Rezonans Nedir, Binalarda Etkileri Nelerdir?

Her cisim kendi içerisinde belirli bir frekansa sahiptir. Rezonans (tınlaşım) ise genellikle doğrusal bir sistemde, bir cismin doğal frekansı ile çakışan başka bir frekans tarafından uyarılması ile birlikte gerçekleşir. Olay genellikle, bir frekansın diğer frekanstan daha büyük genliklere sahip şekilde salınması ile ortaya çıkmaktadır. Bu durumun olabilmesi için çakışan frekans ile cismin doğal frekansının eşit olması gerekmektedir. 

Fiziksel bir terim olan rezonans bazı frekansların diğerlerinden daha büyük genliklerle salınması ile oluşmaktadır. Tınlaşım olarak da adlandırılabilen rezonans frekanslarında çok küçük kuvvetler bile büyük genliklere ve dolayısıyla salınımlara neden olabilmektedir.

Bu salınım hareketi, deprem gibi durumlarda yıkıcı etkilere sebebiyet verebilen bir olgudur. . Genel olarak “depremde rezonans nedir?” sorusuna ise yıkıcı ya da zarar verici bir etkisinin olduğu cevabını vermek mümkündür. Dolayısıyla yapıların sağlamlığının sağlanabilmesi açısından rezonans frekansı hesaplamalarının doğru şekilde yapılması ve engellenmesi gerekmektedir.

Rezonansın Temel Kavramları: Frekans ve Periyot 

Tınlaşımın ne olduğunu anlamak için öncelikli olarak bu terim ile ilişkili olan frekans ve periyot gibi temel kavramları anlamak gerekmektedir. Peki rezonans frekans nedir? Frekans, en genel tanımıyla bir saniye içerisinde cisimde meydana gelen titreşimin sayısının ölçümü olarak adlandırılabilir. Periyot ise bu titreşim hareketlerinin ne sıklıkla meydana geldiğini anlatmak için kullanılmaktadır. En geniş tanımıyla tam bir dalga oluşması için geçen süreye salınım periyodu adı verilmektedir. Periyodun birimi saniye cinsindendir. Periyodu frekansın tersi olarak tanımlamak da mümkündür.

Tüm yapılarda doğal olarak bir frekans ve periyot bulunmaktadır. Bu da binaların hiç bir etken olmadan da bir salınım gerçekleştirdiğini anlatmaktadır. Binalarda frekans olduğu gibi yer kabuğunda da bir frekans mevcuttur. Yer kabuğunun yapısına göre bu frekanslar yüksek ya da düşük olabilmektedir.

Bina Neden Rezonansa Girer?

Tüm binalarda hatta tüm cisimlerde belli bir oranda salınım vardır. Bu salınım başka bir etkenle karşılaştığı takdirde karşı etkinin frekansına göre çeşitli tepkiler verebilmektedir. Örneğin binalar yapıldıkları ilk andan itibaren belli bir frekans ile salınım hareketi yapmaktadır. Aynı şekilde yer kabuğu da yapısına göre belli bir frekans ile salınım hareketi gerçekleştirmektedir. Bu salınım binanın salınımından küçük olduğunda bina bunu tolere edebilirken yerkabuğu ile binanın rezonansı aynı olduğu takdirde binadaki salınım artacaktır.

Söz konusu durum bize binaların en başından itibaren bir salınıma sahip olduğunu gösterir. Bu salınım aynı frekansa sahip başka bir salınım ile karşılaşmadığında sorun çıkmayacaktır. Ancak bina aynı frekansa sahip başka bir salınım ile karşılaşırsa binada salınım hareketi ortaya çıkacaktır. Bu durum, salınım frekansının büyüklüğüne göre yıkıma bile sebebiyet verebilecektir.

Rezonansın Binalar Üzerindeki Etkileri 

Binalar yapıldıkları ilk andan itibaren diğer cisimler gibi belli periyotlar ile tekrarlayan ve belli frekanslarda bir salınım gerçekleştirirler. Aynı şekilde binanın bulunduğu zemin de belli periyot ve frekanslarla salınım hareketi gerçekleştirmektedir.

Binanın bulunduğu zemindeki salınım hareketi binanın salınımından küçük olduğu takdirde binaya herhangi bir zarar gelmeyecektir. İlgili salınımlar binanın dayanıklılığına göre absorbe edilebilecektir. Ancak zeminin salınımı ile binanın salınımı aynı olduğu anlarda rezonans gerçekleşir Bu durumda da her iki salınım birleşerek daha büyük salınımlara neden olabilmektedir. Bahse konu durumun sonucunda ise bina yıkılabilmektedir.

Salınım hareketinin olumsuz etkilerinden korunmak için birçok farklı yöntem mevcuttur. Hangisinin kullanılacağı uzmanlarca belirlenen bu yöntemlerle binalar hasarlı olmasa bile oldukları durumdan daha iyi hale getirilebilmektedir. Özellikle depremlerin sıklıkla yaşandığı ülkemizde bu yöntemler sayesinde maddi ve manevi kayıpların önüne büyük ölçüde geçilebilmektedir.

Rezonans Örnekleri Nelerdir? 

Yapılarda meydana gelen salınım hareketi için dünya genelinde birçok örnek göstermek mümkündür. Bunların başında ise 1940 yılında yapılan ve kısa sürede rüzgar ile birlikte oluşan rezonans nedeni ile yıkılan Tacoma köprüsünü göstermek mümkündür. Bu köprü yapıldığı zamanda dünyanın en büyük üçüncü asma köprüsü olma unvanını taşımaktaydı. Köprü yapılırken cisimlerin salınımları dikkate alınmadığı için yapıldığı ilk andan itibaren oluşan en küçük rüzgarda dahi salınımları dışarıdan belli olacak şekilde sallanmaya başlamıştır. Yapılışının dördüncü ayında ise oluşan bir rüzgar ile frekansını arttırmış ve salınımı durmadan kısa bir süre içerisinde yıkılmıştır.

Bir diğer örnek ise İkinci Dünya Savaşı sırasında alman askerlerinin geçiş törenleri sırasında bir köprüden geçmeleri esnasında meydana gelmiştir. Tüm askerler aynı anda belli bir frekans ile yürüyüşe başlarlar ve köprü üstünden yürümeye başlarlar. Ancak köprü ile askerlerin frekansı birbirine uyacak şekilde olduğu için tören esnasında asma köprü sallanmaya başlar ve kısa süre içerisinde yıkılır. İlk başlarda bu durum sabotaj olabileceğini düşündürtse de yapılan araştırmalar neticesinde salınım hareketi kaynaklı olduğu tespit edilmiştir. Bu durumun tespitinden sonra birçok askeri birlik köprü gibi alanlardan geçerken uyumu yakalamamak için aynı frekansta geçiş yapılmasını engellemektedir. Dağınık bir düzende ve serbest stilde geçiş sağlamaktadır. Buradaki amaç köprü frekansı ile uyumu yakalamayıp yıkılmanın ya da hasarın önüne geçmektir.

Salınım hareketi her zaman kötü sonuçlar doğurmamaktadır. Örneğin bina yapımında kullanılan betonlardaki hava kabarcıklarını çıkarmak için vibratör yardımıyla titreşimler gönderilip bu hava kabarcıklarının çıkarılması sağlanmaktadır. Ancak genel olarak rezonansın yıkıcı ya da zarar verici bir etkisinin olduğu söylenebilir. Bu nedenle salınım hareketini önleyici, güçlendirici çalışmalar yapmak önem taşımaktadır. Bahse konu durumu önleyecek çalışmalara; FRP sistemi ile güçlendirme, FRCM sistemi ile güçlendirme ve mantolama ile güçlendirme örnek gösterilebilir. Bu yöntemler kullanılarak bina güçlendirme çalışmalarının yanı sıra köprü güçlendirme çalışmaları da yapılabilir. Böylece rezonans frekansı hesaplamalarıyla yapılan çalışmalar aynı zamanda söz konusu durumunun yaşanmasının da önüne geçebilir.

Rezonans Oluşumu Nasıl Önlenir? 

Binanın ya da köprülerin ya da herhangi bir yapının salınım hareketi probleminden korunması için izlemesi gereken çeşitli yollar mevcuttur. Bunları şu şekilde sıralamak mümkündür:

• Yapının kütlesini arttırmadan rezonansa olan direncini arttırmak ve böylelikle mevcut frekansı daha yüksek hale getirmek.
• Salınım hareketine olan direnci arttırmadan kütleyi artırarak mevcut frekansı daha küçük frekanslar haline getirmek.
• Sönümü artırarak genliği düşürmek. (Ancak bu yöntem cevap genliğinin etki alanını genişletmektedir.)
• Sönümü düşürerek genliği arttırmak. (Ancak bu yöntem cevap genliği etki alnını küçültmektedir.)
• Mevcutta uygulanan girdi genliğini azaltarak binanın vereceği cevabı azaltıp olası salınım hareketlerinin önüne geçmek.

Yukarıda sıralanan yöntemlerin bir ya da birkaçı kullanılarak söz konusu durumun yıkıcı etkileri bir nebze olsun azaltılabilecektir. Ancak bu yöntemler kullanılırken özellikle de beraber kullanılırken bir maddenin düzelteceği bir konuyu diğeri daha da çok bozabilmektedir. Bu nedenle bahse konu yöntemler kullanılmadan önce ve sonra ölçümler yapılarak işe yararlılığı test edilmelidir. Yöntemler kadar önemli olan bir diğer etken ise kullanılan malzemelerdir. Bu malzemeler arasında öne çıkan yenilikçi yöntemler arasında; karbon kumaş donatı tekstili, karbon mesh donatı tekstili, hibrit donatı tekstili, bazalt donatı tekstili, Glass cam kumaş donatı tekstili ve Glass cam mesh donatı tekstili gibi malzemeler sayılabilir. Rezonansı engellemek için kullanılacak ürünler ve yöntemler hakkında daha detaylı bilgiyi Carbonier sayesinde kolaylıkla edinebilirsiniz.

Önceki yazımıza https://www.carbonier.com/blog/aderans-nedir linkinden ulaşabilirsiniz.