Şubat 2023 Türkiye depremlerinden etkilenen köprülerin hasar durumlarının tahmini
Estimation of damage conditions of bridges affected by february 2023 Türkiye earthquakes
Yazar: MUSTAFA GÖVERCİN
Danışman: DOÇ. DR. AHMET ABDULLAH DÖNMEZ ; PROF. DR. YASİN FAHJAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Coğrafyamızın üzerinde bulunduğu tektonik konum neticesinde ülkemizde can ve mal kaybına sebep olan çok sayıda deprem yaşanmıştır. 6 Şubat 2023 saat 04:17'de Cumhuriyet tarihinde kayda geçilmiş en büyük depremlerden birisi (Mw 7.7) Doğu Anadolu Fayı üzerindeki Kahramanmaraş-Pazarcık'ta meydana gelmiştir. Bu depremin yaklaşık 9 saat sonrasında merkez üssü Kahramanmaraş-Elbistan olan bir deprem (Mw 7.6) daha yaşanmıştır. 6 Şubat'ta gerçekleşen bu depremlerin ardından artçı depremler sürmekte iken, büyüklüğü Mw 6.4 olan, Hatay-Yayladağı merkezli bir deprem daha 20 Şubat 2023 saat 20:04'te yaşanmıştır. Bu depremler geniş bir coğrafya üzerinde etkili olmuş, Kahramanmaraş, Hatay, Adıyaman, Gaziantep, Malatya, Kilis, Diyarbakır, Adana, Osmaniye, Şanlıurfa ve Elazığ illerinde ciddi boyutlarda hasarlara yol açmıştır. Yaşanan bu depremler on binlerce binayı yıkmakla kalmamış ulaşım ağlarında ve şehir alt yapılarında büyük tahribatlara yol açmıştır.
Afetin yarattığı hasarın kontrol altına alınabilmesi için alanında yetkin kişilerin, arama kurtarma ekiplerinin; gıda, sağlık ve benzeri yardımların afet bölgelerine hızlıca ulaşabilmesi, yaralanan vatandaşların sağlık kurumlarına ve daha güvenli bölgelere sevkinin sağlanması için ana ulaşım ağlarının mevcut işlevlerine devam edebilmeleri zaruridir. Dolayısıyla bir deprem meydana gelmeden önce riskli ulaşım yapılarının önceliklendirilerek belirlenmesi, iyileştirilmesi veya yıkılıp yeniden yapılması gerekmektedir. Deprem sonrasında ise hızlı bir tahmin metodu ile hasar alması muhtemel ulaşım ağlarına müdahale edilecek sıralamayı belirlemek ve kaynaklarımızı optimum şekilde kullanıp afetin yarattığı hasarı en az seviyeye indirgemek amaçlanmaktadır.
Ülkemizin coğrafi özellikleri nedeniyle ulaşımın sağlanabilmesi amacıyla çok sayıda köprü, viyadük, tünel gibi sanat yapıları inşa edilmiştir. Bu sanat yapılarının bir kısmı ana arter yollarda kilit rol oynamaktadır. Dolayısıyla bu yapıların depremlerden sonra hizmet vermeye devam edecek performansı göstermesi beklenmektedir. Yapıların depremler sonucu alacakları hasarları tahmin edebilmek amacıyla geliştirilen bazı metotlar köprülerin deprem performansı hakkında bilgi vermektedir. Bu tez kapsamında Amerika Birleşik Devletleri Federal Acil Durum Yönetimi Ajansı (FEMA) tarafından geliştirilmiş olan Hazards - United States (HAZUS) tahmin metodolojisi kullanılmıştır.
İlk olarak 2023 Şubat ayında gerçekleşmiş olan depremlerden sonra çalışmada kullanılacak belirli köprülerin hasar durumlarının tespit edilmesi için saha gezisi gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda merkez üssüne uzaklıktan ziyade faya olan yakınlık, dikkate alınarak bir güzergah belirlenmiştir. Sahada yapılan gözlemlerin ardından, Rapid Earthquake Damage Assessment System (REDAS)  aracılığıyla bölgede bulunan istasyon kayıtları dikkate alınarak oluşturulan ivme değerleri, coğrafi tabanlı yazılım olan QGIS üzerinde haritalandırılmıştır. Bu harita üzerinden tez kapsamında verilen köprülerin bulunduğu konumlara ait bir saniyelik periyota denk gelen spektral ivme değerleri okunmuş ve HAZUS metodolojisi basamakları izlenerek köprülerin hasar görebilirlik eğrileri elde edilmiştir.
Hasar durumları tahmin edilen köprülerin gerçek hasar durumları ile kıyaslanması sonucunda, metodolojinin %58 olasılıkla gerçek hasar durumunu tahmin edebildiği, standart sapmanın ise %22 olduğu elde edilmiştir. Bu bilgiler ışığında metodoloji ile gerçek hasar durumları arasındaki ilişkinin kuvvetli olmadığı görülmüştür. Bu duruma hesaba katılan köprü sayısının sınırlı sayıda olması, ülkemizdeki köprü envanterinin farklılıklar içermesi ve 9 saat gibi kısa bir süre içinde iki büyük depremin gerçekleşmesinin neden olduğu düşünülmektedir.

Abstract:
As a result of the tectonic position of our geography, our country has experienced a significant number of earthquake events in the historical and instrumental periods, which caused a large number of loss of life and property. On February 6, 2023, an earthquake with a magnitude of Mw: 7.7 with a focal depth of 8.6 km and a epicenter in Pazarcık (Kahramanmaraş) on the Eastern Anatolian Fault occurred in the region where the African and Arabian plates intersect the Anatolian plate.
Approximately 9 hours after this earthquake that occurred at 04:17, another earthquake with a magnitude of Mw: 7.6 occurred with an epicenter in Elbistan (Kahramanmaraş). The focal depth of this earthquake was measured as 7 km.
While aftershocks were still continuing after these disasters, another earthquake with a magnitude of Mw: 6.4 and epicenter in Yayladağı (Hatay) occurred on February 20, 2023, at 20:04.
These earthquakes affected a wide geographical area and serious damage was observed in Kahramanmaraş, Hatay, Adıyaman, Gaziantep, Malatya, Kilis, Diyarbakır, Adana, Osmaniye, Şanlıurfa and Elazığ. These disasters not only destroyed tens of thousands of buildings but also caused major damage to transportation networks and city infrastructure.
Damage to bridges due to earthquakes has important consequences. In order to control the damage caused by the disaster, it is essential that competent people, search and rescue teams, food, health and similar aids can reach the regions quickly and that the main transportation networks can continue their current functions in order to ensure the transfer of citizens injured as a result of the disaster to health institutions and safer areas against the disaster. In addition to these, traffic must be operational for the transfer of persons, institutions and equipment to the region to carry out debris removal operations.
For this reason, it is necessary to develop a more functional transportation system than the highway systems that are closed to traffic as a result of earthquakes, to create a highway network that will provide optimum conditions in earthquakes, and to design bridges in accordance with the geological and climatic conditions of the region. Therefore, before the occurrence of an earthquake, it is necessary to identify, improve or demolish and reconstruct the structures that are foreseen to be damaged.
Due to the geographical characteristics of our country, many infrastructures such as bridges, viaducts and tunnels have been constructed in order to provide transportation. Some of these infrastructures play a key role on main arterial roads. Therefore, these structures are expected to show uninterrupted use performance in earthquakes. There are some methods that have been developed to predict the damage of structures in earthquakes.
In this thesis, HAZARD U.S. (HAZUS) loss estimation methodology developed by the Federal Emergency Management Agency (FEMA) has been used. The aim of this loss estimation software is to reduce the damage of the earthquake before the earthquake and to develop policies for this purpose. After the earthquake, it is also aimed to determine the economic effects of the damage caused by the earthquake on the country.
As a result of the earthquakes that occurred in February 2023, the damage states of certain bridges were determined by on-site field observations. During the field observations, it was observed that the distance of the bridges to the fault rather than their distance to the epicenter of the earthquakes was effective in the damage of the bridges.
With this in mind, a route was determined by taking into account the acceleration records measured at the stations in the region where the bridges are located.
The largest acceleration values felt at the locations of the bridges were obtain from the Rapid Earthquake Damage Assessment System (REDAS), processed and mapped on Quantum GIS (QGIS), a geographically based software.
In the calculations made with REDAS, there is motion in the ground. In order to perform this analysis, the moment magnitude of the earthquake and the location of the epicenter of the earthquake must be known. The software draws a map with Peek Ground Acceleration (PGA), Peek Ground Velocity (PGV), Spectral Acceleration (Sa) values in 0.3 s, 1.0 s and 3.0 s. With the generated maps, a basis for damage estimation is created.
In addition to these, rupture parameters and fault rupture data can be processed in the analysis, which increases the accuracy of the analysis.
The data recorded by the accelerometers were fed into the system.  The locations of the bridges were determined with QGIS, and the faults broken as a result of the February 6 earthquakes were processed into the program. The distances of the bridges to the fault rupture were read from the generated map.
Spectral acceleration values in 1 second period at the location of the selected bridges were read from the map. With these values, fragility curves were drawn for the selected bridges by following the HAZUS methodology steps. Readings were made on the graphs.
Following the HAZUS steps, damage fragility curves were drawn for the selected bridges. The damage of the selected bridges as a result of the earthquake was compared with the damage estimation method used.
Comparison of the predicted damage conditions with the actual damage conditions of the bridges showed that the methodology was able to predict the actual damage condition with a probability of 58%, while the standard deviation was 22%. In the light of this information, the relationship between the methodology and the actual damage conditions is not strong. While the methodology used allows for a comprehensive loss estimate, it should not be overlooked that there are uncertainties. The existing infrastructure, including the structures under study, were constructed in different periods, with different seismic design codes, in various shapes, sizes and structural systems. Each bridge received different engineering and workmanship services.
Within the scope of the methodology, it should be noted that analysis is done at level 1.As a result of the increase in the level of analysis performed by defining the bridge properties and the properties of the soils where the bridges are located, it is thought that the damage estimation will approach the actual damage situations.
This inconsistency is thought to be due to the small number of bridges calculated, the differences between the bridge inventory in our country and the inventory in the methodology, and the fact that the earthquakes occurred in a short period of time one after the other.