Burdur ilinin yerel zemin koşullarının deprem davranışına etkisi
The effect of local soil conditions of Burdur settlement area on earthquake behavior
Yazar: MEHMET ALPYÜRÜR
Danışman: PROF. DR. MUSAFFA AYŞEN LAV
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Alüvyal topraklar = Alluvial soils ; Kohezyonlu zemin = Cohesive soil ; Kohezyonsuz zemin = Cohesionless soil ; Tabakalı zemin = Layered soil ; Zemin hakim periyodu = Predominant soil period

Özet:
Dünyanın farklı bölgelerinde ve farklı zamanlarda birçok afet meydana gelmektedir. Bu afetlerin başında ise deprem gelmektedir. Artan nüfusa ve kentleşmeye bağlı olarak, gelişmekte olan ülkelerdeki kentlerde yığılan nüfus, plansız yerleşim alanlarında yüksek deprem riski ile karşı karşıya kalmaktadır. Depremler ve sonrasında meydana gelen felaketler neticesinde bu tür alanlarda çok ciddi sosyo-ekonomik ve çevresel hasarlar meydana gelmektedir. Bu felaketlerin boyutu, kapsamlı ve etkili bir afet ve acil durum yönetimi ihtiyacını belirginleştirmiştir. Bu bağlamda, Çok Kriterli Karar Analizleri (ÇKKA) ve Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) kullanılarak gerçekleştirilen mikrobölgeleme çalışmaları güvenilir imar stratejilerinin geliştirilmesinde ve sismik tehlikenin azaltılmasında önemli bir rol oynamaktadır.
Fethiye-Burdur Fay Zonu'nda bulunan Burdur fayı ürettiği depremler ile önemli can ve mal kayıplarına neden olmuş aktif bir faydır. Aletsel dönem etkinliklerinden, bölgede ağır hasarlara ve çok sayıda can kayıplarına neden olan 3 Ekim 1914 (M_w=7.1) ve 12 Mayıs 1971 (M_w:6.2) Burdur depremleri, Burdur fayının ürettiği en önemli depremlerdir.
Burdur yerleşim alanı Fethiye-Burdur fay zonu üzerinde, Burdur Gölü'nün yanında kurulmuştur ve büyük bir bölümü gevşek alüvyon zemin üzerinde yer almaktadır. Bu çalışma kapsamında elde edilen verilere göre, çalışma alanının kayma dalgası hızına dayalı olarak TBDY (2018) zemin sınıflandırması ZD ve ZC sınıfları ile sonuçlanmıştır. Çalışma alanının çoğunluğunun ZD sınıfı zemin olduğu belirlenmiştir. Gevşek alüvyon zeminlerin deprem esnasında meydana getirdiği en başta zemin büyütmeleri, sıvılaşma gibi olumsuz durumlar bilinmektedir. Zeminin deprem açısından davranışını olumsuz etkileyen bu duruma, bölgenin tektonik durumu da eklendiğinde, Burdur yerleşim alanı için sismik risk artmaktadır. 
Bu çalışmada, Burdur kent merkezinin yerel zemin koşullarının ve sismik tehlike durumunun ayrıntılı şekilde ortaya konması ve zeminlerin deprem davranışının belirlenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca sıvılaşma durumunun belirlenmesi, sıvılaşma sonrası etkilerin araştırılması, mikrobölgeleme haritalarının hazırlanması ve böylece Burdur kent merkezi için depreme karşı güvenilir imar stratejilerinin geliştirilmesine katkı sunulması çalışmanın nihai amacıdır. Kentin yerel zemin koşulları ve yüksek deprem potansiyeli göz önüne alındığında karşılaşılan riskin azaltılmasında, bu çalışma ve neticesinde elde edilen sonuçlar, şehir planlamacıları ve farklı çevrelerden insanlara yol gösterici niteliktedir.
Bu amaçla Burdur yerleşim alanı da içine alan Güneybatı Türkiye bölgesinin detaylı bir şekilde olasılıksal sismik tehlike analizleri (PSHA) gerçekleştirilmiştir. Yapılan PSHA çalışmasında R-CRISIS (V 20.0) yazılımı kullanılmıştır. SHARE Avrupa Deprem Kataloğu'ndan elde edilen tarihsel dönem deprem verileri ile Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü'nden elde edilen aletsel dönem depremleri birlikte kullanılarak yeni bir homojen deprem kataloğu hazırlanmıştır. Katalogların bütünlük analizi yapılmış ve deprem veri tabanından ön ve artçı olaylar ayıklanmıştır. Bölgesel ve sismolojik özelliklerine göre GB Türkiye'yi etkileyebilecek 15 kabuksal sismik alan kaynağı tespit edilmiştir. 15 sismik kaynağın Gutenberg – Richter b değeri ve ortalama sismik aktivite hızının (λ) hesaplanması için Kijko-Smit tarafından geliştirilen genelleştirilmiş Aki-Utsu yöntemi kullanılmıştır. Sismik kaynakların maksimum deprem büyüklüğü (M_maks), GB Türkiye için belirlenen fay kırılma karakteri kullanılarak ve istatistiksel bir yöntem olan Kijko- Sellevoll (1989) yöntemi kullanılarak iki farklı yöntemle hesaplanmıştır. Burdur yerleşim alanının sismik tehlikesinin değerlendirildiği bu çalışmada GB Türkiye için uygun yer hareketi tahmin denklemi (GMPE) seçimi için, Türkiye'de meydana gelen depremlerin de dahil olduğu küresel veri setleri ile geliştirilen toplam 12 GMPE aday denklem olarak seçilmiş ve Log-Olabilirliği (LLH) yaklaşımı kullanılarak en iyi performans gösterenleri belirlenmiştir. Gerçekleştirilen analizler neticesinde Burdur yerleşim alanı anakaya seviyesi için 50 yılda aşılma olasılığı %10 olan deprem için üniform tehlike spektrumu belirlenmiştir. 
Yakın fay etkisi dikkate alınarak seçilen gerçek depremlere ait 14 yer hareketi kaydı, PSHA ile elde edilen hedef spektrum ile ölçeklendirilmiştir. Çalışma alanını oluşturulan 140 adet 500mx500m hücre sisteminin her bir hücresini temsil eden zemin profillerinde DEEPSOIL bilgisayar programı vasıtasıyla bir boyutlu eşdeğer lineer zemin dinamik davranış analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda elde edilen veriler haritalandırılmıştır. Bununla birlikte çalışma alanında 154 noktada mikrotremor ölçümleri gerçekleştirilmiş, çalışma alanının zemin hakim titreşim periyodu, zemin büyütmsesi ve sismik hasar görebilirlik indisi (Nakamura indisi) mikrotremor ölçümlerine dayalı HVSR (yatay/dikey spektral oran) yöntemi ile belirlenerek haritalandırılmıştır. 
Çalışma alanı için sıvılaşma potansiyeli, sıvılaşma sonrası oturma ve yanal yayılma gibi etkiler de araştırılmıştır. Çalışma alanına ait nihai mikrobölgeleme haritalasının hazırlanması için şev, jeoloji, yer altı suyu seviyesi, faya mesafe, TBDY-2018 zemin sınıfı, sismik hasar görebilirlik indisi, zemin büyütmesi ve sıvılaşma kaynaklı deformasyon kriterleri dikkate alınarak Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) katmanları oluşturulmuştur. Oluşturulan katmanlar Çok Kriterli Karar Analizi (ÇKKA) yöntemlerinden Basit Toplamlı Ağırlıklandırma (BTA) kullanılarak değerlendirilmiştir. CBS tabanlı Çok Ölçütlü Karar Analizleri ile nihai yerleşime uygunluk haritası hazırlanmıştır.
Genel bir sonuç olarak, çalışma alanının batısındaki Burdur Gölü'ne yakın gevşek alüvyon zeminlerin deprem davranışlarının diğer kesimlere göre daha olumsuz olduğu ve en fazla sismik hasara maruz kalacağı belirlenmiştir.

Abstract:
Many disasters occur in different parts of the world and at different times. One of these disasters is earthquake. Due to the increasing population and urbanization, the population accumulating in cities in developing countries is faced with a high risk of earthquakes in unplanned settlements. As a result of earthquakes and subsequent disasters, very serious socio-economic and environmental damages occur in such areas. The extent of these disasters has highlighted the need for comprehensive and effective disaster and emergency management. In this context, microzonation studies using Multi-Criteria Decision Analysis (MCDA) and Geographic Information System (GIS) play an important role in developing reliable zoning strategies and reducing seismic hazard.
Burdur fault, located in the Fethiye-Burdur Fault Zone, is an active fault that caused significant loss of life and property with the earthquakes it produced. The Burdur earthquakes of October 3, 1914 (M_w=7.1) and May 12, 1971 (M_w:6.2), which caused heavy damage and loss of life in the region from instrumental period activities, are the most important earthquakes produced by the Burdur fault.
The Burdur settlement area was established on the Fethiye-Burdur fault zone, next to the Burdur Lake, and a large part of it is located on loose alluvial soils. According to the data obtained within the scope of this study, TBEC (2018) site classification based on the shear wave velocity of the study area resulted in ZD and ZC site classes. It has been determined that the majority of the study area is ZD site class. Negative geotechnical conditions such as soil amplification and liquefaction caused by loose alluvial soils during earthquakes are well known. When the tectonic settings of the region is added to this situation, which adversely affects the behavior of the soil in terms of earthquakes, the seismic risk for the Burdur settlement area increases.
In this study, it is aimed to reveal the local soil conditions and seismic hazard in Burdur settlement area in detail and to determine the earthquake behavior of the soils. In addition, the ultimate aim of the study is to determine the liquefaction potential, to investigate the post-liquefaction effects, to prepare microzonation maps, and thus to contribute to the development of reliable earthquake-resistance zoning strategies for Burdur settlement area. Considering the local soil conditions of the city and the high earthquake potential, this study and the results obtained as a result are guiding for city planners and people from different environments in reducing the risk encountered.
For this purpose, a detailed probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) of the Southwest Turkey region, which includes the Burdur settlement area, has been carried out. R-CRISIS (V 20.0) software was used in the PSHA study. A new homogeneous earthquake catalog was prepared by using historical period earthquake data obtained from SHARE European Earthquake Catalogue and instrumental period earthquakes obtained from Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute of Boğaziçi University. A completeness analysis of the catalogs was made and pre- and aftershocks were extracted from the earthquake database. According to regional and seismological characteristics, 15 crustal seismic areal sources that may affect SW Turkey have been identified. The generalized Aki-Utsu method developed by Kijko-Smit was used to calculate the Gutenberg – Richter b value and average seismic activity rate (λ) of 15 seismic sources. The maximum earthquake magnitude (M_max) of seismic sources was calculated using two different methods, using the fault rupture charactertistics determined for SW Turkey and using the statistical method of Kijko-Sellevoll (1989). 
In this study, in which the seismic hazard of the Burdur settlement area is evaluated, a total of 12 candidate GMPE equations developed with global datasets including earthquakes that occurred in Turkey were selected for the selection of the appropriate ground motion prediction equations (GMPE) for SW Turkey. 
The most suitable GMPEs were determined using the and Log-Likelihood (LLH) approach. As a result of the analyzes carried out, a uniform hazard spectrum was obtained for the bedrock level of the Burdur settlement area for earthquake level with a probability of 10% to be exceeded in 50 years. When the total seismic hazard in the Burdur settlement area is deaggregated as a function of moment magnitude and epicentral distance, it is predicted that most of the earthquake hazard for the Burdur settlement area will be caused by nearby seismic sources. It has been concluded that this danger will primarily be caused by earthquakes that will occur in the Fethiye-Burdur Fault Zone. Therefore, it was concluded that the near-fault site effect should be taken into account in dynamic site response analysis.
14 ground motion records of real earthquakes, selected considering the near-fault effect, were scaled with the target spectrum obtained with PSHA. One-dimensional equivalent linear site response analyzes were carried out by means of DEEPSOIL computer program on the soil profiles representing each cell of the 500mx500m cell system created in the study area. The data obtained as a result of the analyzes were mapped. In addition, microtremor measurements were carried out at 154 points in the study area, the predominant period, soil amplification and seismic vulnerability index (Nakamura index) of the study area were determined and mapped by the HVSR (horizontal/vertical spectral ratio) method based on microtremor measurements.
In addition, effects such as liquefaction potential, post-liquefaction settlement and lateral spreading were also investigated for the study area. In order to prepare the final microzonation mapping of the study area, Geographic Information System (GIS) layers were created considering the slope, geology, groundwater table level, distance to active fault, TBDY-2018 soil class, seismic vulnerability index, soil amplification and liquefaction-induced soil deformation criteria. The created layers were evaluated by using Simple Additive Weighting (SAW), one of the Multi-Criteria Decision Analysis (MCDA) methods. Final settlement suitability map was prepared with GIS-based Multi-Criteria Decision Analysis.
As a general result, it was determined that the seismic behavior of loose alluvial soils close to the Burdur lake in the west of the study area is more negative than the other sections and will be exposed to the most seismic damage.