Bir Binayı Depreme Dayanıklı Yapmanın Yolları Nelerdir?

Türkiye bir deprem ülkesidir. Bu, tartışmaya açık bir konu değildir; bilimsel bir gerçektir. Avrasya ve Büyük Arabistan plakalarının kesişim yerinde bulunan Anadolu plakası, bunların kesişimi olan Kuzey Anadolu, Doğu Anadolu ve Bitlis-Zagreb faylarını ve bu fayların enerjilerini barındırmaktadır. Bu faylar, bilimsel açıdan oldukça aktiflerdir ve geçtikleri bölgelerde ciddi bir deprem riski ve güvensiz zemin oluşturmaktadırlar. Buna ek olarak hiçbir otorite depremlerin tam lokasyonunu ve zamanını bir kâhin gibi önceden öngörüp bölgeyi depremin hemen öncesinde tahliye etmeyi bekleyemez. Ancak aktif fayları inceleyerek, isabetli bir şekilde deprem olacağını kestirebiliriz.

Bu durumda bu fayların üzerinde ve çevresinde oldukça büyük nüfuslar barındıran ülkemizin iki seçeneği kalmaktadır: Hiçbir şey yapmamak ve kaçınılmazı beklemek ya da Japonya ve Şili gibi diğer aktif fay ülkelerinden örnek alarak depreme kanıtlanmış biçimde dayanıklı yapılar üretmek. Türkiye olarak 1999 yılındaki Gölcük depremi, 2020 yılındaki Elazığ ve İzmir depremleri ve özellikle İzmit depreminden beridir en güçlü fay kayması olan Kahramanmaraş ve Gaziantep depremleri bize depreme hazırlık açısından ne kadar geride kaldığımızı dehşete düşürecek açıklıkta göstermiştir. Özellikle son iki kaymanın sonuçları oldukça üzücü ve korkunçtur ancak bu yazımızda depremin etkilerine değil, deprem öncesinde çoktan yapılmış olması gereken önlemlere ve yapısal tekniklere odaklanacağız.

Depreme hazırlık açısından bir yapının sahip olması gereken en temel özellik kolayca çıkarabileceğimiz üzere doğru materyal tercihidir. Bu durumda hem kalite hem de uygunluk oldukça önemlidir. Modern binalar yerçekimine karşı duruşları gereği dikey titreşim ve güçlere yatay güçlerden çok daha dayanıklıdır, neticede bir bina yapılırken yerçekimine karşı her zaman bir potansiyel enerjiye sahip olacağı düşünülerek dikey dayanıklılık hesaba katılmaktadır. Ancak çoğu deprem dikey titreşimler kadar yatay titreşimler de üretir. Bu durumda ise yapılabilecek tek şey bu yatay dalgaların enerjisini olabildiğince az zararla emmek, absorbe etmektir. Tam da bu noktada materyal biliminde sıkça kullanılan süneklilik (İng: "ductility") isimli kavramla karşılaşırız.^[1] Süneklilik, kısaca, bir materyalin (metal, kompozit vb.) kritik bir başarısızlığa sebep olmadan emebileceği enerji ve bozunmayı temsil eder. Peki betonun sünekliliği nasıl arttırılır?

Materyal biliminde bir ürünün birden çok özelliği barındırmasını istiyorsak birkaç materyali karıştırabiliriz. Bu sayede ürettiğimiz ürün kompozit adı verdiğimiz yapıya dönüşür. İşte aslında metal ve çimentoyu karıştırırken yaptığımız tam olarak budur. Beton, özellikle sıkıştırıcı güçlere karşı çok dayanıklıdır ancak herhangi bir çekici stres betonun hızlı bir biçimde bozunmasına ve kaçınılmaz kritik başarısızlığa yol açar. Bu nedenle belirli oran ve şekillerde metal çubuklarla betonu desteklememiz, betonu hem basınca karşı çok dayanıklı hem de gerici kuvvetlere karşı oldukça güçlü kılar. Tamamı metal destekli yüksek binalar (gökdelenler gibi) kendine denk beton destekli binalardan 10 kata kadar daya dayanıklı olsa da günümüz fayda-maliyet eğrisinde beton ve çeliğin kompositi ön plana çıkmaktadır. ^[5]

Materyalimizi duruma uygun seçtiğimize göre sırada temelimizi uygun seçip yapıyı inşa etmek kalmaktadır. Bunun için ise elimizde toprak yapısına göre değişen oldukça fazla seçenek bulunmaktadır. Ancak bu yöntemlerin hemen hepsi depreme karşı tek bir amaca odaklanır: Binanın zeminden ayrılması. Zaten yerde sallanan ve titreyen bir zemin varsa, dayanıklılık için en kolay çözümün zeminden uzaklaşmak olduğu bir nevi içgüdüsel çözümümüz olacaktır.

Burada bahsetmemiz gereken temel kavram, sismik izolasyondur. Sismik izolasyon ya da sismik taban izolasyonu, kısaca, inşa etmek istediğimiz yapının temeliyle zemini arasında bir şok ya da titreşim emici element kullanarak sağlanan deprem koruma yöntemidir. Bu element, genellikle kurşundan bir çekirdeğin kompozit bir kauçuk türeviyle sarılmasıyla yapılmasına karşın güç emicilerin pek çok farklı türü vardır. Kulağa ne kadar basit gelse de taban izolasyonu günümüzde bir yapıyı depreme dayanıklı hale getirmenin en popüler ve kolay yollarından biri sayılmaktadır.^[6]

Wikimedia Commons

Pek alışık olmasak da bu yöntemin en iyi örneklerinden biri ülkemizde, hatta İstanbul’da bulunmaktadır! Sabiha Gökçen havalimanı, tamı tamına 300 taban ayırıcısına sahip olmakla beraber yatay deprem dalgalarının etkisini %80'e kadar azaltmaktadır. Bu da Sabiha Gökçen'i teoride 8.0 M_w büyüklüğündeki bir depreme karşı dayanıklı kılar.^[3]

Materyalimiz ve temelimizden sonra geriye son olarak binamızın yapısı kalmaktadır. Burada yoğunlaşacağımız iki element ise çapraz destekler ve kayma önleyici duvarlardır (İng: "shear walls", Tür: "perde duvar"). Bu iki yöntem de depreme karşı yapılmalarına karşın hizmet ettikleri amaçlar birbirlerinden oldukça farklıdır:

• Çapraz destekler sıkça görebileceğimiz şekilde binaların dışına yapılan ve genellikle bütün binanın dışını cephesini kapsayan "X" şeklinde metal desteklerden oluşur ve amacı bütün binayı çapraz streslere karşı güçlendirmektir.
• Kayma önleyici duvarlar ise pek çok çeşidi olmalarına karşın genellikle bir kabuk-çekirdek gibi binanın ana etmenlerini saracak şekilde uygulanır, örneğin acil çıkış merdiven bloklarının ve asansör boşluklarının etraflarını saracak şekilde. Bu ise acil bir durumda binanın bazı elementleri başarısız olsa dahi içerideki insanlara güvenli bir çıkış yolu sağlarken fabrika gibi daha teknik yapılarda tehlikeli maddeleri ve doğalgaz hatlarını sağlam tutar.^[7]

Çapraz desteklerin örneklerini ülkemizde çok katlı otopark binaları gibi pek çok yapıda görmek mümkündür. Bunun temel sebeplerinden biri ise binanın bütününün maruz kaldığı kuvvetlerin otoparkı dolduran araç sayısına göre drastik biçimde değişmesidir ve olası bir felaketi önlemek için bütün binanın bu güçleri dengelemesi gerekmektedir. Betonarme çarprazlar yapmak kalıp ve iskele maliyetleri nedeni ile ekonomik olmadığı için, bu çarprazlar genellikle komple duvar olarak tasarlanır ve inşa edilir.

Wikimedia Commons

Kayma önleyici (perde duvar) ve güçlendirilmiş duvarlar ise içinde bolca insan bulunduran ve acil durum çıkış sayısı az olan, çok katlı plaza tarzı binalarda karşımıza çıkar. Tıpkı binanın ana etmen kolonları gibi yapıyı destekleyen kayma önleyici duvarlar bir nevi bina içinde bir başka bina varmışçasına davranarak önemli çekirdek noktaları korur. Kayma önleyici duvarların bunun dışında pek çok kullanım şekli bulunmaktadır ancak bahsettiğimiz çekirdek-kabuk yöntemi günümüzde en yaygın kullanılan yöntemlerdendir.^[7]

Wikimedia Commons

Sonuç

Sonuç olarak bir binayı ve daha önemlisi içindeki insanları korumanın gerek ekonomik gerekse güvenilir sayısız yolu vardır. Burada bahsettiğimiz yöntemlerin hepsi her yapıya aynı şekilde uygulanamasa da bu kısa yazımızda dahi günümüzde karşılaştığımız hemen her binayı koruyacak en az bir sistem mevcuttur. Yani depreme karşı korunmanın önünde ne ekonomik ne de teknolojik bir engel bulunmamaktadır. Özellikle maliyet açısından kar marjının yanında ciddi anlamda gülünç rakamlar harcanarak binanın depreme dayanıklılığı onlarca kat arttırılabiliyorken depreme dayanıklı bina üretmenin önünde hiçbir bahane geçerli değildir.