Depreme Dayanıklı Binalar Nasıl Yapılır?

Ölümcül depremler önlenemese de binaları ve içlerindeki insanları korumanın bazı yolları var. Gezegenimiz, fay adı verilen sınırlar boyunca yavaşça hareket eden birbirini iten veya birbirini geçerek kayan tektonik plakalarla kaplıdır. Sürtünme bazen bu plakalardan ikisinin, bir fay boyunca bazı noktalarda birbirine yapışmasına neden olur. Gerginlik; yıllar, on yıllar ve hatta yüzyıllar boyunca birikir ve ta ki arıza aniden patlayana kadar. İki taraf birbirinin yanından geçerek bir depremi serbest bırakır.

Fayın kırıldığı yerden itibaren sismik dalgalar her yöne doğru dalgalanır. Dünya yüzeyine ulaştıklarında, aynı günde, 6 Şubat’ta Türkiye ve Suriye’yi vuran ve ardından büyük bir artçı şokun geldiği iki büyük sarsıntı gibi, deprem yeterince güçlü ve yeterince yakınsa, binaları veya diğer yapıları şiddetli ve yıkıcı bir şekilde sallayabilirler.

Bu depremler, çoğu yıkılmış binalarda olmak üzere 45.000’den fazla insanı öldürdü. Depremler önlenemese veya tahmin edilemese de bilimin binaları ve içindeki insanları korumanın bazı yolları var. 

Deprem sırasında bir binaya ne olur?

Yolda bir araba kullandığınızı ve aniden durmanız gerektiğini hayal edin. Siz frene bastığınızda, yolcu koltuğunda oturan yiyecekler (ve bağlı olmayan diğer her şey), havada arabanın asıl gidişiyle aynı yönde ve aynı hızda uçacaktır. Bunun nedeni atalettir, bir nesnenin üzerinde başka bir kuvvet etki edene kadar hareketsiz kalma veya tekdüze bir hız ve yolu koruma eğilimi. Aynı eğilim, bir deprem sırasında bir binayı riske sokan şeydir.

Bir deprem sırasında, binanın altındaki zemin hızla ileri geri hareket eder. Ancak binanın kütlesi olduğu için eylemsizliği vardır. Los Angeles California Üniversitesi’nden inşaat mühendisi Ertuğrul Taciroğlu, “Deprem yeri sallıyor ve bina olduğu yerde kalmaya çalışıyor” diyor. Ancak bir kez hareket etmeye başladığında, bina depremin onu çektiği yöne doğru ilerlemeye devam etmek ister, esasen her zaman yer hareketinin gerisinde kalır. Bu gecikmeler, bina üzerinde yatay atalet kuvvetleri oluşturarak herhangi bir dikey kolon ve duvarın belirli bir açıda deforme olmasına neden olur (dikdörtgen bir binanın yandan görünümüne bakıldığında bir paralelkenar şekli oluşturur). Bir binanın birden fazla katı olduğunda, her kat üstündekilerin ağırlığını taşır. Bu, alt katların yukarıdakilerden daha büyük atalet kuvvetleri taşıması gerektiği anlamına gelir. Duvarlar ve sütunlar uygun şekilde tasarlanmaz veya güçlendirilmezse, bir zamanlar taşıdığı ağırlıkları kaldıramayabilirler.

Bir deprem ne kadar büyükse ve yüzeye ne kadar yakınsa ve bir bina fay kırılmasına ne kadar yakınsa bir deprem sırasında o bina üzerindeki atalet kuvvetleri o kadar büyük olacaktır. Bir binanın oturduğu zemin türü de bir rol oynayabilir. Sert kaya ile karşılaştırıldığında, daha gevşek zeminler yer hareketlerini büyütür.

Deprem anında yıkılmaması için binaları nasıl inşa etmeliyiz?

Deprem vurduğunda bir binayı sağlam tutmak için, yatay atalet kuvvetlerine dayanacak şekilde inşa edilmesi gerekir. Bunun tam olarak nasıl yapılabileceği, kullanılan yapı malzemesine bağlıdır. En yaygın ikisine odaklanalım: Beton ve çelik. Türkiye’nin etkilenen bölgesindeki bina stokunun çoğu bu malzemeleri kullandı.

Normal şartlar altında beton, bir binanın ağırlığını taşımak için harika bir malzemedir çünkü mühendislerin sıkıştırma dediği şey altında iyi performans gösterir. Bir beton bina, yalnızca kendi ağırlığını taşıması gerekiyorsa, onlarca yıl dayanabilir. Yine de, dikey duvarları ve kolonları sallayan deprem kaynaklı atalet kuvvetleri, betonu sıkıştırmanın tersi olan gerginliğe sokar. Kuvvetler betonu uzatmaya çalışsa da bina formunun hareket etmesine izin vermiyor ancak gerçekten sıkı tutunmaya çalışıyor ve bu büyük atalet kuvvetlerini üretiyor,” diyor British Columbia Üniversitesi’nden bir yapı mühendisi olan Perry Adebar. Gerilmiş beton kolonlar ve duvarlar, üstlerindeki ağırlığı artık taşıyamadıkları için sonunda çatlayabilir ve çökebilir.

Beton, kısmen ucuz ve bol olması ve yapısal ağırlığı taşıma kabiliyetine sahip olması nedeniyle, hala dünyada en yaygın kullanılan inşaat malzemelerinden biridir. Betonu sismik olarak aktif alanlara daha uygun hale getirmek için mühendisler çok daha esnek olan çelik (inşaat demiri şeklinde) ekler. Adebar, “Gerginlik yaşayacağınız her yere çelik koymalısınız” diyor.

Çelik, belirli bir miktarda gerilime maruz kaldığında elastik davranır. Bir tel elbise askısının altını nazikçe çekiştirdiğinizi ve bıraktığınızda eski haline geri döndüğünü gördüğünüzü düşünün. Ancak Adebar, çeliğin çok güçlü bir depremde olduğu gibi daha büyük miktarlarda gerilime maruz kaldığında “plastik hale geldiğini ve deforme olduğunu” açıklıyor. Elbise askısının altını, şekli bozulacak kadar yeterince sert çekmeyi düşünün. Adebar, deprem sırasında bir bina söz konusu olduğunda, “tam olarak istediğiniz şey bu,” diyor. Çünkü deforme olmuş çelik bu atalet kuvvetlerini etkili bir şekilde emmiştir ancak yine de ağırlığı kaldırabilir.

Bu binanın hasar gördüğü anlamına gelmiyor mu?

Büyük bir depremde, evet. Çelikle güçlendirilmiş beton binalar, muhtemelen depremden sonra kullanılamaz hale gelecek kadar önemli ölçüde hasar görebilir. Bunun, mühendislere belirli bir deprem sarsıntısına dayanacak bir binayı nasıl tasarlayacaklarını söyleyen hükümetlerin bina yönetmeliklerini belirleme şekliyle ilgisi var. ABD ve Türkiye’dekiler de dahil olmak üzere yönetmelikler, genellikle bir binanın, bir bölgede belirli bir beklenen maksimum deprem altında “can güvenliği” olarak adlandırılan şeyi sağlamasını şart koşar. Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nde deprem araştırma mühendisi olan Sissy Nikolaou, “Sismik yönetmeliklerimiz yalnızca minimum gerekliliktir” diyor. “Sadece bu binaların, ciddi şekilde hasar görebilecekleri varsayımıyla, en azından büyük olan gerçekleştiğinde size ondan canlı çıkma şansı vermesini istiyorsunuz.”

Kritik kabul edilen ve bir depremden sonra çalışmaya devam etmesi gereken binalar veya diğer altyapılar (örneğin hastaneler) için elbette farklı standartlar vardır. Nikolaou gibi uzmanlar da bir depremden sonra daha fazla yapının kullanılabilir olması için can güvenliği standardını yeniden düşünmeye başlıyor. Bunu yapmak, insanların aylarca veya yıllarca evlerinden uzak tutulduğu durumlardan kaçınabilir. Türkiye’de pek çok insan, 6 Şubat depremlerinde meydana gelen hasar nedeniyle yıkılma riski taşıyan on binlerce bina ile artık bu olasılıkla karşı karşıya.

Bir depremden sonra binaları yaşanabilir hale getirmenin yolları vardır. Bazı yöntemler, çelik takviyeli beton gibi yaygın malzemelerle daha akıllı tasarımlar içerir. Ayrıca, “taban izolasyonu” gibi daha teknolojik yaklaşımlar gerektirebilir. Bu teknikle, bir bina temeline sağlam bir şekilde bağlı değildir. Bunun yerine, onu temelden ve dolayısıyla sallanan zeminden ayıran esnek yapıların üzerine oturur. Ancak bu tür bir sistem inşaat maliyetlerini artırır ve bazı bina sahipleri bunun bedelini ödeyemez veya ödemek istemez. ABD’de, hastaneler gibi önemli yapıları korumak ve tarihi binaları orijinal mimarilerini koruyarak yenilemek için kullanılmıştır. Türkiye’deki bazı hastaneler taban izolasyon sistemlerine sahipti ve oradaki son depremlere dayandı.

Bir bina, deprem yönetmeliğine göre inşa edilmiş olsa bile neden yıkılabilir?

Binalar bulundukları yerdeki sismik risklere göre belirli bir düzeydeki sarsıntıya dayanacak şekilde tasarlanır. Örneğin Los Angeles’taki bir bina, New York City’dekinden daha büyük bir depreme dayanacak şekilde inşa edilecek. Ancak sismologlar, bir fayın ne kadar büyük bir deprem üretebileceğini her zaman tam olarak bilemezler. Taciroğlu, “Mühendislik tasarımındaki en büyük zorluk, gelecekteki depremlerin belirsizliğidir çünkü tam olarak ne olacağını bilmiyoruz” diyor. Büyüklük ne kadar büyükse, deprem o kadar nadirdir. En büyüklerinden bazıları yalnızca birkaç yüz veya bin yılda bir olabilir ancak modern sismik ölçümler yalnızca birkaç on yıl öncesine kadar gider. Birçok sismolog, Türkiye-Suriye depremlerinde yer alan Doğu Anadolu Fayı’nın maksimum 7.4 veya 7.5 büyüklüğünde olabileceğini düşündü. Ama 6 Şubat depremi 7.8’di, deprem büyüklüklerinin logaritmik ölçeğinde yaklaşık dört kat daha büyük. Taciroğlu, bu nedenle, Türkiye’de kodlamak için inşa edilen bazı yapıların dayanmak için inşa edildiklerinden daha fazla güce maruz kalmış olmalarının mümkün olduğunu söylüyor.

Bina kodları, bilimin deprem riski anlayışı ve mühendislik değiştikçe de gelişir bu nedenle, inşa edildiği tarihte yasalara göre inşa edilmiş bir bina, güncellenen standartları karşılamayabilir. Bu tür binaların güçlendirilmesi genellikle maliyetlidir. Taciroğlu, Türkiye’deki birçok binanın ciddi şekilde hasar görmesinin veya çökmesinin nedeninin muhtemelen bu olduğunu söylüyor.

İnsan hatası da devreye girebilir. Kasıtlı, kar odaklı köşelerden kesmelerden, tasarım veya inşaat sürecinin çeşitli noktalarında meydana gelebilecek ve büyük bir deprem gibi bir şey olmadıkça ortaya çıkmayabilecek dürüst hatalara kadar değişebilir. ^[1]How to Engineer Buildings That Withstand Earthquakes

[cite]