GEOTEKNİK DEPREM MÜHENDİSLİĞİ (Depremler-II)

Transkript

1 GEOTEKNİK DEPREM MÜHENDİSLİĞİ (Depremler-II) KAYNAKLAR 1. Steven L. Kramer, Geotechnical Earthquake Engineering (Çeviri; Doç. Dr. Kamil Kayabalı) 2. Yılmaz, I., Mühendislik Jeolojisi: İlkeler ve Temel Kavramlar 3. Tarbuck, Lutgens, Tasa,Earth Science, 13 th Edition,Prentice Hall 4. Ersoy,H., Hacettepe Üniversitesi Mühendislik Jeolojisi Ders Notları 5. Dirik,.K. Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Ders Notları

2 Dersin Amacı I. Deprem kayıt aletlerinin çalışma prensipleri ve çeşitleri II. Deprem şiddet-büyüklük (magnitüd) ilişkisi III. Richter Büyüklüğü IV. Yüzey Dalgası Büyüklüğü V. Cisim Dalgası Büyüklüğü VI. Moment Büyüklüğü VII. Büyüklükler arası İlişkiler VIII.Magnitüd-Fay İlişkileri IX. Deprem Enerjisi X. Deprem çeşitleri (özet)

3 Depremlerin Kaydedilmesi Deprem tarafından üretilen sismik dalgalar nedeniyle yer yüzeyi hareketini zamanın bir fonksiyonu olarak kaydeden alete sismograf denir

4

5

6 Sismometre-İvmeölçer Sismograf ya da sismometre İvme Ölçer

7 Depremlerin Kaydedilmesi

8 Analog Sismometre Analog seismometers can be understood by a simple mass-spring-dashpot system where the base is connected to the ground surface. This is an analog type of seismometer because it is directly measuring the amplitude of the incoming waves.

9 Tek Dereceli Sistemlerin Dinamik Davranışı ve Analitik Çözümü

10 Tek Dereceli Sistemlerin Dinamik Davranışı ve Analitik Çözümü

11 Modern Sismograflar Electronic transducer (seismometer) senses motion and records digital electrical signal that is recorded for subsequent processing. Types: (1) Servo (force balanced) uses a suspended mass to which a displacement transducer is attached. Signal is produced by the relative displacement between the housing and the suspended mass. The resisting force is measured electronically. This type has good accuracies for the range of frequencies of interest in earthquake engineering. (2) Piezoelectric uses a piezoelectric material (e.g., quartz, tourmaline, ferroelectric ceramic) to sense acceleration. The piezoelectric material acts as a spring in the SDOF system with negligible damping. When accelerated, inertial force strains the material which develops an electrical charge. The resulting voltage is proportional to the inertial force. This type is good for high frequency measurement because of the stiff piezoelectric material. (3) Geophones uses velocity transducers to measure velocity of waves. Used in geophysical surveys. (4) Seismoscope uses conical pendulum with metal stylus attached to a suspend mass which inscribes a record of ground motion on smoked glass plate, producing 2D record of movement.

12 Modern Sismograflar

13 Modern Sismograflar

14 DEPREMİN YERİ

15 Deprem Yerinin Belirlenmesi

16

17

18 Daire yöntemi 1.Olası episantrı çevreleyen 3 kayıt istasyonu belirle 2.Her bir istasyon kayıdından P ve S dalgası varış zamanları arasındaki farkı oku 3.Okunan t S - t P farklarını kullanarak zaman-uzaklık grafiklerinden her bir istasyon için uzaklık belirle 4.Her bir istasyon merkez olmak üzere belirlenen uzaklıkları yarıçap olan daireleri çiz. 5.Üç dairenin kesişim yeri (veya kirişlerin kesişim yeri) episantrın yerini gösterir.

19

20

21 Seismogram 1 Seismogram 2 Seismogram 3

22

23 DEPREMLERİN BÜYÜKLÜĞÜ Ve ŞİDDETİ Bir depremin gücünü ölçmek için iki temel yol vardır. Depremin enerjisine göre değerlendirme Oluşan hasara göre değerlendirme 20.yüzyıla kadar depremin büyüklüğünü ölçmek için kullanılabilecek bir aygıt geliştirilemediği için deprem, yeryüzünde sebep olduğu hasara bakılarak tanımlanmaya çalışılmıştır. Depremin insanlar, doğa ve yapılar üzerindeki etkileri, depremin büyüklüğü, odak derinliği, uzaklığı yapıların depreme karşı gösterdiği performansa yerel zemin koşullarına göre değişik olabilmektedir. Şiddet depremin kaynağındaki büyüklüğü hakkında doğru bilgi vermemekle beraber, deprem dolayısıyla oluşan hasarı yukarıda belirtilen etkenlere bağlı olarak yansıtır.

24

25 DEPREMLERİN BÜYÜKLÜĞÜ

26 MERCALLİ ŞİDDET ÖLÇEĞİ

27 MERCALLİ ŞİDDET ÖLÇEĞİ

28

29 Deprem büyüklüğü (magnitüd) Büyüklük (magnitüd) için literatürde çeşitli tanımlamalar mevcuttur. En yaygın olarak kullanılanlar arasında P ve S dalgalarının maksimum genliklerinden yararlanılarak hesaplanan M L (Richter magnitüdü) Yüzey dalgalarının maksimum genliklerinden yararlanılarak hesaplanan M s (Yüzey magnitüdü) Açığa çıkan enerjinin büyüklüğünü bir fay boyunca yırtılmaya neden olan faktörlerin doğrudan bir ölçüsü olarak tanımlayan sismik momente (M o ) göre belirlenen Moment magnitüdü (M w ) sayılabilir (Kramer,1996). Farklı tanımlamalar nedeniyle, deprem sonrası farklı magnitüd değerleri verilebilmektedir.

30 Deprem büyüklüğü (magnitüd) Yüzey dalgaları magnitüdü cinsinden her iki depremde aynı büyüklükte olmasına karşılık, moment magnitüd ölçeği ile yansıtılabilen, ortaya çıkan enerji miktarı çok farklıdır Bolt un önerisine göre; M L veya mb ; sığ depremlerde 3-7 magnitüd aralığı için M S ; magnitüd aralığı 5-7,5 olan depremler için M W ; 7,5danbüyük magnitüdlü depremler için kullanılabilir.

31 Deprem büyüklüğü- Richter büyüklüğü Richter, günümüzde yerel magnitüd olarak bilinen büyüklüğü, deprem dışmerkezinden 100 km uzaktaki bir Wood-Anderson sismometresinde (mikron cinsinden) kaydedilmiş maksimum genliğin (10 tabanına göre) logaritması yerel (lokal) magnitüd (M L ) olarak tanımlamıştır (Richter 1958, Bath 1973). Bu yöntem (Richter yerel magnitüd tanımlaması), M < 6,0 ve 600 km'den daha yakın mesafede oluşan depremlerin büyüklüğünü belirlemek için kullanılır. Richter büyüklüğü (M L ) (Richter, 1935) Sığ ve yerel depremler için geliştirilmiştir. Episantırdan 100 km uzakta bulunan bir standart Wood- Anderson sismometresinin kaydettiği S dalgasına ait en büyük amplitüdün logaritmasıdır. A=0.8 s lik doğal periyotta, %80 lik bir sönümleme faktörüne ve 2800 kat statik bir büyütmeye sahip standart bir Wood-Anderson sismografının mm olarak kaydettiği maksimum iz genliğidir. A 0 =0.001mm

32

33

34 Deprem büyüklüğü- Yüzey Dalgası büyüklüğü Yüzey dalgaları yakın istasyonlarda iyi gelişmezler. Depremin kaynağından yaklaşık km veya uzak mesafelerde çok iyi gelişirler. Uzak ( km arası) mesafelerde özellikle cisim dalgalan sönümlenmekte ve saçılmaktadır. Bu durumda, yer hareketinde yüzey dalgalan daha baskın olmaktadır. Dolayısıyla, farklı bir magnitüd ölçeğine ihtiyaç duyulmuştur. Yüzey dalgası magnitüdü, genellikle derinliği 70 km'den daha sığ, uzak (yaklaşık 1000 km'den fazla), orta ve büyük ölçekteki depremlerin boyutunu tanımlamada kullanılır. Periyodu yaklaşık olarak 20 saniye olan Rayleigh dalgalarının yatay bileşenlerinin mikron cinsinden en büyük değerinin logaritması alınarak ''yüzey dalgası magnitüdü" tanımlanmıştır (Gutenberg ve Richter 1936). Bu tür dalgalar yeryüzünde kaynaktan itibaren çok uzak mesafelere yayılabildiği için; uzak mesafelerde yapılan ölçümlerde daha güvenilir ve hassastır. Bu yöntem, M >= 6,0 olan (bazı araştırmacılara göre M >=5,5 olan) depremleri ölçmek için geliştirilmiştir.

35 Deprem büyüklüğü- Yüzey Dalgası büyüklüğü Yüzey dalgası büyüklüğü (Ms) (Guttenberg ve Richter 1936) Burada; M: Depremin büyüklüğü, a: Rayleigh yüzey dalgasının yatay bileşeninin genliği, T: Periyod (10-30 s aralığında) ve Δ : Oluşan depremin mesafesi (odak uzaklığı-derece olarak)' dır. (yerin çevresi 360 C ye karşılık gelir).

36 Deprem büyüklüğü- Cisim Dalgası büyüklüğü Derin odaklı depremlerin yüzey dalgalan çoğu zaman bunların yüzey dalgası magnitüdü ile değerlendirilmesine imkan vermeyecek kadar küçük olmaktadır. Cisim dalgası magnitüdü (Gutenberg, 1945) P dalgalarının odak derinliğinden fazla etkilenmeyen ilk birkaç devrinin genliğine dayalı, dünyanın her tarafında kullanılanbir magnitüd ölçeğidir (Bolt, 1989). Cisim dalgası magnitüdü, Burada, A: mikron cinsinden P dalgası genliği ve T: P dalgasının periyodudur (genellikle yaklaşık olarak bir saniye). Δ :Oluşan depremin mesafesi (odak uzaklığı-derece olarak)' dır. (yerin çevresi 360 C ye karşılık gelir).

37 Deprem büyüklüğü- Sismik Moment (M o ) Depremde oluşan sismik momentin şiddetini ifade etmek üzere geliştirilmiş ölçektir. Moment büyüklük hesabında ilk adım olarak, sismik moment M 0 hesaplanır. M 0 fay yer değiştirmelerinden elde edilebilir. M 0 =μ.a f.d M 0 = Sismik moment (N.m) veya (dyne.cm) (dyne=10-5 N) μ =Yerkabuğu katmanının rijitliği, G= ton/m 2 veya 3x10 10 N/m 2, 2x10 11 (dyn/cm 2 ) (1 kg/cm 2 =10 6 dyn/cm 2 ) A f =Fayın yırtılma alanı (fayın uzunluğu,l x fayın genişliği, W) D=Fayın yırtılan parçasının ortalama yer değiştirmesi (m) (fay atımı)

38 Deprem büyüklüğü- Moment büyüklüğü (M w ) M w sismik moment ve fay uzunluğu ile ilişkili olarak hesaplanır. Diğer magnitüdlerde fay uzunluğu ile ilişki yoktur. Fay yüzey alanı, sismik moment (M o ) ve M w aşağıdaki gibi belirlenir:

39 Deprem büyüklüğü- Moment büyüklüğü (M w ) Bu büyüklük türü, diğer ölçeklere göre en güvenilir olanıdır. Bilim dünyasında, eğer bir deprem için moment büyüklüğü hesaplanabilmişse, diğer büyüklük türlerine gerek kalmadığı düşünülür. Belirleme açısından hepsinden çok daha karmaşıktır. Esas olarak depremin oluşumunun matematiksel bir modelinin yapılmasına karşılık gelir. Uygulamada, sadece belli bir büyüklüğün üzerindeki depremler için (M > 4.0) Moment büyüklüğü hesaplanabilir (KOERI, 2006). Deprem sonucu oluşan bir fayın boyutu, depremde açığa çıkan enerjiyle, dolayısıyla depremin büyüklüğü ile ilişkilidir. Bir depremde açığa çıkan enerji miktarı artarken yer sarsıntısının özellikleri her zaman aynı oranda artmamakta ve/veya cilıaz ölçürulerine birebir yansımanıaktadır. Örnek: 1960 San Francisco ve 1960 Şili depremleri (Coduto, 1998). Her iki depremin yüzey dalgası magnitüdü Ms 8.3 olarak hesaplanmasına rağmen Şili depreminin yüzey kırığı, San Francisco depreminden daha büyük boyutta bir yırtılma gerçekleşmiştir. Dolayısıyla, açığa çıkan enerji miktarları da farklı olmuştur. Açığa çıkan enerji miktarlarına göre, San Francisco depremi Mw=7.9, Şili depremi ise, Mw = 9.5 olarak hesaplanmıştır (Boore, 1977). Bu örnekte görüldüğü üzere, bazı magnitüd türleri açığa çıkan enerjiyi tam olarak yansıtamamaktadır.

40 MAGNİTÜD SATÜRASYONU (DOYGUNLUK) İlk kez Kanomori (1977) tarafından belirtilen magnitüd satürasyonu (doygunluğu) görüşüne göre, klasik olarak genlik ve süre okumalarından saptanan magnitüd ölçekleri ancak fay boyunun 5-50 km olduğu depremlerde gerçek büyüklüğü temsil edebilir. Fay boyunun, magnitüdü belirlerken kullanılan genliğe ait dalga boyunu aştığı hallerde, bu ölçekler doygunluğa ulaşarak temsil özelliklerini yitirirler (Kanamori,1977). Richter: 6-7 arasında M s (yüzey dalgası): 8 civarında doygunluğa ulaşır. Doygunluk sorunu olmayan tek büyüklük ölçeği M w

41 Deprem Enerjisi (Guttenberg ve Richter 1956) Ms büyüklüğündeki bir birim artış enerjide 32 birim artışa tekabül eder.

42 Fay atımı- magnitüd ilişkisi Fay kırığı boyunca oluşan maksimum yer değiştirme (MD)

43 Maksimum yüzey yerdeğiştirmesi-magnitüd ilişkisi

44 Yüzey fayı uzunluğu, SRL

45 Maksimum yüzey fayı uzunluğu-magnitüd ilişkisi

46 Fay genişliği, RW

47 Fayın yırtılma (kırılma) alanı, RA

48 Magnitüd ve Şiddet Arasındaki Fark Magnitüd, depremin kaynağında açığa çıkan enerjinin bir ölçüsü; şiddet ise depremin yapılar, insanlar ve çevre üzerindeki etkilerinin bir ölçüsüdür. Magnitüd matematiksel, şiddet ise gözlemsel bir ölçüm şeklidir. Bir örnek vermek gerekirse, 17 Austos 1999 da Marmara Bölgesi nde meydana gelen deprem, 7.4 büyüklüğünde (magnitüd) ve XI şiddetindedir.

49 Magnitüd ve Şiddet Ampirik İlişki

50 Deprem Büyüklükleri Depremin kuvvetli yer hareketinin süresi uzun ise, şiddeti de büyür ve ivmenin en büyük değeri şiddete göre değişir. İnsanların hissettiği en küçük ivme 1 cm/s 2 dir. Yapılarda ise, hasarı başlatan ivme 100 cm/s 2 (0.1 g) kadardır. Depremin magnitüdü ile merkezine çok yakın yerlerde oluşan yer hareketinin en büyük ivmeleri yaklaşık olarak şöyledir;

51 Kökenlerine göre depremler (Özet)

52 Derinliklerine göre depremler (Özet)

53 Uzaklıklarına göre depremler (Özet)