Depremlerde, aynı özellikli yapılarda bile zeminin belirli mevkilerinde ağır hasarlar meydana gelirken, hasar olması gereken mevkilerde daha az hasar görülmekte veya hiç hasar meydana gelmemektedir. Dikkat çekici bu özellik üzerine 20 yıldır araştırmalar yapan bilim adamları, ağır hasar mevkilerinin yeriçi yapısal özelliklerinin deprem şiddetini ve müddetini büyütmesinden kaynaklandığı ve ağır hasar mevkilerini önceden belirlemek için büyük bir deprem beklemeye gerek olmadığı sonucuna varmışlardır. Türkiye bu tür çalışmalara ilgisiz kaldığı için en çok can ve mal kaybına uğrayan ülkeler arasında yer almaktadır. Ağır hasar olabilecek mevkilerin önceden saptanmasının amacı, belirlenecek mevkilerdeki mühendislik yapılarının güçlendirilmesine öncelik verilerek deprem tehlikesi azaltma çalışmalarındaki büyük maliyetleri aşağı çekmek, en önemlisi can ve mal kayıplarını önlemektir. Bu hususun İstanbul için hayati önem taşıdığı aşikardır. Kent planlaması yönünden yararı ise, önceden belirlenen olası ağır hasar mevkilerinin yeşil alan olarak, önemli ve yüksek binaların daha güvenli zeminlere göre planlanmalarını sağlamaktır.

Yurtdışı Uygulamalar

Alvarez, 1985 Mexico City depreminde deprem üstünden 400 km. uzaktaki şehrin merkezinde, 2 metre eninde 1,5 km. uzunluğundaki zeminin çökmesiyle ağır hasar kuşağının meydana gelmesini, sismik dalganın yeriçindeki kireçtaşı ortasında düşük hız zonunda ardışık yansımaların meydana gelmesini ve şehir merkezinin altında derin bir kanyonun varlığını jeofizik yöntemlerden gravite, yerelektrik ve sismik uygulamalarla açıklamıştır.(1) Louie ve diğerleri, 1998 gravite ile Nevada deprem bölgesini (2), sismik analizle Kobe depremini (3), 1994 Northridge ve 1995 Kobe depremlerini ve diğer birçok depremlere uygulanan teknikleri ayrı ayrı tartışmışlardır.(4) Ağır hasar mevkilerinin tabankaya topografyasının yeriçi geometrik etkileriyle gelişen sismik dalga odaklanması ve yüzey dalgaların deprem şiddetini büyütmesi ayrıca müddetini uzatmasıyla meydana geldiği sonucuna varmışlardır. Jozef ve diğer bilim adamları, ortak görüş olarak, büyük genlikli olan yüzey dalgaları 30 metre derinliklere kadar meydana gelebildiğinden, inşaat zemin etütlerinde en az 30 metre derinliğe kadar yerel yanıt incelemesinin yapılması gereğini ifade etmektedirler.(5) Telford’un sismik dalgalara geometrik etkilerin gösterimi deprem dalgaları için Şekil 1.’deki gibi düzenlenebilir.(6)

Şekil 1.(a) Fay ve sert kayalardan yansıyan kırılmalar; (b) Ardışık yansıyan kırılma; (c) Yanal yansıyan kırılma (düzlem görünüş). (7)

ABD “Deprem Tehlikeleri İndirgeme Milli Programı” (NEHRP) stratejisi ile, Türkiye’deki MTA kurumuna benzer bir kuruluş olarak Jeolojik Etüdler Kurumu olan Geological Survey’e (USGS) verilen 14 Mart 1994 tarihli dokümandaki görevler Tablo 1.’deki gibi sıralanmıştır.(8)

GÖREV AÇIKLAMA

1 j-jf Zemin deformasyonları ve lokal zemin büyütmesini gösteren GIS (Geographic Information Systems) tehlike haritaları geliştirilmesi.

2 j-jf Depremden bozulabilir verileri toplamak için hemen sismolojik, geodetik ve jeolojik arazi çalışması sağlanması.

3 Hasar ve şiddet sayısal envanteri organize edilmesi.

4 j-jf Bölgesel fay yapılarını aydınlatmak için jeofizik ve jeolojik incelemelerin yapılması.

5 j-jf Zemin yırtılma işlevinin detaylarının incelenmesi.

6 jf Sismograf kayıtlarındaki zemin ve sismik dalga yayılma yolunun etkilerinden ileri gelen deprem kaynağı farklılıklarının açıklanması.

7 j-jf Havzadaki depremlerin tekrarlanmasını anlamak için jeolojik ve jeofizik verilerin toplanması ve analiz edilmesi.

8 j-jf GPS (Global Positioning System) gibi geodetik arazi ölçümlerle değişimleri ve havzanın 3 boyutlu karakterinin analiz edilmesi.

9 jf Daha çok artçı şok kaydetmek için geniş bir bant ve sismograf ağı geliştirilmesi.

10 jf Sedimanter havza tarafından meydana getirilen sarsılma büyütmesinin sistematik incelenmesi.

11 jf Deprem bölgesindeki havzaların jeolojik yapılarının durumlarının detaylı sismik deneylerle incelenmesi.

12 jf Küçük küçük bölgelerde sismik dalgaların lokal zemin etkilerinin incelenmesi.

13 jf Sığ derinlikli sismik kayma dalgası hız ölçümleri ile lokal zemin etkilerinin sınıflandırılması.

14 jf Yer hareketinin nonlineer büyütmesinin incelenmesi ve karakterize edilmesi.

15 jf Yüksek genlikli sarsılma sebeplerinin incelenmesi.

16 jf-jt Çöken zeminlerdeki lokal zemin büyütme etkilerinin incelenmesi.

17 j-jf-jt Can kayıplarında zemin deformasyonu rolünün değerlendirilmesi.

18 jf Senaryo depremlerden zemin davranışlarının gerçeğe uygun hikayelerinin ortaya çıkarılması.

19 j-jf-jt Lokal zemin yanıt haritasının yapılması.

20 j-jf-jt Bölgesel sismik tehlikelerin haritasının yapılması.

21 j-jt Hasarlı yapılarda sarsılma ve deformasyon saptamak için koordineli jeolojik ve jeoteknik incelemelerin yapılması.

22 jf Deprem kaynağı ve sismik dalga yayılma ve lokal zemin etkileri cinsinden yer sarsılmasının değişiminin saptanması

23 j Topografik eğimin etkisinin değerlendirilmesi.

24 j-jf-jt Potansiyel zemin sıvılaşması değerlendirme yöntemleri için zeminin yer değiştirme ve sıvılaşmasının incelenmesi.

25 jt Zemin iyileştirme tekniklerinin kullanıldığı yerlerin incelenmesi.

26 jf-jt Binalardaki büyük hareketleri yaratan zemin davranışlarının incelenmesi.

27 jt Belirlenen binaların dinamik davranış ve performansının incelenmesi.

28 Kayıp-tahmin metodolojisini desteklemek için verilerin temini.

29 jf-jt Deprem etkilerinin sismik tehlike ve risk haritalarını nasıl etkilediğinin saptanması.

30 Depremde yaralanma ve hasar örneklerinin araştırılması.

31 Depremde kayıpları tahmin için ekonometrik model uygulanması.

32 Bölgesel deprem raporuna verilerin ilavesi.

33 Deprem riski azaltma çalışmalarına teşviklerin incelenmesi.

34 Elde edilen Bilgilerin yaygınlaşması için çalışmaların yapılması.

35 Sismik tehlikedeki diğer bölgelere elde edilen deneyimlerden dokümanlar geliştirilmesi.

Tablo 1. İlgili uzmanlık alanları: J: jeoloji, Jf: jeofizik, Jt: jeoteknik kısaltmaları, tabloya yazar tarafından eklenmiştir.

USGS bilim adamlarının NEHRP tarafından verilen bu görev üzerine Los Angeles bölgesinde 1971 San Fernando, 1987 Whitttier Narrows, 1989 Sierra Madre ve 1994 Northridge gibi dört büyük deprem sarsıntısı yerel yanıt faktörlerinin uygulamalı araştırmalarından çıkardıkları sonuç ve dersler şunlardır: (9)

1. Gevşek jeolojik koşullar sismik dalga genliğini büyütmektedir. Gevşek birimler sıkı ve sert kayalara göre daha çok sarsılmaktadır. Küçük kayma dalgası hızına sahip bölgeler genel olarak daha büyük hasara sebep olan zemin sarsıntısını büyütebilmektedir. Bununla beraber, bu basit bağlantı potansiyel olarak tehlikeli yerel yanıtlar ile uyumlu olmayabiliyor.

2. Sedimanter havza ve altındaki sert kaya arasındaki kıvrımlı yüzey topografyası yeryüzünde birkaç yüz metrelik mesafede 2-3 kat ivme büyümesine sebep olan bir mercek gibi hareket edebilmektedir. Böylece taban kayanın konkav topografyası sismik dalga odaklanması ile ağır hasarlı bölgeleri, konveks topografyası sismik dalgaları saçarak hasarsız bölgeleri meydana getirmede büyük rol oynamaktadır.

3. Derinden yukarı doğru gelen sismik dalgalar derin jeolojik ara yüzeylerdeki düzensizlik tarafından sınırlandırılır ve enerjileri belirli alanlarda odaklanır ve diğer yerlerde defoküsün olur. Dalgalar havzaların köşeleri boyunca kapanlanır veya havzada yüzey dalgaları olarak yayılacak şekilde yansırlar. Bu etkiler belirli mevkilerdeki hasarların sebeplerinden bazısını teşkil eder.

4. Havza geometrisi ile kayma dalgası girişimleri tarafından meydana gelen yüzey dalgaları sarsma müddetini artırmaktadır. Yeryüzünden 100 metreden daha derindeki jeolojik yapılar yerel yanıta önemli etkileri olabilmektedir.

5. Zemin sıvılaşması, yeraltı suyuna doygun gevşek silt, kum ve çakıl ortamları deprem sarsıntısında birbirleriyle temas ve sürtünmelerini kaybedecek şekilde askıda kalabilirler. Bu durumda böyle bir zemin mukavemetini kaybeder ve herhangi bir yük taşıyamaz.

6. Küçük tepe veya yamaçlar topografik büyütmeye sebep olabilmektedir. En şiddetli topografik etkiler büyük yamaç tarafında daha küçük kıvrımlarla ilgili olmaktadır.

7. Büyük depremlerde gevşek zeminlerdeki nonlineer davranış yüksek frekanslardaki sarsma şiddetini filtre özelliği göstererek azaltabilmektedir.

Ayrıca, Euroseisrisk projesi havza ve lokal etkilerin saptanmasında jeofizik yöntemlerle, jeoelektrik ve sismik tomografi ile, havzaların üç boyutlu modellerinin kuramsal ve uygulamalı tekniklerle elde edilmesini ön görmektedir.(10)

Özet olarak, deprem enerjisinin yayılması, yayıldığı ortamdaki jeolojik birimlerin türüne değil sismik hızlarına bağlıdır. Depremin yeryüzünde yaratacağı hasar mevkilerini tahmin için sismik dalgaların yer içinde yayılacağı ortamın sismik hız modelinin elde edilmesi gerekmektedir. Bunun için yeriçi jeolojik birimlerin sismik hızlarının saptanması gerekmektedir. Ancak geniş etüt alanlarının üç boyutlu hız modelini elde etmek çok pahalı ve çalışma şartlarının kısıtlı olmasından dolayı, zaman ve finansman kazancı sağlamak amacıyla, sırasıyla: 1. Gravite yöntemi (kütle çekimi); 2. Mikrotremor; 3. Yerelektirik; 4. Sismik sondajları; 5. Jeolojik ve Jeofizik yorum kullanılır. Elde edilen hız modelinde farklı deprem odak noktalarına göre hangi mevkilerin risk altında olacağı önceden makro bölgelendirme ve sismik simülasyonu ile belirlenmeye çalışılır.

Türkiye’de Deprem Zemin Etütleri

Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik’te, ne yazık ki, halkın oturacağı konutlar için zemin etüdü zorunluluğu yoktur.(11) İmar plan revizyonları için yapılan ve Afet İşleri Genel Müdürlüğü onaylı zemin araştırması yerleşime uygunluk raporlarının içerdiği özellikler genel olarak: 1. Zemin sıklığı; 2. Zemin türü; 3. Zeminin yeryüzü topografik eğimi; 4. Zemin sıvılaşması; 5. Zemin hakim periyodu; 6. Zeminin taşıma kapasitesi özellikleridir. Bu özellikler 10-15 metrelik tek nokta sığ derinliklerin özelliklerini içermekte olduğundan, zemin etüt raporları ağır hasar mevkilerini belirlemede yetersiz olmaktadır. Anılan özellikler deprem zemin etüdünün olmazsa olmaz koşullarından olmakla beraber, esas olmazsa olmaz koşul, ağır hasar mevkilerinin önceden saptanmasıdır. Nitekim Kocaeli, Avcılar ve Küçükçekmece’de yerleşime uygun tanımlanan mevkilerde ağır hasarlar, yerleşime uygunsuz tanımlanan mevkilerde hiçbir hasar meydana gelmediği görülmektedir. Sığ derinlikli araştırmalardan dolayı, deprem hasarlarının nedenlerini açıklamakta birçok belirsizlikler ortaya çıkmakta, çelişkili açıklamalar yapılmakta ve tutarsız raporlar yazılmaktadır. Olası ağır hasar mevkileri önceden belirlenmeyen mevkilerde yapılmış veya yapılmakta olan zemin etütleri hiçbir anlam ifade etmeyecektir. Bu bakımdan, uygulanması sakıncalı mevzuat yeniden düzenlenmelidir. Keza eğitim ve öğretiminde deprem bilgisi almayan jeoloji, mimar ve inşaat mühendisleri deprem zemin etütleri hakkında bilgilendirilmelidir.

İzmit Büyükşehir Belediye Sınırlarında Uygulamalar

1999 depremi doğal afetler konusunda birçok dersler çıkarmamızı sağlamıştır. Şüphesiz ki doğanın depremlerde meydana getirdiği hasar derecesi zemin koşullarını yansıtmada en sağlıklı verilerdir. Bu görüşle, İzmit Büyükşehir Belediyesi sınırlarında yaptırılan yerleşime uygunluk haritaları ile hasar dağılım haritalarının karşılaştırması yapılmıştır.(7) Ağır hasarların yerleşime uygun tanımlanan bölgelerin belirli mevkilerinde yoğun olması ve uygun olmayan bölgelerde hasar olmaması durumuna açıklık getirmek amacıyla, ilk kez İzmit Büyükşehir Belediyesi tarafından söz konusu belirsizliklerin yurtdışında uygulanan, yukarıda bahsedilen yöntemlerle tabankaya topografyasının incelenmesi gerekli görülmüştür.

Yeryüzündeki alüvyonun altında yüksek sismik hıza sahip tabankaya topografyasını saptamak amacıyla Yahyakaptan’dan Şirintepe’ye kadar yaklaşık 11 km.lik bir profilde yedi ayrı noktada 200-350 metre derinliklerden yanıt alacak şekilde yerelektrik sondajları yapılmıştır. Şekil-2 gömülü vadileri içeren düşey kesiti göstermektedir.

Şekil 2. İzmit Büyükşehir Belediyesi Yahyakaptan-Şirintepe arasında yerelektrik sondajlardan elde edilen özdirenç ve jeolojik yoruma ait düşey kesiti.(7)

Gravite yöntemini Türkiye’de ilk kez Adapazarı’nda Japonlar uygulamış ve ağır hasar mevkilerinde gömülü vadi bulunmuştur.(12) Belediye olarak, gravite etüdü ilk kez İzmit Büyükşehir Belediyesi tarafından MTA Genel Müdürlüğü’ne yaptırılmıştır.(13) Şekil 3., 50 metre civarında aralıklarla 800 noktada alınan gravite ölçü verileri analizinden elde edilen üç boyutlu gravite derinlik haritasını ve üzerindeki koyu kırmızı işaretler 1999 depremi hasar dağılımını göstermektedir.

Şekil 3. Yahyakaptan-Şirintepe arasında gravite verilerinden elde edilen Tabankaya Topografyası derinlikleri.(13)

Ağır hasar mevkileri kalın ve gevşek alüvyon ile tabankaya topografyası az eğimli alüvyon üzerinde meydana gelmezken, USGS araştırma sonuçlarındaki gibi, tabankaya topografyasının 40 metre civarındaki derinlikler üzerinde gömülü çukurlukların kenarlarındaki dik yamaç önlerinde gelişen sismik odaklanma ve yüzey dalgalar sonucu meydana geldiği anlaşılmaktadır.

Şekil 4. Cumhuriyet ve Yenidoğan mahallelerinde ağır hasarlara sebep olan sismik odaklanma taslak modeli.(7)

Şekil 5. Yerleşime uygun belirlenen Gündoğdu Köyü’nde sismik dalgaların kanalize olmasının taslak modeli.(7)

Sonuç

Sonuç olarak, ülkemizin jeolojik yapısı çok karmaşık olduğundan deprem etkilerinde daha çok önem arz etmesi sebebiyle, mimar ve inşaat mühendislerinin gerek sağlıklı kent planlamalarında ve gerekse güvenli mühendislik yapıları inşasında sorumlulukları kapsamındaki zemin etüt raporlarında dikkat etmeleri gereken hayati önem taşıyan olmazsa olmaz koşullar aşağıdaki gibi özetlenebilir:

A) Bölgesel Bazda Makro Bölgelendirme:

1. En az 100 metre derinliğe kadar araştırmalar yapılarak tabankaya topografyası saptanması; 2. Üç boyutlu sismik hız modelinin elde edilmesi gerekmektedir.

B) Ada veya Parsel Bazında Lokal Mikro Bölgelendirme:

1. En az 30 metre derinliğe kadar araştırmalar yapılması;

2. Zeminin düşey-yanal değişimlerin saptanması;

3. Kayaçların sismik hızları ve dinamik parametrelerinin mutlaka yerinde saptanması gerekmektedir.

Yukarıda anılan kapsamda bölgesel ve lokal zemin etütleri yapılmamış tek nokta 10-15 metrelik sığ derinlikli zemin etütleri ağır hasar mevkilerini önceden belirleyemeyeceğinden bu noktalarda yapılacak zemin etütleri bir anlam ifade etmeyeceği için eksik ve sakıncalıdır.

Notlar:

1. Alvarez, R., 1990, Structure of the Basin of Mexico City and Its Relation to Destruction in the Earthquake of 1985: Geotechnical and Environmental Geophysics, VoI: III, pp. 263-279.

2. John N. Louie, 2001, Geophysical Surveys of Basin Properties and Geometry: Examples of Seismic Hazard Evaluation From Nevada and New Zealand Basins

http://www.seismo.unr.edu/ftp/pub/louie/talks/vuw-ses/vuw-ses.html (tarih: 2001)

3. Motosaka, M. and M. Nagana, 1997, Analysis of Amplification Characteristics of Ground Motions in the Heavily Damaged Belt Zone During the1995 Hyogo-Ken Nanbu (Kobe) Earthquake: Earthquake Engineering and Structural Dynamics, VoI: 26, pp. 377-393.

4. Fabien, 2000. Site Effects, http://www.quakes.uq.edu.au/coutel/research.html .

5. Jozef, V. and J. Viktor, 2000, Engineering Geological Zoning and Seismic Microzoning, http://www.fns.uniba.sk/prifuk/casopisy/geol/199651/viskup.htm.

6. Telford, W.M., L.P. Geldart, R.E. Sheriff and D.A. Keys, 1976, Applied Geophysics, Cambridge University Press

7. Cevher, M, F. Avdan, A. Keçeli, 2003, 17 Ağustos 1999 Depreminde İzmit Büyükşehir Belediyesi Sınırlarındaki Hasar Dağılımı ve Bölgesel Zemin Etütlerinde Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar : Kocaeli Deprem Sempozyumu, baskıda.

8. NEHRP Tasks Assigned to the USGS : http://pubs.usgs.gov/of/1996/ofr-96-0263/tasks.htm (tarih: 2000)

9. USGS Response to an Urban Earthquake -- Northridge '94 The Local Effects of Strong Ground Shaking: http://pubs.usgs.gov/of/1996/ofr-96-0263/localeff.htm (tarih: 2000)

10. http://euroseis.civil.auth.gr/ggg.htm (tarih: 2001)

11. Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik’in 12.2. “Zemin Koşullarının Belirlenmesi” başlıklı bölümünün aşağıdaki ilgili maddelerinde:

“12.2.1.2. Aşağıda belirtilen binalarda, gerekli saha ve laboratuar deneylerine dayanan zemin araştırmalarının yapılması, ilgili raporların düzenlenmesi ve proje dokümanlarına eklenmesi zorunludur.” denilerek;

“12.2.1.2.(a) Birinci ve ikinci derece deprem bölgelerinde toplam yüksekliği 60 metreden fazla olan tüm binalar; (b) Bütün deprem bölgelerinde, bina yüksekliğinden bağımsız olarak, Yönetmelik Bölüm 6’da, Tablo 6.3. ile tanımlanan Bina Önem Katsayısı’nın I =1.5 ve I =1.4 olduğu binalar”

denildiğinden, zemin etüdü zorunluluğu (a) ve (b) şıkları ile sınırlandırılmıştır. Bu nedenle halkın oturabileceği yüksekliği 60 metreyi geçmeyen binalar (a) ve (b) şıklarının dışında kalmaktadır.

“12.2.1.3.’de 12.2.1.2.’nin kapsamı dışında kalan diğer binalar için ise, birinci ve ikinci derece deprem bölgelerinde, zemin gruplarının ve yerel zemin sınıflarının, Yönetmelik’te Tablo 12.1. ve Tablo 12.2.’deki tanımlara göre belirlenmesini sağlayacak yerel bilgilerin ya da gözlem sonuçlarının deprem hesap raporlarında belirtilmesi veya bu konuda yayınlanmış kaynaklara referans verilmesi zorunludur.”

denilmekte, fakat “12.2.1.2. gibi gerekli saha ve laboratuar deneylerine dayanan zemin araştırmalarının yapılması,(yani zemin etüdü yapılması) ilgili raporların düzenlenmesi ve proje dokümanlarına eklenmesi zorunludur” denilmemektedir.

12.2.1.3. şıkkına göre de yerel bilgiler, gözlem sonuçları veya yayınlanmış kaynaklara referans verilmesi zemin etüdü anlamında olmadığından, halkın oturabileceği binalar için zemin etüdü zorunluluğu yoktur. Sadece D grubu zeminler için sıvılaşma potansiyeli irdelenmesi vardır, bunun dışında makalede belirtilen sismik dalga yayılma özelliklerine bağlı olarak hasara neden olabilen A, B, ve C grubu zeminler için zemin etüdü zorunluluğu olmadığı açıkça görülmektedir.

12. Hiroyuki, Goto and Sumio Hiroyuki, 2003, Nümerical Simülation of Strong Motion Around Adapazarı Basin During the 1999 KOCAELI EARTHQUAKE, TURKEY :http://www.icce.ac.cn/shr_iaspei/iugg_abstracts/iugg_abstracts.htm (tarih: 2003)

13. Demirtaş, Ş., H. Şenel, G. Özmenek ve H. Endeş, 2003, İzmit Büyükşehir Belediyesi Jeofizik Zemin Etüdü Gravite Yöntemi Uygulaması, MTA Jeofizik Etütleri Dairesi.