Bir İnşaat Mühendisinin Detaylı Anlatımıyla: Neden Deprem Öldürmez, Bina Öldürür?
deprem öldürmez bina öldürür... artık her yerde duyduğumuz klişe aforizma. peki nasıl?
öncelikle yatay yük ve düşey yük kavramını anlamanız icap etmekte
düşey yükler yer eksenine dik olan yükler yani, binanızın kendi ağırlığı, içinde bulunan eşyalar, yaşayanların ağırlığı, kar yükü gibi kavramlar binanın düşey yükleridir. binalarımız genellikle bu söz konusu düşey yükleri taşıyabilirler yani kartal'daki kendi kendine yıkılan bina gibi örnekler (kolon kesilmesi söz konusuydu sanırım) çok fazla beklenen durum değildir. bunu neden söyledim? binanız kendi başına ayakta dimdik, sapasağlam duruyor gibi görünebilir ancak bir sonraki aşamada anlatacaklarımı dikkate almadan binanıza güvenmemeniz çok önemli. genellikle insanlar bu bahsettiğim düşey yükler altında ayakta sağlam gibi görünen binaların emniyetli olduğuna dair yanlış bir kanaat beslemektedirler.
bir betonarme binanın sağlamlığı yatay yükler yani en mühimi deprem olan yatay yükler altındaki davranışı ile değerlendirilir. yatay yükler yer eksenine paralel olan yüklerdir. binanızı yıkan yükler büyük oranda bunlardır. peki neden?
betonarme dediğimiz yapı malzemesi beton ve çeliğin birlikte çalışması ile elde edilen bir yapı malzemesidir. bu iki materyalin birlikte çalıştırılmasının nedeni betonun basınç etkilerine karşı muazzam mukavemetine karşılık çekme etkisine karşın dayanıksız kalmasıdır. tam tersi olacak şekilde çelik ve genel olarak metaller basınç etkilerine karşı zayıfken çok yüksek çekme mukavemeti sunarlar. bu iki malzeme doğru biçimde tasarlanıp birleştiğinde ise hem basınç hem çekme mukavemeti yüksek bir yapı malzemesi olan betonarmeyi elde ederiz. aksi bir tasarım mekanizması kurulmadı ise çok büyük olasılıkla binanız kendi ağırlığı gibi düşey yükeri "basınca" karşı mukavemeti ile karşılarken, deprem gibi yatay yükleri "çekme"ye karşı mukavemetleri ile karşılarlar.
sebebi "hidratasyon" olan ve birkaç kitap konusu olabilecek kadar kapsamlı bir sürecin sonucu olarak doğru tasarlanmış, granülometrisi (içindeki taneciklerin, dağılımı) doğru, doğru dökülmüş bir betonun ömrü çok uzundur. zaman içerisinde her geçen gün basınca çok çok daha dayanıklı hale gelir. buna karşın çelik bütün metallerin kanseri olan oksidasyon yani paslanma ile karşı karşıyadır. çelik çekme dayanımını günden güne kaybeder çünkü ne kadar iyi korursak koruyalım zaman içerisinde küçük oranlarda da olsa paslanır. başka bir deyişle binanız kendi ağırlığını ve diğer düşey yükleri günden güne daha kuvvetli biçimde karşılayabilecek kadar güçlenirken, çekme dayanımı yani deprem mukavemeti geçen yıllar içinde günden güne azalır. işte eski yapılar her şey doğru yapılmış olsa bile en temel olarak bu nedenle güvensizleşir. bunun dışında aşağıda sıralayacağım nedenlerle eski yapılar güvensizdir.
ülkemizde ne yazık ki 99 depremi öncesinde yapılan yapılar büyük bir denetimsizlik içerisinde imal edilmişlerdi
büyük çoğunluğu yanlış projelendirilmiş, doğru projelendirilenler de büyük çoğunlukla yapı malzemelerin yanlış kullanımı nedeni ile bitik haldedir. neydi bu hatalardan bazıları?
betonlar granülometrisi yani tanecik dağılımı (kum, çakıl çap ve oranları) doğru hesaplanmamış, büyük çoğunlukla tamamen ustanın (bi boktan anlamayıp her boku bildiğini sanan kişi) insiyatifine bırakılmış, el ile hazırlanmıştır. bunun neticesinde esasında basınç dayanım gücü çok daha yüksek olması gerekirken (örneğin 30 mpa) bunun neredeyse 1/3'ü oranında (10-12 mpa) dayanıma sahiptir. buna karşın günümüzde devlet tarafından denetlenen hazır beton firmalarından elde edilen betonların kullanılması mecburidir. söz konusu firmalar zaman zaman iyi denetlenmemesi nedeni ile 30 mpa vermeseler de 28 mpa dayanımı alacağınızı bilirsiniz.
bununla birlikte kötü granülometrinin bir diğer dezavantajı boşluklu yapısı nedeni ile beton içerisindeki demirin oksijenden tam olarak izolasyonu sağlanamaz ve paslanma süreci başlar. paslanma sürecinin bir diğer nedeni ise "su" içerisindeki oksijendir. eski bir atasözünde söylediği gibi yiğidi gam, duvarı nem öldürür... bu nedenle su yalıtımı ve drenaj uygulamalarına da dikkat etmek gerekir. paslanma süreci başladıktan sonra söz konusu süreci durdurmak çok zordur ve bütün donatıya yayılır. paslanmış donatısı olan binanın deprem dayanımı yoktur. daha önce gördüğünüz sahnedir:
demir kullanımında nervürlü çelik dediğimiz tırtıklı çelik değil değil düz demir kullanılmıştır. düz demirin betona tutunması çok zordur. betonun içinden sıyrılır. buna karşın nervürlü çelik betona çok daha iyi tutunur, sıyrılması mümkün olmaz. günümüzde betonarme binalarda nervürlü çelik kullanımı zorunludur.
düz demir:
nervürlü çelik:
deprem esnasında çekme kuvvetlerinin en yoğun olduğu bölgeler olan kolon-kiriş birleşim bölgelerinde çekme mukavemetini artırmak için bir çeşit donatı yoğunluğu yükseltme tedbiri olan etriye denilen kolonu veya kirişi enine olarak saran demirlerin uygulaması genellikle yapılmamıştır. böylece ilgili bölgelerde çekme dayanımı daha düşüktür.
bu ve burada bahsettikçe konuyu uzatacak onlarca neden sebebi ile 99 depremi öncesi yapılmış binalar net olarak güvensizdir. genel olarak 25-30 yıldan yaşlı betonarme binalar çok dikkatle ele alınması gereken saatli bombalardır. uzak durmanızı tavsiye ederim.
daha yeni binaları değerlendirirken bazı hususları ortaya koymak icap eder
ne yazık ki meslektaşlarım genel olarak mühendislik disiplininden uzaklaşmış, hayatın şartları gereği adeta bir yap-sat müteahhiti gibi çıktı al-imzala mühendisleri olmuşlar ve sta4cad gibi programlarla kolayca binayı projelendirirken adeta bir tekniker gibi konuya yaklaşıp "mühendislik ruhundan" uzaklaşmışlardır. şimdi size mümkün olduğu, dilimin döndüğü kadar bu bahsettiğim "mühendislik ruhu" açısından olmazsa olmazlardan bahsedip doğru binayı anlatmaya çalışacağım.
bölgenizin zemin özelliklerini bilin
elinizde bir zemin etüd çalışması bulunması olmalı. kayalık ve sıkı zeminlerde binanıza etki edecek deprem yükleri öncelikle bu kayalar tarafından emilecektir. bu da yapınızın deprem yüklerinden en az biçimde etkilenmesine sebep olacaktır. su seviyesi yüksek, gevşek zeminler, verimli topraklar deprem yüklerinin oluşturacağı salınımları artıracak adeta zeminin fırtınada bir deniz gibi davranmasına neden olacak ve binanız da fırtınadaki bir balıkçı teknesi gibi salınım yaşayacaktır. unutmayın zemin özellikleri kötü bölgelerde de ek tedbirler ile sağlam bina yapmak mümkündür, bunun yanında binanızı depreme karşı güçlendirmek istediğinizde enjeksiyon gibi zemin iyileştirme çalışmalarını da binanız mevcutken de yapabilirsiniz ve en az bina güçlendirme çalışmaları kadar faydalı olacaktır.
zemin konuşup da temel konuşmamak olmaz
bina için en önemli taşıyıcı sistem elemanı temellerdir diyebiliriz. genellikle eski yapılarda görülen münferit (her kolon için tek temel) temelli yapılardan kaçının. bunun yerine tüm bina alanının temel olarak düşünüldüğü tüm zemini kaplayan radyejeneral temel en güvenli çözümdür. tasarım sürecinde temele harcananacak olan paradan kaçınmayın. zemin akma, kayma etkisi bulunabilecek alanlarda radye altına ters kiriş uygulaması yapmak oluşabilecek bir çok sorunu daha ilk aşamada çözecektir.
şimdi söyleyeceklerim çokça dikkat edilmeyen ama hayati konulardır
artık hepimizin elinde google earth gibi online harita sistemleri mevcut, bölgenizdeki fay hatlarını da biliyorsunuzdur. genel olarak bilmeyenler için ülkemizdeki fay hatları aşağıdaki haritada sunulmuştur.
bölgenizde binanızı etkileyebilecek fay hatlarını bilin, bu fay hatlarının karakteristik olarak nasıl depremler yaratacağını bilmeniz çok önemlidir. genel olarak fayların nasıl hareketler yaratacaklarını aşağıdaki resimlerde görebilirsiniz:
işte zurnanın zırt dediği yerlerden birisi.
normal faylar ve ters faylar fay eksenine dik doğrultuda güç dalgaları üretirken,
yan atımlı faylar fay eksenine paralel doğrultuda güç dalgaları üretirler. kimse dikkat etmez ama bu bilginin sizde olması binanızın yatay güçlere karşı konumlandırılmasının tespitinde, arsanızın üzerine oturtmak aşamasında ve taşıyıcı sistem elemanlarının projelendirilmesinde çok çok önemlidir.
binanızın da söz konusu fay hatlarına karşı konumunu, yönünü bilin... peki bu bilgileri nasıl kullanacaksınız?
kgf/cm2... işte size hayatın anahtarı, kuvvet/alan... yani birim alana düşen kuvvet.
yine çokça mühendis arkadaşımızın göz ardı ettiği bir konudur. binanıza etki eden yatay kuvvetler binanızın söz konusu yükler yönündeki alanına "orantılı" biçimde etki ederler. alan azalırsa, bununla orantılı olarak etki eden kuvvet de azalır. söz konusu yöndeki alanı daraltıp buna dik eksendeki kesit alanını artırdığınız nispette yapılarınızın deprem dayanımını logaritmik olarak artırabilirsiniz.
bu durumu şöyle düşünüp hayal etmeye çalışın. bir arkadaşınızdan sizin karşınıza geçip bütün gücü ile itmesini istediğimizi hayal edelim. sizi cepheden, karşınızdan bütün gücü ile iten arkadaşınıza mı daha kolay dayanırsınız yoksa benzer bacaklarınızı hafifçe aralayıp dururken sizi yandan, omuzunuzdan iten arkadaşınıza mı?
yani taşıyıcı sisteminizin, binanızın konumu ve fay hatlarının konumu ile yaratacağı deprem tipi ilişkisi sandığınızdan çok çok çok daha önemlidir. konuyu aşağıdaki resimlerle görselleştirmeye çalıştım. çizimlerin amatörlüğü için özür dilerim, dar vakitte anca bu kadar.
binanızın ağırlık merkezi mümkün olduğu kadar aşağıda ve taban alanı mümkün olduğu kadar geniş olmalıdır. gözlerinizi kapatıp bir elma şekeri hayal edin, bu elma şekerini sallayarak devirmek istiyorsunuz, çubuğu yere sapladığınızda şeker yukarıda iken mi kolay devrilir yoksa elma olan kısmın üzerinde yere koyarsanız mı?
yine benzer biçimde ağırlık merkezi çekirdekte yoğun, çekirdek güçlü yapıları tercih etmek de, binanın örneğin planda baktığınızda binanın merkez noktasında bir yerlerde iki yönde güçlü perde duvarlar tasarlamak, mesela asansör çekirdeğini bu alana konumlandırmak faydalı olacaktır.
binanız adeta bir piramit gibi mümkün olduğunca geniş tabanlı tasarlanmış ağırlık merkezi alçakta olmalıdır. bu anlamda zemin kat üzerindeki katlarda görülen "çıkma" diye tabir edilen uygulamalardan kaçınmakta fayda vardır.
düşey taşıyıcı elemanların yani kolonların ve perde duvarların sürekliliği çok önemlidir
tüm bu yapı elemanları en üst tabliyeden temele kadar devam eden eksenel merkezi hiç kaymadan bir güç aktarımı sağlamalıdır. bu hata taşıyıcı sistem tasarımında yapılabilecek en yıkıcı hatalardan birisidir. bu nedenle;
çıkma yapılmaz ancak kaçınılmaz biçimde yapıldı ise de çıkmaların, konsolların üzerine kolon oturtulamaz, bu nedenle serbest duvarların (kolonlarla desteklenmemiş duvarlar) mümkün olduğu kadar kısa olması çok önemlidir.
benzer biçimde kirişlerin üzerine kolon oturtulmaz, mesnetlenmez. kesinlikle binada zemin katta kolon kesilmez. bakın kolon asla kesilmez... bunu yapmak intihar etmekle eşdeğerdir. kolon keseceğinize intihar edin...
yapıda özellikle çekirdek bölgesinde her iki yönde de en az birer adet taşıyıcı perde duvar kullanmak çok faydalıdır
kolon kiriş aks ağının asimetrik olması, kompakt ve çözümlenebilir bir yapıda olmaması büyük problemlere gebedir. bu durum taşıyıcı sistemin yatay yükler karşısında kendi bünyesinde "zımbalama" diye tabir edilen darbe etkisini göstermesine neden olur. dış kolonlar en az 2 yönde kirişlerle bağlanmalıdır. iç kolonlar ise 4 yönde kirişlerle bağlanmalıdır.
taşıyıcı sistem elemanları kolonlar ve perdelerin tek yönde güçlü düzenlenmesinden kaçınılmalıdır. bu durum deprem gibi yatay yüklere karşı yapının tek yönde çok zayıf kalmasına neden olur. çok tehlikeli bir sorundur. böyle bir sorunu yapınızda tespit ederseniz mutlaka güçlendirme çalışmaları sırasında tek yöndeki taşıyıcı elemanları köşegen elemanlara çevirmeniz gerekir.
bir yapıda kolon yüksekliklerinin mümkün olduğunca aynı kalması sağlanmalıdır. diğer kolonlara göre kısa kolondan (örneğin asma katlarda kullanılır.) mümkün olduğunca kaçınılmalıdır. kısa kolonlar diğer kolonlara göre daha büyük kesit zorlanmaları ile karşılaşırlar.
kiriş kirişe bindirilmemeli, mutlaka birleşim noktasında bir kolon düşünülmelidir. kirişleri boyutlandırırken yüksekliği büyük tutup genişliği küçük tutmak, tabiri caiz ise kılıcına düşünmek ve yassı kirişlere gitmemek de çok önemlidir. bunun yanında kirişler kolonlar gibi basınca çalışan yapı elemanları değillerdir. çekme doğrultusunda çalışırlar. bu nedenle kirişlerde hesap yaparken beton yokmuş gibi hesap edilirler. kirişlere daha fazla donatı hesap etmelisiniz. eğer çekme kuvveti hesabına beton da dahil edilirse betonun çekme mukavemeti çok düşük olduğundan bu değer aşılır aşılmaz betonda küçük çatlaklar oluşacaktır. bu çatlaklardan sonra donatının hızla uzamasından dolayı daha büyük ve kalıcı çatlaklar oluşacaktır. bu aşamadan sonra kiriş kullanılmaz hale gelir.
döşeme tasarımında seçilecek çokgen yada üçgen formlu asimetrik döşemeler yapıda zararlı iç dinamiklerin oluşmasına, dolayısı ile büyük sorunlara neden olurlar
yine benzer biçimde kat döşemesi alanında toplam alana kıyasla 1/3 oranında boşluk olması veya düzensiz boşluklar olması durumunda deprem yüklerinin taşıyıcı elemanlara güvenle aktarabilmesi zorlaşmaktadır.
* 30 metreden fazla olan uzunluklarda yapının farklı oturumlar yapabilmesi nedeni, ısıl genleşme faktörü gibi etkiler nedeni ile dilatasyon derzi uygulaması yapılmalıdır.
yapının bitişik nizam olması çok tehlikelidir
hele hele eski yapılarda bitişik nizam yapılardan kaçının. yapının bitişik nizam olması durumunda kat yüksekliğinin yanındaki yapı ile kademeli olması, tabliyeler arasında kot farkı bulunması, bir yapının kat döşemesinin diğer yapının kirişleri arasındaki kolonun ortasına gelmesi çok tehlikelidir. bu durumda her iki yapı da birbirine zımbalama etkisi yapar. ne yazık ki yapıldıktan sonra bu sorunun olası bir çözümü yoktur. yapım aşamasında sonradan yapılan binanın kolon kiriş kesişim noktalarına darbe emiciler koymak bir ölçüde bu sorunun doğmasını engelleyebilir. çok dikkat edilmez ama bina tasarlanırken mümkün olduğunca yan binanın kat yükseklik değerlerine uyulmalı ve iki yapı arasında dilatasyon derzi uygulanmalıdır. ne yazık ki pratikte pek uygulandığına şahit olmadım.
* binada taşıyıcı sisteme zararlı etkileri bulunabilecek titreşimler oluşturabilecek olan titreşimli makineler bulunması taşıyıcı sistemler için her zaman zararlı etkiler doğururlar. malzeme yorulması dediğimiz bu olay taşıyıcı sistemin uzun vadede mukavemetini düşürecek ve yatay güçlere karşı dayanımını düşürecektir. sorunun çözümü tasarım aşamasında bu olası makinelerin tespiti ve havuz uygulaması yapılmasıdır.
sonuna kadar okuduysan teşekkür ederim.