Büyüleyici ve gizemli bir fenomen olarak nitelense de bilimsel karşılığı bulunan rezonans, özellikle deprem dalgaları ile harekete geçerek yıkıcı etkilere sahip olabilecek bir kavramdır. Titreşim dalgalarının doğru frekansla buluşması sonucu ortaya çıkan güç ve enerji, bir yandan insanlığın yararına kullanılabileceği gibi, bir yandan da insan hayatı için tehdit oluşturabilir. Bugün binaların ya da köprülerin rezonans hesaplamalarının doğru şekilde yapılabiliyor olması, aslında pek çok hayatın kurtarılması üzerinde etki sahibidir. Peki rezonans binaya etkisi bakımından nasıl değerlendirilmelidir, rezonans nedir, rezonans oluşumu önlenebilir mi?
Rezonans Nedir?
Her cismin doğal bir frekansı vardır. Bu frekans cismin kütlesi, boyutu, şekli ve malzeme özelliklerine göre belirlenir. Yapılar ya da sistemler, dış kuvvetler tarafından doğal frekansına eşit ya da yakın bir frekansta uyarılırsa, sistem genlikleri büyük ölçüde artar ve sonucunda rezonans ortaya çıkar. Yani rezonans, bir sistemin dış kuvvetin etkisiyle maksimum genlikte salınmasıdır.
Rezonans kavramının temelini oluşturan frekans ve periyot olmak üzere iki farklı kavram daha bulunur. Hertz (Hz) olarak belirtilen ve F ile gösterilen frekans, bir saniye içerisinde meydana gelen titreşim sayısını ifade eder. Örneğin bir salınma hareketi, 1 saniye içerisinde 10 kez tekrarlanıyorsa, bu 10 Hz’lik frekansı gösterir. Saniye cinsinden belirtilen ve T ile gösterilen periyot ise salınımın gerçekleşmesi için geçen süreyi ifade eder. Periyot değeri T=1/F formülü ile hesaplanır. Yani 10 Hz’lik frekansın periyodu 1/10 formülü ile 2,5 saniyedir.
Frekans ve periyot tüm yapılarda ya da sistemlerde doğal olarak bulunur. Sonuç olarak bir yapı ya da sistem, kendi doğal titreşim frekansına maruz kaldığı zaman titreşimler şiddetli şekilde artarak rezonans oluşturur. Özellikle rüzgar ya da deprem dalgaları köprüler veya binalar üzerinde rezonans oluşturarak ortaya istenmeyen sonuçların çıkmasına neden olabilir.
Rezonans Neden Oluşur?
Yeryüzü şekillerinin neden olduğu rezonans türü topografik rezonans olarak adlandırılır. Özellikle dağ ya da tepe gibi oluşumlar deprem dalgaları nedeniyle oluşan enerjinin artmasına neden olabilir. Bu da farklı frekanslarda rezonans oluşturur. İklimsel değişiklikler ve çevresel faktörler de rezonans oluşumunu tetikleyebilir. Örneğin sıcaklıkların ani şekilde değişmesi, özellikle yükselmesi, yapısal malzemelerin genleşmesine, özelliklerinin değişmesine, dolayısıyla rezonans oluşumuna neden olabilir. Ayrıca, özellikle büyük iç mekanlarda ya da tünellerde, yoğun gürültüye bağlı olarak akustik rezonans da gelişebilir.
Rezonans Binaya Nasıl Etki Eder?
Rezonans binalarda yapısal hasar oluşmasına, hatta yıkıma bile neden olabilir. Peki bu ne şekilde gerçekleşir?
- Rezonans sırasında binanın titreşim genliği arttığı için kolon ve kiriş gibi yapısal sistemler üzerindeki gerilim artar. Bu da malzemelerin çatlamasına, bükülmesine ya da kırılmasına neden olarak yıkıma neden olabilecek sonuçlar doğurabilir.
- Rezonans sürekli hale gelmesi ya da düzenli olarak tekrarlaması, yapısal malzemeler üzerindeki yorgunluğun artmasına neden olur. Bu da yapı dayanıklılığına zarar verir.
- Rezonans yapının dengesinin bozulmasına bağlı çökmelere neden olabilir.
- Rezonans binanın temeli ile zemin arasındaki bağlantının zarar görmesine, zeminin taşıma kapasitesinin düşmesine neden olabilir. Bu da binanın kayması ya da zemine oturması gibi sorunlara neden olabilir.
- Zemin salınımı binanın salınımından daha azsa genellikle bina zarar görmez. Fakat zemin ve bina salınımlarının birbirine eşit ya da yakın olması durumunda bina ciddi yıkılma riski taşır.
Yalnızca bu durumlardan bile rezonans binaya etkisi bakımından ne kadar önemlidir anlaşılabilir. Bu yüzden hem mimarlar hem de mühendisler tarafından rezonans hesaplamalarının doğru şekilde yapılması, binaların deprem dalgaları karşısında çok daha sağlam şekilde ayakta durmasını sağlar.
Bugün yapılmakta mikrozonasyon çalışmaları sayesinde hem jeolojik özelliklerin hem de farklı zemin türlerinin rezonans türleri değerlendirilmektedir. Bu da yapıların herhangi bir bölgedeki zemin özelliklerine göre tasarlanmasını sağlar.
Rezonans Oluşumu Önlenebilir Mi?
Günümüzde gelişen mühendislik ve teknoloji sayesinde rezonans oluşumu önlenebilmektedir. Bir diğer ifadeyle, rezonans binaya etkisi bakımından olumsuz etkiler doğurmayacak şekilde sönümlenebilir. Nitekim bugün doğru hesaplamalarla yapılan binalar 9 şiddetindeki depremlere bile dayanabilecek rezonans sönümleme sistemlerine sahiptir. Bunun en güzel örneklerinden biri olarak deprem dalgaları ile mükemmel şekilde mücadele eden Japonya gösterilebilir.
Rezonansın önlenebilmesi için alınabilecek önlemlerden bazıları ise şunlardır:
- Doğal frekans analizi yaparak rezonans değerlerini risk oluşturabilecek noktalardan uzaklaştırmak,
- Tunable Mass Dampers (TMD) olarak adlandırılan, Türkçeye “Ayarlı Kütle Sönümleyici” olarak çevrilen sönümleyici sistemler,
- Deprem dalgaları ya da titreşimlerin binaya ulaşmasını engelleyen deprem izolatörleri,
- Titreşimleri daha iyi sönümleyen dayanıklı, elastik malzemeler,
- Yapı elemanlarının rijitliğini artıran güçlendirme sistemleri.
Tüm bu mühendislik yöntemleri ve teknolojiler, rezonansın minimize edilmesine, dolayısıyla bina hasarına bağlı maddi manevi kayıpların yaşanmasına engel olabilir.
Tarihteki Rezonansa Bağlı Yıkımlar
Artık biliyor ki rezonan binaya etkisi ile çok ciddi yıkımlar oluşturabilir. Nitekim tarihte bunun acı örnekleri mevcuttur. Özellikle şu olaylar, bugün rezonans üzerine yapılan çalışmaların artmasına neden olmuştur:
- 2000 yılında Londra’da inşa edilen Millenium Köprüsü, yaya trafiğinin neden olduğu rezonans nedeniyle yıkılmıştır.
- Mexico City alüvyonlu zeminde kurulmuştur. Bu durum 1985 yılında meydana gelen Mexico City depremi ile birlikte pek çok yüksek binanın çökmesine neden olmuştur.
- 1940 yılında, Washington’da bulunan Tacoma Narrows köprüsünün kendi doğal frekansı rüzgar frekansı ile rezonansa girer yıkılmıştır.
Rezonans nedir sorusunun cevabı, yaşanan acı deneyimler sebebiyle artık daha geniş bir kitle tarafından bilinir. Doğru rezonans hesaplamaları ile deprem dalgaları ile mücadele etmek mümkündür. Eğer siz de bina güçlendirmeleri ya da enerji sönümleme sistemleri hakkında detaylı bilgi almak isterseniz, hemen şimdi Beşoğlu profesyonelleri ile iletişime geçebilirsiniz.