Deprem kuşağında yer alan ülkemizde, birçok kültür varlığının zaman içinde meydana gelen depremlerden etkilendiği bilinmektedir. Bu nedenle tarih boyunca çeşitli kültür ve medeniyetlerin buluşma noktasında yer alan ülkemizde tarihi yapıların deprem güçlendirme strateji ve yöntemlerinin oluşturulması ve geliştirilmesi önemlidir. Tarihi binaların güçlendirilmesinde strateji, binanın güvenliğinin daimi koruma ilkelerine dayalı olmasını sağlamaktır. Bu genel çerçeve içinde sismik güvenliğin iki temel amacı, kullanılan yapı nesnelerinden beklenen performans düzeyini sağlamak ve tarihi yapıların yapısal sistemleri ve mimari özellikleri ile uyum içinde değerini korumaktır. Tarihi yapıların korunması ve restorasyonu hakkında uluslararası bir çerçeve belirleyen Venedik Tüzüğü (1964) Anlaşması da bu hedefleri desteklemektedir. Yapının deprem performansını arttırmak veya deprem riskini azaltmak için yapılacak müdahaleler teknik olduğu kadar yönetsel bir yaklaşımı da gerektirir. Teknik stratejiler, taşıyıcı sistemdeki olası hasarların onarımı, yapıda dayanım ve rijitliğin arttırılması, deformasyon kapasitesinin değerlendirilmesi, enerji tüketme kapasitesinin arttırılması veya sismik talebin azaltılması gibi müdahaleleri içerir. Yönetsel stratejiler ise müdahalenin yapı kullanımda iken yapılıp yapılamayacağı, deprem risk düzeyinin kabul edilebileceği bir şekilde kullanımın sınırlandırılması veya değiştirilmesi, müdahalenin aşamalara bölünerek yapılması, yapıya dışından veya içinden kalıcı desteklerle müdahale edilmesi konularını içerir. Tarihi yapıların sismik dayanıklılığının arttırılmasında, yapısal sistemin ve elemanların güçlendirilmesi veya yapının deprem davranışının kontrol altında tutulması gibi iki ana yaklaşımdan uygun olanı seçilmelidir. Restorasyon ve güçlendirmede ilave edilecek elemanlar yapıya olabildiğince az müdahaleyi gerektirmeli ve geri alınabilir olmalıdır. Ülkemizde tarihi yapılarda uygulanan güçlendirmelerin geleneksel güçlendirme yöntemleri ile sağlandığı ve hem teknik hem de yönetsel stratejiler açısından müdahale boyutlarının hasar boyutuyla ilişkili olarak arttığı söylenebilir. Alternatif olarak bu noktada müdahale boyutlarının geleneksel yöntemlere göre minimuma indiği, hızlı uygulama ve etkili çözüm sunması ile modern sismik iyileştirme yöntemleri devreye girmektedir. Çalışmada seçilen izolatör türüne veya bir arada kullanımlarına bağlı olarak çeşitlenen sismik yalıtım sistemleri, taban yalıtımı, enerji sönümleyici sistemler ve hibrid sistemler, uygulama detayları dünyadan örnekler üzerinden incelenmiş, modern sismik kontrol yöntemleri ile tarihi yığma yapıların deprem etkilerine karşı güvenli bir şekilde güçlendirilmesi durumları araştırılmış ve ülkemiz tarihi yapıları için olası uygulama örnekleri ortaya konulmuştur. Bu çalışmanın amacı, kültürel mirasımız olan tarihi yığma yapıların olası bir depremi en az hasarla ya da mümkün olduğunca hasarsız bir şekilde atlatmasına ve bu yapıların günümüzden geleceğe en iyi şekilde aktarılmasını sağlayacak modern iyileştirme yöntemlerinin gelişmesine yardımcı olmaktır.

Tarihi Yapılarda Sismik Taban Yalıtım Sistemleri 

Mevcut karkas ve kargir yapılarda taban yalıtımı ile iyileştirme, binanın bodrum kat veya temel seviyesinde sadece taban izolatör yerleşimi ile minimum müdahale içermesi açısından önem kazanmaktadır. Bu sayede yapının mimari elemanları, taşıyıcı sistem elemanları ve tarihi yapı örneklerinde olduğu gibi varsa hassas süslemeleri herhangi bir etkiye maruz kalmadan bina iyileştirilmiş olmaktadır. Her yapı özel olarak kendi temel, taşıyıcı sistem tipine göre değerlendirilerek izolatör türü, konumu ve uygulama detaylarına karar verilse de genel olarak taban yalıtımı uygulaması altı önemli adımla tanımlanır. Bunlar: Bodrum kazısı, hendek kazısı, rijit katmanlar ve krikoların eklenmesi, betonarme/yığma taşıyıcı elemanların kesilmesi, izolatörlerin yerleştirilmesi ve binanın tabandan ayrılması şeklindedir[1]. İlk adım, bodrum kazısı ile bina temeline ulaşmaktır. Toplam yıkım birkaç aşamadan oluşabilir. Bunlar; tefriş elemanlarının kaldırıldığı yumuşak yıkım, tehlikeli malzeme çıkarma ve azaltma(asbest), depoya yerleştirilecek tarihi imalat veya kaplamaların kurtarılması, gerekirse küçük kepçe yardımıyla tavan, zemin, sıhhi tesisat, elektrik ve HVAC’ın sıyrıldığı sert yıkım ve binadan enkazın çıkarılması şeklinde olabilir. Bu aşamada hendek istinat duvarı dökülebilir. İkinci aşamada binanın dört cephesinde hendek kazılır. Çevre istinat duvarları ile desteklenirler. Bu bölümün son kısmı, istinat duvarının tabanını delmek ve çevresi etrafına bir drenaj sistemi yerleştirmektir. Üçüncü aşama olan rijit katmanlar ve krikoların eklenmesinde binaya, amaçlanan yalıtım katmanının üst ve alt kotuna iki rijit katman yerleştirilir. Rijit katmanlar aynı zamanda krikoların kurulması için gereklidir. Üst rijit katman tamamlanırken kriko yerleştirme çalışmaları başlayabilir. Sonraki aşamada rijit katmanlara bağlanan krikolarla sistem desteği sağlandıktan sonra izolatörlerin yerleşeceği betonarme/yığma taşıyıcı eleman bölümleri kesilir. Krikolar yüklendikten ve kilitlendikten sonra, izolatörün yerleştirilmesi için kaldırılacak taşıyıcı eleman parçaları uygun bir ekipman ile kesilebilir. İzolatörlerin yerleşimi aşamasında izolatörler, kesilen duvar veya kolonlardaki planlanan noktalara yerleştirilir. Son aşamada ise bina iksa ve kriko bağlantıları kaldırılır ve tüm yükün izolatörlere aktarılması sağlanır. Yığma binalarda alt ve üst rijit katmanlar duvar boyunca betonarme yatay kuşaklar şeklinde sürekli olmakta ve izolatörlerin yerleşeceği yerlerde ek betonarme pabuçlar oluşturulmaktadır. Bu iki rijit katman sayesinde kriko kurulumu ve aradaki duvar kesimi sağlanarak izolatörler katmanlar arasındaki boşlukta belirlenen noktalara yerleştirilmektedir(Şekil 2a). Bina çevresinde oluşturulan hendek boşluğu sismik harekete izin verecek bir kapakla kapatılmalıdır(Şekil 2b). 

Tarihi Yapılarda Enerji Sönümleyici Sistemler 

Enerji sönümleyici sistemler mevcut çerçeve, yığma ya da karma taşıyıcı sisteme sahip her tür binada sismik iyileştirme amaçlı uygulanabilmektedir. Öte yandan mevcut binalarda taban yalıtımının uygun olmadığı durumlarda da taban yalıtımına göre daha görünür olabilen enerji sönümleyici sistemler modern sismik iyileştirme yöntemleri olarak kullanılabilmektedir. İncelenen binanın çok sünek olması (yüksek katlı binalar), kısmen zayıf bağlantılı binalar (tarihi binalar, özellikle kiliseler), binanın zemininin çok yumuşak olması ve bitişik nizam bina olması bu durumlardandır (2). Mevcut yapıda taban yalıtımı uygulaması karmaşıklığına nazaran bu sistemlerin uygulaması hızlı ve basittir. Enerji sönümleyici sistemler karkas yapılarda yapının her noktasına yerleştirilebilir ancak tarihi kargir binalara uygulamada bu kadar özgür olunamamaktadır. Dolayısıyla duvar ve tavan süslemeleri, bezemeler vs. bu tarz cihazların bina içinde yerleşimini kısıtlamaktadır. Bu nedenlerle bu uygulama iç ve dış mekanlardaki hassas süslemelere müdahaleyi önlemek adına sadece çatı seviyesinde veya bina dışına uygulanacak bir kuşak vasıtasıyla gerçekleştirilebilir. Örneğin çatı sisteminin, örtüsünün uygun olması halinde yapının üst kotlarında duvar-çatı rijit birleşim noktalarında kullanılabilir. Bu sayede yapının son katmanlarında artan yatay deplasman enerji sönümleyici sistemler ile giderilir. 

Tarihi Yapılarda Hibrid Sistemler 

Taban yalıtımı ve enerji sönümleyicilerin bir arada kullanıldığı sistemler hibrid sistemler olarak adlandırılır. Bu sayede tek başına yetersiz kalan her iki sistem bir araya geldiğinde yalnız kullanımlarında sağlayacakları seviyeyi aşan bir düzeyde hasar kontrolü sağlarlar. Hibrid sistem oluşumunda taban yalıtımı ve enerji sönümleyici sistemler aynı seviyede birbirini destekler biçimde kullanılabilir. Bu sayede taban izolatörlerinin izin verdiği izolatör seviyesindeki yerdeğiştirme mesafesi enerji sönümleyici sistemler sayesinde azalır, bu da salınım açıklığı mesafesinde azalmayı sağlar. Bir diğer durum da taban izolatörleri ile enerji sönümleyicilerin farklı seviyede kullanılması halidir. Yüksek yapılarda kullanılabilecek olan bu konfigürasyon, tabanda zeminden taban yalıtımı ile ayrılmayı sağlarken üst kotlarda deprem anında oluşabilecek yer değiştirmelerin enerji sönümleyiciler ile azaltılmasını sağlamaktadır.

Dünyada Sismik Kontrol Yöntemleri İle Güçlendirilmiş Tarihi Binalar 

Çalışmada dünyada önde gelen sismik kontrol yöntemleri ile güçlendirilmiş binalar detaylı şekilde incelenmiştir. İncelenen binalar, lokasyon, yapım yılı, taşıyıcı sistem tipi, kat sayısı ve kullanılan izolatör tipi açısından karşılaştırılmıştır (Tablo 1). Tarihi binalarda sismik kontrol kullanımı, taşıyıcı sistem tipine, binanın kat sayısına/yüksekliğine ve bina yapım yılına bağlı olarak şekillenmektedir. İncelenen ABD örneklerinde tarihi yapılarda karma taşıyıcı sisteme sahip olmaları ve bina yaşı olarak çok eski tarihlere dayanmamaları sebebi ile taban yalıtımı ile iyileştirme kararı alınmış bina yüksekliğinin arttığı durumda ek olarak enerji sönümleyiciler devreye girmiştir. Yeni Zelanda, bu konuda ABD örneklerini esas almıştır. İtalya örneklerinde ise tarihi yapıların yığma yapılar olması ve tarihsel geçmişlerinin fazla olması yapıları daha hassaslaştırdığından iyileştirme yöntemi yapıların üst seviyelerde enerji sönümleyici kullanımı şeklindedir. Bu durumda karma taşıyıcı sistem, taban yalıtım sistemleri için binayı daha avantajlı konuma getirmektedir. Salt yığma yapılarda ise taşıyıcı olan duvarların temelden sürekli olarak boydan boya sismik olarak yalıtılması konusunda uygulama zorluğu olması ve duvar kesimi sırasında binaya zarar verilme olasılığı (örneğin duvarlarda meydana gelebilecek çatlakların duvar yüzeyindeki bezemelerde bırakacağı zararın telafisinin olmaması) gibi nedenlerle tarihi binalarda taban yalıtım sistemlerini uygulamanın zorluğu söz konusudur. 

Salt Lake City And County Building: Yapım yılı 1894 olan yapı, karma taşıyıcı sistem tipine sahiptir ve ABD’de tarihi değeri yüksek olan binalardan biridir.

Taban yalıtımı ile güçlendirilen ilk bina olması özelliği ile öne çıkan Salt Lake Kent Binası’nı taban yalıtımı için ideal bina yapan durumlar; bina formunun basit, simetrik ve yatay genişleyen formda olması, binanın bitişik nizama sahip olmaması (sadece payandalar kaldırılmıştır), binanın korunmaya değer iç mekanlara sahip olması, izole edilmemiş bir durumda yapısal olmayan hasarın onarımının zorluğu veya masrafı, yapı izole edildiğinde beklenenden önemli ölçüde daha fazla olma olasılığı şeklindedir (5). 

The US Court of Appeals: Yapım yılı 1905 olan bina, karma taşıyıcı sistem tipine sahiptir. Sismik iyileştirme kararı alınırken iki önemli soru ortaya çıkmıştır, bunlar izolatör tipi ve yerleşeceği seviye kararı şeklindedir. Sürtünmeli sarkaç izolatör tipinin uygun görülmesi sonrası çeşitli alternatifler üzerinden izolatör seviyesi tartışılmıştır (Şekil 4). Alternatif 1, mimari program için bodrumda yeterli tavan boşluğu, verimli kurulum ve tesisat hizmetlerinde minimum kesinti sağladığından optimum izolatör konumu olarak seçilmiştir (6). 

Yaygın olarak bodrum katta kullanılan taban izolatörlerinin olduğu yalıtım katı, üst yapı ile süreksizlik sağlamaktadır. Bu durum mimari tasarım açısından izolatör katı ile üstyapının ayrımının cephede de sağlanması gerekliliğini ortaya çıkarmakta ve cephede özel detay gerektirebilmektedir. Projede binanın cephe duvar kaplamalarının da izolatör seviyesinde tabandan ayrılması, izole edilmesi sağlanmıştır. Bunun için uygun detaylar alternatiflerde çalışılmış ve alternatif 1’in seçiminde cephelerde kaplama kaybının minimumda olması durumu da etkili olmuştur.

Oakland City Hall: Yapım yılı 1914 olan bina, karma taşıyıcı sistem tipine sahiptir. 19 katlı bina, kauçuk taban izolatörleri kullanılarak iyileştirilmiştir. İyileştirme çalışmaları 1995 yılında tamamlandığında, Oakland Kent Binası dünyanın sismik olarak taban yalıtımı ile izole edilmiş en yüksek binası olmuştur (9).

Bina ilk üç katın bulunduğu “podyum” ve üst katların bulunduğu “kule” bölümünden oluşmuştur. Podyum bölümünün yatayda gelişmesi binanın taban yalıtımı için ideal olmasını sağlamıştır.

Los Angeles City Hall: 1926 yapım tarihli bina, karma taşıyıcı sistem tipine sahip ve 32 katlıdır. Bina hibrid sistem kullanımının ilk örneklerindendir. Binanın sismik rehabilitasyonu, ilave perde duvarlar ve viskoz damperler ile birlikte taban yalıtımından oluşmaktadır. Üst yapıya iletilen enerjiyi azaltmak için temel seviyesinde sismik taban yalıtım sistemleri kullanılırken ek olarak binanın büyük darbeli zemin hareketlerine tepkisini azaltmak için yalıtım düzlemine viskoz damperler yerleştirilmiştir. Kuledeki kamçılama etkisini azaltmak için 24. ve 25. katlar arasında yine aynı tip viskoz damperler kullanılmıştır (12). 

Bina, üç ana yapısal bölüme sahip olarak tanımlanabilir: “podyum” (bodrum katlardan 2. kata kadar), “orta katlar” (3-9. katlar arası) ve “kule” (10. kattan piramidin tepe noktasına kadar). Kulenin yapısal çerçevesi, 10. katın altından, bina temeline kadar uzanır. Benzer şekilde, orta yükseklikteki çerçeve, 3. katın altından podyum boyunca temel seviyesine kadar uzanır. Yatayda genişleyen form taban yalıtımı için uygun olurken, yükselen kulede ilave perdelerle birlikte kullanılan viskoz sönümleyiciler binanın sismik iyileştirilmesinde etkili olmuştur.

The Basilica of Saint Francis in Assisi: 13. yüzyıl (1227) yapım tarihli yapı, yığma taşıyıcı sistem tipine sahiptir. Yapı gördüğü birçok deprem etkisi ile hasarlar almış ve 1950’de çatısı betonarme ekle güçlendirilmiştir. SMAD (Shape Memory Alloy Devices) enerji sönümleyiciler, çatı kotunda bu betonarme ek ve mevcut dış yığma duvarı birbirine bağlayacak şekilde yapı boyunca yerleştirilmiştir (Şekil 8). Bir diğer kullanılan tip olan STU (Shock Transmission Unit) enerji sönümleyiciler, bazilikanın çevresi boyunca orta yükseklikte yerleştirilen çelik bir kafes kirişin farklı parçalarını bağlamak için kullanılmıştır (Şekil 9).

The Cathedral of San Feliciano in Foligno: 12. yüzyıl (1133) yapım tarihli yığma yapı orijinal ön cephesi, 1904’te mozaik eklenerek yenilenmiştir. 1997 depremi sırasında, Foligno Katedrali, tonozlarda 8cm yatay yer değiştirme ile cephenin ayrılması da dahil olmak üzere ağır hasar görmüştür. Cephe duvarının ayrılmasının ve çatı ile bağlantısının iyileştirilmesi, böylece cephenin devrilmesine ilişkin güvenlik seviyesinin artırılması için 9 adet SMAD enerji sönümleyici cihaz cephe ile çatı arasına yerleştirilmiştir (Şekil 10) (16). Bu sayede yapının ön cephesi için bölgesel bir iyileştirme sağlanmıştır.

Değerlendirme ve Sonuç

Çalışmada mevcut yapılarda sismik taban yalıtım sistemleri, enerji sönümleyici sistemler ve hibrid sistemler ve bu sistemlerin uygulandığı örnekler irdelenmiştir. Çalışmadaki İtalya örnekleri, tarihsel geçmişleri, çeşitli depremlere maruz kalmaları sebebiyle hassas yapılar olmaları, hassas bezeme ve süslemelerin bol olması ve yığma taşıyıcı özellikli yapılar olması nedeniyle ülkemiz tarihi yapılarıyla benzer özellik göstermektedir. Ayrıca İtalya örneklerinde anıtların korunması konusundaki sıkı yaklaşım ülkemiz kültürel varlıkları koruma kurallarının özelliklerine benzerlik gösterir. Bu örneklerde taban yalıtımından ziyade enerji sönümleyiciler çözüm olarak görülmüştür. Dolayısıyla İtalya örneklerinden yola çıkarak tarihsel geçmişi fazla olan tarihi yığma yapılarımızın restore edilmiş ya da restore edilmesi planlanan çatı gibi üst kotlarına yerleştirilecek enerji sönümleyiciler ile kısmi ya da bütünsel şekilde depreme karşı iyileştirme sağlanabilir. ABD ve Yeni Zelanda örneklerinden yola çıkarak yapısal olarak daha iyi performans gösteren tarihi yığma binalarımızda taban yalıtımı uygulanarak yapısal ve mimari elemanlar korunarak depreme karşı iyileştirme sağlanabilir. Örneklerini ülkemizde hastane binalarında gördüğümüz taban yalıtımı ile iyileştirme, kültürel ve mimari değerlerinin yüksek olduğu tarihi yığma yapılarımız için de şüphesiz uygulanabilir. 

Kaynaklar

1.Kelly, J.,(2001). The Installation of a Seismic Isolation System For Building Retrofit. BAI in Civil, Structural and Environmental Engineering. University of Dublin, Trinity College, 2000.

2.Indirli, M. ve Martelli, A.,(2009). Innovative protection of cultural heritage and urban habitats against earthquakes and other natural disasters. Cultural Heritage Congress, Science and Technology. Cairo, Egypt.

3.Url-1Erişim tarihi:04.08.2021.

4.Url-2Erişim tarihi:04.08.2021.

5.Bailey, J. ve Allen, E.,(1988). Seismic Isolation Retrofitting: Salt Lake City and County Building. The Journal of Preservation Technology, 20(2):32-44.

6.By Anoop S. Mokha; Navinchandra Amin, Michael C. Constantinou ve Victor Zayas, Members ASCE,(1996). Seismic Isolation Retrofit Of Large Historic Building. Journal of Structural Engineering, 122(3):298-308.

7.Url-3 Erişim tarihi:04.08.2021.

8.Url-4Erişim tarihi:04.08.2021.

9.Honeck, W. ve Walters, M.(1994). Use of Steel in the Seismic Retrofit of Historic Oakland City Hall.  Structural Steel Educational Council.

10.Url-5Erişim tarihi:04.08.2021.

11.Url-6Erişim tarihi:04.08.2021.

12.Youssef, N.(2001). Viscous dampers at multiple levels for the historic preservation of Los Angeles City Hall. The Structural Design of Tall Buildings, 10:339–350.

13.Url-7Erişim tarihi : 04.08.2021.

14. Url-8< https://www.flickr.com/photos/7294653@N07/2552266015/>Erişim tarihi:04.08.2021.

15.Url-9Erişim tarihi:28.07.2021.

16. Castellano, M. ve Infanti, S.(2005). Seismic protection of monuments by shape memory alloy devices and shock transmitters. Structural Analysis of Historical Constructions – Modena, Lourenço & Roca (eds) Taylor & Francis Group, London.

17.Url-10Erişim tarihi:04.08.2021.

18.Url-11Erişim tarihi:04.08.2021.

19.Url-12Erişim tarihi:04.08.2021.

20.Url-13Erişim tarihi:04.08.2021.