17 Ağustosun Yıldönümünde, Yaklaşan Büyük Deprem Nedeniyle - Binaları Korumaya Yardımcı Teknolojiler

17 ağustosu henüz unutamadık. Nasıl unutabiliriz ki, tüm Marmara Bölgesi’nde, Ankara’dan İzmir’e kadar geniş bir alanda hissedilen, resmi raporlara göre, 17.480 kişinin öldüğü, 23.781 kişinin yaralandığı, 505 kişinin sakat kaldığı bir felaketti. 285.211 evin, 42.902 iş yerinin hasar gördüğü raporlandı. hasar gördü. Resmi olmayan bilgilere göre ise yaklaşık 50.000 ölüm, ağır-hafif 100.000’e yakın yaralı olduğu belirtiliyordu. Ayrıca 133.683 çöken bina ile yaklaşık 600.000 kişiyi evsiz kalmıştı. Yaklaşık 16 milyon insan, depremden değişik düzeylerde etkilendi. [1].

Şimdilerde ise, Kandilli Rasathanesi başta olmak üzere her yerden 7 şiddetindeki bir depremin yakın olabileceği uyarıları geliyor [2]. Buna karşılık, deprem sonrası gerekli dersler alındı mı? Aradan geçen 18 yılda inşaat tekniklerimiz gelişti mi? Ya da riskli binalar yeterince düzeltilebildi mi? Bunlar bir soru işareti ve maalesef ikinci soru işareti; “Afet Toplanma Bölgeleri” ile ilgili. 1999 depremi sonrasında planlanan Afet Toplanma Bölgelerinin imara açıldığı gibi bir haber var [3]

Bu yazımızda, bu gelişmelere rağmen, inşaat konusundaki depreme yönelik teknolojileri bir sıralayalım istedik. Bu nedenle William Harris tarafından “How It Works” sitesinde sıralanan teknolojileri sizin için tercüme ettik [4];

İnsanlık, uzun zamandır daha büyük ve daha uzun binaları inşa etmeye çalışıyor. Doğal güçleri kendi yararına kullanmayı başarmak istiyor ama hala kendisini doğal afetlerden korumak için mücadele ediyor. Bu korkunç felaketlerden bir tanesi depremler ve dünyanın pek çok yerinde inşaat mühendisleri işlerini yaparken, bu tehdidi düşünmek zorundadır. Bir yapıyı sismik aktivitenin yarattığı tehlikelere karşı korumak için çeşitli bilinen ve öngörülmüş teknik vardır.

Havada Asılı (Floating) TemelBu kavram bir binanın alt yapısını, üstyapısından ayırmaya dayanmaktadır. Bu sistemin bir versiyonu, binanın temelinin, kauçuk ve çelikten oluşan katmanlarla sarılmış sağlam bir kurşun çekirdeği üzerinde bulunan kurşun-kauçuk rulmanlar üzerinde havada durmasını içerir. Çelik levhalar rulmanları binaya ve temeline bağlar ve bir deprem vurduğunda temelin üstündeki yapıyı hareket ettirmeden hareket etmesine izin verir. Japon mühendisleri temel izolasyonu yeni bir düzeye getirdi. Bir binanın havada kayan bir sistem olmasını sağlayacak bir sistem tasarladılar. Sistem hava yastığı üzerine bir bina yükseltir ve tutar. Sensörler deprem aktivitesini algılar ve bir hava kompresörü ile iletişim kurar ve bina ile temel arasındaki havayı anında zorlar. Bu hava yastığı, yapıyı yerden 3 santimetreye kadar yükselterek, onu parçalayabilecek kuvvetlerden ayırır. Deprem bittiğinde bina temellerine oturur. Biraz bilim kurguya benziyor, değil mi?
AmortisörlerAraçlarda istenmeyen yay hareketlerini kontrol eden cihazlara benzer şekilde binalara yerleştirilen amortisörler de şokları emer, salınımı yavaşlatır ve titreşim hareketlerinin büyüklüğünü azaltır. Mühendisler genellikle bir binanın her katına amortisörler yerleştirirler “bir ucu bir sütuna, diğer ucu bir kirişe tutturulur. Her biri, silikon yağı ile doldurulmuş silindirin içinde hareket eden bir piston kafasından oluşur. Bir deprem olduğunda, binanın yatay hareketi, her bir amortisördeki pistonun, depremin mekanik enerjisini yağ üzerinden emmesine ve ısıya dönüştürmesini sağlar”.
Sarkaç GücüŞok emici bir teknik de sarkaç güç tekniğidir. Yapının tepesine yakın olan bir noktada, muazzam bir kitleyi askıya almayı içerir. Çelik kablolar kütleyi desteklerken, viskoz akışkan amortisörleri kütle ile korumaya çalıştığı bina arasında duruyor. Sismik aktivite binanın sallamasına neden olduğunda, sarkaç enerji ters yönde hareket ederek dengeleme yapar. Her sarkaç tam olarak yapının doğal titreşim frekansına göre ayarlanır, bu nedenle mühendisler bu tür sistemleri “ayarlı kütle amortisörleri” olarak adlandırırlar. Görevleri, rezonansa karşı koymak ve yapının dinamik tepkisini en aza indirmektir.
Değiştirilebilir SigortalarSistem, binanın merkezinde ya da dış duvarlarda bulunan çelik çerçevelerin hareketi ile enerjiyi tüketir. Bunlar çelik çerçevelerdir ve yapıyı temelinden sarsabilir. Deprem durduğunda sallanmayı kontrol etmek ve çerçeveyi dikey duruma getirmek için, çelik tendonlar çerçevenin merkezinde dikey olarak ilerlemektedir. Bu tendonlar, birlikte bükülmüş ve sallanma esnasında elastik kalacak şekilde tasarlanmış yüksek mukavemetli çelik kablo tellerinden yapılır. Çalkantı sona erdiğinde, normal uzunluklarına geri dönerler, binayı düzgün hizaya getirirler. Çerçevenin alt kısmında binanın geri kalan kısmının hasar görmesini önlemek için tasarlanmış çelik “sigortalar” vardır. Tıpkı elektrikli sigortalar gibi, çelik sigortalar “patlarlarsa” kolay ve ekonomik bir şekilde değiştirilebilirler.
Sallanan Çekirdek-DuvarBu teknik, sismik direnci düşük maliyetle artırmak için birçok modern yüksek katlı binalarda kullanılır. Bu sistemde, betonarme bir çekirdek, asansör kutularını çevreleyen yapının kalbinde dolaşır. Taban izolasyonu ile birlikte en etkili şekilde kullanılır. Taban yalıtımı için, elastometrik rulmanlar çelikten ve doğal kauçuktan veya neoprenden oluşan alternatif katmanlardan yapılır. Bu, düşük yatay sertlik ve dikey rijitlik ile bir yatak oluşturur. Salınımlı çekirdek duvarı ve taban yalıtımı kombinasyonu etkili, ucuz ve nispeten basittir.
Sismik Görünmezlik PerdesiBu da adeta bilimkurgu sayılabecek başka bir tekniktir. Depremlerden kaynaklanan titreşim dalgalar halinde hareket eder ve en zararlı olanlara Raleigh yüzey dalgaları denilir. Bunlar zemini dikey olarak hareket ettirir ve yıkıcı yukarı-aşağı hareketine neden olur. Bazı bilim adamları binayı (veya tüm kentsel alanları) bu sismik dalgaların iletilmesini engelleyecek “Sismik Görünmezlik Perdesi” ile korumak şeklinde bir fikir öne sürüyorlar. bunun için, binanın altına 100 eş merkezli plastik halkadan oluşan bir zincir gömülüyır ve deprem dalgaları herhangi bir noktasına çarptığında, halkalar zinciri içinde dalga sıkışıyor ve diğer taraftan çıkarken, binanın çevresinden hareket etmeye zorlanıyor.
Şekil Hafızalı AlaşımlarÇelik ve beton hariç, ticari inşaat projelerinde çokca kullanılan malzemelerin hepsi plastik deformasyona uğrayabilir. Şekil Hafızalı alaşımlar [5] ise, ağır gerilimlere dayanabilir ve gerilim bittiğinde orjinal şekline dönebilir. Birçok mühendis –aynı zamanda akıllı denilen — bu malzemeleri deniyor. Bu alanda bir umut verici alaşım, nikel titanyum veya nitinol, çeliğe nazaran yüzde 10-30 daha fazla elastikiyet sunuyor. 2012 yılında yapılan bir araştırmada, çelik ve betondan üretilen köprü sütunlarının sismik performansı, nitinol ve betondan yapılmış sütunlarla karşılaştırıldı. Şekil bellekli alaşım her seviyede geleneksel malzemelerden daha iyi performans gösterdi ve çok daha az zarar gördü.
Karbon Fiber SargıYeni bina inşa ettiğinizde potansiyel sismik zararları öngörmek ve depreme direnç sistemlerini dahil etmek nispeten kolaydır. Halihazırda yapılmış olanlara koruma sağlamak (daha sonra yenilemek) çok daha zordur. Ancak imkansız değil! Bir çözüm, fiber takviyeli plastik sargı veya FRP olarak bilinen bir teknolojiyi gerektirir. Üreticiler, epoksi, polyester, vinil ester ya da naylon gibi bağlayıcı polimerler, karbon liflerini karıştırılarak bu hafif, ama çok güçlü kompozit malzeme sargısını üretir. Bu sistemde, mühendis köprü veya binanın beton destek sütun etrafında malzemeyi sarmak ve daha sonra kolon ile malzeme arasındaki boşluğun içine basınçlı epoksi pompalarlar. Tasarım gereksinimlerine dayanarak, mühendisler bu işlemi altı veya sekiz kez tekrarlayabilir. Bu, mumya sarılı bir kiriş oluşturur ve çok daha yüksek mukavemet ve esnekliğe sahiptir.
BiyomalzemelerGelecekte kullanılması öngörülen bir diğer yöntem de biyomalzemelerdir. Okyanus kayaçlarına bağlı olarak bulunan, iki parçalı bir yumuşakça olan bir midye düşünün. Bu 2 kapaklı midye, okyanus kayalarına tutunmak için yapışkan lifler olan iplikçikler salgılar. Bu iplikçiklerden bazıları sert ve katı, bazıları esnek ve elastiktir. Esnek teller şoku absorbe eder ve midyenin üzerine vuran dalganın enerjisini dağıtır. Araştırmacılar, katı iplikçiklerin, elastik olanlara göre yapışkanlık oranını – 80:20 olarak bulmuşlar. Midye salgı elyaflarını taklit eden inşaat malzemeleri geliştirebilirsek iyi olur.İnanılmaz güçlü bir diğer elyaf ise örümceklerden gelir. 1 kg örümcek ipeği, 1 kg çelikten daha güçlüdür. Aynı zamanda bu doğal malzemenin ağır gerilim altındaki dinamik tepkisi de benzersizdir. Bu lifin çekmeye karşı tepkisi doğrusal değil, karmaşıktır. Çekildiğinde önce serttir, sonra elastik hale gelir, sonra yeniden sertleşir. Bu dirençli elyafı depreme dayanıklı malzemeler üretmek için taklit etmek, inşaatların sismik korumasında şaşırtıcı fırsatlar sunabilir.
Karton TüplerTüm dünyadaki mühendisler, gelişmiş yapım tekniklerini ödeyemeyecek olan ülkeler için ucuz fakat depreme dayanıklı çözümler tasarlamak için çalışıyorlar. Tasarımları, lokal olarak ya da kolayca elde edilebilen malzemelerle yapmaya çalışıyorlar. Peru’da, araştırmacılar geleneksel kerpiç yapıları, plastik kafes yapılarla daha güçlü hale getirdiler. Hindistan’da mühendisler, betonun güçlendirilmesi için bambu kullanmışlardır. Ve Endonezya’da bazı evler eski lastiklerin içine kum veya taşla doldurularak yapılıyor.Karton sağlam ve dayanıklı bir inşaat malzemesi olarak kullanılabilecek başka bir malzeme olabilir. Örneğin, Japon mimar Shigeru Ban Yeni Zelanda’da bir katedral tasarladı ve poliüretanla kaplı ve ahşap kirişlerle güçlendirilmiş 98 dev karton tüp kullandı. Mukavva ve ahşap yapı karışımı, son derece hafif ve esnektir, böylece sismik olaylar sırasında betondan çok daha iyi performans gösterir. Bir başka avantajı ise, çöküyor olsa bile, binanın içinde insanların ezilmesi daha az olasıdır.