Nicel araştırma makalesi incelemesi

Havza Etkisi Altında Antakya'da (Türkiye) Alan Karakterizasyonu ve Hasar Görebilirliğin İncelenmesi

Deprem mühendisliği ve sismolojik araştırmalarda, yerel zemin koşulları ve havza etkileri deprem dalgalarının genliğini, frekans içeriğini ve dolayısıyla yüzeydeki hasar potansiyelini belirleyen temel unsurlar arasında yer almaktadır.

Makalenin anahtar kelimeleri

Yazar: Aydın Büyüksaraç et al.
Yayın: Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi
Tarih: 2023-08-23
DOI: 10.18185/erzifbed.1087462

Makalenin Kapsamı ve Akademik İçeriği

Sismolojik araştırmalar ve deprem mühendisliği uygulamalarında, yerel zemin koşullarının ve havza yapısının deprem dalgaları üzerindeki büyütme etkisi kritik bir inceleme konusudur. Özellikle aktif fay sistemlerinin kesişim noktasında ve alüviyal bir havza üzerinde kurulan Antakya kenti, tarihsel ve aletsel dönemlerde yıkıcı depremlerden önemli ölçüde etkilenmiştir. Sert anakaya üzerine oturan alüviyal ve gevşek çökeller, sismik dalgaların yüzeye ulaşırken genlik kazanmasına ve rezonans olaylarının tetiklenmesine neden olmaktadır. Bu çalışmada, Antakya kent merkezinin alan karakterizasyonu, sismik hasar görebilirliği ve anakaya derinliği ortam titreşimi ve kırılma mikrotremoru yöntemleriyle incelenerek kentsel sismik riskin mekânsal boyutları ortaya konulmuştur.

Araştırmanın amacını gerçekleştirmek üzere Antakya kent ağında gerçekleştirilen tek istasyonlu mikrotremor ve ReMi (Refraction Microtremor) ölçümlerinden faydalanılmıştır. Ölçümlerden elde edilen Yatay/Düşey spektral oranları (HVSR) üzerinden baskın titreşim frekansları (fo) ve genlik değerleri belirlenmiştir. ReMi ölçümleriyle sağlanan ilk 30 metredeki ortalama kayma dalgası hızları (Vs30) ile sondaj verileri korele edilerek anakaya derinliğini tahmin eden ampirik bağıntı katsayıları hesaplanmıştır. Elde edilen veriler doğrultusunda sismik hassasiyet indeksi (Kg) hesaplanmış, ayrıca Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY-2018) doğrultusunda 50 yılda aşılma olasılığı %2, %10, %50 ve %68 olan farklı deprem seviyeleri için En Büyük Yer İvmesi (PGA) ve En Büyük Yer Hızı (PGV) değerleri çözümlenmiştir.

Araştırma bulguları, Antakya genelinde anakaya derinliğinin 21 ile 73 metre arasında değiştiğini ve rezonans frekansı ile örtü kalınlığı arasında üssel bir ilişki (H = 101 * fr^-0.988, R2 = %93.24) bulunduğunu göstermektedir. Kent merkezinde anakaya görece sığ bir yapı sunarken, çeperlere ve özellikle kuzeydoğuya doğru derinleşmektedir. Sismik hasar görebilirlik indeksi (Kg) analizlerinde, alanın doğu ve kuzeydoğu kesimlerinde Kg > 6 seviyelerine ulaşan hassas bölgeler tespit edilmiştir. Kayma dalgası hızının 406 m/s değerinin altına düştüğü alanlar hassasiyet eşiği olarak tanımlanmış, 475 yıllık tekrarlanma periyoduna sahip deprem seviyesinde kentsel alandaki PGA değerlerinin 0.43 g ile 0.47 g arasında değiştiği ve M=7.0 büyüklüğündeki bir senaryo depreminde doğu kesimlerde daha yüksek kayma gerinimlerinin oluşacağı belirlenmiştir.

Tartışma ve sonuç bölümünde elde edilen veriler, literatürdeki havza etkisi ve sismik mikrobölgeleme çalışmalarıyla karşılaştırılmıştır. Antakya kent merkezinde gözlenen yüksek baskın frekansların ve düşük periyotların yalnız zemin gevşekliğinden değil, aynı zamanda anakaya derinliğinin sığ olmasından kaynaklandığı gösterilmiştir. Buna karşın havza çeperlerinde derinleşen anakayaya bağlı olarak baskın frekansların düştüğü ve sismik büyütme ile Kg indeksinin yükseldiği saptanmıştır. Bu çalışma, mikrotremor verilerinden üretime dönüştürülen ampirik derinlik formülünün ve Kg haritalarının kentsel dönüşüm, altyapı planlaması ve sahaya özel yapısal tasarım süreçlerinde doğrudan bir veri kaynağı olarak kullanılabileceğini kanıtlamaktadır.

Araştırmanın amacı

Bu çalışmanın temel amacı, Antakya kent merkezinde ortam titreşimi mikrotremo ve ReMi ölçümleri kullanarak anakaya derinliğini belirleyen bölgeye özgü ampirik bir korelasyon geliştirmek, sismik hassasiyet indekslerini haritalamak ve farklı aşılma olasılıklarına sahip deprem yer hareketi düzeyleri için spektral ivme ile gerinim değerlerini çözümlemektir(Büyüksaraç et al., 2023).

İnceleme ve modelleme yöntemi

Çalışmada, Antakya kent merkezinde yürütülen kırılma mikrotremoru (ReMi) ve tek istasyon ortam titreşimi ölçümlerinden elde edilen rezonans frekansları ile Vs kayma dalgası hızı profilleri deneysel ampirik bağıntılarla ilişkilendirilmiş, havza etkisi altındaki anakaya derinliği ve sismik hassasiyet indeksleri haritalanmıştır(Büyüksaraç et al., 2023).

Kuramsal ve kavramsal çerçeve

Çalışma, Nakamura tarafından geliştirilen Yatay/Düşey Spektral Oran (HVSR) kuramına ve microtremor verilerinden türetilen Sismik Hasar Görebilirlik İndeksi (Kg) teorik yaklaşımına dayanmaktadır. Zemin tabakası ile altındaki engineering bedrock arasındaki kayma dalgası hızı (Vs) tezatlığı, yüzey dalgalarının genlik büyümesini ve baskın titreşim periyodunu belirleyen ana mekanizma olarak ele alınmaktadır.

Makalenin ele aldığı literatür

Sismik mikro-bölgeleme ve alan etkisi literatüründe yer alan Nakamura (1989, 1997, 2000, 2008), Delgado vd. (2000), Ibs-von Seht ve Wohlenberg (1999) ile Parolai vd. (2002) çalışmaları doğrultusunda, frekans-derinlik ilişkileri ve Kg indeksinin zemin hasarı tahminindeki geçerliliği ele alınmıştır. Ayrıca Antakya bölgesinin jeolojik ve sismotektonik yapısını inceleyen Över vd. (2011) ve Büyüksaraç vd. (2014) çalışmaları bağlamında yerel zemin koşulları değerlendirilmiştir.

Araştırma Tasarımı

Evren veya inceleme alanı: Antakya kent merkezi ve yakın çevresindeki alüvyonal ve sedimantör zemin alanları
Örneklem veya araştırma materyali: Antakya kent merkezinde 500x500 metre hücrelere bölünmüş ızgara sisteminde alınan 69 adet tek istasyon mikrotremor ölçüm noktası ile Vs30 hız profillerinin türetildiği 15 adet kırılma mikrotremoru (ReMi) ölçüm hattı
Veri toplama süreci: Tek istasyon mikrotremor ortam titreşimi kayıtları, ReMi (Refraction Microtremor) serisi yüzey dalgası ölçümleri, ivme kaydı verileri ve mevcut jeoteknik sondaj profilleri
Veri analiz yöntemi: Ortam titreşimi kayıtlarından HVSR (Yatay/Düşey Spektral Oranı) yöntemiyle baskın frekans ve büyütme analizi, p-f dönüşümü ile ReMi Vs dalgası profili modellemesi, üssel regresyon ile anakaya derinlik formülasyonu ve TBDY-2018 kriterlerine göre spektral ivme ile maksimum kayma gerinimi hesaplamaları

Anakaya DerinliğiMikrotremorSismik Hasar Görebilirlik İndeksi (Kg)Baskın Frekans (fo)Vs30 Kayma Dalgası HızıEn Büyük Yer İvmesi (PGA)En Büyük Yer Hızı (PGV)Maksimum Kayma Gerinimi (γmax)

Araştırmanın Bulguları

Rezonans frekansı ile anakaya derinliği arasında R2 belirleme katsayısı %93,24 olan üssel ve istatistiksel olarak güçlü bir ampirik ilişki tanımlanmıştır(Büyüksaraç et al., 2023).

Antakya kent merkezinin kuzeydoğu kesiminde sismik hasar görebilirlik indeksi Kg değerinin 6 seviyesini aşması, bu bölgedeki zemin hassasiyetinin arttığına işaret etmektedir(Büyüksaraç et al., 2023).

50 yılda %2 aşılma olasılığına sahip DD-1 deprem seviyesi için incelenen noktalarda en büyük yer ivmesi PGA değerleri 0,84 ile 0,93 g arasında değişmektedir(Büyüksaraç et al., 2023).

Antakya genelinde mühendislik anakayası derinliğinin 21 ile 73 metre arasında değiştiği ve bu değerlerin Amik Ovası çevresindeki bölgesel verilerle uyumlu olduğu belirlenmiştir(Büyüksaraç et al., 2023).

Bulguların Tartışılması ve Araştırmanın Sonucu

Bulguların Yazarlar Tarafından Yorumlanışı

Araştırma bulguları, Antakya kent merkezinde zemin rezonans frekansı ile anakaya derinliği arasında üssel bir ilişkinin varlığını ve kent merkezinden çeperlere doğru gidildikçe anakaya derinliğinin 21 metreden 73 metreye kadar ulaştığını ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, Vs kayma dalgası hızı 406 m/s altında kalan çeper alanlarda sismik hasar görebilirlik indeksinin Kg > 6 seviyesine çıktığı ve 475 yıllık tekrarlanma periyoduna sahip depremler için en büyük yer ivmesinin 0,43-0,47 g aralığında gerçekleştiği saptanmıştır.

Yazarlar, elde edilen bu sismik davranış farkını havza geometrisi ve sediman kalınlığı değişkeniyle açıklamaktadır. Kent merkezindeki nispeten sığ anakaya yapısına karşın, doğu ve kuzeydoğu yönlerindeki havza çeperlerinde gevşek alüvyal katmanların kalınlaşması, deprem dalgalarının ardışık yansımalarla yüzey dalgalarına daha fazla enerji aktarmasına ve zemin büyütmesi ile kayma gerinimlerinin artmasına yol açmaktadır.

Tartışma bölümünde elde edilen sonuçlar literatürdeki önceki mikrozonlama çalışmalarıyla karşılaştırılmıştır. Över ve diğerleri (2011) tarafından yapılan çalışmada kent çeperlerindeki yüksek periyot değerleri yalnızca yüzeysel zemin gevşekliğiyle ilişkilendirilirken, bu çalışma yüksek periyodun temel sebebinin anakaya derinliğindeki artış ve gevşek örtü kalınlığı olduğunu kanıtlamıştır. Ayrıca hesaplanan anakaya derinlikleri, Pamuk ve Özer (2020) tarafından Amik Ovası genelinde rapor edilen derinlik aralıklarıyla tam örtüşmektedir.

Sonuç olarak çalışma, Antakya gibi karmaşık tektonik ve havza etkisine sahip kentsel alanlarda yalnızca ilk 30 metrelik Vs30 derinliğinin incelenmesinin yetersiz kalacağını, derindeki mühendislik anakayası topoğrafyasının saptanmasının şart olduğunu göstermektedir. Geliştirilen bölgeye özgü ampirik derinlik formülü, alan odaklı elastik tasarım spektrumlarının hazırlanmasında ve deprem öncesi mikrozonlama kararlarında kritik bir altlık sağlamaktadır.

Bulguların Önceki Araştırmalarla Karşılaştırılması

Yazarlar Antakya zemininde elde ettikleri 21-73 metre arasındaki anakaya derinliği bulgularının, Pamuk ve Özer (2020) tarafından Amik Ovası ve çevresinde yapılan bölgesel sismik çalışma sonuçları ve derinlik aralıklarıyla tam bir uyum içinde olduğunu vurgulamaktadır(Büyüksaraç et al., 2023).

Över ve diğerleri (2011) tarafından hazırlanan mikrozonlama haritasında Antakya merkezinde düşük periyot, çevre alanlarda yüksek periyot bulunması yalnızca zemin gevşekliğine bağlanmışken; bu çalışmada periyot yüksekliğinin sadece zemin gevşekliğinden değil, aynı zamanda anakaya derinliğinin artmasından ve gevşek örtü kalınlığından kaynaklandığı gösterilmiştir(Büyüksaraç et al., 2023).

Sonuç Bölümünün Sunduğu Çıkarımlar

Çalışma, Antakya zeminlerindeki yüksek hakim titreşim periyodu değerlerinin sadece sığ zemin gevşekliğinden değil, aynı zamanda anakaya derinliğinin artmasıyla kalınlaşan gevşek sediman örtüsünden kaynaklandığını kanıtlamaktadır. Kent merkezinden çevre alanlara doğru anakaya derinliğinin artması frekansı düşürmekte ve sismik hasar görebilirlik indeksini yükseltmektedir(Büyüksaraç et al., 2023).

Literatür Taraması İçin Sunduğu Çerçeve

Bu çalışma, yerel zemin koşullarının ve havza geometrisinin sismik risk analizlerindeki kritik rolünü ampirik ölçümlerle ortaya koyarak sismoloji ile deprem mühendisliği arasında önemli bir köprü işlevi görmektedir. Antakya bölgesinde gerçekleştirilen mikrotremor ve sismik kırılma (ReMi) ölçümlerini bir arada kullanarak, sığ zemin titreşim özellikleri ile derin anakaya topoğrafyası arasındaki ilişkiyi ampirik bir formülle tanımlamaktadır. Araştırma, klasik Vs30 parametresinin tek başına sismik davranış tahmininde yetersiz kalabileceğini, derindeki mühendislik anakayası yapısının ve sediman kalınlığının da bütüncül olarak hesaba katılması gerektiğini gösteren güçlü bir saha kanıtı sunmaktadır.

Çalışma, Nakamura (1989, 2008) tarafından geliştirilen yatay-düşey spektral oran (HVSR) tekniğini ve sismik hasar görebilirlik indeksi (Kg) yaklaşımını temel almaktadır. Bölgedeki sismik risk önceliklerini değerlendirirken, Över ve diğerleri (2011) tarafından hazırlanan Antakya mikrozonlama haritasındaki hakim titreşim periyodu dağılımlarını doğrulamakta ancak bu periyot artışlarının sadece gevşek zemin birikiminden değil zemin örtü kalınlığından kaynaklandığını göstererek bu bulguyu genişletmektedir. Ayrıca hesaplanan anakaya derinliği sınırlarının (21-73 m) Pamuk ve Özer (2020) tarafından Amik Ovası'nın güney kesiminde rapor edilen havza derinlik profilleriyle sismolojik olarak tam uyum içinde olduğunu göstererek önceki literatürle güçlü bir entegrasyon kurmaktadır.

Türk araştırmacılar için bu çalışma, özellikle Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018) kapsamında yer alan yerel zemin sınıfları ile sismik parametrelerin havza etkisindeki bir sahada nasıl değiştiğini inceleyen kapsamlı bir başvuru kaynağıdır. Araştırma, Türkiye Deprem Tehlike Haritası İnteraktif Web Uygulaması (TDTH) verilerini mikro-ölçekte yerinde ölçülmüş jeofizik verilerle karşılaştırarak ulusal tasarım spektrumlarının geçerliliğini yerel zemin düzeyinde test etmektedir. Antakya havzası gibi gevşek sediman kalınlığının yüksek olduğu bölgelerde, doğrusal olmayan zemin davranışı, maksimum kayma gerinimi ve sismik hassasiyet değişimlerini sayısal olarak sunması bakımından zengin bir literatür katkısı sağlamaktadır.

Kaynakça

Pamuk, E., & Ozer, C. (2020). The site effect investigation with using horizontal-to-vertical spectral ratio method on earthquake data, South of Turkey. Geotectonics, 54(4), 563-576.
Över, S., Büyüksaraç, A., Bektaş, O., & Filazi, A. (2011). Assessment of potential seismic hazard and site effect in Antakya (Hatay Province), SE Turkey. Environmental Earth Sciences, 62, 313-326.

Tez ve Makale Araştırmalarında Kullanım

Makalenin doğrulanmış yöntemi, bulguları ve kuramsal çerçevesi; tez ve makale çalışmalarında kullanılacağı bölümle birlikte aşağıdaki üç araştırma taslağına dönüştürülmüştür.

Tez veya makalede kullanım · literatüre-review

Zemin hakim titreşim frekansı ve anakaya derinliği arasında üssel ve istatistiksel açıdan güçlü bir sismolojik ilişki mevcuttur.

Havza alanlarında zemin kalınlığının saptanmasında sismik rezonans verilerinin ampirik dönüşümünü açıklamak için kullanılır(Büyüksaraç et al., 2023).

Farklı Havza Yapılarında Rezonans Frekansı ile Anakaya Derinliği Arasındaki Ampirik Korelasyonların Karşılaştırmalı Analizi

Araştırma sorusu: Farklı havza geometrilerine sahip alüvyal sahalarda mikrotremor hakim frekansından türetilen ampirik derinlik formülleri ne ölçüde genelleştirilebilir?
Yöntem taslağı: En az üç farklı jeolojik karakterdeki alüvyal havzada sismik mikrotremor ve derin kuyulardan elde edilen SPT verileri toplanacak, regresyon katsayıları güç analizine tabi tutularak karşılaştırılacaktır.

Makaleyle bağlantısı: Makaledeki 15 noktalı ReMi derinlik korelasyonu (H = 101fr^-0.988) ve R2=%93,24'lük ilişki modelinin diğer sahalarda doğrulanması çağrısından türetilmiştir(Büyüksaraç et al., 2023).

Tez veya makalede kullanım · Tartışma

Gevşek havza çeperlerinde zemin kayma dalgası hızının 406 m/s seviyesinin altına inmesi sismik hasar görebilirlik riskini artırır.

Yerel zemin koşullarının ve Vs30 hız dağılımlarının deprem hasar görebilirlik indeksi (Kg) üzerindeki doğrudan etkisini tartışırken kaynak gösterilir(Büyüksaraç et al., 2023).

Alüvyal Havzalarda Zemin Gerinim Dağılımı ve Sismik Hasar Görebilirlik İndekslerinin İki Boyutlu Sayısal Analizi

Araştırma sorusu: Havza çeperlerindeki Vs dalga hızı değişimleri ile sismik gerinim artışları arasındaki korelasyon iki boyutlu dinamik modellemede nasıl gerçekleşir?
Yöntem taslağı: Kg hasar görebilirlik indeksi ve zemin kayma dalgası hızı verileri entegre edilerek sonlu elemanlar yöntemiyle havza kesitinde 2B zemin dinamik tepki analizleri gerçekleştirilecektir.

Makaleyle bağlantısı: Makalenin Vs < 406 m/s ve Kg > 6 sınır değerleriyle saptadığı havza çeperi hassasiyeti ve sismik gerinim (Iγ) hesaplama metodolojisine dayanmaktadır(Büyüksaraç et al., 2023).

Tez veya makalede kullanım · Kavramsal çerçeve

Aynı yerel zemin koşullarına sahip olsalar bile farklı coğrafi konumlardaki sahaların tasarım spektrumları arasında belirgin farklar vardır.

Bölgeye özgü sismik tasarım spektrumlarının ve yerel zemin katsayılarının (Fs, F1) yapısal davranış tahminlerindeki belirleyici etkisini kuramsal olarak temellendirmek amacıyla başvurulur(Büyüksaraç et al., 2023).

Sahaya Özgü Tasarım Spektrumlarının Betonarme Yapıların Deprem Performansı ve Hedef Deplasmanları Üzerindeki Etkilerinin Çözümlemesi

Araştırma sorusu: Mikrozonlama tabanlı sahaya özgü elastik tasarım spektrumları ile standart deprem yönetmeliği spektrumları arasındaki farklar yapısal yer değiştirmeleri nasıl etkiler?
Yöntem taslağı: Antakya merkezindeki 15 ReMi lokasyonu için elde edilen sismik katsayılar (Sds, Sd1) kullanılarak seçilen prototip betonarme binaların doğrusal olmayan statik itme (pushover) analizleri yapılacaktır.

Makaleyle bağlantısı: Makalenin 5. bölümünde yer alan sahaya özgü katsayı tablosu ve tasarım spektrumlarının zemin deplasmanını doğrudan etkileyeceği yönündeki saptamasından türetilmiştir(Büyüksaraç et al., 2023).