Türkiye, 17 Ağustos 1999 Marmara Depremi’nin yıl dönümünde bir kez daha İstanbul’un olası büyük depreme ne kadar hazır olduğunu tartışırken, yeni bir bilimsel çalışma yapı güvenliği açısından dikkat çekici sonuçlar ortaya koydu. İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü’nden Prof. Dr. Eşref Yalçınkaya’nın “Zemin ve Yapı Dinamik Parametrelerinin Elde Edilmesinde Titreşim Kayıtlarının Analizi” başlıklı araştırması, Türk Deprem Araştırma Dergisi’nde yer aldı.
17 Ağustos’un acısı 27 yıldır dinmedi: Gölcük’te hayatını kaybedenler anıldı
Prof. Dr. Eşref Yalçınkaya
Hakem değerlendirmesinden geçen araştırmada İstanbul-Halkalı’da bulunan 17 katlı betonarme bir konut binası, binaya zarar vermeyen çevresel titreşim ve sismik ölçüm yöntemleriyle incelendi.
Ortaya çıkan en çarpıcı bulgu ise binanın doğal titreşim frekansı ile üzerinde bulunduğu zeminin hakim titreşim frekansının birbirine oldukça yakın olması oldu.
17 Ağustos onların hafızasından silinmedi: 27 yıl sonra bile o gecenin sesleri kulaklarında
YALÇINKAYA: MARMARA DÜNYANIN EN KRİTİK SİSMİK BOŞLUKLARINDAN BİRİ
Yalçınkaya araştırmasının girişinde Marmara Denizi’nin Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun batı ucunda bulunduğunu ve tarihsel döngüler ile sismolojik veriler ışığında dünyanın en kritik “sismik boşluklarından” biri kabul edildiğini vurguladı.
Çalışmada özellikle İstanbul’un yüksek nüfus yoğunluğu ve sanayi merkezleri nedeniyle kritik konumuna dikkat çekilirken, 1999 İzmit ve Düzce depremleri öncesinde inşa edilen yapı stokunun önemli bir bölümünün yeterli mühendislik veya denetim hizmetinden yoksun olduğunun düşünüldüğü belirtildi.
Yalçınkaya, yüksek sismik risk ile yapısal kırılganlığın bir arada bulunduğu İstanbul’da mevcut yapıların olası büyük Marmara depremindeki performanslarının belirlenmesini “hayati bir zorunluluk” olarak nitelendirdi.
DEPREMDE GÖZDEN KAÇAN TEHLİKE: REZONANS
Araştırmanın merkezinde “yapı-zemin rezonansı” bulunuyor.
Bir binanın kendine özgü doğal titreşim frekansı olduğu gibi, üzerinde bulunduğu zeminin de hakim bir titreşim frekansı bulunuyor.
Bu iki frekans birbirine yaklaştığında zemin, deprem dalgalarının enerjisini binanın dinamik olarak en hassas olduğu frekans aralığında büyüterek yapıya aktarabiliyor.
Yalçınkaya bunu, hasarı artırabilecek “gizli bir tehlike” olarak tanımlıyor.
Araştırmada, zeminin hakim frekansı ile binanın doğal frekansının örtüşmesi halinde meydana gelebilecek durum “zemin-yapı rezonansı” olarak tanımlanıyor.
Eğer depremin kendisinden gelen baskın frekans da aynı aralığa denk gelirse “çifte rezonans” veya üçlü frekans örtüşmesi ortaya çıkabiliyor ve yapıya aktarılan yük çok daha yüksek seviyelere çıkabiliyor.
HALKALI’DAKİ 17 KATLI BİNADA ÖLÇÜM YAPILDI
Araştırma İstanbul’un 2000’li yıllarda yoğun yapılaşan bölgelerinden Halkalı’da gerçekleştirildi. İncelenen bina; 17 katlı, 47,6 metre yüksekliğinde ve tünel kalıp sistemiyle yapılmış betonarme bir konut yapısı.
Binanın farklı katlarına toplam 9 sensör yerleştirildi ve çevrede doğal olarak sürekli bulunan, insanların hissedemeyeceği seviyedeki “mikrotremör” adı verilen küçük titreşimler en az bir saat boyunca kaydedildi.
Yalçınkaya, incelenen tünel kalıp yapı tipinin İstanbul’un birçok bölgesinde ve toplu konut alanlarında yaygın olduğunu belirterek araştırmanın yalnızca tek bir binaya ilişkin vaka çalışması olmadığını, benzer tipolojideki binlerce yapının hasarsız yöntemlerle nasıl incelenebileceğine ilişkin örnek oluşturduğunu belirtiyor.
ZEMİNİN FREKANSI 1,1, BİNANIN 1,33 HZ ÇIKTI
Ölçümlerde binanın ilk ve en önemli eğilme modu, her iki eksende de 1,33 Hz olarak hesaplandı.
Binanın ikinci titreşim modu 5,0-5,3 Hz, üçüncü modu ise 10,5-11,7 Hz olarak ölçüldü.
Zeminin hakim frekansı ise 1,1 Hz olarak belirlendi.
İkinci zemin frekansı da 1,6 Hz olarak tespit edildi.
Yani binanın temel titreşim frekansı olan 1,33 Hz ile zeminin 1,1 Hz’lik hakim frekansı birbirine oldukça yakın çıktı.
İşte araştırmanın dikkat çektiği risk tam olarak burada ortaya çıktı.
“GÜÇLÜ REZONANS ÇAKIŞMASI”
Yalçınkaya iki frekansın ne ölçüde örtüştüğünü yalnızca görsel olarak değerlendirmekle yetinmedi.
Çalışmada bunun için Frekans Çakışma İndeksi (FCI) adı verilen sayısal bir değerlendirme yapıldı.
İndekste; 0,85’in üzerindeki değerler güçlü çakışma, 0,60-0,85 arası orta, 0,35-0,60 arası zayıf, 0,35’in altı ise ihmal edilebilir çakışma olarak sınıflandırıldı.
Halkalı’daki binada yapılan hesaplamanın sonucu ise: 0,88.
Araştırmada bu değer “güçlü rezonans çakışması” olarak değerlendirildi.
ZEMİN DE DEPREM DALGALARINI BÜYÜTÜYOR
Araştırmada binanın üzerinde bulunduğu zeminin de deprem açısından dikkatle değerlendirilmesi gereken özellikleri tespit edildi.
Zeminin ilk 30 metresindeki ortalama kayma dalgası hızı Vs30=274 metre/saniye olarak hesaplandı ve Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği’ne göre ZD sınıfı zemin olarak belirlendi.
Yaklaşık 38 metre derinlikte ise mühendislik ana kayası olarak değerlendirilebilecek seviyeye ulaşıldı.
Zeminde yapılan ölçümlerde 1,1 Hz’lik hakim frekansta deprem dalgalarının “orta şiddette” büyütülebileceği sonucuna ulaşıldı.
Araştırmanın özetindeki değerlendirme ise dikkat çekici:
Yapı ve zeminin doğal frekanslarının bu kadar yakın olması, olası bir depremde yapı-zemin rezonansı oluşması ve sismik yüklerin büyümesi açısından yüksek risk oluşturuyor.
BU SONUÇ “BİNA YIKILACAK” ANLAMINA GELMİYOR
Ancak Yalçınkaya’nın araştırmasındaki kritik bilimsel uyarılardan biri de burada önem kazanıyor. Rezonans bulunması, söz konusu binanın depremde yıkılacağı anlamına gelmiyor. Araştırmada bu konu açık biçimde ayrıştırılıyor.
Yalçınkaya, rezonansın tek başına yapısal göçmenin doğrudan nedeni olarak değerlendirilemeyeceğini belirtiyor.
Rezonans esas olarak binada oluşan iç kuvvetleri ve yer değiştirme taleplerini artıran bir “dinamik büyütme mekanizması”.
Bir binanın ağır hasar görmesi veya göçmesinde ise aşırı kat ötelemeleri, plastik mafsallar, yetersiz süneklik ve taşıyıcı sistem düzensizlikleri gibi başka yapısal faktörler belirleyici oluyor.
Rezonans, bu mekanizmaları zorlayan deprem talebini artıran bir çarpan olarak değerlendiriliyor.
7’LİK DEPREMDE KUVVETLİ SARSINTI YAKLAŞIK 20 SANİYE SÜREBİLİR
Araştırmada rezonans riskinin yalnızca frekansların çakışmasına bağlı olmadığı, büyütmenin derecesi ve kuvvetli sarsıntının ne kadar sürdüğünün de önemli olduğu vurgulandı.
Çalışmada bilimsel literatüre dayanılarak 7,0 büyüklüğündeki bir depremde kuvvetli yer hareketinin yaklaşık 20 saniye sürebileceği bilgisine yer verildi.
Ancak deprem sırasında bina hasar görmeye başladığında ve zemin güçlü sarsıntı altında doğrusal olmayan davranış sergilediğinde bu frekansların değişebileceği de belirtiliyor.
Dolayısıyla depremden önce ölçülen yapı-zemin frekans çakışmasının güçlü sarsıntı boyunca aynı kalacağı varsayımı yapılamıyor.
KAROT ALMADAN BİNANIN “NABZI” ÖLÇÜLEBİLİR
Araştırmanın 17 Ağustos'un yıl dönümünde öne çıkan bir başka sonucu ise İstanbul’daki milyonlarca yapının değerlendirilmesinde kullanılabilecek yöntem.
Bugün ayrıntılı bina analizlerinde karot alınması, donatının açığa çıkarılması gibi yapıya müdahale eden yöntemler kullanılabiliyor.
Yalçınkaya, kullanım halindeki konutlarda bu işlemlerin mülk sahipleri tarafından çoğu zaman tercih edilmediğini; hukuki, pratik ve mali sorunların da süreci zorlaştırdığını belirtiyor.
Araştırmada kullanılan yöntem ise binaya herhangi bir fiziksel zarar vermeden, çevrede zaten bulunan çok düşük seviyeli titreşimleri sensörlerle kaydediyor.
Bu verilerden binanın titreşim frekansları, sönüm oranı, mod şekilleri ve yapı içerisindeki sismik dalga hızları belirlenebiliyor.
Başka bir ifadeyle, bina kırılıp dökülmeden “dinamik röntgeni” çekilebiliyor.
DEPREMDEN ÖNCE DE SONRA DA KULLANILABİLİR
Yalçınkaya’ya göre bu tür tahribatsız ölçümlerin avantajlarından biri de binanın yalnızca bugün nasıl davrandığını göstermekle kalmaması.
Yapının dinamik değerleri düzenli olarak kaydedilirse, deprem sonrasında aynı ölçümler tekrar yapılarak binanın davranışının değişip değişmediği hızla kontrol edilebilir.
Araştırmada bunun, olası bir depremden sonra yapıların güvenli kullanımına ilişkin hızlı ve güvenilir değerlendirme yapılması açısından önemli bir fırsat oluşturabileceği belirtiliyor.
