Deprem Bilimi

Yer içerisinde meydana gelen bir deprem anında çok büyük bir miktarda enerji açığa çıkar.  Deprem bilimi ise bu enerji kaynağını araştırır. Bu enerjinin bir kısmı faylanma ile kayaçların deformasyonu için kullanırken kalan kısmı ise ortamın özelliğine bağlı olarak yer içerisinde elastik dalgalar şeklinde yayılır. Sismik dalgalar olarak bilinen bu elastik dalgalar depremi oluşturan kırılma ve faylanma nedeni ile kaynaktan uzaklaşacak şekilde tüm yönlere doğru farklı türlerde yayılırlar. Deprem esnasında başlıca iki dalga türü açığa çıkar.

Deprem Bilimi

-Cisim Dalgaları

-Yüzey Dalgaları

Cisim dalgaları kaynaktan bütün yönlere doğru yayılarak yer içerisinde seyahat eder. Yüzey dalgaları ise hemen hemen yer kürenin yüzeyine paralel bir şekilde yayılırlar. Her ne kadar yüzey dalgaları yerin belirli bir derinliğine kadar insede bu tip dalgalar doğrudan yer içerisine doğru yayılamazlar.

Cisim dalgaları: İki temel cisim dalgası vardır. Bunlar yer içerisinde farklı hızlarda yayılırlar. Kayıtlarda ilk görülen dalgalardır. Cisim dalgaları yerin derinliklerinde yüzeyine oranla daha hızlı yayılırlar. Bunlar sıkışma ve kesme dalgası olarak adlandırılan:

P Dalgası

S Dalgası

  1. A) P Dalgası:Yer içerisinde en hızlı yayılan ve sismometreler tarafından ilk algılanan dalgalardır. Birincil, Sıkışma veya Boyuna dalga olarakta tanımlanırlar. Bunun anlamı dalganın yayılma doğrultusu üzerinde bulunan tanecikleri geri hareketinden dolayı yerin sıkışma ve genleşmeye maruz kalmasıdır. Bundan dolayı geçtikleri ortam hacimsel değişmeye uğrar.Ortam üzerinde herhangi bir şekil değişikliği meydana gelmez. P dalgaları hem katılar hem sıvılar hemde gazlar içersinde kolaylıkla yayılabilir. Yayılma hızları S dalgalarının 1.8 katıdır. Havadaki hızları 330 m/sn sudaki hızları 1450 m/sn granit içerisindeki hızları ise yaklaşık 5000 m/sn’dir. Depremin merkez üssüne yakın bölgelerde bu dalgalar hayvanlar tarafından işitilebilmektedir.
  2. B) S Dalgası:P dalgasından hemen sonra istasyona gelen ikincil dalgalardır. İkincil kesme yada enine olarak tanımlanır. S dalgaları yayılırken tanecikler yayılma doğrultusuna dik aşağı yukarı veya sağdan sola doğru titrerler. Yayılım özelliğinden dolayı kesme dalgaları bir çeşit burulma hareketi yaptığından geçtikleri ortamda şekil şekil bozukluğuna neden olurlar. S dalgaları kesme kuvvetine karşı direnci olmayan yani katılık katsayısı 0 (sıfır) olan sıvılar ve gazlar içerisinde yayılamaz. S dalgalarının yatay ve düşey düzlemde olmak üzere iki bileşeni vardır. Yayılma doğrultusuna dik düşey düzlemdeki birleşenine SV yayılma düzlemindeki bileşenine ise SH denmektedir. SV bileşeni sismogramların düşey bileşeninde SH bileşeni ise diğer iki yatay bileşeninde (kuzey, güney, doğu, batı) rahatlıkla gözlenebilir.

Yüzey Dalgaları: Bir cisim kaynaktan çıkarak yer kürenin serbest yüzeyi boyunca cisim dalgalarından daha yavaş olarak yayılan dalgalardır. Bu dalgaların yayılabilmesi için cisim dalgalarının tersine sınırlı yani yarı sonsuz bir ortam gereklidir. Yer kürenin kabuğu bu dalgaların oluşumunda yarı sonsuz ortamı oluşturur. Deprem sırasında sismik enerjinin bir kısmı bu yarı sonsuz ortam içerisinde hapsolur ve bu ortam içerisinde yayılır. Yüzey dalgaları cisim dalgalarından daha düşük frekans içeriğine sahiptir. Düşük frekansa ve büyük genliklere sahip olmalarından dolayı yüzey dalgaları birçok depremde yapılara zarar veren dalga türüdür. Başlıca iki tip yüzey dalgası vardır. Bunlar Rayleigh ve Love dalgalarıdır.

  1. A) Rayleigh Dalgası:Tıpkı su birikintisinde yayılan dalgalar gibi yerin yüzeyi boyunca yuvarlanarak ilerleyen dalgalardır. Rayleigh dalgaları yer kürenin yüzeyi boyunca yayılırken bir çeşit yuvarlanma hareketi yaptığından dolayı geçtikleri ortam içerisinde bulunan tanecikler yayılma doğrultusu boyunca ters bir elips hareketi çizerler. Taneciklerin yapmış olduğu bu elips hareketi derinlere doğru küçülür ve yok olur. Rayleigh dalgalarının oluşabilmesi için serbest yüzeye yakın bir yerde P ve SV dalgalarının var olması gerekir.
  2. B) Love Dalgası:Love dalgası Rayleigh dalgalarından daha hızlıdır. Bu iki dalga arasındaki hız farkı sismogramlarda görülemeyecek kadar küçüktür. Love dalgalarının oluşabilmesi için elastik, tekdüze ve yarı sonsuz bir yüzey katmanının bulunması gerekir. Yerin serbest yüzeyi ile kabuğun alt sınırı arasında ardışık yansımalara uğrayan SH dalgalarının yapıcı girişimi sonucu oluşur. Bu nedenle love dalgalarının geçtiği ortamda tanecikler tamamen yayılma doğrultusuna dik, yatay düzlemde yani x ve y düzleminde titreşirler. Rayleigh dalgalarının tersine bu dalgaların oluşabilmesi için SH dalgasının serbest yüzeye herhangi bir kritik açıyla gelip kırılması söz konusu değildir.
İlginizi çekebilecek yazı:  Deprem Anında Yapılacaklar

DEPREM FREKANSI

Dünyada yılda 2 veya daha yüksek yani duyulabilecek şiddette bir milyondan fazla deprem olmaktadır. Sığ odaklı ve etkili deprem sayısı ise yüz bün ile yüz elli bin civarındadır. Bunlardan beş bin kadarı insanlar tarafından hissedilmekte yüz kadarı yıkıcı olmaktadır. Herhangi bir bölgede geçmişte olmuş depremlerin kayıtları tutularak istatistiksel bilgilerle o bölgede beklenen depremler ve şiddetli depremlerin tekrarlanma süreci frekansı bilinebilmektedir.

Yapılan çalışmalar çeşitli bölgelerde tekrarlanma sürelerinin değişik olduğunu göstermektedir. Örneğin tokyoda dört günde bir Yunanistanın karent kanalında ise günde dört deprem olmaktadır. Türkiye nin doğu anadolu bölgesinde 13 günde 1 batı anadolu bölgesinde 16 günde 1 deprem olmaktadır.

Türkiye’de 1990 yılından günümüze kadar magnetütü 6.5 ile 7.5 arasında olan 65,70 deprem olduğu görülmüştür. İstatistiksel çalışma gösteriyor ki Türkiye’de her 1.5 yılda bir şiddetli deprem 2.5-3 yılda bir ise çok şiddetli deprem gerçekleşmektedir.

İlginizi çekebilecek yazı:  Deprem Çantası

DEPREMİN SÜRESİ

Panik ve korkuya kapılan insanlara çok uzun gibi görünen deprem anı aslında son derece kısadır. Örneğin 92 Erzurum depremi 32 saniye 95 dinar depremi 10 saniye 98 Adana ceyhan depremi 20 saniye 99 izmit depremi 45 saniye sürmüştür. Depremler genellikle tek bir sarsıntı olarak kalmaz. Büyük şokun peşi sıra gelen depremler bir kaç gün hatta aylarca o bölgeyi etkileyebilir. Ancak bunlar genellikle ana şoktan çok daha hafif olup hasar yapıcı etki göstermezler. Bunlara artçi depremler yada replik denir. 92 Erzurum depreminde bir ay içerisinde 120 artçı deprem meydana gelmiş. Bunların en küçüğünün magnetütü 3 en büyüğünün ise 5.1 dir.

 98 Adana Ceyhan depreminde en küçüğü 2.2 en büyüğü 5 olan 215 artçı deprem 17 gün içerisinde gerçekleşmiştir. 99 İzmit Gölcük depreminde ise 42 gün içinde en küçüğü 2.5 en büyüğü 5.8 olan 427 artçı deprem olmuştur.

Deprem dalgalarının aktif faylardan bir veya bir kaçını harekete geçirmesi sonucu ikinci bir deprem daha başlayabilir. Ve bu iki depremin süresi birbirine karışarak daha uzunca olabilir. 99 İzmit Gölcük depreminde bu şekilde birbiriyle çakışan en az iki deprem kaydedilmiş buna bağlı olarak da hem süre hem de hasar yapıcı etkisi artmıştır.

Deprem Bilimi

Deprem anında çok büyük felaketler yaşanabilir. Deprem Bilimi çok önemlidir.

Depremlerin Yeryüzünde Dağılışı ve Sismisite:

Herhangi bir bölgede meydana gelen depremlerin frekansı ve şiddeti o bölgenin sismisitesidir. Dünya meydana gelen depremlerin frekansı ve şiddetine göre üç ana bölgeye ayrılmıştır. Bunlar

Asismik

Presismik

Sismik bölgelerdir.

Asismik bölgeler: Buralarda hemen hemen hiç deprem olmamaktadır. Kanada kalkanı, Brezilya, Orta Afrika, Orta Avustralya, Kuzay Almanya, Kuzay Rusya, Sibirya Düzlükleri belli başlılarıdır. Buralar plaka sınırlarından kısmen uzak yaşlı misafirler olmalarıyla bilinmektedir.

Presismik bölgeler:  Bu bölgelerde çok seyrek ve hafif şiddette depremlerin olduğu gözlenir. Avrupada Harts, Bohemya, Doğu Afrika bunlara örnektir.

Sismik bölgeler: Dünyanın şiddetli ve sık deprem olan bölgeleridir. Belirgin olarak iki kuşak boyunca dağılan bu bölgeler aynı zamanda genç sıra dap ve volkan zincirlerinin sıralandığı plaka sınırlarına paralel olarak uzanan kuşaklardır. Bunlar Akdeniz çevresi yada Alp-Himalaya deprem kuşağı ve Pasifik çevresi deprem kuşağıdır. Bir yılda Dünya’da ortalama çıkan enerjinin ( deprem sonrası ortaya çıkan enerji) %80’i fasifik çevresi deprem kuşağında %15 i Akdeniz bölgesi deprem kuşağında %5 i ise dünyanın diğer bölgelerinde meydana gelen depremlerde ortaya çıkmaktadır. Açığa çıkan bu enerjinin %85 den fazlası sığ odaklı %12 si orta %3 de derin odaklı depremlerde ortaya çıkar.

  1. Akdeniz Çevresi Deprem Kuşağı:

İspanyadan başlayıp, Güney Fransa, İtalya, Yunanistan, Cezair, Türkiye, İran, Kafkasya, Hazar Denizi, Himalayalar, Pamir Baykal Çizgisi, Burma’ya kadar uzanan bölge burada pasifik çevresi deprem kuşağıyla birleşir. Bu hat boyunca özellikle Türkiye ve Yunanistanda çok şiddetli depremler meydana gelir.

  1. Pasifik Çevresi Deprem Kuşağı:

Şili, Peru, Orta Amerika, California, Çin, …, Japonya, Malezya, Yeni Zelenda’yı içine alan büyük bir bölgedir. Özellikle Japonya ve Amerika depremlerin çok sık ve şiddetli olduğu bölgedir. Bu kuşak dört ayrı bölgeye ayrılmıştır.

  1. a) Orta Amerika ve Meksika
  2. b) Peru , Ekvator, Şili

c)Japonya ve Yeni Zelenda

d)Kuzey Amerika

İlginizi çekebilecek yazı:  Deprem için yeni çözüm (Deprem Yatağı)

Depremin Şiddetini Etkileyen Nedenler:

1) Deprem dalgalarının geçtiği zemin ve kaya tabakalarının özellikleri

2) Deprem dalgalarının geçtiği bölgenin tektonik özellikleri

3) Deprem bölgesinde bulunan yapıların özellikleri

Deprem dalgalarının geçtiği zemin ve kaya tabakalarının özellikleri: Genellikle sağlam son kaya tabakaları depremi aynen iletirken yumuşak, gevşek, iyi tutturulmamış ve ıslak zeminler depremin şiddetini 2-3 derece arttırabilir. Bu durumson derece karmaşık özel problemlerinde ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Sağlam ve gevşek zeminler üzerinde inşa edilmiş yapıların depremlerde değişik hasar gösterdiği her zaman görülmüş ve bu ilişkiye yer altı katsayısı adı verilmiştir. Rihter ve gutenberg bu konuyu bir formülle ifade etmiş aynı zamanda ivmeyle deprem şiddeti arasındaki ilişkiyide göstermişlerdir. İvmenin kaya ile alüvyon bir zemin üzerinde ¼ oranında değişmesi şiddeti 1,8 oranında artmasına sebep olmaktadır. Şekilde görüldüğü gibi granit için iç bükey alüvyon için dış bükey bir eğri ortaya çıkmaktadır.

Deprem merkez üssünden uzaklaştıkça granit zeminlerde şiddet azalırken alüvyon zeminlerde bu durum çok daha az görülmektedir. Ağır dep hasarlarının başlıca sorumlusu olarak alüvyon zeminler gösterilmektedir. Kabaca bir yaklaşımla gevşek ve yumuşak kayaçların yoğun ve sert kayaçlardan deprem şiddetini 1-2 derece arttırdığı söylenebilir. Yapay yada doğal olsun dolgu zeminlerin deprem şiddetini 2-3 derece arttırdığını biliyoruz. Deniz kenarlarında ıslak dolgu zeminler, bataklıklar, turbalıklar, kurumuş göl yatakları deprem şiddetini 2-3 derece arttıran bölgelerdir. Depremlerde ortaya çıkan yapısal hasarlarda zemin şartlarının etkisi hakkında göçme oturma olmadığı halde zeminin deprem şiddetini arttırmasıdır.

1-) Zemin Şartlarının Deprem Hasarına Etkisi:

  1. a) Ani ve büyük değerli zemin oturmaları

b)Zemin sıvılaşması

c)Zeminin şiddetlendirme etkisi

d)Yamaç ve şevlerde stabilite bozulmaları

e)Sarsma şiddeti

a)Zemin Oturmaları:

Kohezyonsuz zeminlerde titreşim etkisi taneleri birbirine yaklaştırır. Bu durumda önemli derecede sıkışmalar meydana gelmekte ve zemin yüzeyinde oturmalar gözlenmektedir. Bazı büyük depremlerde 1-2 metreye varan oturmalar görülmüştür.

b)Zemin Sıvılaşması: Özellikle suya doygun gevşek kum tabakalarında deprem etkisiyle meydana gelen sıvılaşma önemli bir hasar sebebidir. Deprem sırasında daneler birbirine yaklaşmak istemekte ancak daneler arasında bulunan su ortamı terk etmemekte dolayısıyla hacim azalması istediği boşluk suyu basıncının artmasına neden olmakta ve düşey yönde etkili olan jeolojik basınca eşit mertebeye ulaştığında efektif gerilmeleri sıfırlamakta kum direncini kaybederek sıvı gibi davranmaya başlamaktadır. Sıvılaşma eylemindeki kumların gronülometrisi incelendiğinde %10 dane çapının (D10) 0,01-0,25 cm arasında olduğu ve uniformluk katsayısının (Cu) 2-10 arasında değişmektedir. Cu= D60/D10

Karışımda tüm danelerin aynı çapta olması durumunda Cu yaklaşık 1 olur. Bu tür zeminler uniform dağılımlı zeminler olarak adlandırılır. P ile gösterilir. Uniformluk katsayısının kumlarda 6 çakıllarda 4 ten büyük olması halinde zemine düzgün dane dağılımlı yada iyi derecelendirilmiş denir. Ve W ile gösterilir. Sıvılaşma potansiyeli gösteren kumlar üzerinde yapılan SPT deneyinde darbe sayısının 25 in altında kaldığı, sıvılaşmanın ayrıca titreşim sayısına, kumun başlangıç boşluk oranına ve çevre basıncına bağlı olduğu görülmüştür.

c)Zeminin şiddetlendirme etkisi: Zeminlerde hiçbir göçme olmadığı halde zeminin yapıya etkiyen deprem ivmesini büyütmesi sık karşılaşılan ve açık olarak bilinmeyen bir olaydır. İki ayrı sahada ölçülen ve max. ivme değeri aynı olan iki hareketin davranış spektrrumlaı birbirinden çok farklı spektral max. ivme ve periyot değerleri vermekte dolayısıyla o sahada inşaa edilmiş yapılara etkiyecek yatay kuvvetler çok değeşik olabilmektedir. Genel olarak perde ile rijitleştirilmiş olan yapıların depreme dayanıklılığının yüksek olduğu düşünülmektedir. Halbuki farklı periyoda sahip zeminler üzerinde yer alan farklı rijitlikteki yapılar farklı dayanmakta ve aynı şiddetteki bir depremde farklı hasarlar oluşabilmektedir.

d)Yamaç ve Şevlerde Stabilite Bozulmaları:

Bilindiği gibi her türden kille hareketlerinde şev ve yamaçların stabilitesine etkin olan faktörlerden biride dinamit kuvvetlerdir. Bunlarında en güçlüsü deprem dalgalarının etkisidir. Pek çok büyük depremden sonra önemli miktarda kitle hareketi ve bunlardanda pek çoğunda önemli hasarlar meydana gelmektedir.

e)Zemin Özelliklerinin Sarsıntı Şiddetine Etkisi:

Herhangi bir bölgede oluşacak yer ivmeleri çok büyük olmakla birlikte özellikle titreşimin süresi ve frekans özellikleride önemlidir. Bazen frekansı yüksek ve süreside kısa olan bir depremde yer ivmesi 0,5 g değerine kadar yükseldiği halde önemli bir hasar oluşmazken başka bir durumda max. yer ivmesi 0,1 g olduğu halde yer hareketinin frekans ve süre özelliği çok daha önemli yapısal hasarların oluşmasına neden olabilmektedir. Davranış spektrumları bir taban hareketinin yapılarda meydana getirebileceği yatay yüklerin hesaplanmasında çok faydalı olmaktadır. Depremde yapıyı etkileyecek max. atalet kuvvetleri doğrudan doğruya ivme davranış spektrumu ve yapının hakim periyodundan hesaplanabilmektedir.

2-) Türkiye Deprem Yönetmeliğine Göre Zeminin Sınıflandrılması:

Halem geçerli Türkiye deprem yönetmeliğinde zeminler A,B,C ve D grubu zeminler olarak 4’e ayrılmış bulunmaktadır. Güvenilir varsayımlar ve arazi gözlemleriyle desteklenen deneysel veya ampirik yöntemler kullanılmadığı taktirde adı geçen bilgilerden yararlanılmaktadır. Ancak bu değerler taban katsayısı yada eşdeğer özellikteki taban formasyonu üzerinde yer alan zemin tabakalarının 50 metre mertebesinden farklı kalınlıklara sahip olması halinde kayma dalgası hızı Vs (m/sn) ve tabaka kalınlığı Hz(m) deneysel amprik yada teorik olarak daha duyarlı bir şekilde belirlenmeli zemin hakim periyodu To= 4Hz/Vs formülünden hesaplanmalıdır. Bu hesaplama için gerekli olan Vs değerlerinin deneysel amprik yada teorik olarak belirlenememesi durumunda yönetmelik değerleri kullanılır.

Zeminin birbirinden farklı Vs değerlerinin olması durumunda her bir tabaka için To değerlerinin ayrı ayrı hesaplanması gerekir. Kayma dalga hızının 700 m/sn değerinden büyük olduğu zeminler çok sağlam sayılabileceği için bu hızın aşıldığı derinliklerden başlayarak daha derinlerdeki zeminlerin incelenmesine veya periyod hesaplarınında incelenmesinde gerek olamadığı belirtilmelidir.

3-) Yapı Zemin Etkileşimi:

Depremlerde yer hareketleri yapıyı da etkilemekte yapı da kendine özgü bir salınım kazanmaktadır. Zemin yada yapı olsun bu kendilerine has salınım her bir devrinin zaman süresine salınım periyodu denir. Yani yapının veya zeminin bir gidip gelmesi belli bir süre içerisinde olmaktadır. Bu süre yapının ve zeminin cinsine ve yapının yüksekliğine bağlıdır. Kolay kolay da değişmez. Yapının salınım periyodu ile zeminin salınım periyodu birbirine yakın olduğu durumlarda deprem hasarı beklenenin çok üzerinde gerçekleşmektedir. Bunun nedeni olarakta rezonans olayı gösterilir. Bu durum basit olarak yapıya gelen kuvvetin her seferinde yapının hızını arttıracak şekilde etkilemesi olarak ifade edilebilir.

Depremde rezonans olayının sonucunda çok şaşırtıcı hasarlar ortaya çıkmaktadır. Örn: Salınım periyodu 0,7 sn olan dolgu bir zemin üzerinde periyodu 0,6-0,8 sn olan 10 katlı bir apartman ile periyodu 0,1 sn olan tek katlı bir gecekondu yapılmış olsun, depremde apartman depreme dayanıklı bir yapı olarak projelendirilip inşaa edilmiş olsa bile tek katlı gecekondudan daha fazla hasar görebilmektedir. Bunun nedeni ise apartman salınım periyodu ile zemin salınımı periyodunun birbirine çok yakın olmasından dolayı ortaya çıkan rezonans durumudur.

@volkanatabey