Sakarya Üniversitesi Esentepe Kampüsü ve Yakın Çevresinde Mikrotremor Yöntemi ile Zemin Baskın Frekanslarının Belirlenmesi

Transkript

1 Sakarya Üniversitesi Esentepe Kampüsü ve Yakın Çevresinde Mikrotremor Yöntemi ile Zemin Baskın Frekanslarının Belirlenmesi Determination of Predominant Frequency of Sakarya University Esentepe Campus and its Environment Using Microtremor Method Gündüz Horasan 1, Eray Yıldırım 1, Emrah Budakoğlu 1, Evrim Yavuz 1, H. Serdar Küyük 2 1 Sakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü Esentepe Kampüsü Sakarya, (ebudakoglu@sakarya.edu.tr) 2 Sakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Sakarya Özet: Bu çalışmada Sakarya Üniversitesi Esentepe kampüsü ve yakın çevresinin yerel zemin özellikleri mikrotremör ölçümleriyle belirlenmiştir. Nakamura nın spektral oran (Yatay spektrumun düşey spektruma oranı, H/V) yöntemi kullanılmıştır. Arazide 32 noktada alınan mikrotremör ölçümlerinin değerlendirilmesi sonucunda çalışma alanında zeminin baskın frekansı Hz, büyütme değeri ise olarak belirlenmiştir. Kampüs alanında zeminin baskın frekansı 4. Hz den daha büyük olup, D-1 şehirler arası yol kenarında Hz arasında değişmektedir. Büyütme değerleri ise kampüs alanında arasında değişmekte olup, en büyük büyütme değeri (5.96) iki tepe arasında biriken kalın tortuların olduğu kısımda elde edilmektedir. Elde edilen bu değerlerde bölgenin jeolojik özelliğinin ve topografyanın önemli rol oynadığı görülmektedir. Anahtar Kelimeler: Mikrotremor, Spektrum oranı, Baskın frekans, Zemin büyütmesi Abstract: In this study, site properties of Esentepe campus at Sakarya University and its near environment are determined with microtremor measurements. Nakamura s spectral ratio method (spectral ratio between the horizontal and vertical components, H/V) was used in this study. Predominant frequency and site amplification values are determined as Hz and respectively from microtremor measurements from 32 sites. The predominant frequency is grather than 4. Hz in campus area but it changes Hz near D-1 intercity highway. Site amplification is at campus area. The greatest site amplification (5.96) is obtained at thick sediment layer between two hills. It is seen that the geological properties and topographies play very important role on these values. Keywords: Microtremor, Spectral ratio, Predominant frequency, Site amplification GİRİŞ Deprem mühendisliğinde yerel zemin koşullarının belirlenmesinde mikrotremör ölçümleri sıkça kullanılmaktadır. Son yıllarda arazi ölçüm cihazlarındaki gelişmeler ile mikrotremör ölçümlerinin etkinliği artmış ve zeminlerin spektral büyütmesi, zemin hakim titreşim periyodu vb zemin parametrelerini belirlemek ve yerel zemin davranış özelliklerini bulmak için bir çok yeni mikrotremör yöntemi geliştirilmiştir. Mikrotremor çalışmaları, veri almadaki kolaylığı, hızlı, ucuz ve pratik olması açısından avantajlıdır. Sakarya ve civarı sismik olarak aktif bir bölgede bulunmaktadır. Bölgenin depremselliği Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ) tarafından denetlenmektedir. Kuzey Anadolu fayı (KAF) Adapazarı şehrinin 8-1 km güneyinden geçmektedir ve Adapazarı baseninin güney sınırını oluşturmaktadır. Bu fay zonu Türkiye de büyük deprem üreten en önemli fay hatlarının başında gelmektedir. Geçmişten günümüze gelene kadar bu bölgede yıkıcı depremler yaşanmış ve bu depremler nedeniyle çok ağır hasarlar ve can kayıpları olmuştur. Bundan sonra oluşabilecek büyük bir depremde bölgede yine büyük ölçüde hasar meydana gelebilir. Oluşabilecek hasarları azaltabilmek için bölgenin zemin özelliklerinin iyi belirlenmesi gerekmektedir. Bu sebepten dolayı çalışmada Sakarya Üniversitesi Esentepe Kampüsü ve yakın çevresinde 32 noktada zemin büyütmesi ve zeminin hakim frekansı gibi dinamik zemin parametrelerinin elde edilmesi hedeflenmiştir. Elde edilecek bu parametrelerden bölgenin jeolojik özellikleri ve topografya ile ilişkisi araştırılıp, bölgedeki riskli yerleşim yerleri tespit edilecektir. Türkiye 2. Uluslararası Jeofizik Kongre ve Sergisi, Kasım 213, Antalya -449-

2 YÖNTEM Ölçümlerin alınmasında portatif, üç bileşenli (Z, KG, DB), geniş bantlı, sayısal çıkışlı, Güralp CMG- 6TD sismometresi kullanılmıştır. Aletin sismik sayısallaştırıcısı 24 Bit ADC olup, dinamik aralığı 3s-1Hz (>137dB) dir. Çalışmada verileri kaydetmek ve görüntülemek için Güralp in SCREAM 4.5 yazılım programı kullanılmıştır. Verilerin değrelendirilmesinde ise GEOPSY ( erişim Şubat 212) adlı yazılım kullanılmıştır. Arazi ölçümleri belirlenen 32 noktada 15 dakikalık bir süre içinde alınmıştır. Ölçümler alınırken çevre gürültüsünün en az olduğu saatler ve özellikle hafta sonu seçilmiştir. Her ölçü noktasında sayısal veri saniyede 1 örnek olacak şekilde kaydedilmiştir. Şekil 1 de ölçüm noktasından alınan sismik kayıda bir örnek verilmektedir. 4 Z Hiz (m/san) KG DB Zaman (san) Şekil 1 Çalışma bölgesinde üç bileşen (Z: Düşey, KG: Kuzey-Güney, DB: Doğu-Batı ) olarak alınan mikrotremör verisine bir örnek. Çalışmadaki verilerin değerlendirilmesinde Nakamura (1989) yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem, pencerelenen bir mikrotremör verisinin yatay bileşen spektrumunun (H), düşey bileşen spektrumuna (V) oranı (H/V) alınarak tanımlanmaktadır. Yöntem aşağıdaki varsayımları içermektedir (Lermo ve Chavez-Garcia, 1994; Lachet ve Bard, 1994): mikrotremörler bir yarı uzay üzerindeki tek bir tabakada yayılan Rayleigh dalgalarından oluşmaktadır. ANALİZ ve BULGULAR Elde edilen mikrotremör verisinden yatay ve düşey spektral oran değerlerini elde etmek için veri önce 25 sn uzunlukta pencerelerle pencerelenmektedir. Uç noktalarda oluşacak salınımları elimine etmek için ise veriye %1 cos törpüsü uygulanmıştır. Bundan sonra veri.1-2 Hz aralığında bandpass filtreleme işlemine tabi tutulup, Hızlı Fourier dönüşüm (FFT) algoritması ile spektrumlar hesaplanmaktadır (KG ve DB iki yatay bileşen ve bir Z düşey bileşen). Daha sonra spektrumları daha anlamlı kılmak için Konno ve Ohmachi (1998) yuvarlatma (smoothing) işlemi uygulanmıştır. Son olarakta iki yatay bileşen spektrumunun geometrik ortalaması alınıp düşey bileşene bölünerek H/V oran spektrumu elde ediliş olur. Çalışma alanından elde edilen mikrotremör verilerine ait bazı oran spektrumları Şekil 2 de verilmektedir. Her bir pencereye ait Yatay-Düşey spektral oran eğrilerin ortalaması alınarak ölçüm noktasını temsil eden spektral oran eğrisi ve standart sapması belirlenmiştir. 2 th The International Geophysical Congress & Exhibition of Turkey, November, Antalya -45-

3 Şekil 2 Çalışma alanında EM-1 ölçü noktasında Nakamura yöntemi kullanılarak hesaplanan H/V spektrumu. Ortalama, düz sürekli siyah çizgi ile gösterilmektedir. Kesikli siyah çizgi 2 standart sapmayı göstermektedir. SONUÇLAR ve ÖNERİLER Bu çalışmada Sakarya Üniversitesi Esentepe Kampüsü ve yakın çevresinde 32 noktada geniş bantlı, Güralp CMG-6TD aleti ile alınan mikrotremör verileri uygulama ve değerlendirme kolaylığı sağlayan Nakamura (1989) nın spektral oran (H/V) yöntemi kullanılarak değerlendirilmiştir. Çalışma alanından elde edilen mikrotremör verilerinin değerlendirilmesi sonucunda zemin büyütmesinin , zeminin hakim titreşim frekansının ise Hz aralığında olduğu belirlenmiştir. Şekil 3 ve Şekil 4 de sırası ile bu çalışmadan elde edilen zemin hakim titreşim frekansları ve zemin büyütme değerlerinin dağılımı görülmektedir. Şekil 3 de SAÜ Esentepe kampüsü yerleşim alanın bulduğu tepede zeminin baskın frekansı Hz e kadar değişmektedir. Kampüs ün aşağısında D-1 şehirler arası yol kenarında alınan ölçüm noktalarında ise zeminin baskın frekansı Hz olarak elde edilmiştir. Şekil 8 deki büyütme değerlerinde ise en büyük büyütme (5.96) şeklin sağ tarafında iki tepe arasında biriken kalın tortuların olduğu kısımda elde edilmektedir (Ramazanoğlu, kişisel görüşme, 11 Haziran 213). Esentepe kampüs alanında büyütme değeri genelde arasında değişmektedir. Büyütmenin fazla olduğu diğer bir yer ise kampüs içinde çok lokal dolgu zeminin bulunduğu yerdir (Ramazanoğlu, kişisel görüşme, 11 Haziran 213). Yöntemin frekansa bağlı büyütmeleri belirlemede tartışma konusu olmasına karşın, hakim frekansların belirlenmesinde oldukça güvenilir sonuçlar verdiği yapılan birçok çalışmada gösterilmiştir (Ohmachi ve diğ., 1991a; Field ve Jacob, 1993; Chavez-Garcia ve diğ. 199). Sakarya Üniversitesi Esentepe Kampüsündeki çalışma alanı ve yakın çevresinde Akveren Formasyonu gözlemlenmiştir (MTA, 1998). Adapazarı yerleşim alanının güneyinde, Hızırtepe, Maltepe, Serdivan ve Sakarya Üniversitesi kampüs alanında mostra veren bu formasyon; killi kireçtaşı, marn, kiltaşı, silttaşı, kumtaşı, çakıltaşı ve resifal kireçtaşlarından oluşmaktadır. Yaşı çeşitli araştırmacılar tarafından Üst Kretase Alt Eosen olarak verilmiştir. Formasyon; sarı, beyaz, grimsi yeşil, yer yer kırmızı renkli ince, orta ve kalın tabakalardan oluşmaktadır. Esentepe kampüs alanında zeminin m arasında ayrışmış parçalı ve bloklu kaya daha altta ise sağlam kaya olduğu Ramazanoğlu (25) tarafından tespit edilmiştir. Çalışmada ölçüm yaptığımız Sakarya Üniversitesi Esentepe kampüsü ve yakın çevresinden elde ettiğimiz sonuçlar, daha önce Adapazarı baseninde yapılan diğer çalışmaların sonuçları ile karşılaştırıldığında zeminin sağlam olduğu kaya ya da sert toprakta büyütme değerlerinin az, alüvyon tabakasından oluşan kalın dolgu zeminlerde ise büyütme değerlerinin daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Aynı ilin farklı jeolojik özelliğe ve topoğrafyaya sahip bölgelerinden elde edilen zemin hakim titreşim frekansı ve zemin büyütmesi gibi parametreler mikrobölgelendirme çalışmalarında büyük önem taşımaktadır. Böylece bölgedeki riskli ve risksiz yerleşim yerleri kolayca tespit edilebilecektir. Türkiye 2. Uluslararası Jeofizik Kongre ve Sergisi, Kasım 213, Antalya -451-

4 Şekil 3 Bu çalışmadan elde edilen zemin hakim titreşim frekanslarının dağılımı. Üçgenler mikrotremör ölçüm noktalarını göstermektedir. Şekil 4 Bu çalışmadan elde edilen zemin büyütme değerlerinin dağılımı. Üçgenler mikrotremör ölçüm noktalarını göstermektedir. Teşekkür Bu çalışma SAU no lu proje kapsamında Sakarya Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonu tarafından desteklenmiştir. SAU BAP Komisyonu Başkanı ve Yönetim Kurulu üyelerine çalışmaya sağladıkları destek ve katkılar için çok teşekkür ederiz. KAYNAKLAR Chávez-García, F.J., Pedotti, G., Hatzfeld, D., and Bard, P.Y., 199. An experimental study of site effects near Thessaloniki (Northern Greece), Bull. Seism. Soc. Am. 8, th The International Geophysical Congress & Exhibition of Turkey, November, Antalya -452-

5 Field, E. H. and Jacob, K. H., The theoretical response of sedimentary layers to ambient seismic noise, Geophys. Res. Lett. 2, Geopsy, 212, erişim Şubat 212 Konno, K. & Ohmachi, T., Ground-motion characteristics estimated from spectral ratio between horizontal and vertical components of microtremor, Bull. seism. Soc. Am., 88, Lachet, C. and Bard, P. Y., Numerical and theoretical investigations on the possibilities and limitations of Nakamura s technique. J. Phys. Earth, 42, Lermo, J. and Chavez-Garcia, F., Are microtremors useful in site response evaluation, Bull. seism. Soc. Am., 84, rd, MTA, Sakarya ilinin çevre jeolojisi ve Doğal Kaynakları. MTA Genel Müdürlüğü Jeoloji Etütleri Dairesi, Ankara., Nn, and F. S~inchez-Sesma (1988). Nakamura Y., A method for dynamic characteristic estimation of subsurface using microtremor on the ground surface. Quarter Rep Railway Tech Res Inst., 3(1), Ohmachi, T., Nakamura, Y., Toshinawa, T., 1991a. Ground motion characteristics of the San Francisco Bay Area detected by microtremor measurements, Proc. 2nd Int. Conf. on Recent Advances in Geotech. Earthq. Eng. and Soil Dynamics, Paper No. LP8, pp Ramazanoğlu, Ş., 25. SAÜ Konservatuar arazisine ait jeolojik etüd raporu, Sakarya Üniversitesi, 6s. Ramazanoğlu, Ş., 213. Kişisel görüşme, SAÜ Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Sakarya. Türkiye 2. Uluslararası Jeofizik Kongre ve Sergisi, Kasım 213, Antalya -453-