Bizim, deprem ne zaman, kaç km derinlikte, kaç şiddetinde olacak vb. sismologları ilgilendiren konuların tartışmasını uzmanlarına bırakıp, bir deprem ülkesi olduğumuzu zihinlerimize hiç unutmayacağımız şekilde kazımamızın zamanı geldi de geçti bile.

Türkiye’nin kaçınılmaz gerçeği depremdir ve ülkemizin her yerinde her an deprem olma riski vardır. Türkiye ve yakın çevresinde 2022 yılında 20288 adet deprem gerçekleşmiştir (Bkz. Tablo 1). 12.07.2023 - 17.07.2023 tarihleri arasında 499 deprem gerçekleşmiştir [1].

Bu rakamlar, depremden kaçmamızın mümkün olmadığını açık bir şekilde gösteriyor. O halde depremden korkmak yerine, etkilenmemek için gereken önlemleri almalıyız.

Burada 2006 yılında yitirdiğimiz, dünyanın sayılı deprem mühendislerinden biri olan çok değerli hocam, Prof. Müfit Yorulmaz’ ın bir anekdotunu aktarmak istiyorum. <

Kısa bir süre sonra şiddetli bir sarsıntı oldu ve koşarak koridora fırladım. O da ne? Hiç kimse yok! Ofislerin koridorlara bakan camlarından herkesin masalarında sakin bir şekilde çalıştığını görünce, utanarak ve başkalarının beni görmediğini umarak sessiz bir şekilde odama döndüm. Evet, orası Japonya’ydı ve Japonlar binalarını depremlere dayanıklı olarak inşa ettikleri için depremden korkmadıklarına göre benim de korkmama gerek yoktu>>.

Tablo 1. Çözümü yapılan depremlerin yıllara göre dağılımı.

06 Şubat 2023 tarihinde Kahramanmaraş’ın ilçeleri Pazarcık ve Elbistan merkezli, 7.7 MW ve 7.6 MW şiddetinde gerçekleşen ve 10 ilimizde ve Suriye’nin kuzey bölgesinde çok büyük yıkıma ve can kaybına neden olan 2 büyük deprem, dünyadaki tüm deprem uzmanlarının ilgisini çekti ve bu depremlerin sonuçları ile ilgili birçok araştırma yapıldı.

Prof. David Alexander’ın (UCL Institute for Risk & Disaster Reduction) yorumu hemen hemen tüm araştırmala rın özeti olarak kabul edilebilir.

<>.

A-YAPISAL ÇÖKÜŞÜN NEDENLERİ

Deprem hasarları temelde yapısal istikrarla bağlantılıdır. Yapısal çöküş; hatalı tasarım, zayıf yapılaşma, su yalıtımı yapılmaması, uygun olmayan malzeme kullanımı, bakım yapılmaması, açıklık arttırmak için binanın taşıyıcı sistemine verilen hasarlar ve daha birçok nedenle meydana gelebilir.

1. HATALI TASARIM

Depremler sırasında yapısal çöküşün ana nedenlerinden biri hatalı tasarımdır. Bir depremin uyguladığı yanal kuvvetlere dayanacak şekilde tasarlanmamış binaların kolon, kiriş ve diğer bileşenleri, depremin neden olduğu şiddetli zemin hareketi ile kırılma noktasına kadar gerilir ve iletilen enerjiyi emip dağıtamadığı (sönümleyemediği) için genellikle en zayıf noktalarından kırılarak binanın çökmesine neden olur. Uygun şekilde güçlendirilmemiş binalar da çökmeye karşı hassastır [3, 4].

1.1 Kat Planlarında Düzensizlik ve Rijitlik

Yapının burulma davranışı, yapısal tasarım sırasında dikkate alınmadığı takdirde, bir depremde yapıda ciddi hasar oluşacaktır. En yaygın uygulamalar, burulma modlarının baskın hale gelmesini önlemek için yapının rijitliğini değiştirmektir (Bkz. Şekil 1)

Şekil 1. Kat planları düzensiz tasarlanmış bina örneği.

Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, rijitliği düşük olan bölgenin yanal deformasyonu, perde duvar alanına kıyasla daha yüksek yanal sapmaya sahiptir. Geometrik merkez ve rijitlik merkezi çakışmıyor.

Daha yüksek yanal sapmaya maruz kalan alandaki kolonlar, yüksek eğilme hareketi ve kesme kuvvetleri geliştirebilir. Kolonların yapısal kapasitesi bu kuvvetleri taşımak için yeterli değilse, kolon başarısız olabilir ve binanın bir kısmının veya tamamının çökmesine neden olabilir.

1.2 Kısa Kolon Efekti

Kısa kolon, yüksekliği diğer kolonlardan önemli ölçüde daha az olan bir kolon türüdür ve binalarda ciddi yapısal hasarlara neden olabilir. Ana strüktürdeki bütün kolonlar aynı yükseklikte olsa bile, bölme duvarları kolon yüksekliğini azaltabilir.

Kısa kolonların efektine neden olan durumlardan bazıları şu şekildedir.

• Kolonlar arasına blok tuğla ile alçak duvar yapılması, Yanal yükler uygulandığında, zemin yanal yönde saptırılır. Benzer şekilde, kolon üst kısmı alt ucuna oranla yanal olarak hareket eder. Normal kolonlar, kısa kolonlara oranla daha fazla hareket özgürlüğüne sahiptir. Kısa kolonun diğer kolonlarla aynı yanal sapmaya sahip olması gerekmesine rağmen hareket etmeye karşı dirençlidir. Sonuç olarak, daha büyük bir yükü hareket ettirme direnci kısa kolon tarafından karşılanacaktır. Bu farklılık tasarımda dikkate alınmadıysa, kısa kolonlarda hasarlanma meydana gelebilir (Bkz. Şekil 2).

Şekil 2. Bölme duvarlı kısa kolon örneği.

• Kolonların, orta kısımlarından bir kiriş ile birbirine bağlanması (Bkz. Şekil 3),

Şekil 3. İlave kirişli kısa kolon örneği.

• Eğimli zeminde inşa edilen binalarda, alttaki kolonlar uzun, üstteki kolonları kısa olacak şekilde tasarım yapılması Şekil 4),

Şekil 4. Eğimli zeminde kısa kolon.

1. 2. ZAYIF YAPILAŞMA

Çöküşün bir başka nedeni de zayıf yapılaşmadır. Bu problem, binaların tasarlandığı şekilde inşa edilmemesi halinde ortaya çıkabilir. Örneğin, bir binanın temeli uygun şekilde kazılmamışsa veya bina uygun şekilde güçlendirilmemişse, deprem sırasında çökme olasılığı daha yüksektir [3].

2.1 Zemin sıvılaşması nedeniyle temel arızası:

Dolgu zeminler ve zemin emniyet gerilmesi düşük zeminlerde, büyük bir deprem esnasında sıvılaşma oluşması (ağırlık taşıma kabiliyetinin yok olması) riski çok yüksektir.

Tasarım sırasında sondaj deliği araştırma verilerine dayanarak toprak sıvılaşması riskini belirlemek ve deprem durumunda bu tür arızaları önlemek için atılması gereken adımları belirlemek tasarımcının sorumluluğundadır.

Ayrıca yapının etkileşim ile davranışını anlamak için tasarım ile toprak-kazık-bina etkileşimine dikkat edilmelidir.

Kazık Temellerinin toprak altı ara seviyelerindeki toprak katmanlarında zemin sıvılaşması halinde kazıkta ek bükülme momenti ve kesme kuvvetleri gelişecektir. Zemin sıvılaşması, kesit takviyelerinin ek stresi taşımak için yeterli olmaması halinde, kazık temellerin bozulmasına neden olacaktır (Bkz. Şekil5).

Şekil 5. Zemin sıvılaşması nedeni ile kazık temellerin hasarlanması.

2.2 Zeminde Aşırı Oturma ve Binanın Devrilmesi

Yapı inşa edilmeden önce düzgün bir şekilde iyileştirilmeyen basınçlı zemin, deprem nedeniyle aşırı deformasyona uğrayabilir.

İç toprak tabakasının sıvılaşması, bina temeli ile birlikte üst toprak tabakalarının oturmasına neden olabilir. Dengesiz zemin kapasiteleri deprem ile tetiklenirse bina devrilebilir.

Binalar iki ana nedenle devrilebilir:

• Zemin taşıma problemleri

Binanın dikey ve yatay yönde sallanması nedeniyle temel altındaki toprak aşırı strese maruz kalır. Bunun bir sonucu olarak, temelde hasarlanma olasılığı vardır.

Sığ bir temelde, temelin bir kısmının zemininin hasarlanması, binanın devrilmesine neden olabilir.

• P-Delta Etkisi

Binanın aşırı sapması, binanın yük eksantrikliğine neden olur. Ek olarak, kalıcı deformasyon, bir depremin etkisinden dolayı yapının yük merkezini değiştirir.

Bunun bir sonucu olarak, binanın devrilme olasılığı vardır (Bkz Şekil 6).

Şekil 6. P Delta etkisi.

2.3 Yumuşak Kat

Teknik açıdan katlardan birinin diğer katlara göre yanal yönde sertleşmelerin düşük olması yumuşak kat etkisi olarak değerlendirilebilir. Genellikle zemin katı otopark olarak değerlendirilen binalarda rastlanan bir problemdir.

Depremlerden kaynaklanan yanal yükler uygulandığında, yanal güvenliği yüksek zeminler kuvvetleri taşıyabilecek ve yanal sapmaları kontrol edebilecektir. Bununla birlikte, yumuşak kat, zeminin bozulmasına yol açan aşırı yanal deformasyona sahip olacaktır. Bu tür hasarlar binaların çökmesine neden olur (Bkz. Şekil 7). Aşırı açıklıklı ara katlarda da yumuşak kat efekti oluşabilir.

Şekil 7. Yumuşak kat efekti nedeni ile çöken bina.

2.4 Deprem Nedeniyle Kazık Başı Arızası

Binalar, depremlerden kaynaklanan yanal yükler nedeni ile devrildiğinde, üst yapıda meydana gelen diğer yapısal hasarlara ek olarak kazık başlığı birleşim yerlerini etkileyen aşırı yükler nedeni ile kazık başlarında göçme meydana gelebilir (Bkz. Şekil 8).

Şekil 8. Kazık başı arızası halinde binanın hareketi.

Kazık başlığı zemin kirişleri ile birlikte çok yüksek rijitliğe sahip olduğu için, kazık ve kazık başlığı bağlantısı problem çıkma olasılığı en yüksek zayıf nokta olacaktır. Hasar oluşması, zemin ve yapının etkileşimini daha da kötüleştirecektir.

2.5 Yetersiz süneklik

Binanın sünekliği, deprem yüklerine karşı binaların tasarımında dikkate alınan çok önemli bir faktördür. Rijit bina, deprem kuvveti altında elastik davranış yapan, deprem yükleri altında az yer değiştirme yapan ve başlangıçtaki davranışına göre tanımlanan binadır. Sünek bina, deprem kuvveti altında dayanımını fazla kaybetmeden elastik ötesi davranış yaparak mafsalların oluşmasını sağlayan ve bu şekilde deprem enerjisinin sönümlenmesini gerçekleştiren binadır.

Bir binanın depreme dayanıklı olabilmesi için aşağıdaki üç özellik aynı anda sağlanmalıdır.

a) Yeterli Ötelenme Rijitliği olmalı,
b) Yeterli Eleman Dayanıklığı olmalı,
c) Yeterli Süneklik olmalıdır.
 

Binanın sünekliği donatı detaylandırması ile kontrol edilir. Betonarme elemanın detaylandırılması yapılırken karşılanması gereken özel gereksinimler vardır.

Binanın sünekliği arttıkça, rijitliği azalacaktır. Binanın rijitliği azalınca periyodu artacaktır. Periyot artınca deprem kuvvetleri azalacaktır. Bu şekilde deprem enerjisi sönümlenmiş olacaktır.

Ayrıca, kiriş ve kolonların, kolon ve temelin bağlantısının bozulması, yapısal bozulmaya neden olabilir.

Betonarme binaların sünek davranış gösterebilmeleri için:

• Basit eğilme hesabında sünek kırılma şartına kesinlikle uyulmalı,
• Bileşik eğilme hesabında aşırı gevrek kırılmaya imkan verilmemeli,
• Kiriş ve kolonda eğilme kırılmasının, kesme kırılmasından önce meydana gelmesi kesinlikle sağlanmalı,
• Donatıların ara mesafesi, kenetlenme boyu, bindirme boyları, paspayları ve düğüm noktalarına yakın etriye sıklaştırmaları statik projesine bire bir uygun olarak yapılmalıdır. Bilinçsizce detaylandırılan donatı, betonarmeye süneklik kazandırmaz ve çok ani, tahripkar ve gevrek kırılmalara yol açar [9].

2.6 Yetersiz Yanal Sertlik

Binaya uygulanacak yanal yükler, betonarme strüktür ve perde duvarlar (kesme duvarları) tarafından paylaşılacaktır. Betonarme perde olmaması halinde tüm yükler çerçeve yapısı tarafından karşılanacaktır.

Betonarme perdeler binanın yanal yüke dayanma kapasitesini arttırdığı için tasarımda betonarme perde ve çerçeve etkileşimi dikkate alınmalıdır.

Betonarme perde, ana ekseninde diğer eksende olduğundan daha serttir. Düzleminde etkili olan dikey ve yatay kuvvetlere nispeten sert direnç sağlayan birincil bir yapı olarak kabul edilir. Bu kombine yükleme koşulu altında, bir kesme duvarı uyumlu eksenel, kesme, burulma ve eğilme gerinimleri geliştirir ve karmaşık bir iç gerilim dağılımına neden olur. Bu sayede yükler binanın temeline dikey olarak aktarılır. Bu nedenle, 5 kritik başarısızlık mekanizması vardır. Başarısızlık mekanizmasını belirleyen faktörler geometri, yükleme, malzeme özellikleri, kısıtlama ve konstrüksiyonu içerir [10] (Bkz. Şekil 9).

Tasarımda betonarme perdelerin yerlerinin doğru seçilmesi ve yanal yükleri karşılayabilecek yeterli betonarme perde alanının sağlanması, depremde binanın hasarlanmasını önlemek için bir zorunluluktur.

2.7 Bitişik Nizam Binalarda Bırakılması Gereken Deprem Derzleri

Bırakılacak minimum derz boşluğu, 6m yüksekliğine kadar en az 30 mm olacak ve bu değere 6m’den sonraki her 3m’lik yükseklik için en az 10 mm eklenecektir. Bina blokları arasındaki derzler, depremde blokların bütün doğrultularda birbirinden bağımsız olarak çalışmasına olanak verecek şekilde düzenlenmelidir [11].

1. 3. YALITIMSIZ TEMELLER

Yapısal çöküşün en önemli nedenlerinden biri de, binanın temellerinde suya karşı önlem alınmamasıdır. Temellerinde su yalıtımı olmayan veya hatalı su yalıtımı uygulanan binalarda, temel donatısında paslanma başlar. Korozyon sonucu donatı çaplarında azalma olurken, oluşan korozyon ürünlerindeki hacim artışı, beton paspaylarında çatlamaya yol açarak zararlı maddelerin beton içine girişini ve taşınımını arttırır [5]. Ayrıca, korozyon sonucu beton ile donatı arasındaki aderans da azalır [6]. Bunların sonucunda donatının kesiti 10 yıl içinde 1/3 oranında, taşıma kuvveti 2/3 oranında azalır ve yapıdan beklenen servis ömrü sağlanamaz [7], (Şekil 9).

Şekil 9. Suya maruz kalan temellerde donatıdaki korozyonun etkileri.

Bayındırlık ve İskan Bakanlığı’nın 125000 konut üzerinde yürüttüğü bir inceleme sonucunda 1999 Marmara Depreminde çöken binaların %64’ünde korozyon sorunun bulunduğu, %90’ında ise kullanılan malzemelerin standartlara uygun olmadığının belirlenmiştir [8].

1. 4. YETERSİZ BAKIM

Yapısal çöküşün nedenlerinden biri de kötü bakımdır. Binalar uygun şekilde muhafaza edilmediğinde, daha zayıf ve hasara karşı daha duyarlı hale gelirler. Bu, özellikle yüksek sismik aktiviteye sahip bölgelerde bulunan binalar için geçerlidir. Örneğin, temel yapısı hasarlanan bir binanın çok hafif şiddetteki depremlerde bile çökme olasılığı oldukça yüksektir.

İnşaat mühendisleri olarak depreme dayanıklı binalar tasarlamak ve inşa etmek önemlidir. Ek olarak, mukavemetlerini ve stabilitelerini sağlamak için binaları uygun şekilde korumak önemlidir.

1. 5. UYGUN OLMAYAN YAPI MALZEMESİ KULLANIMI

Binanın sağlamlığı, inşası sırasında kullanılan malzemelere bağlıdır. Çoğu durumda, standart altı malzemelerin ve inşaat yöntemlerinin kullanılması da bir deprem sırasında bir yapının çökmesine katkıda bulunabilir [3, 4].

Genel olarak, ahşap malzemelerden oluşan binalar, beton binalara göre çökmeye karşı daha az hassastır. Bunun nedeni, beton binaların oldukça rijit olmasıdır.

B- JAPONYA’DA DEPREME DAYANIKLI BİNA PLANLAMASI

Ülkenin şiddetli deprem geçmişine rağmen milyonlarca insanın yoğun nüfuslu yüksek binalarda yaşadığı Japonya gibi ülkeler, inşaat düzenlemelerinin insanları afetlerde güvende tutmaya nasıl yardımcı olabileceğini göstermektedir.

İnşaat güvenliği gereksinimleri, bir binanın kullanımına ve deprem riski en yüksek alanlara yakınlığına bağlı olarak değişir. Bina inşaatında, basit güçlendirmeden, bina boyunca hareket damperlerine, tüm yapıyı zeminin hareketinden izole etmek için dev bir amortisörün üzerine yerleştirmeye kadar çok çeşitli yöntemler uygulanmaktadır [12],

Bir deprem ülkesi olan Japonya’da binalar, farklı derecelerde deprem direncine göre inşa edilmişlerdir.

Şekil 10. Japonya’da depreme dayanıklı bina uygulamaları.

Dr. Atila Gürses
ONDULİNE Avrasya A.Ş.

 

Kaynaklar:

[1] Url-1 , Boğaziçi Üniversitesi Kan- dilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü (KRDAE) Bölgesel Deprem-Tsunami İzleme ve Değerlendirme Merkezi (BDTİM), erişim tarihi 08.07.2023.

[2] Url-2, Turkey earthquake: Why did so many buildings collapse?, erişim tarihi 10.07.2023.

[3] Url-3 , What Causes Structures to Collapse due to Earthquake, erişim tarihi 10.07.2023.

[4] Url-4 , Why Do Buildings Fail In An Earthqu- ake?, 12.04.2019, erişim tarihi 17.07.2023

[5] Broomfield, J.P., (1997) Corrosion of Steel in Concrete , E & FN Spon, London , UK.

[6] Melchers, R.E., (1987) Structural Reliability – Analysis and Predi ction. Ellis Horwood Limited, West Sussex.

[7] Erdoğdu, Ş., (2003) Betonda Donatı Korozyonu: Ölçümü ve irde- lenmesinde yaygın olarak kullanılan yöntemler ve teknikler. 5. Ulusal Beton Kongresi. İstanbul, Türkiye. 01-03 Ekim 2003.

[8] İ.M.O. - İnşaat Mühendisleri Odası, (2010) Türkiye’nin Deprem Ger- çeği Değerlendirmeleri Raporu , Ankara.

[9] Altundal, A., Cumhur, A., (2017) Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı. Süneklik, Rijitlik, Dayanıklık ve Deprem Yüklerine İlişkin Genel Kural- lar. Sakarya Üniversitesi - İnşaat Mühendisliği Bölümü.

[10] Su, R.K.L., (2014) Shear and Flexural Stiffnesses of Reinforced Concrete Shear Walls Subjected to Cyclic Loading Article in The Open Construction and Building Technology Journal · July 2014 DOI: 10.2174/1874836801408010104

[11] Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, (2018), Resmi Gazete, 18 Mart 2018, Sayı. 30364, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı,

[12] Url-5 , Turkey earthquake: Why did so many buildings collapse?, erişim tarihi 17.07.2023

https://www.izoder.org.tr/dergiler/izoder-162-e-dergi/#book/49