Geçmişten Geleceğe Kinematik Sismik İzolasyon Sistemi

5000 Yıllık Geçmişten Geleceğe Mühendislik Mirası: Kinematik Sismik İzolasyon Sistemleri (KSİ) ile 6 Şubat Benzeri Depremlere Dayanıklı Şehirler İnşa Etmek Artık Hayal Değil!

Giriş

6 Şubat 2023’te yaşadığımız depremler, ülkemizin deprem gerçeğini bir kez daha acı bir şekilde hatırlattı. Ancak, mühendislik ve teknolojideki gelişmeler sayesinde, artık bu tür yıkıcı depremlerin etkilerini en aza indirmek mümkün. Kinematik Sismik İzolasyon (KSİ) sistemleri, 5000 yıllık bir gelişim sürecinin ürünü olarak 6 Şubat benzeri depremlerde yapıların ayakta kalmasını sağlıyor.

Kinematik Sismik İzolasyon Sistemleri, akademik dünyada ve literatürde iyi bilinen pasif kontrol kategorisi altında tanımlı bir sismik izolasyon sistemidir. Rocking Column (Sallanan Kolon), Dönen Kolon ya da Sallanan Kolon adıyla da bilinen bu sistem, deprem enerjisini yapıdan uzaklaştırarak yapıların güvenliğini sağlıyor. 

Geçmişin yıkıcı depremlerinden ayakta kalan yapıları inceleyerek ders alan insanoğlu, betonu ve çeliği geleceğe yeni jenerasyon KSİ - Kinematik Sismik İzolasyon Sistemi ile taşıdı. 6 Şubat depremleri gibi 1000 yılın en yıkıcı ve zarar veren depremlerinde zarar görmeyecek yapıları, artık ülkemizin tüm deprem bölgelerinde KSİ ile inşa etmek mümkün.

---

KSİ Sistemlerinin 5000 yıllık Tarihsel Gelişimi 

KSİ sistemleri, insanoğlunun 5000 yıllık mühendislik mirasıdır. Antik çağlardan günümüze kadar farklı medeniyetler tarafından geliştirilen bu sistemler, depremlerin yıkıcı etkilerine karşı yapıları korumak için kullanılmıştır. İşte KSİ sistemlerinin tarihte ilk kullanıldığı örnekler:

• Eski Yunan ve Roma Uygarlıkları: Antik sallanan sütunlar, deprem enerjisini absorbe ederek yapıların ayakta kalmasını sağlıyordu.
• Mısır ve Pers Uygarlıkları: Devasa dikilitaşlar ve sütunlar, deprem sırasında esnek davranış göstererek yıkılmalarını önlüyordu.
• Hint ve Çin Uygarlıkları: Tapınaklar ve anıtsal yapılar, sismik izolasyon prensipleriyle inşa edilmişti.
• Japonya’daki Pagoda Yapıları: Pagodaların birinci katındaki esnek kolonlar, deprem sırasında yapının sallanarak enerjiyi dağıtmasını sağlıyordu.

 

                  

Figure 20 ve Figure 3: Self-centering-seismic-resistant-structures-historical-overview-and-state-of-the-art, Chiyun Zhong, M.EERI , and Constantin Christopoulos. 

Çalışmayı buradan inceleyebilirsiniz, https://disk.yandex.ru/i/t8z6ZW3wRzq-nA

 

---

Modern Dünyada KSİ Sistemlerinin Gelişim ve Öncü Ülkeler

KSİ sistemleri, depreme dayanıklı yapılar inşa etmek için giderek daha fazla tercih edilen bir çözüm haline geliyor. Özellikle yüksek katlı binalar, hastaneler, okullar ve diğer kritik yapılar için KSİ sistemleri, deprem riskini en aza indirmenin en etkili yollarından biridir. KSİ sistemlri hem yeni yapıların inşasında hem de mevcut binaların güçlendirilmesinde kullanılabilmektedir.

Günümüzde, KSİ sistemleri dünya çapında yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle deprem kuşağında yer alan ülkeler, bu sistemleri geliştirerek yapıların güvenliğini artırmayı hedeflemektedir. İşte dünyadan örnekler:

• Amerika Birleşik Devletleri: KSİ sistemleri ile ilgili ilk modern araştırmalar, 1885 yılında başlamıştır. Bu araştırmalar, tarih boyunca binlerce depreme karşı ayakta kalan yapıların sırrını çözmeyi amaçlıyordu. 1963 yılında, George W. Housner tarafından yazılan bir makale KSİ sistemlerinin sismik yükler altındaki davranışını anlamamızı bir adım öteye taşıdı.
• Rusya Federasyonu: 1970’li yıllarda ise Sovyetler Birliği, KSİ sistemlerinin teorik ve uygulamalı altyapısı Yuriy Cherepinskiy’in çalışmaları ile başladı. Ardından, gerçek ölçekli binalarda akademik denetimle araştırma projeler başlatıldı. Gerçek ölçeklerde pek çok deney binası KSİ sistemleri kullanılarak yapıldı. Gerçek ölçekli (1/1) binalarda yapılan sismik patlama-serbest salınım ve deplasman testleri, KSİ sistemlerinin etkinliğini kanıtladı ve bu sistemler, ülkenin inşaat şartnamelerine girdi. Özellikle Rusya Federasyonu, Kazakistan ve Özbekistan’da yaygın olarak uygulanmaya başlandı. KSİ sistemleri günümüzde Rusya Federasyonunda geliştirilerek uygulanmaya devam etmektedir. Rusya Federasyonu deprem yörelerinde 3-33 katlı, 100 metre yüksekliğinde konut binalarında KSİ sistemleri kullanılmaktadır, 160 m yüksekliğindeki gökdelenlerin yapımı için proje çalışmaları devam etmektedir
• Yeni Zelanda: Deprem mühendisliği alanında öncü ülkelerden biri olan Yeni Zelanda KSİ sistemlerini geliştirmeye devam ediyor. Yeni Zelanda köprüler ve viyadük ayaklarında KSİ sistemlerinin kullanımı konusunda çalışmalara öncelik vermiştir.

• Japonya: Pagoda yapılarından esinlenerek geliştirilen KSİ sistemleri, yüksek katlı binalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. 
• İsviçre, Yunanistan ve İtalya: KSİ sistemlerinin güçlü yönlerini gören bu ülkeler, araştırma ve geliştirme çalışmalarına devam etmektedir.

 

---

KSİ Sistemleri ile İlgili Yapılan Önemli Araştırmalar 

Amerika Birleşik Devletleri: George W. Housner’ın 1963 tarihli makalesi, KSİ sistemlerinin davranışını anlamamızı sağladı. 

Çalışmayı buradan inceleyebilirsiniz, https://authors.library.caltech.edu/47803/1/403.full.pdf

 

Rusya Federasyonu: Yuriy Cherepinskiy’in KSİ sistemlerinin Rusya Federasyonundaki uygulamalarını anlattığı SEISMIC ISOLATION OF BUILDINGS WITH APPLICATION OF THE KINEMATICS BASES başlıklı makale. Bu makale 2004 yılında Kanada da yapılan 13. Uluslararası Deprem Mühendisliği Kongresinde sunuldu.

Çalışmayı buradan inceleyebilirsiniz, https://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/13_2464.pdf

 

Türkiye Cumhuriyeti:

ODTÜ’de Dr. Javed ve Prof. Dr. Ahmet Türer KSİ sistemleri konusunda yaptıkları çalışma uluslararası teknik dergide yayınlandı. Makale Earthquake Remediation by Use of Rocking Columns – Finite Element Method Simulations konusunu inceliyor.                                                                     

Çalışmayı buradan inceleyebilirsiniz, https://disk.yandex.ru/i/oFW_-4BHrumDLw

 

Rusya Federayonunda KSİ Sistemi Kulanılan Yapılardaki Sismik Patlama-Serbest Salınım Testleri:

Çalışmayı buradan inceleyebilirsiniz,

https://disk.yandex.ru/d/p6aqZbwx4w9fZQ

https://disk.yandex.ru/i/YUVFnVGs5XIxWQ

KSİ Kinematik Sismik İzolasyon Sistemi ile yapılarda deprem takviye uygulamasınin anlatıldığı yazı:     “ Oynar başlıklı deprem kolonları ile bina takviyesi - Rusya Federasyonunda uygulanan model”  başlığı ile yayınlanan yazı Türk inşaat sektörüne KSİ sistemlerini ilk kez 2000 yılında tanıtmıştır.

Çalışmayı buradan inceleyebilirsiniz, https://disk.yandex.ru/i/qSYqnnEwDsDs5Q

 

KSİ sistem tanıtım dosyaları, dünyada KSİ sistemleri ile ilgili yapılan çalışmalar:

 

Çalışmayı buradan inceleyebilirsiniz,  https://disk.yandex.ru/d/fQQc4U5knX0bOg

 

---

Kinematik Sismik İzolasyon (KSİ) Sistemlerinin genel özellikleri: 

• KSİ sistemleri, yapıyı sismik kuvvetlere karşı esnek hale getirir ve deprem enerjisini sönümler. 

 

• KSİ sistemleri ile yüksek katlı binalar yapılabilir.

 

• KSİ sistemleri 3-33 katlı yüksek katlı betonarme yapılarda, 20 kata kadar prefabrik yapılarda, konutlarda, hastanelerde, okullarda, stratejik yapılarda kullanılabilir.

 

• KSİ sistemleri ile deprem güçlendirmeleri yukarıda linkte detayları verilen  uygulama yazısındaki benzer şartları sağladığı takdirde yapılabilir.

 

• KSİ sistemlerinin kendiliğinden merkezlenme özelliği vardır, dengeleyici kuvvet olarak binanın kendi ağırlığını kullanır, deprem sonrası yapı orijinal konumuna döner.

 

• KSİ sistemleri deprem enerjisini yapıya eşit dağıttığı için farklı kat ötelemeleri olmaz, deprem etkisi KSİ sismik kolonlarının yardımıyla  sönümlenirken temele dağıtılan yük deprem anında dahi eşit olur.

 

---

KSİ Sistemlerinin Çalışma Prensipleri

KSİ sistemleri, depremlerin yıkıcı etkilerini azaltmak için tasarlanmış yenilikçi bir mühendislik çözümüdür. Bu sistemler, yapıları deprem sırasında esnek hale getirerek enerjiyi emer ve yapı ile zemin arasındaki hareketi kontrol eder. İşte KSİ sistemlerinin temel çalışma prensipleri:

1. Esneklik ve Deprem Enerjisini Emme Kabiliyeti:
   • KSİ sistemleri, yapıyı sismik kuvvetlere karşı esnek hale getirir.
   • Deprem enerjisini sönümleyerek yapının hasar görmesini engeller.
2. Hareketin Kontrolü:
   • Yapı ile zemin arasındaki hareketi kontrol eder.
   • Deprem sırasında yapının stabil kalmasını sağlar.
3. Enerji ve Yüklerin Eşit Dağılımı:
   • Deprem enerjisini yapının üst kısmına eşit olarak dağıtır.
   • Enerji konsantrasyonunu azaltarak yapıda hasar oluşmasını önler.

 

---

KSİ Sistemlerinin En Önemli Avantajları

• KSİ 6 Şubat benzeri 1000 yılın büyük deprem fırtınalarında yapıları kesintisiz kullanım standardı ile korur. Deprem enerjisini sönümleyerek yapının zarar görmesini engeller, depremden sonra KSİ sisteminin değiştirilmesi gerekmez.
• KSİ  yapı ile zemin arasındaki hareketi kontrol eder, yapıya zarar vermeden yüksek deplasman yapma kapasitesi vardır, KSİ sismik kolonlarının çapının % 70 i kadar deplasman yapabilir.
• KSİ  ekonomiktir, uygulaması kolaydır, geleneksel inşaat yöntemlerine göre zaman, malzeme ve işçilik tasarrufu sağlar.
• KSİ  %100 yerel kaynaklarla üretilen beton, donatı, çelik levha ve çelik boru kullanılarak üretilir.

 

 

---

KSİ-Kinematik Sismik İzolasyon Sisteminin güçlü yönleri:

KSİ-Kinematik Sismik İzolasyon Sistemleri, depreme dayanıklı yapılar inşa etmek için birçok avantaj sunar. Bu sistemler, hem yapıların güvenliğini artırır hem de inşaat süreçlerinde zaman ve maliyet tasarrufu sağlar. İşte KSİ sistemlerinin en önemli güçlü yönleri:

1. Deprem Enerjisini Etkili Bir Şekilde Sönümler

• KSİ sistemi, yapının izole edilen kısmında PGA (Peak Ground Acceleration) değerini 0,08 g seviyesinin altına düşürerek, yapının deprem sırasında hasar almasını engeller.
• Deprem anında  kesintisiz yapı kullanım imkânı sağlar.
• Sismik enerjiyi yüksek kapasitede sönümler ve yapıyı korur.

 

2. Hızlı ve Güvenilir Koruma Sağlar

• KSİ sistemleri, deprem sırasında yapının 15-20 saniye içinde taşıma kapasitesini kaybetmeden deprem enerjisini sönümler ve yapının yeni depremlere hazır hale gelmesini sağlar.
• 6 Şubat depremleri gibi sismik fırtınalarda yapıyı korur.

 

3. Yapı Hareketini Kontrol Eder ve Yükleri Eşit Dağıtır

• Dinamik yükler altında yapının hareketini kontrol eder.
• Sismik yüklerin yapıya ve temele eşit dağıtılmasını sağlar.

 

4. Geniş Kullanım Alanı ve Uygulanabilirlik

• Her türlü yapıda kullanılabilir: Konutlar, ofisler, hastaneler, okullar, alışveriş merkezleri ve yüksek katlı binalar.
• Mevcut yapılarda güçlendirme yapılabilir.
• Betonarme, prefabrik ve yığma binalarda kullanılabilir.
• Rusya Federasyonu’nda 3-33 katlı binalarda başarıyla uygulanmaktadır.

 

5. Ekonomik ve Pratik Çözümler Sunar

• Kolay uygulanabilir ve geleneksel inşaat yöntemlerine göre zaman, malzeme ve işçilik tasarrufu sağlar.
• Kaba inşaat maliyetini düşürür: Sismik yükler izole edildiği için betonarme kesitleri, beton miktarı ve çelik donatı azalır.
• Bakım maliyetleri düşüktür: Metal yüzeylerin boya bakımı dışında özel bir bakım gerektirmez.

 

6. Yüksek Dayanıklılık ve Uzun Ömür

• KSİ Sismik İzolasyon Sisteminin çalışma süresi, binanın işletim ömründen çok daha uzundur.
• Bilimsel denetim altında gerçek deplasman ve sismik patlama-serbest salınım testleri yapılarak, yapıların depreme dayanıklılığı kanıtlanabilir ve depreme dayanıklılık sertifikası verilebilir.

 

7. Esnek ve Uyumlu Tasarım

• Rüzgar yüklerinde hemen açılmaz: 25-50 cm/sn² kadar deprem şiddetinde yapı, yekpare bir sistem olarak çalışır.
• Salınım frekansı değişir: Genlik küçükse salınım frekansı yüksek, genlik büyükse salınım frekansı düşüktür.
• Geri yükleme kuvvetleri, tabana göre yer değiştirmeye doğrusal olmayan bir bağımlılık gösterir.

 

8. Yerel Üretim ve Ekonomiye Katkı

• KSİ sistemleri, %100 yerli malzemelerle (çelik donatı, çelik boru ve beton) üretilebilir.
• Mevcut çelik konstrüksiyon ve prefabrik malzeme üreten fabrikalarda kısa sürede üretilebilir.
• Türkiye'nin ihtiyacı olan büyük miktarda KSİ sistemi yerel kaynaklarla hızlı üretilebilir.

 

9. KSİ sisteminin yerleştiridiği temel üzerindeki bodrum katlarda kolon çapının dışındaki alana ihtiyaç duymaz, bodrum katın inşaat kullanım alanında azalma olmaz. KSİ sistemleri ile 3 bodrum kat yapılabilir.

 

10.Sismik kolonların optimum yüksekliği (2,5-6 metre), temel üzerindeki ilk bodrum katta otopark,  

     teknik kat, üretim alanı, depo gibi farklı kullanım alanlarına imkan sağlar.

11. KSİ-Kinematik Sismik İzolasyon Sistemleri, rezonans etkisini tamamen ortadan kaldırarak yapıların           deprem sırasında güvenliğini artırır.

---

      

                                           

                      

 

                                         

 

 

---

Kinematik Sismik İzolasyon Sisteminin bileşenleri:

                   

1-ALT BAŞLIK                       2-SİSMİK İZOLASYON KOLONU                            3-ÜST BAŞLIK

 

• KSİ - Kinematik Sismik İzolasyon Sistem test videosu:                                                                                                           Çalışmayı buradan inceleyebilirsiniz, https://disk.yandex.ru/i/F9WxeD9FDmrD3g

 

• Shaking table tests of a resilient bridge system with precast reinforced concrete columns equipped with springs / 1 Seismic Design and Analysis, Institute of Structural Engineering, ETH Zurich, Zürich, Switzerland 2 Laboratory for Earthquake Engineering, National Technical University of Athens, Athens, Greece 3 Laboratory  of Reinforced Concrete, National Technical University of Athens. Çalışmayı buradan inceleyebilirsiniz, https://vassiliou.ibk.ethz.ch/research/research-and-thesis-projects/negative-stiffness-bridges.html https://youtu.be/4QIJAa96Pnw

 

---

Rusya Federayonunda KSİ Sistemi Kullanılan  Yapılardaki Sismik Patlama-Serbest Salınım Testleri:

Çeçenistan'ın başkenti Grozni de 100 m yüksekliğinde 3 adet konut kulesinde KSİ Kinematik Sismik İzolasyon sistemi kullanılmıştır. Kule 5.,10. ve15.kattayken KSİ sismik patlama-serbest salınım ve deplasman testleri akademik denetimle yapılmıştır.

KSİ Sismik patlama-serbest salınım ve deplasman testi şöyle yapılmaktadır: Yapının bodrum katından sismik kolonlar krikolar yardımıyla ötelenir ve ani yük boşaltma yapılarak deprem sırasında oluşabilecek yapı davranışı incelenir,  deplasmanlar gerçek bina ölçeğinde test edilmiş olur, yapının sismik sönümleme kapasitesi akademik denetimle belgelenir, yapıya sertifika verilir.

                  

 

Rusya Federayonunda KSİ Sistemi Kullanılan Yapılardaki Sismik Patlama-Serbest Salınım Testleri: Çalışmayı buradan inceleyebilirsiniz, 

https://disk.yandex.ru/d/p6aqZbwx4w9fZQ

https://disk.yandex.ru/i/YUVFnVGs5XIxWQ

 

KSİ sistem tanıtım dosyaları, dünyada KSİ sistemleri ile ilgili yapılan çalışmalar:

 

Çalışmayı buradan inceleyebilirsiniz, https://disk.yandex.ru/d/fQQc4U5knX0bOg

 

---

Türkiye'de Sismik İzolatör Kullanımının Durumu:

Türkiye'de sismik izolatör sistemleri, özellikle 1999 Marmara Depreminden sonra daha fazla önem kazanmıştır. Son yıllarda, deprem yönetmeliklerinin güncellenmesi ve mühendislik bilincinin artmasıyla birlikte, sismik izolatör sistemlerinin kullanımı yaygınlaşmaktadır. Özellikle hastaneler, okullar, köprüler ve yüksek katlı binalarda bu sistemler tercih edilmektedir.

Türkiye'de depreme dayanıklı yapılar inşa etmek için çeşitli sismik izolatör sistemleri kullanılmaktadır. Bu sistemler, yapıların deprem sırasında güvenliğini artırmak ve hasarı en aza indirmek için tasarlanmıştır. Şu anda Türkiye'de ağırlıklı olarak kullanılan sismik izolatör sistemleri şunlardır:

1.Kauçuk Tabanlı İzolatörler (Elastomerik İzolatörler)

2. Sürtünmeli Sarkaç İzolatörler (Friction Pendulum Systems - FPS)

3. Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatörler (Lead Rubber Bearings - LRB)

4. Hidrolik Sönümleyiciler (Damperler)

5. Kauçuk-Metal Kompozit İzolatörler

 

---

Sonuç: 5000 Yıllık Mühendislik Mirası ile Geleceği İnşa Etmek

Türkiye'de kullanılan sismik izolatör sistemleri, deprem riskini azaltmak ve yapıların güvenliğini artırmak için büyük bir öneme sahiptir. Ancak, insanoğlunun 5000 yıllık mühendislik mirası olan Kinematik Sismik İzolasyon (KSİ) Sistemleri, ne yazık ki ülkemizde yeterince bilinmemekte ve yönetmeliklerimizde henüz yer almamaktadır.

Bu yazıda, KSİ sistemlerinin tarihsel gelişimini, çalışma prensiplerini ve modern dünyadaki uygulamalarını detaylı bir şekilde inceledik. KSİ sistemleri 6 Şubat benzeri depremlerde yapıların ayakta kalmasını sağlayacak güce sahiptir. Bu sistemlerle, depreme dayanıklı şehirler inşa etmek artık bir hayal değil, mümkün bir gerçektir.

Ancak, bu hedefe ulaşmak için hepimizin ortak bir çaba göstermesi gerekiyor. Üniversitelerimiz, devletimizin yetkili kurumları, belediyelerimiz, inşaat sektörü ve halkımız, KSİ sistemlerini tanımalı ve bu teknolojinin yaygınlaştırılması için adımlar atılmalıdır.

Siz değerli okurlarımızla, insanlık tarihinin 5000 yıllık mühendislik mirası olan Kinematik Sismik İzolasyon (KSİ) Sistemlerini paylaştık. Şimdi sıra, bu bilgiyi harekete geçirmekte. KSİ sistemlerini yönetmeliklerimize sokup uygulama yolunu açarak, 6 Şubat benzeri depremlere dayanıklı şehirler inşa edebiliriz.

Deprem gerçeğiyle yaşayan bir ülke olarak, geleceğimizi güvence altına almak için bugünden harekete geçmeliyiz. KSİ sistemleri geleceği inşa etmek için bize güçlü bir araç sunuyor. Haydi, bu fırsatı birlikte değerlendirelim ve depreme dayanıklı şehirler için el ele verelim!

---

KSİ Sistemlerinin Türkiye İçin Önemi

5000 yıl önce bulunan Kinematik Sismik İzolasyon Sistemleri, dünyanın teknolojide öncü devletleri tarafından büyük araştırma bütçeleriyle geliştirilmiştir. Yeni jenerasyon KSİ sistemleri, beton, donatı, çelik levha ve çelik borudan % 100 yerli malzemelerle üretilmektedir. KSİ sistemleri mevcut çelik konstrüksiyon fabrikalarında hiçbir yurt dışı girdisine ihtiyaç duyulmadan, tamamen yerli kaynaklarla ve süratle tüm Türkiye'nin ihtiyaç duyduğu miktarlarda ekonomik olarak üretilebilir..

 

Harekete Geçme Zamanı!

Üniversitelerimiz ve Devlet Kurumları: KSİ sistemlerinin yönetmeliklere girmesi için gerekli akademik ve teknik çalışmaları başlatmalıdır.

İnşaat Sektörü: KSİ sistemlerini projelerinde kullanarak, depreme dayanıklı yapılar inşa etmelidir.

Halkımız: Depreme dayanıklı yapılar konusunda bilinçlenmeli ve KSİ sistemlerinin yaygınlaştırılması için destek vermelidir.

KSİ-Kinematik Sismik İzolasyon Sistemleri, yönetmeliklerimize girdiği anda, 6 Şubat depremlerindeki gibi deprem fırtınalarında dahi yıkılmayacak yapıları ve şehirleri inşa etmek için çok büyük ve tarihi bir adım atmış olacağız.

 

---

Son Söz

5000 yıllık mühendislik mirası olan KSİ sistemleri, Türkiye'nin deprem gerçeğiyle mücadelesinde bize güçlü bir araç sunuyor. 

Bu fırsatı değerlendirerek, gelecek nesillere daha güvenli ve dayanıklı şehirler bırakabiliriz. 

KSİ sistemleri, Türkiye inşaat sektörüne ve en önemlisi, depremlerde zarar görme kaygısıyla yaşayan milyonlarca insana büyük faydalar sağlayacaktır. Bu nedenle üniversitelerimiz, devlet kurumlarının, inşaat sektörünün tüm bileşenlerinin ve halkımızın bu sistemlere gereken önemi vermesi sağlanmalıdır

 

---

Argun Koçulu

KSİ İnşaat Sanayi Ticaret Ltd. Şti. Kurucu Ortağı, 

 

---