Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü

İzmir ilindeki zemin hakim periyodu ve zemin büyütmesi değişiminin mikrotremor ölçümleri ile belirlenmesi

Determination of variation in predominant soil period and soil amplification in İzmir by microtremor measurements

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 126923 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

IZMIR İLİNDEKİ ZEMIN HAKIM PERİYODU VE ZEMIN BÜYÜTMESİ DEĞİŞİMİNİN MİKROTREMOR ÖLÇÜMLERİ İLE BELİRLENMESİ ÖZET Zemin hakim periyodu ve zemin büyütmesi, geoteknik deprem mühendisliğinde deprem yükleri altındaki zemin davranışını tahmin etmek amacı ile kullanılan parametrelerdir. Yerleşim bölgelerindeki sismik tehlike risklerini azaltmaya yönelik olarak, sismoloji, jeoloji, jeofizik ve inşaat mühendisliği gibi farklı disiplinlerin değişik parametreleri esas alarak yaptığı çalışmaların birlikte değerlendirilmesini içeren ve elde edilen sonuçlara göre risk analizi, risk yönetimi ve deprem sonrası uygulanacak acil durum planlarının oluşturulması konularında büyük ölçekli yaklaşımların yapılarak detaylı önlemlerin alınmasını amaçlayan mikrobölgeleme uygulamaları kapsamında, bu parametrelerin incelenmesi yerel zemin özelliklerinin değişimini araştırmak açısından büyük önem taşımaktadır. Zemin hakim periyodu ve zemin büyütme özelliklerini belirlemede mikrotremor ölçümlerinin kullanımı, gerek arazi çalışmalarında sağladığı kolaylıklar, gerekse güvenilir sonuçlar vermesi bakımından son yıllarda oldukça yaygınlaşmıştır. Bu bağlamda, mikrotremorların yatay ve düşey hız spektrumlarının oranlanmasına dayanan Nakamura yöntemi, özellikle büyük alanları içeren bölgelerde zemin hakim periyodu ve zemin büyütmesi değişiminin bulunmasında hızlı, ekonomik ve güvenilir sonuçları elde etmeye yarayan seçeneklerden biri olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmada, geoteknik deprem mühendisliği açısından büyük önem taşıyan zemin hakim periyodu ve zemin büyütmesi parametrelerinin İzmir ilindeki değişimini incelemek amacıyla, arazide 256 farklı noktada T=1 saniye periyotlu mikrotremor hız kaydı alınmış ve Nakamura yöntemine göre analiz edilerek her ölçüm için quasi transfer fonksiyonları hesaplanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında, Izmir'de farklı noktalar için elde edilen quasi transfer fonksiyonlarından belirlenen zemin hakim periyodu ve zemin büyütmesi değerleri bir coğrafi bilgi sistemi (GIS) yardımı ile harita üzerine işlenerek, izmir Büyükşehir Belediyesi sınırları içerisinde kalan yerleşim bölgeleri için zemin hakim periyodu ve zemin büyütmesi değişimini veren haritalar oluşturulmuştur. Çalışmanın son aşamasında, mikrotremor ölçümlerinden bulunan zemin hakim periyodu ve zemin büyütmelerinin İzmir içindeki değişimi, İzmir şehrinde depremlerle meydana gelebilecek hasarı önlemeye yönelik olarak 1999 yılında RADIUS projesi kapsamında hazırlanan "izmir Şehri Deprem Senaryosu ve Deprem Master Planı" çalışmaları ile; zemin büyütmesi, yerel zemin sınıfı ve jeoloji haritaları esas alınarak, makro düzeyde karşılaştırmıştır. Çalışmanın farklı aşamalarında elde edilen bulgular; zemin hakim periyodu ve zemin büyütmelerinin İzmir'deki değişiminin belirlenmesi, mikrotremor ölçümleri üzerinde olumsuz etkiler yaratan koşulların arazi ve analiz aşamalarında gözlenmesi ve mikrotremor ölçümlerinden hesaplanan parametrelerin, diğer çalışmaların sonuçları ile karşılaştırılması bakımından mikrotremor uygulamalarındaki değişik adımlarla ilgili sonuçları içermektedir. Bu bağlamda, çalışma kapsamında varılan bulgular farklı başlıklar altında incelenmiştir.Mikrotremorların bilinmeyen kaynak etkisinde olmasına ve yakın çevredeki yerel koşullardan önemli ölçüde etkilenmesine bağlı olarak, arazi çalışmalarında istenilen kalitede kayıtlar almak, analiz aşamalarında güvenilir sonuçlar elde etmek açısından mikrotremor uygulamalarının en önemli bölümünü oluşturmaktadır. İzmir'de yapılan mikrotremor ölçümlerinde, literatürdeki örneklere benzer bir şekilde, kültürel gürültü, rüzgar gibi koşulların hesaplanan zemin parametreleri üzerindeki olumsuz etkisi gözlenmiştir. Çalışma kapsamında, İzmir'de alınan kayıtlar arasından bir örnek verilerek, rüzgarın mikrotremor ölçümleri üzerindeki olumsuz etkisi açıklanmıştır, izmir'deki çalışmanın arazi uygulamaları ve analiz aşamalarında elde edilen bulgularla; rüzgar ve gürültü gibi yerel kaynakların mikrotremor ölçümleri üzerinde olumsuz etkiler yaratabildiği sonucuna varılmış ve güvenilir sonuçlar almak için özellikle kültürel gürültü seviyesinin üst düzeyde olduğu kalabalık büyük şehirlerdeki arazi çalışmalarının, çevresel dış faktörlerin en alt seviyede olduğu erken saatlerde ve uygun hava koşulları altında yapılması önerilmiştir. Yerel etkilerin arazi notlarında belirtilmesi ve değerlendirme aşamalarında dikkate alınması da, bu yönden büyük önem taşımaktadır. izmir'de yapılan mikrotremor ölçümlerinin Nakamura yöntemine göre analizi ile elde edilen parametrelerin, harita ortamında coğrafi bilgi sistemleri kullanılarak değerlendirilmesi sonucunda, izmir için zemin hakim periyotlarının ve zemin büyütmelerinin değişimini veren haritalar üretilmiştir. Bu haritalar ve hesaplanan parametreler ışığında, İzmir'de zemin hakim periyotlarının 0.1-1.0 saniye, zemin büyütmelerinin ise 1.1-6.6 sınırları arasında değiştiği görülmüştür. Elde edilen haritalardan, zemin hakim periyodu ve zemin büyütme özelliklerinin coğrafi olarak çoğunlukla benzer değişimler gösterdiği ve bu parametrelerin değişimlerinin genel olarak farklı sınırlarla tanımlanabilen bölgelerle açıklanabildiği, ancak zemin büyütmelerindeki değişimin daha yakın mesafelerde, daha yüksek mertebelerde değişkenlik, keskin geçişler ve yerel farklılıklar gösteren küçük alanlı bölgeler içerdiği gözlenmiştir. Buna göre, izmir Körfezi'nin kuzey, güney ve doğusunda kalan sahil kesimlerinde ve yer yer şehrin farklı kısımlarındaki dere yatakları çevresinde her iki zemin parametresi de yüksek değerler almaktadır. Zemin hakim periyotları, bu bölgelerde 0.4 saniye üzerinde gözlenmekte, zemin büyütmeleri de 2 ve üstü değerlere çıkmaktadır. Bu bölgeler dışında kalan yerlerde ise, yerel farklılaşmalar görülmekle beraber, zemin hakim periyodu ve zemin büyütmesi genelde sahilden uzaklaşan mesafelerle azalarak, çoğunlukla 0.5 saniye ve 2.5 değerlerinin altında kalmaktadır. izmir Deprem Senaryosu kapsamına sondaj bulgularından oluşturulan veritabanı, mikrotremor ölçümlerine oranla daha sınırlı sayıda ve daha heterojen dağılıma sahip coğrafi veri içermektedir. Ayrıca gerek "Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik" kapsamında yerel zemin sınıflarına göre tanımlanan spektrum karakteristik periyodu sınırlarının geçişli olarak verilmesi ve sondajlardan hesaplanan zemin büyütmelerinin sınırlı sayıda veri ile elde edilen ampirik bağıntılara dayanması, gerekse mikrotremor ölçümlerinden bulunan zemin hakim periyodu değerlerinin bazı durumlarda yüzlerce metre derinlikteki tabakaların özelliklerini yansıtması; izmir için mikrotremorlardan hesaplanan zemin parametreleri ile sondaj verilerinden bulunan parametreler arasında yapılacak karşılaştırmaları ileri derecede yaklaşık kılmaktadır. Buna rağmen, farklı yaklaşımları esas alan çalışmalardan varılan bulgular arasındaki ilişki hakkında genel bir bilgi sahibi olmak amacı ile, çalışmanın son bölümünde ilk olarak İzmir için mikrotremor kayıtlarından elde edilen zemin hakim periyodu haritası, Yönetmelik'teki spektrum karakteristik periyotları esas alınarak oluşturulan yerel zemin sınıfı değişimini gösteren harita ile karşılaştırılmıştır. Sonraki adımda, sondajlar ve mikrotremor ölçümlerinden belirlenen zemin büyütmelerinin, eş veya matematiksel olarak birbirinin cinsinden ifade edilebilecek boyutsuz büyüklükler olması nedeni ile iki farklı XIyöntem kullanılarak bulunan zemin büyütmesi değişimi, coğrafi olarak İzmir'i temsil eden 12 ana doğrultu üzerinde incelenmiştir. Karşılaştırmaların son aşamasında, İzmir'deki zemin hakim periyodu ve zemin büyütmelerinin coğrafi değişimi, yerel jeolojik birimlerin değişimi ile kıyaslanmıştır. Mikrotremor ölçümlerinden Nakamura Yöntemine göre hesaplanan zemin hakim periyodu ve zemin büyütmelerinin, sondaj verileri kullanılarak bulunan yerel zemin sınıfları ve zemin büyütmesi değerleri ile karşılaştırılması sonucunda, farklı yaklaşımlarla varılan bulguların makro ölçekte genel olarak örtüştüğü gözlenmiştir. Yönetmelikte tanımlanan yerel zemin sınıflarının çoğunlukla spektrum karakteristik periyodunun üst sınırlarının artmasına bağlı olarak birbirinden ayrılması sebebiyle, yerel zemin sınıflarına ait spektrum karakteristik periyotlarının tanımlandığı aralığın bir alt sınıfı da geçişli olarak kapsadığı kabul edildiğinde; mikrotremor ölçümlerinden Nakamura yöntemine göre bulunan zemin hakim periyotlarının, yaklaşık olarak yerel zemin sınıfları ile uyumlu sonuçlar verdiği; zemin büyütmesi değerlerinin ise, sayısal olarak eşit değerler almamakla ve bazı noktalarda önemli mertebelerde farklılaşmakla birlikte, coğrafi olarak sondajlardan bulunan zemin büyütmelerinin değişimine paralel bir değişim gösterdiği görülmüştür. Benzer bir şekilde, mikrotremor ölçümlerinden hesaplanan zemin hakim periyodu ve zemin büyütmesi değişimi, yerel jeolojik birimleri gösteren jeoloji haritası ile de tutarlı sonuçlar vermiş ve kaya özelliği gösteren formasyonların bulunduğu bölgelerde düşük zemin hakim periyotları ve zemin büyütmeleri gözlenirken, alüvyon tabakaları üzerinde yerleşik kesimlerde ise yüksek zemin hakim periyotları ve zemin büyütme değerleri elde edilmiştir. Bu çalışma sonucunda, kısa periyotlu mikrotremor ölçümleri kullanılarak Nakamura yöntemine göre İzmir'deki zemin hakim periyodu ve zemin büyütmesi değişimini gösteren haritalar oluşturulmuştur. Çalışma kapsamındaki arazi ve analiz adımlarında yapılan gözlemlerden, mikrotremor titreşim özelliklerinin ve mikrotremorlardan Nakamura yöntemine göre hesaplanan dinamik zemin parametrelerinin, yerel gürültü ve rüzgar gibi meteorolojik koşullardan etkilendiği ve arazi uygulamaları sırasında bu hususlara dikkat edilmesinin önemi ortaya çıkmıştır. Çalışmanın son aşamasında, İzmir Deprem Senaryosu uygulamalarının bulguları kullanılarak yapılan makro ölçekli karşılaştırmalarla elde edilen tutarlı sonuçlara bağlı olarak, mikrotremor ölçümlerinin İzmir'deki yerel zeminlerin deprem etkisi altındaki dinamik davranışını belirlemeye yönelik olarak, zemin hakim periyodu ve zemin büyütmesinin incelenmesi açısından uygun bir alternatif olduğu sonucuna varılmıştır. XII

Summary:

DETERMINATION OF VARIATION IN PREDOMINANT SOIL PERIOD AND SOIL AMPLIFICATION IN IZMIR BY MICROTREMOR MEASUREMENTS SUMMARY Predominant soil periods and soil amplifications are key parameters in geotechnical earthquake engineering to assess the effects of local site conditions on earthquake ground motion at the soil surface. The investigation of these parameters are especially important for determination of local site effects in microzonation studies, which are composed of evaluation of different engineering parameters together to mitigate the earthquake risk in urban areas. In terms of applicability and reliability, convenient methods are needed to compute predominant soil periods and soil amplifications during microzonation studies covering large regions. From this perspective, performing microtremor measurements are the efficient and easily applicable alternative compared to other in situ methods. Nakamura's technique, which is simply based on calculation of spectral ratios of horizontal and vertical microtremor components, is the most feasible option among the other microtremor methods in assessing the predominant soil periods and soil amplifications. In this study, the variations of predominant soil periods and soil amplifications (in terms of spectral amplifications) in Izmir are investigated by conducting short period microtremor measurements at 256 different locations. The quasi transfer functions of microtremors were computed for each location with the Nakamura's technique. The predominant soil periods and spectral amplifications were determined from quasi transfer functions and the variation of these soil parameters in Izmir Metropolitan Area were investigated by following a Geographical Information System (GIS) methodology. As a result, maps showing the variation of predominant soil periods and spectral amplifications were produced for Izmir. An earthquake disaster masterplan was prepared for city of Izmir previously, as a part of United Nations RADIUS project. The objectives of the earthquake master plan of Izmir included developing an earthquake damage scenario, preparing a risk management plan and creating an action plan for earthquake disaster mitigation in Izmir. The local site conditions and site effects in Izmir were also determined as a part of these studies. In the final part of the thesis, the findings of the earthquake disaster masterplan of Izmir were compared with the parameters evaluated from the microtremor survey of Izmir, with respect to local soil classes, soil amplification and geological features. The results of this study presents the outcomes of different stages, which were obtained from the site observations of local source effects during microtremor measurements, determination of predominant soil period and soil amplification for Izmir and comparison of the produced maps with findings of other studies. These topics were discussed in different parts of the study. XIIIThe characteristics of microtremors are significantly influenced by local factors. As a result, the wave properties of microtremors may change due to the local sources, which may become an important problem during the evaluation processes and may lead to erroneous results. Similar to the past studies, the effects of local conditions such as noise and wind were observed on spectral characteristics of microtremors. An example from the study was given to demonstrate the effect of wind on the evaluated soil parameters by the Nakamura technique. The local factors, such as noise and wind, were concluded to be effective on the parameters computed from microtremor measurements with the observations during the site studies and spectral analysis stages of the study. In the second part of the study, predominant soil periods and spectral amplifications were computed for Izmir. The findings indicate that predominant soil periods and spectral amplifications in Izmir Metropolitan Area vary between 0.1-1.0 seconds and 1.1-6.6, respectively. By following a GIS methodology, these parameters were used to produce the microzonation maps of Izmir in terms of predominant soil period and amplification. The geographical change of predominant soil period and spectral amplification displayed similar variation patterns. However, higher local differences were observed in variation of spectral amplifications, from one location to another. The microzonation maps of Izmir shows that predominant soil periods and spectral amplifications obtained at the regions located by the Izmir Bay and around the river beds are relatively higher than those obtained in the other parts of the city. The predominant soil periods and the spectral amplifications computed for these regions are higher than 0.4 seconds and 2, respectively. On the other hand, lower values were determined in other parts of the city with increasing distance from the coastline. The average values obtained at the other parts of the city are generally lower than 0.5 seconds for the predominant soil periods. The spectral amplifications for these regions ranged between 1.1-3.0. In the final part of the study, the soil parameters computed from microtremor measurements were compared with the results of the studies performed as a part of the earthquake disaster masterplan of Izmir with respect to local soil classes, geology and soil amplifications calculated from borehole data. The empirical approach in calculating the soil amplification from borehole data is limited to the characteristics of the used data and due to the transitive definition of spectrum characteristic periods of local site classes in Turkish Earthquake Code, there are no distinct boundaries for local site classes in terms of spectrum characteristic periods. Moreover, the number of boreholes in the database was less and the geographical distribution of the boreholes was less homogenous than the microtremor measurements. In spite of these factors, the soil parameters determined from microtremors were compared with local geological features and soil parameters evaluated from the borehole data, to have an idea about the relationship between the parameters determined from different approaches. At the first stage of the comparisons, predominant soil periods computed from microtremor measurements were compared with the spectrum characteristic periods of the four local site classes defined in the Turkish Earthquake Code. In terms of spectrum characteristic periods, the lower boundaries of the local site classes change between 0.10-0.20 seconds when the higher boundaries vary between 0.30-0.90 seconds. By this way, the local site classes in Turkish Earthquake Code are defined in transition and are separated from each other by the higher boundaries. If this transition is taken into account, the variation observed from the microzonation maps for local site classes and predominant soil periods fits geographically. This indicates that, at macro level, the change of predominant soil periods calculated from microtremors in Izmir are in good agreement with the xivvariation of the spectrum characteristic periods of local site classes defined in the Turkish Earthquake Code. Spectral amplifications evaluated from microtremor measurements were compared with the spectral amplifications computed from borehole data in the second stage. These parameters have no units and can be treated as similar parameters that can be expressed in terms of each other. This similarity is taken into consideration and 12 cross sections were chosen in Izmir to investigate the geographical variation of the spectral amplification. In most of the locations, the spectral amplifications evaluated by Nakamura technique took higher values than the spectral amplifications calculated from the borehole data. The results show that, in spite of the distinct numerical variation at some locations, the geographical change of spectral amplifications calculated by different methods show similar patterns in general. In the last stage, the predominant soil periods and spectral amplifications computed from microtremors were compared with the local geological features. The results were in good agreement; the predominant soil periods and spectral amplifications increased on the sites located above the aluvium, while lower values were encountered on the rock sites. The predominant soil periods obtained for the sites on aluvium and for other parts of the city ranged between 0.5-1.0 and 0.1-0.5 seconds, respectively. A more scattered change was observed on the spectral amplification and the variation of this parameter was determined between 2-6.6 for the aluvium sites and 1.1-2.5 for the other parts of the city. These comparisons indicated that the change of the geological conditions in Izmir can be investigated by microtremor measurements. With the results of the study, the microzonation maps of Izmir were produced with respect to predominant soil periods and spectral amplifications obtained from microtremor measurements conducted in the city area. The variation of these factors within the city were investigated by GIS methods and the results were compared with different microzonation maps based on local geological features, local soil classes and spectral amplifications calculated from the borehole data. The comparisons indicate that predominant soil periods and spectral amplifications evaluated from microtremor measurements are generally in good agreement with findings of the other studies at macro level. As a result, Nakamura's technique was concluded to be applicable for assessing the local site conditions in Izmir. xv