İklim değişikliğiyle mücadelede düşük karbonlu mühendislik tasarımı giderek daha fazla önem kazanıyor. Pek çok ülkenin emisyon politikalarını sıkılaştırması ve karbon vergisi uygulamalarının yaygınlaşmasıyla yapı tasarımında çevresel maliyetlerin göz ardı edilmesi artık mümkün değil. Araştırmamız; sismik yükler altında çalışan betonarme dayanma duvarlarının optimum CO₂ emisyonu ve maliyetini eş zamanlı minimize etmeyi hedefleyen sonuçları içeriyor. Emisyon ve maliyet değerleri; hafriyat, kalıp, beton dökümü ve arka dolgu sıkıştırması dahil tüm inşaat süreçleri üzerinden hesaplandı; kayma, devrilme ve taşıma kapasitesi kontrolleri ile betonarme tasarım kriterleri kısıt olarak tanımlandı. Duvar boyutları ve donatı miktarları tasarım değişkeni olarak alınarak sezgisel optimizasyon algoritmaları uygulandı. Optimizasyon analizleri, farklı duvar yüksekliği ve sürşarj yüke bağlı değişen karbon vergisi dahil tasarımların toplam maliyeti yüzde 8-13 oranında artırdığını ortaya koyuyor. Bu farkın en belirgin biçimde yüksek duvar ve yüksek sürşarj yükü koşullarında ortaya çıkması, gömülü emisyonlar arttıkça karbon maliyetinin tasarım kararları üzerindeki ağırlığının da yükseldiğine işaret ediyor.
Esra URAY / Dr. Öğr. Üyesi, KTO Karatay Üniversitesi; Doktora Sonrası Misafir Araştırmacı, Kaliforniya Üniv. Los Angeles (UCLA). / esra.uray@karatay.edu.tr
Kemal Önder ÇETİN - Profesör, Orta Doğu Teknik Üniversitesi (ODTÜ); Misafir Öğretim Üyesi, UCLA. / ocetin@metu.edu.tr / kemalondercetin@gmail.com
Ertuğrul TACİROĞLU- Profesör, Kaliforniya Üniversitesi Los Angeles (UCLA). / etacir@g.ucla.edu
Neden Dayanma Duvarları? Türkiye için Kritik Bir Mesele
Büyük kazı alanları, rıhtım yapıları ve demiryolu altyapı projeleri gibi farklı zemin kotlarının şevlendirmeyle güvenli biçimde bağlanamadığı durumlarda, dayanma duvarları statik ve dinamik yükler altında gelişen yatay zemin basıncına karşı en yaygın mühendislik çözümü olma özelliğini korumaktadır. 6 Şubat 2023 Kahramanmaraş depremleri yalnızca binalarda değil, bu tür altyapı yapılarında da sismik tasarımın ne denli hayati olduğunu bir kez daha gözler önüne sermiştir.
Geleneksel tasarım pratiğinde mühendisler deneme-yanılma yöntemine başvurur: önce yaklaşık duvar boyutları belirlenir, ardından kayma, devrilme ve taşıma gücü kriterleri tek tek kontrol edilir; kriterler sağlanana dek boyutlar yeniden denenir. Bu süreç yalnızca zaman alıcı olmakla kalmaz; tüm kriterler karşılanmış olsa bile ekonomik ve çevre dostu bir tasarıma ulaşıldığını garanti etmez. Üstelik sürdürülebilirlik baskıları arttıkça, salt güvenlik odaklı bu yaklaşımın yetersizliği daha da belirginleşmektedir.
Dünya Karbon Vergisi Koyuyor, Türkiye Nerede Duruyor?
Dünya Bankası verilerine göre 2025 itibarıyla 70’ten fazla ülke, karbon vergisi veya emisyon ticaret sistemi (ETS) aracılığıyla ton başına CO₂ emisyonunu fiyatlandırmaktadır. İsveç yaklaşık 161 $/ton ile küresel lider konumundayken Birleşik Krallık 24 $/ton, Singapur 19 $/ton, Güney Afrika 14 $/ton uygulamaktadır. AB ETS’de izin fiyatları 50-70 €/ton bandında yaklaşık değerlerle seyretmektedir (Şekil 1). Bu çalışmada kullanılan 35 $/ton değeri söz konusu uluslararası aralığın ortasına düşmekte ve Türkiye için yakın vadede gerçekçi bir politika senaryosunu yansıtmaktadır.
Türkiye’de doğrudan bir karbon vergisi henüz bulunmamaktadır; ancak ÖTV ve KDV gibi dolaylı vergiler enerji üzerinden karbonu fiilen pahalılaştırmaktadır. Asıl dışsal baskı, AB’nin Sınırda Karbon Düzenleme Mekanizması (CBAM)’ndan gelmektedir: çimento, çelik ve alüminyum başta olmak üzere AB’ye ihracat yapan Türk firmaları 2026’dan itibaren ton başına karbon bedeli ödemek durumundadır. Bu baskıya yanıt olarak Türkiye, 2025’te yürürlüğe giren İklim Kanunu ile TR-ETS’yi hayata geçirme sürecine girmiş; 2026-2027 pilot döneminin ardından 2028’de tam uygulamaya geçilmesi planlanmaktadır.
Dünya genelinde karbon vergisi dağılımı
Optimizasyon Nedir ve Mühendise Ne Kazandırır?
Literatür, sezgisel optimizasyon algoritmalarının stabilite koşullarını karşılayan dayanma duvarı tasarımlarını etkin biçimde belirlediğini ve uygun amaç fonksiyonlarıyla malzeme tüketimini minimize edebildiğini ortaya koymaktadır. Malzeme kullanımının azaltılması, CO₂ emisyonlarını ve maliyeti eş zamanlı düşürür; bu da hafif tasarımları çevresel sürdürülebilirlik açısından cazip kılar. 2016’dan itibaren yürürlükte olan Paris Anlaşması, sera gazı azaltımını küresel bir öncelik olarak belirlemiş; bu gelişme, dünya genelinde emisyon ödemelerinin gündeme gelmesiyle mühendislik tasarım süreçlerinde karbon hesabını zorunlu hale getirmiştir. Bu bağlamda karbon vergisi, üretilen CO₂ ton başına mali bir yükümlülük yaratarak sürdürülebilir kalkınmayı teşvik eden önemli bir ekonomik araç olarak öne çıkmaktadır.
Bu çalışmada iki rekabet eden hedef eş zamanlı minimize edilmiştir:
- Toplam dayanma duvar inşaat maliyeti
- CO₂ emisyon vergisi dahil toplam dayanma duvar inşaat maliyeti
“Optimizasyon, güvenlikten ödün vermeden farklı kaynak kullanım senaryolarını hızla karşılaştırma imkânı sunar. Bir mühendis artık 'ya güvenli ya da ucuz’ ikilemiyle değil, ‘hem güvenli hem ekonomik hem çevre dostu’ seçeneğiyle çalışabilir...”
Yöntem: Sismik Yükler Altında Çok Kriterli Optimizasyon
Tasarım Parametreleri: Tasarım değişkenleri; duvar ve temel boyutları ile kritik kesitteki donatı miktarlarından oluşmaktadır. 12 farklı ayrık tasarım değişken değeri dikkate alındığında, bu çalışmada yaklaşık 245 milyar farklı tasarım kombinasyonu söz konusudur. Her bir aday duvar tasarımı için stabilite kontrollerinin ve betonarme hesaplarının yapılması son derece zahmetli olduğundan, bu ölçekte deneme-yanılma yöntemiyle optimum tasarıma ulaşmak imkânsızdır. Sezgisel optimizasyon algoritmaları işte tam bu noktada devreye girerek geniş tasarım uzayında hızlı ve güvenilir çözüm sunmaktadır.
Sismik Yük Modellemesi: Stabilite tahkiklerinde Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018) Bölüm 16.12 esas alınmış; betonarme hesap ve donatı ayrıntılandırma kontrolleri ise ACI 318 kriterlerine göre gerçekleştirilmiştir. Kayma ve devrilme güvenlik sayıları 1.50, taşıma gücü güvenlik sayısı 3.0 alt sınır olarak tanımlanmış; kesme kuvveti ve moment kapasitesi, minimum-maksimum donatı oranları ile kenetlenme boyu kontrolleri dahil toplam 30 kısıt algoritma tarafından dinamik olarak yönetilmiştir.
Tasarım Senaryosu: Bu çalışma, karayolu platformu kenarında doğal zemin eğimi %5 olan şevin stabilitesini sağlamak amacıyla Hatay’da tasarlanması planlanan betonarme konsol dayanma duvarı inşa senaryosunu ele almaktadır (Şekil 2). Uygulamada mevcut şev; duvar arkasında %2 arka şev eğimi oluşturulacak şekilde kazılmış, ardından kalıp sistemi hazırlanmış ve beton dökümü gerçekleştirilmiştir. Son aşamada duvar arkasına dolgu malzemesi tabakalar hâlinde serilerek sıkıştırılmıştır. Proje sahası için TBDY-2018 esas alınarak DD-2 yer hareketi düzeyinde ve ZC yerel zemin sınıfı kabulüyle sismik tasarım parametreleri belirlenmiş; kısa periyot harita spektral ivme katsayısı SS = 1.05, zemin etkisi dikkate alınarak SDS = 1.26 olarak hesaplanmıştır.
Sismik dirençli betonarme dayanma duvarı inşa senaryosu
Bulgular: Rakamlar Konuşuyor
Aşağıdaki şekil, 35 farklı duvar yüksekliği ve sürşarj yükü kombinasyonu için iki amaç fonksiyonunun optimum maliyet değerlerini (fmin1: yalnızca inşa maliyeti; fmin2: karbon vergisi dahil toplam maliyet) ve aralarındaki yüzdesel farkı karşılaştırmalı olarak sunmaktadır.
Duvar yüksekliği ve sürşarj yükü kombinasyonlarına göre optimum maliyet karşılaştırması ve emisyon kaynaklı maliyet farkı (%)
Grafikten çıkan en çarpıcı bulgu, karbon vergisinin tasarım maliyetine yansımasının duvar yüksekliği ve sürşarj yüküyle doğru orantılı biçimde arttığıdır. Düşük yükseklik ve düşük sürşarj koşullarında (H = 4-5 m) fmin1 ile fmin2 arasındaki fark yaklaşık %8 düzeyinde kalırken, yüksek duvar ve yüksek sürşarj yükü kombinasyonlarında (H = 9-10 m) bu fark %12-13’e ulaşmaktadır. Başka bir deyişle, duvar ne kadar büyük ve yük ne kadar ağır olursa, gömülü emisyonların toplam maliyete katkısı da o ölçüde büyümektedir.
İki optimum arasındaki tasarım farkına bakıldığında da önemli bir sonuç ortaya çıkmaktadır: karbon vergisi dahil tasarımda (fmin2) duvar boyutları ve imalat miktarları, yalnızca inşa maliyetini minimize eden tasarımdan (fmin1) farklılaşmaktadır. Artan H ve sürşarj yükü (q) etkisiyle duvar stabilitesini sağlamak için gereken beton ve donatı miktarı yükseldiğinden, emisyon maliyeti de ivmelenerek büyümektedir. Bu durum, büyük ölçekli altyapı projelerinde karbon maliyetinin göz ardı edilmesinin ekonomik bir risk oluşturabileceğine işaret etmektedir.
Sonuç olarak çalışma şu mesajı net biçimde vermektedir: emisyonu maliyete dahil etmek, tasarımı yalnızca %8-13 oranında pahalılaştırmaktadır. Ancak bu fark, karbon vergisi uygulamalarının yaygınlaştığı bir dünyada tasarımcının önceden hesaba katması gereken gerçek bir kalemdir. Üstelik bu ek maliyet, daha az malzeme kullanan ve daha hafif tasarımlar üreten optimizasyon sayesinde büyük ölçüde kontrol altına alınabilmektedir.
Bu karşılaştırma, çalışmanın temel mesajını özetlemektedir: karbon vergisini tasarıma dahil etmek toplam maliyeti %8-13 artırmaktadır; ancak bu fark, ileride devreye girecek emisyon yükümlülüklerine karşı tasarımı baştan koruma altına almaktadır. Sismik güvenlikten ödün verilmeksizin hem ekonomik hem de çevre dostu tasarıma ulaşmak mümkündür.
İnşaat Sektörü ve Karbon: Artık Hesap Verilmesi Gereken Bir Boyut
Türkiye, 2053 net sıfır karbon hedefini açıklamış bir ülkedir. Bu hedefe ulaşmada inşaat sektörünün rolü büyüktür. Bu çalışmanın ortaya koyduğu optimizasyon çerçevesi; emisyon maliyetini tasarım kararına dahil ederek karbon vergisi baskısını önceden karşılamayı ve sismik güvenlikten ödün vermeksizin malzeme verimliliğini artırmayı mümkün kılmaktadır.
“Betonun küresel CO₂ emisyonlarındaki payı yüzde 8 civarındadır. Türkiye’de yıllık beton üretimi 100 milyon tonu aşmaktadır. Bu çalışmada gösterildiği üzere, optimizasyon ile sismik güvenliği koruyarak toplam maliyet ve emisyon yükü dengelenebilmektedir. Karbon fiyatlandırmasının kaçınılmaz hâle geldiği bir dünyada bu yaklaşım hem ekonomik risk yönetimi hem de ulusal iklim taahhütlerine somut katkı sunmaktadır...”
Uygulamada Ne Değişir? Mühendis ve Müteahhide Yansımaları
Bu tür optimizasyon yaklaşımlarının günlük mühendislik pratiğine entegrasyonu birkaç temel değişikliği beraberinde getirir:
- Tasarım aşamasında çok sayıda alternatif senaryonun hızla değerlendirilebilmesi
- İşveren/müteahhitle maliyet-emisyon dengesi üzerine veri temelli diyalog kurulabilmesi
- Yeşil bina sertifikasyon süreçlerinde (LEED, BREEAM) somut karbon verisi sunulabilmesi
- Kamu ihale dosyalarında “yaşam döngüsü maliyeti” hesaplarına altyapı oluşturulması
Hesaplama araçları açısından bakıldığında, bu çalışmada geliştirilen optimizasyon modeli Python ortamında kodlanmış olup, mühendislerin kendi projelerine adapte edebileceği açık kaynak bileşenler kullanılmaktadır.
Sonuç: Depreme Dayanıklı, Ekonomik ve Yeşil Tasarım Mümkün
Bu çalışma sismik yükler altındaki betonarme dayanma duvarları için CO₂ emisyonu ile inşa maliyetini eş zamanlı ele alan bir optimizasyon çerçevesi ortaya koymaktadır. Şev kazısı, hafriyat, kalıp-beton imalatı ve arka dolgu sıkıştırması kaynaklı emisyon ile maliyet kalemleri amaç fonksiyonlarına dahil edilmiş; kayma, devrilme, taşıma gücü güvenlik sayı limitlerini ve betonarme kısıtlarını karşılayan sismik dirençli optimum tasarımlara ulaşılmıştır.
Elde edilen bulgular, karbon vergisi dahil optimumların yalnızca inşa maliyetini esas alan optimumlara kıyasla %8-13 daha yüksek toplam maliyet ürettiğini ortaya koymaktadır. Bu fark; duvar yüksekliği ve sürşarj yükünün artmasıyla birlikte belirginleşmekte, emisyon miktarı yükseldikçe toplam maliyetin emisyon bileşenine olan duyarlılığının da yükseldiğine işaret etmektedir. Sonuç açıktır: geoteknik tasarımda karbon fiyatlandırmasının en başından hesaba katılması artık bir tercih değil, bir zorunluluktur.
Yöntemsel açıdan Harmoni Arama algoritması, geniş ve ayrık tasarım uzayında Deb kuralları aracılığıyla kısıt yönetimini güvenilir biçimde yürütmüş; hızlı ve tekrarlanabilir çözümler üretmiştir. Uygulayıcılar için temel öneri şudur: dayanma yapısı tasarımında karbon-duyarlı amaç fonksiyonlarının rutinleştirilmesi ve yüksek yük senaryolarında malzeme verimliliğini artıran seçeneklerin öncelendirilmesi hem muhtemel emisyon politikalarının getireceği ekonomik riski azaltmakta hem de sürdürülebilirlik hedeflerine ölçülebilir katkı sağlamaktadır.
Gelecek çalışmalar için önerilen yönler: farklı zemin sınıfları ve deprem bölgelerini kapsayan genişletilmiş parametre analizleri, yaşam döngüsü analizleri, gerçek proje verileriyle doğrulama çalışmaları ve BIM entegrasyonu aracılığıyla tasarım–maliyet–emisyon döngüsünün dijitalleştirilmesi ihtimaline işaret etmektedir.
Şantiye® Dergisi ve Dijital Platformları
Daha iyi yapılar için...
6 Nisan 2026
Türkiye'nin en ESKİ ve en çok ZİYARET EDİLEN şantiyesi: ŞANTİYE®...
İnşaata dair "KAYDADEĞER" ne varsa... 1988'den bu yana...
Şantiye®nin ürettiği, derlediği ve yayınladığı içeriklerde öncelik “KAMUSAL YARAR”dır...
Ve yayınlanan içeriğin “ÖZEL” olmasına özen gösterilir...
BASILI DERGİ + E-DERGİ + SANTİYE.COM.TR + SOSYAL MEDYA + DİJİTAL PLATFORMLAR...
İnşaat sektörünün buluşma noktası Şantiye®, “Güven”i temsil eden “Basılı bir Yayın” olma özelliğinin yanı sıra yenilenen web sitesi, Turkcell Dergilik ve Türk Telekom E-Dergi gibi mobil uygulamalardaki varlığı, 42 bin E-Bülten abonesi ve 100 bin sosyal medya takipçisi-bağlantısıyla inşaat sektörünün en önemli iletişim platformlarından biri olmaya her ortamda devam ediyor... 1988'den bu yana...
Şantiye® ayrıca yapı sektörüne "Şantiye'nin Yıldızı Ödülü", "Yılın Yeşil Yapı Malzemesi / Teknolojisi Ödülü" ve "Şantiyeden Kareler Fotoğraf Yarışması" gibi farklı organizasyonlarla da katkı sunuyor.
Şantiye®nin son sayısı da dahil 1988 yılından bugüne kadar yayınlanan TÜM SAYILARINA E-Dergi olarak göz atmak için lütfen tıklayın...
Şantiye®, başta ABONELERİ olmak üzere 2020-2026 yıllarında ilan veren firmalar ABS Yapı, Akyapı, Alumil, Anadolu Motor (Honda), Alkur, Ak-İzo, Altensis, Arbiogaz, Aremas, Arfen, Artus, Assan Panel, Asteknik, Atos, Batıçim, Baumit, Bentley Systems / Seequent, Betek, Betonblock, Bonus Yalıtım, Borusan CAT, Bosch Termoteknik, Bostik, BTM, Buderus, Bureau Veritas, Chryso, Çimsa, Çuhadaroğlu, Çukurova Isı, Deutsche Messe, Duyar Vana, DYO, Egepen Deceuninck, Efectis ERA, Ekomaxi, Elkon, Emülzer, Eryap, Filli Boya, Fixa, Fullboard, Form Endüstri Ürünleri, Form Endüstri Tesisleri, Form MHI (Mitsubishi Heavy Industries) Klima, Garanti Leasing, GF Hakan Plastik, Gökçe Brülör, Grundfos, Hannover Fairs, Hilti, IQ Alüminyum (by Deceuninck), İNKA, İntek, İpragaz, İstanbul Teknik, İzocam, İzoser, Kalekim, Knauf, Knauf Insulation, Komatsu, Köster, Kuzu Grup, LG, Marubeni, Masdaf, Master Builders Solutions, MBI Braas, Meiller Kipper (Doğuş Otomotiv), Messe Frankfurt, Messe München/Agora Tur., Mekon, Mitsubishi Chemical, Molecor, Nalburdayim.com, NETCAD, ODE, Ökotek, Özler Kalıp, Özpor, Panasonic, PERI, Pimakina, Pimapen, Polyfibers, Polyfin, Prefabrik Yapı / Hekim Yapı, Prometeon, Ravago, Rehau, Saint Gobain Türkiye, Samsung, Saray Alüminyum, Schüco, Scania, Selena (Tytan), Sentez Mekanik, Serge Ferrari, Shell, Siemens, Sistem İnşaat, Soudal, Sika, Şişecam, Temsa, TMS, Tekno Yapı, Türk Ytong, Tremco illbruck, Vaillant, Vekon, Viessmann, Wermut, Wielton, Wilo, Winsa, XCMG, Xylem ve ZF'nin değerli katkılarıyla hazırlanmaktadır.
ABONE OLMAK İÇİN
Bir yıllık abonelik bedelimiz olan 2.400 TL (6 Sayı, KDV Dahil)'yi TR70 0001 0008 5291 9602 1550 01 IBAN no’lu hesabımıza (Ekosistem Medya) yatırıp; ardından dekontu, açık adresinizi ve fatura bilgilerinizi (şahıs ise TC kimlik no; firma ise vergi dairesi-numarası) santiye@santiye.com.tr adresine e-posta veya 0532 516 03 29 no’lu telefona WhatsApp / SMS aracılığıyla ulaştırabilirsiniz.
