Depremler

GİRİŞ:

Depremin neden olduğu kayıplar da hemen can kayıpları kadar korkunç olmaktır. Depremler bir çok ülkenin ekonomisinde büyük yaralar açmaktadır. Örneğin; 1985 Mexica depremi 4 Milyar dolar, 1989 Loma Prieta depremi 6 milyar dolar maddi kayba neden olmuştur.

Her yıl Dünya da 20 bin civarında can kaybı ile fiziksel ekonomik kayıplar oluşturan ortalama 15 yıkıcı deprem ve 12 milyon civarında da küçük depremler meydana gelmektedir. Afet boyutuna ulaşabilecek depremler, yerkabuğu içerisinde faylar boyuna biriken enerjinin kayaçların direncini aşmasıyla aniden boşalarak karmaşık elastik dalgalar şeklinde yayılması sonucu, yeryüzünün titreşmesi şeklinde gerçekleşir.

Yer kürenin üst kesiminde oluşan gerilmelerin esas kökeni yer içindeki ısı ve basınçtır. Yer kürenin derin kısımlarına doğru ısı ve basıncın artması sonucu yer kabuğu içinde oluşan ısı akımları, yer kabuğunu hareket etmesine neden olur. Bu rejimde levha adı verilen söz konusu parçalar ya birbirlerinden uzaklaşır ya da ortak sınırları boyunca zıt yönlere kayarlar.

Son yüzyılda ülkemizde doğal afetlerin ülkemizde doğal afetlerin neden olduğu fiziksel ve ekonomik kayıpların çok büyük bir kısmı depremlere aittir. Bu dönemde depremler ülkemizde 80 bin can kaybıyla 586 bin yapının yıkılmasına veya ağır hasar görmesine neden olmuştur.

Deprem esnasında yapılara gelecek yüklerin büyüklükleri kesin olarak gerçeğe yakın hesaplanmalıdır. Yapıların deprem güvenliğini bilinmesinde kesinlik yoktur. Çünkü depremin kendisi belirsizdir. Hiçbir depremler birbirinin ayını yer hareketleri ölçülmemiştir. Depreme dayanıklı yapıların inşaatı depreme dayanaklı yapı kurallarına uyulmasıyla gerçekleştirilebilir. Bu kurallara bağlı dikkat edilmesi gereken unsurlar;

a. Yer sarsıntıları

b. Düşey ve yatay deprem hareketleri
c. Kuvvetli rüzgarların etkileri
d. Yapıların inşaatı esnasında uyulması gereken kurallar olarak sıralanabilir.
Deprem mühendisliğinin tüm belirtilen hususlara bağlı amacı yapıların dayanaklı olmasının sağlamak ve deprem hasarlarının minimuma indirilmesine sağlamaktır.

DEPREM NEDİR?
Deprem yer içinde fay olarak adlandırılır, kırıklar üzerinde biriken biçim değiştirme enerjisinin aniden boşalması sonucu meydana gelen, yer değiştirme hareketinin neden olduğu karmaşık elastik dalga hareketleridir. Yer değiştirme miktarı depremin büyüklüğü ile doğru orantılı olup özellikle sığ depremlerde belli bir büyüklükten sonra haylanma ile ilgili kırıklar yer yüzünde görülmektedir. Günümüz bilgi düzeyi ve teknolojisi ile depremlerin önceden bilinmesi yani kesin yer, zaman ve büyüklüğünün deprem oluşumundan önce belirlenmesi olanaksızdır. Ancak eski kayıtlar ve sismoteknotik özellikler göz önüne alınarak belirli kuşaklarda hangi zaman dilimi içinde hangi büyüklükte depremlerin olabileceği tahmin edilebilmektedir.
2.2.Depremlerde Oluşan Sismik Dalgalar
Elastik ortamda dinamik tesirin yayılması dalga hareketi şeklinde olur. Deprem sırasında yer yüzünde biriken şekil değiştirme enerjisi kinetik enerjiye dönüşür. Bölgede sismik dalgalar oluşur. Dalga merkezine deprem merkezi adı verilir. Sismik dalgalar oluşurken yer kabuğundan geçtikleri homojen olmayan tabakalarda yansıma ve kırılma yaparak çeşitlilik kazanırlar. Sonuçta ;
1. S Dalgaları
2. P Dalgaları
3. Yüzey Dalgalarını Oluştururlar
S Dalgaları : Ortalama hacim değişmez, biçim değişir. Enine dalgalarda denir. Hızları yaklaşık 3,5 km/sn dir. Dalga yayılırken elemanlarda şekil bozulmaları ve açı değişimleri gözlenir.
P Dalgaları : hızları 6 km/sn olup en hızlı deprem dalgalarıdırlar. Hızları sıkışma ve genleşmeye bağlıdır.
Yüzey dalgaları: bu dalgalar elastik katı ortamda oluşur. Her doğrultuda yayılabilirler. Cisim dalgaları da denir. Dalga boyları uzun olup L dalgaları olarak ta adlandırılırlar.
2.3.Depremin Şiddeti ve Büyüklüğü
Depremin şiddeti ve büyüklüğü genelde karıştırılan kavramlardır. Bu kavramlar anlaşılır şekilde açıklarsak;
Depremin şiddetini, depremin yer yüzündeki belirli bir noktada oluışturduğu etkin derecesi diye nitelendirebiliriz.

Depremin büyüklüğünü ise, oluşan depremin rihter ölçeğine göre meydana getirdiği enerji göstergesi olarak belirtebiliriz.



3.DEPREM SIRASINDA YAPIDA OLUŞAN HAREKETLER VE TİTREŞİMŞLER
Yapının deprem etkisi ile maruz kalacağı yükler yapının kütlesi, rijitliği, sönümü gibi dinamik özellikleri ile deprem hareketini özellikleri arası ilişkiye bağlıdır. Depremin yapı için en önemli özelliği maksimum genlik, süre ve frekans içeriğidir.

3.1.Statik ve Dinamik Yükler

Yapının kendi ağırlığı dışındaki yüklere hareketli yükler denmektedir. Deprem yükü de hareketli ve dinamik bir yüktür. Deprem yükü kısa sürede yapıya etkin ve aynı zaman zarfında maksimum güce ulaşarak yapıda hasara yol açabilir.

Statik yüklerde statik olacaktır. Dinamik davranışta ise yüklenmeler, zorlanmalar veya çekmeler oluşur. Bu değişimler belirli bir safhaya kadar sürer.

3.2.Dinamik Yük Çeşitleri
a.Darbesel Yükler :
Tesir süresi kısa olan yüklerdir. Çarpmayla ortaya çıkarlar.
b. Armonik Yükler:
Genlik – zaman ilişkisi bir takım sinüzoal fonksiyon olarak analitik şekilde belirtilen dinamik yüklerdir.
c. Genel Geçici Yükler :
Depremde yapıya gelen dinamik yükler bu sınıfa girer. Genliklerinde oluşan değişmeler periyodik değildir.
1.3.1. Dinamik Yükler Altında Çerçeveli Sistemin Davranışları
Çerçeveler esnek yapılarıyla yapı iskelesinin en iyi şekilde korunmasını sağlayacak sistemlerdendir. Gerçek sistemlerde alt katlarda fazla olan deplasman belirli bir noktadan sonra üst katlara doğru azalır veya aynı kalır.

3.3.2.Perdeli Çerçeveli Sistemin Davranışı
Bu sistemde de perdeler çerçevelerinin hareketinin tersine bir tavır sergiler. Yani temele konsol olan perdede zemin katlarda yer değiştirme az iken üst katlarda deplasman artar. Bu şekilde 2 sistemin birleştirilmesi ile en az deplasman ve deformasyon sağlanır. Zemin ve üst katlarda perde ve çerçeve bir birlerinin hareketlerini nötrler. Bu bakımdan depremlere karşı bu sistemler en uygun olanlardandır.
3.3.3.Depren Sırasında Meydana Gelen Etki İle Yer Değiştirme Hesabı
1. İlk olarak yapıya gelen zati ve hareketliliklerin toplamıyla, elastisite modülü ve atalet momentleri belirlenir. G +a,E,I
2. K değeri belirlenir. Þ
3. k değeri bağlı w değeri tespit edilir. w =
4. Gerekli spektrum eğrilerinden faydalanarak w’ye bağlı ve Sd( = yer değiştirme ) değerleri belirlenmiş olur.

4. TÜRKİYE’NİN DEPREMSELLİĞİ
Ülkemiz jeolojik konumu dolayısıyla dünyada en sık yıkıcı deprem oluş periy****a sahip ülkelerden biridir. Sadece son yüzyılda 56 yıkıcı deprem meydan gelmiştir. Bunlardan en önemlilerinden biriside 17 Ağustos 1999 tarihinde İzmit Körfezi’nde, Rihter ölçeğine göre 7.4 büyüklüğünde meydan gelmiştir. Depremde yaklaşık 15 bin kişi ölmüş 30 binden fazla insan yaralanmıştır. Depremde 100 binden fazla bina hasar görmüştür. Maddi kayıp yaklaşık 10 milyar dolar olarak belirlenmiştir. Depremde sırasıyla Adapazarı, Gölcük, Değirmendere, İzmit, Yalova, Çınarcık ve Düzce’de çok sayıda bina tamamen çökmüştür. Deprem, elektrik, su ve iletişim hatlarının tamamen kesilmesine ve Ankara- İstanbul tren ve otoyollarında sıvılaşma ve zemin oturmasından dolayı ulaşımın durmasına sebep olmuştur. Ayrıca çok sayıda kanalizasyon sistemi kullanılamaz hale gelmiştir.
Genel bir bakışla ülkemiz Anadolu levhası güneyde kuzey- kuzeybatıya hareket eden Afrika ve Arap levhaları ile kuzeydeki Avrupa levhaları arasında bulunup hareketin kinematiğine göre batıya karşı zorlanmaktadır.
Genel olarak ülkemizdeki fay zonlarını incelersek, bunlar;
1. Kuzey Anadolu fayı (KAF) = Anadolu ve Avrupa levhaları arasındaki sının oluşturan KAF, doğuda DAF ile kesişim noktasından başlayarak batıya doğru geniş açılarda bükülmeler ve atlamalar yaparak uzanır.
2. Doğu Anadolu fayı (DAF) Anadolu levhasının sınırını oluşturan bu zon Karlıova ile İskenderun Körfezi arası uzanır. 400 km uzunlukta ve sol yönlü yatay atım özelliklidir.
3. Bitlis Bindirme Kuşağı (BBK) : Tarihsel dönemde çok etkin olmuş pek çok yıkıcı deprem üretmiş bir faydır. Ancak YY’da oldukça sakin bir dönem geçirmektedir.
4. Ege Garaben Sistemi ( EGS) : Anadolu levhası Karlıova birleşim noktasından batıya doğru kaymaya zorlanmaktadır. Bu hareketin batıda zorlanması Anadolu levhasının bu kesimde K – G yönlü gelişmesine yol açmaktadır.

5.HASAR SINIFLARININ GENEL TANIMI VE DEPREM SIRASINDA YAPI ELEMANLARININ HASAR AŞAMALARI
MSK şiddet cetveline göre zararın meydan geldiği yapı tipleri genellemeye alınmıştır. Buna göre ;
A Tipi : Kırsal konuklar, kerpiç yapılar kireç yada çamur harçlı moloz taş yapılar.
B Tipi : Tuğla yapılar, yarım kagir yapılar, kesme taş yapılar, beton biriket ve hafif prefabrik yapılar.
C Tipi : Betonarme yapılar, iyi yapılmış ahşap yapılar.
Deprem sonucu yapılardaki hasarlar da 5 kademeye ayrılmıştır:
1. Az hasarlı : beton yüzeyinde görülebilir kılcal koyma çatlağı. ( 0.2mm den daha dar )
2. Hafif hasarlı : beton yüzeyinde görülen ince kayma çatlağı. (Genişlikleri 0.2mm- 1.0mm arası olan çatlaklar )
3. Orta hasarlı : 1.0mm –2.0mm arasında gözlenen geniş çatlaklar, yer yer pas payının dökülmesi ve donatının açığa çıkması hali.
4. Ağır hasarlı: 2.0mm den daha büyük çatlaklar pas payı dökülmüş ve donatılar açıkça görülüyor, ancak donatıda burkulma gözleniyor.
5. Çok ağır hasarlar: burkulmuş veya kırılmış donatılar, betonun ezilmesi bu durumda görülür. Bu durumda çökme yada döşemede eğrilik görülür.
Not : Yapının taşıyıcı elemanları genellikle hara, sıva gibi kaplama elemanlarıyla kaplıdır. Bu kaplamalarda çatlaklar görüldüğünde, çatlağın taşıyıcı elemandaki varlığı anlaşılıyorsa bu kaplamalar kaldırılarak alttaki beton yüzeyi incelenmelidir.

5.2.Bina Türlerine Göre Deprem Hasarları
Yapılarda depremler oluşan hasarların başlıca belirtileri; aşırı sehin ve çatlaklar nedenleri ile titreşimdir. Genellikle yapılardaki hasar ile ilgili olarak, önce aşırı sehin gözlenmekte, titreşim hareketleri ile hızlı çatlamalar meydana gelmektedir. Çatlağın oluştuğu noktada çekme, basına ve kayma gerilmeleri bulunmaktadır. Yapının her hangi bir elemanında oluşan aşırı sehin, çatlak ve deformasyon, o elemanın elastik yük taşıma kapasitesini üzerinde bir gerilmeye maruz kaldığını gösterir. Betonda basına dayanımının aşılması durumunda ezilme şeklinde bir hasar meydana gelir. bu etkiye dik yönde de çekme gerilmeleri oluşmaktadır. Betonun basınç dayanımı çekme dayanımından daha fazla olduğu için betonun çatlaması çekme dayanımının aşılması ile gerçekleşir.
5.2.1.Yığma Binalarda Rastlanan Hasarlar
Yığma binalardaki hasarları gruplar halinde toplarsak bunlar genel olarak;
1. Taşıyıcı duvardan üst üste gelişi güzel konmuş küçük eleman birimlerinin kuvvetli bir harçla bir birine bağlanması sonucu ufak sarsıntılarda dahi ayrışabilmesi.
2. Duvar bütünlüğünü bozacak şekilde gereğinden büyük boyutlu kapı ve pencereler yerleştirilmesi ile oluşan çatlaklar.
3. Dış duvarlar boyunca bir kuşak oluşturan ve iç duvarlarda yerleştirilen beton veya ahşap sürekli hatılların oluşturulmaması sonucu yapının hareketlerinden homojenliğin sağlanamamasıyla oluşan hasarlar.
4. Dik kavuşan 2 duvarın birleşim noktalarının düzgün kesilmiş taşlarla geçme yapılmadan inşası.
5.Toprak örtünün kullanıldığı yerlerde bu tip çatı kaplamasının gereğinden fazla ağırlık yapacak şekilde kullanılmasıyla depremde yapıya gelecek ek yükün artırılması.
6.Binanın duvarlarında tek tür malzeme kullanılması; taş kerpiç, hımış vb. karmaşık malzemenin iyi kullanılmaması sonucu oluşan hasarlar.
7.Binanın temele iyi oturtulmaması sonucu oluşan çökmelerle oluşan çatlamalar.

5.2.2.Betonarme Karkaslı Bina Hasarları
B..A taşıyıcı sistemlerden deprem hasarları taşıyıcı sistemin güvenliğini tehdit etmeyen önemsiz çatlaklardan yapının alt katlarındaki kolon kırılmalarıyla tam göçme olaylarına kadar geniş bir yelpaze içinde oluşmaktadır. Bir yapının deprem hasarı değerlendirilirken “tahmin edilen düzeyde” ve “tahmin edilmeyen düzeyde” 2 tür hasarın dikkate alınması gerekir. Depreme dayanıklı inşa edilen yapılarda dahi depremin şiddetine ve süresine bağlı olarak bir miktar hasar oluşabilmektedir. Önemli olan bu hasarın tahmin edilen düzeyde kalmasıdır. Şiddetli depremlerde taşıyıcı bölümlerde büyük hasar görülmesi ancak yapının yıkılmaması ve bu şekilde can güvenliğinin sağlanması esası kabul edilmektedir.
Eğer deprem sonucu hasarları ve bunların nedenlerini betonarme yapılar için sistematik şekilde gruplandırırsak, bunlar ;
1. Kavramsal Bilgisizlik Sonucu Deprem Hasarları
2. Yapım Bilgisizliği ve Özensizliği Oluşan Hasarlar
3. Deprem Mühendisliği Konularındaki Belirsizliklerden Kaynaklanan Hasarlar olarak 3’e ayırıp inceleyebiliriz.
5.2.2.1.Kavramsal Bilgisizlik Sonucu Deprem Hasarları
1. Tek doğrultuda deprem analizi yapılması sonucu oluşan hasarlar.
2. Giriş katlarında ara duvarsız narin kolonların yapılmasıyla yumuşak katların oluşması ve bunların deprem kuvvetleriyle kolaylıkla çökebilmesi.
3. İlave katların yapılmasıyla oluşan hasarlar
4. Yapılardan ekstra oluşan kuvvetlerin taşıyacak perdelerin bulunmaması
5. Karkas yapıda yer alan perdelerin simetrik yerleştirilmemesi
6. Binanın simetrik yapıda olmaması sonucu oluşan hasarlar
7. Yönetmelik dışı konsol boylarının uygulanmasına baplı oluşan hasarlar
8. Hatalı ve yetersiz temel tasarımı
9. Bitişik nizamdaki yapılar arası yeterli diletasyonun bırakılmaması sonucu bina periyotlarındaki uyuşmazlıkla oluşan deprem hasarları
1.2.2.2. Yapım Bilgisizliği ve Özensizliği Sonucu Oluşan Hasarlar
1. Beton kalitesinin projedekinden düşük değerde olması
2. Etriyelerin yetersiz miktarda konması sonucu oluşan hasarlar
3. Boyuna donatıların azlığı sonucu oluşan çatlamalar
4. Bant pencereler
5. Hatalı merdiven detaylandırılmasıyla merdivenlerin iş göremez hale gelmesi
6. Baca, kalkan ve sandviç duvarların sıtabilite problemlerinden dolayı devrilmesi

5.2.2.3.Deprem Mühendisliği Konusundaki Belirsizlikler Sonucu Oluşan Hasarlar.
1. Zemin dinamiğinin disiplinin mühendislik pratiğine yansımıyor olması
2. Bir birine komşu 2 arsa arasında farklı zeminler olmasıyla deprem hareketlerinin farklı oluşması
3. Sıvılaşma etkisi ve bunun titreşimsel hareketler ile bağlantısı konusunun uzmanlar dışında algılanamaması
4. Dolgu zeminin deprem sırasında ayrışması
5. Yapıların dinamik analizde kullanılan klasik yöntemlerle, yapının zemine rijit olarak bağlandığı kabulünün bazı durumlarda geçersiz olması
Belirtilen bu hususlar doğrultusunda yapılmış yapıların ayakta kalması çok zordur. Nitekim, Erzincan ( 1992), Dinar (1995), Ceyhan Adana (1998), ve İzmit Körfezi (1999) depremlerinde belirttiğimiz hususlar doğrultusunda inşa edilmiş pek çok yapı yıkılmıştır. Erzincan merkezde 70 bina, Adapazarı kent merkezinde 100 bina depremin ilk anlarında yıkılmıştır. Adapazarı depreminde gene belirttiğimiz hususlar doğrultusunda sıvılaşma olayı olabilecek zeminlere inşaatlar yapılmış ve bu yapıların büyük kısmı yıkılmıştır.
5.2.2.4.Yumuşak Zemin Üstündeki Binalardan Ağır Hasarların Sebepleri
Depremin odak noktasında, faylanma sonucu sert kayaçlar kırılarak yırtılmaya başlar. Ve sismik dalgalar yayılır. Sismik dalgalar yeryüzüne yaklaştığı an, gevşek ve suya doygun zeminlerde absorbe edilerek oldukça karışık kırılma ve yansımalara uğrarlar. Sismik dalgaların hareketleri yeryüzüne yakın tabakaların birleşimi ve fiziksel özelliklerine bağlı olarak değişir. Genellikle yeryüzüne yakın tabakalar ne kadar yumuşak ve kalın olursa sismik hareketlerde o kadar büyük hareket süresi fazla olur. Sonuçta zeminde hareketler birkaç kat büyütülmüş olur. Bu da ağır hasarlar için en önemli nedendir.

5.2.3.Pirefabrike Yapılarda Görülen Hasarlar
Deprem hasarı gözlenen Prefabrike yapılardaki hasarlar genel olarak;
1. Kirişlerin kolonların üst başlarından mofsallı olan bağlantıların yetersizliği sonucu depremin şiddetli olduğu alanlarda kirişler kolonların üzerinden kolayca düşer.
2. Çerçeve yönüne dik yönde aşıkların kirişlere bağlantısı hemen hemen yoktur. Bu yönde çerçevelerin üst noktaları birkaç metre boyutunda ötelenmeler yapılabilmektedir.
3. Trapez ya da çerçeve kirişlerin kolonlara daha iyi bağlandığı prefabrike yapılarda eğer kirişler yıkılmamış ise, kutu temele oturan kolonlarda alt uçlarına yakın yerlerde çerçeveye dik yönde eğilme çatlakları ya da kırılmalar oluşmuştur.
4. Kolonlarda yüksek dayanımlı fakat sünek olmayan donatıların kullanıldığı çerçeveli yapılarda kolonların donatıları çok az birim şekil değiştirme yaparak kopmuş ve kolon tabanından kırılmıştır.
5. Prefabrik betonarme kolon, kiriş ve aşıkların beton ve donatısının dayanımlarının yüksek olması bu yapıların depreme dayanıklı hale getirmemektedir.
6. Bu yapıların kolonların temellere bağlantısı dışında yapıyı oluşturan elemanların birbirine bağlantısı pratik olarak yoktur. Kolon alt ucu temel bağlantısı da olmasa yapı hiç ayakta durmayacağı için bu bağlantının iyi olmasının deprem açısından özel bir yararı yoktur.
İzmit Körfezi Depreminde, depremin merkezinden daha uzak olduğu için ayakta kalmış prefabrike sistemli yapılar dışında, bazı yapılarda yıkılmayı önleyen bazı ayrıntılar gözlenmiştir. Bunlar;
1. Çerçevelere dik yöndeki iç ve dış aks kolon açıklıklar. Dolgu duvarlı yapılarda depremin kalıcı yanıl ötelenmesi daha az olmuştur. Yüksekliği 10 metreye kadar varabilen bu açıklıklara örülen yüksek duvarların aralarına kolonlara bağlı betonarme hatıllar konulmuş olması da yapının yatay rijitliğini artırmış ötelenmeyi azaltmıştır. Bazı 2 ve daha çok imalat hollü yapılarda dış akslardaki aralarında dolgu duvar alan kolonlar yıkılmazken, orta aksın araları boş kolonları ya yıkılmış ya da tabanlarda eğilme kırılmaları olmuştur.
2. Çerçeve yükseklikleri 5.00 - 6.00 metre ve kiriş açıklıkları 10 metre civarında olan prefabrik çerçevelerde hasar çok az olmuştur.
3. Kiriş tabanından daha geniş mesnetlere oturan kirişlerin devrilmediği gözlenmiştir.
4. Aşıkların kirişlere kaynaklı olduğu çerçevelerde daha iyi davranmışlardır. İmalat holü tavanından geçen boru ve tesisatı taşımak için yapılmış ızgaralarda prefabrik çerçeveli yapının ötelenmesini ve hasarı azaltmıştır.
5. İçine ağır araçların girmesi ile tabanında donatılı ve kalın bir döşeme yapılmış prefabrike yapılarda da daha az ötelenme olduğu izlenimi edilmiştir.