balıkesir için mikrobölgeleme çalışmaları

Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 16-20 Ekim 2007, İstanbul
Sixth National Conference on Earthquake Engineering, 16-20 October 2007, Istanbul, Turkey
BALIKESİR İÇİN MİKROBÖLGELEME ÇALIŞMALARI
MICROZONATION STUDIES FOR BALIKESIR
Banu YAĞCI1 ve Atilla ANSAL2
ÖZET
Bu çalışma farklı kaynaklı mevcut jeolojik, jeofizik ve geoteknik verilerin değerlendirilmesi ve
yorumlanması sonucu belirlenen yaklaşımlara dayalı olarak Balıkesir için geliştirilen
mikrobölgeleme yönteminin bir uygulamasını içermektedir. Çalışmaların ilk aşamasında
jeofizik yöntemlerden biri olan düşey elektrik sondajı profillerindeki değişimler, zeminlerin
rezistivite değerlerinde kil içeriğinin etkili bir parametre olması göz önüne alınarak
incelenmiştir. Belirlenen bu kriter doğrultusundaki değerlendirmeler bölgedeki rezistivite
değişimlerinin jeolojik veri ile belirli bir oranda uyumlu olduğunu göstermiştir. İkinci
aşamada mevcut geoteknik veri niteliği ve dağılımına uygun olarak seçilen hücre sisteminde
modellenmiş temsili zemin profilleri için iki farklı yaklaşım ile zemin yüzeyinde spektral ivme
değerleri hesaplanmıştır. Bu yaklaşımlardan birincisinde Balıkesir tasarım depremi için
belirlenen hedef spektrumlar ile uyumlu olarak üretilmiş 6 yapay ivme zaman kaydı
kullanılarak zemin davranış analizleri yapılmış ve 0.1-1sn periyot aralığındaki ortalama
spektral ivmeler hesaplanmıştır. İkinci yaklaşımda ana kayadaki yer hareketi seviyesini de göz
önüne alan Borcherdt (1994) tarafından önerilen ampirik bağıntı ile en büyük spektral ivmeler
belirlenmiştir. Her hücre için her iki yaklaşımla belirlenen spektral ivmeler birlikte
yorumlanmış ve yer sarsıntısı şiddetine göre mikrobölgeleme haritaları oluşturulmuştur.
Diğer yandan Balıkesir yerleşim alanı içinde modellenen temsili zemin profillerinin bulunduğu
sınırlı iki bölgenin dışındaki alanlarda, zemin sınıflarının değişimi NEHRP yönetmeliğine göre
haritalanmış ve yüzeydeki spektral ivmenin değişimi gene aynı yönetmeliğe göre belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Rezistivite, mikrobölgeleme, spektral ivme
ABSTRACT
This study include an application of microzonation methodology developed for Balıkesir based
on the evaluation of existing geological, geophysics and geotechnical data. In the first stage,
resistivity sounding data were investigated taking into consideration that clay content is an
important parameter affecting resistivity of soils. Results of evaluation based on these criteria
indicate that the variations of resistivity are compatible with the regional differences
determined based on geological data. In the second stage, representative soil profiles were
modelled by a grid system based on geotechnical data and spectral accelerations on the
ground surface were determined by two different approaches. The first approach requires the
average spectral acceleration between 0.1-1.0 second periods calculated based on the results
of site response analyses. Site response analyses were conducted by using six artificial records
simulated as compatible with target spectrum estimated for Balıkesir design earthquake. In
the second approach, spectral accelerations were calculated by the empirical procedure
proposed by Borcherdt (1994) taking into account ground motion intensity on the bedrock.
Spectral accelerations calculated by both approaches for each cell was evaluated were jointly
used to develop ground shaking microzonation maps. In the other areas within the boundaries
of Balıkesir Municipality site classification and the variation of the spectral accelerations on
the surface were estimated for all of Balıkesir based on NEHRP code.
Keywords: Resistivity, microzonation, spectral acceleration
1
2
Dr., Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Balıkesir, byagci@balikesir.edu.tr
Prof. Dr., Boğaziçi Üni., Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, İstanbul, ansal@boun.edu.tr
221
222
Balıkesir İçin Mikrobölgeleme Çalışmaları
GİRİŞ
Mikrobölgeleme, yer hareketi özelliklerinin belirlenmesi için deprem kaynağı, yol ve yerel zemin
koşullarının karşılıklı etkileşimini göz önüne alan disiplinler arası bir konudur. Zemin
tabakalarının deprem etkileri altındaki davranışlarının ve dolayısıyla zemin yüzeyinde deprem
özelliklerindeki değişimlerin belirlenmesi çalışmalarını kapsamaktadır.
Balıkesir için sismik mikrobölgeleme uygulaması, derlenen farklı kaynaklı veriler
doğrultusunda Belediye sınırları içindeki 4 mahalle (BPH Bölgesi, Bahçelievler, Plevne ve Hasan
Basri Çantay mahallelerini kapsayan bölge) ve 1 konut bölgesini (18-02 Bölgesi) kapsayan
inceleme alanları ile sınırlıdır. İnceleme alanlarının jeolojisi, 1/2000 (Tufan ve Çona, 2000) ve
1/5000 (MTA, 1999) ölçekli iki farklı çalışma ile Balıkesir yerleşim alanı sınırları içindeki DSİ ve
MTA’dan derlenen 16 derin su sondajındaki litolojik kesitlere dayalı olarak değerlendirilmiştir.
İnceleme alanlarındaki düşey elektrik sondaj profillerinin oluşturduğu kesitlerde rezistivitenin
değişimi, kil içeriğinin etkisi dikkate alınarak belirlenmiş olan kriterler doğrultusunda
incelendiğinde, sonuçların jeolojik veri ile belirli bir oranda uyumlu olduğu görülmüştür.
Geoteknik veritabanı, iki farklı kaynaktan alınan mevcut verilere dayanmaktadır. Bu
kaynaklarının ilki, BPH ve 18-02 Bölgesinde, Balıkesir Belediyesi için yapılan yerleşime uygunluk
çalışması (Tufan ve Çona, 2000) kapsamında gerçekleştirilen homojen bir dağılımdaki sondajlar ve
SPT deneylerini içermektedir. Diğeri ise özel şirketler tarafından yapılmış, Balıkesir yerleşim alanı
sınırları içinde dağılım gösteren toplam 802 zemin etüdünden oluşmaktadır. Geoteknik modelleme
aşaması, uygun hücre boyutları ile karelere ayrılan inceleme alanlarında, her hücrenin ortasına
atanacak temsili zemin profilinin belirlenmesini kapsamaktadır. Bu aşamada, farklı kaynaklı
verilerin birleştirilmesine dayalı olarak ortaya çıkan yaklaşımlar doğrultusunda, inceleme
alanlarındaki zemin grupları ve dinamik davranış modelleri tanımlanarak, mevcut veri dağılımına
uygun olarak belirlenen 250m×250m boyutlu hücre sisteminde temsili zemin profilleri
modellenmiştir.
İnceleme alanları için oluşturulan yer sarsıntısı şiddetine göre mikrobölgeleme haritaları,
sayısal ve ampirik olmak üzere iki farklı yaklaşım ile hesaplanmış olan spektral ivmelere
dayanmaktadır. Bu spektral ivmeler Balıkesir yerleşim alanının tamamını göz önüne alan bir
yaklaşım ile belirlenen göreceli sonuçlarla birleştirilmiş ve yer sarsıntısı şiddeti 3 farklı seviyede
tanımlanmıştır.
İNCELEME ALANLARININ JEOLOJİSİ
Balıkesir yerleşim alanında topoğrafik olarak düz olan kısmın büyük bir çoğunluğu, Neojen yaşlı,
konglomera, kumtaşı, marn, kiltaşı, killi kireçtaşı ve kireçtaşı ardalanmasından meydana gelmiş, eş
zamanlı tüf, aglomera ve lavlar ile yanal ve düşey geçişli, sediment birimlerle kaplıdır. Topoğrafik
olarak daha yüksek olan bölgeler ise neojen yaşlı volkanik kayaçlar olarak tanımlanmaktadır (Şekil
1-2). 1/2000 ölçekli çalışmalara göre (Tufan ve Çona, 2000) BPH bölgesinin tamamı ve 18-02
bölgesinin büyük bir kısmı (Ayşebacı olarak bilinen bölgedeki alüvyonlar dışında) tüfit birimleri
üzerindedir. 1/5000 ölçekli diğer çalışmada (MTA, 1999) ise 18-02 bölgesinin tamamı alüvyon
olarak tanımlanmıştır. Çalışmada 18-02 Bölgesi boyunca kuzey-güney doğrultusundaki jeolojik
kesitlerde, 1m den 10-15m ye kadar artan alüvyon tabakası altında tersiyer volkanitleri ile yanal
geçişli sediment kayaçların yer aldığı belirtilmektedir.
Derlenen derin sondajlar incelendiğinde (Şekil 2); 18-02 bölgesi içindeki ve yakınındaki 4
sondajda, yüzeyden itibaren 10m ile 27m arasında değişen derinliklerdeki birimlerin alüvyon
tabakası ile tanımlandığı görülmüştür. Alüvyon tabakasının altında 25, 55 ve 75m derinliğe
kadarki birimlerde, aglomera, kumtaşı ve çakıltaşı ardalanmasının hakim olduğu söylenebilir. Bu
derinliğin altında, kumtaşı ve aglomera ile ardalanmalı olarak tüfit yer almaktadır. BPH bölgesi
sınırında yer alan üç sondajda 6-8m lik alüvyon tabakasının altında killi zeminlerin hakim olduğu
söylenebilir. 50-70 m seviyesinin altında ise marn-kireçtaşı ve marn-tüfit ardalanması olarak
tanımlanan birimler yer almaktadır. Bölgenin güneyindeki yakın diğer sondajlarda da marn ile
birlikte killi zeminlerin çoğunlukta olduğu görülmüştür (Yağcı, 2005).
B.Yağcı ve A. Ansal
223
Şekil 1. Balıkesir yerleşim alanı ve çevresinin jeolojisi
REZİSTİVİTE PROFİLLERİ
Aktif kaynak sinyallerinin uygulandığı jeofizik yöntemlerden biri olan düşey elektrik sondajları,
rezistivitenin (elektrik özdirenç) derinlikle değişimini belirlemektedir. Rezistivite iletkenliğin tersi
olup, dirençten farklı olarak, temel bir malzeme özelliğidir. Birçok kaya için bu değer, boşluk
geometrisi ve boşluk sıvısı tarafından kontrol edilmektedir. Mineral dağılımının katkısı az olmakla
birlikte, jeolojik malzemelerin rezistiviteleri çok geniş bir aralıkta değişim göstermektedir. Tortul
kayaçlarda, tüm kayanın rezistivitesini kontrol eden belki de en önemli tek parametre boşluk
suyunun rezistivite değeridir. Boşluk suyunun rezistivitesi ise çözülmemiş tuzlar tarafından kontrol
edilmektedir. Jeolojik malzemeler ve kayaçlar için yaygın rezistivite değerlerindeki değişimler
incelendiğinde; zeminler için boşluk suyunun miktarı ve niteliği yanında etkili diğer bir parametre
olarak “kil içeriği” gözlenmektedir. Genel olarak yüksek kil içeriği, kayanın rezistivitesini
düşürmektedir (Boyd, 2002, Cozzarelli vd., 1996, Çağlar, 2002, Reynolds, 2002, Yoon ve Park,
2001). Düşey elektrik sondajlarının uygulandığı ve zemin tabakalarındaki rezistivite zıtlığının
değerlendirildiği bir çalışmada, rezistivite zıtlığının doygunluk derecesi yerine litoloji ve malzeme
özellikleri tarafından kontrol edildiği gösterilmiştir (Beresnev vd., 2002). Ancak literatürdeki
düşey elektrik sondajı uygulamaları içeren çalışmalarda, sonuçlar bilinen detaylı jeolojik bilgi ve
diğer yer altı gözlem sonuçları ile birlikte yorumlanmakta ve aksi taktirde tahminlerin kesin
olamayacağı belirtilmektedir (Gautam vd., 2000, Nowroozi vd., 1997).
224
Balıkesir İçin Mikrobölgeleme Çalışmaları
Balıkesir’deki inceleme alanlarında Schlumberger diziliminde 150m derinlik için
uygulanmış düşey elektrik sondajlarının sonuçlarına göre, BPH Bölgesinde rezistivite zıtlığının
gözlendiği az sayıdaki tabaka dışında, tabakaların rezistivite değerlerindeki değişim 1ohm-m ile 33
ohm-m arasında kalmaktadır. 18-02 bölgesi için ise bu aralık 1 ohm-m ile 48 ohm-m arasındadır.
Literatürdeki yaygın rezistivite değerlerine göre; bilinen kaya tipleri için rezistivite değer aralığı 10
ohm-m nin altına düşebilen jeolojik malzemelerin, kil zeminler, kumtaşları ve marn ile sınırlı
olduğu bilinmektedir. Bu doğrultuda, inceleme alanlarındaki rezistivite profillerinin oluşturduğu
kesitler 10 ohm-m den düşük ve yüksek rezistiviteye sahip tabakalara ayrılmıştır. Aynı zamanda
rezistivite profillerinde 10 ohm-m ye yakın değerlerin çokluğu nedeniyle, 11-15 ohm-m arası geçiş
değer aralığı olarak düşünülmüştür.
Şekil 2 . Rezistivite profili kesitlerinin ve derin sondajların Balıkesir Belediyesi sınırları içindeki yerleşimi
Rezistivite profillerinin oluşturduğu kesitler (Şekil 2) seçilen değer aralıklarına dayalı olarak
incelendiğinde, BPH bölgesi ile 18-02 Bölgesi arasında farklılıklar olduğu görülmüştür. BPH
bölgesindeki toplam 26 profilde, rezistivitesi 10 ohm-m’nin altındaki tabakalar çoğunlukta iken,
18-02 bölgesindeki 34 profilde rezistivitesi 10 ohm-m’den küçük ve büyük tabakalar eşit orandadır.
Diğer taraftan, 18-02 bölgesindeki iki kesitten birindeki (A-A kesiti) profillerde, rezistivitesi 15-48
ohm-m olan tabakalar, diğer kesite (B-B kesiti) oranla daha fazladır. Ayrıca, 18-02 bölgesi B-B
kesitindeki profillerin çoğunda 46 m’ den sonraki farklı derinliklerde, rezistiviteler 2,5-4,5 ohm-m
seviyelerine düşmekte iken A-A kesitindeki profillerde rezistivitesi 4 ohm-m nin altında tabaka
bulunmamaktadır.
B.Yağcı ve A. Ansal
225
Belirlenen bu bölgesel farklılıklar, jeolojik veriye dayalı olarak yorumlandığında belirli bir
uyumun olduğu gözlenmiştir. 18-02 bölgesi A-A kesiti ile aynı doğrultuda bulunan iki derin
sondajda, 10 ile 27 m arasında değişen alüvyon tabakasının altında kumtaşı, çakıltaşı, aglomera
birimlerinin baskın olduğu belirlenmiştir. Bu durum, A-A kesitindeki profillerin çoğunda
rezistivitelerin 10 ohm-m’nin üstünde olması ile uyumlu görülmektedir. Diğer taraftan BPH
bölgesine en yakın üç sondaj için 6-8m’lik alüvyon tabakasının altında killi zeminlerin hakim
olması ve 50-70m seviyesinin altında marn-kireçtaşı ve marn-tüfit ardalanması olarak tanımlanan
birimlerin yer alması, bölgedeki profillerin tamamına yakın bir bölümünde rezistivitelerin 10 ohmm’nin altında olması ile desteklenmektedir.
TASARIM DEPREMİ VE YAPAY YER HAREKETİ KAYITLARI
Balıkesir için sismik tehlike analizi, Ansal (2001) tarafından Balıkesir etrafında seçilen 100 km
yarıçapındaki bir alan içinde kalan sismik etkinlikler göz önüne alınarak olasılıksal bir yaklaşım ile
hesaplanmıştır. 50 yılda % 10 aşılma olasılığı için tasarım depremi büyüklüğü Ms=7.5 kaynak
uzaklığı R=40 km olarak belirlenmiştir. Tasarım depremi için Rascal (Silva, 1987) ile yapılan
simülasyonlarda Yağcı (2005) tarafından uygulanan yaklaşım doğrultusunda iki farklı azalım
ilişkinin (Boore vd., 1997, Ambraseys vd., 2005) kullanıldığı hedef spektrumlarla uyumlu 6 yapay
yer hareketi kaydı üretilmiştir.
GEOTEKNİK MODELLEME
58 sondaj ve 227 zemin etüdünün bulunduğu BPH bölgesindeki verilerin dağılımına dayalı olarak
en uygun hücre boyutu 250m×250m olarak belirlenmiştir. Zemin etütleri, üst tabakalarla sınırlı
olmakla birlikte, zemin sınıflandırmasına yönelik olarak granülometri ve kıvam limitlerinin
belirlendiği 362 laboratuvar deneyi içermektedir. Deney sonuçlarına göre zeminlerin %70’ini,
birleştirilmiş zemin sınıflandırma sistemine dayalı olarak ML, MH, CL, CH sınıfındaki kil ve silt
zeminler, % 26’sını SC sınıfındaki kumlar ve % 4’ünü çakıllar oluşturmaktadır (Şekil 3). Kum
zeminlerdeki ince dane oranı genel olarak %30’un üstünde ve %50’ye yakın iken kil zeminlerdeki
kum oranı %30 ile %50 arasında kalmaktadır. %71’i kil-silt ve %26’sı %30’un üstünde kil içeren
kum olarak tanımlanabilecek bölgedeki zeminlerin plastisite indisleri 10 ile 50 arasında
değişmektedir (Şekil 3).
kil
40%
silt
kum
çakıl
60
50
Frekans
30%
20%
10%
40
30
20
10
0
0%
GC SM
ML MH
CL CH
0
10
20
30
40
50
Plastisite İndisi
60
Şekil 3. Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma Sistemine göre tanımlanan BPH Bölgesindeki zeminlerin ve
plastisite indislerinin frekans dağılımı
Geoteknik deprem mühendisliğinin ilk yıllarında iri ve ince daneli zeminlerin gerilme-deformasyon
davranışları ayrı ayrı değerlendirilirken; son araştırmalar, plastik olmayan iri daneli zeminler ile
plastik ince daneli zeminlerin dinamik davranışları arasında kademeli bir geçiş olduğunu
göstermektedir (Kramer, 1996). Diğer yandan literatürdeki kumların dinamik davranışlarını
226
Balıkesir İçin Mikrobölgeleme Çalışmaları
modelleyen eğriler, plastisite indisi en fazla 15 olan zeminler olarak yorumlanmaktadır. Bu durum
göz önüne alınarak bölgedeki zeminler ve dinamik davranış modelleri farklı bir sınıflandırmaya
dayalı olarak tanımlanmıştır. Seed vd.(2001) tarafından sismik analizler için önerilen sınıflandırma
sisteminde zeminler, ince tane oranının % 30’dan fazla (%15≤PI≤%90 kohezyonlu) ve % 30’dan az
(kohezyonsuz) olduğu iki ayrı grup altında değerlendirilmektedir. Benzer şekilde, İngiliz Zemin
Sınıflandırma Sistemine göre, silt ve kil tanımlı zeminlerde ince tane oranı %35 ile %100
arasındadır. Bu doğrultuda, BPH bölgesi temsili zemin profillerinin modellenmesinde, kil-silt
oranı %30’un üstünde olan zeminler kil olarak tanımlanmış ve plastisite indislerine göre
gruplandırılmıştır (Tablo 1). Temsili sondajların kayma dalgası hız profilleri, SPT-N sayılarına
dayalı olarak İyisan (1996) tarafından önerilen formül kullanılarak belirlenmiştir;
Vs = 51.5 ∗ N 0.516 (m / sn)
(1)
Tablo 1. Geoteknik modellemede kullanılan zemin gruplarının dinamik davranış modelleri
Zemin No
1
2
3
4
5
Zemin Grubu
Dolgu zemin
Kil-Kumlu kil
Kil-Kumlu kil
Kil-Kumlu kil
Kum
10 ≤ PI ≤ 20
20 ≤ PI ≤ 40
PI ≥ 40
Dinamik Davranış Modeli
Vucetic ve Dobry [9] PI=0
Vucetic ve Dobry [9] PI=15
Vucetic ve Dobry [9] PI=30
Vucetic ve Dobry [9] PI=50
Seed ve Idriss [14]
LB
ZEMİN DAVRANIŞ ANALİZLERİ VE MİKROBÖLGELEME PARAMETRELERİ
Zemin davranış analizlerinde mühendislik ana kayası (Vs= 700 m/sn) derinliğinin jeolojik veriye
dayalı gözlemler doğrultusunda 70 m derinlikte olduğu varsayılmıştır. Temsili zemin profilleri için
30m’ye kadar hesaplanan kayma dalgası hızları 70m derinliğe kadar lineer olarak arttırılmıştır.
Shake (Schnabel vd., 1972) programı ile yapılan analizlerde Rascal ile üretilmiş 6 ivme zaman
kaydı kullanılmış, her hücre için yüzeyde elde edilen 6 davranış spektrumunun geometrik
ortalaması bulunmuş ve 0.1-1sn periyotları arasında spektral ivmelerin aritmetik ortalamaları
hesaplanmıştır. Bu ortalama spektral ivme değeri Ansal vd., (2005, 2004) tarafından önerildiği gibi
inceleme alanlarındaki frekans dağılımına dayalı rölatif bir değerlendirme ile haritalanabilir.
Ancak bu çalışmada Balıkesir yerleşim alanının tamamı için geçerli olabilecek bir yaklaşımın
uygulanması tercih edilmiştir. Bu amaçla uygulanan yaklaşımda, Balıkesir yerleşim alanı sınırları
içinde davranış analizlerinin yapıldığı inceleme alanlarının dışında kalan bölgeler, zemin etütlerine
dayalı olarak NEHRP (BSSC, 2001) zemin sınıflarına göre sınıflandırılmıştır. Kullanılan etütler,
detaylı geoteknik veri içermemekle birlikte tüm yerleşim alanındaki değişimi yansıtmaktadır.
NEHRP sınıflandırma sistemine göre Balıkesir yerleşim alanı sınırları içinde zeminler B, C ve D
sınıflarında değişim göstermektedir (Şekil 4).
Diğer yandan zemin davranış analizlerinin yapıldığı BPH bölgesinde, Şekil 5’te gösterilmiş
olduğu gibi modellenen temsili zemin profilleri çalışma alanının büyük bir çoğunluğunda NEHRP
yerel zemin sınıflamasına göre D sınıfındaki zeminlerden oluşmaktadır. NEHRP Yönetmeliğine
göre belirlenen zemin sınıfları için gene NEHRP yönetmeliğinde önerilen yaklaşım doğrultusunda
spektral büyütme faktörleri kullanılarak zemin yüzeyinde spektral ivmeler hesaplanmıştır. Bu
aşamada Balıkesir için referans zemin yüzeyinde 50 yılda %10 aşılma olasılığına karşılık gelen
0.2sn periyotlu spektral ivmenin belirlenmesinde, bölgesel tektonik yapıyla uyumlu seçilmiş azalım
ilişkileri (Boore vd., 1997, Ambraseys vd., 2005) kullanılmış ve hesaplanan spektral ivmelerin en
büyük değeri alınmıştır. Hesaplanan spektral ivme değerleri için büyütme katsayısı, zemin sınıfı
ile karşılıklı etkileşimine dayalı olarak değişmekte ve zemin yüzeyindeki spektral ivmeler
yönetmelikteki katsayılar doğrultusunda 0.56g ile 0.76g arasında kalmaktadır. Bu değer aralığına
ait ortalama 0.66 g değeri, mikrobölgeleme parametresi için sınır değer kabul edilmiş ve haritalama
aşamasında göreceli olarak iki ayrı bölge tanımlanmıştır. Buna göre spektral ivme değeri, 0.66g
nin üstünde olan hücreler A (yer sarsınıtısı şiddetinin daha fazla olacağı tahmin edilen bölge),
altında olan hücreler ise C (yer sarsınıtısı şiddetinin daha az olacağı tahmin edilen bölge) ile temsil
edilmiştir. (Şekil 6)
B.Yağcı ve A. Ansal
227
Şekil 4: Balıkesir yerleşim sınırları içinde inceleme alanları dışında kalan bölgelerde NEHRP’e göre zemin
sınıflandırması
Şekil 5: BPH Bölgesinde NEHRP’e göre zemin sınıfları
228
Balıkesir İçin Mikrobölgeleme Çalışmaları
Şekil 6: BPH Bölgesinde zemin davranış analizleri ile belirlenen ortalama spektral ivmelerin değişimi
Yer sarsıntısı şiddetine göre mikrobölgelemede, tercih edilen yaklaşım birden fazla parametrenin
karşılaştırılması ve birlikte yorumlanmasıdır. Ve genel olarak, davranış analizi sonuçları ampirik
bağıntılara dayalı parametreler ile birlikte yorumlanmaktadır (Ansal vd., 2005, 2004, 2003). Bu
doğrultuda belirlenmiş olan diğer mikrobölgeleme parametresi, eşdeğer kayma dalgası hızına
dayalı olarak Borcherdt (1994) tarafından önerilen bağıntı ile hesaplanan spektral ivmelerdir. Bu
yaklaşımda, kısa periyot aralığındaki spektral ivmeler için büyütme faktörü Fa,
Fa = (v0 / v ) ma
(2)
bağıntısı ile belirlenmektedir. Bağıntıda, v0 ana kaya kabul edilen tabakanın kayma dalgası hızı, v
zemin profillerinin üst 30 metresi için eşdeğer kayma dalgası hızıdır. Üstel katsayı ma, ana
kayadaki yer hareketi seviyesine bağlı olarak Borcherdt (1994) tarafından önerilen katsayılarla
hesaplanmaktadır. Ana kaya seviyesindeki en büyük ivme değeri, Boore vd. (1997) ve Ambraseys
vd. (2005) azalım ilişkileri ile hesaplanan değerlerin en büyüğü alınarak elde edilmiştir. Sonuçta
her hücre için hesaplanan büyütme faktörlerine dayalı olarak yüzeydeki spektral ivmeler
belirlenmiştir.
Borcherdt (1994) tarafından önerilen ampirik bağıntı ile hesaplanan spektral ivmeler,
davranış analizlerine dayalı mikrobölgeleme parametresi için uygulanan yaklaşım doğrultusunda
ikiye ayrılmış ve inceleme alanlarında spektral ivmelerin göreceli olarak daha yüksek olduğu A ve
daha düşük olduğu C bölgeleri belirlenmiştir (Şekil 7). Haritalanan bu bölgeler, zemin davranış
analizi sonuçlarına dayalı bölgeler ile karşılaştırıldığında, A ve C ile tanımlanan bölgelerin
dağılımında benzerlikler olduğu gibi bazı farklılıkların da olduğu görülmektedir. Sonuç haritalarda
yer sarsıntısı şiddetine göre mikrobölgeleme için, iki farklı şekilde hesaplanmış spektral ivmelere
dayalı olarak belirlenen bölgeler birleştirilmiştir. Bu aşamada A ve C olmak üzere farklı
tanımlanmış hücrelerin kesişmesi durumunda, bu hücreler B bölgesi ile tanımlanmıştır (Şekil 8).
Bu şekilde yer sarsıntısı şiddetinin en yüksek olduğu bölgeler A, orta derecede olduğu bölgeler B,
en düşük olduğu bölgeler C ile gösterilmiştir.
B.Yağcı ve A. Ansal
Şekil 7. BPH Bölgesinde eşdeğer kayma dalgası hızlarına dayalı olarak Borcherdt (1994) ilişkisi ile
belirlenen spektral ivmelerin değişimi
Şekil 8. BPH Bölgesinde yer sarsıntısı şiddetine göre bölgeleme
229
230
Balıkesir İçin Mikrobölgeleme Çalışmaları
SONUÇLAR
Bu çalışma kapsamında, mevcut jeolojik, jeofizik ve geoteknik verilerin değerlendirilmesi ve
yorumlanması sonucu belirlenmiş olan yaklaşımlar doğrultusunda Balıkesir için uygulanabilecek
bir metodoloji geliştirilmiştir. Yöntemin uygulaması yerleşim alanı sınırları içindeki BPH olarak
tanımlanan inceleme alanını kapsamaktadır.
Jeolojik yapının ve özelliklerinin değerlendirilmesinde, mevcut rezistivite deney
sonuçlarından faydalanılmış ve bu aşamada zeminlerin rezistivite değerlerindeki değişimde kil
içeriğinin etkili bir parametre olması göz önüne alınmıştır. Balıkesir’deki inceleme alanlarında
düşey elektrik sondaj profilleri ile oluşturulan kesitlerdeki değişim, kil içeriği parametresi dikkate
alınarak belirlenen rezistivite değer aralıklarına dayalı olarak incelenmiş ve ortaya çıkan rezistivite
zıtlığı jeolojik veri ile birlikte yorumlanmıştır. Seçilen değer aralıkları ile genel olarak, rezistivitesi
10 ohm-m’ nin altında ve üstünde olan jeolojik malzemenin ayrılması amaçlanmıştır. Bu aşamada,
literatürdeki rezistivite değerlerine dayalı olarak yüksek kil içeriğine sahip zeminlerde rezistivitenin
10 ohm-m’ nin altında olacağı varsayılmıştır. Sonuçlar, jeolojik verideki litolojik tanımlamalara
dayalı olarak ve kil içeriği dikkate alınarak ortaya konan bölgesel farklılıklar ile uyumlu
bulunmuştur.
İnceleme alanlarında mevcut geoteknik veri dağılımı ile uyumlu olarak belirlenen
boyutlardaki hücreler için, temsili zemin profillerinin modellenmesindeki kriterler, iki farklı
kaynaktan derlenen geoteknik verilerin birlikte yorumlanmasına dayalı bir yaklaşım ile
belirlenmiştir. Veri tabanına dayalı olarak, bölgedeki zemin grupları ve dinamik davranış
modellerinin, kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminler arasında plastisite indisine dayalı kademeli bir
geçiş ile temsil edilmesinin uygun olacağı saptanmıştır.
Her hücre için sayısal (0.1-1 sn periyot aralığındaki ortalama spektral ivme) ve ampirik
(Borcherdt, 1994) olarak hesaplanan spektral ivmeler, Balıkesir yerleşim alanı içinde NEHRP’e
göre değişen yüzeydeki spektral ivme aralığı göz önüne alınarak yorumlanmış ve yer sarsıntısı
şiddetine göre mikrobölgeleme parametresi için birleştirilmiştir. Bu yaklaşım doğrultusunda
inceleme alanlarındaki mikrobölgeleme haritaları, Balıkesir yerleşim alanının tamamı için geçerli
olan göreceli sonuçları yansıtmaktadır.
KAYNAKLAR
Ambraseys N N, Douglas J, Sarma S K, Smit, P M (2005) “Equations for estimation of strong motions from
shallow crustal eartquakes using data from Europe and the Middle East: Horizontal peak ground
acceleration and spectral acceleration” Bulletin of Earthquake Engineering 3, 1–53
Ansal A, Özaydın K, Erdik M, Yıldırım H, Kılıç H, Adatepe Ş, Özener P T, Tonaroğlu M, Şeşetyan K,
Demircioğlu M (2005) “Seismic Microzonation for urban planning and vulnerability assessment”,
Proceedings of the International Symposium of Earthquake Engineering (ISEE2005), Awaji Island,
Kobe, Japonya
Ansal A, Biro Y, Erken A, Gülerce, Ü. (2004) “Seismic Microzonation: a case study”, Recent Advances in
Earthquake Geotechnical Engineering and Microzonation, ed. by A. Ansal, Kluwer Academic
Publishers, p.253
Ansal A, Springman S, Studer J, Demirbaş E, Önalp A, Erdik M, Giardini D, Şeşetyan K, Demircioğlu M,
Akman H, Fah D, Christen A, Laue J, Buchheister J, Çetin Ö, Siyahi B, Fahjan Y, Gülkan P, Bakır S,
Lestuzzi P, Elmas M, Köksal D, Gökçe O, (2003) “Adapazarı ve Gölcük için Mikrobölgeleme
Çalışmaları”, 5. Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, İstanbul
Ansal A (2001) Balıkesir Şehri Bahçelievler, Plevne, Hasan Basri Çantay, Akıncılar Mahalleleri ve 18-02
Konut Bölgesinin Yerleşime Uygunluk Çalışmalarının, Depremsellik ve İnşaat Mühendisliği
Açısından Değerlendirilmesi, İTÜ Geliştirme Vakfı, Uygulamalı Araştırma Raporu
Beresnev I A, Hruby C E, Davis C A (2002) “The use of multi-electrode resistivity imaging in gravel
prospecting” Journal of Applied Geophysics, 49/4, p.245
Boore D M, Joyner W B, Fumal T E (1997) “Equations for Estimating Horizontal Response Spectra and
Peak Acceleration from Western North American Earthquakes: A Summary of Recent Work”
Seismological Research Letters 68(1), 128-153
Borcherdt R D (1994) "Estimates of Site Dependent Response Spectra for Design Methodology and
Justification", Earthquake Spectra, 11, p.173
B.Yağcı ve A. Ansal
231
Boyd T M (2002) “İntroduction to Geophysical Exploration”, www.mines.edu/fs-home/tboyd/GP311
BSSC- Building Seismic Safety Council (2001) NEHRP (National Earthquake Hazards Reduction Program)
Recommended Provisions for Seismic Regulations for new buildings and other structures, 2000
Edition, Part 1: Provisions (FEMA 368), CH.4, Washington, D.C.
Cozzarelli I M, Christenson S C, Norvell J S, Lucius J E, Bisdorf R J, Eganhouse R P, Reilly T E, Suflita J
M, Harris S H, Ulrich G, and Puls R W (1996) “Biogeochemical and geohydrologic processes in a
landfill-impacted alluvial aquifer, Norman, Oklahoma” EOS, American Geophysical Union 1996
Spring Meeting, v. 77, no. 17, April 23, 1996 supplement, ps132
Çağlar İ (2002) “Jeoelektrik Yöntemler”, www.geop.itu.edu.tr/~jeotermal/jeoelek.html
DRM-World İnstitute for Disaster Risk Management (2004) “Belediyeler için Sismik Mikrobölgeleme”,
Türkiye Cumhuriyeti Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Afet İşleri Genel Müdürlüğü
Gautam P, Raj P S, Ando H (2000) “Mapping of subsurface karst structure with gamma ray and electrical
resistivity profiles: a case study from Pokhara valley, central Nepal” Journal of Applied Geophysics,
45, p.97
İyisan R (1996) “Zeminlerde Kayma Dalgası Hızı ile Penetrasyon Deney Sonuçları Arasındaki Bağıntılar”,
İMO Teknik Dergi, 1187-1199
Kramer S L (1996) Geotechinal Earthquake Engineering, ed. William J. H., Prentice-Hall İnternational Series
in Civil Engineering and Engineering Mechanics, New Jersey, USA
MTA (1999) Balıkesir Belediyesi 1802 nolu İmar Sahasının İmar Planlarına Esas Jeolojik Etüd Raporu,
Kuzey Batı Anadolu Bölge Müdürlüğü, Balıkesir
Nowroozi A A, Whittecar G R, Daniel J C (1997) “Estimating the yield of crushable stone in an alluvial fan
deposit by electrical resistivity methods near Stuarts Draft, Virginia” Journal of Applied Geophysics,
38, p.25
Reynolds J M (2002) “An Introduction to Applied and Environmental Geophysics”, www.sfu.cal
Schnabel P B, Lysmer J, and Seed H B (1972) “SHAKE: A Computer Program for Earthquake Response
Analysis of Horizontally Layered Sites”, Report No. UCB/EERC-72/12, Earthquake Engineering
Research Center, University of California, Berkeley
Seed R B, Çetin K O, Moss R E S, Kammerer A M, Wu J, Pestana J M, Riemer M F (2001) “Recent
Advances in Soil Liquefaction Engineering and Seismic Site Response Evaluation” Geotechnical
Earthquake Engineering and Microzonation Seminar, İstanbul
Silva W. (1987) WES Rascal Code for Synthesizing Earthquake Ground Motions. US Army Corps of
Engineers State-of-the-Art for Assessing Earthquake Hazards in the United States, Report 24
Tufan A ve Çona A (2000) Balıkesir Belediyesi, Bahçelievler, Plevne, Hasan Basri Çantay, Akıncılar
Mahalleleri ve 18-02 Konut Bölgelerinin Temel ve Zemin Araştırması Etüd Raporları
Yağcı B (2005) “Mikrobölgeleme Metodolojileri ve Balıkesir için bir Uygulama”, Doktora Tezi, BAÜ, Fen
Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı
Yoon G L and Park J B (2001) “Sensitivity of Leachate and Fine Content on Electrical Resistivity Variations
of Sandy Soils”, Journal of Hazardous Materials, 84/2-3, p.147
232
Balıkesir İçin Mikrobölgeleme Çalışmaları