Teknik Notlar JEOFİZİK AÇIDAN DEPREM GÜVENLİ YAPI Uğur Kaynak Deprem ülkesindeki yapılar, statik yüklerin yanında dinamik yüklerle de baş etmek durumundadır. Deprem güvenli yapı, dinamik bir zemin üzerindeki dinamik kuvvetlerin etkisinde kalan yapının davranışlarını tanımlar. Bu konuda zeminin dinamik davranışlarının tümünü tanımlayan disiplin ise Uygulamalı Jeofiziktir. Bu pencereden bakınca olayı beş farklı parametreye göre ele almak uygun olacaktır. Deprem güvenli yapı ön koşulları; 1. 2. 3. 46 T(zemin) T(yapı) olmalı, Su Doygunluğu<%20 olmalı, V(R)>130 m/sn olmalı, 4. V(S)(30)> 700 m/sn olmalı ve 5. Etkin Yer İvmesi < 0.25 g olmalı olarak özetlenir. 1.T(zemin) T(yapı) Koşulu a) Elastik Zeminde Düktil Yapı (Sert Zeminde Esnek Yapı) deprem güvenlidir. b) Plastik Zeminde Rijit Yapı Kasım - 2012 (Yumuşak Zeminde Sert Yapı) deprem güvenlidir. c) Elastoplastik Zeminde Yarı Düktil Yapı (Ayrışmış Zemin, çivi çakılabilen kaya veya yarı çimentolu zeminde az esnek yapı da denilebilir.), deprem güvenlidir diye açıklanabilir. Yapıdaki esnekliği veya sertliği kontrol eden parametre sadece periyodudur. Yapı öz periyodu DBYBHY(Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik) de verilen formüllere göre kat adedine bağlı olarak hesaplanmaktadır. Oysa,Megapollerin varoşlarında ve Anadolu kentlerinde kat adedi, ister ruhsatlı, ister kaçak yapı olsun, sürekli olarak yeni doğan çocuk adedi kadar artırılmaktadır. Yani, Türkiye de yapıların öz periyodu yapay olarak artırılmaktadır. Kat adedi değişmeyen yapılarda ise yaklaşık; r 100 km yarıçaplı bir daire içerisindeki (en azından) M 5 büyüklüklü her depremde, betonarme çerçeveli karkas yapılar bir miktar yumuşatılır. Yani,Yapıların öz periyodu doğal olarak da artırılmaktadır. Öyleyse; Proje müellifi yapı öz periyodunu, kat adedinin yanı sıra duvar yoğunluğunu ve hakim ivme doğrultusunu da göz önüne alan ve yapının ekonomik ömrü süresince (en azından) r 100 km yarıçaplı daire içerisinde kaç adet M 5.0 deprem momentine maruz kaldığını da hesaba katan bir bağıntıdan hesaplamalıdır. Yani DBYBHY deki yapı öz periyodu formülleri, acilen incelenip düzenlenmelidir. Mikrobölgelendirme veya (t a t b ) ile hesaplanan periyotlar, zemin periyodunu temsil edemezler. Çünkü değil şehir, kasaba, mahalle, hatta parsel, bir temel kazısı içerisinde bile üç farklı periyoda sahip üç farklı zemin olması olağandır. Deprem dalgaları odak frekansına değil içinde ilerledikleri petrografik birimin frekansına bağımlı olarak yayınırlar.öyleyse zemin periyodu arsa bazında ölçülmelidir.
Jeofizik Açıdan Deprem Güvenli Yapı Zemin periyodu sadece jeofizik yöntemler kullanılarak; 1. P dalgası + S dalgası hızlarından yararlanılarak Kanai bağıntısından, 2. EİE (Elektrik İşleri Etüt İdaresi yeni adıyla Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü) nin yüzlerce sismik ölçümden elde ettiği ve TSE belgeli olarak sunduğu sismik hıza bağlı zemin periyodu tablosundan, 3. Mikrotremor ölçümlerinden, elde edilir. EİE periyot tablosu aşağıda verilmiştir. Yıllardan beri, mostra veren birimlerde jeofizik etüt yapılmaz diye bir tez ileri sürülmektedir. Halbuki mostra veren kayalık zeminlerde bile özellikle rijit yapılarda kayalık zemin periyodu ile yapı öz periyodu %50 den fazla örtüştüğünde betonarme çerçeve yani yapının bütün taşıyıcı sistemi kısmi latis göçertilmesi sonucunda (büyük depremlerde) patlamakta, çerçeve sisteminin betonu Şok Isınma sonucunda (perlit veya cin mısırında olduğu gibi patladığından), tekrar çimentolaşmakta, toz halinde yapıyı terk etmekte ve yapı çıplak donatıları üzerinde kalarak kendi düşeyinde çökmektedir. Bu tür çöküntülerde kat kirişleri de yok olduğundan, göçük basamaklı bir görüntü veremez. Bütün göçük yer seviyesine inerek kendi çatısı altına gizlenir. Yani halk dilindeki sağlam zemin üzerindeki sağlam yapı da deprem güvensiz olabilmektedir. 47 JEOFİZİK BÜLTENİ
Teknik Notlar Şekil 1. Toz çıkaran göçük 1.1 Isıl Şok a Dayanıklı Beton (thermal shock rezıstant concrete) Ani sıcaklık değişimlerinde patlamayan ısıl şoka dayanıklı beton üretimi yaklaşık seksen yıldan beri batı bilim dünyasında araştırma konusudur. Bu konuya önem verilmesinin nedeni ise bir betonarme kemer barajın konkav yüzeyinin güneş ışınları tarafından ısıtılmasına karşındiğer tarafının baraj gölü suları tarafından soğutulması sonucunda oluşan beton hasarlarıdır. Bu konudaki Avrupa standardları, ISO 2247, ISO 8318, ISO 9022-10-15-19, olarak sunulur. 2.Su Doygunluğu<%20 Bir gözlem çukurundan (eğer inilebilirse) ancak sığ su tablası derinliği tespit edilebilir. Oysa bir yapının deprem güvenliliğine 48 Kasım - 2012 katkı koyan en önemli ikinci parametre yer altı suyu doygunluk yüzdesidir. Öyleyse başlıktaki şartı denetlemek gerekir. Rotary mekanik sondajlarda YAS tespiti için, en az bir hafta kuyuyu dinlendirmek gerekir. Ancak bu koşullarda da doygunluk yüzdesi ölçülemez. Su doygunluğunu belirlemenin en kolay, en güvenilir ve en ucuz yolu ise (P) dalgası hızının (S) dalgası hızına oranını ölçmektir. Bu orantı katsayısı ile sığ yer altı suyu doygunluk yüzdesi doğru orantılıdır. P, S ve su ilişkisi Sevindiricidir ki (S) dalgaları sıvılarda ilerleyemezler. Bu sayede jeofizik mühendisleri Yerkürenin ve uydumuz Ay ın iç yapısını ayrıntılı olarak çözebilmişlerdir. Eğer bir kırılmalı sismik çalışmada Vp 1350±50 m/ sn ise, jeofizik mühendisleri hemen S hızına bakmaktadırlar. Vs < 0.7 x Vp ise, zemin nemlenmeye başlıyor demektir. Çünkü kohezyonlu zeminlerde Vs/Vp 0.7 olması beklenilir. Örneğin Vp=1350±50 m/sn ye karşılık Vs=950±50 m/sn ise, formasyonun gerçek hızı olduğunu kabul edersek, S hızının daha düşük ölçülmesi, (orantılı olarak) YAS(YerAltı Suyu) nun varlığını gösterir. Öyleyse Vp 1350±50 m/ sn olduğunda jeofizik mühendisleri hemen Vs hızına dikkat etmelidirler. Bundan sonrası jeofizikçinin deneyim düzeyine kalmıştır. Yaygın bir inanışa göre Vs/Vp 0.333 olduğunda, ya da Vp/Vs=3 olduğunda, %100 doygunluğa ulaşılmıştır. Vp 1350±50 m/sn olmak koşulu ile, eğer Vs < 120 m/
Jeofizik Açıdan Deprem Güvenli Yapı sn olarak ölçülmüşse, Bu araziye sondaj kamyonunun bile sokulması risklidir. denilebilir. 3.Vr>130 m/sn Rayleigh dalga hızı, iki konuda önem taşır; (Adapazarı Deneyi) 1. 2. Zemin sıvılaşma riskini ölçmenin en pratik yolu Vr yi hesaplamaktır. Başlıktaki şart bunu kontrol eder. Plastik zeminlerde eğer Rayleigh dalga boyunun yarısı (λ / 2), hakim deprem dalgası doğrultusundaki yapı genişliğine eşit veya büyükse, o yapının rijit devrilme riski ya da en azından düşeyden sapma riski var demektir. Kayma (S) dalgası hızından ve poisson oranından Rayleigh dalgası hızı, Vr = (Vs*(po + 4.2668627))/4.9019608 bağıntısından veya, Kayma modülü ve yoğunluktan, Rayleigh dalgası hızı Vr = 4*atan(1)*(µ*9.81 / d)^.5 bağıntısından hesaplanabilir. Örnek V = Vs(po + 4,2668627) / r1 4,9019608 m/sn V = (4*atan(1)Vs. 9,81 / r2 d) 1/2 olarak verilir. Hız = birim zamanda alınan yol = frekans x dalga boyu V = f. λ, λr = V / f r r r r r Örneğin, Vs = 500 m/sn V = 300 m/sn r Sismik S dalgası kaydından, 100 ms de altı adet dalga sayılmış olsun. 1000 ms de 60 dalga olur. F = 60 s sn-1, f r = 36 sn -1 λ = V / f r r r λ =300 m/sn / 36 r sn-1 bağıntısından Rayleigh dalga boyu, λ = 8.4 m r Diğer bir deyişle, Rayleigh dalga boyunun yarısı 4.2 metre olduğunda, temel genişliği bu değere yaklaşan yapılarda devrilme riski vardır. Şekil 2. Rijit devrilme 49 JEOFİZİK BÜLTENİ
Teknik Notlar Şekil 3. İlave burulma momenti üreten asimetrik yapı Şekil 4. Neden japonya da bütün gökdelenler kare kesitli? Yapılarda kolon boylarının farklı kullanılmasının sakıncaları vardır. Kolon boyutlarının bodrum 50 Kasım - 2012 kattan çatı katına kadar eşit olması istenilir. Ancak ikinci moda kamçılama hareketi yapabilen bir kule tipi yapıda, tam da karın noktalarına birer adet uzun kolonlu (bomba kat) uygulamasını anlamak mümkün değildir.
Jeofizik Açıdan Deprem Güvenli Yapı Şekil 5. İki adet bomba kat Yapılarda görülen sakıncalı uygulamalar; Yanlış proje ve yanlış projeye sadık kalınan yapı, Doğru proje ve doğru projeye uyulmadan yapılan yapı, Projede olduğu halde yapılması unutulan taşıyıcı eleman, Topal basan temel, Asimetrik ağır balkon, Sert zemin üzerinde az katlı rijit yapı, (gevrek yapı) Yumuşak zemin üzerinde çok katlı esnek yapı, (aşırı esneme) Zemin hakim periyodu ile yapı öz periyodu oranlandığında yarıdan fazla örtüşen yapı, (yatay deplasmanlar- da artırıcı girişim) Tabanında farklı kolon oturması olan yapı, (depremsiz hasar) Taban suyu (yer altı suyu) sığda olan yapı, (korozyon) Tabanının bir kısmı dolguda olan yapı, Kalitesiz beton, Yanlış veya noksan donatı, Korozyonlu donatı, Asimetrik yapı, (ilave burulma moment kolu) Taban kesme kuvvetine karşı zayıflatılma anlamına gelen Normal kolonlu zemin katta asma kat (kısa kolon), Normal kolonlu zemin katta bant pencere için lento kirişi (kısa kolon), Normal kolonlu zemin katta gusseli kolon (kısa kolon), Camekan (söndürücüsüz zemin kat), Münferit pabuç temel (kolon, farklı oturmaları), Ağır yapı uygulamaları (taban keme kuvvetini artıran etkiler), Mağaza katı (kırılgan zemin kat), Zeminde açık garaj (söndürücüsüz zemin kat), Asimetrik çıkma (ilave burulma momenti), Ağır ve eni fazla çıkma (düşeye geri gelme güçlüğü), Asimetrik bodrum (ilave burulma momenti), Kalitesiz malzeme, Kötü işçilik, İlave kat veya katlar, Ağır çatı, Temel alanı H, L,T veya U şeklinde yapı, Sakınca açılımları İmara açarken kat adedi verilmeli mi? Depremden önce deprem güvensiz olan bir yapı, hafif hasar gördükten sonra deprem güvenli olabilir mi? Eğer öyle ise bu hafif hasarlı yapı güçlendirilmeli midir? Buna, ancak zemin periyodunun işlevini bilen bir inşaat mühendisi karar verebilir. Orta hasardan sonra yapıyı güçlendirelim derken Pastaya bıçak mı saplıyoruz?. Güçlendirmek sadece rijitleştirmek midir? Önemli olan yapı ile birlikte çalışacak Sismik retrofit uygulamaktır!! Bu çalışmada açıklanan jeofizik verilerin hiç biri jeolojik veya geoteknik olarak elde edilemez. Bu nedenle deprem güvenli yapı hedeflendiğinde zemin araştırmasında jeofizik yöntemlere kesinlikle gereksinim vardır. İş zemin çalışmasına gelince, yönetmelikler üç disiplini bir arada görmek ister. Hiç bir yöneticinin veya yetkilinin olası yıkıcı bir depremden önce bu yasal zorunluluğu uygulatmama sorumluluğunu taşımaya kalkışmamasını önemle önermekteyiz. Teşekkür. Yayın Kurulumuz tarafından yapılan anonim düzgünleme işlemleri çalışmalarıma katkı koymuştur. Sağ olsunlar. 51 JEOFİZİK BÜLTENİ