DİNAMİK ZEMİN BÜYÜTMESİ (DYNAMIC AMPLIFICATION FACTOR-DAF) HESAPLAMALARI VE KULLANILAN JEOFİZİK YÖNTEMLER ÖZET Depremler can ve mal güvenliğimizi doğrudan.

... konulu sunumlar: "DİNAMİK ZEMİN BÜYÜTMESİ (DYNAMIC AMPLIFICATION FACTOR-DAF) HESAPLAMALARI VE KULLANILAN JEOFİZİK YÖNTEMLER ÖZET Depremler can ve mal güvenliğimizi doğrudan."— Sunum transkripti:

1 DİNAMİK ZEMİN BÜYÜTMESİ (DYNAMIC AMPLIFICATION FACTOR-DAF) HESAPLAMALARI VE KULLANILAN JEOFİZİK YÖNTEMLER ÖZET Depremler can ve mal güvenliğimizi doğrudan ilgilendiren en önemli doğal afetlerden birisi olarak ülkemizin tamamını tehdit etmektedir. Bu doğal afetin oluşmasını engelleyemeyeceğimiz aşikardır. Kuramsal çalışmalarda, yapıya gelmesi olası deprem kuvvetinin tasarımı sürecinde, PGA’nın yapı yapılacak bölgeyi tehdit eden farklı deprem kaynakları (faylar) ve farklı depremler için tasarlanıp, tasarı depremlerle irdelenmesi gerekmektedir. Nakamura 1989 çalışmasında mikrotremor yatay/düşey oranları ile göreceli zemin büyütmesinin hesaplanabileceğini ve bu spektrumların zemin transfer fonksiyonu olduğu görüşünü ortaya atmıştır. Günümüzde tasarı depremlerle zemin büyütmesi parametresi dinamik özellikleri (DAF) ile hesaplanabilmektedir. Bu çalışmada İzmir Metropol Alanını tehdit eden en aktif deprem kaynağı üzerinde bir tasarı deprem oluşturularak metropol alanında 57 nokta üzerinde uygulanan mikrotremor ölçümleri sonucu elde edilen zemin transfer fonksiyonları ile sismik anakaya üzerinde oluşan depremin zemin yüzeyinde hangi oranda değişeceğini gösteren dinamik zemin büyütmesi parametresi (DAF) hesaplanmış ve haritalanmıştır. GİRİŞ Depreme dayanıklı yapı tasarımında; yapının yer alacağı zemin ile yapının ilişkisinin kurulması ve en önemli yıkıcı etkilerden birisi olan pik deprem yatay ivmelerinin (Peak Ground Acceleration-PGA) doğru bir şekilde hesaplanması gerekliliği kaçınılmazdır. Kuramsal çalışmalarda, yapıya gelmesi olası deprem kuvvetinin tasarımı sürecinde, PGA’nın yapı yapılacak bölgeyi tehdit eden farklı deprem kaynakları (faylar) ve farklı depremler için tasarlanıp, tasarı depremlerle irdelenmesi gerekmektedir. Mikrotremor ölçümlerinden yatay/düşey spektral oran değerlerini belirli varsayımlar dahilinde elde edildiğini ve bu değerlerin zemin büyütmesinin ön kestiriminde kullanılabileceğini önerilmiştir. Ayrıca bu yatay/düşey spektral oranların zemin transfer fonksiyonu ile özdeş olduğu görüşünü ortaya atılmıştır. Bu çalışmada İzmir Yeni Kent Merkezi için bir tasarı deprem ve mikrotremor ölçümleri kullanılarak dinamik büyütme faktörü (DAF) alansal olarak tanımlanmıştır (Şekil 1). Özkan Cevdet ÖZDAĞ Danışman: Prof.Dr. Zafer AKÇIĞ Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü 2012-2013 ÖĞRETİM YILI BİTİRME PROJE SERGİSİ İzmir, 1 Temmuz 2013 TEŞEKKÜR Hem bitirme projem hem de lisans öğrenimim boyunca desteğini ve bilgisini sakınmayan Doç. Dr. Mustafa AKGÜN, Yrd. Doç. Dr. Mehmet UTKU ve Dr. Tolga GÖNENÇ’e, her ne kadar yanımda olmasalarda varlıklarını her zaman hissettiğim sevgili annem ve babam İmran ÖZDAĞ ve Ersan ÖZDAĞ’a, manevi sığınma limanım sevgili Yaprak İPEK’e, çalışma ve ev arkadaşım Onur İLGAR’a ve bitirme tezim kapsamında kullandığım mikrotremor verileri için Prof. Dr. Zafer AKÇIĞ ve TÜBİTAK 106G159 numaralı proje çalışanlarına en içten dilekllerimle teşekkür ederim. KAYNAKLAR Akgün, M., Gönenç, T., Pamukçu,O., Özyalın, Ş., Özdağ, Ö.C., 2013. Mühendislik Ana Kayasının Belirlenmesine Yönelik Jeofizik Yöntemlerin Bütünleşik Yorumu: İzmir Yeni Kent Merkezi Uygulamaları, Jeofizik Dergisi, doi 13.b02 jeofizik-1304-12 (Basımda) Herak, M., 2008., Model HVSR-A Matlab® tool to model horizontal-to-vertical spectral ratio of ambient noise, Computer and Geosciences, 34, 1514-1526. Komazawa, M., Morikawa, H., Nakamura, K., Akamatsu, J., Nishimura, K., Sawada, S., Erken, A., Önalp, A., 2002., Bedrock structure in Adapazari, Turkey—a possible cause of severe damage by the 1999 Kociaeli earthquake, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 22, 829-836 Kramer, S., L., 1996., Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice Hall PTR, (ISBN:0133749436,9780133749434) Nakamura, Y. 1989. A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface, Quarterly report of the Railway Technical Research Institute 30:1, 25-33. Tsai, N.C., 1970, A note on the steady-state response of an elastic half-space. Bulletin of the Seismological society of America 60, 795–808. Uzel, B., Sözbilir, H., Özkaymak, Ç., 2011., Neotectonic Evolution of an Actively Growing Superimposed Basin in Western Anatolia: The Inner Bay of İzmir, Turkey, Turkish Journal of Earth Sciences, 09-10 http://www.usgs.gov (Erişim Tarihi 02.06.2013)http://www.usgs.gov SONUÇLAR DAF değeri, anakayadaki ivmenin zemin yüzeyine hangi oranda değişerek ulaşacağı hakkında bilgi verir. DAF değeri frekans ve zamandan bağımsız ortalama bir değerdir. Gözlemsel mikrotremor çalışmalarından elde edilen pik periyot değeri DAF değerinin yaklaşık hangi periyotta oluşacağı hakkında bilgi verir. DAF değeri ile beraber PGA y veya PGA a değerlerinin biri bilindiğinde diğerinin hesaplanma olanağı sağlanmış olur. Bir bölgede kalın bir zemin olasılığı varsa gözlemsel yatay/düşey spektrumlarını oluştururken zaman ortamı pencere boyunun 70-80 sn. seçilmesi gerekliliği gözlenmiştir (Komazawa vd. 2002). Yapılan gözlemsel yatay/düşey spektral oran grafiklerinden elde edilen pik periyot değerleri (T 0 ) hem 1 sn’den büyük (bazı noktalarda T 0 =5 sn saptanmıştır) hem de Kramer 1996’da kullanılan ve pik periyot toplam zemin kalınlığı ve ortalama S hızı değerleri arasındaki T 0 =4H/V s bağıntısı ortak kullanıldığında çalışma alanında deprem dalgalarının ortalama 1000 m derinlikten itibaren etkilenmeye başladığı sonuçları birbirlerini desteklemektedir. Ayrıca SPAC ölçümleri ve çalışma alanına ait statigrafik kesit birlikte irdelendiğinde SPAC ölçümleri sonucunda elde edilen S dalga hızı derinlik kesitlerindeki (Şekil 5) sayısal değerleri jeolojik birimleri desteklemektedir. Şekil 1. Çalışma Alanı ve Literatür Taraması (USGS) Şekil 4. Çalışma alanı dinamik zemin büyütmesi (DAF) dağılımı YÖNTEM DİNAMİK BÜYÜTME FAKTÖRÜ Nakamura 1989 yılında yaptığı çalışmada, gözlemsel yolla elde edilen yatay/düşey spektral oran eğrilerinin frekans ortamında zemin transfer fonksiyonu olarak tanımlanabileceğini göstermiştir. Ayrıca bilindiği gibi zemin transfer fonksiyonu anakayadan zemine geçen deprem dalgalarının zemin içinde nasıl değişeceği hakkında bilgi verir. Zemin transfer fonksiyonu kuramsal olarak S dalga hızları, P dalga hızları ve P-S dalgalarının ortak kullanılması ile üç farklı yolla hesaplanabilir (Bağıntı 1, 2 ve 3) (Tsai 1970). PGA değerleri zaman ve frekans ortamında birbirine bağlı olarak tanımlanabileceği için PGA değeri G(f) spektrumu içerisinde tanımlıdır. G(f) den zaman ortamındaki PGA değerine ulaşmak için Parseval teoremi ve Rastgele titreşim kuramından yararlanılır. Frekans ortamında PGA y ve PGA a parameterelerinin birbirleri ile ilişkilendirilmesi sonucu olarak DAF parametresi, 9 bağıntısı ile hesaplanır. MİKROTREMOR YÖNTEMİ Bu fikir 1989’ da Yutaka Nakamura tarafından açıklanmıştır. Yüzey jeolojisinden kaynaklanan yer etkileri genellikle yüzeydeki yumuşak zemindeki (H S ) deprem kayıtlarının yatay bileşeni ile temel kayanın (H B ) yüzeydeki yatay bileşeni arasındaki spektral oran (S R ) (Bağıntı 10) olarak kabul edilir. Mikrotremorlar, birçok dalgadan özellikle temel kaya çevresinde yüzeylenen yumuşak zeminden yayılan Rayleigh dalgasından oluşur. Mikrotremor hareketinin düşey bileşeni yumuşak zemin tarafından büyütülmez. Mikrotremor hareketi üzerindeki Rayleigh dalgası etkisi düşey ve yatay bileşene eşittir. Geniş bir frekans aralığında (0.2–20 Hz) temel kayada yatay ve düşey bileşen bir farklılık göstermez. UYGULAMA İzmir’de yeni yüksek katlı yapılaşmaya açılan bu bölge Bornova deresinin birikim alanı içerisinde yer almaktadır. Birikim alanı olması nedeniyle hakim jeolojik birim kuvarterner yaşlı alüvyon birimidir (Uzel vd. 2011) (Şekil 2). Ayrıca bu alüvyonal birimin yaklaşık 300-350 m kalınlığa sahip olduğu saptanmıştır (Akgün vd. 2013). Şekil 2. Çalışma Alanı Statigrafik Kesiti (Akgün vd. 2013) Deprem literatür taraması, çalışma alanına uygulanacak tasarı depreminin odak noktasını tespit etmek amacıyla yapılmıştır. Literatür incelemesi sonucunda; lokasyonu 38.7 0 /38 0 K – 26 0 /28 0 D alanı içersinde kalan, magnitüdü 3 ile 7 arasında değişen ve 01.01.2000 / 01.01.2013 tarihleri içerisinde olan toplam 691 deprem seçilerek haritalanmıştır (Şekil 1) (http://www.usgs.gov).http://www.usgs.gov Mikrotremor ölçümleri, Nakamura tek istasyon yöntemine göre hem arazi hem de veri işlem aşamalarında çalışma alanındaki 57 nokta için uygulanmıştır. Ölçümler Guralp Systems CMG-6TD hız ölçer sismometre ile her nokta için örnekleme aralığı 100 Hz ve kayıt süresi en az 30 dk. olmak üzere alınmıştır. Akgün vd. 2013’den bilindiği gibi çalışma alanında kalın bir alüvyonal zemin bulunmaktadır ve kalınlığı yaklaşık 300-350 m’dir. Bu nedenle kaydedilen mikrotremor etkisinin anakayaya kadar olan kısmını örnekleyebilmek amacıyla pencere boyu 80 sn. seçilmiştir (Komazawa vd. 2002). Uygulanan veri işlem teknikleri ve veri değerlendirme aşamalarından sonra elde edilen zemin hakim titreşim periyodu değerleri haritalanmıştır (Şekil 3) Şekil 3. Çalışma alanı mikrotremor zemin hakim titreşim periyodu (T 0 ) dağılımı DAF hesaplaması için gereken parametreler basit olarak zemin transfer fonksiyonu ve deprem kaynak parametreleri (Magnitüd, Episantır uzaklığı, odak derinliği ve kaya sönüm faktörü)’dir (Herak 2008). Hesaplamalarda kullanılan zemin transfer fonksiyonları doğrudan arazi mikrotremor ölçümleri sonucu elde edilen yatay/düşey oran fonksiyonları ile elde edilmiştir (Nakamura 1989). Tasarı deprem için ise literatür taraması (www.usgs.gov) sonucu kestirilen bir episantır noktası, magnitüd=7, odak derinliği=20 km (literatür taraması ortalama değer) ve depremin olduğu varsayılan granitik kayaç için ise sönüm faktörü 0.6 olarak belirlenmiştir. Hesaplamalar sonucu elde edilen DAF değerleri alansal haritada işlenmiştir. (Şekil 4) Dinamik büyütme faktörü, hesaplandığı nokta için zemin yüzeyindeki deprem ivmesinin, anakayadaki deprem ivmesine oranı olarak karşımıza çıkmaktadır (Bağıntı 9). Şekil 5. Çalışma alanı S ve P dalga hızı derinlik değişimi (SPAC) Deprem riski yönünden akustik empedans farklılığı etkisinin ortalama 1200 m başladığı gözlenmiştir. Bu nedenle depreme dayanıklı yapı tasarımında kullanılması gereken PGA y değerleri kuramsal yollarla hesaplanırken bu derinlikten itibaren yüzeye taşınması gerekir.