San Francisco, Tokyo ve İstanbul'un ortak noktası nedir? Sismologların büyük depremler bekledikleri gezegendeki en yoğun nüfuslu üç şehir. Bu şehirleri kaçınılmaz olarak sarsacak olaylar benzer olsa da, şehirlerin nüfusu ve altyapıları üzerindeki ücretler çok farklı olacaktır. Neden? Cevap, binalarının ve köprülerinin nasıl tasarlandığıdır.
Depremlerle ilişkilendirdiğimiz hasarların çoğu insan yapımı yapılar içerir: yıkılmış binalar tarafından tuzağa düşürülen veya hayati su veya enerji kaynaklarından kesilen insanlar. Bir depremin bir şehrin insanlarını nasıl etkileyeceği, şehrin, sakinlerinin ve yakındaki hükümetlerin yapıları ve boru hatlarını nasıl tasarladığıyla çok ilgilidir.
Deprem hasarlarının çoğunu zemin sallanması ile açıklarız. Ancak yer sarsıntısı aslında karmaşık bir olgudur. Bir yapının sismik güvenliğinin tasarlanması, herhangi bir gayrimenkul girişimiyle aynı hususları içerir; Tasarım, İnşaat ve Konum, Konum, Konum.
Bir binanın altındaki zemin sallandığında, bir depremin dalgalarının enerjisi içinden geçtikçe binayı sallar. Bir gökdelenin daha küçük bir ofis binasından daha tehlikeli olacağını düşünebilirsiniz, ancak aslında tam tersi doğrudur. İşte nedeni:
Bir yapı ne kadar uzun olursa, o kadar esnek olur. Ne kadar esnek olursa, dünyanın sallanması onu salladığında devrilmesini veya çökmesini önlemek için daha az enerji gerekir. Aynı fenomeni otobüs veya metroya binerken de hissedebilirsiniz. Vücudunuzu esnetir ve çarpma ve sarsıntılarla akarsanız ayakta durmak, onlara şiddetle karşı koymaya çalışmaktan daha az çaba gerektirir.
Daha kısa binalar daha uzun olanlardan daha sert olduğu için, üç katlı bir apartman deprem hasarına 30 katlı bir gökdelenden daha savunmasız olarak kabul edilir. Bir binanın sismik güvenliğini planlarken, yapısal mühendisler daha kısa binaların destek elemanlarını daha uzun binalarınkinden daha fazla güce dayanacak şekilde tasarlamalıdır.
Tabii ki, bir binanın inşa edildiği malzemeler de gücünü belirler ve yine esneklik önemlidir. Ahşap ve çelik, sıva, betonarme veya duvardan daha fazla verime sahiptir ve fay bölgelerinde inşa etmek için tercih edilen malzemelerdir. Her yerdeki gökdelenler, şiddetli rüzgarlardan gelen kuvvetli kuvvetlere dayanacak şekilde güçlendirilmelidir, ancak deprem bölgelerinde ek hususlar vardır. Mühendisler, binanın yüksekliği boyunca dalgaların enerjisini emebilecek yapılarda tasarım yapmalıdır. Zeminler ve duvarlar, çalkalama enerjisini binadan aşağıya ve yere geri aktarmak için inşa edilebilir. Bir binanın destekleyici kısımları arasındaki derzler, deprem kuvvetleri tarafından bükülmeye veya şekil değiştirmeye tolerans gösterecek şekilde güçlendirilebilir.
Belki de yüksek binaların görsel olarak en çok tanınan sismik güvenlik özelliği kafes. San Francisco'daki TransAmerica piramidi mimarisiyle ünlüdür: yükseldikçe daralan geniş bir taban binanın dengesini artırır. Tabanındaki çapraz kafes ağ, binayı hem yatay hem de dikey kuvvetlere karşı destekler.
Bir binayı deprem şoklarına karşı güçlendirmenin yanı sıra, mühendisler aslında bir binanın maruz kaldığı gücü azaltabilir. Binanın tabanını dünyanın hareketlerinden izole eden taban izolatörleri olarak adlandırılanları monte ederler. Çoğu iki formdan biridir. Bazıları, binanın üstündeki kayaların sallanmasıyla titreyen ve deforme olan dev hokey disklerine benziyor ve titremenin enerjisinin bir kısmını emiyor. Diğerleri iki yatay yüzey kümesidir, plakalar sürtünmesiz hale getirilir, böylece birbirlerini geçerler. Bina üst plakalara oturur, alt plakalar yere dayanır. Toprak gizlendiğinde, sadece alt plakalar hareket eder ve üst plakaların altında ileri geri kayar.
Yer, yer, yer
Bazen belirli bir depremin ve bir yapının üzerinde bulunduğu zeminin özellikleri doğru (veya yanlış) şekilde çakışır ve deprem özellikle yıkıcıdır. Bazen bir binaya çarpan sismik bir dalga, o yapının doğal salınımına uyan bir frekansa sahip olacaktır. Fizik açısından, bina dalga ile aynı rezonans frekansına sahiptir. Bu olduğunda, rezonans frekansındaki çoklu dalgalar yapıdan geçer, etkileri birbirini güçlendirir. Bu çok yıkıcı bir güç oluşturur.
Rezonansın etkisi, 1985 yılında Mexico City'deki büyük bir depremden sonra çok belirgindi. 10-14 katlı orta ölçekli binalar, sismik dalgalarla rezonans halindeydi ve bu binaların daha kısa veya daha uzun olanlardan daha fazla hasar vermesine neden oldu.
Deprem dalgaları yeryüzünden geçerken, farklı toprak türlerine göre farklı şekillerde filtrelenir. Mexico City, özellikle yıkıcı bir frekanstaki dalgaların binalara çarpmasına izin veren bir çamur ovasında oturuyor. Şaşırtıcı bir şekilde, Mexico City 1985 depreminin merkez üssünden oldukça uzaktı. Ancak bu rezonans olgusu nedeniyle, şehir fayın yakınındaki diğer kasabalardan çok daha fazla zarar gördü.
Bu nedenle, bir yapının altındaki zemin, inşaatı kadar önemli bir güvenlik değerlendirmesidir. Ana kaya, kumlu topraklardan veya depolama alanlarından daha fazla dalga enerjisi emer, bu nedenle katı kayadaki binalar daha yumuşak topraklarda inşa edilenlerden çok daha az etkilenecektir. Ve eğer daha yumuşak topraklarda su varsa, deprem sırasında bataklık gibi olabilirler. Sismik dalgalar doymuş topraktan geçtiğinde, ona güçlü bir sıkışma verir. Toprak gücünü kaybeder ve sıvılaşma, sıvılaşma adı verilen bir süreç gibi davranır. Sıvılaştırılmış toprak lavabosunun üstündeki binalar ve genellikle devrilir.
Mühendisler, tasarımlarının depremlere dayanacağından nasıl emin olabilirler? Son yıllarda, araştırmacılar, tam ölçekli binaları quakel güçlere maruz bırakabilecek sallama tabloları geliştirdiler. 2005 yılında, Kaliforniya Üniversitesi'nden mühendisler San Diego, Los Angeles'ı vuran 1994 Northridge depremi gibi sarsıntılara dayanıp dayanamayacağını görmek için yedi katlı, 275 tonluk bir binayı test etti. Diğer yeni bina tasarımlarının modellerini test etmek için aynı sallama tablosunu kullanabilirler.