Mustafa Akgün, DEÜ Müh. Fak. Jeofizik Müh. Böl Özkan Cevdet Özdağ ; DEÜ Rektörlüğü Ahmet Turan Arslan ; DEÜ Meslek Yüksek Okulu D İ NAM İ K ETK İ LER ALTINDA OLUSAB İ LECEK DEFORMASYON DÜZEYLER İ N İ N BEL İ RLENMES İ ÇALI Ş MALARININ JEODEZ İ K ARA Ş TIRMALARDAK İ ÖNEM İ

Bu Çalışmada Hedeflenen Konular; Deprem sırasında oluşan zemin dinamik davranış analizi sonuçları ile jeodezik çalışma sonuçları arasında herhangi bir ilişki olabilirmi? E ğ er aralarında bir ilişki varsa; Bu durum mevcut ve Yeni kurulacak sabit GPS istasyonlarının konumları ile ilgili hangi sonuçları oluşturabilir?

Deprem Mühendisliği Kavramlarına Göre Bilinenler; Deprem sırasında oluşan dinamik yükün büyüklüğüne ve süresine göre yeraltında farklı seviyelerde yanal ve düşey yönlerde deformasyonlar (şekil ve hacim değişimleri) oluşur.Deprem sırasında oluşan dinamik yükün büyüklüğüne ve süresine göre yeraltında farklı seviyelerde yanal ve düşey yönlerde deformasyonlar (şekil ve hacim değişimleri) oluşur. Bu deformasyonlarBu deformasyonlar Elastik seviyelerde (kalıcı değişim olmaz),Elastik seviyelerde (kalıcı değişim olmaz), Elastoplastik seviyelerde (küçük oranlarda kalıcı değişim)Elastoplastik seviyelerde (küçük oranlarda kalıcı değişim) Plastik seviyelerde (yüksek oranlarda kalıcı değişim) olabiliyor.Plastik seviyelerde (yüksek oranlarda kalıcı değişim) olabiliyor. Bu değişimler birim olarak milimetre (mm), santimetre (cm) ve metre (m) bazında olabiliyor.Bu değişimler birim olarak milimetre (mm), santimetre (cm) ve metre (m) bazında olabiliyor.

Bu Tanımlara Göre Karşımıza Çıkan İlk Sonuçlar; GPS istasyon noktasında deprem sırasında oluşabilecek yer değiştirmelerin önceden araştırılması gerekir. Elastoplastik ve Plastik seviyelerde oluşabilecek deformasyon değişimleri istasyonlarda kayıt edilen GPS verilerinin yorumlanmasına yön verebilirmi?.GPS istasyon noktasında deprem sırasında oluşabilecek yer değiştirmelerin önceden araştırılması gerekir. Elastoplastik ve Plastik seviyelerde oluşabilecek deformasyon değişimleri istasyonlarda kayıt edilen GPS verilerinin yorumlanmasına yön verebilirmi?. Bu yer değişimlerinin levha hareketlerinden veya zemin yüzeyine yakın bir alanda olma olasılığı olabilir ve araştırılması gerekirmi?Bu yer değişimlerinin levha hareketlerinden veya zemin yüzeyine yakın bir alanda olma olasılığı olabilir ve araştırılması gerekirmi? Deformasyon değişimleri üzerinde etkili olan deprem kuvveti ve ortam özellikleri hakkında bazı bilgilerin elde edilmesi gerekirmi?Deformasyon değişimleri üzerinde etkili olan deprem kuvveti ve ortam özellikleri hakkında bazı bilgilerin elde edilmesi gerekirmi?

Bu Tanımlara Göre Yapılması Gereken Araştırmalar; 1.Deprem olmadan önce deprem büyüklüğü ve süresinin çalışma alanlarına özgün olarak yeraltının herhangi bir seviyesi için elde edilmesi gerekirmi?. Bunun anlamı Sahaya Özgün Deprem Tehlike Analizi çalışmalarının yapılması gerekirmi? 2. Eğer gerekiyorsa,Yeraltını oluşturan jeolojik yapılarda dinamik deprem yükü etkisinde oluşabilecek deformasyon değişimlerini kontrol eden parametrelerin tanımlanması ve gerekli seviyelere kadar elde edilmesi sağlanmalıdır.

Deprem Sırasında Zemin Yüzeyinde Oluşan Deprem-Zemin Ortak Davranışı Tanımı Önce yapı zemin ortak noktası yer de ğ istiriyor. Daha sonra yapı davranısı olusuyor. Yapı zemin ortak noktasının yer de ğ isimi üzerinde etkili olan zemin özellikleri oluyor. Zemin yüzeyindeki bir noktayı yatay yöndeki deprem kuvveti yer değiştirmeye zorluyor. Depremin büyüklüğü, süresi ve frekans spektrum özellikleri yer değiştirme üzerinde etkilidir.

Bu tanımlara göre yapılması gereken araştırmalar içeriğinde en önemli parametre zemin yüzeyinde ve A-B arasındaki yer değiştirmenin hangi deformasyon seviyesinde (elastik, elastoplastik veya plastik) olabileceğinin saptanması olacaktır.Bu tanımlara göre yapılması gereken araştırmalar içeriğinde en önemli parametre zemin yüzeyinde ve A-B arasındaki yer değiştirmenin hangi deformasyon seviyesinde (elastik, elastoplastik veya plastik) olabileceğinin saptanması olacaktır. Bunun için sahaya özgün yapılacak Sismik Tehlike Analizi Çalışmaları sonucunda zemin yüzeyi için elde edilecek olası en büyük deprem kuvveti etkisiyle A-B arasında oluşabilecek deformasyon değişimlerinin araştırılması gerekir.Bunun için sahaya özgün yapılacak Sismik Tehlike Analizi Çalışmaları sonucunda zemin yüzeyi için elde edilecek olası en büyük deprem kuvveti etkisiyle A-B arasında oluşabilecek deformasyon değişimlerinin araştırılması gerekir. A-B noktaları arasındaki değişim hem deprem büyüklüğüne hem de ortam özelliklerinden etkilenir.A-B noktaları arasındaki değişim hem deprem büyüklüğüne hem de ortam özelliklerinden etkilenir.

Bu aşamada karşımıza çıkması gereken soru? A-B noktası arasında ve zemin yüzeyinde veya içinde kalıcı yer değiştirme oluşursa (elastoplastik veya plastik deformayon) Ve A noktasında sabit bir GPS istasyonu varsa bu istasyon tarafından kayıt edilen veriler nasıl etkilenir?

Zemin yüzeyinde A-B noktaları arasındaki yer değiştirme miktarını (deformasyonun derecesini) kontrol eden yatay yöndeki deprem kuvvetinin tanımlanması Sahaya Özgün Deprem Tehlike Analizi Çalışmaları

 Deprem kaynağı oluşturabilecek sismotektonik yapıların (verilerin) araştırılması ve derlenmesi,  Saptanan sismik kaynakların deprem oluşturma olasılığı olan maksimum magnitüt değerlerinin belirlenmesi,  Bölgeyi temsil edecek alan içinde aletsel dönemde kayıt edilmiş geçmiş deprem verilerin derlenmesi.  Çalışma bölgesine uygun PGA değerini hesaplamak için kullanılacak azalım ilişkilerinin seçilmesi  Seçilen azalım ilişkisi formülleriyle deterministik hesapla kontrol eden en büyük yer hareketi ya da oluşabilecek en büyük depremin ivmesinin hesaplanması,  Deterministik ve olasılıksal hesaplamalar sonucu yapının çeşitli sürelere karşılık gelen tepki spektrumlarının oluşturulması,  Deprem-Zemin ortak davranış spektrumuna ait spektral ivme grafiklerinin hazırlanması.

Soru 1; Dinamik deprem yük etkisinde oluşan bu deformasyon değişimleri yeraltında Hangi derinliğe kadarHangi derinliğe kadar Hangi seviyelerde oluşabilir?Hangi seviyelerde oluşabilir? Soru 2; Bu derinlik ve seviyelerin tanımı varmı? Soru 3; Bu tanımlar nasıl araştırılır? Soru 4; Hangi yöntemler kullanılabilir?

DEPREM MÜHENDİSLİĞİ KAVRAMLARI

Deprem Mühendisli ğ inde Yeraltını Tanımlamak İ çin Bazı Kavramlar Kullanılır; Deprem Mühendisli ğ inde Yeraltını Tanımlamak İ çin Bazı Kavramlar Kullanılır; Bu kavramlar hem deprem kuvvetini tanımlamak hem de dinamik deprem kuvveti etkisinde yeraltında oluşabilecek de ğ işimleri tanımlamak için kullanılır. Bu kavramlar hem deprem kuvvetini tanımlamak hem de dinamik deprem kuvveti etkisinde yeraltında oluşabilecek de ğ işimleri tanımlamak için kullanılır. Bu tanımlara göre yeraltı 3 ortamdan oluşur; 1. Sismik Anakaya (Seismic Bedrock), 1. Sismik Anakaya (Seismic Bedrock), 2. Mühendislik Anakayası (Engineering Bedrock) ve 2. Mühendislik Anakayası (Engineering Bedrock) ve 3. Zemin (Soil) tanımlarıdır. 3. Zemin (Soil) tanımlarıdır.

Deprem Mühendisli ğ i Kavramlarına göre Sismik Anakaya (Seismic Bedrock), Sismik Anakaya (Seismic Bedrock), Mühendislik Anakayası (Engineering Bedrock) ve Mühendislik Anakayası (Engineering Bedrock) ve Zemin (Soil) tanımları sismik S dalga hız de ğ erlerine göre yapılır (Nath 2008). Zemin (Soil) tanımları sismik S dalga hız de ğ erlerine göre yapılır (Nath 2008). Günümüzde kullanılan Sismik S dalga hızı de ğ erleri; Günümüzde kullanılan Sismik S dalga hızı de ğ erleri; Sismik Anakaya için ;Vs>3000 m/sn Sismik Anakaya için ;Vs>3000 m/sn Engineering Bedrock;3000>Vs>760 m/sn ve Engineering Bedrock;3000>Vs>760 m/sn ve Soil için; Vs<760 m/s. Dir. Soil için; Vs<760 m/s. Dir.

Deprem-Zemin Ortak Davranış Modeli Nath (2008)

Sismik Anakaya (Seismic Bedrock) özellikleri nelerdir; I.Tek katmandan oluşur. II.Sismik anakaya içinde deprem hareketi enerji kavramı ile açıklanır. III.Deprem hareketinin frekans spektrumunda genlik frekans de ğ işimleri dikkate alınmaz. IV.Bu ortam içinde enerjide sönüm oluşabilir. V.Deformasyon de ğ işimleri elastik seviyelerde oluşur.

Mühendislik Anakayası (Engineering Bedrock) Özellikleri a.Mühendislik anakayası çok sayıda katmandan oluşabilir; b.Katmanlar arasındaki sismik empedans oran de ğ işimlerine (tabakalar arasındaki sismik hız ve yo ğ unluk de ğ er de ğ işimleri) göre deprem hareketinin spektrumunda hakim genlik – frekans bölgelerinde de ğ işimleri oluşabilir. c.Bu genlik frekans de ğ işimleri zemin yüzeyindeki zemin davranışının hangi periyot bölgesinde baskın olabilece ğ ini tahmin etmek için kullanılır. d.Bu bölge içinde dinamik kuvvet etkisinde oluşabilecek deformasyon de ğ işimleri daima elastik seviyelerde oluşur.

Zemin (Soil) Katmanının Özellikleri; a.Zemin çok sayıda katmandan oluşabilir; b.Katmanlar arasındaki sismik empedans oran de ğ işimlerine (tabakalar arasındaki sismik hız ve yo ğ unluk de ğ er de ğ işimleri) göre deprem hareketinin spektrumunda hakim genlik – frekans bölgelerinde de ğ işimler oluşabilir. c.Bu genlik frekans de ğ işimleri zemin yüzeyindeki zemin davranışının hangi periyot bölgesinde baskın olabilece ğ ini tahmin etmek için kullanılır. d.Bu bölge içinde dinamik kuvvet etkisinde oluşabilecek deformasyon de ğ işimleri elastik, elastoplastik veya plastik seviyelerde oluşabilir.

SONUÇ; Zemin (Soil) katmanının özellikleri ve dinamik yük etkisinde yapaca ğ ı davranış sonucunda oluşabilecek deformasyon de ğ işimlerinin araştırılması gerekir. Zemin dinamik analiz çalışmaları için gerekli araştırma derinli ğ i mühendislik anakaya Vs>760m/s. sınırı olmalıdır.

ZEMIN DINAMIK ANALIZI HESAPLARıNDA KULLANıLAN GERILIM-DEFORMASYON GIRIŞ PARAMETRELER I

(DINAMIK ETKILER ALTıNDA ZEMIN DAVRANıŞı) Zeminlerin dinamik davranış özellikleri, zeminde oluşan deformasyonların mertebesi ile ilişkilidir. Elastik ve elasto-plastik davranış koşullarındaki şekil de ğ iştirme seviyelerinde zeminlerin gerilme- şekil de ğ iştirme özellikleri ön plana çıkmaktadır. Daha büyük şekil de ğ iştirme seviyelerinde ise uygulanan yük altında zemindeki mukavemet kayıpları ve plastik şekil de ğ iştirme özellikleri önem kazanmaktadır.

Deprem Sırasında-Sonrasında Zemin Durumunun (deformasyon seviyelerinin) Araştırılması Nasıl Yapılır? Deprem-zemin ortak davranışını tanımlamak için zeminde oluşan birim yatay yer de ğ iştirme ile tanımlanan deformasyon seviyesine göre karar verilir. Birim Deformasyon ve daha küçük olursa davranış elastik, Birim Deformasyon civarında ise davranış elasto-plastik, Birim Deformasyon den daha büyük oldu ğ unda davranış plastik olur. E ğ er Kayma Mukavemeti Özellikleri Araştırılacaksa Tekrarlı Gerilme Genlik De ğ erleri ile Çevrim Sayısı Dikkate Alınır. E ğ er zeminde dinamik ve statik yük altında oluşabilecek gerilme ve şekil de ğ iştirme özellikleri araştırılacaksa; Dinamik kayma modülü (Gmax) ve Sönüm oranları dikkate alınır.

ZEMIN YÜZEYINDEKI BIR YAPıNıN DEPREM HAREKETINDEN ETKILENME DURUMUNU ARAŞTıRıRKEN TEMEL ALıNMASı GEREKEN ARAŞTıRMA ALANı 2 BOYUTLU OLARAK KABUL EDILIR. TEK BOYUTLU ARAŞTıRMALAR HATALı SONUÇLAR VEREBILIR. 24

DEPREM ETKISI BASLAMA NOKTASı (DEPREM KAYNA Ğ ı) Deprem Etkisinin Bitti ğ i Nokta (Zemin Yüzeyi) Soru: Zemin Yer De ğ istirme Davranısı Üzerindeki Deprem Kuvveti ve Etkisi Nerde Baslar Nerde Biter Deprem Etkisinde De ğ işim Yaratacak Ortam 1.Bu ortamın hangi özellikleri bu de ğ işimleri yaratır 2.Bu ortamın kalınlı ğ ı ne olmalı 3.Bu ortamın özellikleri zemin yüzeyine nasıl yansıtılır. Zemin Ana Kaya Sınırı De ğ işimin Başladı ğ ı Sınır Olarak Tanımlanır

ZEMİN YÜZEYİNDEKİ DEPREM ZEMİN ORTAK DAVRANIŞINI ETKİLEYEN GENEL FAKTÖRLER Deprem Kuvvetini Etkileyen Parametreler 1- Depremin büyüklüğü (M) 2- Depremin tipi 3- Depremin lokasyonu 4- Depremin derinliği II- Zemin koşullarına bağlı etkiler; 1- Zemin türü 2- Yeraltı suyu 3- Sismik dalgaların yayılma yolu 4- Havzanın şekli 5- Zemin tabakalarının yatay yöndeki dağılım şekli.

27 SONUÇ OLARAK GPS ISTASYONLARıNıN KURULU OLDU Ğ U ZEMINLERDE DINAMIK DEPREM YÜKÜ ETKISIYLE OLUŞABILECEK YER DE Ğ IŞTIRMELERIN SEVIYELERINI ARAŞTıRMAK IÇIN YAPıLMASı GEREKEN ÇALıŞMALARıN IÇERI Ğ I AŞA Ğ ıDA ÖZETLENMIŞTIR.

28 ÖRNEK ÇALıŞMA

29 İ zmir Metropol alanı sınırları içerisinde yer alan ve Yeni Kent Merkezi olarak tanımlanan bölgede 500m. Derinlik ve 5km. Profil uzunlu ğ u için zemin mühendislik anakaya modeli oluşturulmuştur. Daha sonra deprem sırasında oluşan gerilme – makaslama deformasyonları, gerilme – şekil de ğ iştirme özellikleri, buna ba ğ lı olarak gelişen yatay ve düşey yöndeki yer de ğ iştirmeler bilgisayar destekli sayısal çözümleme yöntemleri kullanılarak hazırlanan iki farklı model üzerinde statik ve dinamik koşullarda Phase2 (V9.028) programı kullanılarak analizler yapılmıştır.

Çalı ş ma Alanı

JEOFİZİK ÇALIŞMALAR İnceleme alanının dinamik özelliklerini ortaya koymak amacı ile yapılan Jeofizik çalışmaları sonucunda elde edilen zemin Anakaya Modeli; V P1 :260–430 m/sn; V S1 :150–250 m/sn hız değerlerine sahip, tabaka kalınlığı 45 – 150 m aralığında değişen 1. tabaka; V P2 :690–865 m/sn; V S2 :400–500 m/sn hız değerlerine sahip, tabaka kalınlığı 14 – 37 m aralığında değişen 2. tabaka; V P3 :430–520 m/sn; V S3 :250–300 m/sn hız değerlerine sahip, tabaka kalınlığı 75 – 370 m aralığında değişen 3. tabaka; V P4 :865–1040 m/sn; V S4 :500–600 m/sn hız değerlerine sahip, tabaka kalınlığı 60 – 90 m aralığında değişen 4. tabaka; V P5 :1385–1730 m/sn; V S5 :800–1000 m/sn hız değerlerine sahip, 5. tabaka; V P6 :2080–2250 m/sn; V S6 :1200–1300 m/sn hız değerlerine sahip, 6. tabaka; V P7 :5190–6920 m/sn; V S7 :3000–4000 m/sn hız değerlerine sahip, 7. tabaka tespit edilmiştir.

Zemin Anakaya Modelinin Çalışma Alanına Özgün Tanımlanması Tabakaların Yatay Yöndeki Da ğ ılımı Çalışma Alanına Özgün Verilmiş Zemin Anakaya Modelinin Çalışma Alanına Özgün Tanımlanmaması Tek Bir Nokta İ çin Elde Edilen Parametrelerden Yatay Yarı Sonsuz Tabakalardan Oluştu ğ unun Kabul edilmesi

Bu amaçla iki farklı kabule göre hazırlanan model üzerinde yüzeyde alınan bir noktanın maksimum yanal deformasyonu do ğ al tabakalanma ve yatay tabakalanma durumları ve beş istasyonda kaydedilen ivme zaman grafikleri kullanılarak zaman tanım alanında analizler yapılarak her kesit için yüzeyde alınan bir noktanın yanal yer de ğ iştirmesi ayrı ayrı hesaplanmıştır. Deprem yatay kuvveti olarak 21.Nisan 2017 tarihinde Manisa Selendi bölgesinde meydana gelen ve 5 büyüklü ğ ünde (Mw=5) olan depremin 5 farklı istasyonda 1. Pınarbaşı İ stasyonu, 2. Yamanlar İ stasyonu, 3. Manavkuyu İ stasyonu 4. Yeşilyurt İ stasyonu 5. Bayraklı İ stasyonu kayıt edilmiş ivme-zaman kayıtları kullanılarak zaman tanım alanında analizleri yapılmıştır.

Do ğ al Zemin Anakaya Modeli İ deal Zemin Anakaya Modeli Do ğ al Zemin Anakaya Modeli İ deal Zemin Anakaya Modeli Yüzeyde Alınan Bir Noktanın Zaman Tanım Alanında Her Bir İstasyon Verisi Kullanılarak Doğal Ve İdealleştirilmiş Zemin Anakaya Modelleri Kullanılarak Hesaplanmış Maksimum Yanal Deformasyon Grafikleri

Makaslama deformasyonlarının dinamik koşullarda do ğ al ve yatay tabakalanma durumunda kesit üzerindeki da ğ ılımları. Kesitlerde mavi tonlarda gösterilen renkler makaslama deformasyonlarının düşük, kırmızı renk tonu ile gösterilen bölgeler ise makaslama deformasyonlarının yüksek oldu ğ u ve yo ğ unlaştı ğ ı bölgeleri göstermektedir.

Zemin Yüzeyinde Alınan Noktanın Maksimum Yatay Yer De ğ iştirmesi Pınarbaşı istasyonu verilerine göre ; Do ğ al tabakalanma durumu için 21,59. sn de 0,16 m; Yatay tabakalanma durumu için 21,37. sn de 0,18 m. Yeşilyurt istasyonu verilerine göre ; Do ğ al tabakalanma durumu 24,98. sn de 0,10 m; Yatay tabakalanma durumu için 24,60. sn de 0,085 m; Yamanlar istasyonu verilerine göre Do ğ al tabakalanma durumu 18,72. sn de 0,23 m; Yatay tabakalanma durumu için 25,35. sn de 0,23 m; Manavkuyu istasyonu verilerine göre Do ğ al tabakalanma durumu 19,76. sn de 0,22 m; Yatay tabakalanma durumu için 31,53. sn de 0,18 m; Bayraklı istasyonu verilerine göre Do ğ al tabakalanma durumu 19,57. sn de 0,49 m; Yatay tabakalanma durumu için 19,37. sn de 0,53 m olarak hesaplanmıştır.

SONUÇ; Buraya kadar yapılan açıklama sonuçları dikkate alındı ğ ında; GPS istasyon noktalarında zemin anakaya modelleme çalışmaları ile sahaya özgün sismik tehlike analizlerinin yapılması gerekti ğ ini kabul ederek sonuçları oluşturduk.

SONUÇ; Dinamik analizlerde zemin yüzeyine ait aynı depremin kaydı kullanılmasına ra ğ men do ğ al tabakalı ortam ve yatay tabakalı ortam kabul edilerek yapılan sayısal analiz sonuçları irdelendi ğ inde max gerilme-kayma deformasyonları ve yer de ğ i ş tirmelerin depremin farklı zamanlarında ve farklı oranlarda meydana geldi ğ i görülmü ş tür. Do ğ al ve yatay tabakalanma durumları de ğ erlendirildi ğ inde, dinamik ko ş ullarda makaslama deformasyonlarındaki da ğ ılım, jeolojik yapı, birimlerin litolojik, jeolojik ve jeoteknik özelliklerine göre da ğ ılım göstermektedir. Makaslama deformasyonlarındaki da ğ ılımın kesitler üzerinde farklı de ğ erler almasının bir di ğ er nedeni, hesaplamalarda kullanılan ivme zaman grafiklerinin farklı olmasından dolayıdır. Bunun için mühendislik anakayası üst seviyesine ait deprem verisinin kullanılması gerekir. Sahaya özgün sismik tehlike çalı ş ması yapılması gerekir.

SONUÇ: Zemin olarak (Vs<760m/s.) tanımlanan ortam içinde yatay deprem kuvvetinin Büyüklü ğ üne, Süresine Frekans özelliklerine Mühendislik anakayası üst seviyesindeki deprem verisine göre farklı seviyelerde deformasyon de ğ işimleri oluşabilir. Zemin olarak (Vs<760m/s.) tanımlanan ortamı oluşturan katmanların ; Kalınlı ğ ı, derinli ğ i ve yatay yöndeki morfolojik yapısına, Kayma ve Elastisite modülü ile poisson oranlarına, Birim hacim a ğ ırlıklarına, İ çsel sürtünme açılarına ve Kohezyon kuvvetlerine göre Zemin içinde ve/veya yüzeyinde kalıcı yer de ğ iştirmeler oluşabilir.

İ ZLED İĞİ N İ Z VE D İ NLED İĞİ N İ Z İ Ç İ N TEŞEKKÜR EDER İ M.