Köprü ve Viyadüklerin Depreme Dayanıklı Olarak Projelendirilmesi

Deprem Mühendisliği’ nin amacı; mühendislik yapılarını, karayolu ve demiryolu güzergahlarındaki köprü ve viyadük gibi önemli büyük sanat yapılarını depreme dayanıklı olarak projelendirmektir. Bu amaca ulaşmanın tek başına yeterli olamayacağı; dünyada ve yurdumuzda son yıllarda yaşanan şiddetli depremlerin meydana getirdiği can kayıpları, ulaşımın aksaması ve çoğu yerlerde tamamen engellenmesi, yapılarda kalıcı hasarlarla meydana gelen önemli işgücü ve üretimdeki gecikmelerin neden olduğu ekonomik kayıplar ile daha iyi anlaşılmıştır. Deprem Mühendisliği’ nde ve yürürlükteki şartnamelerde amaçlanan, öncelikle deprem etkisine maruz kalabilecek yapılardaki ve çevresindeki canlıların hayatlarını kurtarmak ve en az ekonomik zarar ve hasar ile depremi karşılamaktır. İleri Deprem Mühendisliği’ nde son 25 senede kat edilen gelişmeler, bilgisayar sistemleri ve programları ile hesap metotlarındaki ilerlemeler, buna paralel olarak malzeme ve imalat teknolojilerindeki yenilikler ve deprem etkilerinin deneyimlerle daha iyi anlaşılması sayesinde; deprem dinamik yüklerinin mühendislik yapılarına, köprü ve viyadüklere verebileceği zararların önlenebilmesi, can ve mal kayıplarının en aza indirilebilmesi ve ulaşımın devamının sağlanabilmesi amacıyla “Deprem Dinamik İzolatörleri” adı verilen bazı yeni sistemler ve ekipmanlar geliştirilmiştir. Deprem hareketlerinden ilk etkilenecek olan altyapı ile rijit üstyapıyı yatay yönlerde ayırıp farklı periyotlarda titreşebilmelerini sağlayabilmek için geliştirilen deprem izolatörleri; mesnet izolatörü, sismik izolatör, şok emici, dinamik izolasyon, enerji sönümleyici, kauçuk izolatör, viskoz akışkanlı amortisör olarak da adlandırılabilir.

Deprem Dinamik İzolatörlerinin amacı; aktif fay hareketlerinin meydana getirdiği etkili yer kaya yatay ivmesinin (oluşturduğu deprem yatay yüklerinin) -genellikle yukarı doğru yayıldıkça- büyüyerek mühendislik yapılarına, köprü ve viyadüklerde rijit kiriş ve tabliyelere ulaşmalarını, kirişlerin kenar ayak ve başlık kiriş mesnetlerinden kurtularak aşağı doğru düşmelerini önlemek şeklinde özetlenebilir. Ancak bu şekilde, yapılara etkiyen deprem kuvvetlerinin deprem izolatörleri yardımıyla yapıda yerleştirildikleri kotlarda söndürülerek etkileri azaltılabilir ve üst yapının yatay hareketleri zarar vermeyecek mertebelerde tutulabilir. Örneğin, bir viyadükte kiriş altlarındaki mesnet bölgelerinde kullanılan deprem izolatörleri sayesinde, başlık ve kiriş arası rölatif yatay deplasmanlar çok azalır, bütün viyadük üst yapısı boyunca salınım esnasında mafsallar oluşmaz ve tamamen elastik davranış görülür. Kiriş-tabliye kotunda yatay ivmeler azalır ve dolayısıyla kolon-orta ayak (pier) uçlarına gelen yatay yükler önemli ölçüde küçülür. Deprem izolatörlerinin doğru olarak kullanılması ile, can ve mal güvenliğinin sağlanmasının yanı sıra, yapı güvenliği de arttırılmış olur, ulaşım süreklilik kazanır ve depremlerden sonra köprü ve viyadüklerin hasar görmeden kullanılmasına devam edilir. Ayrıca, yeni inşa edilecek köprü ve viyadüklerde kullanılmasıyla inşaat maliyetlerini de azaltır. Özellikle deprem anında ve sonrasında, öncelikle sağlam kalması zorunlu olan itfaiye merkezleri, hastaneler, sağlık binaları, kontrol ve bilgi işlem tesisleri, yönetim merkezleri, okullar, acil ihtiyaç duyulacak malların üretimini sağlayan fabrikalar, telekomünikasyon yapıları, depolama tankları gibi hayati önemi olan merkezler arasında ulaşımın devamlılığını sağlayacak köprü ve viyadüklerde deprem dinamik izolatörlerin kullanılması çok daha önem kazanmaktadır. Burada köprü ve viyadüklerden anlaşılması gereken; her tür betonarme, çelik veya kompozit taşıyıcı sistemi (temel, orta ve kenar ayaklar, kirişlerin mesnetlendiği orta ayak başlıkları, ön germeli prekast – yerinde dökme – itme sürme betonarme veya çelik kirişler, beton-çelik veya kompozit döşeme tabliyeleri) bulunan her açıklıktaki alçak, orta ve yüksek köprü ve viyadükler gibi ilgili şartnamelere göre inşa edilmiş olan karayolu, otoyol ve demiryolu büyük sanat yapılarıdır.

Bir yapının dinamik davranış modeli; yapı ile zemin etkileşimi, köprü kirişleri ile başlık kirişi ve kenar ayak bağlantıları, titreşimli makine ile oturduğu temel vb. projelendirmelerinde, en basit olarak; ‘’yapı kütlesine’’ (mass) etkiyen deprem kuvvetleri ile sabit ve doğru orantılı bir hareketi (yatay deplasmanı) ve ‘’elastisiteyi’’ ifade eden sabit katsayılı yay (spring) ve zamana bağlı olarak bu hareketin değiştiğini gösteren ve ‘’sürtünmeyi’’ ifade eden sönüm kutusu (dashpot, damping) modellerinin çeşitli şekillerde yerleştirilmeleri ve birlikte kullanılmaları ile kurulabilir. Deprem izolatör uygulamalarında, genellikle yay modelini çelik levhalarla kuvvetlendirilmiş (vulcanization/ebonitleştirme ile aderansı sağlanmış) elastomerik kauçuk malzemeli çeşitli tip ve boyutlarda, uzman firmalar tarafından patentli ve özel olarak imal edilen mesnetler; sönüm kutusu modelini içinde yüksek viskoz akışkan bulunan piston benzeri ekipmanlar yerine getirir.

Elastomerik kauçuk mesnetler (rubber bearings); düşey doğrultuda yapının kendi (zati ağırlığını) ve hareketli (trafik) yüklerini, yatay deprem kuvvetleri etkisiyle en gayri müsait durumlarda meydana gelebilecek düşey doğrultuda aşırı basınç (ve çekme) kuvvetlerini taşıyabilecek sert yay, yatay deprem kuvvetleri altında ise yatay doğrultularda yatay hareket yapabilme özeliği ile bu yükleri söndürerek rahatça taşıyabilecek yumuşak yay görevini üstlenirler. Bu tip mesnetlerin (örneğin: basit, en ekonomik ve sıkça kullanılan HDRB -High Damping Rubber Bearings) düşey yükleri taşıma, aynı zamanda deprem titreşimlerini azaltma ve deprem enerjisini söndürme görevleri vardır. Bu tip deprem izolatörlerinin düşey yükler altında rijit ve yatay yükler altında esnek (elastik) davranabilmeleri gerektiğinden, düşey yükler altında dayanımı sağlamak için mesneti kuvvetlendiren çelik levhalar ve yatay deplasmanları gerçekleştirebilmek amacıyla gerekli kayma deformasyon kabiliyetini sağlamak için bazı özel kauçuk malzeme kaliteleri dikkate alınarak projelendirilmelidir. Bu tip mesnetler, üretici firmaların deneyimlerine bağlı olarak farklı şekillerde ve adlarda üretilirler. Hepsinde aranan özellikler; başta bakım gerektirmemeleri, ekonomik olmaları, kolay montaj imkanı sağlamaları ve yapı ömrü boyunca dış etkilere (ozon, atmosferik etkiler) karşı dayanıklı olmalarıdır. Kimyasal ve fiziksel özelikleri şartnamelerde istenen değerleri sağladığı testlerle ispat etmeleridir. Bu tür mesnetlerin ortasında dolu bir çubuk şeklinde genellikle kurşun malzemeden bir çekirdek ilavesiyle imal edilen (örneğin LRB -Lead Rubber Bearings), daha sınırlı kayma deformasyonuna sahip ve az da olsa elastoplastik davranış sergileyen bazı deprem izolatörleri de yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, 0,1g değerinde etkili yer kaya yatay ivmesi kararlaştırılan bir bölgede inşa edilecek köprü ve viyadüklerin projelendirilmesinde, sadece statik eşdeğer kuvvet metoduna (Single-Mode Spectral Method – AASHTO, 1996, Division I-A) göre hesaplar yapılır ve elastomer kauçuk ( tercihen viyadüklerde chloropolypropilen /örneğin Neoprene veya tabii kauçuk ana malzemeli ) çelik levhalarla vulkanize yöntemiyle aderansı sağlanarak kuvvetlendirilmiş basit standart elastomerik kauçuk mesnetler (RB – Rubber Bearings) kullanılmaktadır. Bu mesnetlerde de yatay rijitlik (max. kayma deformasyonu   g =0,7), elastik özelikler, kimyasal ve dayanım özeliklerinin sağlaması gereken değerler için ilgili şartnamelere bakılmalı ve üretim sırasında imalatçı firmanın yapacağı kauçuk malzeme fiziksel ve kimyasal testlerinin raporları istenmeli, ayrıca İdare tarafından imalat sonrasında bitmiş mesnetler arasında gelişigüzel seçilecek numuneler üzerinde tercihen tarafsız bir laboratuarda yükleme, boyut, fiziksel vb. testler yaptırılmalı ve daha sonra onaylanıp kullanım izni verilmelidir. Sıkça kullanılan elastomerik kauçuk standart mesnetlerde, örneğin V=4500kN düşey yük etkisi altında, toplam 130 mm. kalınlıklı 400x800mm. dikdörtgen veya 650mm. çaplı daire kesitler (ve g =0,7) için yatay deplasman 65mm. kadardır. Pratikte genellikle kullanılan HDRB deprem izolatörlerinde, toplam kalınlıklar 200-450mm. için, yatay deplasmanlar 12-40 cm. mertebelerinde düşünülmekte, projesine göre boyutları büyültülerek yatay hareket kabiliyeti de arttırılabilmektedir. Deprem esnasında en az 2–3 saniyelik bir periyot ile titreşirler. Yukarıda adı geçen mesnetlerin montajları çok hassasiyet gerektirmeden oldukça basit bir şekilde yapılabilmektedir. Standart basit tip kauçuk mesnetlerin (RB) içinde enerji sönümleyici özel bir malzeme (sistem) bulunmayıp, uygulamaların çoğunda enerji sönümleyebilen bazı ekipmanlarla birlikte kullanılmaları gerekir. Buna karşın çelik levhalar ile kuvvetlendirilmiş (kurşun malzemeden yapılmış bir çekirdeği olan LRB veya yüksek sönümleme kabiliyetli HDRB gibi) elastomerik kauçuk özel mesnetler, şiddetli deprem yükleri esas alınan çoğu projelerde, hem düşey yükleri taşıyan standart mesnet işlevi görür, hem de yatay yükleri söndürebilen deprem izolatörü olarak yeterli olmaktadır. Etkili yerkaya yatay ivmesi (effective bedrock horizontal acceleration ), 0,1g değerinden büyük elde edilen (kararlaştırılan) bölgelerde inşa edilecek köprü ve viyadüklerin kullanım amacı ve önemine, açıklık sayısına ve diğer bazı kriterlere bağlı olarak daha detaylı dinamik hesapların yapılması gerekebilir. (Multimode Spectral Method – AASHTO, 1996, Division I-A, 1999 Interim Revisions; AASHTO Guide Specifications for Seismic Isolation Design , Interim 2000). Bu hesap metoduna göre; HDRB, LRB gibi geliştirilmiş özel kauçuk mesnetler sınıfındaki deprem izolatörlerinin kullanılması; depreme dayanıklı bir yapının yapılabilmesi ve yapıyı etkileyebilecek büyük deprem yüklerinin taşınabilmesi, ayrıca inşaat yapım maliyetinde ekonomi sağlanması açısından önemle dikkate alınmalıdır.

Enerji sönümleyici mesnet ve ekipmanlar (dampers); üretici uzman firmaların deneyimlerine göre çeşitli model ve malzemeler ile farklı tiplerde imal edilmektedirler. Çelik levha ve kauçuk malzemeler kullanılarak imal edilen, oldukça basit ve en ekonomik izolatörlere örnek olarak, yukarıda da belirtildiği gibi, çelik levhalarla kuvvetlendirilmiş yüksek sönümlü özel kauçuk izolatörler (HDRB) verilebilir. Bu tip izolatörler düşey yükleri taşır, kayma deformasyonu (g  = 1,5 – 2) yapabilme kabiliyetiyle yatay deplasmanlara izin verir ve aynı zamanda deprem enerjisini söndürür. Bu sırada tekrarlı yükler etkisiyle özel kauçukta oluşabilecek max. sıcaklık 5 derece C kadar artabilir. Benzer amaçla kullanılan kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlerde (LRB), düşey yük taşıma ve biraz daha sınırlı olan kayma deformasyonu kauçuk malzeme ile sağlanır, deprem enerjisi ise mesnet ortasına düşey konumda yerleştirilmiş olan kurşun malzemeli bir çubuk ile söndürülmektedir. Projelendirmede; aynı performans beklenen bu tip deprem izolatörleri arasında; tekrarlı yükler altındaki davranışları, soğuk hava etkileri, kayma deformasyonları/şekil değiştirmeleri, aşınma ve dayanım özellikleri, dönme ve burkulma limitleri, orijinal pozisyonuna geri gelme kabiliyetleri, hesaplanacak izolatör boyutları, imalatları, maliyetleri ve hatta olabilecek aşırı ısınmanın olumsuz etkileri mutlaka dikkate alınmalıdır. AASHTO Guide Spec. ile sadece pasif izolasyon sistemleri incelenmekte olup, bununla birlikte UIC772R, BE1/76, BS5400 Section 9.1, EN1337.1, AS1523, CNRUni10018, ASTM D4014 ve DIN4141 gibi uluslararası önemli şartnamelere de müracaat edilebilir. Silikon gibi viskoz akışkanlı (Viscous Damping Device-VDD) ve kurşun malzemeli (Lead Extrusion Damper-LED) piston benzeri enerji söndürücü izolatörler, sürtünme esaslı konik ve pendulum (kayar bilyeli) kayar mesnet tipi enerji söndürücü izolatörler (Friction Pendulum FP) pratikte kullanılan diğer başlıca enerji söndürücülerdir. Esas amaç , deprem titreşimlerini yutarak yok etmek ve kısa zamanda söndürmektir. Çelik çubuk, kurşun çekirdek gibi metal enerji söndürücüler plastisite (ki burada deprem enerjisi ısıya dönüşür), viskoz akışkanlı enerji söndürücüler ise kayma dirençleri ile titreşimleri emerler. Silikon akışkan kullanılan deprem izolatörleri, silikon malzemenin sıkışabilme özeliği ile yay işlevi, viskozite özeliği ile de enerji söndürme işlevini yerine getirirler. Sürtünmeli pendulum prensibi ile çalışan (konkav küresel bir kaygan tava (pot) yüzey parçası içinde kayar bir bilyeden oluşan) çok yönlü kayar çelik mesnetler, çelik malzemeler arasında meydana gelen bir sürtünme ile deprem enerjisini söndürürler. Özellikle, köprü ve viyadük gibi yapıların servis yükleri altında çalışırken oluşabilecek bazı olumsuz etkileri önlemek amacı ile kayıcı mesnetlerdeki sürtünmelerin en az mertebelerde tutulması istenmektedir. DIN4141, EN1313.2, SETRA ve BS 5400 gibi bazı şartnamelerde, bu tip kayıcı mesnetlerde meydana gelen sürtünmelere sınır getirilmiştir. (-30 C derecede sürtünme katsayısı max. % 3 olmalıdır.) Mesnetler ile ilgili Avrupa Şartnamesi EN 1337 – 2 (European Standard for Bearings), (ayrıca AASHTO Guide Spec. Section.16) düşey yük taşıyan kayar mesnetlerde kaygan PTFE yüzey kullanılmasını öngörmektedir, (bearing liner-virgin PTFE resin: ASTM D1457). Enerji yutarak titreşimleri sınırlayan hemen hemen bütün deprem izolatör sistemlerinde, çoğu kez zamana bağlı olarak servis yükleri altında bile, az da olsa kalıcı deformasyonlar meydana gelebilir. Beklenenden daha şiddetli bir deprem etkisi altında bazı deprem izolatörleri plastik davranış gösterirler ve yapıya hasar vermese bile orijinal konumundan az da olsa sapmalara sebep olabilirler. Sürtünmeli pendulum konkav yüzeyi içindeki bilyenin yatay yöndeki deprem hareketi sırasında, taşıdığı üst yapı kotunda (geçici) bir yükselme olabilir. Yapının, servis ömrü boyunca farklı ısı yükleri ve hareketli (köprü ve viyadüklerde rüzgar ve fren kuvvetleri ile trafik yükleri) yükler gibi etkiler altında kalacağı düşünüldüğünde, deprem izolatörlerinin oldukça uzun sayılabilecek yapı ömrü süresince yapı ile uyumlu çalışması ve üst yapıda istenmeyen gerilme birikimlerine neden olmaması gerekir. Projelendirme aşamasında, özellikle kayıcı mesnetlerde oluşabilecek aşırı sürtünmeler nedeniyle yapı elemanlarında meydana gelebilecek ilave gerilme birikimlerini karşılayacak önlemler araştırmalı,gerektiğinde kesit büyütmesi ve donatı ilaveleri yapılarak, bundan doğacak ilave maliyetler de dikkate alınmalıdır. Deprem ve şiddetli fren gibi ani yüklemeleri, yapı elemanları arasında rijit bir bağlantı elemanı gibi karşılayan, ancak servis yükleri ve farklı sıcaklık etkisiyle yavaşça oluşan benzer yükler altında serbest olarak hareket edebilen Lock-Up Device LUD, Shock Transmission Unit STU gibi benzer amaçlar için kullanılan diğer bazı tip deprem izolatörleri de bulunmaktadır.

Deprem izolatörlerinin seçiminde; önceden gerçekleşmiş şiddetli depremler etkisi altındaki davranışları ve performans deneyimleri, referansları, projelendirmede statik ve dinamik hesap yöntemlerine uygunluğu, taşıyıcı sistemlere uygulanabilirliği, satın alma maliyetleri, bakım gereksinimi olup olmadığı, dış etkenler de dikkate alındığında izolatörün ömrü gibi faktörler projeci, danışman mühendis ve İdare tarafından üzerinde titizlikle durulmasında gereken konulardır. Elastomerik kauçuk deprem izolatör mesnetleri ile yukarıda adı geçen enerji sönümleyici ekipmanlar birlikte veya ayrı ayrı kullanılabilirler. Her bir mevcut veya yeni yapılacak mühendislik yapısının özelliklerine göre deprem izolatör gereksinimi ve tipleri çok detaylı bir şekilde incelenmeli ve uzmanlarca projelendirilmelidir. Projelendirme çalışmalarında kullanılacak malzemeler seçilmeli, geoteknik ve deprem mühendisleri tam bir koordinasyon içinde ve ilgili yönetmelikler dikkate alınarak projelendirme çalışmaları yapılmalıdır. Uluslararası şartname ve yönetmelikler bazı özel durumlarda yetersiz kalabilir. Bu durumda yapının inşa edileceği bölgenin deprem mühendisliği açısında çok iyi incelenmesi gerekebilir, hatta bu incelemeler uzun zaman alabilir. En önemli konu bölgenin etkili yer kaya ivmesinin ( yapı ömrü ve belirli zaman dilimleri dikkate alındığında farklı değerler elde edilebilir) tayin edilmesidir. Deprem mühendisliği açısından en önemli veri olan bu değer, mühendislik jeolojisi, jeofizik ve geoteknik etütler, arazi ve laboratuar deneyleri gibi bir seri çalışmanın sonucunda elde edilebilir. Ayrıca bölgede aktif fay hatları ve bu hatlara uzaklıklar çok iyi araştırılmalıdır. Bu çalışmaların sonucunda ulaşılması istenen amaç, deprem esnasında oluşabilecek etkili yer kaya ivmelerinin, yerçekimi ivmesinin (örneğin: 0,2g veya 0,4g ) bir yüzdesi olarak elde edilmesidir.

Deprem izolatörlerin ileri imalat teknolojileri ve gelişmiş mühendislik tekniklerine sahip sayılı uzman firmalarca imal edilmeleri ve patentlerinin alınmaya başlanması 25 yıl öncelerine dayanır. 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 bir çok memlekette deprem izolatörleri ve enerji sönümleyicilerin birçok farklı uygulamaları bulunmaktadır. Köprü ve viyadüklerde, deprem izolatörlerinin maliyeti toplam inşaat maliyetinin örneğin etkili yerkaya ivmesi 0.3g – 0.4g olan bir bölgede % 5-10 değerlerine kadar çıkabilmektedir. Deprem izolatörlerinin ilk bakışta yüksek gibi görülen bu maliyetlerine karşın sağladığı emniyet, can kaybı ve hasarların önlenmesi, bir o kadar da önemlisi yapının deprem etkisine maruz kaldığı sürelerde ve sonrasında bütün fonksiyonlarını kesintisiz ve eksiksiz yerine getirmesi, yapının verdiği hizmetler ve üretimde sürekliliğin sağlanması, depremlerden sonra yapıda tamir ve kuvvetlendirme gereksinimini ortadan kaldırması dikkate alındığında yanlış bir karar ve pahalı bir yatırım olmadığı açıkça görülür. Ayrıca, deprem izolatörlerinin deprem hesaplarında çözümün en önemli bir parçası olduğu unutulmamalıdır.

Deprem izolatörleri ilk defa, özellikle yeni yapılan, deprem esnasında ve hemen sonra hizmetlerini sürdürmesi zorunlu görülen yapılarda uygulanmaya başlanmıştır. Bu izolatör sistemlerinin deprem esnasında gösterdikleri performansları ile kendilerini kanıtlamış olmaları, zamanla önceden inşa edilmiş önemli ve mevcut (öncelikle hastaneler, kontrol merkezleri, tarihi binalar ) yapıların da depreme karşı dayanımlarını arttırmak amacıyla kullanılmalarını sağlamıştır. Köprü ve viyadüklerde ise öncelikle ABD, İtalya, Japonya gibi deprem bölgesinde bulunan ve bu konuda uzmanlaşmış memleketlerde kullanılmıştır. Yurdumuzda, 1990 başlarından itibaren ve dünya literatürüne girecek önemde birçok viyadükte deprem izolatörleri başarıyla kullanılmıştır. Örneğin; Adana – Gaziantep otoyolunda yatay yer ivmesi katsayısı 0,4 alınarak birçok viyadük (Multimod Spectral Analysis) hesap metoduna göre projelendirilmiş ve proje gereği çeşitli deprem izolatörleri kullanılmıştır. Ayrıca Ankara-Gerede otoyolunda etkili yatay yer kaya ivme değeri 0,3 g esas alınarak aynı hesap yöntemiyle projelendirilen viyadüklerde de özel mesnet ve deprem izolatörleri kullanılmıştır. Deprem bölgelerinde inşa edilecek viyadüklerin en baştan depreme dayanıklı olarak projelendirilmeleri gerekir, aksi halde viyadük taşıyıcı sistemi değişebilir. Örneğin, etkili yerkaya ivme değeri 0,1 g esas alınarak projelendirilen bir viyadük ile, 0,4 g esas alınarak projelendirilen bir viyadük arasında oldukça farklılıklar olacaktır. Buna, viyadük taşıyıcı sistemi, zemin etkisi, taşıyıcı üst yapının ve özellikle kenar ayakların projelendirilmesi, genleşme derzlerinin yerleri ve özellikleri, tabliyenin açıklıklar boyunca sürekliliği, orta ayakların geometrisi, narinliği ve sünekliği, donatı ekleri – detayları, inşaat metodu örnek olarak verilebilir.

Farklı malzemeler, şekiller ve tiplerde geliştirilmiş olan deprem izolatörlerinin ( hatta bazı özel önemli yapılar için yeni tip izolatörlerin özel olarak projelendirildiği uygulamalar vardır) kullanılacağı köprü ve viyadük için kabul edilen projelendirme kriterlerine uygunluğu, aynı ölçekte imal edilen izolatör örnekleri üzerinde gerçekleştirilecek bir seri laboratuar yükleme testleri ile ispat edilmelidir. Buradaki amaç, izolatörden deprem esnasında beklenen tekrarlı yükler altında yapacağı deformasyonların, dayanım gibi özeliklerin, hesaplarda kabul edilen değerleri emniyetli bir şekilde sağladığının gösterilmesidir. Bazı durumlarda test sonuçları projelendirmeyi etkileyebilir. Bu çalışmalar, bu konularda teorik ve pratik deneyimi olan danışman kişi ve kuruluşların kontrol ve gözetiminde yapılmalıdır. Tarafsız bir danışmanlık kuruluşunun bu tür önemli projelerde aldığı görev çok önemlidir. İzolatör performans testleri ancak yükleme test aparatları bulunan sayılı bazı laboratuarlarda yapılabilir. Zira uygulanacak yük değerleri çok büyük olabilir. Örneğin; düşey yük (eksenel basınç kuvveti) 5000 ton (50000 KN) , eksenel çekme kuvveti 3000 ton , yatay yük ( kesme kuvveti) +1000 ton ve –1000 ton .gibi oldukça büyük yük değerleri söz konusu olmaktadır. Avrupa’da bu büyüklükteki testleri yapabilecek çok az sayıda (örneğin ISMES/İtalya) laboratuar bulunmaktadır. Deprem izolatörleri, köprünün (viyadüğün) servis yükleri ( hareketli yükler, trafik yükleri, rüzgar yükleri gibi) inşaat sırasında tabliye betonu rötresi, farklı sıcaklık nedeniyle oluşan yükler vb. etkisi altında meydana gelen deplasmanları kontrol altında tutarlar. Örneğin piston tipi izolatörler, ani yükleme altındaki yük taşıma kabiliyeti yanı sıra zamanla yavaş yavaş oluşan yük artışlarını ve eksilmelerini bir uyum içinde karşılarlar. Bu tip izolatörlerde enerji sönümleme kuvveti, stroke hızına bağlı olarak değişir. Viskoz akışkan (silikon gibi) ile çalışan piston tipi enerji sönümleyici izolatörler , elastomerik kauçuk izolatörler ile sabit katsayılı yay modellerinin arasında bir model davranışı sergilerler ve tamamen elastik olup kalıcı bir deformasyona izin vermezler, ayrıca farklı sıcaklıklardan etkilenmezler. Deprem izolatör tip seçimi, yukarıda belirtilen izolatör özelikleri dikkate alınarak, köprü ve viyadük proje kriterleri, taşıyıcı sistem ve yükler gibi veriler ile birlikte, gerekirse imalatçı firmaların katkılarıyla projelendirmenin başında yapılmalıdır.

Köprü ve viyadüklerin depreme karşı dayanıklı olarak projelendirilmesi için kullanılabilecek en gelişmiş yönetmeliklerden birisi, AASHTO ‘’Standard Specifications for Highway Bridges, Division I-A, 1996 ’’ yönetmeliğidir. Bu yönetmeliğin 5., 6. ve 7. bölümlerinde, temeller dahil projelendirme ile ilgili önemli şartlar ana hatlarıyla verilmiş olup AASHTO ‘’1999 Commentary’’ eki ile birlikte değerlendirilmelidir. AASHTO eki ‘’Guide Specifications,1983’’ esas alınarak yenilenmiş hali ile AASHTO ‘’Standard Spec.s , Division I–A, 1996 ’’ 3. bölümü; jeofizik, jeolojik ve geoteknik çalışmalar ile tayin edilecek etkili yerkaya ivme katsayısı (effective bedrock acceleration coefficient) dikkate alınarak yapının sismik performans sınıfının belirlenmesi için; 4. bölümü ise yapının analiz ve projelendirilmesine yön verecek bilgilerin bulunduğu ve yapının sismik performans sınıfına bağlı olarak takip edilmesi gereken hesap metotlarının belirlenmesi için, yurdumuzda da çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmalardan amaç, statik eşdeğer yatay yüke göre (yapı ağırlığının belli bir yüzdesi, yapının ağırlık merkezinin bulunduğu seviyede yatay yük olarak alınarak tek bir mod ile deprem hesaplarının yapılması) veya çok modlu spektral analiz metodunun kullanılarak daha detaylı ve geniş deneyim gerektiren hesap metodunun uygulanacağına karar verilmesidir. Örneğin; deprem bölgesinde inşa edilecek bazı önemli viyadüklerin sadece projelendirme maliyeti 0,3 – 0,5 milyon u.s.d. mertebelerine ulaşabilmektedir. Uzun açıklıklı (80 – 150 m) ve yüksek ayaklı (50 – 150 m) , örneğin otoyol viyadüklerinin toplam maliyetinin 15 – 50 milyon u.s.d. aralığında olduğu varsayılırsa, kullanılacak mesnetlerin ve deprem izolatörlerinin toplam maliyetlerinin ne kadar önemli olduğu anlaşılabilir. Ancak deprem izolatörlerinin kullanılma zorunluluğu yanı sıra, sağladığı ekonomi ve teknik yararlar dikkate alınıp karşılaştırıldığında çok da yüksek maliyetler olmadığı görülür. Deneyimler, yer kaya ivmesinin 0.3g (17.08.1999 Gölcük, 0,52g ; 12.09.1999 Düzce, 0.85g ) olarak değerlendirilmesi halinde bile deprem izolatörlerinin kullanılmaları, aksi halde depreme dayanıklı projelendirme kriterlerinin sağlanamayacağını göstermiştir. Depremin üstyapıda oluşturduğu salınımları belli limitler arasında tutabilmek için, orta ayaklar(kolonlar) mümkün olduğunca sünek (ductile: hareket kabiliyeti sağlayacak esneklikte) ve üst yapının (viyadük tabliyesi) sürekli ve genleşme derzlerinin sadece iki kenar ayaklarda düşünüleceği ve deprem izolatörlerinin kiriş altları ile başlık kirişleri üzerine yerleştirileceği bir yapı sisteminde ancak kolon başlarına gelecek yatay deprem yükleri azaltılabilecektir. Yukarıda açıklanan hesap metotlarının yanı sıra, çok modlu spektrum analizinde uyulması gereken çok önemli konstrüktif esaslar da bulunur. Örneğin, sünek orta ayakların(kolonların) temele yakın 1/3 yüksekliği boyunca (plastik bölge) düşey donatı bindirme eklerine izin verilmez. Bu bölgelerde bindirme eki yerine manşon vb. ek sistemleri kullanılmalıdır. Özellikle köprü veya viyadük tipi seçilirken, proje kriterleri ile birlikte ( inşaat süresi, yapım metodu, estetik görünüm ve toplam maliyet dikkate alınarak) ön projelendirme safhasında sismik izolatörler de çok iyi araştırılmalıdır.

Depreme dayanıklı olarak projelendirilmemiş veya beklenen depremlerden daha az şiddetlere göre projelendirilip inşa edilmiş olan eski köprü ve viyadüklerde aşağıda belirtilen zayıf noktaların giderilmesi için deprem izolatörleri kullanılabilir:

• Orta ayaklar veya kolonlar genellikle sünek davranış koşullarını sağlamazlar,
• Kirişlerin başlık kirişlerine oturduğu yerlerde mesnet uzunlukları yetersizdir,
• Kiriş alt uçlarında yerleştirilmiş bulunan mesnetler, deprem yüklerini ve titreşimlerini karşılayacak ve sönümleyecek yeterlikte değildir.
• Depreme dayanıklı olmadığı sonradan anlaşılan viyadüklerde, daha büyük şiddetli bir depreme dayanıklı hale getirilme konusu ise tamamen deprem mühendisliği teorik eğitimi almış ve pratik deneyimi bulunan uzman mühendis ve deneyimli uzman firmalar tarafından yerine getirilebilecek çok önemli bir konudur.

Mevcut köprü ve viyadüklerin deprem performanslarını arttırmak için uygulanacak en pratik ve ekonomik metot, mevcut mesnetlerin yerinden sökülerek mevcut geometriye göre projelendirilmiş HDRB gibi özel elastomerik deprem izolatör mesnetlerin ve/veya enerji sönümleyici ekipmanların yerleştirilmesidir. Deprem izolatör mesnetlerinin yatay yönlerde esneyerek hareket edebilme kabiliyeti, üst yapı kiriş ve tabliye döşemesi ağırlıklarının oluşturduğu deprem yatay yüklerinin azalarak kolon başlıklarına ve kenar ayaklara etkimesini sağlayacaktır. Böylece altyapının ilk projesinde hesaba katılmamış olan aşırı kesme kuvvetleri (yatay yükler) ve moment etkisiyle yapının elastik davranışı aşarak hasar görmesi önlenebilir.

Sonuç olarak; mühendislik ve yeni teknolojilerin önemini depremlerden edindiği deneyimlerle daha iyi kavrayan memleketlerde, deprem izolatörlerinin kullanımının her geçen gün arttığını söylemek mümkündür. Özellikle deprem bölgelerinde bulunan, önemini depremlerden edindiği kötü deneyim ve kayıplarla daha iyi gören, mühendislik ve teknolojiye önem veren hemen hemen bütün ileri ve belli bir ekonomik refaha ulaşmış memleketlerde yukarıda kısaca anlatılmaya çalışılan deprem izolatörlerinin kullanılması, tartışılması bir yana neredeyse zorunlu bir ihtiyaç haline gelmektedir.