Bursa ili Güzelyalı beldesi için mikrotremor ölçümlerine dayanan bir mikrobölgeleme uygulaması
A microzonation study for Bursa-Güzelyalı region using microtremor measurements
Yazar: ÖZLEM KEPÇEOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. RECEP İYİSAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Dünyanın oluşumundan günümüze kadar sismik yönden aktif bulunan bölgelerde meydana gelen depremler bir çok insanın yaşamını olumsuz etkilemekte ve ardında derin izler bırakmaktadır. Ülkemiz de coğrafi konumu nedeniyle etkin deprem kuşakları üzerinde yer almakta ve ülkemiz topraklarının büyük bir çoğunluğu I.ve II. Derece deprem bölgelerinde, toplam nüfusun ise yaklaşık %70'i bu riskli bölgelerde yaşamaktadır. Bu açıdan deprem felaketine karşı, yaşanılan bölgenin tanınması ve gerekli önlemlerin alınarak tehlikenin ve hasarın en aza indirgenmesi depremin çok daha kolay ve emniyetli bir şekilde geçirilmesini sağlayacaktır. Yerleşim bölgelerindeki sismik tehlike risklerini azaltmak için sismoloji, jeoloji, jeofizik ve inşaat mühendisliği gibi farklı disiplinler farklı parametreleri esas alarak çeşitli çalışmalar yapmakta ve bu çalışmaların birlikte değerlendirilmesi sonucunda deprem risk analizi, deprem öncesi, deprem anı ve deprem sonrasında uygulanacak acil durum planları oluşturulmaktadır.Deprem hareketi altında yapı hasarına neden olan en önemli faktörlerden birisi de yerel zemin koşullarıdır. Bir bölge içinde zemin dinamik davranışı yerel zemin koşullarına bağlı olarak farklılık göstermekte ve aynı bölgede çok farklı hasar dağılımları ile karşılaşılabilinmektedir. Bu nedenle özellikle sismik açıdan tehlikeli bölgelerde zeminlerin dinamik özelliklerindeki değişimin belirlenmesi bir depremde oluşabilecek hasar açısından oldukça önemlidir. Bu değişimin belirlenmesi için yapılan çalışmalardan birisi de mikrobölgeleme çalışmalarıdır. Mikrobölgeleme yapı hasarının en aza indirgenmesi amacıyla bölgenin daha küçük ölçekte birimlere ayrılarak yerel zeminlerin dinamik davranışının bölgedeki değişiminin araştırılması ve deprem parametrelerinin belirlenmesi için yapılan çalışmalardır. Mikrobölgeleme zemin büyütmesi, şev stabilitesi ve sıvılaşma olmak üzere üç geoteknik olay için yapılmaktadır. Zemin büyütmesi ve zemin hakim periyodu geoteknik kullanılan parametrelerdir. Bu parametrelerin belirlenmesinde gerek arazi çalışmalarında sağladığı kolaylıklar, gerekse güvenilir sonuçlar vermesi bakımından mikrotremor ölçümleri son yıllarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Mikrotremorlar genlikleri ve periyotları çok küçük titreşimler olup zemin dinamik davranışının belirlenmesinde kullanılmaktadır. Mikrotremorların bilinmeyen kaynak etkisinde olmasına ve yakın çevredeki yerel koşullardan önemli ölçüde etkilenmesine bağlı olarak arazi çalışmalarında istenilen kalitede kayıtlar almak analiz aşamalarında güvenilir sonuçlar elde etmek açısından mikrotremor ölçümlerinin en önemli bölümünü oluşturmaktadır.Bu çalışmada Bursa ili Güzelyalı beldesi için bir mikrobölgeleme uygulaması yapılmış, zemin büyütmesi ve zemin hakim periyodunun bölge içindeki değişimini belirlemek amacıyla bölge 150m×150m boyutunda 63 adet kareye bölünmüştür. Her kare içinde bir noktada yeterli sayıda mikrotremor kayıtları alınmıştır. Ölçümler sırasında kültürel gürültü, rüzgar vb. etkilerin en az olduğu süreçler seçilmeye çalışılmıştır. Alınan tüm kayıtların analizleri yapılmış ve Nakamura yöntemine görezemin büyütmesi ve zemin hakim periyodu belirlenmiştir. Elde edilen bu parametreler coğrafi bilgi sistemleri yardımıyla haritalara aktarılmış ve dinamik davranış parametrelerinin bölge içindeki değişimi görsel olarak sunulabilmiştir. Coğrafi bilgi sistemleri (GIS) içerdiği sayısal, istatistiksel ve coğrafi araçlar sebebiyle coğrafi tabanlı verinin analizinde ve modellenmesinde oldukça üstün bir teknik olarak karşımıza çıkmaktadır.Bursa Güzelyalı'da farklı amaçlara yönelik olarak bölgede önceden yapılmış 14 adet sondaj verisi derlenerek SPT-N değerlerinden kayma dalgası hızı (Vs) ve buna bağlı olarak zemin büyütmesi değerleri elde edilmiştir. Böylece mikrotremor ölçümlerinden elde edilen sonuçlar sondaj verileriyle birlikte değerlendirilebilmiştir. Bölge Deprem BölgelerindeYapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY, 2007) ve Ulusal Deprem Tehlikelerini Azaltma Programı (NEHRP, 2001)'e göre sınıflandırılarak bölgedeki zemin sınıfları belirlenmiştir. Çalışmanın son aşamasında elde edilen veriler birlikte değerlendirilerek Nakamura tarafından geliştirilen hasar indeksine göre bölgedeki hasar dağılımı tahmini yapılmış ve mevcut yapılaşmaya bağlı olarak değerlendirilmiştir. Bölgede yapılan mikrotremor ölçümlerinin seçilen bir kaynak depremine göre tek boyutlu dinamik analizi yapılması hedeflenmiş ancak mevcut sondajların çok sığ olması nedeniyle dinamik analiz yapılamamıştır.Güzelyalı'da mikrotremor ölçümlerine dayanılarak yapılan bu çalışmada zemin hakim periyodu değerinin 0.05-0.90 saniye, zemin büyütmelerinin ise 1.15-7.73 değerleri arasında değiştiği gözlenmiştir. Çalışma bölgesindeki bu farklı sonuçların bölgedeki farklı topoğrafya ve yerel zemin koşullarındaki farklılıktan kaynaklandığı belirlenmiştir. Bölgede yapılan çalışmalarda zemin Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY, 2007)'e göre Z2, Z3 ve Z4 cinsi, Ulusal Deprem Tehlikelerini Azaltma Programı (NEHRP, 2001)'e göre ise C ve D grubu olarak sınıflandırılmıştır. Hasar dağılımının tahminine yönelik yapılan çalışmalarda bölgede Nakamura hasar indeksi değerine göre 20 değeri ve bu değerin üstünde olan bölgeler belirlenmiş ve tehlikeli bölge olarak değerlendirilmiştir. Mikrotremor ölçümlerinden Nakamura yöntemine göre hesaplanan zemin hakim periyodu ve zemin büyütmelerinin sondaj verileri kullanılarak bulunan yerel zemin sınıfları ve zemin büyütmesi değerleri ile karşılaştırılması sonucunda farklı yaklaşımlarla elde edilen sonuçların genel olarak örtüştüğü gözlenmiştir. Bu çalışma sonucunda mikrotremor ölçümleri analiz edilmiş Güzelyalı'daki zemin hakim periyodu ve zemin büyütmesinin değişimini gösteren haritalar oluşturulmuştur. Bu çalışmanın yapılaşmaya yeni açılacak sahalarda bölge planlamasına ve mevcut yapılarda alınabilecek önlemler açısından bundan sonraki çalışmalara yardımcı olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Earthquakeseffects lives of people in a negative way and cause problems. Especially active seismic region can be very dangerous and Turkey is the one of the active seismic region in the world. A big part of Turkey population lives in these seismic areas. So knowing the region which in lives people and take some of precaution is the most important for protect earthquakes effects. The investigation of earthquake parameters are quite important for determination of local site effects in microzonation studies which are composed of evaluation of different engineering parameters together to mitigate the earthquake risk urban areas. For mitigation of earthquake damage, different earthquake parameters need to be evaluated together. This branches are seismology, geology, geophysics and civil engineering. The major factors affecting the vulnerability of engineering structures during earthquakes are structural properties, earthquake characteristics and local site conditions. The three have a significant effect on structural damage under earthquake excitation. The dynamic properties of geotechnical site conditions that can be very different due to changes in thickness and properties of soil layers, depth of bedrock and water table. The investigation of variation of dynamic properties of local site conditions within a region has an important effect on the mitigation of an earthquake hazard. One of the way to evaluate the variation of local site conditions within a region is to conduct a microzonation study. Microzonation is done soil amplification, slope stability and liquefaction in geotechnical engineering.Predominant soil periods and soil amplifications are key parameters in geotechnical engineering to assess the effects of local site conditions on earthquake ground motion on the soil surface. From this perspective, performing microtremor measurements are the efficient and easily applicable alternative compared to other in situ methods. Nakamura?s technique, which is simply based on calculation of spectral ratios of horizontal and vertical microtremor components is the most feasible option among the other microtremor methods in assessing the predominant soil periods and soil amplifications.In this study variations of predominant soil periods and soil amplifications in Bursa-Güzelyalı are investigated based on microtremor measurements. Because of this reason the study area was divided into grids of 150 m×150 m at 63 points and single point microtremor measurements were done in these grids. All of the microtremor measurements were analyzed by using the Nakamura?s Method, and difference of soil amplification and natural soil period were determined in the region area. The spectrums of microtremors were computed for each location with Nakamura?s technique. The predominant soil periods and spectral amplifications were determined from spectrums and the variation of these soil parameters in Güzelyalı was investigated using a Geographical Information System (GIS) method. As a result, maps showing the variation of predominant soil periods and spectral amplifications were produced for Güzelyalı. In this research soil amplification values are betweenGIS is a powerful tool for analyzing and visualization of geographically referenced data. It integrates spatial and other kinds of information within a single system and offers a consistent framework for analyzing geographical data. It provides to manipulating and displaying geographical knowledge in new and exciting ways by putting maps and other kinds of information into digital form.In this microzonation study, the borings and in-situ penetration test?s (SPT) values evaluated and shear wave velocities are calculated. So the soil in the region classified due to Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY, 2007) and National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP, 2001). Then the area evaluated Nakamura?s seismic vulnerability indices for ground and structures using microtremors. Nakamura choose this value about 20 and the regions which are in values larger than 20 dangerous region and when an earthquake these regions have a big damage.With the results of this study, microzonation maps of Güzelyalı were produced with respect to predominant soil periods and spectral amplifications obtained from microtremor measurements conducted in the region. The variation of these factors within the region were investigated by GIS methods and the results were compared with different microzonation maps based on local geological features, local soil classes and spectral amplifications calculated from the borehole data. The comparisons indicate that predominant soil periods and spectral amplifications evaluated from microtremor measurements generally are in good agreement with the findings of other studies at macro level.