Sismik İzolatör, Depremde Binaların Yıkılmasını Nasıl Engelliyor?
Bilim insanları ve mühendisler depremin binalar üzerindeki yıkıcı etkisini azaltmak için farklı yöntemler geliştiriyor. Bunlardan biri de sismik izolatör.
Kemal Özdemir / Anadolu Images
Bilim insanları ve mühendisler depremin binalar üzerindeki yıkıcı etkisini azaltmak için farklı yöntemler geliştiriyor. Bunlardan biri de sismik izolatör. Deprem yalıtım sistemleri olarak da bilinen sismik izolatörler, binaları bulundukları zeminden izole ederek depremin bina üzerindeki etkisini azaltmak amacıyla kullanılıyor. Sismik izolatörler genellikle binaların temellerine ya da bodrum katlarına yerleştiriliyor.
Sismik izolatörlerin nasıl çalıştığını anlayabilmek için öncelikle depremlerin neden binalar üzerinde yıkıcı etkisi olduğunu açıklayalım.
Deprem sırasında fayların kırılması sonucu oluşan farklı türdeki sismik dalgalar, yeryüzünde yayılmaya başlar. Sismik dalgalar, içinden geçtikleri zeminin yapısına bağlı olarak yeryüzünde farklı hızlarda yayılır. Genellikle sismik dalgaların hızı sert zeminlerde yüksekken, yumuşak zeminlerde düşüktür.
Binalar üzerlerine etki eden kuvvetlerin, örneğin rüzgârın ya da depremin, etkisiyle titreşebilir. Binanın salınım yaptıktan sonra olduğu konuma tekrar dönmesi için geçen süreye periyot denir. Frekans ise bir saniyede hareketin kaç kez tekrarladığının ölçüsüdür. Binanın periyodu için en belirleyici faktör yapının yüksekliği olmakla birlikte binanın periyodu, inşa sırasında kullanılan malzemelerin özelliklerine, yapının kütlesine ve şekline bağlıdır. Uzun binaların frekansları daha düşükken periyotları daha uzun, kısa binaların frekansları daha yüksekken periyotları daha kısadır.
Trinset / iStock
Eğer bina ve bulunduğu zeminin periyotları birbirine yakınsa deprem anında binada rezonans meydana gelir. Bu durum, binadaki hasarın artmasına neden olur. Bir nesneye dışarıdan kuvvet uygulandığında ortaya çıkan titreşimin frekansı/periyodu, nesnenin doğal frekansıyla/periyoduyla eşleştiğinde, nesnenin ileri-geri salınım hareketinin genliği katlanarak artar. Bu duruma rezonans denir.
NSF
Deprem sırasında binada rezonans oluşması durumunda, yapının üst katlarına çıkıldıkça katlar daha fazla yer değiştirir. Bu durum binanın yapısal olarak hasar görmesine neden olur. Bu yüzden binaların hasar görmemesi için deprem sırasında her katın sınırlı düzeyde yer değiştirmesi son derece önemlidir.
Chombosan / iStock
Sismik İzolatörler Nasıl Çalışır?
Sismik izolatörler yapıyı bulunduğu zeminden izole eder yani ayırır. Depremin etkisiyle esneyen izolatörler deprem enerjisinin bir kısmını sönümler ve deprem anında oluşabilecek rezonans etkisinin önlenmesini sağlar. Bu sayede depremin etkisiyle binalarda oluşabilecek hasar ya hiç oluşmaz ya da hafif düzeyde kalır.
Chombosan / iStock
Sismik izolatörlerin farklı çeşitleri var. Bu amaçla geliştirilen kauçuk temelli sistemler, metal plakalar ve ince kauçuk plakalardan oluşur. Metal plakalar sayesinde sismik izolatörler binanın ağırlığını taşıyabilecek şekilde düşey eksende şeklini koruyabilir. İnce kauçuk plakalar ise yatay eksende binaya esneklik sağlar.
İzolatörlerin kullanım ömrü, türlerine ve ortam koşullarına bağlı olarak değişebilir. Kullanıldıkları süre boyunca işlevlerini düzgün şekilde yerine getirebilmeleri için izolatörlerin düzenli olarak kontrol edilmesi, bakımlarının yapılması, gerekirse değiştirilmesi son derece önemlidir. Sismik izolatörlerde kullanılan kauçuk malzemeler 100 yıldan uzun süre özelliklerini koruyabilir. Ancak çok düşük sıcaklıklar ya da ozon gazı gibi dış etkilere maruz kaldıklarında yapılarında bozulmalar ortaya çıkabilir.
Sismik izolatörler, binalar inşa edilirken kullanılabileceği gibi belirli koşulları sağlayan mevcut yapılarda da uygulanabilir. İzolatörler depremin etkisini azaltarak da olsa yapıya ilettiğinden izolasyon uygulanacak binanın ve temelinin yeterli düzeyde depreme dayanıklı olması gerekiyor. Deprem esnasında izolatörler aracılığıyla yapının hareket edebilmesi için yapının çevresinde sismik boşluk adı verilen belirli bir mesafe olmalı. Bu yüzden aralarında yeterli mesafe olmayan bitişik binalara sismik izolatör uygulanamıyor. Ayrıca kat sayısı arttıkça binaların doğal periyotları yükseldiğinden kat sayısı 10’un üzerinde olan binalarda sismik izolatörlerin tek başına kullanılması uygun değil.
T.C. Sağlık Bakanlığı tarafından 2013 yılında alınan kararla birinci ve ikinci derece deprem bölgelerinde inşa edilen, 100 ve üzeri yatak kapasitesine sahip hastanelerde sismik izolatör kullanılması zorunlu hâle getirildi.
Hastanelerin yanı sıra okullar, itfaiye, ulaşım ve haberleşme yapıları gibi depremden sonra da hasar almadan kullanılmaya devam edilmesi gereken yapılarda sismik izolatörlerin bulunması son derece önemli. Ayrıca kültürel mirasımızı oluşturan değerli objelerin bulunduğu müzelerin ve tarihî yapıların depremlerde hasar görmemesi için de sismik izolatörlerden yararlanılabilir.
Kaynaklar:
- Özpalanlar, C.G., “Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımında Sismik İzolasyon ve Enerji Sönümleyici Sistemler”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, 2004.
- Pekgökgöz, R.K., “Deprem Yükleri Etkisi Altındaki Yapı Davranışının Yarı-Aktif Akışkanlı Sönümleyiciler ve Sismik Taban Yalıtım Sistemleri Kullanılarak Bulanık Mantık Yöntemi ile Kontrolü”, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, 2005.
- https://www.jeofizik.org.tr/resimler/ekler/8997733ec258a9f_ek.pdf?dergi=24
- https://geoenvironmental-disasters.springeropen.com/articles/10.1186/s40677-019-0123-y
Yazar Hakkında:
Ayşegül Tetik
Yüksek Mimar
TÜBİTAK Bilim ve Toplum Başkanlığı Deneyap Teknoloji Atölyeleri ve Bilim Merkezleri Müdürlüğü
