İnşaat Mühendisliği Açısından Deprem

İnşaat mühendisliği açısından deprem nedir? Depremin sismik olarak tanımı yapılacak olursa, yer kabuğunda beklenmedik bir anda ortaya çıkan enerjinin kendisine ait karakteristik özellikleri bulunan ( periyot(T) (1/frekans), büyüklük(magnitude) vs. ) sismik dalgalar aracılığıyla yer yüzünü sarsması, büyüklüğü oranında hareket ettirmeye çalışması olayıdır.

İnşaat mühendisliği açısından deprem ele alınacak olursa, halk nezdinde deprem dışarıdan yapılara gelen kuvvet olarak algılanır. Yani sismik bir yer hareketi(deprem) söz konusu olduğunda, sanki bir el yapıyı hareket ettirmeye, itmeye (push over=statik itme), sallamaya çalışıyormuş gibi algılanır. Aslında bu yanlış bir algıdır. Deprem esnasında yer kendisine has periyotları ile hareket(salınım) etmeye çalışır. Yapı ise buna karşılık koymaya çalışır. Bunu şu örnekle daha anlaşılır kılalım; Seyahat etmekte olduğunuz araç ivmelendiği zaman siz ilk halinizi korumaya çalışırsınız, buna eylemsizlik prensibi denilir (newton’s first law of motion). Yapılar da bu prensip ile depreme karşı koymaya, deprem öncesi halini korumaya çalışır.

Peki Deprem Bir Yapıya Dışarıdan Kuvvet Getirmiyorsa

Peki deprem bir yapıya dışarıdan kuvvet getirmiyorsa bu yapılar deprem anında neden hareket(aslında salınım) ediyorlar? Bir yerde hareket varsa mutlak suretle bir kuvvet olmalıdır. İşte bu noktada devreye eylemsizlik prensibi giriyor. Yer hareket etmeye çalışırken yapılarımız bu prensipten ötürü önceki halini korumaya çalışıyor. Bunun neticesinde yapı atalet(eylemsizlik) kuvvetlerini yer hareketine belli ölçüde karşı koymaya çalışması hasebiyle kendisi oluşturuyor. Aslında tam olarak karşı koyamadığı için yapı harekete(salınıma) başlıyor. Yapının yaptığı bu salınım ise yapının karakteristik özellikleri sonucunda ortaya çıkıyor. Bu salınıma ve süresine binanın kütlesi ve rijitliği karar vermektedir.

Peki deprem anında ortaya çıkan bu kuvvet ne kadardır? İşte yine bu noktada Newton kuralları yani tabiatın kanunu fizik kuralları sahne alıyor. Newton’s second law of motion, yani Newton yasalarının 2.si olan F=mxa. İşte depremde ortaya çıkan o kuvvet F (force)’dir. Bu kuvveti ise yapının kütlesi(mass) ve yapının ivmesi(acceleration) oluşturur.

Peki yapının kütlesi* belli, ivmesi nedir? Deprem bir hareketse mutlaka onun bir hızı ve ivmesi olacaktır. Kabul edilen yer çekimi ivmesi g= 9.81 /s2 dir. Fakat yer çekimi ivmesi ile yapının üzerine aldığı ivme farklıdır. Yapıya gelen bu ivmeye spektral ivme denilir. Spektral ivme gerçek yer çekimi ivmesinin spektral ivme katsayısının çarpımı ile ortaya çıkar. Bu katsayıya ise yapı önem katsayısı, etkin yer ivme katsayısı, binanın periyodu ve zeminin periyodları karar verir**.

Yani biz depremden olabildiğince az etkilenmek istiyorsak ortaya çıkan atalet kuvvetlerini azaltmamız gerekmektedir. Bu da kütlenin ve ivmenin azaltılması demektir. Hem yapımızı olabildiğince hafif hem de ivmeyi etkileyen karakteristik hakim periyodun belli aralıkta(elastik sınırlar) büyük ama zemin karakteristik periyotlarından olabildiğince uzak tutmalıyız(rezonansa girme ihtimali). Mimari ve bazı geometrik ölçüler, periyod üzerinde çok büyük değişiklikler yapmamızı engellemektedir.