İnşaat Yüksek Mühendisi Alparslan Güre
İnşaat Yüksek Mühendisi Alparslan Güre6 Şubat 2023 tarihinde ülkemizin doğusunda gerçekleşen ve toplam on ilimizde hissedilen, sırasıyla 7,8 ve 7,7 (İTÜ Deprem Ön Raporu) büyüklüklerinde peş peşe iki deprem tüm yurdu derinden etkiledi. Binlerce bina yıkıldı, ayakta kalan pek çok bina aldığı hasar nedeniyle oturulamaz hale geldi. En önemlisi binlerce canımız hayatını yitirdi binlercesi yaralandı. Hepimiz çok büyük bir toplumsal travma ile yüzleştik.
Bu depremlerin olacağını biliyor muyduk? Yanıtı tabii ki EVET. Ülkemizin büyük bölümü deprem riski altında. Bu riskle tarih boyunca çokça yüzleştik ve on binlerce can kaybına tanık olduk. Peki, bu riskle başa çıkmak, can kaybı olmaksızın atlatmak olası mı? Tabii ki olası. Eğer yapılarımızı bu riski dikkate alarak doğru tasarlar ve olması gerektiği şekilde inşa edersek bu can kayıplarının olmayacağı da bilinen bir gerçek. O takdirde yanlış olan ne? Ne yapılmalı? Bu yazıda bu iki kilit soruya yanıt bulmaya çalışacağız.
Taşıyıcı Sistem
Yapının etki altında kalabileceği yatay ve düşey yüklere karşı ayakta kalmasında şüphesiz en önemli bileşen yapının taşıyıcı sistemidir. Taşıyıcı sistem esas olarak; temel, kolon kiriş, perde / çapraz, döşeme gibi bileşenlerden oluşur. Tüm bu bileşenler; etkisi altında kalabileceği düşey ya da yatay yükler ve oturacağı zemin ile coğrafi şartlar dikkate alınarak ilgili yönetmeliklere uygun olarak tasarlanmalı ve inşa edilmelidir.
Yapı taşıyıcı sisteminde en önemli konulardan biri sistem seçimidir. Taşıyıcı sistemin seçiminde aşağıda verildiği şekilde farklı alternatifler söz konusu olabilir;
- Betonarme sistemler,
- Çelik yapı sistemleri,
- Ahşap yapı sistemleri,
- Karma sistemler.
Yukarıdaki sistemlerin seçiminde şüphesiz ekonomik çözüm arayışları öne çıkarken öte yandan toplumsal alışkanlıkların da etkili olduğu yadsınamaz bir gerçekliktir. Ülkemiz özelinde, özellikle konut ve ofis tipi binalarda ağırlıklı olarak betonarme yapı sistemleri tercih edilmektedir. Öyle ki bu tercihin üniversitelerin inşaat mühendisliği eğitim programlarına bile yansıdığını görmekteyiz. Örneğin, İTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümünde zorunlu betonarme dersi iki yarıyıl okutulurken zorunlu çelik yapılar dersi bir yıl olarak yer almış, bunun dışında bazı özel konular seçmeli ders olarak sunulmuş. Ahşap yapılar dersi ise ne zorunlu programda ne de seçmeli ders programında yer alıyor. (Kaynak: İTÜ 2021-2022 Ders Yılı Eğitim Programı
https://www.sis.itu.edu.tr/TR/ogrenci/lisans/ders-planlari/plan/INS/202210.html)
Oysa yapı mühendisinin farklı yapı sistemlerinin tasarım ve inşası hakkında temel bilgileri almış olarak mezun olması beklenir. İşin eğitim tarafındaki zafiyetin yanı sıra şüphesiz toplumsal alışkanlıklar, iş sahibinin genelde bilimsellikten uzak tercihlerinin öne çıkması yapı sistemlerinin tasarım ve inşasında etkin bir faktör olarak öne çıkmaktadır.
Betonarme Yapılar
Yukarıda da değindiğimiz gibi hali hazırda betonarme yapı sistemleri özellikle konut ve ofis tipi yapılarda en çok kullanılan yapı tipi olarak karşımıza çıkıyor. Burada ağırlıklı olarak geleneksel yapım yöntemleri ile inşa edilen betonarme yapıları kastediyor ve bunları biraz daha yakından incelemek istiyoruz.
Esasen yürürlükteki yönetmeliklere ve gerekli mühendislik kurallarına uygun olarak tasarlanmış ve inşa edilmiş betonarme yapıların doğal olarak güvenliği ile ilgili de bir kaygı söz konusu olamaz. Ancak betonarme yapım sistemlerinin gerek malzeme özellikleri gerekse geleneksel yapım / denetim süreçlerine bağlı olarak bazı zayıflıkları bulunduğu da yadsınamaz bir gerçeklik olarak karşımıza çıkmaktadır. Şöyle ki; tasarım açısından betonarme yapı sistemlerinin önemli zayıflıklarından biri kütlelerinin büyüklüğü ve bunun sonucu olarak sadece kendi kütlesi nedeni ile yüksek deprem kuvvetleri üreten bir yapı sistemi olmasıdır. Sistemin bir diğer zafiyeti, yönetmeliklerce talep edilen sünek yapı davranışının sağlanmasında karşılaşılan zorluklar, özellikle düşey taşıyıcı elemanlarda daha büyük kesitli eleman kullanma zorunluluğu, bunun mimari taleplerle çakışması vb. hususlar olarak sayılabilir.
İnşa aşamasını da ele alacak olur isek: Geleneksel betonarme yapı doğrudan saha (şantiye) şartlarında imal edilir. En önemli bileşeni olan beton her ne kadar hazır beton üreticilerinden alınıyor olsa da betonun dayanım akıcılık gibi temel özelliklerinin kontrolü için gerekli numuneler betonun kalıp içine yerleştirilmesinden önce alınır, çoğu kez beton kalıba yerleştirildikten ve prizini aldıktan sonra test sonuçları belli olur. Oysa burada esas olan kalıbın içine yerleştirilmiş betonun özellikleridir. Bu aşamada dayanım özellikleri kontrol edilemez ancak kalıp alındıktan sonra gözle fark edilen hatalar (segregasyon, geometrik bozukluklar vb.) çoğu zaman palyatif çözümlerle veya bilimsel olmayan yöntemlerle giderilmeye çalışılır.
Betonarmede betonun yanında donatı da son derece önemlidir. Donatının tasarım resimlerine uygun yerleştirilmesi, donatı yerleşiminin beton dökümü sırasında formunu koruması, pas paylarının düzgün ve tasarımına uygun olması gibi pek çok kalem kontrol edilmelidir.
Benzer şekilde kalıbın kontrolü de en az betonun kontrolü kadar önemlidir. Kalıp, beton dökümü sırasında yapının geometrisini muhafaza edebilecek (sehim yapmaması) dayanıma ve yeterli sızdırmazlığa sahip olmalıdır. Sızdırmazlık önlenemez ise şerbetini (su ve çimento karışımı) yitiren beton homojenliğini de yitirmiş olacaktır. Betonun kalıp içinde homojen yerleştirilmesi son derece önemlidir. Homojen yerleşim betonun akıcılığına bağlı olarak “vibratör” uygulaması ile sağlanır.
Sonuç olarak alt alta konduğunda betonarme bir yapı sisteminin yönetmelik ve “iyi mühendislik” kurallarına uygun olarak yapılması birçok kontrol ve denetimi zorunlu kılar.
Ne var ki özellikle geleneksel yöntemlerle sahada imal edilen betonarme yapılarda pratik olarak bu kontrollerin gerçek anlamda yüzde yüz yapıldığından bahsetmek maalesef olası değildir. Sonuç olarak özellikle konut ve ofis tipi geleneksel betonarme yapı sistemi ile inşa edilmiş binalar, tam anlamıyla denetlenemediği için “insan hatası” kaynaklı pek çok riski de beraberinde taşır. Bu yönüyle özellikle yüksek deprem riski olan bölgelerde güvenli yapı stokunun oluşturulmasında alternatif yapı sistemlerine başvurmak kaçınılmazdır.
Çelik yapı sistemleri ya da yapının mimari gereksinmelerine uygun olarak oluşturulabilecek “çelik + betonarme” (Karma) sistemler bu noktada önemli bir alternatif olarak karşımıza çıkmaktadır.
Çelik Yapılar
Deprem açısından çelik yapıların en önemli avantajları diğer pek çok avantajın yanı sıra;
- Esneklik,
- Hafiflik
olarak özetlenebilir. Şöyle ki;
Esneklik
Çelik yapı elemanlarının göçme noktasına gelinceye kadarki deplasman yapabilme yeteneğine sahip olması (esnekliği), bu şekilde deprem enerjisinin önemli oranda yutulabilmesi yapı güvenliği açısından büyük bir avantajdır. Betonun gevrek bir yapıya sahip olmasının aksine çelik malzeme olarak esnektir, bu yönü ile çelik yapıda sünek yapı şartlarını sağlamak çok daha güvenilirdir.
Hafiflik
Deprem kuvvetlerinin oluşmasında en önemli parametrelerden biri yapının kütlesidir. Kütle ne kadar küçük ise oluşabilecek deprem yükleri de aynı oranda az olur. Bu da yapının deprem güvenliğinin sağlanması açısından önemli bir avantajdır.
Kabaca bir kıyaslama yapılacak olur isek: Betonarme bir yapı için deprem kuvveti hesabında esas kütle içinde taşıyıcı sistemin ağırlığını; (döşeme / kiriş / kolon / perde kalınlıklarını dikkate alarak) ortalama 500 cm’lik bir kalınlık üzerinden hesaplayacak olur isek m2 deki taşıyıcı yapı ağırlığını: 0,500 x 2500 = 1250 kg/m2 olarak kabul edebiliriz.
Yapının deprem kuvveti hesabına katılabilecek diğer ağırlıkları da 1000 kg/m2 olarak kabul edilmiş olsa betonarme bir yapıda deprem kuvveti hesabına dâhil olabilecek kütleyi; mbetonarme= 1250 + 1000 = 2250 kg/m2 olarak alabiliriz.
Benzer hesabı çelik yapı sistemi için yapar isek:
Çelik taşıyıcı yapı ağırlığı (döşeme hariç) = 100 kg/m2,
Betonarme kompozit döşeme (12 cm); 0,12 x 2500 = 300 kg/m2 diğer ağırlıklar: 1000 kg/m2 olarak kabul edildiğinde deprem hesabına dâhil olacak kütle; mçelik = 100 + 300 + 1000 = 1400 kg/m2 eder.
Bu durumda kütleler arasındaki fark yüzdesi:
Fark (%) = (mbetonarme – mçelik)/ mbetonarme
Fark (%) = (2250-1400) / 2250 =0.378
olarak hesaplanabilir. Şüphesiz bu değer yapılacak mühendisliğin kalitesine ve yapının mimari özelliklerine bağlı olarak daha da aşağılara çekilebilir.
Sonuç olarak yukarıdaki varsayımlarla çelik yapı sisteminde kütle kaynaklı deprem kuvveti %37,8 daha küçük olabilecek demektir. Üstelik bu kuvvetler, çekme ve basınç dayanımı betonarmeye kıyasla çok daha yüksek olan ve doğal malzeme özellikleri ile homojen ve sünek davranışa çok daha yatkın bir yapı sistemiyle karşılanmış olacaktır.
Çelik Yapı Sistemlerinin Güvenilirliği
Çelik yapı sistemleri, deprem yüklerini karşılama açısından çok daha yüksek performansa sahip olmasının yanı sıra gerek yapım gerekse kontrol ve denetim açısından çok daha güvenilir bir sürece sahiptir. Öncelikle çelik malzeme fabrika ortamında imal edilir ve kalitesi standart üretim teknikleri ile sürekli kontrol altındadır.
İmalat aşaması da yine atölye ortamında güvenilir ve gelişmiş kontrol yöntemleri ile güvence altına alınır. İmalat sırasında tespit edilebilecek herhangi bir olası hata atölye ortamında kolayca giderilebilir, böylece %100 kontrol edilmiş doğru imalat montaj sahasına gönderilebilir. Montaj aşamasında yapılacak kontroller genelde bağlantılar bulonlu (cıvatalı) olacağı için son derece hızlı ve güvenilir tekniklerle yine garanti altına alınmış olur.
Çelik yapı sistemleri, malzemenin üretiminden yapının imalat ve montajına kadar geçen endüstriyel bir sürecin ürünüdür. Bu yönü ile modüler ve ön üretimli (prefabrik) yapı tekniklerinin çelik yapı sistemlerinde uygulanması betonarme yapılara göre çok daha kolay ve güvenilirdir.
Çelik Yapılarda Geri Dönüşüm
Betonarme yapıların geri dönüşümü başlı başına bir sorundur. Ayrıştırılması oldukça zahmetli ve pahalıdır. Ayrıştıktan sonra artakalan moloz malzemenin depolanması ise ayrıca bir çok çevresel sorunu beraberinde getirir.
Oysa, çelik %100 geri dönüşümlü, tamamen çevre dostu bir malzemedir. Bu özellik karbon ayak izinin azaltılması açısından da ayrıca son derece önemlidir.
Sonuç
Ne yazık ki depreme dayanıklı yapı üretiminin önemini ancak büyük acılarla yüzleştiğimiz zaman anımsıyoruz. Oysa biz yapı mühendislerinin temel görevi öncelikle can kayıplarının önlenmesidir. Her şeyden önce depreme dayanıklı yapı üretmeye deprem nedeni ile can kayıplarını önlemeye odaklanmalıyız. Bunun yolu öncelikle geleneksel riskli yapım tekniklerine alternatif yapı sistemleri geliştirmek ve uygulamaktan geçiyor.
Çelik yapı sistemleri bu açıdan son derece güvenli çözümler sunabilmektedir. Yapının mimari özelliklerine uygun olarak tamamen çelik ya da çelik + betonarmeden oluşan karma sistemler ile depreme dayanıklı sağlıklı ve güvenli yapılar üretmeliyiz.
Gerek mühendislik tasarımı gerekse imalat ve inşaat açısından ülkemizde bu konuda yeterli bilgi ve deneyime sahip insan gücü mevcuttur. Depreme dayanıklı yapı üretiminin genel bir devlet politikası olarak benimsenip bu amaç doğrultusunda öncelikle kamu kurumlarınca betonarme dışında alternatif yapım tekniklerinin desteklenmesi ve teşvik edilmesi bu konuda atılacak somut ve önemli bir adım olacaktır.