MÜHENDİSLİK JEOFİZİĞİ JEF 412

1. MÜHENDİSLİK JEOFİZİĞİ JEF 412 SİSMİK YER TEPKİSİNİN ELDE EDİLMESİNDE KULLANILAN YÖNTEMLER Arş.Gör. EBRU BOZDAĞ MART, 2004

2. Depremin Şiddetini Kontrol Eden Başlıca Faktörler • Depremin büyüklüğü • Faydan uzaklık • Yerel zemin koşulları • Yapıların kalitesi

3. (USGS Circular 1193, 2000)

4. (USGS Circular 1193, 2000) 1999 Kocaeli Depremi’ nde kaydedilen ivme değerleri.

5. (USGS Circular 1193, 2000) 1999 Kocaeli Depremi’ nde farklı istasyonlarda kaydedilen pga değerlerinin Boore ve diğ. (1994) tarafından faydan olan uzaklığa göre kestirimi yapılan değerlerle karşılaştırılması a) Vs= 760 m/s, b) Vs= 360 m/s.

6. Ders içeriği • Sismik yer tepkisini belirlemede kullanılan yöntemler • Yüzey dalgası yöntemleri ile S-dalgası hız yapısının elde edilmesi

7. Sismik Yer Büyütmesi Genel olarak kalın sediman katmanlar ve basenler,yer hareketinde • yüksek büyütmelere ve • uzun periyotlarda sarsıntının daha uzun gerçekleşmesine neden olurlar.

8. Kalın Sediman Katmanların Yer Hareketine Etkileri • Düşük hızlı yüzey sedimanlarında sismik dalgalardaki büyütmeler • Sismik dalgaların sediman katmanlarda empedans farkından dolayı rezonansa gelmesi, • Basen kenarlarında S-dalgalarının yüzey dalgalarına dönüşmesi • Basenin 3-boyutlu geometrisinden dolayı sismik ışınların odaklanması.

10. Sismik Yer Büyütmesinin Elde Edilmesinde Kullanılan Yöntemler • İvme Kayıtları • Nakamura Yöntemi (Tek İstasyon Yöntemi). • Referans İstasyon Yöntemi • (İki İstasyon Yöntemi). • 4.S-Dalgası Hız Yapısından Sismik Yer • Büyütmesinin Elde Edilmesi.

11. Kullanılan Veri Türleri • Depremlerin ve artçı şoklarının zayıf/kuvvetli yer hareketi (weak/strong motion) kayıtları (S-dalgası, coda dalgaları vb.) • Mikrotremorler

12. Mikrotremor Nedir? * Genellikle 2sn’ den daha kısa periyodlu yer gürültüleri “mikrotremor” olarak adlandırılırlar (T > 2 sn => microseism). * İçeriklerinin ne olduğu günümüzde de tartışılmakla beraber, ağırlıklı olarak Rayleigh dalgasından oluştukları bilinmektedir. • mikrotremorlerin kaynağı • trafik ve • endüstriyel gürültüler.

14. Amplification Frequency (Hz) Nakamura Yöntemi (Non-Reference Site Method) Sediment Rock

16. Amplification Frequency (Hz) Referans İstasyon Yöntemi (Reference Site Method) Sediment Rock

17. S-dalgası hızı bilgisi neden önemli? • Zeminin dinamik parametrelerinin belirlenmesi • Sismik yer tepkisinin modellenmesi • Sismik risk bölgeleme haritalarının oluşturulması

18. Eğer herhangi bir noktaya ait S-dalgası hız yapısı biliniyorsa o noktaya ait 1-boyutlu yer tepki fonksiyonu • SHAKE (EduSHAKE, ProSHAKE) • EERA • NRATTLE benzeri bir programla modellenebilir.

19. Free surface motion Sediment Rock outcropping motion Rock Bedrock motion 1-Boyutlu Yer Tepkisi Analizi

20. 1-Boyutlu Yer Tepkisi Analizi Transfer fonksiyonu Kompleks empedans oranı

21. Acceleration (g) Bedrock (input) motion Fourier Amplitude Transfer function Amplification Fourier Amplitude Surface (output) motion Acceleration (g) Time (s)

22. S-Dalgası Hız Yapısının Elde Edilmesinde Kullanılan Yöntemler • Sismik Kırılma – Yansıma • Kuyu Sismiği • Sondaj Verileri • Yüzey Dalgası Yöntemleri • a) Aktif Kaynaklı • b) Pasif Kaynaklı

23. Sismik Yansıma ve Kırılma Yöntemlerinin Kentsel Alanlardaki Problemleri • Yüksek Gürültü Seviyesi • Geniş Alıcı Dizilimlerine İhtiyaç Duyulması • Sismik Enerjinin Sediman Tabakalarda • Soğurulması • Düşük Hız Zonları

24. Yüzey Dalgaları Kullanılarak S-Dalgası Hız Profilinin Elde Edilmesi Veri Aktif veya pasif yüzey dalgası yöntemleri ile ANALİZ S-dalgası hız yapısı Dispersiyon eğrisi TERS ÇÖZÜM

25. Aktif Kaynaklı Yüzey Dalgası Yöntemleri Yüzey Dalgalarının Spektral Analizi (Bergstrom, 1999, Svensson et al., 1999, Brown et al., 2002) Yüzey Dalgalarının Çok Kanallı Analizi (Park ve diğ., 1999) Pasif Kaynaklı Yüzey Dalgası Yöntemleri Uzamsal Özilişki Yöntemi (Aki, 1957, Chouet ve diğ., 1998, Kudo ve diğ., 2002) Klasik Frekans Ortamı Işın Biçimlendirme (Capon, 1969, Zywicki, 1999, Liu ve diğ., 2000) Işın parametresi-Kesme Zamanı Dönüşümü (McMechan ve Yedlin, 1981, Louie, 2001)

26. Yüzey Dalgalarının Spektral Analizi Yöntemi (Spectral Analysis of Surface Waves – SASW) http://www.geovision.com/SASW.htm

27. (Foti, 2000) http://www.geovision.com/SASW.htm

28. Yüzey Dalgalarının Çok Kanallı Analizi (Multi-channel Analysis of Surface Waves – MASW) (Foti, 2000)

29. İTÜ Maslak Kampüsü Çalışması Acarel, 2003

30. Pasif Kaynaklı Yüzey Dalgası Yöntemleri

32. DİZİLİM İŞLEME (ARRAY PROCESSING) Zaman Ortamı Işın Biçimlendirici (Time Domain Beamformer) Johnson, D. H., Dudgeon, D. E., 1993

33. jeofonlar jeofonlar

34. Frekans Ortamı Işın Biçimlendirici (Conventional Frequency Domain Beamformer)

35. Uzaysal İlişki Matrisi (Spatiospectral Correlation Matrix)

36. Yeşilyurt Hava Harp Okulu Kampüsü Çalışması Bozdağ, 2002 a) Kullanılan dizilim, b) dizilim yuvarlatma fonksiyonu

37. Bozdağ, 2002 Yeşilyurt’ ta kaydedilen örnek mikrotremor sinyali.

38. Güç spektrumları Bozdağ, 2002 a) f = 2 Hz, b) f = 5 Hz

39. Frekans-dalgasayısı analiz sonuçları Bozdağ, 2002

40. Faz Hızı Dispersiyon Verisi Bozdağ, 2002

41. Ters Çözüm Sonuçları Bozdağ, 2002

42. DERİNLİK (m) Bozdağ, 2002 (Sondaj verisi, Kadınkız ve diğ. 2000’ den tekrar çizilmiştir).

43. Sismik Yer Tepkisi Bozdağ, 2002

44. İstanbul Üniversitesi Avcılar Kampüsü Çalışması Ters Çözüm Sonuçları Bozdağ, 2002

45. Sismik Yer Tepkisi Bozdağ, 2002

46. Yararlanabileceğiniz Kaynaklar • Kramer, S.L., 1996, Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice-Hall, Inc. • Johnson, D.H., and Dudgeon, D.E., 1993, Array Signal Processing, Prentice Hall, New Jersey. • Bozdağ, H.E., 2002, Yeşilyurt ve Avcılar’da Deprem Yer Tepkisinin Çok-kanallı Mikrotremrlerin Analizi ile Belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul (Danışman: Doç. Dr. Argun Kocaoğlu). • Acarel, D., 2003, Mühendislik Sismolojisinde Yüzey Dalgası Yöntemleri, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul (Danışman: Doç. Dr. Argun Kocaoğlu).

47. Uygulama S-DALGASI HIZ YAPISINDAN ZEMİN BASKIN PERİYOT ve BÜYÜTMELERİNİN HESAPLANMASI

48. Kaya zemin için PHA değeri 0.05 g Bölge 1 Bölge 2 Bölge 3

49. YAPILMASI GEREKENLER • Verilen modeller için NRATTLE programı • ile sismik büyütme faktörlerinin hesaplanması • Her bölge için PHA değerleri nasıl değişir? • Hangi bölgede kaç katlı yapılar etkilenir? • YORUM!!!

50. NRATTLE adlı programı kullanmak için şu adımları izleyiniz: • NRATTLE.ZIP adlı arşiv dosyasını açtığınızda NRATTLE.EXE programı ve DENE.CTL adlı örnek bir input dosyası bulacaksınız. • DENE.CTL dosyası hesaplama için gereken tüm input değerlerinin yer aldığı bir dosyadır. Ünlem işareti ile başlayan satırlar program tarafından dikkate alınmaz. Aşağıda verilen örnek input dosyasında yalnızca kırmızı ile işaretlenmiş değerleri değiştirmeniz yeterlidir. • 3 değeri bu örnek için toplam katman sayısını vermektedir. Daha sonraki 2 değeri yarı sonsuz ortamın üzerindeki tabaka sayısıdır ve her zaman toplam katman sayısından 1 eksik olmalıdır. Daha sonra yer alan değerler (1 0.05 0.3 2.0 0.10) ise katman parametreleridir ve sırasıya tabaka numarası, kalınlık, S-dalgası hızı, yoğunluk ve soğurma faktörü (1/quality factor) değerleridir. En son satırda ise yarısonsuz ortama ait S-dalgası hızı ve yoğunluk değerleri yer almaktadır.