BETONARME YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞI İLE İLGİLİ BİR İRDELEME
A DISCUSSION ON THE SEISMIC PERFORMANCE OF REINFORCED CONCRETE BUILDINGS
Uğur Ersoy
Orta Doğu Teknik Üniversitesi Ankara
Özet
Bu bildiride, ülkemizde yaygın olarak kullanılan betonarmenin sorunları irdelenmektedir. Son on yılda oluşan ve büyük can ve mal kaybına yol açan depremlerde betonarme binalarda gözlenen göçme ve hasarın nedenleri tartışılmakta ve alınması gereken önlemler belirlenmektedir.
Depremlerde çöken veya ağır hasar gören betonarme ve önüretimli betonarme yapı sayısının çok olması nedeniyle betonarmenin depreme dayanıklılığının sorgulanmasının doğru olmadığı belirtilmekte ve olumsuz davranışın, tasarım ve özellikle yapım aşamasında yapılan çok sayıda hatadan kaynaklandığı vurgulanmaktadır. Yıkılan ve ağır hasar gören yapıların hiçbirinde yönetmelikte öngörülen koşullara uyulmadığı açıklandıktan sonra, mevcut yönetmeliklere uyularak yapılan betonarme yapıların şiddetli depremlerde bile sağlıklı bir davranış sergileyecekleri belirtilmektedir. Türkiye’nin deprem güvenliği ile ilgili en önemli sorununun, etkili bir denetimin oluşturulamaması olduğu saptaması yapılmaktadır.
Betonarme yapılarda gözlenen hasar nedenlerinden biri olan kalitesiz beton sorununun, hazır betonun yaygınlaştırılması ile çözümlenebileceği belirtilmektedir.
Abstract
In this paper problems encountered in the seismic performance of reinforced concrete buildings are discussed. In Turkey, six major earthquakes during the past ten years have resulted in significant economical losses. Thousands of people were killed during these earthquakes. These losses were mainly due to the unsatisfuctory performance of RC buildings. Due to the unsatisfuctory performance observed, the use of reinforced concrete in seismic regions was unjustly questioned.
In the paper, it is pointed out that the unsatisfuctory performance of reinforced concrete buildings was due to major mistakes made during the construction and design stages. It
is interesting to note that none of the collapsed or damaged buildings satisfied the basic requirements of the seismic code. It was observed that even the buildings in which the requirements of the seismic code were partly satisfied, performed well during the recent major earthquakes.
The author concludes that the main problem in Turkey is the lack of supervision. The surveys made after the earthquakes revealed that low quality concrete played an important role on the unsatisfuctory seismic performance of reinforced concrete buildings. The author believes that use of ready mixed concrete should be encouraged to improve the concrete quality.
1. GİRİŞ
Betonarme olarak adlandırılan donatılı betonun yapı mühendisliğinde kullanımı, 19. yüzyıl sonlarında başlamış ve 20. yüzyıl başlarında yaygınlaşmıştır. Betonarmenin inşaat sektöründe sahneye çıkması adeta bir devrim olmuştur. Çelik ve betonu birleştiren bu yeni malzeme, mühendislere yeni ufuklar açmış, maliyetinin düşük olması ve istenilen geometride kolayca imal edilebilmesi, betonarmenin mimar ve mühendislerce tercih edilmesine neden olmuştur. 20. yüzyılda Nervi ve Torroja gibi ustalar elinde betonarme ile hayallerin ötesinde harika yapılar oluşturulmuştur.
20. yüzyılın ikinci yarısında yaygınlaşan ön ve ard germeli betonla çok büyük açıklıkların geçilebilmesi sağlanmış ve özellikle köprü mühendisliğinde yeni bir çığır açılmıştır. Önüretim (prefabrike) teknolojisinin gelişmesi de seri imalata olanak sağlayarak yapım hızını büyük ölçüde artırmıştır.
2. BETONARMEYİ CAZİP KILAN ÖZELLİKLER
Bir önceki bölümde belirtildiği gibi betonarmeden imal edilen elemanlara istenilen şekilin verilebilmesi, usta mühendis ve mimarlara büyük olanaklar sağlamıştır.
Betonarmede, beton çeliğin, çelik ise betonun zayıflıklarını gidermektedir. Yangına ve korozyona karşı zayıf olan çelik, beton örtü ile korunmakta, çekme dayanımı ve sünekliği yetersiz olan beton ise çelikle donatıldığında, hem basınç hem de çekme dayanımı yüksek bir malzeme haline gelmektedir.
Beton, sargı donatısı olarak adlandırılan kapalı etriyelerle sarıldığında, süneklik düzeyi yüksek bir malzeme elde edilmektedir. Bu süneklik, elemanın çok yüksek eksenel yüklerle zorlanmadığı durumlarda, depremde yeterli enerji tüketilebilmesini sağlamaktadır.
Ülkemiz gibi deprem riski yüksek ülkelerde yapılarda aranan en önemli özellik, deprem güvenliğidir. Depreme dayanıklı bir yapıda aşağıdaki üç koşulun sağlanması gerekir:
1- Yeterli dayanım
2- Sünek davranış
3- Sınırlı yanal ötelenme (yanal rijitlik)
Bu koşullar, yapı elemanı olarak çelik, ahşap, betonarme gibi malzemeler kullanılarak sağlanabilir. Önemli olan, bu malzemelerle oluşturulan yapının yönetmeliklere uygun tasarlanması ve detaylandırılmasıdır. Ancak iyi bir tasarım yeterli değildir. Projenin etkili bir denetim altında tam olarak uygulanması gerekir. Depreme dayanacak olan çizimlerdeki yapı değil, inşa edilen yapıdır. Bu hiçbir zaman unutulmamalıdır.
Çelik, ahşap ve önüretimli yapılarda deprem açısından en zayıf bölgeler, birleşim bölgeleridir. A.B.D. ve Japonya’da son yirmi yıl içinde oluşan depremlerde çelik yapılarda gözlenen hasarlarda, kolon-kiriş birleşim bölgelerindeki bağlantı zayıflıklarının büyük rol oynadığı saptanmıştır. Ülkemizde de 1998 Ceyhan, 1999 Marmara ve Düzce depremlerinde hasar gören veya göçen önüretimli endüstri yapılarında bağlantıların yetersiz olması, en önemli hasar nedeni olmuştur.
Betonarme inşaat, birdöküm (monolitik) olduğundan, çelik, ahşap ve önüretimli betonarmede olduğu gibi bağlantı sorunu yoktur. Deprem dayanımı açısından betonarmeyi diğer malzemelerden üstün kılan en önemli özellik de budur. Doğal olarak betonarmenin bu önemli avantajı, yapı yönetmeliğe uygun tasarlandığı, detaylandırıldığı ve uygulandığı durumlarda geçerlidir. Bundan sonraki bölümde görüleceği gibi ülkemizdeki yapıların büyük bir çoğunluğunda, detay ve yapım yetersizlikleri dolayısıyla bu avantaj sağlanamamıştır.
Betonarme binaların tasarım ve detaylandırılması, mevcut yönetmeliğe uygun bir biçimde yapılırsa, yukarıda sıralanan üç koşul, kolaylıkla sağlanır. Dayanım koşulu, kesme kırılması gibi gevrek kırılmaların önlenmesi ile sağlanır. Daha önce belirtildiği gibi, sık ve iyi detaylandırılmış etriyelerle sarılmış betonarme kesitlerde istenen süneklik kolayca sağlanır. Süneklik ile ilgili tek sınırlandırıcı koşul, kesitteki eksenel yükün yönetmelikte öngörülen düzeyin üstüne çıkmamasıdır.
Üçüncü koşul olan katlararası göreli yanal ötelenmesinin sınırlanması, ikinci mertebe momentlerinin aşırı büyümemesi ve yapısal olmayan hasarın sınırlandırılması açılarından çok önemlidir. Bu koşulu en iyi sağlayan malzemenin betonarme olduğu bilinen bir gerçektir. Betonarme kesitlerin daha büyük olması ve bağlantı olmaması (birdöküm), betonarme ile daha rijit bir yapı oluşturulmasına olanak sağlamaktadır.
3. BETONARME YAPILARLA İLGİLİ DEDİKODULAR
Ülkemizde son on yılda oluşan altı büyük depremde çok sayıda betonarme bina yerle bir olmuş, birçokları da ağır veya orta hasar görmüştür. Betonarme binaların sergilediği bu olumsuz görüntü, bu konuda uzman olmayanların, hatta başka meslekten olanların yüzeysel bir değerlendirme yaparak yanlış genelleme ve yargılara varmalarına neden olmuştur. Bu tür iddiaların hiçbir bilimsel dayanağı olmadığından, bunlar “dedikodu” olarak nitelendirilmiştir. Uzman olmayan kişilerin bilmedikleri bir konuda fütursuzca ahkam kesmeleri, sanırım ülkemize özgü bir davranış biçimidir.
1999 Marmara Depreminden sonra depreme dayanıklı yapı konusunda uzman olmayan, hatta inşaat mühendisi bile olmayan bazı kişiler, betonarme ile depreme dayanıklı yapı oluşturulamayacağını söylediler. Gerçekle yakından uzaktan ilgisi olmayan bu saptama, ne acıdır ki kamu ve özel sektördeki bazı yetkililerce ciddiye alınmıştır. Benzer bir biçimde önüretimli betonarme yapıların da deprem bölgelerinde inşa edilmesinin
sakıncalı olduğu söylenmiştir. Bu saptamalar, betonarme ve önüretimli yapılardaki hasar nedenleri incelenmeden yapılmıştır. Bu yüzeysel ve yanlış saptamalar ülke ekonomisine zarar vermekle kalmamış, “betonarme depreme dayanıksızdır” savı, yurt dışında alay konusu olmuştur.
Bir gerçeğin tüm çevrelerce iyi bilinmesi gerekir; bir yapı, betonarme de olsa, ahşap da olsa, çelik de olsa, yönetmeliklere uygun tasarlanıp detaylandırılmışsa ve denetim altında yapılmışsa, depreme dayanıklı olacaktır. Bu malzemeler ve inşaat türleri arasında seçim yapılırken kriter, deprem dayanımı olmamalıdır. Kriter, kullanıma uygunluk, maliyet (bakım maliyeti dahil), inşaat süresi ve kolaylığı olmalıdır.
Betonarme hakkinda yapılan bu gerçek dışı iddialar bir kenara itilirken, depremlerde çok sayıda betonarme ve önüretimli betonarme yapının yıkıldığı veya büyük hasar gördüğü gerçeği gözardı edilmemelidir. Bundan sonraki bölümde hasar ve göçme nedenleri üzerinde durulacaktır. Betonarmeye yapılan yargısız infaz, bilim ve tekniğin merceği altında değerlendirilecektir.
4. ÜLKEMİZDEKİ BETONARME BİNALARDAKİ HASAR NEDENLERİ
Ülkemizdeki depremlerde hasar gören veya yıkılan binaların çok büyük bir çoğunluğunun betonarme olması, istatiksel açıdan şaşırtıcı değildir, çünkü Türkiye’deki binaların ancak küçük bir yüzdesi çelik veya ahşaptır. Ancak bu saptama betonarme binalarda yaygın olarak gözlenen hasarın doğal olduğu anlamına gelmez. Bu bölümde, olması gerekenin çok üstünde oluşan hasarın nedenleri açıklanacaktır.
Ayrıntılara girmeden önce genel bir saptama yapmak gerekmektedir. Depremlerde göçen veya ağır hasar gören yapıların büyük bir çoğunluğu, betonarme değil, beton ve çelik kullanılarak yapılan garip bir yapı türüdür! Bir binanın betonarme olarak nitelendirilebilmesi için elemanların monolitik olması gerekir, donatının bilinçli detaylandırılmış olması gerekir, betonun minimum bir dayanıma sahip olması gerekir, kritik bölgelerin sık etriyelerle sarılmış olması gerekir.
Yapılan incelemelerde sözkonusu binaların bu niteliklerden hiçbirine sahip olmadıkları görülmüştür. Bu nedenle bu yapıların betonarme olarak sınıflandırılmasının doğru olmayacağı kanısındayım.
Kırk yıla yakın bir süredir depremlerden sonra yaptığım gözlemlerin ışığında, ülkemizde betonarme binalarda gözlenen hasarın nedenlerinin üç grupta toplanabileceğine inanıyorum:
1- Yanlış veya uygun olmayan sistem seçimi
2- Yanlış ve yetersiz donatı detayları
3- Yapım aşamasında denetim eksikliği
Kanımca ülkemizde gözlenen hasarın en az %90’ı yukarıda sıralanan nedenlerle oluşmuştur. Bu nedenler aşağıda kısaca irdelenecektir.
4.1 Yanlış veya Uygun Olmayan Sistem Seçimi
Ülkemizde birçok yetkili ve meslek adamı, deprem dayanımının mimari proje aşamasında oluştuğunun bilincinde değildir. Depreme uygun olmayan bir mimariye sahip binayı depreme dayanıklı duruma getirmek çok zor, bazı durumlarda olanaksızdır.
Çoğu kez taşıyıcı sistem seçiminde de büyük hatalar yapılmaktadır. Birçok binada yatay deprem kuvvetlerini karşılayacak çerçeveler oluşmamakta, taşıyıcı sistem depreme göre değil, düşey yüklere göre düzenlenmektedir. Taşıyıcı sistem düzensizlikleri çok yaygındır. Binanın deprem davranışını olumsuz etkileyen kısa kolona, yumuşak kata, kuvvetli kiriş-zayıf kolona çok sık rastlanmaktadır. Kolon kesitlerinin küçük tutulması ve perde kullanılmaması nedeniyle hasar gören veya yıkılan binaların çoğunun yanal rijitliği istenen düzeyde değildir. Tüm bunlar, bina davranışını olumsuz yönde etkilemektedir.
Depreme uygun olmayan taşıyıcı sistem için gösterilecek en çarpıcı örnek, bazı önüretimli betonarme endüstri yapılarıdır. Bu tür yapılarda kolonların üst ucunda bir diyafram oluşturulmadığından, yanal deprem kuvvetlerinin bir kolondan diğerine aktarılması mümkün olmamaktadır. Böyle bir yapının depreme dayanmasını beklemek ancak boş bir hayal olurdu. Nitekim 1998 Ceyhan ve 1999 Marmara depremlerinde bu tür yapılar yerle bir olmuştur. Bu göçmeleri görüp, önüretimli yapıların depreme dayanıklı olmadığını söylemek son derece yanlıştır. Göçmede suçlu olan önüretimli yapı değil, seçilen sistemdir.
4.2 Yetersiz Donatı ve Donatı Detayları
Çoğu kez statik projeyi yapan mühendis, betonarmenin deprem davranışı konusunda yeterli bilgi ve deneyime sahip olmadığından, elemanlardaki donatı bilinçli olarak detaylandırılmamaktadır. Genelde elemanlardaki donatı yeterince kenetlenmemekte ve elemanlar arasında süreklilik sağlanmamakta, böylece betonarmenin en büyük avantajı olan monolitiklik kaybolmaktadır.
Ülkemizde depremlerden sonra yapılan gözlemlerde en sık rastlanan kusur, plastik mafsalların oluşacağı kritik kesitlerde (kolon ve kiriş uçları) yeterli sargı donatısının bulunmamasıdır. Genelde bu bölgelerde etriye aralığı 200-250 mm olmaktadır. Bu aralıkta yerleştirilen etriyenin sargı etkisi oluşturarak gerekli sünekliği sağlaması olanaksızdır. Taşıyıcı sistemin bilinçsiz seçilmesi nedeniyle plastik mafsallar kirişlerde değil, kolonlarda oluşmaktadır. Eksenel yük taşıyan bu elemanların uçları yeterli sargı donatısına sahip olmadığından süneklik sağlanamamakta, bu nedenle kolonların gevrek bir biçimde kırılması, binanın ani olarak göçmesine neden olmaktadır. Mevcut yetersiz sargı donatısının uçları, genelde çekirdeğe kenetlenmeyip, 900 kanca yapıldığından, bunlar kolayca açılarak hiçbir sargı etkisi oluşturamamaktadır. Böylece yetersiz ve yanlış detaylandırılmış sargı donatısı, depremlerde yaşanan faciaların tetikçisi olmaktadır. Hasara ve göçmeye neden olan diğer bir kusur da kolon boyuna donatısındaki eklerin moment açısından en kritik bölge olan kat düzeyinde yapılması ve bindirme boylarının kısa olmasıdır. Bu kusura konut ve işyeri türü binaların büyük bir çoğunluğunda rastlanmıştır.
4.3 Yapım Aşamasında Denetim Eksikliği
Birkaç yıl öncesine kadar ülkemizde yapım denetlenmiyordu. Bugün bir denetim mekanizması oluşturulmuşsa da bu yeterli olmaktan oldukça uzaktır. Yapım aşamasındaki en büyük sorun, projenin uygulanmaması veya haber verilmeden değiştirilmesidir. Ayrıca beton dayanımı ve kalitesi genelde çok düşük olmaktadır. Depremden sonra yapılan incelemelerde, birçok konut türü yapıda beton dayanımının 8 ila 10 MPa arasında değiştiği gözlenmiştir. Bu kalitede bir betonu betonarme betonu olarak nitelemek olanaksızdır.
Deprem sonrası hasarlı binalar üzerinde yapılan incelemelerde, bunların tamamına yakın bir bölümünde projede öngörülen sargı donatısının bulunmadığı gözlenmiştir. Etriye uçlarının çekirdekte kenetlendiğine ise hemen hiç rastlanmamıştır. Yine birçok binada kolon boyutlarının yapım aşamasında küçültüldüğü ve eksik donatı konduğu saptanmıştır. Kolonların projeciye danışılmadan yerinin değiştirildiği, hatta kaldırıldığı durumlara da rastlanmıştır. Etkili bir denetim sağlanamassa, proje ne kadar iyi olursa olsun, birçok zayıflık ve eksiklik içererek oluşturulan yapının depreme dayanması beklenemez. Nitekim bu şekilde inşa edilen binalar çökmüş veya ağır hasar görmüştür.
Etkili denetimin sağlanamaması durumunda ne yönetmeliğin çok iyi olması ne de projenin kusursuz olması olası felaketleri önleyemeyecektir. Bu nedenle kanımca önümüzdeki en önemli sorun, etkili bir denetimdir. Bu sağlanamadığı takdirde yönetmelik ve tasarıma harcanan zamanın boşa gitmesi kaçınılmaz olacaktır.
Daha önce belirtildiği gibi konut ve işyeri olarak inşa edilen binalardaki en önemli sorunlardan biri, beton kalitesidir. Betonarme betonu olarak nitelendirilemeyecek kalitede betonla bina yapımı mutlaka engellenmelidir. Bu sorunun çözümünde, hazır beton önemli bir rol oynayacaktır. Hazır betonun kullanımı yaygınlaştırılmalı ve imalatçı firmaların Hazır Beton Birliği’ne üyeliği zorunlu kılınarak bu firmaların da denetimi sağlanmalıdır.
SONUÇ
Görüldüğü gibi depremlerde betonarme binalarımızda gözlenen hasar ve göçmelerin sorumlusu betonarme değildir. Tasarım ve yapım aşamasında yapılan çok sayıda hata, binaların göçmesine veya ağır hasar görmesine neden olmuştur. Hasar gören binaların büyük bir çoğunluğunu “betonarme” olarak nitelendirmek olanaksızdır. Henüz deprem olmamış bölgelerdeki binaların çoğu da depremlerde göçen ve ağır hasar gören binalarda gözlenen kusurlara sahiptir. Kanımca bu binalara betonarme yerine “beton bina” demek daha doğru olacaktır.
Ülkemizin deprem mühendisliği konusunda en önemli iki sorunu, eğitimsizlik ve denetimsizliktir. Teknik elemanlarımızı deprem mühendisliği konusunda yeniden eğitmezsek ve etkili bir denetim sağlayamazsak, Marmara ve benzeri depremlerde yaşanan felaketleri yeniden yaşamak kaçınılmaz olacaktır.
Sorunlardan biri olan beton kalitesinin iyileştirilmesinde, hazır betonun yaygınlaştırılması önemli bir adım olacaktır.