Patlayıcı İle Yıkım

Ülkemizde, kentsel dönüşüm kapsamında yıkılması söz konusu olan milyonlarca bina bulunmaktadır. Özellikle yüksek katlı binaların klasik yöntemlerle yıkımının uzun sürede gerçekleşmesi sonucu çevreye verilen rahatsızlık, yüksek maliyet ve emniyetsiz çalışma şartlarını beraberinde getirmektedir. Bu nedenle daha pratik yöntemlerin arayışına gidilmiştir. Bunun sonucunda, ülkemizde henüz uygulanmaya başlayan ve Ekim 2014’te yürürlüğe giren “Yapıların Tam ve Kısmi Yıkımı İçin Uygulama Kuralları” TS13633 standardında belirtilen kontrollü patlatma ile yapı yıkımı gündeme gelmiştir.

Patlatma ile yıkım metodu, alt katlarda mevcut olan taşıyıcı elemanların patlayıcı kullanılarak parçalanması ile geri kalan taşıyıcı elemanların artan basınç ve/veya moment yükü karşısında yenilmesi sonucu yapının yıkılmaya başlaması prensibine dayanır.

Binanın kontrollü patlatma ile yıkılmasında, genel bir tasarım önerisi sunulamaz. Çünkü; çevresel faktörler (komşu yapılar) ile bina özellikleri (konumu, planı, malzeme özellikleri vs.) her bir bina için farklılık göstermektedir. Bina özellikleri ile çevresel faktörler dikkate alınarak, amaca uygun yıkım tasarımı önerilmelidir.

Yapıların, patlatma ile kontrollü yıkımı için iki yöntem uygulanmaktadır. İlki; yapının ağırlık merkezinin değiştirilmesi sonucu yana devrilmesidir. İkincisi ise; yapının taşıyıcı elemanlarından bir kısmının taşıyıcı özelliğini yitirmesi ile diğer yapı elemanlarının artan yük karşısında deforme olması sonucu yapının bulunduğu sınırlar içerisinde çökmesidir. Bu iki metodun birlikte kullanıldığı uygulamalar da görülmektedir.

Edirne Kapıkule Gümrük Lojmanları patlayıcı ile yıkım yöntemi ile aşağıda örnek gösterilmiştir.

Şekil 1 (a ve b) ve 2 (a ve b)’de bu iki yöntemin örnek model üzerinde uygulanması ile bina davranış modeli sırasıyla sunulmuştur.

Yapı yıkımında genellikle yüksek hassasiyetli dinamitler, T.N.T. ve RDX ile PETN içerikli plastik patlayıcılar kullanılmaktadır. Yüksek hassasiyetli dinamitler, beton veya betonarme malzemeler için tercih edilirken, lineer şekilli plastik patlayıcılar çelik malzemelerin yıkımında tercih edilirler.

Beton veya betonarme malzemede patlayıcılar, yapı elemanında açılan delikler içerisine yerleştirilirken çelik yapılarda patlayıcı, yapı elemanının yüzeyine yerleştirilir.

Sıkılama için kağıt, kum, balçık, toprak ve sıva kullanılabilir. Yüzeysel patlayıcıların sıkılanmasında kum torbaları veya kontrplak ve dayanıklı kumaşlar birlikte kullanılabilir. Yüzeysel patlatmalarda şarjın yapı elemanı ile sıkı temas etmesi, şarjın da üzerinde sıkılama olması patlama performansında pozitif rol oynar.

Patlatma kaynaklı çevresel etkiler; parça savrulması, yer sarsıntısı, gürültü ve toz oluşumudur.

Parça savrulmasından oluşabilecek hasarın önüne geçmek adına patlayıcı yerleştirilen yapı elemanları jeotekstil malzeme ve tel örgü ile sarılmalıdır. Bununla birlikte, binanın yıkım esnasında enkaz alanı dışına parça savrulmasına imkan veren açık kısımları da jeotekstil malzeme ve tel örgüler ile çevrelenmelidir.

Gürültüden oluşabilecek rahatsızlıkların önüne geçmek için çevre sakinleri ve ilgili personel kişisel koruyucu kulaklık kullanabilir ve gürültü oluşumunu minimize etmek üzere patlayıcı yerleştirilen yapı elemanı cam yünü ile sarılabilir.

Patlamanın gerçekleşmesi ve yapının yıkılıp yere çarpması sonucu oluşacak yer sarsıntısını azaltmak için darbe emici özellikte olan koruyucu malzemeler veya inşaat molozları yapının devrileceği alana serilebilir.

Yıkım süresince toz oluşumunun tamamen önüne geçmek oldukça güçtür. Bu hususta, yapı ıslatılabilir veya yıkım anında yapı, su püskürtme makineleri ile sulanabilir.

Betonarme taşıyıcı sistemlerde betonun basınç dayanımı betonarmenin davranışını önemli ölçüde etkiler.

Betonun basınç dayanımı düşük ise, hem betonun daha düşük bir yük düzeyinde deforme olup şekil değiştirmesine, hem de beton ile donatı arasındaki aderansın düşük gerilmelerde bile yitirilmesine sebep olacaktır. Bu durum, boyuna donatıların deforme olmuş betondan kolayca sıyrılmasına neden olacaktır. Bunun sonucunda beton kırılır, donatı kopar ve yapı çöker.

Beton en büyük gerilmeye ulaşıldığında değil, belirli bir deformasyona ulaşınca kırılır. Bunun sebebi; en büyük gerilmeye ulaşıldığında bazı lifler kısalır. Bu sırada daha az zorlanan lifler devreye girerek gerilme almaya başlar ve maksimum gerilmeye ulaşmış liflerde gerilme düşer, ancak kısalma devam eder.

Patlayıcı ile yıkım yöntemini uygulamadan önce şu adımlar gerçekleştirilir:

Betonarme özellikleri bilinen binanın sonlu elemanlar programında üç boyutlu modeli oluşturulur ve yapının ölü yükler altında taşıyıcı elemanlarının tesiri altında kalacağı gerilmeler ve yükler kontrol edilerek, hangi taşıyıcı eleman bu gerilmelere karşı zayıf kalır, yapı kendiliğinden çöker mi sorusuna da yanıt aranır.

Şarj miktarı; yapıda kullanılacak patlayıcı miktarıdır. Literatürde bir çok formül kullanılmakta. En yaygın ikisi Thomas ve Hauser’in geliştirdiği formüllerdir.

L= Şarj miktarı
V= Patlatılacak nesnenin hacmi

L= Şarj miktarı
w = Delik boyu (ft)
c= Malzeme Faktörü
d= Delik sınama katsayısı

q = Tecrübe değeri (kg/m3)
Q = Kullanılan toplam patlayıcı madde miktarı (kg)
V = Patlatılan nesnenin hacmi (m3)

Thomas’ın formülünde tecrübe değerini tespit etmek için deneme atımları yapılır. Bir taşıyıcı kolonun belirlenen noktasına az miktarda patlayıcı ile birkaç deneme yapılır.

Şekildeki tabloda örnek bir kolon için uygun görülen deneme atımı paremetreleri bulunmuştur.

Şekilde örnek yapımız için diğer kolonlarda kullanılan patlayıcı miktarları belirlenmiş.

Örnek bir yapı için binaların statik durumu ve geometrisi, betonarme malzeme özellikleri ile çevresel faktörler göz önünde bulundurulduğunda, literatürde “içine çökertme” olarak adlandırılan yıkım tekniğinin uygulanmasına karar verilmiştir. Bu amaçla, şekilde sunulan ateşleme sırası önerilmiştir. Kolonlar arası 65 milisaniye (ms) gecikmeli NONEL kapsüller kullanılmıştır.

Ateşleme süreci, zemin katta 1, 2 ve 3 numaralı kolonların ateşlenmesiyle başlar, 2.katta 51, 52 ve 53 numaralı kolonların ateşlenmesiyle son bulmaktadır. Zemin katta, ilk olarak 1, 2 ve 3 numaralı kolonlar ateşlenmiş, dikey doğrultuda birbirine paralel olan kolonlar aynı anda ateşlenecek şekilde bina boyunca sırayla ateşleme devam etmiştir. Binanın merdiven boşluklarında kullanılan beton ve demir kalitesinin, binanın diğer bölgelerinde kullanılanlardan daha yüksek olabilme ihtimaline karşılık merdivenler etrafındaki kolonların aynı anda patlatılması uygun görülmüştür.

Zemin katta ilk merdiven boşluğuna gelindiğinde, yani 16 ve 17 numaralı kolonlar ateşlendikten hemen sonra, üst kata (birinci kata) çıkarılan bir diğer hatla birinci kattaki 1, 2 ve 3 numaralı kolonlar ateşlenmeye başlar ve zemin kattaki ateşleme sırasıyla aynı şekilde diğer kolonlar ateşlenmeye devam etmektedir.

1.Katta da ilk merdiven boşluğuna gelindiğinde, yani 16 ve 17 numaralı kolonlar ateşlendikten hemen sonra üst kata (İkinci kat) çıkarılan bir diğer hatla ikinci kattaki 1, 2 ve 3 numaralı kolonlar ateşlenmeye başlamakta ve diğer katlardaki ateşleme sırasıyla aynı şekilde diğer kolonlar ateşlenmeye devam etmekte olup, 51, 52 ve 53 numaralı kolonlarda ateşlendiğinde ateşleme işlemi tamamlanmaktadır.

Bu örnek yapı için betonarme malzeme kalitesi dikkate alındığında en üst katında bulunan yapı elemanlarının yıkım anında tesiri altında kaldığı yükün ve yere çarpmanın verdiği etkiyle parçalanacağı öngörüldüğünden en üst kata patlayıcı yerleştirilmesine gerek duyulmamıştır. Bu tasarımda 477 adet 65 ms gecikme süreli NONEL kapsül kullanılmaktadır.

Betonarme özellikleri bilinen örnek yapı için sonlu elemanlar programında bir yıkım simülasyonu hazırlandı ve ateşleme başladığı andan itibaren patlatılan kolonların etrafında bulunan kolonlara etki eden basınç kuvvet ve/veya momentlerde artış gözlenmektedir. Bu artışla beraber bazı kolon ve/veya kirişlerin ateşleme süresince patlayıcı kullanılmadan, tesir altında kaldığı yüklerin etkisiyle deforme olacağı öngörülmüştür.

Bu ateşleme sırası için Sonlu Elemanlar Programında oluşturulan model üzerinde test edilmiş ve bazı veriler elde edilmiştir.

Ateşleme başladığı andan itibaren patlatılan kolonların etrafında bulunan kolonlara etki eden basınç kuvvet ve/veya momentlerde artış gözlenmektedir. Bu artışla beraber bazı kolon ve/veya kirişlerin ateşleme süresince patlayıcı kullanılmadan, tesir altında kaldığı yüklerin etkisiyle deforme olacağı öngörülmüştür.

Ateşlenen kolonların yok olduğu varsayılarak yapılan simülasyon modellerinde ateşlenen kolonların üst kattaki eşdeğerlerinin taşıma özelliği kaybolmuş olup kendi ve taşıdığı yükü, yakın kolonlara aktararak yaptığı deformasyonla oluşturduğu moment diğer uç kolonlara çekme kuvveti şeklinde yansıyarak basınç kuvvetini azaltıcı etkide bulunmuştur.

Tabloda görüldüğü üzere, t = 0,3 sn’de üçüncü katta belirlenmiş olan 15, 16, 26, 28, 36, 40, 49 ve 52 numaralı kolonlar taşıma kapasitelerinin üzerinde moment yüküne, 2 numaralı kolon ise taşıma kapasitesinin üzerinde moment ve basınç yüküne maruz kalmaktadır. t = 0,6 sn’de ise belirlenmiş olan tüm kolonlar patlatılmış olacak veya taşıma kapasitelerinin üzerinde yüklere maruz kalacaktır. Otojen kırılma gerçekleşeceği de göz önünde bulundurularak bloklara ayrılmış bir moloz yığınının oluşacağı öngörülmüştür. Bu analiz sonunda binanın 260 ms.’de alçalmaya başlayacağı 585 ms.’de ise çökmenin tamamlanacağı öngörülmüştür.

Aşağıdaki şekilde binanın ateşleme süresince tahmini davranışı gösterilmiş.

Parça savrulmasını engellemek için taşıyıcı kolonların çevreleri çelik hasır, tel örgü, taş yünü, keçe gibi malzemeler ile sarılır. Yine de bu malzemelerin de deforme olma, yırtılma ihtimaline karşı da yapı çevresi branda ile de çevrilir. Tabi ki iş güvenliği önlemleri, yıkılacak binanın kontrolü had safhadadır. Yapının çevresinde hesaplanan mesafelerde güvenlik önlemleri alınır.

Örnek uygulama binamızın yıkımı tamamlandığında bina, güney cephesine doğru eğilme göstermiştir. Bu durum, güney cephesinde bulunan kolon sayısının azlığı ve güney cephesinin kuzey cephesinden daha kısa olması ve güney cephesinin daha zayıf olmasının bir sonucudur.

Gecikme aralıklarının düşük olması, binanın tesir altında kaldığı yüklerin etkisiyle deforme olmasına izin vermemiştir.

Bunun sonucunda döşemeler üst üste binmiştir. Bu durum aşağıdaki fotoğraflarda net bir şekilde görülmektedir. En üst kata patlayıcı konulmamasından ve gecikme aralıklarının çok düşük olması nedeniyle en üst katta bulunan yapı elemanlarında gözle görülür hasar oluşmamıştır.

Ateşlenme süresi yaklaşık 1,2 sn olmasına karşın yıkım 3,73 sn tamamlanmıştır. Bu zaman farkı, binanın kendini taşıma süresi veya bir diğer deyişle tepki süresi olarak ifade edilir. Bu sonuçtan yola çıkarak, kontrollü patlatma ile yapı yıkımı projelerinde yapının tepki süresinin hesaplanmasının, çalışma sonuçları üzerinde belirleyici unsur olabileceği anlaşılmıştır. Bina yüksekliğinin yarı yarıya azalması sonucunda bina, makineli yıkım için güvenli bir çalışma ortamı hazırlamıştır.

5 adet titreşim ölçer cihaz yıkımın gerçekleşeceği binanın çevresinde bulunan binaların zemin ve en üst katlarına yerleştirilmiştir. BE10707 ve BE10772 numaralı cihazlar bulundukları binaların en üst katına, diğer cihazlar ise zemin katlara yerleştirilmiştir. Tablo 7’de cihazların kaydettiği değerler sunulmuştur.

Tablo 7’de sunulan parçacık hız bileşenleri oluşum frekansları da dikkate alınarak T.C. Çevre ve Orman Bakanlığı’nın Çevresel Gürültünün Kontrolü ve Yönetimi Yönetmeliğine göre Meydana gelen titreşimin, T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı’nın belirlediği hasar limitlerinin altında kaldığı görülmüştür.