23:34:06

Depreme Dayanıklı Binalar Nasıl Tasarlanır?

Ölümcül depremler önlenemese de, bilimin binaları ve içindeki insanları korumak için bazı yolları var. Gezegenimiz, fay adı verilen sınırlar boyunca yavaşça hareket eden, birbirini iten veya kayarak geçen tektonik levhalarla kaplıdır. Sürtünme bazen bu plakalardan ikisinin bir fay boyunca birbirine yapışmasına neden olur. Yıllar, on yıllar ve hatta yüzyıllar boyunca gerilim artar, ta ki fay aniden kırılana kadar. İki taraf birbirinin yanından geçerek bir depreme yol açar…

Fayın kırıldığı yerden sismik dalgalar her yöne doğru yayılır. Dünya yüzeyine ulaştıklarında, 6 Şubat’ta Türkiye ve Suriye’yi vuran ve aynı gün büyük bir artçı sarsıntının takip ettiği iki büyük depremde olduğu gibi, deprem yeterince güçlü ve yakınsa, binaları veya diğer yapıları şiddetli ve yıkıcı bir şekilde sallayabilirler.

Bu depremlerde çoğu yıkılan binalarda olmak üzere çok fazla sayıda insan hayatını kaybetmiştir. Depremler önlenemese ya da tahmin edilemese de, bilimin binaları ve içindeki insanları korumak için bazı yolları var.

Deprem sırasında bir binaya ne olur?

Yolda araba sürdüğünüzü ve aniden durmanız gerektiğini düşünün. Frene bastığınızda, yolcu koltuğunda oturan yiyecekler – ve bağlı olmayan diğer her şey – arabanın başlangıçta gittiği yönde ve aynı hızda havada uçacaktır. Bunun nedeni eylemsizliktir – bir cismin, üzerine başka bir güç etki edene kadar hareketsiz kalma ya da tekdüze bir hız ve yolu koruma eğilimi. Deprem sırasında bir binayı risk altına sokan şey de aynı eğilimdir.

Deprem sırasında bir binanın altındaki zemin hızla ileri geri hareket eder. Ancak binanın kütlesi olduğu için eylemsizliği vardır. Los Angeles’taki California Üniversitesi’nde yapı mühendisi olan Ertuğrul Taciroğlu, “Deprem zemini sallıyor ve bina olduğu yerde kalmaya çalışıyor" diyor. Ancak bir kez hareket etmeye başladığında, bina depremin onu çektiği yöne doğru gitmeye devam etmek istiyor – esasen, her zaman yer hareketinin gerisinde kalıyor. Bu gecikmeler bina üzerinde yatay atalet kuvvetleri oluşturarak dikey kolonların ve duvarların belli bir açıyla deforme olmasına neden olur – dikdörtgen bir binanın yandan görünüşüne bakıldığında paralelkenar bir şekil oluşur. Bir bina birden fazla kata sahip olduğunda, her kat kendi üzerindekilerin ağırlığını taşır. Bu da alt katların üst katlara göre daha büyük atalet kuvvetleri taşıması gerektiği anlamına gelir. Duvarlar ve kolonlar uygun şekilde tasarlanmamış veya güçlendirilmemişse, bir zamanlar taşıdıkları ağırlığı taşıyamayabilirler.

Bir deprem ne kadar büyükse ve yüzeye ne kadar yakınsa – ve bir bina faya ne kadar yakınsa – deprem sırasında o bina üzerindeki atalet kuvvetleri de o kadar büyük olacaktır. Bir binanın üzerinde oturduğu zeminin türü de bir rol oynayabilir: sert kayaya kıyasla, daha gevşek zeminler yer hareketlerini büyütür.

Deprem sırasında yıkılmamaları için binaların nasıl inşa edilmesi gerekir?

Bir binayı deprem vurduğunda sağlam tutmak için, yatay atalet kuvvetlerine karşı koyacak şekilde inşa edilmesi gerekir. Bunun tam olarak nasıl yapılabileceği kullanılan yapı malzemesine bağlıdır. En yaygın iki malzemeye odaklanalım: beton ve çelik. Türkiye’nin etkilenen bölgesindeki yapı stokunun çoğunda bu malzemeler kullanılmıştır.

Normal şartlar altında beton, bir binanın ağırlığını taşımak için harika bir malzemedir çünkü mühendislerin sıkıştırma olarak adlandırdığı koşullar altında iyi performans gösterir. Sadece kendi ağırlığını taşıması gereken beton bir bina kolaylıkla onlarca yıl dayanabilir. Ancak, dikey duvar ve kolonların sallanmasına neden olan deprem kaynaklı atalet kuvvetleri betonu sıkıştırmanın tam tersi olan gerilime sokar. Kuvvetler betonu germeye çalışsa da, beton esnemiyor. Bina formunun hareket etmesine izin vermiyor ama gerçekten sıkı tutunmaya çalışıyor ve bu eylemsiz büyük kuvvetleri üretiyor" diyor British Columbia Üniversitesi‘nde yapı mühendisi olan Perry Adebar. Gerilen beton kolonlar ve duvarlar, üzerlerindeki ağırlığı artık taşıyamadıkları için sonunda çatlayıp yıkılabilirler.

Beton, kısmen ucuz ve bol olması, kısmen de yapısal ağırlığı taşıyabilmesi nedeniyle halen dünyada en yaygın kullanılan yapı malzemelerinden biridir. Betonu sismik açıdan aktif alanlara daha uygun hale getirmek için mühendisler çok daha esnek olan çeliği – inşaat demiri şeklinde – eklerler. Adebar, “Gerilimin olacağı her yere çelik koymak zorundasınız" diyor.

Çelik, belirli bir miktarda gerilime maruz kaldığında elastik olarak davranır. Tel bir elbise askısının alt kısmından hafifçe çektiğinizi ve bıraktığınızda askının tekrar şekle girdiğini gördüğünüzü düşünün. Ancak Adebar, çok güçlü bir depremde olduğu gibi daha büyük miktarda gerilime maruz kaldığında çeliğin “plastikleştiğini ve deforme olduğunu" açıklıyor. Bir elbise askısının alt kısmından yeterince sert bir şekilde çektiğinizde askının şeklinin bozulduğunu düşünün. Deprem sırasında bir bina söz konusu olduğunda, “tam olarak istediğiniz şey budur" diyor Adebar, çünkü deforme olmuş çelik bu eylemsizlik kuvvetlerini etkili bir şekilde emmiştir, ancak yine de ağırlığı taşıyabilir.

Bu binanın hasar gördüğü anlamına gelmiyor mu?

Büyük bir depremde, evet. Çelikle güçlendirilmiş beton binalar, muhtemelen depremden sonra kullanılamaz hale gelecek kadar büyük hasar görebilir. Bu, hükûmetlerin mühendislere bir binayı belirli bir deprem sarsıntısına dayanacak şekilde nasıl tasarlayacaklarını söyleyen bina yönetmeliklerini belirleme şekliyle ilgilidir. ABD ve Türkiye’dekiler de dahil olmak üzere, yönetmelikler genellikle bir binanın bir bölgede beklenen belirli bir maksimum deprem altında “can güvenliği" olarak adlandırılan şeyi sağlamasını gerektirir. Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü‘nde araştırma deprem mühendisi olan Sissy Nikolaou, “Sismik yönetmeliklerimiz yalnızca asgari bir gerekliliktir" diyor. “Bu binaların en azından büyük bir deprem olduğunda, ciddi hasar görebilecekleri varsayımı altında, size canlı çıkma şansı vermesini istersiniz." Bu durum, bir çarpışmada hurdaya dönen bir arabaya benziyor: araç yolcuları korumak için darbeyi emiyor, ancak hurdaya dönüyor.

Kritik olarak kabul edilen ve depremden sonra çalışmaya devam etmesi gereken binalar ya da diğer altyapılar için – örneğin hastaneler – elbette farklı standartlar vardır. Nikolaou gibi uzmanlar da depremden sonra daha fazla yapının kullanılabilir olması için can güvenliği standardını yeniden düşünmeye başlıyor. Bu sayede insanların aylarca ya da yıllarca evlerinden uzak kalması gibi durumların önüne geçilebilir. Türkiye’de pek çok insan şu anda bu ihtimalle karşı karşıya. 6 Şubat depremlerinde hasar gören on binlerce binanın çökme riski taşıdığı düşünülüyor.

Depremden sonra binaları yaşanabilir halde tutmanın yolları vardır. Bazı yöntemler, çelikle güçlendirilmiş beton gibi yaygın malzemelerle daha akıllıca tasarımları içermektedir. Ayrıca “taban izolasyonu" gibi daha teknolojik yaklaşımlar da gerektirebilir. Bu teknikte bir bina temeline sağlam bir şekilde bağlı değildir. Bunun yerine, onu temelden ve dolayısıyla sarsılan zeminden ayıran esnek yapıların üzerine oturur. Ancak bu tür bir sistem inşaat maliyetlerini artırır ve bazı bina sahipleri bunun için ödeme yapamaz veya yapmak istemez. ABD’de hastaneler gibi önemli yapıları korumak ve tarihi binaları orijinal mimarilerini koruyarak güçlendirmek için kullanılmıştır. Türkiye’deki bazı hastanelerde taban izolasyon sistemleri vardı ve bu sistemler son depremlere dayandı.

Bir bina deprem yönetmeliklerine uygun olarak inşa edilmiş olsa bile neden çökebilir?

Binalar, bulundukları yerdeki sismik risklere bağlı olarak belirli bir sarsıntı seviyesine dayanacak şekilde tasarlanır. Örneğin Los Angeles’taki bir bina New York’taki bir binadan daha büyük bir depreme dayanacak şekilde inşa edilir. Ancak sismologlar her zaman bir fayın ne kadar büyük bir deprem üretebileceğini tam olarak bilemezler. Taciroğlu, “Mühendislik tasarımındaki en büyük zorluk, gelecekteki depremler hakkındaki belirsizliktir, çünkü tam olarak ne olacağını bilmiyoruz" diyor.

Büyüklük ne kadar büyükse, deprem o kadar nadirdir. En büyüklerinden bazıları sadece birkaç yüz ya da bin yılda bir meydana gelebilir – ancak modern sismik ölçümler sadece birkaç on yıl öncesine kadar uzanmaktadır. Birçok sismolog, Türkiye-Suriye depremlerine neden olan Doğu Anadolu Fayı’nın en fazla 7,4 ya da 7,5 büyüklüğünde bir deprem üretebileceğini düşünüyordu. Ancak 6 Şubat depremi 7.8 büyüklüğündeydi – deprem büyüklüklerinin logaritmik ölçeğinde yaklaşık dört kat daha büyüktü. Taciroğlu, bu nedenle Türkiye’de kurallara uygun olarak inşa edilmiş bazı yapıların, dayanabilecekleri şekilde inşa edildiklerinden daha fazla güce maruz kalmış olabileceklerini söylüyor.

Bilimin deprem riski ve mühendislik anlayışı değiştikçe bina yönetmelikleri de gelişmektedir, bu nedenle inşa edildiği tarihte yönetmeliklere uygun olarak inşa edilmiş bir bina güncellenmiş standartları karşılamayabilir. Bu tür binaların güçlendirilmesi genellikle maliyet açısından engelleyici olmaktadır. Taciroğlu, Türkiye’deki binaların çoğunun ağır hasar görmesinin ya da yıkılmasının nedeninin muhtemelen bu olduğunu söylüyor.

İnsan hatası da devreye girebilir. Bu hatalar, kasıtlı ve kâr amaçlı köşe kesmelerden, tasarım veya inşaat sürecinin çeşitli noktalarında meydana gelebilecek ve büyük bir deprem gibi bir şey olmadıkça ortaya çıkmayan dürüst hatalara kadar çeşitlilik gösterebilir.

Bu içeriği beğendiyseniz lütfen çevrenizle paylaşınız…