Depreme Dayanıklı Akıllı Evler

Doğanın birçok ölümcül kuvvetinden farklı olarak depremler genellikle habersiz olarak vururlar. Bu yıkıcı, harap edici kuvvet arkasında büyük bir moloz yığını ve trajedi bırakarak koca bir şehri saniyeler içinde yerlebir edebilir. Depremler dünyanın herhangi bir yöresine veya mevsimine özgü bir felaket değildir. Her an heryerde olabilirler. Bu yüzden bilim adamları depremi önleyemeseler bile depremden meydana gelecek hasarları azaltma ve depremi önceden tahmin edebilme ile ilgili yoğun çalışmalar yapmaktadırlar. Bu yazıda depreme dayanıklı bina konusu incelenecektir.

Bu konuda çalışma yapan dünyaca ünlü Lord Corporation, Notre Dame üniversitesiyle ortaklaşa bir çalışma düzenleyerek depremin neden olduğu hasarları azaltan eşsiz bir malzeme geliştirmişlerdir. Bu madde magnetorheological fluid – MR fluid olarak isimlendirilen bir malzemedir. MR akışkanı deprem süresinde binanın dengesini sağlayan büyük damperlerin içine yerleştirilir. Bu akışkan herhangi bir manyetik etkiye maruz kaldığında neredeyse katı hale geçer ve manyetik kuvvet üzerinden kalktığında tekrar sıvı hale geçiş yapar.

Deprem anında akıllı ev sallantı durumu

Deprem süresinde damperlerin içindeki MR akışkanı sarsıntıya göre katıdan sıvıya veya sıvıdan katıya geçiş yapar. Sarsıntı olduğunda katı hale geçerek damperleri uyguladığı direnme kuvvetini arttırır ve bina yapısının korunmasına yardımcı olur. Sarsıntı bittiğinde ise tekrar sıvı hale döner. Binalarda ve köprülerde damperlerin kullanımı sismik hareketlere otomatik reaksiyon veren akıllı yapıların oluşmasını sağlayacaktır. Bu özellik deprem nedeniyle meydana gelen zararları azaltacaktır.

MR Akışkanı Nedir ?

MR akışkanına bir bardağın içinde bakıldığında çokta devrimci bir malzeme olduğu söylenemez. Gri renkli, sudan 3 kat daha yoğun yağ kıvamında bir sıvıdır.

Ancak bu akışkanın en önemli ve benzersiz özelliği milisaniyeler içinde katı ile sıvı arasında değişim yapabilmesidir. Aşağıdaki şekilde parlak olarak görünen MR akışkanı sıvı haldedir ve kalem içinde rahatlıkla hareket edebilir.

Sıvı haldeki MR akışkan örneği

Alttaki resimde ise bardağın altına bir mıknatıs yaklaştırılmıştır. Manyetik bir kuvvet altında MR akışkanı katı bir hal almış ve rengi matlaşmıştır ve resimde görüldüğü gibi katılaştığı için kalem asılı kalmıştır.

Deprem örneklemesi Katı MR akışkan örneği

Tipik bir MR akışkanı aşağıdaki üç parçadan oluşur.

– Karbonil Çelik Partikülleri : Akışkanın %20 ila %40′ ı arası 3 veya 5 mikrometre çapındaki yumuşak çelik partiküllerinden oluşur. Partiküller çok kaliteli ve saf oldukları için kuru karbonil çelik partikülleri siyah un gibi görünür.

– Taşıyıcı sıvı : Çelik partikülleri sıvı içerisinde asılı durur. Bu Sıvı genellikle hidrokarbon yağdır.

– Tescilli katkılar : MR akışkanın üçüncü malzemesi ticari sırdır.

Peki MR akışkanına sıvıdan katıya, katıdan sıvıya göz açıp kapamadan daha hızlı bir şekilde geçme özelliğini ne vermektedir? Bu sorunun cevabı karbonil partiküllerdir. Bir mıktanıs sıvıya uygulandığında bu ufak partiküller bir sıra halinde dizilir ve akışkanı sertleştirirler. Bu hareketin sebebi DC manyetik alandır. Partiküllerin tek bir kutba göre kilitlenmelerini sağlar. Mıknatıs çekildiğinde ise bu kilitlenme anında çözülür.

Binalar ve Köprüler

Gökdelen ve uzun köprüler güçlü rüzgarlar ve sismik aktiviteler sonucu ortaya çıkan rezonanstan kolay etkilenirler. Rezonans etkisini azaltmak için rezonans dalgalarını kesecek büyük damperlerin kullanılmasına ihtiyaç vardır. Eğer bu cihazlar kullanılmazsa binalar ve köprüler herhangi bir deprem durumunda çökebilir.

Damperler aslında günlük hayatta sıklıkla kullanıdığımız cihazlardır. Örneğin arabaların amörtisör sistemleri, çamaşır makinaları vb. Ancak binalarda kullanılan bu sistemler tabiki çok daha büyük boyutlardadır. Kullanılacak damperin boyutu binanın boyutuyla doğru orantılıdır. Damper sistemlerinde 3 temel sınıf vardır.

Pasif : Bu damper sistemi serbesttir, herhangi bir şekilde kontrol edilmez. Bu yüzden çalıştırmak için enerjiye ihtiyaç duymaz. Basit ve ucuzdurlar ancak değişen ihtiyaçlara cevap veremezler.

Aktif : Aktif damperler tam olarak kontrol edilebilirler ve çalıştırmak için büyük güce ihtiyaç vardır. Uygulanan ters kuvvete aktif olarak karşılık veren bir güç üretecidir.

Yarı-aktif : Pasif ve aktif damperlerin özelliklerini birleştirir. Herhangi bir kuvvete aktif olarak ters yönde kuvvet uygulamak yerine bir direnme kuvveti uygular. Tam olarak kontrol edilebilirler ve daha az enerjiye ihtiyaç duyarlar. Aktif cihazların tersine kontrolden çıkıp bina statiğini bozma tehlikeleri yoktur. MR akışkanlı damperler yarı aktif cihazlardır. Uygulayacağı direnç kuvvetini MR akışkanının durumunu kontrol eden elektromıknatıslardan akan akıma göre belirler.

Deprem sırasında akıllı yapı statiğini koruyan damper

Deprem Damperi iç yapısı

MR akışkanlı damperin içindeki elektromanyetik bobinler 3 seviyeli bir piston ile sarılmıştır. Yaklaşık 5 litre MR akışkanı damper odacığını doldurur. Deprem süresince binaya yerleştirilen sensörler damperin elektrik şarjını kontrol eden bilgisayar sistemine sinyaller gönderecektir. Bu elektrik şarjı bobinleri manyetize edecek ve MR akışkanını sıvıdan neredeyse katı hale geçirecektir. Bu aşamadan sonra elektronmıknatıslar binadaki titreşim dalgası gibi darbeler üretecektir. Bu titreşim MR akışkanın saniyenin yüzde biri kadar bir zamanda tamamen katı hale geçmesini sağlayacaktır. Bu işlem aynı zamanda akışkanın ısısını da arttıracaktır. Damperin üzerinde sabitlenmiş olarak duran termal genleşme akümülatörü akışkanın ısınıp genleşmesine olanak sağlayacaktır. Bu akümülatör sayesinde akışkanın ısınıp tehlikeli şekilde genişlemesini engellenecektir.

Binanın büyüklüğüne göre bir binada 100 damper bile kullanılabilir. Damperler katın zeminine yerleştirilir ve temel destek kolonlarına tutturulur. Bina sallanmaya başladığında damperler ters yönde hareket sağlayarak titreşim şokunu azaltır. Magnetize edildiğinde ise MR akışkanı uygulanan gücü arttırır.

Depremde akıllı bina davranışı, deprem damperi yerleştirilmesi

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir