Deprem dalgaları

Açılış sahnesi

Nazife Öğretmen Kestane'deki okulun öğretmenler odasında yaşadığı bir sarsıntıyı anlatıyor. Önce kısa, sert bir vuruş gelmiş, camlar tıkırdamış; bir iki saniye sonra bina yana doğru sallanmaya başlamış ve sallantı daha uzun sürmüş. «İlkini bir kamyon geçti sandım» diyor. «İkincisinde anladım.» Emre masaya uzun bir yay oyuncağı koyuyor ve bir ucunu ileri geri itiyor; yayın halkaları sıkışıp açılarak öbür uca ilerliyor. Sonra yayı yana sallıyor; bu kez bir kıvrım yandan yana kıvrılarak ilerliyor. Orhan Bey ikisini gösteriyor. «Öğretmen hanımın hissettiği ilk vuruş birincisi, sallantı ikincisi» diyor. «Bina için asıl soru, hangisinin onu daha çok zorladığı.» Ilgın bir şey daha soruyor: arada geçen o bir iki saniye bir işe yarar mı?

Bu derste ne olacak

Önceki derste bir depremin enerjisinin fay kırıldığı an dalgalar halinde yayıldığını gördük. Bu ders o dalgaları ayırıyor. Yerin içinden geçen iki tür cisim dalgası var: önce gelen, kayayı sıkıştırıp gevşeten P dalgaları ve onlardan sonra gelen, kayayı yana kaydıran S dalgaları. Bunlar yüzeye ulaşınca yüzey boyunca ilerleyen iki tür yüzey dalgası doğuyor: Love ve Rayleigh dalgaları. Ders her birinin hareketini, hızını ve yapıya etkisini kaynaklardan aktarıyor. Ardından iki şeyi konuşuyor: bir binayı en çok yana doğru hareketin zorlaması ve önce gelen P dalgasının bir erken uyarı için birkaç saniye kazandırabilmesi. Son olarak bu bilginin Kestane'deki okul ve Sarıkaya'daki yeni bina için ne anlama geldiğini soruyor.

Kural ne diyor

Bu dersin bilgisi deprem bilimine ait ve onu deprem dalgalarını, P ve S dalgalarını ve yüzey dalgalarını anlatan dört ansiklopedi maddesinden alıyoruz.

Üç kart birlikte bir sıra anlatıyor. Önce P dalgası gelir: hızlıdır, yeri ileri geri sıkıştırıp gevşetir ve çoğu zaman bir vuruş ya da bir tıkırtı olarak hissedilir. Ardından S dalgası gelir: yavaştır, yeri yana kaydırır ve daha yıkıcıdır. En son, yüzeyde, Love ve Rayleigh dalgaları gelir: daha da yavaştır ama yeri en çok hareket ettiren onlardır. Nazife Öğretmen'in yaşadığı şey bu sıranın kendisi. Arada geçen birkaç saniye, kartın söylediği gibi, bir uyarı için kullanılabilir.

Sahada

Dalgaların bir binaya etkisi hareketlerinin yönünden anlaşılıyor. P dalgası yeri ilerleme yönünde iter; deprem odağı binanın altındaysa bu hareket büyük ölçüde düşeydir, uzaktaysa eğik gelir. Binalar zaten kendi ağırlıklarını düşey olarak taşıdıkları için düşey bir sarsıntıya karşı belli bir dayanımları vardır. S dalgaları ve yüzey dalgaları ise yeri yana doğru, bir yandan öbür yana hareket ettirir. Taşıyıcı sistemler dersinde gördüğümüz gibi düşey yükü taşıyan kolonlar yatay yükü kendiliğinden taşımaz; perdeler, çaprazlar ya da rijit çerçeveler gerekir. Kartın S dalgalarını ve yüzey dalgalarını daha yıkıcı sayması, bir binanın deprem davranışında asıl sorunun yatay hareket olmasıyla örtüşüyor.

İki dalga türünün hız farkı bir de zaman farkı doğuruyor. Kartın verdiği oranla S dalgası, P dalgasının yaklaşık yüzde altmışı kadar hızlı. İkisi aynı anda yola çıkar, ama depremin kaynağından uzaklaştıkça aradaki zaman farkı açılır: kaynağa çok yakın bir yerde iki dalga neredeyse birlikte gelir, uzak bir yerde arada birkaç saniye, çok uzak ve derin depremlerde bir dakikayı aşan bir süre olabilir. Bu bizim, hız oranından yaptığımız nitel bir çıkarım. Bu süre bir erken uyarı sistemi için kullanılabiliyor; ama kaynağa en yakın, en çok sarsılacak yerlerde en kısa süre kalıyor.

Bir mimar için bu iki bilgi birer tasarım sorusuna dönüşüyor. Birincisi yatay hareket: bir binanın kütlesi, planı, perdeleri ve zemin katı yatay sarsıntıya göre düşünülmeli; bu akademinin ikinci bölümünün konusu. İkincisi birkaç saniye: bir binada otomatik olarak yapılabilecek şeyler, asansörün en yakın katta durması, gazın kesilmesi, bir uyarının çalması, kartın saydığı önlemler, ve insanların o birkaç saniyede nereye gidebileceği. Ama erken uyarının her yerde ve her depremde işe yarayacağını varsaymak yanlış olur.

Gri alan

Bu dersin dalga bilgisi yerleşiktir, ama binaya nasıl yansıdığı açık değildir. Hangi dalganın bir binayı en çok zorladığı, binanın kaynaktan uzaklığına, zemine, binanın yüksekliğine ve kendi titreşimine bağlıdır; kartların «daha yıkıcı» dediği dalgalar genel bir eğilimi anlatır, her binada aynı sonucu değil. Yüzey dalgası maddesinin en çok hasar veren dalgaların periyodu için verdiği değeri bu derste kullanmadık, çünkü onun hangi yapı türleri için geçerli olduğunu ve binanın kendi periyoduyla ilişkisini altıncı derste ayrıca konuşmamız gerekiyor. Erken uyarı konusunda da belirsizlik büyük: kartın verdiği bir dakikayı aşan süreler derin, uzak ve büyük bir deprem için; Türkiye'deki faylar çoğunlukla sığ kara faylarıdır ve en çok sarsılan yerler faya en yakın yerlerdir, oralarda kalan süre çok kısa olabilir. Bunu bir Türkiye kaynağıyla bu derste doğrulamadık. Erken uyarının bir okulda nasıl kullanılacağı da tartışmalı bir sorudur: birkaç saniyede bir sınıftan çıkmaya çalışmak mı, olduğu yerde korunmak mı daha güvenli, bu bir mimarlık sorusu değil, afet eğitimi ve yönetiminin konusudur ve bu akademi onun yerini tutmaz. Mimarın payı, binanın o birkaç saniyede ve sonrasında insanlara güvenli bir yer ve güvenli bir yol sunmasıdır.

Senin işinde

Bir binanın deprem davranışını düşünürken önce yatay hareketi düşün: binanı yana iten S ve yüzey dalgalarına karşı kütlenin, perdelerin ve planın nasıl çalışacağını sor. Düşey sarsıntıyı da unutma, özellikle konsollarda ve büyük açıklıklarda, ama asıl kararlarını yatay harekete göre ver. Bir binada asansör, gaz ve elektrik şebekesi gibi deprem anında tehlike yaratabilecek sistemler varsa, onların bir erken uyarıyla ya da sarsıntıyla otomatik olarak güvenli duruma geçip geçemeyeceğini ilgili tasarımcılara sor. Okul, hastane, yurt gibi kalabalık yapılarda çıkış yollarının kısa, açık ve engelsiz olmasını bir deprem kararı olarak gör. Erken uyarıyı dayanıklı bir binanın yanına eklenen bir katman say, onun yerine konan bir şey değil, ve iş sahibine onun her depremde işe yaramayacağını dürüstçe anlat. Deprem anında ne yapılacağına dair eğitimi ve tatbikatı mimarlığın değil, afet yönetiminin konusu olarak bil ve onu ilgili kurumlara yönlendir.

Kendin dene

Aklında kalsın

Bir deprem dalgalar halinde yayılır. Yerin içinden geçen iki cisim dalgası vardır: P dalgası en hızlıdır, ilk gelir ve yeri ilerleme yönünde sıkıştırıp gevşetir; S dalgası onun yaklaşık yüzde altmışı hızla ilerler, yeri yana doğru kaydırır ve çoğunlukla daha yıkıcıdır. Bunlar yüzeye ulaşınca Love ve Rayleigh yüzey dalgaları doğar; yavaştırlar ama yeri en çok hareket ettirenlerdir. Bir binayı asıl zorlayan bu yana doğru harekettir. P dalgasının önce gelmesi bir erken uyarı için birkaç saniye kazandırabilir; ama kaynağa yakın yerlerde bu süre çok kısadır ve erken uyarı bir binanın dayanıklılığının yerine geçmez.

Sonraki derse köprü

Nazife Öğretmen'in hissettiği deprem Kestane'de bir sallantıydı; aynı deprem başka bir köyde camları kırmış, bir başkasında hiç hissedilmemiş olabilir. Bir depremin ne kadar büyük olduğu ile bir yerde ne kadar şiddetli hissedildiği aynı şey değildir: biri depremin kaynağında açığa çıkan enerjiyi, öbürü bir yerdeki etkisini ölçer. Bu ayrımı, büyüklüğü ve şiddeti, ve aynı depremin farklı yerlerde neden farklı hasar verdiğini M01-D03 açıyor.

Kendini sına

Soru 1 · Kavram

Kaynağa göre bir depremde bir yere ilk ulaşan dalga hangisidir ve neden?

• A) S dalgası, çünkü en yıkıcısıdır.
• B) P dalgası, çünkü öbür deprem dalgalarından daha hızlı ilerler.
• C) Love dalgası, çünkü yüzeyde ilerler.
• D) Bütün dalgalar aynı anda ulaşır.

Cevap: B. P dalgası ardışık sıkışma ve gevşemelerden oluşan, en hızlı deprem dalgasıdır ve sismografa ulaşan ilk sinyaldir.

Soru 2 · Kanıt

Kaynağa göre yüzey dalgaları neden daha çok hasara yol açma eğilimindedir?

• A) Cisim dalgalarından daha hızlı oldukları için.
• B) Yalnız sıvılarda ilerledikleri için.
• C) Parçacık hareketleri cisim dalgalarınınkinden büyük olduğu için.
• D) Yalnız derinde ilerledikleri için.

Cevap: C. Kaynak yüzey dalgalarının cisim dalgalarından daha yavaş ilerlediğini ve genliklerinin yüzeyden uzaklaştıkça azaldığını da söyler.

Soru 3 · Senaryo

Bir okul müdürü yeni okul binasına bir deprem erken uyarı sistemi kurulursa binanın dayanıklılığı konusunda daha az titiz olunabileceğini düşünüyor. Mimarın cevabı ne olmalıdır?

• A) Erken uyarı sistemiyle binanın dayanıklılığı önemsizleşir.
• B) Erken uyarı yalnız uzaktaki depremlerde işe yarar, o yüzden hiç kurulmamalıdır.
• C) Erken uyarı her zaman bir dakika kazandırır.
• D) Erken uyarı birkaç saniye kazandırabilir ve asansörleri durdurmak ya da şebekeleri kesmek gibi önlemleri otomatik alabilir, ama kaynağa yakın yerlerde neredeyse hiç süre kalmaz; uyarı binanın dayanıklılığının yerine geçmez.

Cevap: D. Kaynak uyarının süresinin P dalgası ile yıkıcı dalgalar arasındaki gecikmeye bağlı olduğunu ve genellikle birkaç saniye olduğunu söyler.

Soru 4 · Tuzak

Bir öğrenci depremde binaların en çok düşey sarsıntıdan zarar gördüğünü, bu yüzden kolonların düşey dayanımını artırmanın yeterli olacağını düşünüyor. Öğrencinin gözden kaçırdığı nedir?

• A) Kaynakların daha yıkıcı saydığı S ve yüzey dalgalarının yeri yana doğru hareket ettirdiği; düşey yükü taşıyan kolonların yatay yükü kendiliğinden taşımadığı ve yatay hareket için perdeler, çaprazlar ya da rijit çerçeveler gerektiği.
• B) Depremlerin hiç düşey hareket doğurmadığı.
• C) Kolonların depremde hiç önemli olmadığı.
• D) Binaların yalnız rüzgârdan zarar gördüğü.

Cevap: A. Bir binada asıl sorun yatay harekettir; mimarın kütle, plan ve perde kararları bu harekete göre verilir.