Depremin Yapılara Etkisi ve Süneklik

Depremin yapılara etkisini anlatırken, yapıların deprem etkisi altındaki davranışlarını ele almak gerekir. Bir yapı, teoride depreme karşı iki şekilde davranış gösterebilir.

İlk durumda yapı o kadar esnektir ki taşıyıcı sisteminde hiç bir deformasyon olmadan ötelenerek deprem enerjisini tüketir. Ancak yapının aşırı esnek olması ile deprem karşısındaki salınımı çok fazla olacağından içindeki insanlar ve eşyalar zarar görür. Bu nedenle bir yapı belirli sınırlar içinde esnek olmalıdır.

İkinci durumda ise yapı o kadar rijittir ki deprem kuvvetlerine karşı kendi kütle ağırlığı ve rijitliği ile karşı koyar. Bu durumda yapı olağanüstü ağır olacak ve ekonomik olmadığı için bir çözüm oluşturamayacaktır. Gerçekte çözüm her iki durum arasındaki oluşur, yani bir yapı yeterli ölçüde esnek ve yeterli miktarda rijit (esnemez, kımıldamaz, sabit) olmalıdır. Böylece yapı, küçük ve orta büyüklükteki depremlerde esnek davranacak, büyük depremlerde ise rijitlik sınırını aşarak sünek bir davranış gösterecektir. Bu çerçevede süneklik, depreme karşı önemli bir kavram olarak ortaya çıkar. Sünek bir yapı, deprem karşısında önemli derecede hasar görse bile yıkılmadığı için içindekileri koruyabilen yapı demektir. (Süneklik Nedir?)

Süneklik, bir malzemenin bir kuvvet altında deforme olduğu halde kopmama, kırılmama durumudur. Böyle bir niteliği anlayabilmek için malzemenin moleküler yapısını incelemek gerekir. Metaller özellikle çelik, düzenli ve katmanlı kristal yapısı olan malzemelerdendir. Çelik, kaldırabileceği sınırlar içinde kuvvetlere karşı elastik bir davranış sergiler. Kuvvet arttıkça kristal molekülleri birbiri üzerinden kayarak plastik bir deformasyon oluştururlar. Atomlar önce birbirlerinin üzerinden kayarken daha sonra birbirlerine takılırlar. Bu nokta akma sınırındaki çeliğin son bir sağlamlık durumudur. Eğer hala kuvvet malzeme üzerinde etkisini sürdürüyorsa, çelik akma sınırını aşar ve kopar. Ancak, bu bir deprem gibi belirli bir süre içinde etki eden bir kuvvet ise çelik akma sınırını aşmadan depremin sona ereceği varsayılabilir. İçinde yüksek alaşım olan çelik bu tür bir karakter göstermediği gibi, pişmiş toprak karışımlarından yapılan tuğla; kum, çimento ve çakıldan yapılan beton ve diğer benzer yapı malzemeleri de bu tür bir sünek davranış göstermezler. Bu malzemeler deprem kuvvetleri altında sünmezler, buna karşın kırılırlar yani gevrektirler.

Sünek yapı, deprem enerjisini deforme olarak tüketen yapı demektir. Bu deformasyonda kopmanın başladığı yerde yapı, sünek durumdan kırılgan duruma geçer. Depreme karşı yapıların sünek olması etkin bir çözümü oluşturur. Deprem kuvveti tersinir bir kuvvettir. Bir noktaya etki eden deprem dalgası itme kuvveti yaratırken, bir an sonra deprem dalgasının özelliğinden ötürü çekme etkisi yaratır. Bu durumda yapıya süneklik karakteri kazandıran yerlerin ve malzemelerin bu tersinir kuvvetler altında kırılmadan süneklik durumunu devam ettirmesi beklenir. Özetle süneklik, yapının deprem yükleri altında, elastik sınırının ötesinde plastik davranış gösterirken mukavemetinden fazla bir şey kaybetmeden büyük şekil değiştirmeler yaparak enerjiyi sönümlemesi durumudur.

Deprem, bir yapı üzerinde yarattığı atalet momenti ile etki oluşturur. Yapının kütlesi ne kadar fazla ise üzerinde depremden ötürü oluşan dikey ve yatay kuvvetler de o kadar büyük olur. Depremler, bir yapıyı üç boyutta etkileyebilecek kuvvetlerin dışında deformasyon ve burulmalar da yaratabilecek karakterdedir. Örneğin yatay kuvvetlerle ötelenen betonarme kolonlarda ikinci dereceden ek momentler oluşur, böylece durum daha da girift bir şekle girer. Bir yapının depreme karşı dayanıklı olabilmesi için ilk şart, yapıyı oluşturan taşıyıcı sistemin ve diğer dolgu duvar ve elemanlarının bir bütün olarak davranabilmeleridir. Bu bütünlük taşıyıcı elemanların kendilerinden beklenen görevi yerine getirmeleri ve deprem esnasında yapı bileşenleri titreşir ve ötelenirken yapının bütünlüğünü zorlamayacak şekilde hareket esnekliğine sahip olmaları ile mümkündür. Normal zamanlarda düşey yükleri taşıyan kolon, duvar gibi elemanlar depremde yatay kuvvetlere karşı koymak durumunda kalırlar. Bu elemanların yatay kuvvetlere karşı mukavemeti onların kesit alanları ile yakından ilgilidir. Örneğin betonarme bir çerçeve sisteminde kolon kesit alanları büyüdükçe depremin yatay kuvvetlerine karşı dayanımı da artar. Aynı durum kargir yığma yapılar için de geçerlidir. Yığma sistemde duvarların toplam kesit alanı arttıkça, yapının rijitliği ve dayanımı da artmaktadır.

Deprem kuvvetleri altında yapının titreşimi veya ötelenmesinde yapının taşıyıcı parçalarının birbirlerine ve temellere yeterince bağlı olması önem kazanmaktadır. Deprem bir yapıyı önce alt katlardan başlayarak etki etmeye başlar. Yüksek yapılarda, deprem etkisi üst katlara ulaştığında, depremin tersinir davranışından ötürü alt katlar başka bir fazda, tersine hareket halindedir. Bu durum yüksek binaların çökmesine neden olabilecek titreşim kiplerini oluşturur. Eğer zeminin titreşimi ile yapının titreşimi üst üste çakışırsa yapının dalgalanması artar, rezonans oluşarak bina çökebilir. (Rezonans Nedir? Yapıları Nasıl Etkiler?)

Kaynak: Ercümant Erman- Deprem Güvenli Mimari Tasarım