Sismik İzolasyon

Sismik İzolasyon Sistemleri

Sismik izolasyon sistemleri sadece yeni yapılacak yapılara değil mevcut yapılara da uygulanabilir. Sismik izolasyon sistemi, ABD, Japonya, Çin Halk Cumhuriyeti, Yeni Zelanda, İtalya gibi gelişmiş ülkelerde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Sismik izolasyon (yalıtım) uygulaması yapı mühendislerin geliştirdiği, deprem sonrası hemen kullanılması gerekli önemli yapıların (hastane, köprü, viyadük, enerji yapıları, vb.) depremden korunmak amacı ile üst yapıya etkiyecek deprem kuvvetlerin azaltılmasını hedefleyen önemli ve yeni teknolojik tasarım yöntemlerinden birisidir.

Yöntem, deprem sırasında yer sarsıntısı ile yapı temeline ulaşan hareket enerjisinin (kinetik enerjinin) üst yapı sisteminin kabul edebileceği kadarlık kısmının yapıya aktarılmasına izin verme esasına dayanır. Bu ise genelde, yapının temel sistemi ile üst yapı arasına yerleştirilen ileri teknoloji ürünü düzeneklerle gerçekleştirilir ki; buna “yapının deprem hareketinden izolasyonu (yalıtımı / deprem yalıtımı)” (base isolation) denilmektedir. Yöntemle ilgili teorik bilgiler epeyce eski olmakla birlikte, uygulanması ile ilgili teknikler hâlen gelişme aşamasındadır. Bununla birlikte, özellikle son yıllarda bu tür yapım yöntemine yönelik uygulamalar dünyanın gelişmiş ülkelerinde hız kazanmıştır. Az da olsa, Türkiye’de de bazı uygulamalar bulunmaktadır.

Konvansiyonel yapı sistemleri diye tanımlayabileceğimiz sismik izolasyon uygulanmayan temel sistemi ve üst yapı sisteminin bütünleşik olduğu klasik yapım yöntemlerinde, yapının deprem güvenliği; deprem sırasında yapıya aktarılan enerjinin mümkün olduğu kadar az titreşim çevrimi ile başka enerjiye dönüştürülmesi ile sağlanır. Buda ancak, taşıyıcı sistem ve taşıyıcı sistemi oluşturan elemanlara gerekli süneklik (ductility) kazandırılarak sağlanır. Böylece, yapı elemanlarının bazıları dayanımını kaybetmeden öngörülen plastik şekil değiştirmeleri (kabul edilebilir hasar) yaparak, yapıya aktarılan deprem enerjisi sönümlenmiş olur.

Yapı sisteminin, deprem enerjisinin bu tür kontrollü kırılma (hasar) ile tüketilebilmesi ve yapı için öngörülen performansın sağlanabilmesi ancak ve ancak, taşıyıcı sistem ve taşıyıcı sistemi oluşturan elemanların gerekli sünekliğe sahip olması ile mümkün olabileceğidir. Bu nedenle, her ülkenin deprem yönetmeliklerinde, bu tür yapım yöntemleri için olmazsa olmaz bazı kurallar getirilmiştir. Bu kuralların en önemlilerinden birisi, hemen hemen her ülkenin deprem yönetmeliğinde yer alan göreli kat ötelemelerinin sınırlandırılmasıdır. Bu şartın sağlanabilmesi ise ancak, yapının gerekli yanal rijitliğe sahip olması ile mümkün olabileceğidir.

Yapıya etkiyecek kuvvetleri azaltmak için yapıyı daha esnek yapmak istersek, bu durumda da yanal ötelemeler artacağından taşıyıcı sistemde hasarların meydana gelmesi daha da kaçınılmaz olacaktır. Bu nedenle, yapı mühendislerince özellikle deprem sonrası hemen kullanımı talep edilen yapılarda, örneğin hastane, köprü, viyadük, enerji yapıları, nükleer santraller gibi yapılarda deprem hasarların oluşmaması için “sismik izolasyon tekniği” geliştirilmiştir. Sismik izolasyon tekniği depreme karşı yapı güvenliğinin artması veya zeminden yapıya aktarılan deprem kuvvetlerinin azaltılmasını amaçlayan ileri teknoloji gerektiren bir yapım yöntemidir.

Sismik İzolasyon Uygulama Amacı

Özet olarak sismik izolasyon uygulama tekniği ve çalışma prensipleri şöyledir: Temel ile üst yapı arasında ileri teknoloji ürünü düşey rijitliği yüksek ancak yanal rijitliği düşük izolatör yerleştirerek, yapı; deprem hareketinin yatay bileşenlerinden ayrılır. İzolatör düşük yatay rijitliğe sahip olduğundan yatayda rahat deplasman yapar ve deprem enerjisi büyük oranda burada sönümlenir. Üst yapı tek bir ünite gibi hareket eder. Burada, oluşacak deplasman fazla olmakla birlikte izin verilen sınırlar içerisinde kalır.

Sismik izolasyon sistemi, kullanıldığı yapıya, temel sistemi ile üst yapının bütünleşik olduğu klasik yapımlı sistemlerin (ankastre mesnetli yapı sistemleri) frekanslarına göre çok küçük asal frekans verir; bu da izolasyonlu yapılarda periyodun klasik yapımlı sisteme kıyasla daha uzun çıkmasına ve dolasıyla üst yapıya etkiyen deprem ivmesinin azalmasına neden olur. Fakat izolatörün yerleştirildiği seviyede yer değiştirmeler büyüktür. Ancak, tasarımda büyük olan bu yer değiştirmeler izin verilen sınırlar içerisinde kalacak şekilde bazen sönüm oranı yüksek sismik izolatör sistemleri kullanılarak sınırlandırılır. Ayrıca gerektiğinde üst yapı kısımlarına ek viskoz sönüm cihazları eklenerek bu deplasmanlar azaltılabilir.

Sismik izolasyonlu yapılardan beklenen amaç ise, hafif veya orta şiddetli depremlerde yapının tüm elemanlarında hiçbir hasarın oluşmaması, şiddetli depremlerde ise yapının kullanım amacını bozacak herhangi bir hasarın oluşmaması hedeflenmektedir. Ancak, deprem enerjisinin büyük kısmını büyük yanal ötelenme yaparak izolatörler absorbe edeceğinden, yapı tek bir ünite olarak hareket edecek şekilde tasarlanmalı ve devrilme olmaması içinde uygun yükseklikte olmalıdır.

Temelde oluşan harekete uyum sağlamak üzere tesisat bağlantılarının da esnek düzenlenmesi gerekir. Sismik izolasyon, yeni yapıların depreme karşı korunması açısından en kolay yöntemdir. Mevcut yapılarda uygulamadan önce yapıda bazı değişiklikle yapmak gerekebilir. Yapının bir blok olarak hareket etmesini sağlamak üzere, daha rijit hale getirmek gerekebilir. Yapı etrafında binanın deprem esnasındaki hareketi için gerekli olacak yeterli boşluk bırakmak gerekir.