Sismik temel izolasyonu ve uygulama alanları

Sismik yalıtım teknolojisinin doğru uygulamaları büyük depremler sırasında bile binaların elastik davranmasını sağlar. Şaşırtıcı olan da bu yaklaşım prensibinin hayli basit olmasıdır. Yapılan bir araştırmaya göre sismik yalıtımlı bir bina Richter ölçeğine göre 8.0 büyüklüğündeki bir depremi, sanki Richter ölçeğine göre 5.5 büyüklüğündeki bir deprem gibi hisseder. Ülkemizin deprem davranışları üzerindeki bilgi ve birikimi pek çok ülkeninkinden daha fazladır. Ancak bu deneyimlere rağmen, sismik yalıtım sistemleri üzerindeki araştırma ve uygulamalar, yeterli düzeyde gelişmemiştir. Konu hakkında Türkiye’ de sadece sayılı uygulamalar mevcuttur.

Sismik yalıtım sayesinde aşağıda belirtilen yararlar sağlanır:

• Yüksek can güvenliği,
• Yapının taşıyıcı sistemi ve mimarî elemanlarında minimum deprem hasarı,
• Şiddetli depremlerden sonra bile hemen kullanım,
• Hemen kullanım sayesinde iş kaybının önlenmesi ve pazar payının korunması,
• Yapının değerli eşya ve cihaz içeriğine etkin koruma,
• Ulaşım yapılarında süreklilik,
• Köprü ve viyadüklerin hasar görmeden kullanılmasının devamı,
• Yıkılma ve hasar olmayacağından yeniden inşaat ya da onarım maliyetlerine gerek kalmaması,
• Minimum bakım gereksinimi,
• Araştırma ve geliştirme projelerinin korunması,
• Tarihî bina ve değerlerin korunması.

Sismik Yalıtımın Sağladığı Teknik Avantajlar

Normal bir yapıda deprem sırasında katlar arası farklı deplasmanlardan (yer değiştirme) dolayı, kolon ve kiriş birleşimlerinde hasarlar meydana gelir.  Oysa sismik yalıtılmış bir yapıda katlar arası farklı deplasmanlar  oluşmayacağı için kolon ve kirişlerde zorlamalar minimum olacaktır.

Sismik yalıtım kullanılmak suretiyle, bir yapının taşıyıcı elemanlarını etkileyen sismik (depremsel) iç kuvvetler ortalama 1/4 oranında azaltılabilir.

Sismik yalıtım ile bir yapıda oluşan katlar arası farklı yer değişimleri, etkili biçimde azaltılabilir. Katlar arası hareket farklılıklarının küçülmesi, yapının daha yavaş ve kontrollü salınım göstermesini sağlar. Böylece yapının kendisinin, içindeki canlıların, değerli eşya ve hassas cihazların etkin bir şekilde korunması sağlanır. Sonuç olarak sismik yalıtılmış yapıda şu özellikler elde edilir;

• Elastik davranış,
• Yapıya gelen kuvvetler azalır.
• Kat ivmeleri (hareket değişim farklılıkları) küçülür.
• Katlar arası deplasmanlar küçülür, hemen hemen bütün katlar yaklaşık aynı deplasmanı yapar.

Sismik Yalıtımın Kullanım Alanları

• Yüksek deprem performansı istenen tüm yapılar.
• Hastaneler, dispanserler, sağlık ocakları,
• Stratejik öneme sahip binalar (askerî, sivil savunma vb. binalar),
• İtfaiye bina ve tesisleri,
• PTT ve diğer iletişim tesisleri,
• Ulaşım istasyonları, hava alanları ve terminaller, köprü, viyadük gibi sanat yapıları.
• Enerji üretim ve dağıtım tesisleri,
• İlk yardım, kriz merkezleri, afet plânlama merkezleri,
• Toksik, patlayıcı vb. özellikleri olan maddelerin bulunduğu veya depolandığı tesisler
• Bilgi işlem merkezleri,
• Tarihî binalar, müzeler (mevcut yapılarda da kullanılabilme özelliği).

Yapıların deprem kuvvetlerinden etkilenimini azaltmak için, uygulanabilecek en basit çözüm; kauçuk esaslı izolatörlerin kullanılmasıdır. Bu elemanlar, yerleştirildikleri yerde topladıkları deprem kuvvetini sönümlemek suretiyle yapının üst taraflarının sarsıntılardan çok daha az etkilenmesini sağlarlar. (Sönümlemek: Mevcut bir kuvveti ya da darbeyi emmek, yutmak, absorbe etmek, azaltmak anlamı taşır.) Bu sistemi arabalarda bulunan süspansiyona benzetmek mümkündür Bozuk yol yüzeyindeki sarsıntılar, amortisörler yardımıyla nasıl araç içindeki kişilere iletilmiyorsa; kauçuk izolatörler de, yapının deprem sarsıntılarından daha az etkilenmesini sağlarlar. Böylece temel zeminindeki sarsıntılardan yapı yalıtılmış olur. Kauçuk izolatörlere pratik anlamda “taban yalıtımı” da diyebiliriz.

Yukarıda da açıklandığı üzere, sistemin mantığı buna dayanmaktadır.

Kauçuk Esaslı Sismik İzolatörün Üretimi

Kauçuk esaslı sismik izolatör üretimi, özel teknoloji gerektiren bir işlemdir. Bunların üretilerek nasıl yapıldığı konusunda deneyim kazanmak gerekir.

Kauçuk esaslı izolatör üretim aşamalarını basitçe sıralarsak;

• Doğal kauçuktan yapılmaktadır.
• Kauçuğa; ozon dayanımı, mekanik dayanım, çekme dayanımı, rijitlik ve sönümartırıcı katkı maddeleri konur. Rijitlik ve sönüm artışı için doğal kauçuğa, karbon siyahı konulur ve karıştırılır. (Burada, rijitlik; sertlik olarak tanımlanabilir.)
• Hazırlanan kauçuk rulo yapılır.
• Birkaç milimetre kalınlıkta daire biçiminde kesilir.
• Kauçuklar kat kat yerleştirilir.
• Aralarına yine bir kaç milimetre kalınlıkta çelik levhalar konulur. Levhaların iyi yapışması için, yüzeyleri parlatılır.
• Yüzeylere yapıştırıcı maddeler konulur.
• Bir kat kauçuk bir kat çelik, ağır çelik kalıba konur. Alt ve üst ile kalıpla arasına da kauçuk konur. 135 santigrat derece sıcaklıkta 14 saat bekletilir.

Bu işlem sırasında kauçuk kalıptan taşabilir. İzolatörün etrafını saran kauçuk, çeliği korozyon ve yangından korur.

Kauçuk: Amerika, Asya ve Afrika’nın çeşitli ağaçlarından, özellikle de lastik ağacından elde edilen, dayanıklı ve esnek maddedir. Kauçuk kükürtle karıştırılarak daha iyi işlenir, daha çok dayanır ve esnek bir hâle gelir. Kauçuk, saf lastik olarak da tanınır. Zira lastik ağacından elde edilen lastik, ancak %90 oranında saftır. Doğal lastiğin yapısındaki değişkenlikler, katkı maddesindeki değişimler, karıştırma ve kür sırasındaki koşullardaki farklılıklar nedeniyle; kauçuk esaslı sismik izolatörlerin özelliklerinde, kalite ve dayanımlarında önemli farklılıklar olabilir .

Kauçuk Esaslı İzolatörlerin Genel Özellikleri

Bu başlıkta; basit anlamda yastık (takoz) olarak da nitelendirebileceğimiz bir kauçuk izolatörün, teknik anlamda hangi özelliklere sahip olduğunu inceleyeceğiz. Kauçuk özelliği ve alanı değişmedikçe, her bir kauçuk tabakasının kalınlığı azaltıldıkça; düşey yük taşıma gücü artar. Kauçuk tabaka sayısı arttıkça, yatay ötelenme ve dönme hareketlerine karşı dayanım azalır. Düşey basınç altında kauçuk yastık, dışarı doğru şişer.

Yatay yük etkisinde kalan yastık ötelenir. Yük etkisi ortadan kalktığında, eski hâline döner.

Kauçuk yastığın deprem yükü altındaki davranışı bozuk para dizimine benzetilir.

Yastıkların arasına konulan çelik plakalar, düşey rijitliği artırır. Yüksek düşey rijitlik, üst yapının ağırlığını taşıyabilmek ve ara kauçuk tabakaların düşey yükler altında yanal şişmesini engellemek için greklidir. Düşey yönde yastığın davranışını değiştiren çelik plakalar, yastığın yatay yöndeki hareketini hemen hemen hiç etkilemez. Bir kauçuk izolatör, imalat ölçüsüne göre 450 tona kadar yük taşıyabilir. Bir kauçuk izolatör imalat ölçüsüne göre 1 metreye kadar yer değiştirebilme özelliğine sahiptir. Daire yada kare en kesitli üretilirler. Daire kesitlilerin çap ölçüsü 300-1000 mm dir. Çok düşük ya da yüksek sıcaklıklarda, kendisinden beklenilen davranışı gösterebilme özelliğine sahiptir. Kauçuk malzeme zaman içinde eskime deneyine tabi tutulur. 70 santigrat derecede 4 gün fırında tutulduktan sonra, azalma ölçümlemesi yapılır. Rijitlikte % 10 civarında azalma olmaktadır.

Isı dayanımı için 800 santigrat derecede 100 dakika bekletilen yastığın, daha sonra yük deformasyonu ölçülür. Isıtma öncesiyle karşılaştırılır. Ortalama bir yastığın servis ömrü 50 yıldan fazladır. Uygulaması basittir. Güvenilir ve emniyetlidir. Bakım gerektirmez. Deprem sonrası hasar gören kauçuk yastıklar, kolaylıkla yenileriyle değiştirilebilir. Bir kauçuk izolatörün kalınlığı ortalama 250-450 mm olup, değişik ölçülerde üretilir.

Lamine edilmiş kauçuk taşıyıcının prensibi

Yastıklar; bir kat ince kauçuk, bir tabakada çelik hâlinde kat kat hazırlandıklarından, buradan esinlenilerek “lamine edilmiş (tabakalanmış) kauçuk” adı da denir.  Bazı yastıklar rijitliği artırmak, kayma deformasyonunu sınırlamak amacıyla “kurşun çekirdekli” olarak üretilirler. Kauçuk yastığın ortasında genelde kurşun malzemeden bir çekirdek ilavesi yapılır. Bunlara da “Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler” denir.

Kauçuk İzolatörlerin Uygulanması

Kauçuk izolatörlerin çalışma prensibi; deprem dinamik yüklerini emmek suretiyle, bina salınım periyodunun artırılmasına dayanmaktadır. Bir yapının etkin salınım periyodu 0.1 ile 1 saniyelik periyot aralığındadır. Kauçuk izolatörlerle bu salınım periyodu, 2-3 saniyelik periyotlara uzar.

Her durumda izolatör kullanımı, mimarî ve statik projelendirme aşamalarından önce kararlaştırılması gereken bir uygulamadır. Sismik izolatörler, hazırda bulunan bir projeye uygulanma özelliği taşımaz. Bu uygulamanın yapılacak olması tüm statik hesaplamaları değiştirir.

Hangi tip sismik izolatörün kullanılacağı ise gerektiğinde imalatçı firmaların da görüşü alınmak suretiyle, projelendirmenin başında yapılır. Yapıların statik hesaplarına göre kauçuk esaslı sismik izolatörler; Kolon tabanına, Kolon ortasına, Kat altına, olmak üzere üç şekilde yerleştirilebilir.

Kauçuk izolatör sisteminin uygulandığı temel taban yüzeyi ile yastıkların üstü arasında en az 50 cm. lik bir boşluk bırakılır. Bu boşluk “izolatör katı” olarak adlandırılır. İzolatör katı zaman içinde yastıkların kontrolü ve bakımı için gereklidir. Binanın yaşadığı depremler sonrasında da bu boşluk katından yararlanılarak, gereken kontrol ve hatta yastıkların değişimi gerçekleştirilir. Uygulama açısından gerekli “izolatör katı”, mimarî açıdan sorun oluşturabilir. Bu boşluk katı, çeşitli alternatif yollar kullanılıp kapatılır. Dikkat edilmesi gereken, sistemin işlerliğini bozmayacak biçimde çözüm üretmektir.