San Francisco, Tokyo ve İstanbul'un ortak noktası nedir? Bunlar, sismologların büyük depremler beklediği dünyanın en yoğun nüfuslu üç şehridir. Bu şehirleri kaçınılmaz olarak sarsacak olaylar benzer olsa da şehirlerin nüfusları ve altyapıları üzerinde yaratacakları zararlar çok farklı olacaktır. Neden? Cevap, binalarının ve köprülerinin nasıl tasarlandığıyla ilgilidir.

Depremlerle ilişkilendirdiğimiz hasarların çoğu insan yapımı yapıları içerir: çöken binalarda mahsur kalan veya hayati su veya enerji kaynaklarından mahrum kalan insanlar. Bir depremin bir şehrin insanlarını nasıl etkileyeceği, şehrin, sakinlerinin ve yakındaki hükümetlerin yapıları ve boru hatlarını nasıl tasarladığıyla çok ilgilidir.

Türkiye'nin İzmit kentinde 1999 yılında meydana gelen depremden sonra birçok bina depreme dayanıklı olarak tasarlanmadığı için çöktü.

Depremlerin hasarlarının çoğunu yeri sarsarak verdiğini söylemek aşikâr görünebilir. Ancak yer sarsıntısı aslında karmaşık bir olgudur. Bir yapının sismik güvenliğinin mühendisliği, herhangi bir gayrimenkul girişimiyle aynı hususları içerir: tasarım, inşaat ve konum, konum, konum.

Bir binanın altındaki zemin sallandığında, deprem dalgalarının enerjisi binanın içinden geçerken bina sallanır. Bir gökdelenin daha küçük bir ofis binasından daha tehlikeli olduğunu düşünebilirsiniz, ancak aslında tam tersi sıklıkla doğrudur. İşte nedeni:

Bir yapı ne kadar uzunsa, o kadar esnektir. Ne kadar esnekse, deprem onu salladığında devrilmesini veya çökmesini engellemek için o kadar az enerji gerekir. Aynı fenomeni otobüste veya metroda seyahat ederken de hissedebilirsiniz. Vücudunuzu esnetip sarsıntılara uyum sağlarsanız, ayakta kalmak için onlara karşı sertçe meydan okumaya çalışmanızdan daha az çaba harcarsınız.

Kısa binalar uzun olanlardan daha sert olduğundan, üç katlı bir apartman binası 30 katlı bir gökdelenden deprem hasarına karşı daha fazla savunmasız kabul edilir. Bir binanın sismik güvenliğini planlarken, yapı mühendisleri kısa binaların destek elemanlarını uzun binalarınkinden daha büyük kuvvetlere dayanacak şekilde tasarlamalıdır.

Elbette, bir binanın inşa edildiği malzemeler de onun dayanıklılığını belirler ve yine esneklik önemlidir. Tüm gökdelenler, şiddetli rüzgarlardan gelen güçlü kuvvetlere dayanacak şekilde güçlendirilmelidir, ancak deprem bölgelerinde ek hususlar vardır. Mühendisler, binanın yüksekliği boyunca dalgaların enerjisini emebilecek yapılar tasarlamalıdır. Zeminler ve duvarlar, sarsıntı enerjisini bina boyunca aşağıya ve yere geri aktaracak şekilde inşa edilebilir. Bir binanın destekleyici parçaları arasındaki derzler, deprem kuvvetleri tarafından bükülmeye veya şekli bozulmaya dayanacak şekilde güçlendirilebilir.

 

Mühendisler, bir binayı deprem şoklarına karşı güçlendirmenin yanı sıra, binanın maruz kaldığı kuvveti de azaltabilirler. Binanın tabanını yer hareketlerinden izole eden taban izolatörleri bunlardan biridir. Çoğunlukla iki formu vardır. Biri, bina üzerlerinde sallandıkça ezilen ve deforme olan ve sarsıntının enerjisinin bir kısmını emen diskler gibidir. Diğeri, birbirinin üzerinden kayacak şekilde sürtünmesiz hale getirilmiş plakalardan oluşan iki yatay yüzey kümesidir. Bina üst plakaların üzerine oturur, alt plakalar yere dayanır. Yer sarsıldığında, yalnızca alt plakalar hareket eder ve üst plakaların altında ileri geri kayar.

Konum, konum, konum

Bazen depremsellik özellikleri ve yapının bulunduğu zemin tam doğru (veya yanlış) şekilde çakışır ve deprem daha yıkıcı olur. Bazen, bir binaya çarpan sismik dalganın frekansı, o yapının doğal salınımına tam olarak uyan bir frekansa sahip olur. Fizik terimleriyle, bina dalga ile aynı rezonans frekansına sahiptir. Bu olduğunda, rezonans frekansındaki birden fazla dalga yapıdan geçer ve etkileri birbirini güçlendirir. Bu, çok yıkıcı bir kuvvet oluşturur.

Rezonansın etkisi, 1985 yılında Mexico City'de meydana gelen büyük bir depremden sonra çok belirgin bir şekilde görüldü. 10-14 katlı orta büyüklükteki binalar sismik dalgalarla rezonans halindeydi ve bu binalar, daha kısa veya daha uzun olanlara göre daha fazla hasar gördü.

Deprem dalgaları yerin içinden geçerken, farklı toprak türleri tarafından farklı şekillerde filtrelenir. Mexico City, özellikle yıkıcı bir frekanstaki dalgaların binalara çarpmasına izin veren bir çamur ovasında yer alır. Şaşırtıcı bir şekilde, Mexico City 1985 depreminin merkez üssünden oldukça uzaktadır. Ancak bu rezonans fenomeni nedeniyle şehir, faya daha yakın diğer bazı şehirlerden çok daha fazla hasar gördü.

Yani, bir yapının altındaki zemin, inşası kadar önemli bir güvenlik hususu olabilir. Temel kaya, kumlu topraklardan veya çöplüklerden daha fazla dalga enerjisi emer, bu nedenle katı kaya üzerine inşa edilen binalar, daha yumuşak topraklar üzerine inşa edilenlerden çok daha az etkilenecektir. Ve daha yumuşak topraklarda su varsa, deprem sırasında biraz bataklık gibi olabilirler. Sismik dalgalar doymuş topraktan geçtiğinde, onu güçlü bir şekilde sıkıştırırlar. Toprak gücünü kaybeder ve sıvı gibi davranır, bu sürece sıvılaşma denir. Sıvılaşmış toprağın üstündeki binalar batar ve genellikle devrilir.

Test ediyoruz, test ediyoruz...

Mühendisler tasarımlarının depremlere dayanacağından nasıl emin olabilirler? Kısa cevap, binayı bir sarsıntıdan geçirmeleri gerektiğidir. Kaliforniya, Los Angeles ve Japonya, Kobe'deki depremler, sıkı sismik standartlara göre inşa edilmiş binaların ve otoyolların çökmesine neden oldu. Ancak son yıllarda araştırmacılar, tam ölçekli binaları deprem benzeri kuvvetlere maruz bırakabilen sarsıntı masaları geliştirdiler. 2005 yılında, Kaliforniya Üniversitesi, San Diego'daki mühendisler, Los Angeles'ı vuran 1994 Northridge depreminde oluşan sarsıntılara dayanıp dayanamayacağını görmek için yedi katlı, 275 tonluk bir binayı test ettiler. Aynı sarsıntı masasını, diğer yeni bina tasarımlarının modellerini test etmek için kullanabilirler.

Sismik güçlendirme hileleri yeni binalar için harikadır, ancak deprem bölgelerindeki çoğu yapı sismik mühendislik geliştirilmeden önce inşa edilmiştir. Peki ya mühendisler tarafından hesap cetvelleri kullanılarak tasarlanan Golden Gate Köprüsü? Ve bir şehrin trafik akışı için hayati önem taşıyan kritik otoyol üst geçitleri?

Kaynak: https://www.exploratorium.edu/explore/seismic-science/engineering