Uğurcan ÖZÇAMUR
M.Sc.
Yapısal Deprem Mühendisi
TİS Teknolojik İzolatör Sistemleri
Depremler, geçmişten günümüze insan yaşamı üzerinde gerek sağlık gerek psikolojik gerekse toplumsal anlamda etkili olmuş doğal afetlerdir. Dünyanın yapısı gereği yerkabuğu içinde yaşanan kırılmalar nedeniyle oluşan titreşimlerin yerkabuğu ve yeryüzü boyunca yarattığı sarsıntı deprem olarak tanımlanmaktadır. Şekil 1’de gösterilen Global Sismik Tehlike Haritası (M. Pagani, 2018), dünyada depremlerin en etkili olduğu bölgeleri maksimum yer ivmesi cinsinden belirtmektedir.
Şekil 1’de görülebileceği gibi, Türkiye, dünyada ve yakın çevresinde deprem tehlikesinin en yüksek olduğu ülkelerden biridir. Bu nüfus ve ekonomik faaliyetlerin yoğunlaştığı bölgeler de dikkate alındığında daha da çarpıcı ol-maktadır. Türkiye topraklarının yaklaşık %65’i ve nüfusunun yaklaşık %75’i yıkıcı ve büyük depremlerin meydana geldiği bölgelerde bulunmaktadır (Bülent Özmen, 1999). Türkiye’de 1900 yılından beri 223 adet hasar yapan deprem meydana gelmiş; bu depremler, 550.000’den fazla binanın yıkılmasına veya ağır hasar almasına, 90.000’den fazla da can kaybına sebep olmuştur (Bülent Özmen, 1999). Bu sayılar, Türkiye’de her 6 ayda bir ölümlere ve yıkıma sebep olan bir deprem meydana geldiğini göstermektedir. Önümüzdeki dönemde de büyük depremler yaşanması kaçınılmazdır ve olası depremlerin yıkıcı etkilerine karşı bilimin ve mevcut olan son teknolojilerin kullanılarak önlem alınması elzemdir (Özçamur, 2020).
Deprem Yalıtımı
Temel Çalışma Prensipleri
Deprem yalıtımı, yapının kendisi ile temeli arasına yerleştirilen özel cihazlar (deprem yalıtım cihazları) sayesinde yapı ile zemin arasında bir katman oluşturarak (deprem yalıtımı arayüzü), yapının ve yapının içindeki tüm bileşenlerin depremin yıkıcı etkilerinden korunmasını sağlayan bir yöntemdir. Deprem yalıtım cihazları, düşey yönde yapının ağırlığını taşıyacak kapasite ve rijitliğe sahipken, yatay yönde oldukça esnektir. Bu, deprem yalıtımlı bir yapının doğal titreşim periyodunun ankastre bir yapıya kıyasla daha büyük olmasını sağlamaktadır. Yapının periyodunun artması ile deprem anında beklenen deplasmanlar büyümekte ve yapının hissedeceği ivmeler azalmaktadır. Deprem yalıtımlı bir yapıda, depremden kaynaklı yanal deplasmanlar, deprem yalıtım cihazları ile karşılanmaktadır ve üst yapı rijit gövde (rigid body) olarak davranabilmektedir. Sonuç olarak, deprem yalıtımlı bir yapının büyük bir deprem anında, hem hissedeceği ivme hem de oluşacak kat ötelenmeleri minimum seviyelerde kontrol altında tutulabilmektedir. Bu iki parametreyi aynı anda kontrol edebilen, kanıtlanmış tek yöntem deprem yalıtımıdır. Şekil 2’de bu davranış gösterilmekte ve sabit mesnetli (ankastre) bir yapı ile deprem yalıtımlı bir yapının kıyaslaması görsel olarak yapılmaktadır (TİS Teknolojik İzolatör Sistemleri San. ve Tic. A.Ş., 2017). Ek olarak, elastik bir yapıda %2, elastik ötesi davranış göstermesi beklenen (plastik mafsal oluşması kabulü ile tasarlanan) yapılarda ise %5 olarak kabul edilen sönüm oranı, deprem yalıtım cihazlarının histeretik sönüm özellikleri sayesinde deprem yalıtımlı yapılarda %20-%30 arasında olabilmektedir. Bu da hem yanal deplasman hem de yapının hissedeceği ivme değerlerinin daha da düşmesini sağlamaktadır. Şekil 3’te bu özellik gösterilmektedir (TİS Teknolojik İzolatör Sistemleri San. ve Tic. A.Ş., 2017).
Tüm bu özellikler bir araya geldiğinde, doğru tasarlanmış ve uygulanmış deprem yalıtımlı bir yapıda ne yapının kendisinde ne de muhteviyatında, o bölgede olması beklenen olası en büyük depremde hiçbir hasar beklenmez. Bu, yalnızca deprem yalıtımı ile sağlanabilecek bir performans hedefidir.
Yapılarda Performans Hedefleri ve Deprem Yalıtımı
Tüm yapılar, kendisine özel olarak belirlenen bir performans hedefine uygun olarak tasarlanır. Depreme dayanıklı yapı tasarımı sırasında, yapıda hedeflenen performans hedefi, yapılan analizler ve seçilen uygulama yöntemi ile sağlanır.
Ulusal ve uluslararası tüm deprem yönetmelikleri, sabit mesnetli olarak tasarlanan herhangi bir binanın süneklik düzeyine bağlı olarak belli bir seviyede hasar alması kabulü ile hazırlanır. Yani, tüm binalar, tasarlandıkları depremi yaşamaları durumunda belli bir miktar hasar alacaktır. Yönetmeliklerin amacı, hasarsızlık sağlamak değil, binaların göçmesini önleyerek can güvenliğini sağlamaktır. Binalar, özel birtakım yöntemler kullanılarak daha az hasar alma hedefi ile tasarlanabilmektedir. Ancak yapılarda herhangi bir depremde hasarsızlık ve kesintisiz kullanım (ya da hemen kullanım), yalnızca deprem yalıtımı uygulaması ile sağlanabilir. Yönetmeliklere uygun yapılar inşa edildiğinde can kayıpları minimuma indirilebilecek olsa dahi, büyük bir deprem sonrası oluşacak olan maddi kayıpların önüne geçebilecek tek yöntem deprem yalıtımıdır. Bununla birlikte, yapısal olmayan elemanların (duvar, tavan, mekanik-elektrik aksam, dolap vb eşyalar) da büyük bir depremi hasarsız olarak atlatmasını sağlayacağı için, sismik izolasyonun insan sağlığı üzerindeki ve ekonomik yararlarının yanı sıra çok büyük bir psikolojik faydası da olmaktadır. Ek olarak, bu uygulamanın yaygınlaşması ile, deprem sonrası hasar gören yapıların tamirat ve yıkım çalışmaları sırasında çevreye verilen zarar da önlenmektedir. Yönetmeliklerin belirlediği minimum kriterlere ek olarak yapılan işlemler ve uygulanan özel yöntemler ilk yatırım ve inşaat maliyetlerini arttırıyor olsa dahi, binanın deprem anında ve sonrasında kesintisiz kullanımına devam edebilmesi sağlanabilmektedir. Yukarıda sözü edilen olgular, Şekil 4’te gösterilmektedir (FEMA – Federal Emergency Management Agency, 2018).
Dünya’da güncel olarak kullanılan, uluslararası olarak kabul edilen ve modern denebilecek tüm deprem yönetmeliklerinde sabit mesnetli ankastre (klasik yapı) ve deprem yalıtımlı yapı tasarımı ile ilgili esaslar ayrı ayrı bulunmaktadır. Bu yönetmelikler arasında Eurocode (Avrupa şartnamesi), ASCE (Amerikan şartnamesi) ve 2019 yılında yürürlüğe girmiş olan Deprem Etkisi Altında Binaların Tasarımı için Esaslar (ya da kısaca Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği – TBDY2019) da bulunmaktadır.
Tüm yönetmelik ve şartnamelerde klasik bir yapının tasarım depremi altında (2019 Türkiye Deprem Yönetmeliği’nde DD-2 olarak belirtilen seviye) hasar alacağı kabulü yapılır ve bu hasarın kontrollü bir şekilde oluşabilmesi için “kapasite tasarımı” denilen yöntem uygulanır. Böylece, tasarım depremi altında hasar görecek, ama insanların can güvenliğini sağlayacak, yani yıkılmayacak yapılar tasarlanmaktadır. Deprem yönetmeliklerinde bulunan kuvvet azaltma katsayıları (R) bu amaç için kullanılmaktadır. Yapının, deprem etkileri altında gerçekte hissedeceği kuvvetler belli bir oranda azaltılarak tasarım buna göre yapılır. Bu yaklaşımın temeli, yapısal elemanların “plastik” olarak davranacağı kabulüne dayanır. Yani, yapısal elemanlar deprem anında kısmen hasar göreceklerdir. Bu hasar, kapasite tasarımı ile kontrol edilmekte ve binanın göçmemesi sağlanmaktadır. Tüm deprem yönetmelikleri, klasik (ankastre ya da sabit mesnetli) yapılar için bu yaklaşımı benimsemektedir. Deprem yalıtımı uygulanmayan bir yapıda depremde sıfır hasar prensibine göre tasarım yapabilmek gerek ekonomik gerekse uygulanabilirlik anlamında mümkün olmamaktadır.
Deprem yalıtımlı yapılar ise tasarım depremi seviyesinde Kesintisiz Kullanım, yani sıfır hasar prensibi ile tasarlanır. Deprem yalıtım cihazları ve alt yapı ise daha da üstün olacak şekilde, o bölgede olması beklenen maksimum deprem altında dahi Kesintisiz Kullanım hedefi ile tasarlanırlar. Böylece, altyapı elemanları, yalıtım cihazları, üst yapının kendisi ve tüm muhteviyatı, o bölgede beklenen tasarım depremini hasarsız olarak atlatır ve bina deprem anında kesintisiz kullanımına devam eder.
Sonuç olarak, örneğin, 2019 Türkiye Deprem Yönetmeliği’ne göre BKS = 3 sınıfına giren konut yapılarının tasarım depremi al-tında (DD-2) “kontrollü hasar” performans hedefini sağlamalıdır. Eski adı ile “can güvenliği” olan bu performans seviyesi, binanın olası bir deprem sonrası sadece insanların tahliyesini hedeflemektedir. Bu durum da binanın yüksek ihtimalle deprem sonrasında kullanılamaz, hatta güçlendirilemez hale gelmesi anlamına gelmektedir. Deprem yalıtımlı binalarda ise beklenen performans hedefi tasarım depreminde (DD-2) “kesintisiz kullanım”, en büyük depremde (DD-1) ise “kontrollü hasar”dır. Bu sebeple yalıtımlı binalar, depremden sonra hemen kullanılabileceği gibi yapısal ve yapısal olmayan hasar neredeyse oluşmayacaktır. Yine bu sebeple yalıtımlı binalarda, bina içi muhteviyatı da hasar görmeyecektir.