Depreme Dayanıklı Yapılar İnşa Edebilmek
Deprem kuşağında yer alan bir ülkede yaşamanın şartı, depreme uygun yapılar inşa edebilmek. Bunun yolu da bilimsel ve teknik bilgilerin ışığında hareket etmekten geçiyor. Sadece yapıların inşası sırasında değil, inşaatlarda kullanılan malzemelerin üretimi dahil tüm aşamalarda dikkat edilmesi ve denetlenmesi gereken birçok ayrıntı var. Ama elbette iş zemin ile ilgili çalışmalarla başlıyor, özellikle de deprem riski olan bir yerdeyseniz.
Konuyla ilgili olarak görüştüğümüz İnşaat Mühendisi Murat Sarıerler bugüne dek lüks konut, ofis ve otel olarak kullanılacak binalardan alışveriş merkezlerine, barajlardan yol ve viyadüklere kadar çok sayıda ve çok çeşitli projede yer almış; yapı mühendisliği, planlama yönetimi ve uluslararası inşaatlarda proje kontrol yönetimi gibi birçok dalda görev yapmış. Bizlere zemin etüdünden yapı tasarım inceliklerine, inşaatta kullanılan malzemelerin üretiminden uygulamalarda dikkat edilmesi gereken hususlara kadar birçok konuda değerli bilgiler verdi.
Öncelikle zemin konusunu ele alalım. Belirli bir yere herhangi bir yapı inşa etmek istiyorsanız, zemin etüdü tam anlamıyla “hayati” öneme sahip. Geçerli bir zemin etüdünde yeraltı tabakalarının jeolojik yapıları, kalınlık ve yoğunlukları, taş-toprak kompozisyonları, hatta elektrik özdirençleri gibi birçok değişkene bakılıyor. Yeraltı su derinliği ve katmanlara etkisi, bölgenin deprem riski derecesi ve olası bir fay hattına uzaklık gibi özellikler de ayrıntılı olarak inceleniyor. Tüm bunlar, zeminin inşaata uygun olup olmadığını ortaya konuyor. Zeminin taşıyabileceği ve olası bir depremde beklenen dayanımı gösterebilecek bir yapı inşa edebilmek için kurallara uygun bir zemin etüdü yapılmalı. İnşaatın projelendirme aşamalarının tamamı da bu etüt raporuna dayalı olmalı. “İlk sorun bu noktada çıkıyor,” diyor Sarıerler, “zaman ve maliyet açısından tasarruf amacıyla bölgeye ait ortalama değerleri kullanmak veya projeye komşu binaların zemin etüt raporlarına başvurmak son derece sakıncalı.”
O halde, bir yapının temel tasarımı ve statik projesi nasıl oluşturulmalı?
Normalde, arazinin genelini kapsayacak şekilde belirli noktalardan sondajla örnekler alınıp incelenir.
Bu inceleme ve raporlamaları jeoloji veya jeofizik mühendisleri yapar. Hangi noktalarda sondaj yapılacağına karar verir, kaldırılması veya iyileştirmesi gereken bir zemin olup olmadığını da rapor ederler. Projenin yapılacağı zeminin tamamı veya belirli bir kısmı kötü çıkarsa, maliyeti optimumda tutacak şekilde, projede yer değişikliği veya zemin iyileştirme yoluna gidilir. Zeminde geliştirme yapılması kararı vermek için zemin etüt raporu, sondaj logları ve buna bağlı jeoteknik rapor çıktıları değerlendirilir. Bunlardaki bilgiler ışığında zemin iyileştirme projesi hazırlanır. İnşaat mühendisinin sorumluluğu da oradaki zeminin durumuna (veya iyileştirme-geliştirme yapılacaksa zeminin getirileceği son duruma) uygun şekilde bir temel projesi oluşturmaktır. Kazıklı sistem mi, “jet grout” sistem mi veya başka bir iyileştirme mi uygulanacağına, zemin yapısına bağlı olarak karar verilir. En önemli konu zemin ve betonarme sistemin birbirine uygun bir şekilde projelendirilmesi.
Yeraltı su oranı yüksekse veya zemin balçık yapıdaysa neler yapılabilir?
Öncelikle suyun üst ve alt seviyesi belirlenir. Zemin su kotuna kadar kazılır. Sonra su, drenaj sistemleriyle çalışma alanının dışına alınır. İnşa edilecek yapının, yani projenin özelliklerine göre mevcut kottan ne kadar daha derine inilmesi gerektiği belirlenir ve temel altı kotu dediğimiz bu seviyeye kadar inilir. Buradaki zemine önce “grobeton” dediğimiz kaba bir tür beton dökülür. Bunun amacı, zemin ve temel arasındaki etkileşimi keserek temel betonunu korumak. Bunun üzerine izolasyon uygulanır, sonra temel betonu dökülür ve demirler yerleştirilir. Tüm bunlar, iyileştirilmiş ve projesine uygun, doğru bir zemin üzerine güvenli bir yapı inşa etmeyi sağlar.
Zemin fay üzerine denk geliyorsa?
Dere yatağı, fay veya alüvyon üzerinde oluşmuş yerlere bina yapılmasını aslında önermiyoruz. Geçmişe bakıldığında da insanlar genelde dağ yamaçlarına veya benzeri sağlam zeminlere yerleşmişler. Ovalar ise tarım alanı olarak bırakılmış. Mühendislik çözümü açısından her türlü zemine her türlü yapıyı inşa etmek mümkün, ama bu tür kararlar verilirken kâr-zarar dengesi iyi düşünülmeli. Yine de yapılacaksa, deprem takozu, neopren veya deprem izolatörü gibi çeşitli teknolojiler kullanılabilir. Deprem izolatörleri sismik dalgaların şiddetini azaltır ve yatmayı engeller. Japonya’da da raylı sistemler kullanılıyor örneğin. Bir de, sonradan beton üzerine uygulanan, kolonlara sarılan karbon fiber ve benzeri özel malzemeler var. Bilhassa viyadüklerde ve bina güçlendirmelerinde kullanımları öneriliyor. Bunlar da betonun patlamasını veya patladığı anda parçalanmasını önlemeye yarıyor.
Zemin dışında alınabilecek başka önemler var mı?
Binaya etkiyen deprem yükü, binanın ağırlığı ile orantılı. Dolayısıyla yapılabilecek en iyi şey bina yükünü hafifletmek. İnşaatta daha hafif malzemeler kullanılabilir. Örneğin, çelik ve ahşap hem dayanıklı hem de esnek malzemeler. Bir de, yüksek bütçeli özel projelerde kullanılmak üzere yapısal çelik üzerinde Ar-Ge çalışmaları var.
Biraz da destek sistemlerinden bahsedelim. Günümüzde çoğu yapının belkemiğini oluşturan iki temel malzeme demir ve beton. Bu iki malzemeye ilişkin önemli ayrıntılar neler?
Yapıların sağlamlığı için beton ve demirin doğru birlikteliği şart. Herhangi bir sarsıntıda beton, yapıyı tutma eğilimi gösterir. Demir ise çekme işini yapar. Demirin uzama değeri ve esnekliği, içerdiği karbon oranına bağlı. Gerekenden daha yüksek oranda karbon içeren demirin esneme kabiliyeti yönetmeliklerde verilen sınırların altına düşecek kadar azalır ve kırılganlığı artar. Dolayısıyla üretimi esnasında bu oranlara ve kalite sistemine uygun imalata dikkat edilmesi çok önemli. Sonrasında demir çekme testi adı verilen bir yöntemle, demirin akma dayanımı, yani ne kadar uzayıp esnediği ve ne zaman koptuğu belirlenir.
Beton ise tıpkı bir bebek gibi: üretiminden uygulamasına kadar dikkat edilmesi gereken birçok ayrıntı var. Her aşamasıyla ilgilenmek, her aşamayı denetlemek zorundasınız. Örneğin, betonun sınıf tasarımına uygun boyutlarda üretilmiş agrega (çakıl) kullanılmalı. Bu boyutlardan daha büyük parçalar kullanılırsa homojen bir beton karışımı elde edemezsiniz. Bu beton ile imal edilen betonarme elemanların içlerinde boşluklar oluşur, gereken dayanıma ulaşamaz ve yapmaları gereken görevi yapamazlar. Deniz veya nehir kumu gibi içerikler kullanılacaksa yıkanmaları gerekir. Yoksa beton karışımına istenmeyen maddeler girer ve bazı kimyasal tepkimeler sonucunda betonu kırılgan hale getirebilirler. Alkali silika yapıda malzeme de ıslanma-kurumaya maruz kalan yapılarda belirli kimyasal tepkimeleri artırır ve betonun ömrünü kısaltabilir. Benzer nedenlerden ötürü, betonda bağlayıcı malzeme olarak kullanılacak çimentoyu da içeriğe uygun kimyasal yapıda seçmelisiniz.
Beton karışımındaki su-çimento oranı da çok önemli. Her beton tipi için belirli bir reçete var ve bu reçetenin dışına çıkarsanız düşük kalitede beton elde edersiniz. Gelen hazır beton reçeteye uygun üretilmiştir, değerleri ve kıvamı bellidir. Hazır betona su katılırsa su-çimento oranı bozulur ve beton sınıfı değişir. Beton, tesisten çıktığı andan itibaren üç saat içinde kalıba yerleştirmelisiniz. Bu süreyi geçerseniz beton yanar ve yönetmeliklere göre artık kullanılamaz. Yanan betonda çimento ayrışır, kum gibi olur. Beton döküldükten sonra bir hafta boyunca kürlenmesi gerekir. Bu bir tür kontrollü soğutmadır. Bu yapılmazsa betonda yanma görülebilir. Kalın bir beton tabakası dökecekseniz, en dıştaki kısmın fazla hızlı soğuyup orta kısımları çatlatmaması için özel yöntemler kullanmanız gerekir. Böyle durumlarda hidratasyon ısısını kontrollü düşürmek için temeller içine soğutma boruları, serpantin sistemleri uygulanır. Betonu döktüğünüz ortam sıcaklığı bile önemli, çünkü beton sıcaklığının 4 °C derece altına düşmemesi gerek. Hava çok soğuksa, döküm anında beton içine antifriz uygulanmalı, sonrasında battaniye ile sarılarak ya da harici sitemlerle kontrollü ısıtma yapılarak korunmalıdır. Yani, betonun içeriğindeki malzemeler ve oranları, betonu taşıma şartları ve süresi, dökme şekli ve koşulları, betonun “slump” dediğimiz çökme değeri, kıvamı ve sıcaklığı, hatta hava sıcaklığı, hepsi de önemli ve denetim altında olmalı. Bu basamakların herhangi birinde denetimsizlik, betonun ömrünü ve basınç dayanımını azaltır.
Destek sistemini oluşturan kolon ve kirişlerle ilgili başka ayrıntılar var mı?
Beton ve demirin düzgün şekilde bir arada tutunabilmesini sağlamalısınız. Örneğin, demirleri bağlarken aralarında betonun geçebileceği, projeye uygun boşluklar bırakılmalı. Bu boşluklar, kullanılan demirin çapına ve beton içeriğindeki maksimum agrega boyutuna göre ayarlanmalı. Yoksa beton, demiri tamamen saramaz ve zayıflık noktaları oluşur. Kullanılan betonun da boşluksuz hale gelmesi için vibrasyon ile yerleştirme yapılır. Demirlerin üzerindeki nervürler, beton ve demirin daha sağlam bir birlikteliğinin olmasını sağlar. Özellikle taşıyıcı unsurların içinden su borusu, elektrik kabloları gibi ek elemanlar geçirilmemeli. Bunlar bütünlüğü bozar ve dayanımı azaltır. Yapım aşamasında her adımda kontrol şart. Her aşamada çalışacak personel de mesleki yetkinliğe ve gerekli sertifikalara sahip olmalı. Bunun yolu, okuldan başlayarak farkındalık ve çoklu disiplin gibi kavramları öne çıkarmaktan geçiyor. Eskiden olduğu gibi, teorik bilginin yanında uygulamaya yönelik bilgiler de usta-çırak ilişkisiyle sahada öğrenilmeli. Mühendisler afet sonrası arama-kurtarma, hasar tespit, koordinasyon gibi eğitimleri de almalılar. Hatta arama-kurtarma çalışmalarında da bu mühendislere yer verilmeli.
Depremden Sonra ya da Bir Sonrakinden Önce
Depremden günler sonra, bir yandan bölgede arama kurtarma çalışmaları devam ederken bir yandan bilim insanları depremden zarar görenler için “Ne yapabiliriz?”, “Ne yapmalıyız?” kaygılarıyla güçlerini birleştirmek üzere çeşitli kurullarda görev almaya başladılar.
Koç Üniversitesi Endüstri Mühendisliği Bölümü’nden Prof. Dr. Sibel Salman da yaklaşık 20 yıldır afet yönetimi konusunda çalışıyor. Bu konuda çalışan başka bilim insanlarıyla birlikte destek olmak amacıyla öncelikle TÜBİTAK’a başvurmuşlar. Bu başvuru hemen AFAD’a aktarılmış ve ertesi gün AFAD Deprem ve Risk Azaltma Genel Müdürlüğü çatısı altında yerbilimciler, inşaat mühendisleri gibi akademisyenlerin ağırlıklı olduğu bilim insanlarından oluşan bir grupla birlikte Gaziantep’e gidilmiş. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı’ndan alınan bilgiye göre 11 ilde yapılacak 400 bin konutun ilk etapta zaten bölgede zemin etütleri yapılmış olan TOKİ konutlarına yakın bölgelerde yapılmasının planlandığı öğrenilmiş. Ayrıca bu gruptaki akademisyenlerden hem diğer konut alanları hem de eski şehir merkezleri için yeni master planları doğrultusunda yapılacak yeni inşaatlar konusunda destek alınması amacıyla alt gruplar oluşturulmuş.
Prof. Dr. Sibel Salman’ın koordinatörü oluğu lojistik grubu geçici barınma konusunda çalışacak; konteyner kentler için malzeme ve hizmet tedariki planlanacak. Ülke çapındaki büyük nüfus hareketliliğinin takibi ve bu yeni kurulacak kentlere yerleşim planları yapılacak. Bütün bunları öncelikle ihtiyaçların ve hedeflerin doğru olarak belirleneceği matematiksel modeller yardımıyla oluşturacakları algoritmalarla yapacaklar. Burada öncelikli amaç “hakkaniyet”! İstatistiksel veri analizi, makine öğrenmesi gibi yöntemlerle tüm kısıtları içeren ve en iyi çözümü verecek algoritmalar oluşturulacak. Elbette bu çalışmalar yalnızca bugünle sınırlı kalmayacak, olası depremler için de ileride kullanılmak üzere çok önemli kaynaklar olarak korunacak.
Peki, ya mevcut binalarda yapılan deprem risk analizleri ve güçlendirmeler?
Önce, eldeki verilerle bir durum değerlendirmesi raporu hazırlanır. Fakat bina 2021’den önceki yönetmeliğe göre yapılmışsa, zaten yeni yönetmelikteki deprem analiz değerlerine uygun çıkmasını bekleyemeyiz. Çünkü yeni yönetmelikte kolon-kiriş kesitlerinin minimum ölçüleri yükseltildi, deprem yükü ve hesaplama yöntemleri de yeni deprem bilgileri değerlendirilerek geliştirildi. Bu raporlar değerlendirilir ve mühendisler öncelikle zeminin uygunluğunu, binadaki statik ve temel sistemlerinin zemin koşullarına uygunluğunu ve genel olarak binanın projesine uygun yapılıp yapılmadığını değerlendirirler. Yapının yaşına bağlı olarak beton dayanımı ve betonarme yorgunluğu da yönetmeliklere göre belirlenir. Schmidt çekici ile beton sertliği testi yapılır, karot numuneleri alınıp kırılır ve betonun taşıma gücüne bakılır. Taşıyıcı sistem özel görüntüleme sistemi ile incelenir ve statik projeye uygun yapılmış mı, doğru ölçülerde demir montajı uygulanmış mı, doğru pas payı bırakılmış mı tespit edilir. Binada ağır bir hasar veya başka bir sorun olup olmadığına da bakılır. Bina eğer projesine uygun yapılmışsa; yeni yönetmeliğe göre hangi iyileştirme ve güçlendirmelerin uygulanması gerektiğine karar verilir. Temel boyutlarında herhangi bir değişiklik yapılması gerekiyorsa temelin çevreleri açılarak buralara epoksi bazlı malzemeler enjekte edilir veya demirler bağlanıp beton kesitleri artırılır. Kolon-kiriş sistemlerine de demir ankraj edilerek beton kesitleri artırılabilir. Depreme karşı kullanılan karbon elyaf malzemelerin kolonlara sarılmasıyla, deformasyonu azaltıcı önlemler pekiştirilebilir. Deprem yükünü alacak perdeler teşkil edilmemiş ise kolon-kiriş sistemleri içerisine özel çelik yapıda çapraz barlar atılabilir veya temelden çatıya kadar kolon sistemleri perde haline getirilebilir. Nihayetinde, projelendirmeyle yeni bir statik hesap oluşturulur ve mevcut betonarme sistem evrilir. Bina artık bu yeni statik sisteme göre çalışır. Tabii ki bu noktada sorumluluk, artık bu hesapları yapan kişinin üzerindedir. Bina dayanım olarak depremi kaldırabilir bir seviyeye ulaşır ama binanın belirli bir kısmı da belirli bir yaşa gelmiş olur. Dolayısıyla, çok eski binalarda bu işlemlerin yapılması iyi değerlendirilmeli. Bazen sıfırdan yapmak çok daha ucuz, güvenli ve anlamlı olabilir.