2 DUMLUPINAR ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 2018-2019 GÜZ YARIYILI Dr. Uğur DAĞDEVİREN 1
4 3 2
6 5 3
8 7 4
10 9 A.1.a. Tektonik Yüzey Yırtılması 5
12 11 A.1.b. Bölgesel Çökme/Yükselme 9-10 m düşey yerdeğiştirme gerçekleşmiştir. 1999 Chi Chi, Tayvan 6
14 13 B.1. Yapısal Tehlikeler B.1. Yapısal Tehlikeler 7
16 15 B.2. Sıvılaşma 1964 Niigata Depremi Taşıma Gücü Yenilmeleri B.2. Sıvılaşma 8
18 17 B.3. Deprem Kökenli Heyelanlar El Salvador B.4. Nakil Hatlarındaki Tehlikeler 9
20 19 B.5. Tsunami Deprem, yerkabuğu içindeki kırılmalar nedeniyle ani olarak ortaya çıkan titreşimlerin dalgalar halinde yayılarak geçtikleri ortamları ve yer yüzeyini sarstığı bir doğa olayıdır. Sismoloji, yerkürenin özellikle deprem olayları ile ilgili olarak içyapısını, davranışını ve yer hareketini incelemektedir. Zemin dinamiği, depremler gibi dinamik yükler altında zeminlerin davranışını inceler. Yapı dinamiği, depremler gibi dinamik yükler altında taşıyıcı sistemlerin davranışını inceler. 10
22 21 Deprem mühendisliğinin konusu, temel olarak depremin insan ve çevresindeki etkileri ele almak ve bu etkileri azaltmaktır. Deprem mühendisliği; sismoloji, jeoloji, geoteknik mühendisliği, yapı mühendisliği ve risk analizini kapsayan geniş bir disiplindir. Bunlara ilave olarak, sosyal, ekonomik, hukuki ve politik faktörler de deprem mühendisliğinde büyük önem arz eden konular arasındadır. Depremler sırasında yapılarda hasar oluşumunu engellemek veya minimum düzeye indirebilmek için; inşaat mühendislerinin öncelikle ulusal ve uluslararası gelişmeleri de dikkate alarak aşağıdaki durumları doğru bir şekilde modellemesi ve uygulaması gerekmektedir. 1. Bölgenin deprem aktivitesi 2. Deprem hareketi 3. Zeminin deprem sırasındaki davranışı ve yapıya etkisi 4. Yapının deprem etkisi altındaki davranışı 5. Yapıların depreme dayanıklı tasarımı, projelendirilmesi, yapımı, kontrolü ve kullanımı. 11
24 23 İnşaat Mühendisliği eğitiminde, Deprem Mühendisliği alanında aşağıdaki konular ele alınacaktır. 1. Deprem hareketinin özelliklerini 2. Dünyanın ve özellikle ülkemizin deprem aktivitesi 3. Zeminlerin deprem etkisi altında davranışı 4. Yapıların deprem etkisi altında davranışı 5. Yapıların deprem analizi 6. Depreme dayanıklı betonarme yapıların temel ilkeleri 7. Yürürlükte olan Deprem Yönetmeliğinin açıklamaları İnşaat mühendislerinin öncelikle, yerin içyapısı, depremlerin oluş nedenleri ve deprem terminolojisini bilmesi gerekmektedir. Litosfer adı verilen sert katman, yerkabuğu ve üst mantonun en üst kısmından oluşur. Astenosfer ise litosferin altındaki plastik özelliği gösteren akışkan üst manto bölümüdür. 12
26 25 İÇ ÇEKİRDEK: Katı haldedir. Nikel ve demirden oluşur. DIŞ ÇEKİRDEK: İçindeki sülfür ve oksijen nedeniyle erime noktası düştüğü için sıvı halde bulunan nikel ve demirden oluşur. MANTO: Kısmen yada tamamen eriyik durumdaki kayaçlardan oluşan magmayı içerir. YERKABUĞU: En ince katman olup, okyanusal kabuk ve kıtasal kabuktan oluşur. Okyanusal kabuk genellikle bazalttan oluşur. Kıta kabuğu ise bazalt ile daha az yoğunluklu olan granit, kumtaşı ve kireçtaşı gibi kayaçlar yer alır. Manto katmanı, yeryüzündeki hareketliliğin en büyük nedenidir. Mantonun alt bölümünün üst bölümüne göre daha sıcak olmasından dolayı oluşan konveksiyon akımları, daha sıcak olan magmanın yükselmesine sebep olur. Bu süreçte üst mantodaki soğuk kayaçlar ise batma eğilimindedir. Bu, yükselme-batma süreci litosferdeki parçalar halinde yer alan levhaların farklı yönlerde hareket etmesine neden olmaktadır. 13
28 27 Konveksiyon akımlarının etkisi ile levhalar birbirlerine yaklaşabilir, uzaklaşabilir ya da birbirlerine göre yanal olarak kayabilirler. Yerkürenin üst katmanları, bir bütün halinde olmayıp, sürekli hareket halinde olan levhalardan oluşur. Mantodaki ısı akımlarının neden olduğu bu hareketler sırasında levhalar hareket halinde olup birbirinden uzaklaşır, birbirlerine çarpar veya birbirlerini sıyırırlar. Bu hareketlilik sonucunda, levha sınırlarında, uzun zaman dilimleri ile baktığımızda yeni okyanuslar, yeni kıtalar, sıradağlar ve yanardağlar oluşur. Depremler ve volkanik aktivitelerin nedeni de tüm bu hareketlerden kaynaklanır ve levha sınırlarında oluşurlar. Günümüzde Litosfer de 1 ila 15 cm/yıl arasında hızlarla hareket halinde bulunan 7 ana ve birçok küçük levha vardır. Bunların hareketleri çok karmaşıktır ve bu hareketlerin niteliğinin tam olarak saptanması, depremlerin zamanının önceden kestirilmesi için gereklidir. 14
30 29 Süper kıta Pangea (170 milyon yıl önce) 15
32 31 Levha Hareketleri: Levhaların birbirleriyle etkileşimleri bakımından levha hareketlerini; 3 ana başlıkta toplanabilir. 1) Uzaklaşma-ayrılma, 2) Yakınlaşma-çarpışma ve 3) Yanal yer değiştirme-sıyırma Bu hareket türleri, aynı zamanda bu sınırlarda oluşan depremlerin ve volkanik faaliyetlerin niteliklerini de belirler. 16
34 33 Yakınlaşma-çarpışma Uzaklaşma-ayrılma Yanal yer değiştirme-sıyırma a) Uzaklaşan-ayrılan levhalar: Birbirinden uzaklaşan levhalar, aralarına astenosferden gelen eriyik kayaçların sızdığı yarıklar oluşturur. Bu eriyik yüzeye çıktıkça katılaşır ve yerkabuğuna eklenir. Astenosfer den gelen eriyik kuvvet uygulamaya ve böylece levhalar birbirinden ayrılmaya devam eder. Bu ayrılma genelde daha ince olan okyanus tabanında görülür ve Atlas Okyanusu ortasındaki sırt buna çok iyi bir örnektir. Bu tür ayrılmalar, Astenosfer den gelen eriyiğin katılaşarak Litosfer e dönüşmesine ve levhaların büyümesine neden olur. Uzaklaşan levhalar arasında Litosfer çok ince olduğu için, buralarda büyük depremlere yol açacak enerji birikimleri olmaz. Buradaki depremlerin odakları çoğu zaman yüzeye yakındır. 17
36 35 a) Uzaklaşan-ayrılan levhalar: 18
38 37 b) Yakınlaşan-Çarpışan Levhalar: Levhaların birbirine yaklaşması ve çarpışması ise üç değişik şekilde olabilir: 1. Okyanusal ve kıtasal levha karşılaşmalarında 2. İki okyanusal levhanın karşılaşmasında 3. İki kıtasal levhanın karşılaşmasında Genellikle kıta kenarlarının yakınında bulunur. Okyanusal kabul genellikle soğuk ve yoğun olduğundan, daha hafif olan kıtasal kabuğun altına batar. Yakınlaşan-çarpışan levhaların sınırlarındaki depremler çok değişik derinliklerde ve büyüklüklerde olabilir. b) Yakınlaşan-Çarpışan Levhalar: 19
39 Prof. Dr. Kadir Dirik in ders notlarından alıntıdır. 40 20
41 And Dağları, dünyanın en uzun sıradağlar zinciridir. Güney Amerika'nın bütün batı kıyısı boyunca uzanır. Venezuela'dan başlayıp Kolombiya, Ekvador, Peru, Bolivya üzerinden devam ederek Arjantin ve Şili'nin Patagonya topraklarında sona erer. Bu yedi devlet aynı zamanda And Ülkeleri olarak da bilinirler. 42 Prof. Dr. Kadir Dirik in ders notlarından alıntıdır. 21
43 Japonya 4 tanesi büyük olmak üzere (yüzölçümünün %97 si) 6852 adadan oluşmaktadır. 44 Prof. Dr. Kadir Dirik in ders notlarından alıntıdır. 22
46 45 c) Yanal yer değiştirme-sıyırma: İki levhanın birbirini sıyırarak yer değiştirmesi sırasında Litosfer de artma veya azalma olmaz. İki levha arasındaki sürtünme çok fazla olduğu için harekete belli bir süre direnç gösterirler. Bu bölgede artan gerilim periyodik büyük depremler ile çözülür. Kuzey Anadolu Fay Hattı ve California daki San Andreas Fay Hattında bu tip levha hareketi gözlenir. Bu tip levha hareketlerinde oluşan depremlerin odakları çoğunlukla yüzeye yakın veya orta derinliktedir. Sürtünme ve kırılma uzunca bir hat boyunca oluşabileceği için büyük depremler meydana gelebilir. c) Yanal yer değiştirme-sıyırma: 23
48 47 Yerküre üzerinde oluşan depremlerin büyüklüğü ve neden oldukları zararlar göz önüne alındığında iki ana deprem kuşağı en çok ilgi çeken bölgelerdir. Bunlardan biri Büyük Okyanusu çevreleyen ve özellikle Japonya üzerinde etkili olan Pasifik Deprem Kuşağı, diğeri ise Cebelitarık tan Endonezya adalarına uzanan ve Türkiye nin de içinde bulunduğu Alp-Himalaya deprem kuşağıdır. Türkiye nin bulunduğu bölgede büyük levhalar arasında küçük birçok levhanın olması, Türkiye nin büyük bir bölümünün deprem kuşağı içinde yer almasına neden olur. Türkiye, üç büyük levhanın etkisi altındadır. Avrasya, Afrika ve Arap levhaları. Anadolu nun büyük bir kısmının yer aldığı Anadolu levhası, Avrasya levhasının küçük bir bölümüdür. KAF Kuzey Anadolu Fay Hattı Ege Graben Sistemi 24
50 49 Sağ Yönlü Doğrultu Atımlı Fay 25
52 51 26
54 53 Tepki Spektrumları: Yer hareketi etkisi altındaki tek serbestlik dereceli sistem için hareket denklemi: uሷ t + 2ωξuሶ t + ω 2 u t = uሷ g t ; açısal frekans ω = k m ω = 2π T m c k u g u T; yapının doğal titreşim periyodu T = 2π ω = 2π m k m ; kütle k ; ötelenme rijitliği uሷ g t ; sönüm oranı Betonarme yapılar için = 0.05 27
55 Tepki Spektrumları: Değişik periyotlara sahip tek serbestlik dereceli basit sistemler düşünelim. Aşağıdaki şekilde verilen bu sistemlerin doğal periyotları birbirlerinden farklı olacaktır. Yapının doğal periyodu: T i = 2π m k m m m m m l 1 l 2 l 3 l 4 l 5 Burada, m ; kütle k ; ötelenme rijitliği T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 28