Sismik İzolatör Nedir? Ne İşe Yarar, Maliyeti ve Fiyatları

Sismik İzolatör Nedir? Sismik İzolasyon Nedir?

Deprem izolatörü olarak da adlandırılan sismik izolatör; yapılara gelen deprem kaynaklı etkileri azaltarak yapıların orta şiddetli depremlerdeki hasarının önlenmesi ve çok şiddetli depremlerdeki hasarının da çok küçük boyutlara indirilmesine yarayan araçlardır. Çoğu uygulamada sismik izolasyon, yapıların altına yerleştirildiğinden bu sistemlere “taban izolasyonu” denilmektedir.

Sismik izolatörler yapıyı iki parçaya ayırarak deprem gibi dinamik yüklerin üst yapıya daha az oranda iletilmesini sağlar. Sismik izolatörlerde kullanılan malzemeler düşey yönde rijit(düşük deformasyon gösteren), yatay yönlerde ise esnek davranış gösterir. Çeşitli araştırmalar sismik izloasyonların, deprem kuvvetlerini 3 kat kadar azalttığını göstermektedir. Aşağıdaki şekilde gerçek bir deprem kaydı altında sismik izolatörlü ve izolatörsüz yapıların davranışlar gösterilmektedir.

Soldaki sabit tabanlı – izolatörsüz yapılar şekilden de görüldüğü üzere deprem etkisiyle büyük ve gittikçe artan yer değiştirmelere maruz kalırken izolatörlü diğer iki yapıda daha küçük ve yapı boyunca birbirine daha yakın yerdeğiştirmeler meydana gelmektedir. Ayrıca sismik izolatörlerin bünyesinde bulunan sönümleyici malzemeler yapıya etkiyen deprem enerjisinin büyük bölümünü sönümlemekte ve üst yapıda oluşacak hasarları engellemektedir. Sismik izolasyonsuz yapılarda ise bu şekilde ayrı bir sönümleme mekanizması bulunmadığından deprem enerjisinin büyük bölümü yapı hareketi sırasında meydana gelen hasarlar tarafından karşılanmaktadır. (Sismik izolasyon maliyeti)

Deprem esnasında izolatörlü yapıda büyük yer değiştirmeler izolatör seviyesinde olup, katlar arası yer değiştirmeler ve kat ivmeleri çok düşüktür; bina, içinde yaşayanlar ve eşyalar güvenliktedir.

Sismik izolasyonların genel olarak temel seviyesinde yapılması bu sistemleri taban izolasyonu olarak adlandırılmasına neden olmasına karşın izolasyon kolon altında, ortasında veya üstünde gibi farklı bölgelerde uygulanabilmektedir.

Tabandan deprem yalıtım malzemeleri uzun zamandır yaygın olarak kullanılan kontrol elemanlarıdır. Esnek bir tabakayla yapıyı zeminden ayırarak depreme karşı korurlar. Bu malzemeler sayesinde ana yapının periyodu önemli ölçüde artırılarak yer hareketinin ivmesini ve depremden kaynaklı kuvvetin etkisi azaltmış olur.

Sismik izolasyon uygulanan bir yapıda, sismik izolasyon uygulanmayan bir yapıya göre bina hakim periyodunda büyük bir artış meydana gelmektedir. Yalıtılmış yapının periyodu, yalıtılmamış yapının periyodu ile kıyaslanacak olursa yaklaşık olarak 3 kat gibi büyük bir farkın oluşmasına olanak sağlamaktadır. Periyot değerinde meydana gelen bu denli büyük bir artış ile yapının deplasman talebinde de büyük artışlar oluşmaktadır. Ancak söz konusu bu deplasman talebi, yapının sahip olduğu izolatörlerin mekanik özelliklerine de bağlıdır. Yapı tabanında
oluşan taban kesme kuvveti değerlerinin ise sismik izolatör kullanımı sonucu yaklaşık olarak %90’ a varan oranlarda azalmasına neden olmaktadır. Üstyapı deprem anında hareketi toplu bir halde yapabilecek bir hale gelmektedir. Böylece çok az göreli kat ötelemeleri oluşmaktadır. Bu durumda, sismik izolatör kullanılan bir yapıda üstyapının taşıyıcı sistemi için daha küçük kesitlerin tercih edilmesine imkan vermektedir. Ayrıca üstyapı, deprem anı ve sonrasında da içerisinde yaşayan insanların yapıyı tahliye etmesine gerek duymadan kesintisiz olarak kullanılmasına imkan vermektedir.

İzolatör-Deprem İzolatörü

Yirminci yüzyılın başlarındaki 1906 San Francisco Depremi ve yirminci yüzyılın sonlarındaki 1999 Kocaeli depremi gibi büyük depremler, bir çok can kaybı ve milyonlarca dolara mal olan hasarlara neden olmuştur. Deprem bilinci gelişmiş ülkelerde orta büyüklükteki binalara “Sismik izolasyon” diye adlandırılan yeni bir teknoloji uygulanmaktadır. Bu teknoloji, yapıyı temelinden ayırma prensibine dayanmakla birlikte, yapıya gelen deprem yer hareketini büyük ölçüde azaltarak yüksek deprem güvenliği sağlamaktadır.

Örneğin bir sismik izolasyon sistemi kauçuk ve çelik sönümleyiciler ile kurşun çekirdekten oluşmaktadır. Bu sismik izolasyon elemanları, her kolonun alt noktası ile kolon temeli arasına yerleştirilebilir ve zeminden yapıya gelen deprem hareketlerini bu seviyede absorbe ederler. Binaya daha az kuvvetler gelir ve bina bir rijit cisim hareketi yapar. Bunun sonucunda bina içindeki eşya ve hassas cihazlar bu titreşimlerden zarar görmez. Sonuç olarak bina kontrollü bir hareket yapar ve hasarlar en alt seviyeye düşer. Sismik izolasyon, bir depremden sonra iş kaybını minimumda tutarken, insan hayatını da korur ve ekonomik kayıpları en aza indirger. Geleneksel inşaatlarda deprem esnasında rölatif kat deplasmanları özellikle alt katlarda olmak üzere ve ivmeler üst katlarda olmak üzere yüksek değerler alabilmektedir. İvmeler üst katlarda artarak büyür ve zararlı titreşimler oluşur. Katlar arası yerdeğiştirmeler kalıcı olabilir.

Günümüzde, deprem izolasyonu genellikle şiddetli depremlerde kısmen de olsa hasarın istenmediği, önem derecesi yüksek yapılarda uygulanmaktadır. Hastane, okul, acil yardım merkezleri, itfaiye, emniyet ve askeri birimlere ait binalar, haberleşme ve enerji dağıtım merkezleri gibi kuvvetli bir depremden sonra ayakta kalması zaruri yapılar ile nükleer enerji santralleri gibi yüksek güvenlikli yapılması gereken yapılar veya tarihi değeri yüksek olan müze ve benzeri yapılar bu sistemin en yaygın uygulandığı yapılardır.

Sismik izolasyon sistemlerinin kullanıldığı diğer yapı türlerinden birisi de yeterli sünekliğe sahip olmayan gevrek yapılardır. Eklemeler yapılarak güçlendirmenin veya onarımın zor olduğu tarihi yapıların onarım ve güçlendirilmesinde sismik izolasyon uygulamaları büyük bir başarıyla uygulanmaktadır. Buna ek olarak, sismik yalıtım yaklaşımı deprem riski yüksek bölgelerdeki bulunan pek çok yapı tipine uygulanabilir. Kullanılması uygun olmayan durumlar aşağıda belirtilmiştir.

Sismik İzolatör Ne İşe Yarar?

Sismik izolatörlerin işlevi; en basit anlatımla deprem kuvvetinin bu izolatörlerin üzerindeki yapılara etkisini, dolayısıyla da bu sebeple oluşlacak sarsıntıları olabildiğince azaltmaktır. Bu nedenle deprem izolatörlerinin yararları bu ana faydalar doğrultusunda türetilebilir.

Depremin kendisini kontrol edemiyoruz, ancak hareketlerin temelden yukarıdaki yapıya aktarılmasını engelleyerek yapıya yaptığı talebi değiştirebiliyoruz. Bu nedenle, izolasyonu kullanmanın birincil nedeni, deprem etkilerini azaltmaktır. Doğal olarak, izolasyonla ilgili bir maliyet vardır ve bu nedenle, yalnızca faydalar bu maliyeti aştığında kullanımı mantıklıdır. Ve elbette, maliyet fayda oranı, depreme dayanıklılığı sağlamak için alternatif önlemlerden elde edilenden daha çekici olmalıdır.

Sismik izolatörün çalışma prensibini aşağıdaki görselden anlamak daha kolay olacaktır.

1. Önemli yapılarda deprem sarsınıtısı kaynaklı, hizmetlerin duraksaması ya da durması engellenir. Sarsıntı ve dinamik etkilerden zarar alacak hassas cihazların arızalanması, ya da elektrik, sıhhi, gaz tesisatlarının hizmetlere, yapıya ve çevreye vereceği zarar engellenir.
2. Sismik izolatörler yapıyı kalıcı ve büyük hasarlara karşı korur.
3. İç ve dış mekanlarda araç, gereç, makina, mobilya gibi eşyaların düşmesi ve devrilmesini engeller ve bu sebeple oluşacak can ve mal hasarlarının önüne geçer.
4. Sismik izolatörlü binalar büyük depremlerden sonra dahi ayakta kalabilmektedir.
5. Deprem sonrası, yaraların sarılması ve acil durum işlemlerinin güvenli bir ortamda sürdürülebilmesini sağlar. Aynı zamanda deprem korkusu ve psikolojik travmalara karşı güven hissi verme etkisiyle destek olur.
6. Yapıda mesnet izolatör-sismik izolatörlerin kullanılmasıyla üst yapıya daha düşük deprem kuvvetlerinin etkimesi sağlanacağından, daha düşük boyutlarda yapı eleman boyutlarına ihtiyaç duyulur. Bu da malzeme ve işçilik giderlerinden tasarruf edilmesi manasına gelmektedir.
7. Olası bir hasar durumunda, izolatörsüz binalara oranla çok daha düşük boyutta hasarlarla karşılaşılacağından, deprem sonrası onarım ve güçlendirme işlemleri ile bu işlemlerin maliyetleri kısıtlı olacaktır.

Sismik İzolatörlerin Avantajları ve Dezavantajları

Sismik izolatörler ülkemizde yeni yeni yaygınlaşamaya başlamıştır. Her izolasyon sisteminin avantajları olduğu gibi dezavantajları da bulunmaktadır, bundan dolayı amacına uygun sistemin seçilmesi büyük önem arz etmektedir. Sismik izolatörlerin avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir;

• Depremlerde can güvenliğinin artması,
• Taşıyıcı yapıda hasarların en aza indirilmesi,
• Bina içerisindeki ekipmanların korunması (hastanelerdeki cihazların korunması, yeniden yapılması mümkün olmayan tarihi eser ve yapıların korunması, nükleer reaktör ve rafinelerin korunması)
• Deprem sonrası hemen kullanım ile iş kaybının ve ekonominin etkilenmemesi,
• Ulaşım yapıları olan köprü viyadük gibi yapıların sürekliliği,
• Göreli kat ivmesinin azalması olarak sıralanabilir.

Sismik izolatörlerin bu gibi avantajlarının yanı sıra oldukça sınırlı dezavantajları bulunmaktadır. Örneğin yapının tasarlanan depremden büyük bir depreme maruz kalması durumunda izolatörlerde kopma ile birlikte kalıcı hasarlar olabilmektedir. Ayrıca sismik izolatörlerin maliyetinin yüksek olması ile birlikte yapıda uygulanması gereken ekstra bodrum maliyeti ve temel kazılarının daha derin olması, temelin etrafının yapının deplasman yapabilmesi için istinat duvarları ile çevrilmesi, izolatörlü yapıda kullanılması gereken kanalizasyon, su, elektrik, doğalgaz gibi sistemlerin farklı şekilde yapılması izolasyonlu yapıların maliyet kalemlerini arttırmaktadır.

İzolasyon sistemleri yapıların periyotlarını uzattığı için yumuşak zeminler üzerine inşaa edilmiş yapılar için zararlıdır. Yumuşak zeminlerde deprem izolatörleri konularak yapı periyodunun artırılması durumunda yapıya gelecek deprem yükü artacaktır. Ayrıca bitişik nizam yapılarda sismik izolasyon uygulaması uygun değildir

Deprem İzolatörleri Nerelerde Kullanılır? Sismik İzolatörler Hangi Binalarda Kullanılır?

Deprem izolasyonu sistemleri, deprem ya da diğer yanal etkilere karşı önlem alınması gereken ya da istenen hemen hemen tüm yapılara uygulanabilecektir. Fakat şu an yaygın olarak kullanılan sismik izolatörler, özellikle yüksek periyotlu, yüksek binalarda çeşitli nedenlerden dolayı kullanılamamaktadır. Fakat yüksek yapılar için de izolatörlerden öte farklı sönümleyici araçlar ve yöntemler kullanılarak gerekli önlemler alınabilmektedir.

Türkiye için kullanımı neredeyse yeni başlayan ve sismik izolasyonlar hakkında yoğun araştırma ve geliştirme çalışmaları devam etmektedir. Deprem izolatörleri, gelecekte yapılarda meydana gelen deprem kaynaklı hasarların önlenmesindeki ana çözüm yöntemi olarak düşünülmektedir.

Sismik İzolatör Maliyeti Ne Kadar? Sismik İzolatör Fiyatı

Yukarıda da bahsedildiği üzere sismik izolatörler ülkemiz için yeni sayılacak bir teknolojidir. Her ne kadar geçmiş yıllarda kullanım örneklerine rastlasak da, bu malzemeler geçmişte, hatta şu an hala büyük bir bölümü yurt dışından sağlandığı için maliyetleri yüksekti. Fakat ülkemizde de üretilmeye başlanması, sürekli olarak geliştirme ve iyileştirme işlemlerinin çalışılması nedeniyle her geçen gün sismik izolatör fiyatları düşecek ve her türlü yapı için uygulanabilir bir hal alacaktır.

Bir çalışmada sismik izolatör uygulamasının, taşıyıcı sistem maliyetindeki azalışı bu grafikle belirtilmiş. (İzolatör maliyeti dahil değil). Uygulama sayesinde, yaklaşık karkas maliyetinini ortalama %20’si gibi bir maliyet azalışı elde edilmiş. (Kaynak: Esra ÖZER-GELENEKSEL VE TABAN İZOLATÖRLÜ BETONARME BİNALARIN SİSMİK DAVRANIŞLARININ KARŞILAŞTIRILMASI)

Her yapının ve zeminin kendisine göre bir karakteristiği ve davranışı vardır. Sismik izolatör maliyetlerinden bahsedebilmek için bir genelleme yapmak yanlış olacaktır. Çünkü her yapıya gereken sismik izolatör yöntemi, sayısı ve bu izolatörlerin her birinin özellikleri maliyeti asıl belirleyici unsurlardır. Sayfanın ilerleyen bölümlerinde izolatör çeşitlerinden ayrıca bahsedilecektir. Yapıdaki  kat ve kolon adedi, deprem bölgesi, zemin özellikleri ve birçok diğer özellikler yapıda kullanılacak deprem izolatörü fiyatlarını ve özelliklerini değiştirecektir.

“Sismik izolatör ne kadar?” sorusunun en doğru yanıtı ilgili yapıda yapılacak analiz ve değerlendirmeler sonucu verilebilmektedir. Fakat sismik izolatör maliyetinin direkt bu işleme harcanacak tutar olarak düşünülmesi yanlış olacaktır. Zira yukarıda Sismik İzolatör Ne İşe Yarar? bölümünde de değinildiği üzere, bu yöntemlerin kullanılması sonucu, yapı inşaat malzeme ve işçilik giderleri düşeceğinden, sismik izolatör özelinde düşünmek yerine yapının komple deprem izolatörlü hali ile deprem izolatörsüz hali karşılaştırılmalıdır.

Sismik İzolasyon Yönteminin Uygulamalarındaki Zorluklar

• İzolasyonlu yapının alt ve üst seviyesi arasındaki yer değiştirmelerin yapının servis ömrü boyunca sağlanmalıdır.
• Süneklik oranı yüksek, yapı periyodu yüksek olup rezonans riski taşımayan yapılara uygulanmasının yapıya yeterli etkisi yoktur.
• Yapının yükseklik ve genişlik oranındaki büyük fark devirici momentlerin artmasına ve yapının düşey yönde hareket etme riskini ortaya çıkarmaktadır. Bu durum izolatörlerin yüksek yapılarda kullanımını zorlaştırmaktadır.

Sismik izolatörlü yapılarda beklenen maksimum yer değiştirmeye göre binanın hareket edebileceği boşluk bırakılmalıdır. Toprak altında bırakılacak sismik boşluklarda sistem istinat duvarı ile korunmalı yapının tüm servis ömrü boyunca bu bölgeye su, toprak gibi yabancı maddelerin dolmasını engellemek için gerekli tedbirler alınmalıdır. Ayrıca yapıya dışarıdan bağlanacak olan su, doğalgaz, elektrik ve kanalizasyon gibi sistemlerin ek yerlerinin esnek olarak dizayn edilmelidir.

Sismik İzolatörler Nerelere Yerleştirilir

Yapılarda sismik izolasyon genel itibari ile kolon alt bölgesinden yapılmaktadır. Bu durumda yapının içerisinde bulunan merdiven gibi sistemler servisine devam edebilmektedir. Ancak izolatör kolon ortası ve kolon üstünde uygulandığında bina içi ulaşım sistemlerinde gerekli önlemler alınmalıdır. Aynı şekilde izolasyon seviyesinde bulunan kapı, duvar gibi sistemlerinde alt ve üst yapı arasındaki ötelenmeyi karşılayacak şekilde tasarlanmalıdır. Bunların yanı sıra izolatörlerin görünmeyen bir alanda veya bodrumda konumlandırılması seçeneği vardır. Bu seçenek ile izolatörlerin bakım ve olası değişiminin yapılması kolaylaşır. Ancak bu durum ek kat maliyetine, istinat duvarı maliyetine ve kazı maliyetlerine neden olmaktadır.

Sismik İzolatör Çeşitleri

Sismik izolasyon sistemleri 3 ana başlıkta toplanabilir. Bu ana başlıklar ve alt başlıkları şu şekildedir.

1. Elastomerik mesnetli sismik izolasyon sistemleri
   1. Düşük sönümlü kauçuk tip mesnetler (LDRB)
   2. Yüksek sönümlü kauçuk tip mesnetler (HDRB)
   3. Kurşun çekirdekli kauçuk tip mesnetler (LRB)
2. Kayma esaslı sismik izolasyon sistemleri
   1. Sürtünmeli sarkaç sistem (FPS)
   2. Esnek sürtünmeli taban izolasyon sistemi (R-FBI)
3. Kauçuk- kayıcı sismik izolasyon sistemleri
   1. Fransa elektrik kurumu sistemleri (EDF)
   2. EERC birleşik sistemleri

Sismik izolatör maliyeti