Dünya, fay adı verilen sınırlar boyunca yavaşça hareket eden, birbirini iten veya birbirinin yanından kayan tektonik levhalarla kaplı. Sürtünme bazen bu levhalardan ikisinin bir fay boyunca birbirine yapışmasına neden olur. Bu alanlardaki gerginlik, levhalar yeniden ayrılana kadar on yıllar hatta yüzyıllar boyunca artar. İki levha birbirinin yanından geçerek bir depremin olmasına neden olur. Fayın kırıldığı yerden itibaren sismik dalgalar her yöne doğru yayılır. Dünya yüzeyine ulaştıklarında, 6 Şubat'ta Türkiye ve Suriye'yi vuran ve ardından büyük bir artçı şokun geldiği iki büyük sarsıntı gibi, deprem yeterince güçlü ve yeterince yakınsa şiddetli ve yıkıcı bir şekilde, binaları veya diğer yapıları sarsabilirler.
Bu depremler, çoğu yıkılmış binalarda olmak üzere 45 binden fazla insanın hayatını kaybetmesine neden oldu. Depremler önlenemese veya tahmin edilemese de, bilimin binaları ve içindeki insanları korumak için bazı yolları var. Scientific American, doğru inşaat yöntemlerinin kullanılmasının evlerin, ofislerin ve diğer yapıların Dünya'nın hareketlerine boyun eğmesini nasıl önleyebileceği hakkında daha fazla bilgi edinmek için birkaç deprem mühendisliği uzmanıyla konuştu.
Deprem sırasında bir binaya ne olur?
Yolda bir araba kullandığınızı ve aniden durmanız gerektiğini hayal edin. Siz frene bastığınızda, yolcu koltuğunda duran yiyecekler (bağlı olmayan diğer her şey), havada arabanın gidiş yönüyle aynı hızda uçacaktır. Bunu nedeni atalettir. Atalet, bir nesnenin üzerinde başka bir kuvvet etki edene kadar hareketsiz kalma veya tekdüze bir hız ve yolu koruma eğilimidir. Aynı eğilim bir deprem sırasında binayı riske sokar.
Bir deprem sırasında, bir binanın altındaki zemin hızla ileri geri hareket eder. Ancak binanın kütlesi olduğu için eylemsizliği vardır. California Üniversitesi'nden yapı mühendisi Ertuğrul Taciroğlu, "Deprem yeri sallıyor ve bina olduğu yerde kalmaya çalışıyor" dedi. Ancak bir kez hareket etmeye başladığında, bina depremin onu çektiği yöne doğru ilerlemeye devam etmek ister, esasen her zaman yer hareketinin gerisinde kalır. Bu gecikmeler, bina üzerinde yatay atalet kuvvetleri oluşturarak herhangi bir dikey kolon ve duvarın belirli bir açıda deforme olmasına neden olur. Bir binanın birden çok katı olduğunda, her kat üstündekilerin ağırlığını taşır. Bu, alt katların yukarıdakilerden daha büyük atalet kuvvetleri taşıması gerektiği anlamına gelir. Duvarlar ve sütunlar uygun şekilde tasarlanmaz veya güçlendirilmezse, bir zamanlar taşıdıkları ağırlığı destekleyemeyebilirler.
Bir deprem ne kadar büyükse ve yüzeye ne kadar yakınsa ve de bir bina fay kırılmasına ne kadar yakınsa deprem sırasında o bina üzerindeki atalet kuvvetleri o kadar büyük olacaktır. Bir binanın oturduğu zemin türü de önemli bir etkendir. Sert kaya ile karşılaştırıldığında, daha yumuşak zeminler yer hareketlerini büyütür.
Yıkılmaması için nasıl binalar yapılmalı
Bir deprem vurduğunda bir binayı sağlam tutmak için, yatay atalet kuvvetlerine dayanacak şekilde inşa edilmesi gerekir. Bunun tam olarak nasıl yapılabileceği, kullanılan yapı malzemesine bağlıdır. En yaygın iki malzeme beton ve çelik. Türkiye’nin etkilenen bölgesinde binaların çoğunda bu malzemeler kullanıldı.
Normal şartlar altında beton, bir binanın ağırlığını taşımak için harika bir malzemedir çünkü mühendislerin sıkıştırma dediği şey altında iyi performans gösterir. Yalnızca kendi ağırlığını taşıması gerekiyorsa, beton bir bina onlarca yıl dayanabilir. Yine de, dikey duvarları ve kolonları sallayan deprem kaynaklı atalet kuvveti, betonu sıkıştırmanın tersine gerginlik yükler. British Columbia Üniversitesi'nden yapı mühendisi Perry Adebar, “Kuvvet betonu uzatmaya çalışsa da bu olmaz. Bina formunun hareket etmesine izin vermiyor ancak gerçekten sıkı tutmaya çalışıyor ve bu büyük atalet kuvvetini üretiyor” diye konuştu. Gerilmiş beton kolonlar ve duvarlar, üstlerindeki ağırlığı artık taşıyamadıkları için sonunda çatlayabilir ve çökebilir.
Beton, kısmen ucuz ve bol olması, yapısal ağırlığı taşıma kabiliyetine sahip olması nedeniyle, hala dünyada en yaygın kullanılan inşaat malzemelerinden biridir. Betonu sismik olarak aktif alanlara daha uygun hale getirmek için mühendisler çok daha esnek olan çelik ekler. Adebar, "Gerginlik yaşayacağınız her yere çelik koymalısınız" dedi.
Çelik, belirli bir miktarda gerilime maruz kaldığında elastik davranır. Bir tel elbise askısının altını nazikçe çekiştirdiğinizi ve bıraktığınızda eski haline geri dönmesi gibi düşünün. Ancak Adebar, çeliğin çok güçlü bir depremde olduğu gibi daha büyük miktarlarda gerilime maruz kaldığında plastik hale geldiğini ve deforme olduğunu belirtti. Elbise askısının altını, şekli bozulacak kadar sert çektiğinizi gözünüzde canlandırın. Adebar, deprem sırasında bir bina söz konusu olduğunda, "Tam olarak istediğiniz şey bu" dedi çünkü deforme olmuş çelik bu atalet kuvvetlerini etkili bir şekilde emmiş oluyor ancak yine de ağırlığı kaldırabiliyor.
Bu binanın hasar gördüğü anlamına gelmiyor mu?
Büyük bir depremde, evet. Çelikle güçlendirilmiş beton binalar, muhtemelen depremden sonra kullanılamaz hale gelecek kadar önemli ölçüde hasar görebilir. Bunun, mühendislere belirli bir deprem sarsıntısına dayanacak bir binayı nasıl tasarlayacaklarını söyleyen hükümetlerin bina yönetmeliklerini belirleme biçimiyle ilgisi var. ABD ve Türkiye'dekiler de dahil olmak üzere yönetmelikler, genellikle bir binanın, bir bölgede beklenen maksimum deprem altında can güvenliği sağlamasını gerektirir.
ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nde deprem araştırma mühendisi olan Sissy Nikolaou, "Sismik yönetmeliklerimiz yalnızca minimum gerekliliktir. Sadece bu binaların, ciddi şekilde hasar görebilecekleri varsayımıyla, en azından büyük bir deprem olan gerçekleştiğinde size ondan canlı çıkma şansı verebilmesini istiyoruz” dedi. Durum, bir çarpışmada ezilen bir arabaya benzer: araç, yolcuları korumak için darbeyi azaltır ancak parçalanır.
Kritik kabul edilen ve bir depremden sonra çalışmaya devam etmesi gereken binalar veya diğer altyapılar (örneğin hastaneler) için elbette farklı standartlar var. Nikolaou gibi uzmanlar da bir depremden sonra daha fazla yapının kullanılabilir olması için can güvenliği standardını yeniden değerlendirmeye başlıyor. Bunu yapmak, insanların aylarca veya yıllarca evlerinden uzak tutulduğu durumları ortadan kaldırabilir. Türkiye'de pek çok insan, 6 Şubat depremlerinde meydana gelen hasar nedeniyle yıkılma riski taşıyan on binlerce binayla bu olasılıkla karşı karşıya.
Bir depremden sonra binaları yaşanabilir hale getirmenin yolları vardır. Bazı yöntemler, çelik takviyeli beton gibi yaygın malzemelerle daha akıllı tasarımları içerir. Ayrıca, taban izolasyonu gibi daha teknolojik yaklaşımlar gerektirebilir. Bu teknikle, bir bina temeline sağlam bir şekilde bağlı değildir. Bunun yerine, onu temelden ve dolayısıyla sallanan zeminden ayıran esnek yapıların üzerine oturur. Ancak bu tür bir sistem inşaat maliyetlerini artırır ve bazı bina sahipleri bunun bedelini ödeyemez veya ödemek istemez. ABD'de, hastaneler gibi önemli yapıları korumak ve tarihi binaları orijinal mimarilerini koruyarak yenilemek için bu yöntem kullanıldı. Türkiye'deki bazı hastaneler taban izolasyon sistemlerine sahipti ve oradaki son depremlere dayandı.
Yönetmeliğe göre inşa edilmiş olsa bile yıkılabilir mi?
Binalar bulundukları yerdeki sismik risklere göre belirli bir seviyedeki sarsıntıya dayanacak şekilde tasarlanmaktadır. Örneğin, Los Angeles'taki bir bina, New York City'dekinden daha büyük bir depreme dayanacak şekilde inşa edilecektir. Ancak sismologlar, bir fayın ne kadar büyük bir deprem üretebileceğini her zaman tam olarak bilemezler. Taciroğlu, "Mühendislik tasarımındaki en büyük zorluk, gelecekteki depremlerle ilgili belirsizliktir, çünkü tam olarak ne olacağını bilmiyoruz" dedi.
Büyüklük ne kadar şiddetliyse, deprem o kadar nadirdir. En büyüklerinden bazıları yalnızca birkaç yüz veya bin yılda bir olabilir ancak modern sismik ölçümler yalnızca birkaç on yıl öncesine kadar gider. Pek çok sismolog, Türkiye-Suriye depremlerinde yer alan Doğu Anadolu Fayı'nın maksimum 7.4 veya 7.5 büyüklüğünde olabileceğini düşündü. Ancak 6 Şubat depremi 7.8'di. Taciroğlu, bu nedenle, Türkiye'de yönetmeliğe göre inşa edilen bazı yapıların dayanmak için inşa edildiklerinden daha fazla güce maruz kalmış olmalarının mümkün olduğunu söyledi.
Bina kodları, bilimin deprem riski anlayışı ve mühendislik değiştikçe de gelişir. Bu nedenle, inşa edildiği tarihte kodlara göre inşa edilen bir bina, güncellenen standartları karşılamayabilir. Bu tür binaların güçlendirilmesi genellikle maliyetlidir. Taciroğlu, Türkiye'deki birçok binanın ciddi şekilde hasar görmesinin veya çökmesinin nedeninin muhtemelen bu olduğunu belirtti. Tabii bu noktada İnsan hatası da devreye girebilir. Kasıtlı, kar amaçlı yapılan eksiklikler, tasarım veya inşa sürecinin çeşitli noktalarında meydana gelebilecek ve büyük bir deprem gibi bir şey olmadıkça ortaya çıkmayabilecek hatalar olabilir.
