INS13204 GENEL JEOFİZİK VE JEOLOJİ
advertisement
5/29/2017 INS13204 GENEL JEOFİZİK VE JEOLOJİ Yrd.Doç.Dr. Orhan ARKOÇ e-posta : [email protected] Web : http://personel.klu.edu.tr/orhan.arkoc 1 5/29/2017 2 BÖLÜM 8 AKTİF TEKTONİK, DEPREMLER, SIVILAŞMA, TSUNAMİLER ve TÜRKİYE AKTİF FAYLARI 5/29/2017 3 8.1. Giriş • Tektonik olaylar, iklimsel süreçlerle birlikte, yeryüzünü etkileyen jeolojik olayların başlıca nedenini oluştururlar. • Bu iki faktör, birbirinden bağımsız olarak yeryüzünü etkiledikleri gibi birbirlerini etkilemek suretiyle de yerkürenin sürekli olarak gelişmesini sağlamışlardır. • Bir bölgede, jeolojik dönemler boyunca süregelen tektonik rejimlerden, bölgeyi etkileyen en sonuncusuna neotektonik rejim adı verilir. 5/29/2017 4 • Bu tanım zamansal bir ifâdeden çok, bir bölgede hâkim olan son tektonik dönemi işaret eder. • Meselâ, yaklaşık 200 milyon yıldır sürekli olarak devam eden Atlantik Okyanusu’ndaki açılma nedeniyle bu okyanus ve çevresindeki kıtaların (Amerika Kıtası’nın doğu kıyıları ile Afrika-Avrupa Kıtası’nın batı kıyıları) neotektonik dönemleri 200 milyon yıl önce başlamıştır. • Ancak bu rejim Anadolu’da, Kuzey Anadolu ve Doğu Anadolu Fayları boyunca, Anadolu’nun batıya doğru hareket etmesi ile başladığından dolayı yaklaşık olarak en aktif döneminin son 5 milyon yıldır hüküm sürdüğü çok daha kısa bir dönemi kapsar. 5/29/2017 5 • Bu rejim altındaki olaylara bağlı olarak oluşan levha hareketleri, levha sınırlarında günümüzde yer alan ana fayların gelişmesine neden olmuşlardır (Şekil 8.1). Günümüzde aktif ana fayları oluşturan bu zonlar, aynı zamanda yerkürede meydana gelen depremlerin çok önemli bir bölümünün de gerçekleştiği bölgelere karşılık gelir. 5/29/2017 6 5/29/2017 7 5/29/2017 • Jeolojik açıdan aktif tektonik tanımı, aletsel veya tarihsel dönemde bir deprem üretmiş olan veya bu dönemlere karşılık gelebilecek kadar genç bir aktivite gösterdiği belirlenen tektonik olaylar için kullanılır (Şekil 8.3). • Bu anlamda aktif tektonik yapılar, büyüklüğü değişen düzeyde deprem üretme potansiyeline sahiptirler. 8 5/29/2017 9 • Depremleri en basit hâli ile yer sarsıntıları olarak tanımlamak mümkündür. • Bu anlamda, yere çarpan herhangi bir malzeme, bu çarpmanın şiddeti ile orantılı olarak bir sarsıntı üretebilir. • Ancak burada sözü edilen deprem tanımı belli bir jeolojik olaydan kaynaklanan yer sarsıntılarıdır. • Hissedilebilir bir deprem oluşturabilecek önemli jeolojik olayların başında ise aktif fay hareketleri ve volkanik faaliyetler gelmektedir. • Ancak aktif fayların yaratabilecekleri büyük deprem potansiyeli, diğer jeolojik faaliyetlere göre çok daha fazla olduğundan depremler genelde aktif tektonizma ile ilişkilendirilirler. 5/29/2017 10 8.2. Kayaçlardaki Gerilme-Mukavemet ilişkisi ve Deprem Oluşumu • Tektonik olayların etkisi altında sınırları boyunca birbirlerine göre hareket eden levhalar, birbirlerine yaklaşır, uzaklaşır veya birbirlerine göre yanal yönde hareket ederler (transform levha sınırları). • Levha sınırlarında meydana gelen bu hareketler sırasında levhalar üzerinde gerilme oluşur. Kayaçlar deforme olur. • Deformasyon altında şekil değiştiren kayaçlar, gerilmelerin kayacın mukavemetini aştığı noktada kayacın en zayıf yüzeyi boyunca kırılırlar. • Bu kırılmanın oluşturduğu fay, kayaç içerisinde ilk kez meydana gelebileceği gibi söz konusu hareket daha önce oluşmu olan faylar üzerinde de meydana gelebilir. 5/29/2017 • Eğer bir kayada aktif bir fay varsa, bu fay gerilmeye karşı düşük mukavemete sahip olduğundan yeni kırılmalar, daha çok söz konusu fay üzerinde gerçekleşecektir. • Böylece tektonik rejim değişmediği sürece var olan aktif faylar deprem yaratma potansiyeline sahip olmaya devam ederler. • Kayaçta gelişen kırılma ve hareket sonucu kayaç üzerinde biriken gerilme anîden boşalır. • Ortaya çıkan enerjinin önemli bir bölümü sismik dalgalar hâlinde kayaç içerisinde yayılmaya başlar. • Yeryüzünde bu şekilde oluşan yer sarsıntılarına veya sismik dalgaların oluşturdukları titreşimlere deprem (yer sarsıntısı, zelzele) adı verilir. 11 5/29/2017 • Depremin başlangıç noktasına hiposantr (alt merkez, odak/fokus); alt merkezin yeryüzündeki izdüşümü karşılığına ise episantr (üst merkez, merkez üssü, dış merkez) denir. • Deprem odağı, matematik anlamda bir nokta değil, belirli bir alandır (Şekil 8.6). 12 5/29/2017 13 • Bir bölgede yer alan herhangi bir fay son onbin yıl (10.000 yıl) içinde hareket etmiş ise aktif fay, etmemi ise pasif (ölü) fay adını alır ve bu zaman dilimi normal bir mühendislik projesi için yeterli, ancak nükleer santral gibi çok önemli projelerde ise bu zaman standardı daha yüksek alınabilir. • Aktif fay içeren bölgelerde yer alan yapıların depremden etkilenmesi ise fayın deprem sırasında hareket eden bölümünün uzunluğu, yapıların faya olan uzaklıkları ve üzerlerinde bulundukları zeminin şartları ile yapıların depreme olan dayanıklılıkları gibi faktörlere göre değişir. 5/29/2017 • Kırılma sonucu açığa çıkan dalgalar da • • • • dalganın kayalar içerisindeki hızına bağlı olarak ve küresel olarak yayılırlar. Genelde deprem oluşumu öncesinde, oluşacak depremin yakın çevresinde bir grup daha küçük deprem meydana gelir. Bunlara öncü depremler adı verilir. Ancak her deprem öncesinde öncü deprem gerçekleşmesi gerekmez. Bu nedenle, bir bölgede meydana gelen her küçük veya orta ölçekli depremi, öncü deprem olarak yorumlamak doğru olmaz. Depremin sonrası kırılan fay zonunda ve fayın her iki kesiminde aylarca sürebilen ve ufak çapta kırılmalar ile sonuçlanan depremlere artçı depremler adı verilir 14 5/29/2017 15 • Levha sınırlarında oluşan depremler, oluştukları derinliklere göre, sığ odaklı depremler, orta sığ odaklı depremler ve derin odaklı depremler olarak sınıflandırılırlar. • Depremlerin çoğunluğunun odakları, 10 km ilâ 30 km arasındaki derinliklerdedir. • Bunlardan, odak derinliği 60 km’ye kadar olan depremlere sığ odaklı depremler; 60 km ilâ 300 km arasında olanlara orta sığ odaklı depremler; odak derinliği 300 km ilâ 700 km arasında olanlara da derin odaklı depremler denir 5/29/2017 • Okyanus orta sırtlarında ve bu sırtlarda gelişen transform faylarda genelde sığ odaklı depremler gelişir (Şekil 8.8.a). • Kıtalarda ise deprem hiposantr derinliği nadiren 20 km’nin altına iner. Bunun nedeni, depremin oluşabilmesi için kırılgan kabuğa ihtiyaç duyulmasıdır. 16 5/29/2017 17 • Dünyada her yıl değişik odak derinliklerinde ve değişik büyüklükte pek çok deprem olmaktadır. • Bu istatistiksel yaklaşıma göre, hissedilebilir niteliğe sahip M= 4 büyüklüğündeki bir depremden dünyada her yıl 10.000 adet deprem meydana gelirken, 17 Ağustos 1999 yılında İzmit Körfezi içerisinde meydana gelen moment magnitüdü büyüklüğü MW= 7.4 olan (süre: 45 sn) depremlerden her yıl yaklaşık olarak 10 adet meydana gelmektedir. 5/29/2017 18 8.2.1. Büyüklük (magnitüd) ve şiddet kavramları • Deprem büyüklüğü (magnitüd), yer kabuğunun veya levhalarının bir deprem anında boşalan enerji düzeyinin, sismik aletler tarafından ölçülen değeridir. • Diğer bir ifâde ile magnitüd; yer hareketinin sismograf (depremin büyüklü ünü ölçen alet) ve akselograf’lar ile (deprem esnasında deprem dalgalarının yarattığı ivmeyi ölçen alet) alınan kayıtlara ve saha araştırması denilen, faylanma yapısının ve kırık uzunluklarının yerinde incelenmesi sonucu tanımlanan, deprem hareketinin sorumlu olduğu yerdeki dalga hareketlerinin sayısal ifadesidir. 5/29/2017 • Bu yöntem ilk olarak ABD’li sismolog Charles Richter (1900-1985) tarafından 1935’de kullanıldığı için, bu ölçeğe Richter Ölçeği denmiştir. • Richter ölçeği logaritmik bir değerdir. • Bu depremi büyüklü ündeki 1 birimlik artışın sismogram genliğinin 10 kat, deprem sırasında açığa çıkan enerji miktarının ise 30 kat artması anlamına gelir. 19 5/29/2017 20 • Deprem şiddeti; yer hareketinin yeryüzünün belirli bir noktasında binalar üzerindeki yıkıcı ve insanlar üzerindeki panik, korku gibi yaptığı etkinin derecesi ile belirlenir. • Diğer bir ifâde ile şiddet; aletsel ölçeğin olmadığı dönemde depremin ölçüsünü belirleme amacı ile depremin canlılar, yapılar ve toprak üzerindeki etkilerinin sınıflandırılması sonucunda çıkmıştır. • Şiddet, etkilenen bölgede bir yerden diğerine uzaklığa ve ana kaya çeşidine göre değişir. • En çok kullanılanı Mercalli Şiddet Skalası’dır. 5/29/2017 21 • Bu duruma göre depremin büyüklüğü ve şiddeti farklı kavramlardır. • Depremlerde büyüklük kavramı, depremin çıkardığı enerjidir ve Richter ölçeği depremin büyüklüğünü ortaya koyar. • Şiddet ise deprem büyüklüğünün doğurduğu bir sonuçtur ve Mercalli ölçeği doğrudan depremin şiddetini verir. 5/29/2017 22 • Deprem şiddeti, depremin büyüklüğü ile ilgili olduğu kadar, o bölgedeki inşaat kalitesi ile de doğrudan ilişkili bir kavramdır. • Her ülkedeki bina kalitesi o ülkenin ekonomik koşullarına göre biçimlendiğinden, örneğin Türkiye’de orta kalite sayılabilecek bir bina, Japonya’da düşük kalite sayılabilir. • Bu nedenle, Türkiye’de 7 Richter büyüklüğünde bir deprem, Mercalli • şiddet Cetveli’nde yaklaşık max= X olarak kestirilebilir. 5/29/2017 • Tarihsel bir değer taşıyan ve Romen rakamları ile belirlenen 12 düzeyden (derece) oluşan değiştirilmiş Mercalli şiddet ölçeği, hiçbir matematiksel temeli olmayıp, bütünü ile insanların gözlemlerini esas alarak belirlenmektedir 23 5/29/2017 • Değiştirilmiş Mercalli Ölçeği hissedilemeyecek kadar az olandan felâket şeklindeki yıkıma doğru artan 12 seviyeli deprem şiddet grupları, özellikleri, etkileri yandaki şekildedir. • (296-298) 24 5/29/2017 25 8.3. Sismik Dalgalar • Enerjinin yerin içinde bir noktadan diğer bir noktaya transfer olması sismik dalga olarak tanımlanır. • Bir deprem sırasında ortaya çıkan sismik dalganın hızı sabit olmayıp, pek çok faktöre bağlı olarak değişir ve hız büyük ölçüde derinliğe ve kaya/zemin türüne bağlı olarak değişir. • Sert, som kayaların sismik dalga hızları yüksek, ortam yoğunluğunun giderek azaldığı yumuşak zemin ve gevşek tutturulmuş çökellerin sismik dalga hızları düşüktür. 5/29/2017 26 • Deprem sırasında oluşan ve farklı hız ve yayılma karakterine sahip olan sismik dalgalar vardır. • Bu dalgalara “P (primer) dalgaları”, “S (sekonder)dalgaları” ve “yüzey dalgaları” adları verilir. • Her üç dalga da yerküreyi farklı hızlarda ve derinliklerde kat ederler. • Cisim dalgaları olarak adlandırılan P ve S dalgalarının yayılma hızları geçtikleri jeolojik birimlerin özellikleri ile katman kalınlığı, süreksizlikler, porozite vb. yakından ilişkilidirler 5/29/2017 27 5/29/2017 28 • P ve S dalgaları derinde yayılırken, yüzey dalgaları ise yüzeyde yayılarak ilerler. • S dalgalarının hızı, içerisinden geçtikleri cismin rijidite ve yoğunluğuna bağlıdır; bu bakımdan pratik olarak sıvı özelliği gösteren ortamlarda meydana gelemediklerinden, dünyanın çekirdeğinden geçemezler. • Bu olay, yeryüzünden 2.891 km derinlikte meydana gelir ve bu derinlik de manto çekirdek sınırını oluşturur. • 5/29/2017 • Deprem esnasında da, sıvılaşan zeminde tekrarlı yüklemeler altında zeminin kayma mukavemeti büyük ölçüde kaybolur, yıkıcı özellik taşıyan S dalgaları yayılamayacağından dolayı bu tür zeminlerin üzerine inşa edilen binalarda yapısal hasar çok alt düzeyde kalacaktır. • Bununla beraber binalarda zemin taşıma kapasitesinin kaybından kaynaklanan oturma ve yana yatma gibi deformasyonlar gözlenecektir. 29 5/29/2017 • Yayılım hızları farklı olan her üç dalga da • • • • sismograflara farklı zamanlarda ulaşırlar. Bu zaman farkı, deprem merkezinin yakınlarında saniye mertebesinde iken, yerkürenin uzak mesafelerinde ise dakika mertebesine kadar ulaşabilir. Bu dalgalardan daha hızlı olan ve sismografa ulaşarak kaydedilen ilk dalga P dalgasıdır. P dalgasının hemen ardından S dalgası ve en son olarak da yüzey dalgası sismografa ulaşarak kaydedilir. 30 5/29/2017 • Deprem dalgalarının yayılımı, ölçme, yöntem ve kayıtların değerlendirilmesi ve yer hareketlerini inceleyen jeofizik bilim dalına sismoloji veya deprem bilimi; depremlerin büyüklüğünü, süresini, merkezini, oluştuğu zamanı ve diğer sismik dalgaları kaydeden aletlere sismograf veya sismometre, sismometre üzerinde deprem dalgalarının ya da diğer yer hareketlerinin zamana bağlı olarak üç yönde (x, y ve z) kâğıt üzerindeki grafiksel gösterimine sismogram denir. 31 5/29/2017 32 • P dalgaları (boyuna dalgalar, sıkışma dalgaları), katı, sıvı ve gaz hâlindeki maddeler içinde yayılabilen, kayıt merkezlerine ilk gelen (primer) dalgalardır. • • • • • Havada hareket eden ses dalgalarını andırırlar ve ses dalgaları gibi kompresyonel (sıkıştırıcı) dalgalardır. Her türlü ortamda yayılabilen bu dalgalar, yayılma sırasında kayaları ileri-geri itip-çekerek dalgaların ilerleyiş yönüne paralel hareket yaparlar. P dalgaları, bir çeşit itme çekme hareketi yapmalarından dolayı, geçtikleri ortamları hacimce değiştirirler. Diğer bir ifâdeyle tıpkı bir ucu sabit olan bir spiral yayı gerip de bıraktığımızdaki salınım gibi hareket ederler. P dalgalarının yıkım etkisi yok denecek kadar azdır. 5/29/2017 33 • S dalgaları kayaçlar içinde ilerlerken, kayaçları aşağı-yukarı, sağa-sola doğru hareket ettiren dalgalardır. • S dalgalarının frekansları daha düşük, buna karşın genlikleri P dalgasına kıyasla daha büyüktür. • Bu yüzden S dalgalarının etkime süresi daha uzun, yıkım etkisi yüksek ve diğer dalgalar arasında yıkıcı olanıdır. 5/29/2017 34 • Yüzey dalgaları (Love ve Rayleigh dalgaları), diğer dalgaların (P ve S) yüzeye yaklaştıkça birleşmeleriyle meydana gelen ve en yavaş ilerleyen deprem dalgalarıdır. • Deprem sırasında hissedilen sallantıların çoğu, diğer dalgalardan çok daha büyük genlikli olan bu dalgalardan kaynaklanmaktadır. • Yüzey dalgalarının yıkım etkisi yüksektir ve hasara neden olurlar 5/29/2017 35 5/29/2017 36 • Deprem dalgaları yayılırken kayalık alanlarda hareketleri büyütülmemekte, ancak depremden oldukça uzak bölgelerde yer alan gevşek tutturulmuş ya da tutturulmamış zemin ortamlarında, zemin; deprem hareketini (ivmesini) büyütmektedir. • Diğer bir deyişle; kalın, yumuşak/gevşek zemin tabakaları içinde hareket eden deprem titreşimlerinin genliklerinde ortaya çıkan artış zemin büyütmesi (soil amplification) olarak nitelendirilebilir. • Ancak yüksek ivme değerlerine ulaşan çok büyük depremlerde, kaya üzerinde yer alan yumuşak ve gevşek zeminler depremin ivmesini (hızlanma hızını) büyütmek yerine kısmen azaltacağı da unutulmamalıdır. 5/29/2017 37 5/29/2017 38 8.4. YEREL ZEMİN KOŞULLARININ YAPI DAVRANIŞI ÜZERİNDEKİ ETKİSİ • Yerel zemin koşullarının bina davranışına ve deprem hasarına etkisinin iyi belirlenmesi gerekmektedir. • Depremlerin yapılarda yol açtığı hasarların, arazi zemin profili, topoğrafik özellikler ve yerel zemin ortamı koşullarının değişik etkileri altında kaldığı bilinmektedir. • Bu nedenle, yapıların inşaasından önce yapılan, temel zemini etütlerinde; arazideki temel zeminini oluşturan tabakaların muhtemel bir deprem sırasında göstereceği davranışın da incelenmesi gerekli olmaktadır. 5/29/2017 39 • Zemin tabakaları, deprem hareketinin özelliklerini değiştirmeleri yanında, depremlerin yol açtığı tekrarlı (çevrimli) gerilmelerden olumsuz etkilenebilirler: • a) Titreşimli yükler, zeminlerin gerilme-şekil değiştirme özelliklerinde yumuşamaya (rijitlik azalmasına) yol açarlar, b) Titreşimli yükler, zeminlerde boşluk suyu basıncı artışlarına ve artık boşluk suyu basıncı birikimlerine neden olurlar, 5/29/2017 40 • c) Yumuşama ve artık boşluk suyu basıncı birikimleri kayma mukavemeti azalmasına neden olabilir. • Killi zeminlerde drenajsız kayma mukavemetinde azalma; kumlu zeminlerde ise sıvılaşma durumu ortaya çıkabilir. • Sıvılaşma sonucu temel zemininde yanal akmalar ve temel altının boşalması meydana gelebilir. Bu durum ise temelin taşıma gücünü kaybetmesine ve göçmeye yol açabilir 5/29/2017 • Ayrıca depremler sırasında ve sonrasında bina temelleri altında ilâve oturmalar meydana gelebilir. Bunlar: a) Rijitlik azalması, anî oturmalara ve b) Gevşek kumlarda titreşimler, hacimsel şekil değiştirmelere yol açabilmekte, c) Titreşimlerin etkisi ile meydana gelen boşluk suyu basınçları ilâve konsolidasyon oturmalarına da neden olabilmektedir. 41 5/29/2017 42 • Bu sebeplerden dolayı yapıların yer seçiminde ve tasarımında, inşaat alanının zemin koşullarının göz önüne alınmasını gerektirmektedir. • Güvenli ve ekonomik yapılaşma için: • a) Yapılara etkiyecek deprem kuvvetlerinin daha az olacağı, • b) Muhtemel bir deprem sırasında yapı temelleri altında, taşıma gücü kaybı ve aşırı yer değiştirmelerin ortaya çıkmayacağı zemin koşullarına sahip araziler tercih edilmelidir. 5/29/2017 43 8.5. ZEMİNLERDE SIVILAŞMA • Suya doygun kohezyonsuz zeminlerde, dinamik yüklerin etkisiyle kayma mukavemetinin kaybolması ve zeminin bir sıvı gibi davranması olayına Sıvılaşma (liquefaction) adı verilir. • Genellikle, suya doygun bir kum tabakası, deprem titreşimlerine uğradığı zaman sıkışmaya ve hacmini azaltmaya eğilim göstermekte, fakat eğer drenaj mümkün değilse, hacim azalması eğilimi boşluk suyu basıncının artması sonucunu doğurmaktadır. 5/29/2017 44 • Boşluk suyu basıncındaki bu artış ortalama çevre basıncının da artmasına neden olmaktadır. Boşluk suyu basıncındaki bu artış ortalama çevre basıncına eşit olacak mertebeye ulaştığı zaman efektif (etkin) gerilmeler sıfır olmakta, kohezyonsuz zemin (örn. kum) tabakası mukavemetini tamamen kaybetmekte ve sıvılaşmış bir duruma gelmektedir. 5/29/2017 45 • Sıvılaşma, deprem sırasında ve/veya sonrasında görülebilen ve sonuçları son derece hasar verici olabilen bir zemin problemidir. 5/29/2017 46 8.5.1. Sıvılaşmayı etkileyen faktörler • Bir zeminin sıvılaşmasına etki eden faktörleri zeminin yapısından ve dış etkenlerden kaynaklanan faktörler olarak iki grupta toplayabiliriz. 8.5.1.1. Zemin yapısı Yapılan gözlemler ve deneyler neticesinde kohezyonsuz zeminlerdeki sıvılaşmanın; zeminin sıkılık derecesi, tane özellikleri, kil zemin içeriği ve arazideki drenaj şartları gibi faktörlerden etkilendiği tespit edilmiştir. 5/29/2017 47 • Sıkılık derecesi: • Kohezyonsuz zeminlerde sıkılık derecesinin yüksek olması sıvılaşma riskini azaltan bir etkendir. • Sıkılık derecesi % 35’ten küçük olan taneli zeminler gevşek zeminler olarak kabul edilir ve suya doygun olmaları hâlinde, sıvılaşmaya karşı son derece hassas bir yapıya sahiptirler. 5/29/2017 48 • Tane özellikleri: • Tane (=dâne) özellikleri olarak bilinen, tane boyu, tane şekli ve tane çapı dağılımı sıvılaşma açısından önemlidir. • Tane boyutunun küçülmesi, kırıntılı zeminlerde sıvılaşma riskini arttırmaktadır. • Tane şekli açısından bakıldığında ise yuvarlak tanelere sahip zeminlerin köşeli tanelere sahip zeminlere göre daha fazla sıvılaşma tehlikesi taşıdığı düşünülmektedir. . 5/29/2017 49 • Tane çapı dağılımının da sıvılaşa durumu üzerinde etkili olduğu bilinmektedir. • Meselâ, hemen hemen her çap aralığında belirli bir miktar tane bulunduran iyi derecelenmiş bir zeminde, deprem etkisiyle birlikte daha küçük çaplı taneler, büyük çaplı taneler arasındaki boşluklara girmeye çalışacağı için boşluk suyu basıncı artışları daha sınırlı kalacaktır. • Buna göre, uniform kumlar sıvılaşmaya karşı oldukça hassas bir yapıya sahiptir. • Ancak kum taneleri içinde bol fosil kavkıları bulunması sıvılaşmayı azaltıcı yönde etki yapmaktadır. 5/29/2017 50 • Kil içeriği: • Kil içeriğinin artması, kohezyonsuz zeminde sıvılaşma tehlikesini azaltan bir etkendir (Tablo 8.1). 5/29/2017 51 • Drenaj şartları: • Arazide sıvılaşma oluşumu drenaj şartlarıyla yakından ilişkilidir. • Sıvılaşmaya neden olan etken, suyun drene olamaması nedeniyle boşluk suyu basıncında oluşan artışlardır. 5/29/2017 52 • Sismik geçmiş : • Geçmişte sıvılaşmaya mâruz kalmış zeminlerin, yeni depremler ile birlikte tekrar sıvılaşma gösterme ihtimalînin büyük olduğu, hem laboratuvar çalışmalarından hem de arazi gözlemlerinden bilinmektedir. • Bu nedenle, herhangi bir mühendislik yapısının inşasından evvel, arazinin sismik geçmişine bakarak sıvılaşma tehlikesi açısından bir ön bilgi elde edilmelidir. • Mikro-bölgeleme yöntemi ile üretilen haritalar bu konuda oldukça yol gösterici bir rehberdir. 5/29/2017 53 8.5.1.2. Sıvılaşmaya neden olan dış etkenler • Arazide sıvılaşmaya neden olan etken çoğunlukla deprem hareketidir. • Bu nedenle, sıvılaşma potansiyeli incelenirken, olası depremler ile ilgili özellikler mutlaka göz önünde tutulmalıdır. 5/29/2017 54 Sıvılaşmaya sebep olacak yüklemenin şiddeti: • Sıvılaşma, statik veya dinamik yüklerin (deprem, trafik, patlatma vb.) etkisi • • • • • altında meydana gelebilir. Arazide karşılaşılan durum, sıvılaşmanın genellikle deprem etkisiyle oluştuğu şeklindedir. Bu nedenle, sıvılaşmanın meydana gelmesinde depremin şiddetinin önemli bir rol oynadığı açıktır. Depremin şiddetinin yüksek olması, (maksimum ivmesinin büyük olması), sıvılaşma tehlikesini arttıran bir etkendir. Bununla birlikte magnitüdü büyük olmayan bir deprem hareketinin yüzeye doğru ilerlerken, zemin tarafından büyütülebildiği bilinmektedir. Bu nedenle, bu durumun sıvılaşmaya yol açabileceği de ihtimal dâhilindedir. 5/29/2017 55 Yükleme süresi: • Depremin süresinin uzaması tekrarlı gerilmelerin zemine uygulanma süresini uzatacağından, sıvılaşma tehlikesini önemli ölçüde arttıran bir etkendir. 56 5/29/2017 8.5.2. Sıvılaşmanın yol açtığı zemin problemleri • Sıvılaşma nedeniyle arazide karşılaşılan başlıca zemin problemleri arasında; yanal akma , akma göçmesi, zemin yüzeyinde çökme-ayrılma, istinat yapılarında stabilite sorunları, ev kaymaları, taşıma gücü kaybı, kum kaynaması……….. Sayılabilir. 5/29/2017 Yanal akma: • Yanal akma olayı genellikle bir su kütlesi yakınında bulunan düşük eğimli arazilerde, yüzeye yakın bulunan bir zemin tabakasının, altında yer alan tabakanın sıvılaşması sonucunda, sıvılaşan zemin üzerinde yapacağı hareket olarak tanımlanabilir. • Bu hareket birkaç metre ile sınırlı kalabileceği gibi onlarca metre de olabilir. 57 5/29/2017 Akma göçmesi: • Akma göçmesi daha çok bir su kütlesi yakınında bulunan eğik yüzeyli zeminlerdeki sıvılaşmış zemin kütlesinin, daha çok kendi ağırlığının etkisiyle aşağı doğru âdeta bir sıvı gibi hareket etmesi olayıdır. 58 5/29/2017 Zemin yüzünde çökme-ayrılma: • Özellikle düz yüzeyli arazilerde, altta yer alan bir tabakanın sıvılaşmaya mâruz kalmasıyla yüzeyde gözlenen çatlaklar, yarıklar, blok eklinde çökmeler bu kapsamda değerlendirilir. 59 5/29/2017 60 Taşıma gücü kaybı: • Zemin tabakası sıvılaştığı zaman taşıma gücünü tamamen kaybeder ve üzerindeki yapılar zemin içerisine doğru, olduğu gibi batabilir, yan yatabilir veya devrilebilir. 5/29/2017 İstinat yapılarında stabilite bozuklukları: • İstinat duvarı arka dolgusu olarak kullanılan malzemenin sıvılaşması nedeniyle projelendirmede dikkate alınmayan ilâve yanal yükler, istinat duvarlarına etkiyerek yıkılmasına sebep olabilir. 61 5/29/2017 62 Kum kaynaması ve yüzeyde kum öbekleri oluşumu: • Sıvılaşma sırasında çok sık rastlanılan diğer bir olay, yüzeyde su ve kum birikintisinin oluşmasıdır. • Deprem sırasında ve/veya sonrasında oluşan boşluk suyu basınçları, zemin içerisinde hidrolik eğime neden olur ve su enerjisi yüksek olan noktadan düşük olan noktaya doğru hareket eder. • Su, bu hareketi sırasında, sıvılaşmış bölgeden taşıdığı malzemeyle birlikte oluşan çatlaklar arasından yüzeye çıkar. • Yüzeyde görülen “çamurlu sular” bu mekanizmanın sonucunda oluşmakta ve yüzeyde kum öbekleri gözlemlenmektedir. 5/29/2017 63 8.6. Liman Dalgaları (Tsunamiler) • Denizlerde oluşan rüzgâr kökenli dalga hareketleri, denizin sadece üst tabakasında ve kısa mesafelerde bir etki yaratır. • Ancak deniz tabanındaki aktif tektonik olaylar sonucu bir yer değiştirme, sadece deniz yüzeyini değil, tüm su kolonunu etkileyeceğinden, bu tür bir hareket sonucu suda oluşan dinamik güç, çok daha büyük bir hareketi sonuçlar. • 5/29/2017 64 • Japonca’da “Liman Dalgası” anlamına gelen tsunami (tsunami) sahil kıyılarında çok büyük hasarlara neden olan uzun periyotlu dev yıkıcı deniz dalgalarıdır. • Tsunami’ler, denizlerin ya da daha çok yaklaşık % 90 oranında okyanusların tabanında, levhaların (plâkaların) bir araya geldiği dalma-batma zonlarında, anî kırılmalar(ters faylar) nedeniyle oluşurlar. • Magnitüdü 7’den büyük depremler ile volkan patlaması/çökmesi veya deniz içinde ya da yüksek eğimli sahil şeritlerinde oluşan heyelân ve diğer tür kütle hareketleri de tsunamileri oluşturmaktadır. 5/29/2017 65 • Okyanus veya denizlerde oluşan bir depremin tsunami oluşturabilmesi • • • • • için; a) Magnitüdü 7’den büyük, b) Hiposantr’ı yani, ters fayın kırılmanın başladığı odak noktası, deniz dibinde kara tarafına dalan batma zonunda olması, c) büyük bir su sütununun harekete geçebilmesi için de deniz tabanında, düşey atımın (göçme) olması gerekmektedir. Bu göçme ve fayın ters atımı ile birlikte, büyük su kütlesi önce insanların kaçabileceği bir zaman süreci içinde sahillerden çekilmekte ve çekilen su daha sonra süratle (500km/sa) önce kıyıya ulaşıp sonra sahil şeridini de aşarak kara tarafı iç kısımlarını oluşturan yerleşim alanlarına doğru ilerleyerek tsunamiyi oluşturmaktadır. Tsunami nedeniyle sahillerde oluşan ortalama dalga yükseklikleri genellikle 10m civarındadır. 5/29/2017 • Tsunami’ye bir örnek olarak Aralık 2004’de Endonezya’ya ait Sumatra Adaları batısında, Hint Okyanusu’nda dalma-batma zonunda artan gerilme sonucu bu zonun 1.200 km’yi aşkın uzunlukta bir kesiminin kırılarak saniyeler içinde ve anîden 15 m’lik düşey bir atımla meydana getirdiği ters fayın oluşturduğu Mw= 9,1-9,3 büyüklüğündeki deprem gösterilebilir. • Depremin ardından oluşan tsunami; Sumatra (Banda-Aceh) kıyılarından Hindistan’a kadar uzanan çok geni bir bölgede sadece kıyı şeridi boyunca değil, kilometreler mertebesinde bir mesafe katederek, karaların iç kısımlarına doğru ilerlemiş ve bu bölgelerde çok büyük boyutlu yıkımlar yanında, yaklaşık 231.000 insanın ölmesine neden olmuştur 66 5/29/2017 67 8.7. Kuzey Anadolu Fayı, 17 Ağustos 1999 Marmara Depremi ve Marmara Fayları • Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ), Anadolu’nun doğusunda Arap-Afrika ve Avrasya Levhaları arasındaki çarpışma sonucu sıkışarak yılda yaklaşık 20mm batıya hareket eden Anadolu Bloğu’nun, bu hareketi sırasında gelişmiş olan iki önemli faydan biridir. • Anadolu’yu, yaklaşık olarak Karadeniz kıyılarına paralel olarak kateden, sağ yanal doğrultu atımlı bu fay dünyadaki en aktif faylardan biri olarak bilinir ve büyük depremler üretir. 5/29/2017 68 • 1939 yılında Erzincan depremi ile başlayan ve 1967 yılına kadar devam eden büyük depremleri dikkate alarak KAFZ üzerindeki depremlerin fay boyunca sistematik olarak doğudan batıya doğru göç etmekte olduğu sonucuna varılmıştır. • Bilindiği gibi Marmara Bölgesi’nin doğu bölümünde 17 Ağustos 1999 tarihinde İzmit Körfezi’nde (Gölcük); 12 Kasım 1999 tarihinde Düzce’de önemli hasarlara neden olan iki büyük deprem meydana gelmiştir. 5/29/2017 69 • 17 Ağustos 1999 tarihinde İzmit Körfezi’nde oluşan deprem 20.000’e yakın can kaybına neden olmuştur. • Büyüklükleri Mw=7,4-7,5 ( İzmit, Gölcük ya da Marmara Depremi) ve Mw=7,1 (Düzce Depremi) olarak belirlenen bu depremler sırasında KAFZ’nda Düzceİzmit arasında toplam 193 km yüzey kırılması gerçekleşmiştir. 5/29/2017 70 5/29/2017 71 5/29/2017 72 • 17 Ağustos 1999 İzmit depremi ardından, depremlerin KAFZ boyunca batıya doğru göç ediyor olduğu fikri daha da ağırlık kazanmış ve bu nedenle, gelecekte KAFZ üzerinde gerçekleşecek olan büyük depremin Marmara Denizi içerisinde olacağı ve özellikle İstanbul şehri’nin bundan önemli düzeyde etkilenebileceği sonucuna varılmıştır. • TCG Çubuklu ve TCG Çeşme ve İstanbul Üniversitesi DEBİEN’e bağlı R/V Arar araştırma gemileri tarafından toplanan sismik ve çok ışınlı batimetrik verilerin değerlendirilmesi sonucunda, Marmara Denizi’nde öngörülenden daha uzun ve genç bir fayın varlığı, belirlenmiştir. • Daha sonra aynı bölgelerde çalışma yapan Türk-Fransız- İtalyan araştırma grubu da benzer sonuçlara ulaşmışlardır. 5/29/2017 73 5/29/2017 • Günümüz itibarıyla Saros Körfezi içerisinden geçen ve Kuzey Anadolu Fay Zonunun (KAFZ) batı parçasını oluşturan Ganos Fayı’nın Gaziköy ile Küçükçekmece Gölü açıkları arasında Marmara Denizi’ni katediyor olduğu, kabul edilmektedir. • 74 5/29/2017 75 5/29/2017 76 5/29/2017 77 • Türkiye’deki aktif fayların oluşturduğu depremlerde oluşabilecek her türlü maddî ve manevî zararlardan korunulması için inşaat mühendisleri denetiminde, jeolojik, jeofizik ve geoteknik incelemeleri yapılmış, depreme dayanıklı, mühendislik önlemleri alınmış mevcut “Deprem şartnameleri”ne uygun ve işlerlikli bir denetim mekanizmasının da geçerli olduğu bir ortamda yapılar inşa edilmelidir. 5/29/2017 78 BÖLÜM 4 SONU AKTİF TEKTONİK, DEPREMLER, SIVILAŞMA, TSUNAMİLER ve TÜRKİYE AKTİF FAYLARI 5/29/2017 INS13204 GENEL JEOFİZİK VE JEOLOJİ Yrd.Doç.Dr. Orhan ARKOÇ e-posta : [email protected] Web : http://personel.klu.edu.tr/orhan.arkoc 79
