Depremler her zaman korkutucu bir fenomendi
ve kentlerimiz büyüdükçe en büyük risk olan
çöken binalar ile daha ölümcül hale geldi.
Neden binalar depremde çöker
ve bu nasıl önlenebilir?
Eğer çok fazla felaket filmi izlediyseniz,
şöyle düşünebilirsiniz.
Binanın yıkılmasına doğrudan altındaki zeminin
şiddetle sarsılması ya da bölünmesi sebep olur.
Aslında böyle olmuyor.
Bir kere, çoğu bina fay hattı üstünde yerleşik değil
ve levha hareketi bina temelinin çok daha altından gitmektedir.
Peki aslında neler oluyor?
Esasında, deprem gerçeği ve binalar üzerindeki etkisi
biraz daha karmaşıktır.
Mimar ve mühendisler bunu anlamak için
kolon ve kirişleri temsil eden iki boyutlu çizgiler ya da bina kütlesini temsil eden
ve daireler çizen tek hat üzerindeki lolipoplar gibi modeller kullanır.
Bu derece basitleştirilmiş modeller bile çok yararlı olabilir.
Depreme karşı bina tepkisini tahmin etmek
öncelikle fiziğin konusudur.
Deprem anında meydana gelen bina çökmelerinin bir çoğu
aslında depremin kendisinden kaynaklanmaz.
Bunun yerine, binanın zemini sallandığında
binanın temeli ve alt seviyelerini değiştirir,
yapının kalanına şok dalgalar gönderir
ve ileri geri titreşmesine neden olur.
Titreşimin gücü iki ana faktöre bağlıdır:
binanın kütlesi, bu altta yoğundur
ve onun sertliği
ki belirli bir miktar yer değişimi için gerekli olan kuvvettir.
Binanın sertliği, malzeme türü ve kolon şeklinin yanısıra
genellikle yükseklikle ilgilidir.
Alçak binalar daha sert ve daha az kaymaya yatkınken,
yüksek binalar daha esnektir.
Çözümü daha alçak binalar yapmakta bulabilirsiniz.
Böylece mümkün olduğu kadar az kayarlar.
Ama 1985 Meksika depremi durumun böyle olmadığına en iyi örnektir.
Deprem sırasında,
altı ila onbeş katlı pek çok bina çöktü.
Ne gariptir ki yandaki alçak binalar ayakta kalırken,
onbeş kattan daha yüksek binalar da daha az zarar gördü
ve çöken orta ölçekli binaların
depremde daha şiddetli şekilde sarsıldığı gözlendi.
Bu nasıl mümkün olabiliyor?
Cevabın doğal frekans olarak bilinen olguyla ilgisi bulunmaktadır.
Bir salınım sisteminde
frekans, bir saniyede ileri geri oluşan hareket döngüsünün sayısıdır.
Bu, bir döngüyü tamamlamak için
gereken saniye miktarı olan periyodun tersidir.
Kütlesi ve sertliği tarafından belirlenen bir binanın doğal frekansı,
titreşimlerinin etrafında kümelenme eğilimi olan frekanstır.
Bina kütlesinin artırılması, doğal titreşim hızını yavaşlatır,
sertliğinin artırılması ise titreşimi hızlandırır.
Yani ilişkilerini gösteren denklemde
sertlik ve doğal frekans birbiriyle doğru orantılıyken
kütle ve doğal frekans birbiriyle ters orantılıdır.
Meksika'da olan rezonans etkisiydi,
depremin sismik dalga frekansıyla
orta ölçekli binaların doğal frekansları eşleşti.
Bir salıncağı itmenin iyi zamanlaması gibi
her ilave sismik dalga bina titreşimini
mevcut yönünde artırdı,
daha da geriye sallanmasına neden oldu, vesaire,
sonuçta ilk kaydırmadan daha büyük boyuta ulaştı.
Bugün, mühendisler jeolog-sismologlarla birlikte çalışıp
rezonans kaynaklı çöküşü önlemek için
toprak ve arazi türü gibi faktörleri dikkate alarak,
önceki deprem verileriyle birlikte, inşaat alanlarında
deprem frekansı tahmini yapıyor.
Düşük frekanslı hareket, yüksek ve daha esnek binalara
fazla hasar verirken,
yüksek frekanslı hareket, alçak ve sert olan yapıları
daha fazla tehdit etmektedir.
Mühendisler ayrıca sarsıntıları emen metotlar geliştirdi
ve yaratıcı sistemler kullanarak bozulmaları sınırladılar.
Binanın temel kaymasını, kalan kısmından ayırmak için
taban izolasyonunda esnek tabakalar kullanıp
ayarlanmış kütle damper sistemi titreşimleri azaltmak için
doğal frekans ve faz dışı salınımla birlikte
rezonansı yok eder.
Sonuçta, ayakta kalacak binalar en sağlam olanlar değil
en akıllı olanlardır.