İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI ANKARA ŞUBESİ

... konulu sunumlar: "İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI ANKARA ŞUBESİ"— Sunum transkripti:

1 İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI ANKARA ŞUBESİ
DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMI, YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞI ve GÜÇLENDİRME NEJAT BAYÜLKE İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI ANKARA ŞUBESİ 27 Mayıs 2008

2 DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMI
27 MAYIS 2008 ANKARA

3 Depreme Dayanıklı Taşıyıcı Sistem Tasarımı
XX yüzyıl başında Japonya’da ilk kez yanal deprem yükü C = 0.10 W, alınır. Japonya’da 1923’de Kanto (Tokyo Ovası) Depremi. C=0.10 W ile tasarlanmış yapılarda deprem hasarı çok az. C=0.10 W yaklaşımı kabul edilir. Deprem yükü, deprem kuvvetli yer hareketi ilk kez 1933’de ABD’de ölçülür…

4 DEPREM KUVVETLİ YER HAREKETİ İVMESİ VE TASARIM YATAY YÜKÜ
Depremde ölçülen ivmeler hep tasarım yatay yükünden kat kat büyüktür… 400 cm/sn2 gibi bir ivme yapıya gelen yatay yük F=m a = (W/g) (a) =400 /981 W =0.408 W demektir.

5 Depremde yapılara gelen yükler
Şiddetli Deprem yer hareketi ivmesi (a) uç değeri tasarımda kullanılan C= 0.10 a/g ‘den kat kat büyük ölçülür... Yanıt Spektrumu : Periyodu T ve sönüm oranı (kritik sönümün %’si) ξ olan yapıda deprem yer hareketi ivmesinin yaptığı en büyük ötelenme, hız ve ivmesi.

6 DEPREM YER HAREKETİ İVME SPEKTRUMU

7 DEPREM YER HAREKETİ İVME SPEKTRUMU

8 ELASTOPLASTİK DAVRANIŞ
DEPREM DE TASARIM YÜKÜNÜ AŞAN BOYUTTA YER İVMESİ OLURSA YAPI YA DA YAPI ELEMANI NASIL DAVRANIR?

9 ELASTOPLASTİK DAVRANIŞ

10 TASARIM YÜKÜ-DEPREM DAVRANIŞI

11 TASARIM YÜKÜ-DEPREM DAVRANIŞI
Fd = tasarım yükü (C= gibi) Fy=Akma yükü x Fd Fu= Yapıda “tam” elastik davranış (hiç hasarsız) için gereken dayanım Spektrumdan bulunan elastik yük Fu/Fd = R katsayısı

12 TASARIM YÜKÜ-DEPREM DAVRANIŞI
Fd = tasarım yükü (C= gibi) Fy=Akma yükü x Fd Fu= Yapının elastik davranması (hiç hasarsız) için gereken olması gereken dayanım ya da Spektrumdan bulunan elastik yük ya da yük katsayısı Süneklik m= um / uy

13 TASARIMA GEÇİŞ Yapı elastoplastik davranır Çatlar, k-yay katsayısı küçülür, Daha esnek yapı Daha uzun periyotlu T=2π√m/k Yapının sünekliği vardır

14 TASARIMA GEÇİŞ Yapının sünekliği (R) vardır Bu “R” katsayısı ile elastik spektrum küçültülür Yapıdaki “hafif” hasar da Sönümü büyütür Sönüm de deprem yükünü azaltır

15 TASARIM SPEKTRUMU

16 MAFSALLAŞMA İLE DEPREM ENERJİSİ TÜKETME
Şiddetli depremde plastik mafsallaşma İle enerji tüketimi

17 MAFSALLAŞMA İLE DEPREM ENERJİSİ TÜKETİMİ

18 MAFSALLAŞMA İLE ENERJİ TÜKETİMİ

19 MAFSALLAŞMA İLE ENERJİ TÜKETİMİ

20 Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımının özeti
YAPI AĞIRLIĞININ % 10-15’i KADAR YATAY YÜKÜ (SIK OLAN HAFİF VE ORTA ŞİDDETLİ DEPREMLERE KARŞI) ELASTİK OLARAK TAŞIYAN EN KESİT VE DONATI Yapıda “hafif ve orta şiddetli” depremlerde “mimari hasar”ı ÖNLEYECEK “TASARIM YATAY YÜKÜ”.

21 Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımının özeti
Şiddetli depremde elastoplastik deformasyon (kalıcı hasar, çatlak) ile enerji tüketimi = sünek davranış “Sünek davranış” için gereken ayrıntıların sağlanması “Sünek davranış” ayrıntıları deprem tehlike bölge derecesinden bağımsızdır. Deprem bölgeleri arasındaki tasarım farkı?

22 SÜNEK DAVRANIŞ İÇİN GEREKEN AYRINTILAR
Etriye sıklaştırması Moment kırılmasından önce kesme kırılması olmasının önlenmesi: V= (Mik +Mjk) / l Minimum boyuna donatı miktarı Boyuna donatıların ankraj ve bindirme boylarının yeterli olması Kolon eksenel yükü < 0.5 Ac X fck En küçük eleman en kesit boyut kısıtlamaları

23 Süneklik için gereken koşullar
Düğüm noktasında Σkolonların moment taşıma gücü > Σkirişlerin moment taşıma gücü Kırılmanın daha sünek olan kirişlerde olması için

24 Süneklik için gereken koşullar
Yönetmelik güçlendirme bölümündeki küçük “r” katsayıları Kirişlerde “kayma dayanımına” Kolonlarda “eksenel yük düzeyine” bağlıdır.

25 “AŞIRI SÜNEK KOLON” 1971 SAN FERNANDO KALİFORNİYA DEPREMİ
SPİRALLİ KOLON 1.00 METRE KADAR ÖTELENMİŞ YAPI YIKILMAMIŞ CAN KAYBI YOK ANCAK ONARILAMAZ DÜZEYDE HASARLI YIKTIRILMIŞ

26 Sünek davranışın kısıtlanması gerek
Yapının deprem hesap yükleri altındaki yatay ötelenmesinin kısıtlanması Bu dolaylı olarak “perde duvarlı” yapı tasarımını gerektirir.

27 YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞI
27 MAYIS 2008 İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI ANKARA ŞUBESİ

28 DAVRANIŞ BELİRLEMEK İnşaat mühendisliğinin en güncel konularından biri DEPREM yükleri altında yapı davranışını belirlemek, güçlendirme gereği açısından, Depremde hasarının nedenlerini açıklamak Yapı deprem davranışı kestirmek için gereken bilgiler?

29 Davranış belirlemek için gereken veriler
Malzemenin öz ağırlığı Beton ve çelik gerilme –birim deformasyon ilişkileri Eleman boyutları,beton basınç dayanımı, enine ve boyuna donatı miktarı ve dayanımı Betonda çatlak, donatıda paslanma düzeyi Düşey taşıyıcıların düşey yük düzeyi

30 Yapı deprem davranışı BETONARME Yapı Deprem Davranışını belirlemek için gerekenler: YAPININ BETON DAYANIMI DONATILARI Beton ve donatı durumunun dayanıma katkısı DİNAMİK ÖZELLİKLERİ YATAY YÜK DAYANIMI

31 Türkiye’de betonun özellikleri
Betonarme yapının dayanımı betonun dayanımı demektir. Beton dayanımı gerçeğe en yakın olarak belirlenmelidir.

32 Beton dayanımının özellikleri
En iyi yöntem karot alınıp preste kırmak Hiçbir zaman yeterli sayıda karot alınamıyor. Yapının tümü için geçerli tek bir dayanım bulmak zor İri agregalar, taşlar, betonun homojen ve izotropik (her yönde aynı mekanik özellikte) olmasını engelliyor

33 Beton dayanımının özellikleri
Hiçbir elemanda beton homojen ve izotropik değil Kolonda alt uçtaki beton üst uca göre %10 kadar daha yüksek dayanımda İyi sıkıştırılmadığı ve çok sulu olduğu için boşluk oranı yüksek betonun dayanımı düşük Dayanımı düşük boşluklu betonun birim ağırlığı ton/m3 değil

34 Beton dayanımının özellikleri
10-11 MPa betonun birim ağırlığı ton/m3 gibi İri taşlı betonların standart sapması yüksek: B160 sınıfı beton karot basınç dayanımı 90±30-45 kg/cm2 (1992 Erzincan ve 2003 Bingöl depremleri) Büyük standart sapma: betonda çok iri agrega, koca taşlar, var. Taşların yönüne bağlı olarak basınç dayanımında büyük standart sapma.

35 BETON BASINÇ DAYANIMI-BİRİM AĞIRLIK ARASINDAKİ İLİŞKİYE BİR ÖRNEK

36 ŞİMİT ÇEKİÇİ OKUMASI-BETON KAROT DAYANIMI İLİŞKİSİ

37 ŞİMİT ÇEKİÇİ OKUMASI-BETON KAROT DAYANIMI İLİŞKİSİ-2

38 Beton dayanımının özellikleri
Karakteristik basınç dayanımı= ortalama dayanım x dayanımda standart sapma yaklaşımı (TS-10465) ile = karakteristik beton dayanımı kg /cm2 alınmaktadır. katsayı az sayıda örnek alınmışsa 1.64’den de büyük: 1.88 gibi. Emniyet gerilmesi yöntemi ile tasarlanmış yapılarda beton gerilmesi bu değere çok yakın. Kırılma gerilmesine çok yakın gerilme altındaki beton sünme nedeni ile kısa bir süre sonra kırılır

39 Beton dayanımının özellikleri

40 Beton dayanımının özellikleri
Kendi ağırlığı ile yıkılmış yapı çok azdır: 1983 Diyarbakır Hicret,1985 Eskişehir Çavdar Apartmanı ve 2004 Konya Zümrüt Apartmanı Eğer yapı, düşey yükünü taşıyamıyorsa, yada düşey yüke karşı emniyet katsayısı 1.25’den az ise, İnşaat sırasında yada bittikten çok kısa bir süre sonra yıkılmaktadır.

41 Beton dayanımının Özellikleri
Düşey yüklerden dolayı çatlak: kirişte mesnete yakın yerlerde kesme çatlağı, açıklıkta eğilme çatlağı kolonda boyuna donatıda burkulma Kolonda düşey çatlak pek gözlenmiyor ya da çatlak görüldükten sonra yapı hızla yıkılıyor. TS göre belirlenmiş çok düşük basınç dayanımı gerçekten var olsa yapı çoktan yıkılmış olurdu Bu durum son “deprem yönetmeliğinde” değiştirildi. Dayanım= ortalama dayanım - standart sapma olarak alınıyor.

42 Beton dayanımının özellikleri
Düşük dayanımlı “iri taşlı” betonun özellikleri bilinmemektedir: İri taşlı betonda aderans var mıdır ? Kesme dayanımı nasıldır ? Mevcut yapıların değerlendirilmesinde ya da deprem hasar nedeninin belirlenmesinde yalnızca basınç dayanımını bilmek yeterli olmayabilir

43 Beton dayanımının özellikleri
Yapıdaki betonun elastisite modülü (E) ve çatlak düzeyini göstergesi olan (I) değerini gerçeğe yakın belirlemek için daha doğru bir yöntem: Yapının titreşimleri ölçülür. Titreşim kaydından Yapı periyodu (ölçülmüş) hesaplanır. Periyot analitik olarak hesaplanır. Analitik hesapta kullanılan EI gerçeğe yakın ise ölçüm ve hesap periyodu arasında fark önemsizdir. Gerçeğe yakın bulunmuş E değerinden bütün yapı için geçerli olan bir beton basınç dayanımına geçilebilir.

44 Beton dayanımının davranışa etkisi
Beton dayanımı yapının yatay yük taşıma düzeyine, C-katsayısına, ve R katsayısına etkili: Yatay yük taşıma düzeyi azalır; R katsayısı küçülür. Betonu çatlaklı yapıda yatay ötelenme daha büyüktür. E ve I daha küçük olduğu için Titreşim periyodu daha uzun. Ancak yapının sönümü de artar. Hafif ve Orta Şiddetli depremde MİMARİ HASAR

45 YAPIDAKİ DONATILAR Eleman dayanımını belirlemek için donatı miktar, çap ve yerinin belirlenmesi gerekiyor. Cihazlar yer ve donatı sayısını veriyor ama çapı veremiyor Kolon donatıları daha iyi belirlenirken kiriş mesnetindeki üst boyuna donatıların Miktarı Bindirme ve kenetlenme boyları Kalın beton örtüsü varsa yer ve çapı belirlenemiyor

46 Donatı dayanımı, sınıf dayanımından büyük ise Sınıf Dayanımı
YAPIDAKİ DONATILAR Kapsamlı inceleme (DBYBHY-2007) uyarınca en az 1 adet donatı çekilerek akma ve kopma dayanım ve birim uzamaları belirlenmeli, Donatı dayanımı, sınıf dayanımından büyük ise Sınıf Dayanımı Küçük ise toplam 3 örnek alınır ve en küçük olan dayanım kullanılır.

47 YAPIDAKİ DONATILAR Sünek davranış, R-katsayısı, donatı- beton kenetlenme boyuna, etriye aralığı doğrudan bağlıdır: Sık etriye ve yeterli uzunlukta kenetlenme boyu Etriye sıklaştırması kuralı 1968 deprem yönetmeliği ile başlar Etriye çapı 1975 yönetmeliğinden önce Φ6 mm çapında etriye kullanılıyordu

48 Donatı ve Beton durumuna göre olası yapı davranışı
Kolon boyuna donatı bindirme boyları çok az ve etriye sıklaştırması yok: Kolon uçlarında düşük moment taşıma gücü Donatılar daha kolay sıyrılabilir: R katsayısı daha küçük olur. Düşük moment kapasitesi ve dönme Kolon uçlarının mafsallaşması ile yıkılma mekanizması Sonuç Düşük yatay yük kapasitesi; C katsayısı küçük

49 Donatı ve beton durumuna göre olası yapı davranışı
Kiriş boyuna donatılarının düğüm noktasında ankraj boyu kısa Dış aks kolonlarında kiriş donatılarının ankraj boyunu sağlamak daha zor. Daha düşük moment taşıma gücü Kırılma kirişlerde. Elastik Yatay yük düzeyi C katsayısı düşük yapı. Ankraj boyu kısalığı R katsayısını azaltır.

50 Donatı ve beton durumuna göre olası yapı davranışına etkisi
Deprem hesabı olmayan yalnız düşey yüklere göre tasarlanmış yapılarda düşey yükler “derin” kirişlerle taşınıyorsa “kuvvetli kiriş-zayıf kolon “ durumu oluşur. Kırılma kolonlarda. Yatay yük düzeyi C katsayısı düşük yapı.

51 Donatı ve beton durumuna göre olası yapı davranışı
Etriye sıklaştırması yok, beton dayanımı düşük : Düşey yükler altında mesnetlere yakın yerlerde kesme çatakları Deprem açısından düşük kolon ve kiriş uç momenti taşıma gücü Yatay yük taşıma gücü, C-katsayısı daha küçük olur R katsayısı da düşer

52 Donatı ve beton durumuna göre olası yapı davranışı
Açıklık ortasında düşey çatlaklar: Kiriş boyuna donatıları gerekenden “eksik” konulmuş ve beton basınç dayanımı düşük Yatay yük taşıma gücü,C-katsayısı küçük

53 DOLGU DUVARIN DAVRANIŞA KATKISI
Dolgu duvarın dayanım düzeyi yapı yatay yük taşıma gücünü büyütebilir. Harç ve duvar blok dayanımı, duvarla dolu çerçeve açıklıklarının az ya da çok oluşu yatay yük dayanımını, C-katsayısını yükseltebilir.

54 DOLGU DUVARIN DAVRANIŞA KATKISI
Hesaplarda dikkate alınmasa da Dolgu duvarların betonarme yapının rijitliğine ve yatay ve düşey yük taşıma gücüne katkısı vardır.

55 DEPREM YÖNETMELİKLERİNE GÖRE R-KATSAYILARI
1968 öncesi Yönetmeliklere uyan ya da hiçbir deprem hesabı olmayan yapıların R katsayısı çok düşüktür en çok olabilir 1968 Yönetmeliğine göre yapıların R katsayısı < 4.0 ’den azdır 1975 Yönetmeliğine uyan yapılarda R ≥ 4.0 olabilir. 1998 Yönetmeliğine uyan yüksek sünek yapılarda ük R > 6-7 olabilir.

56 YAPILARIN DİNAMİK ÖZELLİKLERİ
Sönüm oranı ve Titreşim periyodu çatlaklar ve yatay yük düzeylerine bağlıdır 2003 Bingöl depreminden sonra Bayındırlık ve İskan İl müdürlüğü Binasında artçı depremlerin ivmeleri altında yapının salınımları kaydedildi ve kayıtlardan yapının titreşim periyodu ve sönüm oranı hesaplandı.

57 YAPILARIN DİNAMİK ÖZELLİKLERİ
Yapının periyodu gelen depremin ivmesine göre 0.45 sn ile 0.55 saniye arasında değişmektedir.

58 YAPILARIN DİNAMİK ÖZELLİKLERİ
Yapının sönüm oranı % 8 ile % 17 arasında değişmektedir.

59 YAPILARIN DİNAMİK ÖZELLİKLERİ
Ölçülen artçı deprem uç ivmeleri 5 cm/sn cm/ sn2 arasında: Yatay yük C = arasında Düşük yatay yük düzeylerinde yapıların dinamik özelliklerinde çok büyük değişiklik olmakta.

60 YAPILARIN DİNAMİK ÖZELLİKLERİ
Yapı dinamik özellikleri yük düzeyine bağlı olarak çok değişkendir. Sönüm ve periyottaki artış yapıya gelen deprem yüklerini önemli boyutta azaltır. Yatay yük artışı ile yapı zemin periyodu çakışması “rezonans” denilen olayı ortadan kaldırır.

61 FARKLI SÖNÜMLER İÇİN SPEKTRUM KATSAYISI 1NCİ SINIF ZEMİN

62 FARKLI SÖNÜMLER İÇİN SPEKTRUM KATSAYISI 2NCİ SINIF ZEMİN

63 FARKLI SÖNÜMLER İÇİN SPEKTRUM KATSAYISI 3NCÜ SINIF ZEMİN

64 FARKLI SÖNÜMLER İÇİN SPEKTRUM KATSAYISI 4NCÜ SINIF ZEMİN

65 ZEMİNLERLE İLGİLİ YANLIŞ İNANIŞLAR
Deprem hasarı üzerinde zeminin etkisi ?

66 ZEMİNLERİN ŞİDDETLİ DEPREMLERDE DAVRANIŞI
ZEMİN VE YAPI DEPREM HASARI ÜZERİNE “DOĞRU OLMAYAN İNANIŞLAR” “Zemin, Deprem ivmesini büyüttü, yapıya çok büyük deprem yükü geldi” “Zeminde Rezonans oldu: Zemin Hakim Periyodu ile Yapının Titreşim Periyodu Çakıştı = Yapıya Çok Büyük Yük Geldi”

67 ZEMİN BÜYÜTMESİ TANELİ ZEMİNLERDE
BÜYÜK GENLİKLİ YER HAREKETİ ZEMİNİN TAŞIMA GÜCÜNÜ AŞAMAZ: BÜYÜTME ORANI KÜÇÜLÜR - DÜŞÜK GENLİKLİ DEPREMLERDE GÖZLENEN ZEMİN BÜYÜTME ORANI ÇOK ŞİDDETLİ DEPREMDE OLUŞAMAZ - YAPININ SINIRLI YATAY YÜK TAŞIMA GÜCÜ NEDENİ İLE ZEMİN DEPREM HAREKETİNİ BÜYÜTSE DE YAPIYA GELEN LİMİT YATAY YÜK DEĞİŞMEZ - YAPIDA YETERLİ YATAY YÜK TAŞIMA GÜCÜ VE SÜNEKLİK VARSA DEPREME KARŞI KOYAR

68 KAYMA MODÜLÜNÜN KESME BİRİM DEFORMASYONU İLE DEĞİŞİMİ

69 1994 Northridge Depreminde Yumuşak ve Sert Zeminde Deprem Uç İvmesinin Uzaklık ile Değişimi

70 ZEMİN BÜYÜTMESİ VE YAPI DAYANIMI

71 “REZONANS OLAYI” HASARLI YAPI = PERİYOT DAHA UZUN, SÖNÜM DAHA BÜYÜK
DEPREMİN BAŞINDA EĞER BİR ZEMİN PERİYODU-YAPI PERİYODU ÇAKIŞMASI VARSA BİLE ORTADAN KALKABİLİR ZEMİNLER DE DOĞRUSAL ELASTİK DEĞİL DEPREM SIRASINDA ZEMİN PERİYODU DA DEĞİŞİR YAPININ VE ZEMİNİN DİNAMİK DAVRANIŞI DEPREM BOYUNCA ADIM ADIM İNCELENEREK REZONANS OLUP OLMADIĞINA KARAR VERİLEBİLİR

72 KISA PERİYOTLU (SERT) ZEMİN - KISA PERİYOTLU (ALÇAK) YAPI UZUN PERİYOTLU (YUMUŞAK) ZEMİN - UZUN PERİYOTLU (YÜKSEK)YAPI

73 REZONANS EĞRİSİ

74 YAPININ TABANDA DÖNME PERİYODUNUN DEPREMLERDE DEĞİŞİMİ

75 “REZONANS OLAYI” ZEMİN VE YAPI PERİYOT VE SÖNÜMÜNÜN DEPREMİN HER ANINDA DEĞİŞKEN OLMASI REZONANS OLAYINA İZİN VERMEZ. YAPI VE ZEMİN DOĞRUSAL ELASTİK DEĞİL. - ”ZEMİN BÜYÜTMESİ” YAPININ TAŞIYACAĞI YATAY YÜKÜN SINIRLI OLMASI NEDENİ İLE YAPI DAVRANIŞINDA ÖNEMLİ DEĞİLDİR. - ÖNEMLİ OLAN YAPININ SÜNEKLİĞİ, DEPREMİN SÜRESİ VE HİSTERESİS EĞRİSİNİN ÖZELLİKLERİDİR.

76 ZEMİNLERİN DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞI
ZEMİNDE BİRİM ŞEKİL DEĞİŞTİRME ε ε= (YER HAREKETİNİN HIZI) / (ORTAM KESME DALGASI HIZI) ε ≥ ZEMİNDE DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞ BAŞLAR ZEMİNLER GRUPLARI VE KESME DALGASI HIZLARI(ABYBHY-2007)ve doğrusal olmayan davranış için gereken deprem yer hızları: A M/SN ε= için Vdep=550cm/sn B M/SN ε= Vdep=360cm/sn C M/SN ε= Vdep=250cm/sn D < M/SN ε= Vdep=115cm/sn

77 ZEMİNLERİN DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞI
Bazı Türkiye depremlerinde ivme kaydından hesaplanmış yer hızları 1992 Erzincan (M=6.8) 74.3 ve 102 cm/sn 1995 Dinar (M=6.1) 17 Ağustos 1999 (M=7.4) Adapazarı

78 DEPREM İVME KAYITLARINDAN HESAPLANMIŞ YER HIZI UÇ DEĞERLERİ
Sinan Akkar ve Polat Gülkan (2002)“Marmara Denizi Depremlerinde Merkeze Yakın İvme Kayıtlarının Eleştirisel İncelenmesi” BSSA 92, 1 sayfa ,Şubat 2002 (İngilizce) En Büyük Yer Hızları (CM/SN) 17 Ağustos 1999 Adapazarı (3.2 km) 79.8 D-B DÜŞEY Yarımca (3.28 km) 84.7 D-B, 79.6 K-G 33.1 DÜŞEY İzmit D-B, 32.0 K-G, 14 DÜŞEY Gebze D-B, 45.6 K-G, 12.7 DÜŞEY Düzce D-B, 60.6 K-G, 17 DÜŞEY 12 Kasım 1999 Düzce D-B, 65.8 K-G, 28 DÜŞEY Bolu D-B, 58.3 K-G, 24.5 DÜŞEY Bu yer hızları büyük doğrusal olmayan zemin davranışı için küçük ”

79 ZEMİNLERİN DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞI
DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞ DEPREMİN MERKEZİNE ÇOK YAKIN YUMUŞAK, KESME HIZI DÜŞÜK ZEMİNLERDE OLUR. BELİRTİSİ YAMAÇ KAYMASI ZEMİNDE ÇEKME ÇATLAKLARI VE BASINÇ SIKIŞMALARI TEMEL HASARI SIVILAŞMA BU BELİRTİLER “ÇOK BÜYÜK” BOYUTTA DOĞRUSAL OLMAYAN ZEMİN DAVRANIŞI

80 ZEMİNLERİN DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞI
Orta ve düşük boyutta doğrusal olmayan zemin davranışı Ve zeminin derinliklerindeki doğrusal olmayan davranışın saptanması zordur: Yapıda etkisi de olmayabilir.

81 ZEMİNLERİN DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞI
1994 Northridge Depreminden gözlemler (Trifunac ve Todorovska “Doğrusal Olmayan Zemin Davranışı 1994 Northridge Kaliforniya Depremi” ASCE jour. Geotech. Engr. Vol122 No.9 Eylül 1996 sayfa (İngilizce)) Yer altı boru kırılmalarının olduğu yerlerde(uzun periyotlu zemin hareketi) yapı (1-2 katlı sn periyotlu ahşap) hasarı az Deprem Yer hızı cm/sn olduğu yerlerde yapı hasarı az boru patlaması çok Deprem Yer hareketi hızı 150 cm/sn’den yüksek çok sayıda boru patlaması ve yapılarda zemindeki doğrusal olmayan şekil değiştirmeler nedeni ile temellerdeki harekete bağlı üst yapı hasarı

82 ZEMİNLERİN DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞI
1994 Northridge Depreminden gözlemler ZEMİN BİRİM ŞEKİL DEĞİŞTİRMESİ ε<0.003 olan yerlerde yapı hasarı sınırlı: deprem enerjisi zeminde tüketildiği için yapıya gelen deprem yükü az. Hasar az ZEMİNDE BİRİM ŞEKİL DEĞİŞTİRME ε> zeminde çok büyük doğrusal olmayan hareket temellerden kaynaklanan üst yapı hasarı

83 ZEMİNLERİN DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞI SIVILAŞMIŞ ZEMİNDE DEPREM İVME KAYDI

84 ZEMİNLERİN DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞI SIVILAŞMIŞ ZEMİNDE DEPREM İVME KAYDI

85 ZEMİNLERİN DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞI
YUMUŞAK ZEMİN BİR TÜR TİTREŞİM YALITICISI ANCAK AŞIRI ŞEKİL DEĞİŞTİRME OLABİLİR 1923 KANTO DEPREMİNDE TOKYO İMPERYAL OTELİ ÖRNEĞİ: YAPI KAZIK TEMELLİ VE ÇOK YUMUŞAK ZEMİN ÜZERİNDE: YAPI HASARI ÇOK AZ ANCAK 60 CM OTURMA ZAMANLA 112 CM’YE YÜKSELEN OTURMA VE MİMARİ AÇIDAN “ESKİME” NEDENİ İLE 1968’DE YIKTIRILMIŞ.

86 17 AĞUSTOS 1999’DEPREMİNDE İSTANBUL AVCILAR’DA HASAR DAĞILIMI

87 17 AĞUSTOS 1999’DEPREMİNDE İSTANBUL AVCILAR’DA HASAR DAĞILIMI
Hasar dağılımı jeolojik formasyonlara göre bir değişim göstermiyor: Her zemin üzerinde her düzeyde hasarlı yapı var. Belli bir zeminde hasar yoğunlaşması yok: HASAR ZEMİNDEN BAĞIMSIZ

88 17 AĞUSTOS 1999’DEPREMİNDE İSTANBUL AVCILAR’DA HASAR DAĞILIMI
Hasar zeminden bağımsız ise Her Yapının kendi özelliklerine bağlıdır. Hasar yapının deprem dayanım düzeyine bağlı SONUÇ: “ZEMİN” YER BİLİMCİLERİN İDDİALARININ AKSİNE YAPI HASARINDA ÇOK ÖNEMLİ DEĞİL

89 GÜÇLENDİRME Bu bölüm Türkiye Mühendislik Haberleri sayı 444’de yayınlanmış “Betonarme Yapılarda Güçlendirme Sorunları” adlı makaleden alınmıştır.

90 Sakarya Hükümet Konağı
22 Temmuz 1967 Mudurnu Vadisi depreminde (M>7.0) ağır hasar görür. Depremin merkezinden 36 km uzaktadır. Güçlendirilir 17 Ağustos 1999 depreminde Hasar olmaz !

91 Erzincan Yatılı Bölge Okulu yatakhane Binası
18 Kasım 1983 depreminde (M= 5.0) hasar görür Bütün kolonları mantolanarak güçlendirilir 13 Mart 1992 Depreminde (M= 6.8) Hiçbir hasar yoktur

92 Güçlendirmenin bazı sorunları
Betonarme perde duvarla güçlendirme Betonarme Perde duvarın kolon ve kirişlere bağlanması Sünek davranış ? Kolonların mantolanması Perde duvarın davranışa etkisi Güçlendirme Perdelerinin temelleri

93 Perde duvarla Güçlendirme
Betonarme perde duvarla güçlendirme Yapının yatay yük dayanımını artırır Rijitliğini artırır yatay ötelenmeleri kısıtlar Yapı içindeki eşyaların hasarını önler Sünek davranış sağlamaz

94 Sünek davranış için gerekenler zaten yapıda yoktur
Ya da bitmiş bir yapıya süneklik eklenmesi olanak dışıdır. Dayanım artırılırsa sünekliğin artırılması güçtür Erzincan’dan 1983’de güçlendirilmiş kiriş örneği

95 SÜNEK DAVRANIŞ 1983 Depreminde (M=5.0) kirişlerinde “hasar” olmuş SÜMERBANK Erzincan İplik Fabrikasının (1954 yapımı) kirişleri çelik çerçeve içine alınarak rijitleştirilmiş 1992 Depreminde ise kolonlarda kiriş altında kesme kırılması olmuş.

96 SÜNEK DAVRANIŞ Kiriş, dayanımının artırılması için çelik kafes içine alınınca rijitlik büyümüş ve 1992 Depreminde (M=6.8) kolon uçlarında kesme kırılması. Kirişleri Çelik kafese almakla dayanım yanında rijitlik de artmıştır.

97 Güçlendirmenin bazı sorunları
Betonarme Perde duvarın kolon ve kirişlere bağlanması

98 Perde-çerçeve bağlantısı

99 Perde-çerçeve bağlantısı
Ankrajların taşıma gücü ne kadardır? Çekme dayanımı ve kesme dayanımı? Betonun basınç dayanımına Ankrajın çapına Ankrajın derinliğine bağlı Kesme dayanımı ankraj ile betonun serbest yüzeyi arasındaki uzaklığa bağlı Ankraj çevresindeki yatay ve düşey donatının dayanıma olumlu katkısı vardır Betonun bir blok olarak kopmasını güçleştirir

100 PERDE-ÇERÇEVE BAĞLANTISI

101 Güçlendirmenin bazı sorunları
Sünek davranış ? Perde duvarla güçlendirilmiş yapı yatay yük taşıma gücü düzeyi yükseltilmiş bir yapıdır. Sünek davranış beklenmez Sünek davranış sağlayacak eklemeler yapılmıyor!

102 KOLONLARIN MANTOLANMASI
Kolonların mantolanması N/Ac fck < 0.5 kuralı beton dayanımı düşük olan yapılarda sağlanmadığı zaman ne olur? Kolon düşey yükünü yeterli emniyet payı ile taşımamaktadır. Ancak ayakta durmaktadır. Düşük güvenlik payı olan kolona ne olur?

103 KOLONLARIN MANTOLANMASI
Ndm ≤ 0.5 x Ac x fck kuralına uymayan betonarme kolon “düşey yükünü taşımıyor” demek yanlış Doğrusu “kolon düşey yüklerini yeterli güvenlikte taşımıyor” ya da “depremde sünek davranmayacak” anlamındadır. Çünkü düşey yükünü taşımayan kolon çoktan kırılmış olmalıydı.

104 KOLONLARIN MANTOLANMASI
Mevcut ve henüz deprem hasarı görmemiş bir yapıda bu koşula uyulmadan da yapı düşey yüklerini taşımaktadır. Eğer Ndm ≤ 0.5 x Ac x fck koşuluna uymuyorsa kolon depremde düşey yükler altında basınçtan kırılacak mıdır?

105 KOLONLARIN MANTOLANMASI
Yapıya konulan perde duvar deprem yüklerinin büyük bir bölümünü alır mevcut kolona gelecek deprem yükü çok büyük boyutta azalır kolon mevcut durumu ile depremde gelen daha düşük yükleri hasar olmadan taşıyabilir. Kolon daha az zorlanacaktır

106 KOLONLARIN MANTOLANMASI
Düşey yükten dolayı kendi ağırlığı ile yıkılmış kolon ya da yapı çok azdır: 1983 Diyarbakır Hicret Apartmanı 1985 Eskişehir Çavdar Apartmanı ve 2004 Konya Zümrüt Apartmanı düşey yüke karşı emniyet katsayısı 1.25’den az ise, inşaat sırasında yada bittikten çok kısa bir süre sonra yıkılma.

107 N/Ac fck < 0.5 kuralı ve Kolonların mantolanması

108 KOLONLARIN MANTOLANMASI
Kolonun düşey yük taşıma gücü No= 0.85 fc’ Ac + fy x As Tasarım Yükü No/3 30 x 30 cm kolon, fc’= 150 kg/cm2 4 f16, As= 8 cm2, fy= 2.4 t/cm2 No= 0.85 x 0.15 t/cm2 x 900 cm2 + 8 cm2 x 2.4 ton/cm2 No= =134 ton Taşıtılan yük 134 / 3 = 45 ton

109 DÜŞÜK BETON DAYANIMLI KOLON
Beton kötü fc’= 70 kg/cm2 No = 0.85 x 0.07 t/cm2 x ton No= 54 ton + 19 ton= 73 ton Emniyet katsayısı 73 ton / 45 ton =1.62 > 1.25 Sünme ile kırılma için gereken emniyet katsayısından büyük Yıkılmak için bir depremi bekler!

110 DÜŞÜK BETON DAYANIMI VE DONATI MİKTARININ DAVRANIŞA ETKİSİ

111 DÜŞÜK BETON DAYANIMI VE DONATI MİKTARININ DAVRANIŞA ETKİSİ
KOLON 30X30 No Eksenel yük taşıma gücü Taşınan Eksenel yük Eksenel yük emniyet katsayısı Moment taşıma gücü Dengeli kırılma yükü Kırılma biçimi 4ф16 B160 125 ton 50 ton 125/50 = 2.5 650 ton-cm 53 ton Çekme donatı 4ф14 120 ton 120/50 = 2.4 550 B70 80 ton 80/50 = 1.6 360 37 ton Basınç beton

112 Hasarlı kolonlar dışındaki kolonlarda mantolamaya gerek yoktur:
Güçlendirme perdeleri gelen deprem yükünün en az % 50’sini taşıyacağı için mevcut kolonlar daha az zorlanacaktır.

113 Perde duvarın davranışa etkisi
Birlikte dökülmüş perdeli-çerçeveli yapıda Perde duvarlar rijitlik nedeni ile yapıya gelen deprem yükünün hemen tümünü taşır (% kadarını). Güçlendirme perdesi sonradan kiriş ve kolonlara ankrajla bağlanmış ise depremde perdeye gelen kuvvetin payı farklıdır. Daha azdır (%50-60 düzeyinde)

114 Deneysel perde ile güçlendirme çalışmaları

115 Deneysel perde ile güçlendirme çalışmaları

116 Deneysel perde ile güçlendirme çalışmaları

117 Deneysel perde ile güçlendirme çalışmaları
Kırılma ankrajın perde içinde bittiği noktada Deney Kolonunun düşey yükü çok az Kolonda Çekmeden kırılma Kolon donatısında tabanda bindirme yoksa daha yüksek dayanım Perde-kolon ve perde-kiriş ankrajlarında hasar yok

118 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
Betonarme perde duvar ile rijitlik büyür titreşim periyodu küçülür. yapıya gelen deprem kuvvetleri artar. Güçlendirme perde duvarı gelen deprem yükünün çok büyük bir bölümünü üstlenir. Yatay deprem yükü perde de büyük moment ve perde uç elemanında büyük eksenel kuvvet oluşturur.

119 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
Bu kuvvetler Basınç ise temel betonu zımbalama ya da ezilme ile hasar görebilir. Çekme ise temelin bir ucu yukarı kalkabilir.

120 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
güçlendirme perdesinin temel boyutu zemin ve yapı tabanı özelliği nedeni ile çoğu zaman istenen taşıma gücünden küçüktür. Mevcut temel ayrıntıları sonucu eklenen perde duvarın temeli yeterli boyutta olmayabilir: Perde duvarın temeli, perde duvarın kesme ve moment taşıma gücünden daha düşük taşıma gücünde olabilir.

121 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
Bu durumda biri aşırı tarafta iki seçenek söz konusu olabilir: 1- Eklenen perdenin temeli hiç yoktur. Perde Temeli eğilme momenti taşımamaktadır. Temel yatay yükler altında yatay olarak ötelenmektedir. “Kayıcı temel”

122 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
2-Daha gerçekçi ikinci yaklaşım perde duvar temelinin “yay” mesnetli olarak modellemektir. Zeminin yatak katsayısı ve perde temel boyutuna bağlı olarak bir yay katsayısı hesaplanır. Şekil-10’da böyle bir yapının modeli verilmektedir. Bu yapı perde temeli dışında yukarıda Şekil-7, Şekil-8 ve Şekil-9’daki yapı ile aynı özelliklerdedir.

123 Kayıcı mesnetli perde duvarın yanındaki kolonlara gelen eğilme momentleri (ton-cm)

124 Kayıcı mesnetli perde duvarın yanındaki kolonlara gelen kesme kuvvetleri(ton)

125 “Yay” mesnetli perde duvarda kolonlara gelen kesme kuvvetleri (ton)

126 “Yay” mesnetli perde duvarda kolonlara gelen eğilme momentleri (ton-m)

127 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
Kolon Kolon Kesme Momenti Kuvveti Kayıcı perde t-m ton Yay mesnetli ton-m ton perde

128 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
3-4 katlı ve yüksekliğine göre büyük taban alanı olan yapılarda perde tabanında dönme yerine perdenin kesme kuvvetine karşı dayanımı daha önemlidir. Depremde perde tabanındaki dönmeye karşı koyan olumlu etmenler var: 1-Temelin üzerindeki toprak tabakası temele düşey yük uygular. 2-Temel bloğu ile çevresindeki toprak arasında yatay ve düşeyde sürtünme var. Temelin yukarı kalkması bir ölçüye kadar engellenir.

129 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
3-Zemin malzemelerinin özellikleri ve davranışı diğer başka yapı malzemeleri kadar iyi bilinmediği için zeminlerde üst yapıya göre daha büyük emniyet katsayıları kullanılmaktadır (Roeder-1996). Bu nedenle emniyet gerilmesinin aşılması hemen yıkıma yol açmaz

130 Deprem yüklemesi 15-30 saniye süren
Bu kısa süre içinde düşey gerilme > σz (emniyet gerilmesi) büyük ve Emniyet Katsayısı < 3.0 az olabilir. Zemin bu çok kısa süre etkiyen geçici yükü deformasyon olmadan taşıyabilir

131 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
4-Betonarme temel çevresinde büyük miktarda ve zaman içinde oldukça sıkışmış bir zemin kütlesi var Bu kütle temele bir sargı görevi yapar temelde çatlak ya da kırılma olursa çevresindeki zemin temeli bir “bütün” olarak tutabilir (Roeder-1996)

132 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
5-Zemin az miktardaki elastik ötesi davranış üst yapının elemanlarındaki elastik ötesi davranış (kiriş uçlarında plastik mafsallaşma başlangıcı gibi) gibi, yapıya gelen deprem kuvvetlerinde azalmaya neden olabilir.

133 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
6-Geçmiş depremlerde genellikle çok az temel hasarı sonucu can kaybı gözlenmiştir. 7-17 Ağustos 1999 depreminde Temellerinde büyük dönme ve oturma olan yapılarda çok az üst yapı hasarı ve can kaybı olmuştur. Üst yapının yıkılması ile can kaybının olduğu yapıların çoğunda temel hasarı gözlenmemiştir (Bakır-2005).

134 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
8- zeminin, deprem süresi içinde, çok kısa süreli ve birkaç kez, elastik limit yükünün üzerinde yüklenmesinin yapı için zararlı olmayacağını gösteren çalışmalar (Roeder 1996) vardır. 9- Temelin bir bölümün kısa süreli olarak havaya kalkması bir tür “taban yalıtımı” etkisi yapmaktadır. Bunun sonucu yapıda bir miktar oturma olmaktadır. Zeminin doğrusal olmayan hareketi önemli miktarda deprem enerjisi tüketebilir.

135 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
10-Üst yapıda hasar yapan Zemin deprem birim ötelenmesi oldukça yüksektir: (Trifunac ve Todorovska-1996) ). 11-Kayma dalgası (deprem dalgası) geçiş hızı 200 m/sn olan bir zeminde ( ABYBHY-2007’e göre III ncü sınıf zemin) birim ötelenme olması için gereken deprem yer hızı 20000 cm/sn x = 100 cm/sn

136 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
17 Ağustos ve 12 Kasım 1999 depremlerinde hesaplanmış yer hızı 100 cm/sn altındadır (Sinan Akkar ve Polat Gülkan-2002). Temellerde ciddi boyutta hasara yol açabilecek şiddette yer hareketi oluşması oldukça ender bir olaydır.

137 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
Zeminlerin sönüm oranı, yapılar için varsayılan sönüm oranlarından çok daha büyüktür (Roeder-1996). Zeminlerde yük altında şekil değiştirme (oturma) çok uzun bir süre içinde oluşur. Deprem yükünü etki süresi ise çok kısadır saniye gibi

138 GÜÇLENDİRME VE TEMELLER
Sonuç yapıya eklenen perde duvar temeli zemini temsil eden“yay” modeli ile incelenmesi daha doğru. Temel taşıma gücünün eklenen perdede oluşacak en büyük momentten daha az olması önemli ve kritik bir sonuç yaratmayacaktır.

139 Yapı güçlendirmede “temellerin açılması”
Yapıların yıkılmasını “temellere bağlama” yaklaşımı” doğru değil Zemin etüdü sıvılaşma olup olmayacağını belirler. Bunun için yapının temellerinin açılmasına gerek yoktur Mevcut yapı ağırlığı ile altındaki taneli zemini zaman içinde sıkıştırmıştır. Açık alanın zemin özelliklerinden hesaplanmış emniyet gerilmesi farklı olabilir.

140 Yapı değerlendirme aşamasında “temellerin açılması”
Binada oturma varsa bunun üst yapıda belirtileri vardır. Üst yapıda hasar yapmayan oturma da olabilir. Oturma devam ediyorsa Oturma durmuş ise GÜÇLENDİRME PERDESİNİN altı temel yapmak için açılıp genişletilecektir.

141 Yapı değerlendirme aşamasında “temellerin açılması”
Üst yapı analizlerinde yapı zemine “ankastre” olarak modellenir. Temel “Yay” olarak modellenirse,temel ve zemin yapıya gelen deprem kuvvetleri küçülür

142 Yapı değerlendirme aşamasında “temellerin açılması”

143 Yapı değerlendirme aşamasında “temellerin açılması”

144 Yapı değerlendirme aşamasında “temellerin açılması”
Böyle bir durum ya da bu durumun yaygınlığı ancak bütün temellerin açılması ile tespit edilebilir. Bu tespitin yapılması çok zaman alır, yapının boşaltılması gerekir ve büyük bir bedeli vardır. Temeli kazıp tekrar doldurma ve uygulama aşamasında tekrar kazma yapının temellerine zarar verebilir. Ancak böyle bir durum güçlendirmenin uygulanması aşamasında ortaya çıkarsa projede değişiklik yapma olanağı vardır.

145 Yapı değerlendirme aşamasında “temellerin açılması”
Temellerin yanındaki zemin zaman içinde sıkışmıştır. Yaygın bir biçimde bütün temelin çevresinin açılması temellere zarar verebilir. Bodrumlu yapılarda temellere inen kazılar yapmak oldukça zor bir işlemdir.

146 Temeller için Nasıl bir sonuç?
DBYBHY-2007 Yapı değerlendirmede temeller dikkate alınmıyor? Eklenen perdenin taşıma gücü için gerekli temel boyutu ve perdedeki yük ve momentin zemine aktarıldığının gösterilmesi de istenmiyor?

147 Güçlendirme ve temeller
Akkar, S., ve Gülkan, P. (2002) “A Critical Examination of Near-Field Accelerograms from Sea Of Marmara Region Earthquakes” BSSA, Vol. 92, No.1, February 2002, sayfa Bakır, S. (2005) “Yerel Zeminlerin Sismik Yapı Hasarına Etkileri Üzerine bir Değerlendirme: Adapazarı Örneği” İnşaat Mühendisleri Odası, Ankara Şubesi, Bülten, Kasım 2005, sayfa 8 – 13 Roeder, Charles W. (1996) “The Role of Foundations in Seismic Retrofit” Earthquake Spectra, Volume 12, No., November 1996 sayfa

148 TEŞEKKÜR Bu seminer notlarının hazırlanması ve seminere destekleri nedeni ile ARTI Mimarlık, Mühendislik ve Müşavirlik Ltd. Şti. yöneticileri HALİME ŞENOL, MEHMET ŞENOL ve ABDULLAH İLLEEZ’e teşekkür edilir.

149 Malatya ve çevresinin deprem tehlikesi

150 Malatya deprem tehlikesi

151