Ülkemizin tamamına yakın bölümünün deprem kuşağında yer aldığını biliyoruz Yanlış ve teknik dışı yapılaşmalar bu doğal afetle birleştiğinde, karşımıza can ve mal kaybına yol açan, telafi edilemez acı tablolar çıkarıyor. Bu yaşananlar kader değildir.

Nitekim bizden çok daha şiddetli depremlerle sarsılan gelişmiş ülkelerde bu tür kayıplar yaşanmıyor. “Deprem İzolatör Sistemi” , Ülkemizde birkaç yapı dışında henüz uygulama örneği bulunmayan sistem, yakın gelecekte kendisine  önemli bir yer edinecektir. Çünkü depremi önleme, önceden bilme imkânımız olmadığından; olası depremleri en az hasarla atlatıp günlük yaşantımıza bir an önce dönmek zorundayız. Bunu sağlamanın en önemli yolu da, sismik yalıtımdan geçmektedir.

Deprem sonrası hasarsız ve tam kapasiteyle çalışan hastaneler, konutları hasar görmüş kişileri barındırabilecek resmî yapılar, aksatmadan hizmet verebilecek yollar, köprüler, viyadükler, hasar almamış okul binaları hayal değildir.

GİRİŞ:

1. DEPREM İZOLATÖR SİSTEMİ(SİSMİK YALITIM)

1.1. Deprem İzolatör Sistemi Tanımı
Sismik yapı yalıtımı; yapıların deprem etkilerinden korunması amacıyla geliştirilmiş bir sistemdir. Sistemin amacı, bir yapıyı etkileyen deprem yüklerinin azaltılmasıdır. Sismik yalıtım yapının depreme dayanma kapasitesini arttırmak yerine, binaya gelen sismik enerjiyi binaların periyodunu uzatarak azaltma esasına dayanan depreme dayanıklı bir düzenleme yaklaşımıdır.

17 Ağustos 1999 Marmara Depreminde hasar görmüş bir köprü

İnsanoğlu, deprem etkilerini deneyimlerle her geçen gün daha iyi anlamaktadır(Resim1.1). Deprem hareketli yüklerinin; mühendislik yapılarına, köprü ve viyadüklere verebileceği zararların önlenebilmesi, can ve mal kayıplarının en aza indirilebilmesi ve ulaşımın sağlanabilmesi amacıyla deprem izolatör sistemleri (sismik yalıtım) adı verilen bazı yeni sistemler ve donanımlar geliştirilmiştir (Resim1.2).

Deprem anında aktif fay hareketlerinin oluşturduğu deprem yatay kuvvetleri vardır.Bu kuvvetler yukarıya doğru çıktıkça büyür. Yapılara gelen deprem kuvvetleri çok büyük boyutlarda olur. Öte yandan yapıların elastik olarak taşıyabilecekleri yükler ise sınırlıdır.Yaşanan pek çok depremde yapıların, ağırlığının %10’ u gibi bir yatay yüke elastik olarak karşı koyabileceği hesaplarla gösterilmiştir.

Sismik yalıtılmış yapı yaklaşımda ise; yapının depremde oluşacak yatay yüke göre 5-6 kez daha düşük bir yükü taşıyabilmesi esas alınır. Şiddetli depremde ise yapının depreme karşı koyması ve yıkılmaması sağlanır. Ayrıca deprem sonrası stratejik önem arz eden iletişim, savunma, sağlık gibi sektörlerde hizmetin durmadan devamı sağlanır. Mesela sismik yalıtımı yapılmış bir hastanede, deprem anında ameliyathanenin kullanılması mümkün

Enerji sönümleyici sistem Resim 1. 3: Taban izolasyon sistemi

Yapılarda; sıva, kaplama, bölme duvarları gibi taşıyıcı olmayan mimarî elemanlar ve kolon, kiriş, perde duvar gibi taşıyıcı elemanlar bulunur(Resim1.3). Yapıların servis ömürleri boyunca değişik şiddetlerde çok sayıda depremler olabilir. Ayrıca, yapının servis ömrü boyunca beklenen en şiddetli bir deprem vardır. Depreme dayanıklı bir yapının, değişik elemanlarından, değişik şiddetlerdeki depremlerde beklenen davranışlar aşağıdaki gibidir:. Yapının ömrü içinde çok sayıda olması beklenen hafif şiddette ki depremlerde, taşıyıcı ve taşıyıcı olmayan elemanlarda ve yapı içindeki eşyalarda hiçbir hasar olmasın. . Yapının ömrü içinde birden çok kez olacak orta şiddetli depremlerde, mimarî elemanlarda ve az da olsa taşıyıcı sistemlerde hasar başlangıcı olabilir.. Yapının servis ömrünce yaşadığı en şiddetli depremde can kaybı olmasın. Bir diğer ifadeyle taşıyıcı sistemde ileri düzeyde hasar olabilir, ancak yapı yıkılmamalıdır.

Ayarlı kütle sönümleyiciler :Sismik yalıtım teknolojisinin doğru uygulamaları büyük depremler sırasında bile binaların elastik davranmasını sağlar(Resim1.4). Şaşırtıcı olan da bu yaklaşım prensibinin hayli basit olmasıdır. Yapılan bir araştırmaya göre sismik yalıtımlı bir bina Richter ölçeğine göre 8.0 büyüklüğündeki bir depremi, sanki Richter ölçeğine göre 5.5 büyüklüğündeki bir deprem gibi hisseder.

1.2. Sismik Yalıtımın Tarihçesi
Sismik yalıtım sistemleri dünyada yeni yeni uygulanmaktadır. İlk kez 1970’lerde, Yeni Zelanda’ da Dr. Robinson tarafından bulunup geliştirilmiş olan sistem, bugün de dünyanın pek çok yerinde kullanılan kurşun-kauçuk izolatörlerdir. Sismik yalıtım ürünleri, çok kapsamlı araştırmalar ve geliştirmeler sonucu ortaya çıkmaktadır. Deprem izolatörlerinin ileri imalat teknolojileri ve gelişmiş mühendislik tekniklerine sahip sayılı uzman firmalar tarafından imâl edilmeleri ve patentlerinin alınmaya başlanması ise 25 yıl öncelerine dayanmaktadır. 1980’li yıllardan itibaren başta Japonya, Amerika Birleşik Devletleri, Kanada, Yeni Zelanda, İtalya olmak üzere; Türkiye, İngiltere, Hindistan, Yunanistan, Romanya, Çin, Malezya, Şili, Meksika, Portekiz, Bangladeş, Danimarka,Azerbaycan, Fransa, Dubai gibi pek çok ülkede deprem izolatörlerinin birçok farklı uygulamaları bulunmaktadır.

Ülkemizin deprem davranışları üzerindeki bilgi ve birikimi pek çok ülkeninkinden daha fazladır. Ancak bu deneyimlere rağmen, sismik yalıtım sistemleri üzerindeki araştırma ve uygulamalar, yeterli düzeyde gelişmemiştir. Konu hakkında Türkiye’ de sadece sayılı uygulamalar mevcuttur. Bugüne kadar ancak birkaç üniversitemizde lisansüstü düzeyde eğitim verilmiştir. Sismik yalıtım uygulamaları sadece uzmanlık sahibi kısıtlı sayıda firmalar tarafından yapılabilmektedir.

Deprem sonrası

1.3. Sismik Yalıtımın Sağladığı Avantajlar

Sismik yalıtım sayesinde aşağıda belirtilen yararlar sağlanır:
. Yüksek can güvenliği,
. Yapının taşıyıcı sistemi ve mimarî elemanlarında minimum deprem hasarı,
. Şiddetli depremlerden sonra bile hemen kullanım,
. Hemen kullanım sayesinde iş kaybının önlenmesi ve pazar payının korunması,
. Yapının değerli eşya ve cihaz içeriğine etkin koruma,
. Ulaşım yapılarında süreklilik,
. Köprü ve viyadüklerin hasar görmeden kullanılmasının devamı,
. Yıkılma ve hasar olmayacağından yeniden inşaat ya da onarım mâliyetlerine gerek kalmaması,
. Minimum bakım gereksinimi,
. Araştırma ve geliştirme projelerinin korunması,
. Tarihî bina ve değerlerin korunması.

Sismik yalıtımlı yapı

Normal yapı

Sismik yalıtımlı yapı ile normal yapının karşılaştırması

1.3.1. Sismik Yalıtımın Sağladığı Teknik Avantajlar:
. Normal bir yapıda deprem sırasında katlar arası farklı deplasmanlardan (yer değiştirme) dolayı, kolon ve kiriş birleşimlerinde hasarlar meydana gelir (Resim 1.6).
. Oysa sismik yalıtılmış bir yapıda katlar arası farklı deplasmanlar oluşmayacağı için kolon ve kirişlerde zorlamalar minimum olacaktır (Resim 1.7).

Resim 1. 7: Normal yapıda farklı deplasman dolayısıyla kolon-kiriş davranışı

. Sismik yalıtım kullanılmak suretiyle, bir yapının taşıyıcı elemanlarını etkileyen sismik (depremsel) iç kuvvetler ortalama 1/4 oranında azaltılabilir.
. Sismik yalıtım ile bir yapıda oluşan katlar arası farklı yer değişimleri, etkili biçimde azaltılabilir. Katlar arası hareket farklılıklarının küçülmesi, yapının daha yavaş ve kontrollü salınım göstermesini sağlar. Böylece yapının kendisinin, içindeki canlıların, değerli eşya ve hassas cihazların etkin bir şekilde korunması sağlanır.
Bilgi: sismik yalıtılmış kattan sonraki katlarda farklı deplasmanlar oluşmaz. Sonuç olarak sismik yalıtılmış yapıda şu özellikler elde edilir; . Elastik davranış,. Yapıya gelen kuvvetler azalır.. Kat ivmeleri (hareket değişim farklılıkları) küçülür.
. Katlar arası deplasmanlar küçülür, hemen hemen bütün katlar yaklaşık aynı deplasmanı yapar.

1.4. Sismik Yalıtımın Kullanım Alanları
. Yüksek deprem performansı istenen tüm yapılar
. Hastaneler, dispanserler, sağlık ocakları,
. Stratejik öneme sahip binalar (askerî, sivil savunma vb. binalar),
. İtfaiye bina ve tesisleri,
. PTT ve diğer iletişim tesisleri,
. Ulaşım istasyonları, hava alanları ve terminaller, köprü, viyadük gibi sanat yapıları.
. Enerji üretim ve dağıtım tesisleri,
. İlk yardım, kriz merkezleri, afet plânlama merkezleri,
. Toksik, patlayıcı vb. özellikleri olan maddelerin bulunduğu veya depolandığı tesisler
. Bilgi işlem merkezleri,
. Tarihî binalar, müzeler (mevcut yapılarda da kullanılabilme özelliği).

Yokohoma/ Japonya

Atatürk  Hava Limanı Dış HatlarTerminali/ İstanbul

2. DEPREM İZOLATÖR(SİSMİK YALITIM) SİSTEMLERİ

Sismik yalıtım sistemlerin üç ana başlık altında toplayabiliriz.
. Kauçuk esaslı sismik izolatörler
. Sürtünme esaslı sismik izolatörler
. Sönümlendirici cihazlar

Ancak, sistemlerin henüz çok yeni olmasından dolayı farklı kaynaklarda daha değişik sınıflandırmalara da rastlamanız mümkün olabilir. Zira konu hakkında süratli biçimde güncelleşmeler gerçekleşmektedir.

Kauçuk Esaslı Sismik İzolatörün Üretimi Kauçuk esaslı sismik izolatör üretimi, özel teknoloji gerektiren bir işlemdir. Bunların üretilerek nasıl yapıldığı konusunda deneyim kazanmak gerekir.

Kauçuk esaslı izolatör üretim aşamalarını basitçe sıralarsak;
. Doğal kauçuktan yapılmaktadır.
. Kauçuğa; ozon dayanımı, mekanik dayanım, çekme dayanımı, rijitlik ve sönüm artırıcı katkı maddeleri konur. Rijitlik ve sönüm artışı için doğal kauçuğa, karbon siyahı konulur ve karıştırılır. . (Burada, rijitlik; sertlik olarak tanımlanabilir.)
. Hazırlanan kauçuk rulo yapılır.
. Birkaç milimetre kalınlıkta daire biçiminde kesilir.
. Kauçuklar kat kat yerleştirilir.
. Aralarına yine bir kaç milimetre kalınlıkta çelik levhalar konulur. Levhaların iyi yapışması için, yüzeyleri parlatılır.
. Yüzeylere yapıştırıcı maddeler konulur.
. Bir kat kauçuk bir kat çelik, ağır çelik kalıba konur. Alt ve üst ile kalıpla arasına da kauçuk konur. 135 santigrat derece sıcaklıkta 14 saat bekletilir.( Resim 2.
. Bu işlem sırasında kauçuk kalıptan taşabilir. İzolatörün etrafını saran kauçuk, çeliği korozyon ve yangından korur.

Kauçuk: Amerika, Asya ve Afrika’nın çeşitli ağaçlarından, özellikle de lastik ağacından elde edilen, dayanıklı ve esnek maddedir Kauçuk kükürtle karıştırılarak daha iyi işlenir, daha çok dayanır ve esnek bir hâle gelir. Kauçuk, saf lastik olarak da tanınır. Zira lastik ağacından elde edilen lastik, ancak %90 oranında saftır. Doğal lastiğin yapısındaki değişkenlikler, katkı maddesindeki değişimler, karıştırma ve kür sırasındaki koşullardaki farklılıklar nedeniyle; kauçuk esaslı sismik izolatörlerin özelliklerinde, kalite ve dayanımlarında önemli farklılıklar olabilir.

Bu açıdan kauçuk esaslı sismik izolatör üretimi, beton üretimine benzer (Resim 2.3).

2.1.1. Kauçuk Esaslı İzolatörlerin Genel Özellikleri

Bu başlıkta; basit anlamda yastık (takoz) olarak da nitelendirebileceğimiz bir kauçuk izolatörün, teknik anlamda hangi özelliklere sahip olduğunu inceleyeğiz.
. Kauçuk özelliği ve alanı değişmedikçe, her bir kauçuk tabakasının kalınlığı azaltıldıkça; düşey yük taşıma gücü artar.
. Kauçuk tabaka sayısı arttıkça, yatay ötelenme ve dönme hareketlerine karşı dayanım azalır(Resim 2. 5).
. Düşey basınç altında kauçuk yastık, dışarı doğru şişer.
. Yatay yük etkisinde kalan yastık ötelenir. Yük etkisi ortadan kalktığında, eski hâline döner.

Resim 2. 5: Kauçuk yastığın deprem yükü altındaki davranışının bozuk para dizimine benzetilmesi

. Yastıkların arasına konulan çelik plakalar, düşey rijitliği artırır. Yüksek düşey rijitlik, üst yapının ağırlığını taşıyabilmek ve ara kauçuk tabakaların düşey yükler altında yanal şişmesini engellemek için gereklidir (Şekil 2.4).
. Düşey yönde yastığın davranışını değiştiren çelik plakalar, yastığın yatay yöndeki hareketini hemen hemen hiç etkilemez.
. Bir kauçuk izolatör, imalat ölçüsüne göre 450 tona kadar yük taşıyabilir.
. Bir kauçuk izolatör imalat ölçüsüne göre 1 metreye kadar yer değiştirebilme özelliğine sahiptir.
. Daire yada kare en kesitli üretilirler. Daire kesitlilerin çap ölçüsü 300-1000 mm dir.
. Çok düşük ya da yüksek sıcaklıklarda, kendisinden beklenilen davranışı gösterebilme özelliğine sahiptir.
. Kauçuk malzeme zaman içinde eskime deneyine tabi tutulur. 70 santigrat derecede 4 gün fırında tutulduktan sonra, azalma ölçümlemesi yapılır. Rijitlikte % 10 civarında azalma olmaktadır.
. Isı dayanımı için 800 santigrat derecede 100 dakika bekletilen yastığın, daha sonra yük deformasyonu ölçülür. Isıtma öncesiyle karşılaştırılır.
. Ortalama bir yastığın servis ömrü 50 yıldan fazladır.
. Uygulaması basittir.
. Güvenilir ve emniyetlidir.
. Bakım gerektirmez.
. Deprem sonrası hasar gören kauçuk yastıklar,kolaylıkla yenileriyle değiştirilebilir.
. Bir kauçuk izolatörün kalınlığı ortalama 250-450 mm olup, değişik ölçülerde üretilir.

Lamine edilmiş kauçuk taşıyıcının prensibi

. Yastıklar; bir kat ince kauçuk, bir tabakada çelik hâlinde kat kat hazırlandıklarından, buradan esinlenilerek “lamine edilmiş (tabakalanmış) kauçuk” adı da denir. . Bazı yastıklar rijitliği artırmak, kayma deformasyonunu sınırlamak amacıyla “kurşun çekirdekli” olarak üretilirler. Kauçuk yastığın ortasında genelde kurşun malzemeden bir çekirdek ilavesi yapılır. Bunlara da “Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler” denir (Şekil2.5).

Şekil 2. 5: Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatör

2.1.2. Kauçuk İzolatörlerin Uygulanması

Kauçuk izolatörlerin çalışma prensibi; deprem dinamik yüklerini emmek suretiyle, bina salınım periyodunun artırılmasına dayanmaktadır. Bir yapının etkin salınım periyodu 0.1 ile 1 saniyelik periyot aralığındadır. Kauçuk izolatörlerle bu salınım periyodu, 2-3 saniyelik periyotlara uzar.

Her durumda izolatör kullanımı, mimarî ve statik projelendirme aşamalarından önce kararlaştırılması gereken bir uygulamadır. Sismik izolatörler, hazırda bulunan bir projeye uygulanma özelliği taşımaz. Bu uygulamanın yapılacak olması tüm statik hesaplamaları değiştirir.

Hangi tip sismik izolatörün kullanılacağı ise gerektiğinde imalatçı firmaların da görüşü alınmak suretiyle, projelendirmenin başında yapılır.

Yapıların statik hesaplarına göre kauçuk esaslı sismik izolatörler;
. Kolon tabanına,
. Kolon ortasına,
. Kat altına,olmak üzere üç şekilde yerleştirilebilir (Şekil 2.6).

Sismik izolatör Sismik izolatör Sismik izolatör Kolon tabanında Kat altında Kolon ortasında

Şekil 2. 7: Sismik izolatörün kolon altına montaj detayı

Hesaplanan yatay ve düşey deplasmanları karşılayabilecek kapasitedeki kauçuk esaslı sismik izolatör, taban plakları yardımıyla kolon altına yerleştirilir. Üst plakanın da montajından sonra, normal şartlarda kolon imalatı sürdürülür (Şekil 2.7).

Resim 2. 6: Temel üstünde, kolon ortalarında uygulanmış kauçuk sismik izolatör sistemi Resim 2. 7: Bir binanın köşe kolonunun altında uygulanmış kauçuk sismik izolatör Resim 2. 8: Kauçuk izolatör uygulamasından bir görünüm Kauçuk izolatör sisteminin uygulandığı temel taban yüzeyi ile yastıkların üstü arasında en az 50 cm. lik bir boşluk bırakılır. Bu boşluk “izolatör katı” olarak adlandırılır.

İzolatör katı zaman içinde yastıkların kontrolü ve bakımı için gereklidir. Binanın yaşadığı depremler sonrasında da bu boşluk katından yararlanılarak, gereken kontrol ve hatta yastıkların değişimi gerçekleştirilir (Resim 2.8).

Uygulama açısından gerekli “izolatör katı”, mimarî açıdan sorun oluşturabilir. Bu boşluk katı, çeşitli alternatif yolları kullanılıp kapatılır. Dikkat edilmesi gereken, sistemin işlerliğini bozmayacak biçimde çözüm üretmektir.

Resim 2. 9’ da sismik yalıtım uygulanmış bir binayı görmektesiniz.

Giriş kısmındaki basamaklarla, zemin kat döşemesi arasında görünen boşluğa dikkat ediniz.

Resim 2. 9: Sismik yalıtımlı bir binanın giriş kısmı

Resim 2. 10: Yatay kuvvet testi

Kauçuk esaslı sismik izolatör yatay kuvvet testlerine tabi tutuluyor. (V=450 ton) 130 mm kalınlıkta 650 mm çaplı daire kesitli kauçuk yastığın, 65-70 cm. yatay deplasman yaptığı görülmektedir. Yandaki diyagramda da izolatörün kuvvet altındaki şekil değişimi verilmiştir. (Resim 2.10).

2.3. Sürtünme Esaslı Sismik İzolatörler
Not: Sürtünme ve kauçuk izolatörleri beraber kullanılırsa buna hibrid sistem denir.
2.4. Köprü ve Viyadüklerde Sismik İzolasyon Uygulamaları
2.5. Sönümlendirici Cihazlar (Damper Sistemler)

Bu ve benzeri konuların tamamı için lütfen aşağıdaki linkteki kitabı bilgisayarınıza indiriniz.

İçinden alıntı yapılan kitabı ücretsiz indirmek için aşağıdaki buraya tıklayınız…