yatmış apartmanlar, birkaç metre zemine gömülmüş binalar, yerden fışkıran kumlu sular. Bu yapılar çoğu zaman taşıyıcı sistemleri sağlam olduğu hâlde kullanılamaz hâle gelir; çünkü sorun binada değil, binanın oturduğu zemindedir. Sıvılaşma, sarsıntı sırasında suya doygun gevşek zeminin geçici olarak sıvı gibi davranmasıdır.

Zemin sıvılaşması nedir, nasıl oluşur?

Kum ve silt gibi tanelerden oluşan zeminlerde, taneler birbirine değerek yükü taşır. Tanelerin arasındaki boşluklar yer altı suyuyla doluysa zemin “suya doygun” olarak adlandırılır. Normal koşullarda bu zemin binayı taşıyabilir.

Deprem sırasında zemin hızla sarsılır. Gevşek dizilmiş taneler sıkışmak ister; ancak boşluklardaki su, kısa sürede kaçacak yer bulamaz. Suyun basıncı yükselir ve taneleri birbirinden uzaklaştırır. Tanelerin birbirine teması azaldığında zemin dayanımını yitirir ve yoğun bir sıvı gibi davranmaya başlar. Üzerindeki yapılar batar, eğilir ya da kayar. Sarsıntı bitip su basıncı düştüğünde zemin yeniden katılaşır; ama binalar artık eski konumunda değildir.

Kıyıda ıslak kumun üzerinde ayaklarınızı hızla oynattığınızda kumun yumuşayıp suyun yüzeye çıkması, sıvılaşmanın küçük ölçekli bir örneğidir.

Hangi zeminlerde sıvılaşma olur?

Sıvılaşma için üç koşulun bir arada bulunması gerekir:

• Gevşek, taneli zemin: Özellikle ince ve orta taneli kumlar ile siltli kumlar.
• Yüksek yer altı suyu: Su seviyesinin yüzeye yakın, genellikle ilk 10–15 metre içinde olması.
• Yeterince güçlü ve uzun süren sarsıntı.

Bu koşullar en çok şu alanlarda görülür:

• Nehir yatakları, eski dere yatakları ve taşkın ovaları
• Deltalar ve kıyı ovaları
• Göl kenarları ve kurutulmuş göl ya da bataklık alanları
• Denizden doldurularak kazanılmış dolgu alanlar
• Genç alüvyon zeminler

Sağlam kaya zeminlerde ve sıkı, kuru zeminlerde sıvılaşma olmaz.

Sıvılaşmanın belirtileri ve sonuçları

• Kum kaynamaları: Basınçlı su, kumla birlikte yüzeye fışkırır ve küçük volkan konilerine benzeyen birikintiler oluşturur.
• Binaların yan yatması ve batması: Temelin altındaki zemin taşıma gücünü yitirir.
• Yanal yayılma: Zemin, deniz, göl ya da akarsu yönüne doğru kayar; yollar, rıhtımlar ve köprü ayakları açılır.
• Zemin oturmaları ve yarıklar.
• Gömülü yapıların yüzeye çıkması: Boş depolar, rögarlar ve borular, sıvılaşan zeminde yüzer gibi yukarı itilir.
• Altyapı hasarı: Su, kanalizasyon ve doğal gaz hatları kopar.

Türkiye’den ve dünyadan örnekler

• 1999 Adapazarı: 17 Ağustos depreminde kent merkezindeki çok sayıda bina yan yattı ya da zemine gömüldü. Adapazarı, sıvılaşmanın dünya literatürüne geçen örneklerinden biridir. Ayrıntılar 17 Ağustos depremi yazımızda.
• 2023 İskenderun ve Gölbaşı: 6 Şubat depremlerinde Hatay’ın İskenderun ilçesinin kıyı kesiminde zemin oturdu ve deniz suyu sokakları bastı; Adıyaman’ın Gölbaşı ilçesinde göl kenarındaki binalar yan yattı.
• 1964 Niigata (Japonya): Yan yatan apartman blokları, sıvılaşmanın mühendislikte ciddiyetle ele alınmasını sağladı.
• 2011 Christchurch (Yeni Zelanda): Kentin geniş bölümünde sıvılaşma görüldü; bazı mahalleler yeniden yapılaşmaya kapatıldı.

Zemin etüdü neden önemli?

Bir arsanın sıvılaşma riski taşıyıp taşımadığı, yapım öncesinde yapılan zemin etüdüyle belirlenir. Sondajlarla zeminin türü, sıkılığı ve yer altı suyu seviyesi saptanır; laboratuvar ve arazi deneyleriyle sıvılaşma potansiyeli hesaplanır. Türkiye’de yeni yapılar için zemin etüdü zorunludur ve temel tasarımı bu rapora göre yapılır. Sorun, etüdün kâğıt üzerinde kalması ya da eski yapılarda hiç yapılmamış olmasıdır.

Sıvılaşmaya karşı hangi önlemler alınır?

• Yer seçimi: En etkili önlem, sıvılaşma riski yüksek alanlarda yapılaşmamaktır. Bu alanların park, tarım ya da açık alan olarak değerlendirilmesi önerilir.
• Zemin iyileştirme: Zeminin sıkıştırılması, taş kolonlar, enjeksiyon ve derin karıştırma gibi yöntemlerle dayanım artırılır; drenajla su basıncının hızla sönmesi sağlanır.
• Derin temel: Kazıklarla bina yükü, sıvılaşan tabakanın altındaki sağlam zemine aktarılır.
• Radye temel: Binanın tek bir plak üzerine oturması, farklı oturmaları azaltır.

Bu yöntemlerin hangisinin uygun olduğuna geoteknik mühendisleri karar verir.

Sıvılaşma ile zemin büyütmesi aynı şey mi?

Hayır. Zemin büyütmesi, yumuşak zeminlerin deprem dalgalarını güçlendirmesi ve sarsıntının daha şiddetli hissedilmesidir. Sıvılaşma ise zeminin taşıma gücünü yitirmesidir. İkisi de genç alüvyon zeminlerde görülür ve çoğu zaman bir aradadır. 1999’da İstanbul Avcılar’daki hasarda zemin büyütmesi, Adapazarı’ndaki hasarda ise sıvılaşma öne çıkmıştır.

Ev alırken zemini nasıl sorgulamalı?

Binanın zemin etüt raporunu görmek isteyin. Belediyelerin imar müdürlüklerinden, bölgenin yerleşime uygunluk haritaları ve mikrobölgeleme çalışmaları hakkında bilgi alınabilir. Dere yatağına, dolgu alana ya da eski bataklığa yapılmış binalar için daha dikkatli olmak gerekir. Zeminin fay kadar önemli olduğunu Adana örneğinde Adana deprem riski yazımızda ele aldık.