Ünite 3: Deprem ve Binalar

Giriş

Depremler, oluşması engellenemeyen, ne zaman ve hangi büyüklükte gerçekleşeceği öngörülemeyen, kaçınılamaz doğa olaylarıdır. Bir depremin veya herhangi bir doğa olayının afete dönüşmesi, insanları ve yaşam alanlarını nasıl etkilediği ile ilgilidir. Afet, insanlar için fiziksel, ekonomik ve sosyal kayıplara neden olan, gündelik yaşamı durdurarak veya kesintiye uğratarak toplumları etkileyen ve yerel imkânlarla baş edilemeyen her türlü doğal, teknolojik veya insan kaynaklı tüm olaylar olarak tanımlanır. İnsanların yaşamadığı, yerleşimin ve binaların bulunmadığı bir bölgede deprem tehlikesinden söz edilebilir fakat böyle bir bölgede deprem olsa bile bu olayın afete dönüşme riski bulunmamaktadır. Buradaki kilit faktör depremin yerleşim alanlarını etkileyecek bir bölgede gerçekleşmesidir. Depremlerin afete dönüşmesinin en önemli nedeni, depreme dayanıklı olmayan binaların yıkılarak veya ağır hasar görerek can ve mal kayıplarına neden olmasıdır. Ülkemiz, deprem tehlikesinin yüksek olduğu, depremsellik açısından çok aktif bir coğrafyada bulunmaktadır. Tarih boyunca yaşanan büyük depremler, yıkılan ve ağır hasar gören binalar nedeniyle çok büyük miktarlarda can ve mal kayıplarına neden olmuş, bu depremlerin çoğu afete dönüşmüştür. Yaşanan depremlerin afete dönüşmesinin en önemli nedeni, binaların depreme dayanıklı olmamasıdır.

Depremin Tanımı

Yerkabuğu içindeki kırılmalar nedeniyle ani olarak ortaya çıkan titreşimlerin dalgalar halinde yayılarak geçtikleri ortamları ve yer yüzeyini sarsma olayına deprem denir. Deprem, insanın hareketsiz kabul ettiği ve güvenle ayağını bastığı toprağın da oynayacağını ve üzerinde bulunan tüm yapılarında hasar görüp, can kaybına uğrayacak şekilde yıkılabileceklerini gösteren bir doğa olayıdır. Depremin konumunu ifade eden kavramlardan “Odak Noktası” yerin içinde depremin enerjisinin ortaya çıktığı noktadır. Bu noktaya odak noktası veya iç merkez de denir. Gerçekte, enerjinin ortaya çıktığı bir nokta olmayıp bir alandır, fakat pratik uygulamalarda nokta olarak kabul edilmektedir.

Depremin büyüklüğü, kırılan yüzeyin büyüklüğünü ve dolayısıyla ortaya çıkan enerjinin düzeyini belirten bir ölçüdür. Örneğin M=2.0 büyüklüğünde bir deprem, yeryüzünün derinliklerinde yaklaşık bir futbol sahası büyüklüğünde bir kırığın meydana geldiğini gösterir. Büyüklük bir birim artarsa, yani 3.0 büyüklüğünde bir deprem oluşmuş ise, yaklaşık 10 futbol sahasına eşit bir alanın kırılmış olduğu anlaşılır.

Depremin yer yüzeyindeki etkileri depremin şiddeti olarak tanımlanır. Şiddetin ölçüsü, insanların deprem sırasında uykudan uyanmaları, mobilyaların hareket etmesi, bacaların yıkılması ve toplam hasar gibi çeşitli kıstaslar göz önüne alınarak yapılır. Şiddeti tanımlamak için birçok ölçek geliştirilmiştir. Bunlardan en yaygın olarak kullanılanı Değiştirilmiş Mercalli Şiddet Ölçeği’dir. Bu ölçek, Romen rakamları ile belirlenen 12 düzeyden oluşur. Türkiye’de bugüne kadar çeşitli büyüklüklerde depremler meydana gelmiştir. Ülkemizde, ölçümlerin yapılmaya başlandığı 1900 yılından bu yana en büyüğü 7.9 olarak kaydedilen 90 büyük depremde, resmi verilere göre 82 bin 372 kişi hayatını kaybetmiştir.

Binaları Oluşturan Yapı Elemanları

Bina sistemini iki ana bileşen olarak ele almak gerekir. Birinci bileşen, yer altında bulunan ve binanın bütün yükünü zemine aktaran temel sistemidir. İkinci bileşen ise binanın yer yüzeyinin üstünde bulunan, yani görünen bölümüdür. Bu iki bileşeni alt-yapı ve üst-yapı olarak adlandırmak mümkündür. Bu bölümde, binaları oluşturan temel sistemleri ve üst yapı elemanları anlatılacaktır.

Temeller, binanın düşey taşıyıcı elemanlarının yükünü yer yüzeyine (zemine) aktaran elemanlardır. Betonarme binalarda kolonlar, kendi yüklerini ve kirişlerden gelen yükleri taşıyabilecek şekilde tasarlanmaktadır. Ancak binanın oturduğu zeminin dayanımının bu taşıyıcı sistemlerin oluşturduğu gerilmeye oranla düşük olması nedeniyle zeminle taşıyıcı sistem elemanları arasında, oluşan gerilmeleri taşıyabilecek kadar büyük olan betonarme elemanlar inşa edilmektedir. Bu yapı elemanlarına “temel” adı verilmektedir. Temeller genel olarak tekil, sürekli, radye ve kazıklı temel olmak üzere dörde ayrılmaktadır. Tekil, sürekli ve radye temeller, yüzeysel temeller olarak adlandırılırken kazıklı temel, derin temel tipine örnektir. Aşağıda temel tipleri hakkında detaylı bilgiler sunulacaktır:

• Tekil Temel: Binanın düşey taşıyıcı elemanlarının altında, bu elemanların kesitlerinden daha büyük bir betonarme pabuç yapılarak oluşturulan temel tipidir. Deprem kuvvetini aktarması için pabuçlar, bağ kirişleri ile birbirine bağlanmaktadır. Bu temel tipi sağlam ve oturma tehlikesi olmayan zeminlerde inşa edilecek az katlı binalarda tercih edilmektedir.
• Sürekli Temel: İkiden fazla düşey taşıyıcı elemanın yüklerini bir bütün olarak zemine aktarabilen temeller sürekli temel olarak adlandırılmaktadır. Kolon ve perde duvar yükleri, bir bütün olarak kirişlere, kirişlerden de pabuca aktarılmaktadır. Farklı oturma riski, tekil temele nazaran çok daha düşüktür.
• Radye Temel: Binanın zemine oturduğu alanı boydan boya kaplayan betonarme temellere “radye temel” adı verilmektedir. Kirişli ve kirişsiz olmak üzere iki şekilde uygulanmaktadır. Binanın tüm kolonlarının altına, inşaat alanını örten bir plak (betonarme döşeme) yapılıp kolonlar doğrudan bu plağa oturtulduğunda kirişsiz radye temel elde edilirken, plak üstünde kirişler yapılıp kolonların bu kirişlere oturtulmasıyla kirişli radye temel oluşturulur. Zayıf zeminler için en uygun temel tipi olan radye temelde farklı oturma riski çok düşüktür.
• Kazıklı Temel: Çok zayıf zeminlerde sağlam zemine ulaşılıncaya kadar çakılan veya delip yerinde dökülen kazıkların üstüne zemin seviyesinde bir platform oluşturulmakta ve kolonlar bu platforma oturtulmaktadır. Maliyeti çok yüksek olduğundan apartman tipi binalar için uygun değildir. Daha çok köprü ve liman inşaatında uygulanmaktadır.

Üst yapı elemanlarını; Kolonlar/Perdeler, Kirişler, Döşemeler ve Duvarlar olarak sıralayabiliriz. Ülkemizdeki en yaygın bina tipi olan betonarme karkas bina sisteminde; duvarları kiriş ve döşemeler, döşemeleri kirişler ve kirişleri de kolon ve perdeler taşımaktadır.

• Kolon ve Perdeler: Taşıyıcı sistemin düşey elemanları kolon ve perdelerdir. Bu elemanlar, binanın bacakları olarak değerlendirilebilir. Kolonun binadaki görevleri; kiriş ve döşemeleri taşıyarak bu elemanlardan gelen düşey yükleri temel sistemine aktarmak, kirişlerle birlikte düzenli çerçeveler oluşturularak yatay deprem kuvvetlerine direnmektir. Perdeler; özel bir kolon türüdür, bir kenarı diğer kenarının yedi katından büyük veya eşit olan düşey taşıyıcı elmanlardır. Minimum perde boyutu 25cm/175cm’dir. Perdeler; boyutları nedeniyle kolonlara göre daha rijit (şekil değiştirmeye dirençli) yapı elemanlarıdır. Deprem sırasında rijitliklerinden dolayı deprem yüklerini bir “sünger” gibi üzerlerine çekerler; bu sayede binadaki kolon ve kirişlerin daha az zorlanmasını sağlarlar.
• Kirişler: Kirişler, üstlerinde bulunan duvarları ve döşemeleri taşıyarak duvar ve döşeme yüklerini kolonlara aktarırlar. Kirişler, kolon ve perdeleri birbirine bağlayarak çerçeve oluşumunda rol oynar ve döşemelerle birlikte yatay deprem kuvvetlerinin kolon ve perdeler arasında güvenle aktarılmasını sağlarlar.
• Döşemeler: Üzerindeki yükleri kolon ve kirişlere aktaran, kirişlerle birlikte yatay deprem kuvvetlerinin kolon ve perdeler arasında iletilmesine katkı sağlayan yapı elemanlarıdır. Döşemeler; Kirişli döşemeler, kirişsiz (mantar) döşemeler, dişli (nervürlü) döşemeler, asmolen döşemeler ve kaset(ızgara)-kiriş döşemeler olmak üzere sınıflandırılabilirler.
• Duvarlar: Ülkemizde çok yaygın olan betonarme karkas tipi binalarda duvarların taşıyıcı özelliği yoktur. Yalnızca hacimleri (odaları, daireleri) bölmek, birbirinden ayırmak amacıyla kullanılmaktadır. Daireleri birbirinden ve dış mekânlardan ayıran duvarlar tam duvarlar olarak adlandırılır. Daire içindeki odaları birbirinden ayıran duvarlar ise yarım duvarlar olarak adlandırılırlar. Tam duvarlar 13.5x19x19 (cm) boyutlarındaki tuğlalar ile örülür, yarım duvarlar ise 8.5x19x19 (cm) boyutlarındaki tuğlalar ile örülürler.

Depremde Binaların Yıkılma Nedenleri

Dünyada ve ülkemizde, geçmişte yaşanan büyük depremlerde çok sayıda betonarme bina yıkılarak veya ağır hasar görerek can ve mal kayıplarına neden olmuşlardır. Depremde yıkılan ve ağır hasar gören binalar incelendiğinde; bu binaların bazı ortak problemleri olduğu görülmüştür. Bu problemler, birçok ülke yönetmelikleri ile birlikte ülkemizde yürürlükte olan deprem yönetmeliğinde yer almaktadır. Düzensizlikler ve yapısal kusurlar olarak ikiye ayrılabilecek olan bu problemlerin çok iyi anlaşılması ve binalarda bu problemlerin ya hiç bulunmaması ya da kaçınılamayan durumlarda Dep. Yön. 2007’de tanımlanan gerekli tedbirlerin mutlaka alınması gerekmektedir. Aşağıda planda ve düşey doğrultudaki yapısal düzensizlikler ve ardından yapısal kusurlar açıklanmıştır:

• Burulma (A1) Düzensizliği: Her binada kütle ve rijitlik merkezi bulunmaktadır. Kütle merkezi, yaklaşık olarak binanın geometrik merkezidir. Rijitlik merkezi ise kolon ve perde kesme kuvvetlerinin bileşkesinin geçtiği noktadır. Kütle merkezi ile rijitlik merkezinin üst üste çakışmaması binada dönmeye neden olmaktadır. Buna eksantrisite adı verilmektedir. Bu durum binada burulma momentlerinin oluşmasına ve olası bir depremde burulmaya bağlı hasarlara neden olmaktadır.
• Döşeme Süreksizlikleri (A2): Binanın kat planında, merdiven ve asansör boşlukları dâhil, boşluk alanlarının toplamı, o katın brüt alanının üçte birini geçtiği takdirde o binada döşeme süreksizliğinden söz edilebilir. Binadaki bu boşluklar, deprem yüklerinin kolon ve perdelere düzenli bir şekilde aktarılmasını engellemektedir. Yerel döşeme boşlukları da bu düzensizliğe neden olmaktadır. Döşeme, deprem yükleri nedeniyle en az hasar alan taşıyıcı sistem elemanıdır. Ancak döşeme süreksizlikleri, yüklerin taşıyıcı sistem elemanları arasında düzenli dağılmasını engellediği için sakıncalıdır.
• Planda Çıkıntı (A3) Düzensizliği: Bu düzensizliğin bulunduğu binalarda, yatay deprem kuvvetleri düşey taşıyıcı sistem elemanlarına güvenle aktarılamamaktadır. Düzensiz yük dağılımı, binalarda burulma hasarlarına neden olmaktadır.
• Zayıf Kat (B1) ve Yumuşak Kat (B2) Düzensizliği: Dolgu duvarlar, kolon ve kirişlere gelen deprem yükünü paylaşarak olası ağır hasarları azaltabilmektedir Ancak genellikle zemin katları işyeri olarak kullanılan binalarda cephelerde dolgu duvarlar yerine camekânlar yapılmaktadır. Bu durumda bina giriş katları, yanal ötelenmeler açısından diğer katlara nazaran daha az rijit davranmaktadır.
• Taşıyıcı Sistem Düşey Elemanlarının Süreksizliği (B3): Bazı cephe kolonlarının konsol kirişlere ya da guselere oturtulması, bazı kolonların aşağı katlarda kaldırılarak kirişlere oturtulması, perdenin alt kat kolonlarına oturtulması ve perdenin alt kat kiriş açıklığına oturtulması durumlarında binalarda taşıyıcı sistem düşey elemanlarının süreksizliği meydana gelmektedir.
• Güçlü Kiriş-Zayıf Kolon Problemi: Dep. Yön. 2007’ye göre kolonlar, kirişlerden daha güçlü olmalıdır. Ancak, eski binaların çoğunda, kirişler kolonlara nazaran daha büyük kesitli ve daha kuvvetli donatılmışlardır. Bu problem, kolonların büyük kesme kuvvetlerine maruz kalarak hasar görmesine ve binanın göçmesine neden olmaktadır.
• Kısa Kolon Problemi: Kısa kolonlar, taşıyıcı sistem nedeni ile veya dolgu duvarlarında kolonlar arasında bırakılan boşluklar nedeni ile oluşabilmektedir. Ayrıca tesisat katı, asma kat, merdiven ara sahanlıkları, yüksek kiriş, guseli kiriş ya da kolonlar, kat ara kirişleri ve kademeli temeller de bu probleme neden olmaktadır.
• Köşe Kolon Problemi: Genellikle salonun köşede olduğu binalarda, bina sahibinin salon tavanında sarkan kiriş istememesi ve mimarın bu doğrultuda yaptığı tasarım nedeniyle köşe kolon problemi oluşmaktadır. Köşe kolon problemi; deprem yüklerinin diğer kolonlara aktarımının zorlaşmasına, binanın bu bölgesinin esnek davranmasına, yatay yüklerin etkisiyle köşe kolon uçlarının zarar görmesine neden olmaktadır.
• Çerçeve Süreksizliği Problemi: Betonarme binalarda kirişler, kolonları birbirine bağlamalı ve aks boyunca devam etmelidir. Böylece kiriş yükleri en kısa yoldan kolonlara aktarılacaktır. Kirişin kolona değil bir başka kirişe oturması, saplama kiriş problemine neden olmaktadır. Çıkmalı binalarda, iç hacimlerde kiriş istenmemesi nedeniyle kirişin kolon aksları dışında yapılması kolon aksı dışında kiriş problemini doğurmaktadır.
• Yetersiz Etriye Sıklaştırması: Etriye, kolon ve kirişlerin içinde bulunan ve boyuna donatıları saran donatılar olarak tanımlanmaktadır. Deprem bölgelerinde, etriyeler çok önem taşıdığından, bunların deprem yönetmeliklerine uygun olarak yapılması gerekmektedir. Bu sebeple, çoğunlukla deprem etriyesi olarak da adlandırılırlar. Sargı donatısı olarak da ifade edilen etriye, kolon, perde ve kirişlerde boyuna donatıları sararak bu taşıyıcı elemanlarda kesme çatlaklarını önlemek için düzenlenmektedir.
• Yetersiz Deprem Derzi ve Çarpışma Tehlikesi: Binalar arasında bırakılan boşluğa derz adı verilmektedir. Depremde binaların çarpışmasını önlemek için bırakılan boşluk, deprem derzi olarak adlandırılmaktadır. Şehir içinde genelde bitişik nizam (yan yana) yapılan binalar, deprem esnasında farklı salınarak birbirlerine hasar verebilmektedir.
• Düşük Kaliteli Beton: Depreme dayanıklı bir binanın yeterli dayanım, rijitlik ve sünekliğe sahip olması gerekmektedir. Binalarda kullanılan betonu oluşturan her malzemenin bir işlevi vardır. Kaliteli bir betonun üretilmesi, kaliteli malzemeler kullanılmasına bağlıdır. Beton kalitesi, binanın dayanımı üzerinde doğrudan etkili olduğundan, düşük beton kalitesi kullanılarak inşa edilen binaların depremde hasar alması olasıdır.
• Donatıda Korozyon: Korozyon, metallerin çevreleri ile girdikleri bir elektrokimyasal reaksiyon sonucu aşınmaya ve bozulmaya uğramasıdır. Betonarme binalarda donatıyı (demirleri) örten net beton örtüsünün yetersiz olması nedeniyle donatılar; su, hava ve diğer kimyasal maddelerin etkisiyle paslanmaktadır. Betonarme binalar, betonun bozulma sürecini yavaşlatmak ve içindeki donatının paslanmasını önlemek için, dikkatli bir şekilde korunmalıdır.
• Gerçekleştirilen bir bina envanter çalışması kapsamında yerinde bina incelemelerinde; kullanıcıların, binaların taşıyıcı sistem elemanlarında hasara neden olan müdahalelerde bulundukları belirlenmiştir. Bu müdahalelerden en yaygın olanı, tesisat borularının, kiriş donatılarının arasından geçirilmesi suretiyle kirişte oluşturulan hasarlardır. Herhangi bir deprem etkisine maruz kalmadan hasar alan taşıyıcı sistem elemanları, deprem yüklerini karşılayamayacak ve daha ağır hasarlar meydana gelecektir.