Deprem Riski ve Zemin Kalitesi

Özet

Deprem riskinin azaltılması için şehir planlamalarının deprem kırılma fiziğine ve zemin kalitesine uygun yapılması önemlidir. Zemin kalitesi Vs30 ölçümleri ile belirlenir. Betonarme, ahşap, karma ve yığma olmak üzere dört bina yapısı vardır ve depreme dayanıklılıkları farklıdır. Deprem riskini azaltmak için bina inşasında sismik izolatörler kullanılır. Sismik izolatörler, deprem dalgalarının binanın üst seviyelerine çıkmasını önler ve sarsıntı şiddetini düşürür. Türkiye'de 100'den fazla yatak kapasiteli tüm hastanelerin sismik izolatör bulundurması zorunludur.

Anahtar Kelimeler: Deprem, deprem riski, hastane, sismik izolatör, Vs30.

 GİRİŞ

Türkiye, Arap levhasının Anadolu levhasını güneyden sıkıştırması nedeniyle deprem riski yüksek bir bölgede bulunuyor. Bu hareket, ülkemizde Kuzey Anadolu, Doğu Anadolu ve Batı Anadolu olmak üzere üç ana fay hattının oluşmasına yol açmıştır. Bu durum, inşaat sektöründe çalışan kişiler ve deprem yönetmeliklerini düzenleyen kuruluşların deprem riskini daima dikkate almalarını gerektirir. Deprem sırasında ve öncesi alınabilecek önlemler konusunda halkın bilinçlendirilmesi ve özellikle çok sayıda kişinin etkilenebileceği yerler olan hastanelerde görevli sağlık çalışanlarının, doktorların ve hastane yöneticilerinin deprem risklerine karşı farkındalık geliştirmeleri ve buna uygun önlemler alabilmeleri son derece önemlidir.

Şekil 1. Üsküdar İlçesi Mahalle Bazında Vs30 Haritası (1)

Risk, 'tehlike' ile 'hasar görebilirlik' faktörlerinin çarpımına bağlıdır. Özellikle büyük bir deprem durumunda, yıkım şiddetini minimumda tutmak ve deprem riskini azaltmak için, şehir planlamasının deprem dinamiklerine ve zemin kalitesine uygun yapılması gereklidir. Zemin kalitesi, Vs30 ölçümleri ile standart bir biçimde belirlenebilir. Bu ölçümler, yaşadığımız yer, okuduğumuz okul veya çalıştığımız iş yerinin zemin kalitesini anlamamıza yardımcı olur ve genellikle Vs30 haritaları aracılığıyla elde edilebilir. Bazı belediyeler, sorumluluklarındaki illerin ve ilçelerin Vs30 haritalarını halka açar. İstanbul Büyükşehir Belediyesi'nin "Deprem ve Zemin İnceleme Şube Müdürlüğü" tarafından hazırlanan "Olası Deprem Kayıp Tahminleri İlçe Kitapçıkları" bunun bir örneğidir. Bu kitapçıklar, olası bir depremde oluşabilecek hasarın tahmin edilebilmesi için ilgili ilçelerin Vs30 haritalarını içerir.

Örneğin, Üsküdar ilçesinin Vs30 haritasını Şekil 1'de gösteriliyor. Haritada lejanta göre mavi renkli alanlar, zemin yapısının en zayıf olduğu yerleri gösterir. Bu alanlarda Vs30 değeri '200-250 m/s' olan Çengelköy'ün sahil kesimini örnek verebiliriz. Bu değer, genellikle yoğun veya orta yoğunlukta kum ve çakıl zemin yapısını ifade eder. Ancak Vs30 haritalarını değerlendirirken, çözünürlük faktörünü göz önünde bulundurmak önemlidir. Örneğin, İstanbul Büyükşehir Belediyesi tarafından hazırlanan Vs30 haritalarında çözünürlük 500 metredir. Bu, iki ölçüm noktası arasındaki mesafenin 500 metre olduğu anlamına gelir. Yani, bir ölçümün Vs30 değeri, yarım kilometrelik bir alan hakkında bilgi sağlar ve daha küçük alan değişikliklerindeki zemin değişikliklerini gösterme konusunda hassas değildir. 

Şekil 2. İstanbul'un USGS Vs30 Haritası (3).

Dünya geneli için Vs30 haritasını Amerikan Yer Bilimleri Servisi (USGS) sağlamıştır. Ancak bu harita, 1 km'lik hassasiyetiyle oldukça genel bir bakış sağlar, yani detaylı bir görüntü sunmaz. Örneğin, İstanbul'un ilçelerini USGS'nin Vs30 haritası üzerinden detaylı bir şekilde incelemek mümkün değildir. En detaylı ölçeği Şekil 2'de görebiliriz. Zemin yapısının sürekli olarak aynı kalmadığını, zaman içinde değişebileceğini unutmamak önemlidir. Bu yüzden eski Vs30 haritalarını kullanırken, zemin koşullarının zaman içinde değişmiş olabileceği ve sıvılaşma faktörünü göz önünde bulundurmak gereklidir.

Şekil 3. Betonarme ve Ahşap Yapı Örnekleri (4, 5).

Deprem riskinin belirlenmesinde sadece zemin ölçümlerine dayanmak yetersiz bir değerlendirmeye yol açabilir. Bina yapısı da deprem riskini belirleyen en önemli faktörlerden biridir ve asla göz ardı edilmemelidir. Binalar genel olarak dört ana yapı tipine göre sınıflandırılabilir: betonarme, ahşap, karma ve yığma. Her bir bina türünün depreme karşı dayanıklılığı aynı olmayıp farklılıklar gösterir (Şekil 3).

Betonarme Yapılar: "Betonarme" kelimesi, Fransızcada "güçlendirilmiş beton" anlamına gelen "béton armé" ifadesinden türetilmiştir. Bu adlandırma, betonarme binaların yapısal özelliklerine işaret eder. Bu bina türü, beton ve binanın iskeletini oluşturan çelik tellerden oluşur. Hem Türkiye'de hem de dünya genelinde en sık rastlanan bina tipidir. Beton oldukça ağır bir malzeme olduğu için deprem sırasında binanın sarsıntı şiddetini artırır. Bu nedenle, depremde yıkım direnci söz konusu olduğunda ahşap malzemeler daha avantajlıdır. Betonarme binaların yıkılması durumunda ortaya çıkan hasar, enkazın ağırlığı, betonun doğada çözünmeyen ve sürdürülemez bir malzeme olması nedeniyle çevre kirliliği ve toz içinde bulunabilecek asbest gibi tehlikeli maddelerin insan ve hayvan sağlığına olumsuz etkileri açısından büyüktür.

Ahşap Yapılar: Ahşap yapılar, betonarme yapılara kıyasla yaklaşık 5 kat daha hafiftir. Bu da deprem dalgalarının etkisiyle binanın daha az sarsılmasını sağlar. Ahşap ayrıca sağlıklı ve sürdürülebilir bir yapı malzemesidir ve çevre dostudur. Ahşap binaların yıkılması durumunda ortaya çıkacak çevre kirliliği, betonarme binalara göre çok daha düşüktür. Ahşap binaların estetik değeri de yadsınamaz. Ancak, ahşap binalar genellikle en fazla 2 veya 3 katlı olabilir, bu da onları daha büyük inşaat projeleri için uygun olmayan bir malzeme yapar. Ayrıca, ahşap binalar yangına karşı daha hassastır ve ahşap yapıların yoğun olduğu bir alanda bir yangın daha hızlı yayılabilir ve kontrol etmek daha zor olabilir. Bu sebeplerle, ahşap binaların özellikle orman yangını riskinin düşük olduğu alanlarda ve binalar arasında belirli bir mesafe bırakılacak şekilde planlanması önemlidir. Ahşap yapının yaygınlaşması orman kaybını hızlandırır bir yanılgı olup, toplumda uygun bilinç ve yasal düzenlemelerle her kesilen ağaç için en az bir fidan dikilebilir. Büyük kamu binaları genellikle betonarme olmak zorunda olmasına rağmen, konut inşaatında ahşap yapıların kullanılması, hem deprem riskini azaltabilir hem de insan sağlığına faydalı olabilir. Özellikle zemin kalitesi düşük alanlarda, ahşap yapılaşma öncelikli seçenek olabilir.

Karma Yapılı Binalar: Karma yapılı binalar, farklı malzemelerin bir arada kullanıldığı yapı biçimleridir. Hem yığma binaların hem de betonarme yapıların özelliklerini gösterirler. Deprem riski açısından, betonarme binalardan daha zayıf, ancak yığma binalardan daha dayanıklı olarak değerlendirilebilirler.

Şekil 4. 4 Yapı Tipinin Deprem Dayanıklılığı Karşılaştırması.

Şekil 5. Dilatasyon alanı (6).

Yığma Binalar: Yığma binalar, çeşitli tuğlaların bir çimento bağlayıcı ile birleştirilmesi ile oluşturulan yapı tipidir. Bu bina tipi, taşıyıcı bir kolon sistemi içermediği için deprem riski bakımından en tehlikeli olanıdır. Türkiye'de yığma bina inşası yasak olmasına rağmen, özellikle kırsal alanlarda kaçak yollarla inşa edilmiş yığma binalarla karşılaşabiliriz. Deprem riski açısından, farklı bina tiplerini belirli bir sıraya koymak mümkün. Ülkemizde en yaygın bina tipi betonarmedir ve deprem riskini azaltmak için çeşitli önlemler alınabilir.

Önlemler, binanın inşa aşamasında başlar. İlk olarak, binanın inşa edileceği zeminin doğru bir şekilde seçilmesi gereklidir. Zemin kalitesi, Vs30 haritalarından veya mümkünse jeofizik mühendisleri tarafından gerçekleştirilen yeni Vs30 ölçümleri ile belirlenir. Böylece, en düşük deprem riskine sahip olan zeminde bina inşa etme çalışmalarına başlanabilir. Sahil kenarları ve nehir yatakları gibi bölgelerde inşaat yapmaktan kaçınılmalıdır ve bu bölgelerin imara açılması yasaklanmalıdır.

Daha sonra, binanın yapısının deprem risklerini azaltmak için ilgili mühendislik alanlarından yardım alınır. Örneğin, deprem dalgalarının binada oluşturacağı genişleme veya sıkıştırma hareketlerini minimuma indirmek için geniş yapılı binalarda dilatasyon uygulaması yapılır. Bu önlemler, betonarme binaların deprem riskini önemli ölçüde azaltabilir.

Şekil 6. a. Yüksek Sönümlü Kauçuk 

b. Kurşun Çekirdekli Kauçuk c. Küresel Yüzeyli Sarkaç İzolatör.

 

Dilatasyon alanı, bir binayı yatay düzlemde iki kısma bölen düşey bir boşluk anlamına gelir. Bu boşlukta, esnek dolgu malzemeleri bulunur. Deprem esnasında, binanın salınım hareketleri bu malzemelerin sıkışmasına ya da genişlemesine neden olur. Bu hareket, binaya hareket etme alanı sağlar ve olası çatlama veya kırılma olaylarını önler. Bu kavramı biraz daha anlaşılır hale getirirsek; dilatasyon alanı, bir binanın deprem sırasında oluşabilecek zararları azaltmak için tasarlanmış bir 'hareket alanı'dır.

Deprem riskini azaltmak için binanın inşası sırasında, özellikle büyük kamu binalarında ve hastanelerde, sismik izolatörlerin kullanılması çok önemlidir. Sismik izolatörler, genellikle betonarme binaların kirişlerine yerleştirilir ve aslında binayı üst ve alt bölüm olarak ikiye ayırırlar. Bu izolatörlerin görevi, zeminden gelen deprem dalgalarının binanın üst katlarına ulaşmasını engellemektir, bu sayede binanın sarsıntı şiddeti azalır. Burada önemli olan nokta, deprem esnasında izolatörlerin serbestçe hareket edebilmesi için yeterli alanın sağlanmış olmasıdır. Bu ifadeyi daha basit hale getirirsek; sismik izolatörler, binanın deprem sırasında daha az sarsılmasını sağlayan özel cihazlardır ve binanın deprem enerjisini 'soğurmasına' yardımcı olurlar. 

Şekil 7. Deprem anındaki sismik izolatör etkisi (10).

Binaların deprem riskini azaltmak için çevrelerinde belirli bir boşluk bırakarak bitişik nizamda yapılmamaları gerekmektedir. Böylece, sismik izolatörlerin hareket etme özgürlüğü kısıtlanmamış olur. Aynı zamanda, çevrede izolatörün hareketini engelleyecek başka bir yapı bulunmamalıdır. Bu kural, izolatör bulunmayan binalar için de deprem güvenliği açısından geçerlidir.

Sismik izolatörlerin temelde üç tipi bulunmaktadır:

Yüksek sönümlü kauçuk izolatör (Şekil 6a)

Kurşun çekirdekli kauçuk izolatör (Şekil 6b)

Küresel yüzeyli sarkaç tipli izolatör (Şekil 6c)

Bu izolatörler, deprem sırasında binanın salınımını absorbe ederek binayı korur ve hasar riskini azaltır.

Şekil 8. "Sismik izolatörler, kirişi ikiye bölecek şekilde (sol resimde) veya
kat ile kirişi birbirinden ayırarak (sağ resimde) yerleştirilir (11, 12).

Deprem sırasında, deprem dalgaları binanın üst katlarına çıktıkça sarsıntının şiddeti artmaktadır. Ancak, sismik izolatörler sayesinde binanın her katının aynı ölçüde hareket etmesi sağlanır. Bu, binada çatlamaların ve kırılmaların oluşmasını engeller ve bu sayede binanın yapısının hasar görmesi ve yıkılma riski en aza indirilir (Şekil 7).

Sismik izolatörler, ya kolonları ikiye bölecek şekilde ya da kat zeminleri ile kolonlar arasında olacak şekilde yerleştirilebilir (Şekil 8). Bu iki uygulama türü arasında etkinlik açısından bir fark yoktur.

Türkiye'deki yönetmeliklere göre, 100 yataktan fazla kapasiteye sahip olan tüm hastanelerin sismik izolatör bulundurması gerekmektedir. Bu, hastaların ve hastane personelinin deprem sırasındaki güvenliğini sağlamak için önemli bir adımdır.

KATKI BELİRTME

 Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Tıp Fakültesi’nin ileride aktif olarak görev yapacak hekim adayları olarak hem de bir vatandaş olarak bizlerin deprem konusunda bilinçlendirilmesine bir yarı dönem boyunca yardım eden sayın hocamız Yüksek Jeofizik Mühendisi Sismolog Prof. Dr. Ali Osman ÖNCEL’e ve seminerlerde kıymetli katkılarıyla bizleri bilgilendiren Yüksek Mimar sayın Yoshinori MORİWAKİ’ye, TİS Teknolojik İzolatör Sistemleri Genel Müdürü sayın Uğurcan ÖZÇAMUR’a, İstanbul Valiliği İPKB Direktörü Yüksek İnşaat Mühendisi sayın Kazım Gökhan ELGİN’e teşekkürü bir borç bilirim.

KAYNAKÇA

1-https://depremzemin.ibb.istanbul/guncelcalismalarimiz/#olasi-deprem-kayip-tahmnler-le-ktapiklari (Görüntüleme Tarihi: 29.05.2023 20:50)

2-Uyanık, O. (2015). Deprem ağır hasar alanlarının önceden belirlenmesi ve şehir planlaması için makro ve mikro bölgelendirmelerin önemi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 19(2), 24-38.

3-https://usgs.maps.arcgis.com/apps/webappviewer/index.html?id=8ac19bc334f747e486550f32837578e1 (Görüntüleme Tarihi: 29.05.2023 21:39)

4-https://teknoloji-tasarim.com/betonarme-nedir/ (Görüntüleme Tarihi: 29.05.2023 22:21)

5-https://www.aa.com.tr/tr/turkiye/ahsap-yapilar-buyuk-depremlere-karsi-direncli/1351574 (Görüntüleme Tarihi: 23.05.2023 22:22)

6-https://ankarateknikyapi.com/Teknikbilgiler/15-Dilatasyon-Nedir (Görüntülenme Tarihi: 09.06.2023 15:03)

7-https://www.bridgebearing.org/bridgebearing/high-damping-rubber-bearing.html (Görüntülenme Tarihi: 09.06.2023 13:20)

8-https://www.arsankaucuk.com.tr/urunlerimiz/yapi-urunleri/kursun-cekirdekli-kaucuk-izolator/ (Görüntülenme Tarihi: 09.06.2023 13:15)

9-https://www.tis.com.tr/urunler/ (Görüntülenme Tarihi: 09.06.2023 13:20)

10-https://education.vex.com/stemlabs/iq/stemlabs-iq/tallest-tower/san-francisco-and-seismic-isolators (Görüntülenme Tarihi: 09.06.2023 15:09)

11-https://www.chip.com.tr/haber/sismik-izolator-sonradan-yerlestirilebiliyor-mu-maliyeti-ne-kadar_156277.html (Görüntülenme Tarihi: 09.06.2023 15:14)

12-https://www.haberturk.com/depremin-sarsintisini-kesen-deprem-izolatoru-nedir-nasil-calisir-binalara-uygulanabilir-mi-3564378 (Görüntülenme Tarihi: 09.06.2023 15:14)