İNM 424112 Ders 1.1 Sismisite ve Depremler Doç. Dr. Havvanur KILIÇ İnşaat Mühendisliği Bölümü Geoteknik Anabilim Dalı
İletişim Bilgileri İnşaat Mühendisliği Bölümü Geoteknik Anabilim Dalı E-mail:kilic@yildiz.edu.tr
Kaynaklar 1. Day, R., W. (2004) Geoteknik Deprem Mühendisliği El Kitabı Çevirenler (Murat Mollamahmutoğlu, Kamil Kayabalı), Gazi Kitabevi. 2. Kramer, L., S (2003) Geoteknik Deprem Mühendisliği Çeviren (Doç. Dr. Kamil Kayabalı), Gazi Kitabevi. 3. Amr Elnashai, Luigi Di Sarno (2008).Fundamentals of Earthquake Engineering. Copyright 2008 by John Wiley & Sons, Ltd. ISBN: 978-0-470-02483-6, Hardcover 366 pages October 2008 4. S.L. KRAMER, (1996),"Geotechnical Earthquake Engineering", Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ 5. Ishihara, K. (1996) Soil Behaviour in Earthquake Geotechnics, Oxford Engineering Science Series, Oxford Science Publications, Clarendon Press, Oxford. 6. Bolt, B. (1995) Earthquakes, W.H. Freeman and Company, New York. 7. Japan Society of Civil Engineers (2000) Earthquake Resistant Design Codes in Japan, Japan Society of Civil Engineers, Tokyo, Japan. 8. Das, B.M. (1993), Principles of Soil Dynamics, McGraw-Hill, NewYork. 9. T.C. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı (2007), Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Esaslar, Ankara.
Dersin Adı Geoteknik Deprem Mühendisliği Öğretim Üyesi/Elemanı Doç.Dr. Havvanur KILIÇ 1. Hafta Giriş, Sismisite ve Depremler, Türkiyenin Depremselliği 2. Hafta Yer hareketi parametreleri ve ivme spektrumları - Uygulamalar 3. Hafta Sismik Tehlike Analizleri - Uygulamalar 4. Hafta Zeminlerin Depremler Etkisinde Gerilme Şekil Değiştirme ve Mukavemet Özellikleri. 5. Hafta Yer Tepki Analizleri, Zemin Büyütmeleri 6. Hafta 7. Hafta Yer Tepki Analizleri - Uygulamalar (EERA) Sıvılaşma ve sıvılaşmayı etkileyen faktörler 8. Hafta I. Vize 9. Hafta Sıvılaşma Analizleri - Uygulamalar 10. Hafta Şevlerin Sismik Yüklere Göre Tasarımı 11. Hafta Sismik Şev Stabilitesi Analizleri - Uygulamalar 12. Hafta 13. Hafta 14. Hafta 15. Hafta Türkiye Deprem Yönetmeliği II.Vize İstinat Yapılarının Sismik Yüklere Göre Tasarımı - Uygulamalar Mazeret Sınavı
GEOTEKNİK DEPREM MÜHENDİSLİĞİ - KURALLAR Derslere devam Verilen ödevleri zamanında teslim I. Vize ve II. Vize sınavları Mazeret Sınavı
GEOTEKNİK DEPREM MÜHENDİSLİĞİ - GİRİŞ İnsanlığın var oluşundan bu yana depremler insanları etkileyen en önemli doğal afetlerden biri olmuştur. Geçtiğimiz yüzyılda nüfus artışına, teknolojik ve ekonomik gelişime paralel olarak insanlar dağınık ve tenha yerleşim şeklinden vazgeçerek kentlere göçmüşler Böylece şehirler büyümeye başlamış, milyonlarca yıl önce de var olan depremlerin şehirler üzerindeki etkileri de giderek artan boyutta hissedilmeye başlanmıştır.
GEOTEKNİK DEPREM MÜHENDİSLİĞİ - GİRİŞ İlk dönemlerde insanlar depremlerin doğa üstü güçler tarafından oluşturulduğunu düşünmüş ve depremlerin nedenleri üzerinde bilimsel olmayan görüşler ileri sürmüşlerdir. Ancak 18. yüzyılın sonundan itibaren bu bağnaz görüşler etkisini yitirmiş, bilimsel düşünülmeye ve gözlemlerin bilimsel yöntemlerle değerlendirilmeye başlanması ile depremlerin nedenleri de ortaya konmaya başlanmıştır. 20. yüzyılda ise diğer bütün bilim dalları gibi deprem bilimi de büyük bir gelişim süreci yaşamıştır.
GEOTEKNİK DEPREM MÜHENDİSLİĞİ - GİRİŞ Bugün deprem bilimi teknolojik yeniliklerden önemli oranda faydalanmakta hatta teknoloji üretmektedir. Deprem araştırmaları asırlar önce başlamıştır. Çin deki deprem kayıtları 3000 yıl öncesine kadar Japonya da ve doğu Akdeniz bölgelerinde alınan kayıtlar, günümüzden yaklaşık 1600 yıl öncesine kadar A.B.D. ndeki tarihsel deprem kayıtları çok daha kısa olup, yaklaşık 350 yıllıktır.
GEOTEKNİK DEPREM MÜHENDİSLİĞİ-GİRİŞ Deprem Mühendisliğinin konusu, depremin insan ve onun çevresi üzerindeki etkileri ve bu etkileri azaltma yöntemleridir. Çok yeni bir disiplin olan deprem mühendisliğindeki önemli gelişmelerin çoğu, geçtiğimiz 40-50 yıl içinde meydana gelmiştir.
GEOTEKNİK DEPREM MÜHENDİSLİĞİ-GİRİŞ Deprem mühendisliği; Jeoloji, Sismoloji (Depremin nasıl oluştuğunu, deprem dalgalarının yeryuvarı içinde ne şekilde yayıldıklarını, ölçü aletleri ve yöntemlerini, kayıtların değerlendirilmesini inceleyen bilim dalına "SİSMOLOJİ" denir) Geoteknik mühendisliği, Yapı mühendisliği, Tehlike analizi gibi alanları da kapsayan geniş bir disiplindir.
GEOTEKNİK DEPREM MÜHENDİSLİĞİ-GİRİŞ Geoteknik deprem mühendisliği, inşaat mühendisliğinin çoğu disiplinine kıyasla oldukça genç bir bilim dalı olduğundan, depremlerin yıkıcı etkileri asırlardır bilinse de, zeminlerin deprem hasarının büyüklüğüne ve dağılımına olan büyük katkısı ancak yakın geçmişte anlaşılabilmiştir.
GEOTEKNİK DEPREM MÜHENDİSLİĞİ-GİRİŞ 1964 de Alaska da ve Japonya da meydana gelen yıkıcı depremler ve 1960 lar ile 1970 lerdeki nükleer santral endüstrisinin süratli gelişimini takiben, geoteknik deprem mühendisliği alanında önemli gelişmeler kaydedilmiştir.
Geoteknik Deprem Mühendisliği Bilim Dalı Son 50-60 yılda meydana gelen bazı büyük depremlerde oluşan yapısal hasar ile yerel zemin koşulları arasında gözlenen yakın ilişki Geoteknik Deprem Mühendisliği olarak tanımlanan yeni bir bilim dalının gelişmesine yol açmıştır.
DEPREM NEDİR? Yerkabuğu içindeki kırılmalar nedeniyle ani olarak ortaya çıkan titreşimlerin dalgalar halinde yayılarak geçtikleri ortamları ve yer yüzeyini sarsması olayına "DEPREM" denir. Deprem sırasında yeryüzünde gözlenen en önemli değişim yerkabuğu altında yırtılan fayın yeryüzüne kadar uzanan kırıklarıdır.
Geoteknik Deprem Mühendisliği Konuları Yer hareketi parametreleri Dalga yayılma problemleri, Zeminlerin dinamik özelliklerinin belirlenmesi, Sismik tehlike analizleri, Arazi davranış (tepki) analizleri, Zeminlerde sıvılaşma, Sismik şev stabilitesi, Dayanma yapılarının tasarımında sismik etkiler Sismik tehlikelere karşı zeminlerin iyileştirilmesi gibi çok boyutlu ve geniş kapsamlı konuları kapsamaktadır.
DEPREMLER VE SİSMİSİTE Yerküremiz, dıştan içe doğru Yerkabuğu, Manto ve Çekirdek olarak adlandırılan katmanlardan oluşmuştur. Yerkürenin katmanlı iç yapısı (Press ve Siever, 1999)
DEPREMLER VE SİSMİSİTE Yerin en dıştaki katmanı olan yerkabuğu, kıtalar altında 25-80 km, okyanusların altında ise 5-8 km'lik bir kalınlığa sahiptir. Dünyamızın dış kısmındaki katmanları gösteren blok diyagram (Press ve Siever, 1999 dan alınmıştır).
Dünyadaki büyük levhalar Yer kabuğu levhalardan oluşmaktadır. Bu levhalar birbirlerine göre uzaklaştır, yaklaşır ya da yanal olarak kayarlar.
Depremler levha sınırlarında oluşur
DEPREMLER ve ÖZELLİKLERİ Depremler oluş nedenlerine göre değişik türlerde olabilir. Dünya da olan depremlerin büyük levha hareketi sonucu oluştuğu bilinmekle birlikte az miktarda da olsa başka doğal nedenlerle de olan deprem türleri bulunmaktadır. Levha hareketleri sonucu olan depremler genellikle "TEKTONİK" depremler olarak nitelendirilir ve bu depremler çoğunlukla levha sınırlarında oluşurlar. Yeryüzünde olan depremlerin %90'ı bu gruba girer. Türkiye'de olan depremler de büyük çoğunlukla tektonik depremlerdir.
DEPREMLER ve ÖZELLİKLERİ İkinci tip depremler "VOLKANİK" depremlerdir. Bunlar volkanların püskürmesi sonucu oluşurlar. Yerin derinliklerinde ergimiş maddenin yeryüzüne çıkışı sırasındaki fiziksel ve kimyasal olaylar sonucunda oluşan gazların yapmış oldukları patlamalarla bu tür depremlerin maydana geldiği bilinmektedir. Bunlar da yanardağlarla ilgili olduklarından yereldirler ve önemli zarara neden olmazlar. Japonya ve İtalya'da oluşan depremlerin bir kısmı bu gruba girmektedir. Türkiye'de aktif yanardağ olmadığı için bu tip depremler olmamaktadır.
DEPREMLER ve ÖZELLİKLERİ Bir başka tip depremler de "ÇÖKÜNTÜ" depremlerdir. Bunlar yer altındaki boşlukların (mağara), kömür ocaklarında galerilerin, tuz ve jipsli arazilerde erime sonucu oluşan boşlukları tavan blokunun çökmesi ile oluşurlar. Hissedilme alanları yerel olup enerjileri azdır fazla zarar getirmezler. Büyük heyelanlar ve gökten düşen meteorların da küçük sarsıntılara neden olduğu bilinmektedir.
DEPREMLE İLGİLİ TEMEL BÜYÜKLÜKLER Deprem Odak noktası (hipocentre, focus) : Deprem enerjisinin ilk boşalmaya başladığı yer ve aynı zamanda sismik dalgaların çıkış kaynağı olan merkez (nokta) depremin odak noktası ya da merkezi olarak tanımlanmaktadır. Gerçekte, enerjinin ortaya çıktığı bir nokta olmayıp bir alandır. Pratik uygulamalarda nokta olarak kabul edilmektedir. Bir faylanma sonucu oluşan deprem odağı, merkez üssü ve fay düzlemi.
DEPREMLE İLGİLİ TEMEL BÜYÜKLÜKLER Depremin ve özellikle depreme yakın noktalardaki yer hareketlerinin özelliklerinin belirlenmesi için aşağıdaki özelliklerin bilinmesi gerekmektedir. a) Fay geometrisinin tanımlanması b) Sismik dalga tiplerinin tanımlanması c) Deprem özelliklerinin tanımlanması
FAYLAR Dünyamızda oluşan yıkıcı depremlerin hemen hemen tamamı faylarla ilişkilidir. Bu nedenle faylar depremlerin anlaşılması açısından en önemli unsurlardan biridir. Eğer bir kırığın iki tarafındaki kayalar birbirlerine göre gözle görülür miktarda hareket etmişlerse (atım gelişmiş ise) bu kırığa fay adı verilir.
FAYLAR Fayların boyutları ve atım miktarları birkaç santimetreden kilometreye kadar değişmektedir. Fayların boyu depremin büyüklüğü ile logaritmik olarak oranlıdır. Büyük ve sığ depremlerde yeryüzünde gözlenen fayın boyu yüzlerce kilometreye erişebilmektedir. Örneğin 1939 Erzincan depreminde oluşan fayın boyu 360 km olup üzerindeki en büyük yer değiştirme (atım) ise 7.5 m'dir. 1999 Marmara depreminde ise atım 4.5 m olmuştur. Faylar segmentler (birbirinin devamı şeklindeki fay parçaları) şeklinde olabilirler.
FAY TİPLERİ Faylar, blokların hareket yönü ile fay düzlemi arasındaki ilişkiye göre, normal fay, ters fay yanal atımlı fay olarak sınıflanırlar. Fayların çoğunda hem yatay, hem de düsey hareket bulunabilir. FAYLAR genellikle hareket yönlerine göre isimlendirilirler. Şekil de Fay atım tipleri gösterilmiştir.
FAY TİPLERİ yanal atımlı fay normal fay Fay tipleri ters fay
FAY TİPLERİ yanal atımlı fay normal fay Verev fay ters fay
SİSMOGRAF- Depremlerin Kaydedilmesi Sismograf, deprem tarafından üretilen sismik dalgalar nedeniyle yer yüzeyi hareketini zamanın bir fonksiyonu olarak kaydeden alettir. Sismogram, sismografın aldığı yer sarsıntısının kaydıdır. Sismogram depremin özelliği hakkında bilgi sağlayabilir. Akselerograf ivme kaydedici
Depremlerin Kaydedilmesi deprem tarafından üretilen sismik dalgalar nedeniyle yer yüzeyi hareketini zamanın bir fonksiyonu olarak kaydeden alete sismograf denir
Depremlerin Kaydedilmesi
AKSELEROGRAF- Depremlerin Kaydedilmesi Deprem anında mühendisler daha çok yer ivmesi davranışı ile ilgilenir. Akselerograf, deprem anında yer hareketini kaydetmek için özel olarak tasarlanmış düşük büyütmeli bir sismograf olarak tanımlanır. Akselerograflar ivme ile orantılı olarak çıktı voltaj üreten bir elektronik algılayıcıdır.
SİSMİK DALGALAR - Cisim Dalgaları Deprem odağından yayılmaya başlayan sismik dalgalar, cisim dalgaları olarak adlandırılır. P ve S dalgası olmak üzere iki cisim dalgası vardır. P dalgası birincil, boylamasına dalga, veya basınç dalgası olarak adlandırılmaktadır.
Cisim Dalgaları-P Dalgası Tıpkı bir ucu sabit olan bir spiral yayı gerip de bıraktığımızdaki salınım gibi hareket ederler. Yayılma hızları saniyede yaklaşık 8 km dir. Deprem ölçüm merkezine en önde gelen bu dalgaların en önemli özelliklerinden birisi de her türlü ortamda (katı-sıvı-gaz) ilerleyebilmeleridir.
P Dalgası P dalgaları yayılma sırasında kayaları ileri-geri itip çekerek dalgaların ilerleyiş yönüne paralel hareketler yaparlar. P dalgasının yayılma biçimi (www.geo.uib.no)
Cisim Dalgaları-S Dalgası Cisim dalgalarının diğeri S dalgasıdır. İkincil dalga, enlemesine dalga, kayma dalgası olarak da bilinir. P dalgasına göre hızı daha düşüktür İçerisinden geçtiği ortamdaki partiküllerin dalga hareketine dik doğrultuda hareket etmesine sebep olur. Geçtiği ortam için oldukça hasar verici özellik taşımaktadır.
Cisim Dalgaları-S Dalgası Deprem etkisi altında kalan zemin içerisinde meydana gelen kayma gerilmelerinin sebebi kayma dalgasıdır. Kayma dalgaları deprem kaynağından zemin yüzüne doğru düşey olarak yayılmasıdır. S dalgaları sadece katı ortamlar içerisinde yayılabilirler ve hızları yaklaşık 4.5 km/s dir. Kayma dalgasının hızı (V s ), P dalgalarının hızının yaklaşık yarısı mertebelerindedir. Dalgaların arasında en tahripkar olanıdır.
S Dalgası Bu dalgalar cisimleri aşağıya-yukarıya ve sağa-sola doğru hareket ettirmektedir. S dalgalarının yayılma biçimi (www.piru.alexandria.ucsb.edu)
SİSMİK DALGALAR - Cisim Dalgaları Gerek P gerekse S dalgalarının yayılma hızları geçtikleri jeolojik birimlerin özellikleri ile katman kalınlığı, çatlak yapıları, porozite vb. ile yakından ilgilidir. S dalgası hızı deprem ile ilgili olarak çalışan araştırmacılar için oldukça önemli bir parametredir.
SİSMİK DALGALAR - Cisim Dalgaları Eğer bir ortamdan geçen S dalgasının hızı hesaplanabilirse o ortamla ilgili çıkarımlarda bulunmak ve bir çok bilinmeyene ulaşmak mümkün olabilir. S dalgası hızı (Vs) ile zemin özellikleri arasındaki ilişki ile gösterilebilir. V Vs = kayma dalgası hızı G = zeminin kayma modülü r = zemin yoğunluğu s = G r
SİSMİK DALGALAR - Cisim Dalgaları Kayma dalgası hızına bakarak zeminin gevşek/yumuşak, orta sıkı/orta katı veya sıkı/katı-çok katı olup olmadığı pratik amaçlar için belirlenebilir. Örneğin kayma dalgası hızı 700m/s den büyük olan ortamlar kaya olarak kabul edilmektedir.
SİSMİK DALGALAR -Yüzey Dalgaları Yer yüzeyi ve yüzeydeki katmanlar ile cisim dalgaları arasındaki etkileşim sonucunda ortaya çıkar. Bu dalgalar, genlikleri kabaca derinliğe göre üssel olarak azalan şekilde yer yüzeyinde ilerlerler. P ve S dalgalarına göre daha yavaş hareket etmektedirler.
SİSMİK DALGALAR -Yüzey Dalgaları Bir deprem kaynağından çok uzak mesafelerde yüzey dalgaları daha baskın olmaktadır. Bu dalgalar, deprem üst merkezindeki yer kabuğunun kalınlığının iki katı kadar uzaklıktaki mesafelerde etkili olmaktadır.
SİSMİK DALGALAR -Yüzey Dalgaları Çeşitli yüzey dalgalarından bahsedilebilir. En önemlileri Rayleigh ve Love dalgalarıdır. Rayleigh dalgaları bir su birikintisi içine atılan taşın oluşturduğu dalgalara benzerler.
Rayleigh dalgaları
Rayleigh Dalgası Rayleigh dalgalarında partiküller hem yatayda hemde düşeyde hareket edebilir. Rayleigh dalgaları( www.geo.uib.no)
Love dalgası Love dalgarında partiküller sadece yatayda hareket ederler. Love dalgaları (www.geo.uib.no)
Deprem dalgalarının (ivme-zaman) kayıt sisteminde geliş süre ve genlikleri Episantıra yakın bölgede alınan kayıtta ilkin P, sonra S dalgaları ve daha sonra yüzey dalgaları sıralanmaktadır. S dalgalarının frekansları daha düşük buna karşın genlikleri P dalgasına kıyasla daha büyüktür. Bu yüzden S dalgaları çok daha tahripkar ve etkime süresi daha uzundur.
Cisim ve yüzey dalgaları
Deprem dalgalarının azalımı
Deprem dalgalarının (ivme-zaman) kayıt sisteminde geliş süre ve genlikleri
Deprem dalgalarının (ivme-zaman) kayıt sisteminde geliş süre ve genlikleri Episantırdan uzak bir istasyonda alınan kayıtta ise P dalgası sönümlendiği için gözlenmemektedir. Özellikle S dalgalarının varlığı nedeniyle depremin tahripkar özelliği devam etmektedir (Cisim dalgalarının genlikleri odaktan itibaren artan R-odak uzaklığı ile azalmaktadır). Episantırdan çok uzak bulunan bir istasyona sadece yüzey dalgaları ulaşmaktadır.
Deprem dalgalarının (ivme-zaman) kayıt sisteminde geliş süre ve genlikleri
DEPREMLERİN BÜYÜKLÜĞÜ 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.
Deprem Şiddeti Şiddet ölçeği aletsel olmayan dönemde depremin ölçüsünü belirlemek amacı ile depremin yapılar, doğa, insanlar üzerindeki etkilerinin sınıflandırılması sonucunda çıkmıştır.
Deprem Şiddeti 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.
Deprem Şiddeti Rossi-Forel (RF), Mercalli (MM), Medvdev-Sponheur-Karnik (MSK) ve Japon (JM) ölçekleri çok kullanılmaktadır. Ülkemizde ise MM ve MSK ölçekleri kullanılmaktadır. Çizelge de deprem büyüklüğüne göre beklenen maksimum deprem şiddetleri verilmiştir.
Deprem Şiddeti Depremin herhangi bir noktadaki şiddetini belirlemek için, o bölgede meydana gelen etkiler gözlenir. Bu izlenimler Şiddet Cetveli'nde hangi şiddet derecesi tanımına uygunsa, depremin şiddeti, o şiddet derecesi olarak değerlendirilir. Örneğin; depremin neden olduğu etkiler, şiddet cetvelinde VIII şiddet olarak tanımlanan bulguları içeriyorsa, o deprem VIII şiddetinde bir deprem olarak tariflenir.
Deprem Şiddeti Deprem Şiddet Cetvellerinde, şiddetler romen rakamıyla gösterilmektedir. Bugün kullanılan başlıca şiddet cetvelleri değiştirilmiş "Mercalli Cetveli (MM)" ve "Medvedev-Sponheur-Karnik (MSK)" şiddet cetvelidir. Her iki cetvel XII şiddet derecesini kapsamaktadır. Bu cetvellere göre, şiddeti V ve daha küçük olan depremler genellikle yapılarda hasar meydana getirmezler ve insanların depremi hissetme şekillerine göre değerlendirilirler.
Deprem Şiddeti Görünen şiddet de gerçek şiddette olduğu gibi depremde ortaya çıkan enerjiyle doğrudan ilgilidir. Depremin şiddeti üst merkez çevresinde en yüksek değerine ulaşırken, buradan uzaklaşıldıkça azalmaktadır. Aynı zamanda daha dayanıklı yapılarda daha az hissedilir. Yani kerpiç bir yapıyı yıkan depremle betonarme bir binayı yıkan deprem şiddeti birbirinden farklıdır. Benzer şekilde yerel zemin koşullarının etkilerine göre hasar değişebilir.
Deprem Şiddeti VI-XII arasındaki şiddetler ise, depremlerin yapılarda meydana getirdiği hasar ve arazide oluşturduğu kırılma, yarılma, heyelan gibi bulgulara dayanılarak değerlendirilmektedir.
Deprem büyüklüğü (magnitüd) Richter (1935), zemin ve binaların yapısı ile insanlar üzerindeki deprem etkisinin yine insan gözlem ve kabullerine dayanılarak oluşturulan görünür şiddet ölçeğinin sakıncalarını ortadan kaldırmak amacıyla, daha çok deprem odağında açığa çıkan enerjinin bir ölçüsü olarak Magnitüd terimini ortaya atmıştır.
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),
Deprem büyüklüğü (magnitüd) 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 (Mo) göre belirlenen Moment magnitüdü (M w ) sayılabilir (Kramer,1996).
Deprem büyüklüğü (magnitüd) Farklı tanımlamalar nedeniyle, deprem sonrası farklı magnitüd değerleri verilebilmektedir. Uygulamada kullanılan bazı deprem büyüklükleri aşağıda tanımlanmıştır.
Deprem büyüklüğü- Richter büyüklüğü 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 logoritmasıdır. M L =loga-loga 0 =log A/A 0 A=0.8 s lik doğal peryotta, %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
Deprem büyüklüğü- Cisim dalgası büyüklüğü Cisim dalgası büyüklüğü (m b ) (Guttenberg, 1945) Cisim dalgalarının (basınç P ve kayma S) genliği dikkate alınarak ifade edilen büyüklüktür. m b =loga-logt+0.01d+5.9 A=P dalgası genliği d=episantır mesafesi (derece) sismometrenin derece cinsinden dış merkez uzaklığıdır (yerin çevresi 360 C ye karşılık gelir). T=P dalgası peryodu
Deprem büyüklüğü- Yüzey dalgası büyüklüğü Yüzey dalgası büyüklüğü (Ms) (Guttenberg ve Richter 1936) Yüzey dalgalarının genliği dikkate alınarak ifade edilen büyüklüktür. M s =log (A/T)+1.66 log (D) + 3.3 A=Rayleigh yüzey dalgasının yatay bileşeni-20 saniyede ölçülen-mikron T=Sismik dalganın periyodu (saniye) D=Episantır mesafesi
Deprem büyüklüğü- Sismik Moment (Mo) 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.md M 0 = Sismik moment (N.m) veya (dyne.cm) (dyne=10-5 N) µ =Yerkabuğu katmanının rijitliği, G=3.10 6 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,srlx fayın genişliği, RW) MD=Fayın yırtılan parçasının ortalama yer değiştirmesi (m) (fay atımı)
Deprem büyüklüğü- Moment büyüklüğü (M w ) Kanamori (1977) ve Hanks ve Kanomori (1979) M w =-6.0+0.67log M 0 M w =2/3 log M 0 10.7 (M 0 =Erg) M w =2/3 log M 0 16 (M 0 =dyn/cm2) E (dyn-cm) = M 0 /20000 (Wells and Copper, 1994) (Naeim, Kelly,1999 M w = a + b log L L= Fay kırığı uzunluğu (km) a ve b regresyon katsayıları Tezcan, Acar ve Çivi, 1979) M w = 0.59 x I 0 +1.63
Deprem büyüklüklerin karşılaştırılması
Deprem büyüklükleri Şili 2010 Mw=8.8
Deprem Enerjisi (Guttenberg ve Richter 1956) Log E=11.8+1.5 Ms E= Enerji (erg=0.1mj) Kullanılan alıcıların aynı tür olmaması, sismik istasyonların homojen bir dağılım göstermemesi, büyüklüklerin hesaplanmasında uygulanan yöntemlerin farklı olması gibi nedenlerden ötürü deprem büyüklükleri arasında çıkartılan regresyon bağıntılarında saçılmalar söz konusudur. Çizelge de çeşitli büyüklükler arasında elde edilmiş istatistiksel bağıntılar verilmişitir.
Deprem Büyüklükleri
Fay Atımı miktarı, MD Fay kırığı boyunca oluşan maksimum yer değiştirme (MD)
Fay atımı magnitüd ilişkisi Fay kırığı boyunca oluşan maksimum yer değiştirme (MD)
Maksimum yüzey yerdeğiştirmesi-magnitüd ilişkisi
Yüzey fayı uzunluğu, SRL SRL= Yüzey fayı uzunluğu (km)
Maksimum yüzey fayı uzunluğu-magnitüd ilişkisi
Fay genişliği, RW RW= Yüzey fayı genişliği (km)
Fayın yırtılma (kırılma) alanı, RA RA= Fay yırtılma alanı (km 2 )
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.
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; Çok şiddetli deprem M > 7.0 800 1000 cm / s 2 Şiddetli deprem 6.5 < M < 7.0 500 600 cm / s 2 Orta şiddetli deprem 5.5 < M < 6.5 250 300 cm / s 2 Hafif şiddetli deprem 4.5 < M < 5.0 100 150 cm / s 2 İnsanlarca hissedilme eşiği 1 cm / s 2
Kökenlerine göre depremler (Özet) 1- Tektonik Depremler : Levha hareketleri sonucu olan depremlerdir. 2- Volkanik Depremler : Volkanik patlamalar sırasında olan depremler 3- Çöküntü Depremleri : Yer altındaki boşlukların çökmesi sonucu oluşan depremler 4- İnsanların Neden Oldukları Depremler
Derinliklerine göre depremler (Özet) 1- Sığ Depremler : 0-70 km 2- Orta Derinlikte Depremler : 70 300 km 3- Derin Odaklı Depremler : 300 700 km
Uzaklıklarına göre depremler (Özet) Yerel Deprem : 100 km den daha az Yakın Deprem : 100 km 1000 km arası Bölgesel Deprem : 1000 km 5000 km arası Uzak Deprem : 5000 km den daha çok