ESKİŞEHİR ZEMİN MÜHENDİSLİK ÖZELLİKLERİ ... · özellikleri coğrafi bilgi teknolojileri kullanarak ... Depremler sırasında zemin koullarının yer hareketleri üzerindeki

4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı

11-13 Ekim 2017 – ANADOLU ÜNİVERSİTESİ – ESKİŞEHİR

ESKİŞEHİR ZEMİN MÜHENDİSLİK ÖZELLİKLERİ HARİTALARININ

ÜRETİLMESİ VE KENT MERKEZİNİN ZEMİN BÜYÜTMESİNİN

BELİRLENMESİ

S. Mutlu1, M. Tün

2, E. Pekkan

3, Y. Güney

4

1 Arş. Gör., Yer ve Uzay Bilimleri Enstitüsü, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir

2 Yrd. Doç. Dr., Yer ve Uzay Bilimleri Enstitüsü, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir 3 Yrd. Doç. Dr., Yer ve Uzay Bilimleri Enstitüsü, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir

4 Prof. Dr., Yer ve Uzay Bilimleri Enstitüsü, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir

E-mail: [email protected]

ÖZET:

Zemin mühendislik özellikleri ve özellikle kayma/makaslama dalga hızı (Vs), geoteknik ve deprem

mühendisliği uygulamalarının temel parametreleri olarak kabul edilmektedir. Ayrıca NEHRP,

Eurocode-8 vb. yönetmeliklerde Vs değerleri kullanılarak, zemin büyütmesi, zemin parametrelerinin

hesaplanması, sıvılaşma ve taşıma gücü analizleri yapılabilmektedir. Bu çalışmada, Eskişehir Kent

Merkezinin Vs30 haritasının üretilmesinde, alanda gerçekleştirilen 23 adet sismik kırılma çalışması ve

87 adet zemin sondajından elde edilen veriler kullanılmıştır. Ayrıca yapılaşmanın en yoğun olduğu

köprübaşı ve çevresinin Vs değerleri yardımıyla zemin büyütmesi belirlenmiş ve zemin mühendislik

özellikleri coğrafi bilgi teknolojileri kullanarak haritalanmıştır. Mevcut yapı stokunun

değerlendirilmesi, yerleşime açılacak alanların belirlenmesi ve kentsel dönüşüm çalışmaları için temel

veriler içeren bu haritalar büyük önem sahiptir bu nedenle karar vericiler için önemli bir altlık

sağlanmış olacaktır.

ANAHTAR KELİMELER: Makaslama Dalga hızı, Zemin Mühendislik Özellikleri, Eskişehir



PRODUCING OF ENGINEERING PROPERTIES OF SOIL MAPS OF

ESKISEHIR AND DETERMINATION OF THE GROUND AMPLIFICATION

OF CITY CENTER

S. Mutlu1, M. Tün2, E. Pekkan3, Y. Güney4

1 R. A., Earth and Space Sciences Institute, Anadolu University, Eskişehir

2 Asst. Prof., Earth and Space Sciences Institute, Anadolu University, Eskişehir 3Asst. Prof., Earth and Space Sciences Institute, Anadolu University, Eskişehir

4 Prof., Earth and Space Sciences Institute, Anadolu University, Eskişehir

E-mail: [email protected]

ABSTRACT:

Engineering properties of soil and especially shear-wave velocity (Vs) are accepted as fundamental

parameters of geotechnical and earthquake engineering applications. In addition, by using Vs values in

regulations such as NEHRP, Eurocode-8, ground amplification, calculation of soil parameters,

liquefaction and transportation power analysis can be done. In this study, in the production of the Vs30

map of the Eskisehir City Center, 23 seismic refraction studies and 87 groundwater drills were used in

the field. In addition, ground amplification was determined with the help of Vs values of the Köprübaşı

and its surroundings where the construction was most intensive and the ground engineering features

were mapped using geographic information technologies. These maps, which contain basic data for

assessment of existing building stock, identification of settlement areas and urban transformation

studies, this will provide an important base for decision-makers.

KEYWORDS: Shear-Wave Velocity, Engineering Properties of Soil, Eskisehir



1. GİRİŞ

Sismik dalgalar, zeminde farklı tabaka konumlarından geçerek ilerler. İçinden geçtikleri tabakaların oluştuğu

jeolojik birimler, zemin sıkılığı ve yoğunluk vb. özellikler bu dalgaların hızlarını belirlemektedir. Sismik

yöntemler, zemindeki tabakalardan farklı hızlarda ilerleyen sismik dalgaların yayılması temeline dayanır. Bu

yöntemler kullanılarak sismik dalga hızları, tabaka kalınlıkları ve zeminin bazı mühendislik özellikleri

bulunabilmektedir. Zeminin mühendislik özellikleri, statik ve dinamik özellikler olarak ayrılmaktadır. Statik

özellikler; sabit zemine ait yer mühendislik parametreleri (Young modülü, Bulk modülü, Poisson oranı, vb.).

Dinamik özellikler ise; hareketli (deprem titreşimleri) zemine ait yer mühendislik parametreleri (zemin hakim

periyodu, zemin büyütmesi, vb.)’dir.

Bir jeolojik yapıda sismik dalga yayınımı bu yapının özelliklerine bağlıdır. Bunlar tabakaların geometrisi, Vp,

Vs hızları, yoğunluk ve soğurma özellikleridir. Ayrıca Vs30 ülkemizde ve birçok ülke depreme dayanıklı yapı

standartlarında (Uniform Building Code (UBC), NEHRP, Eurocode 8 (EC8)) dinamik zemin davranışını

değerlendirilmesinde elde edilmesi gereken önemli bir parametre olarak kullanılmaktadır (Tüzel, 2009).

Çalışma bölgesi olarak seçilen Eskişehir ili, ülkemizin yüksek oranda endüstrileşen ve kentleşen illerinden

biridir. Yaklaşık nüfusu 700.000 olan ildeki kentleşmenin Eskişehir ovası olarak tanımlanan bölgede

yapılaşmanın yeni alüvyon birimi üzerinde yoğunlaşması nedeniyle doğal afet kaynaklı bazı risklerin

oluşabileceği, bölgede daha önceden yapılan çalışmalardan bilinmektedir. Bu bulgular ve değerlendirmeler göz

önünde bulundurularak yapılan çalışmanın amacı, Eskişehir kent merkezinde seçilen alan içerisinde bulunan

sismik kırılma ve sondaj verileri yardımıyla Vs30 değişimi belirlemektir. Ayrıca yapılaşmanın en yoğun olduğu

alanların başında gelen Köprübaşı mevki ve çevresini içine alan bir bölge için zemin büyütmesi ve zeminin

elastik parametrelerinin değişimi ortaya çıkarılmasıdır.

1.1. Çalışma Alanı

Eskişehir yerleşim yerinin Kuzey Anadolu Fayı’na (KAF) olan uzaklığı yaklaşık olarak 80km’dir. KAF’nın

Yenice ve Gönen’den geçen ve Bursa, Manyas ve Ulubat hattını izleyen kolu güney doğuya dönerek İnönü-

Çukurhisar’dan geçmekte ve Eskişehir Fay Zonu olarak adlandırılmaktadır (Şaroğlu vd., 1992)

Eskişehir kent merkezi, Eski ve Yeni Alüvyal Birim ile örtülüdür. Eskişehir bölgesinin gevşek sedimanter

birimlerini oluşturan birimler, Porsuk ve Sarusu nehirlerinin depoladığı genellikle taşkın malzemeleri olarak

tanımlanmaktadır. Genel olarak bakıldığında Yeraltısuyu seviyesi 5 ve 10 m derinliklerinde seyretmektedir.

Eskişehir ve çevresinde yaşlıdan gence Karkın, Mamuca, Porsuk, Ilıca ve Akçay formasyonları bulunmaktadır.

(Tokay ve Altunel, 2001). Şehir, genellikle eski alüvyon olarak adlandırılan Pleyistosen yaşlı Akçay

formasyonun ve onun üzerindeki güncel yeni Alüvyon biriminin üzerinde kurulmuştur. Daha alt seviyelerde,

Orta Miyosen çökellerinin bulunduğu birimler bulunmaktadır. Akçay Formasyonu, zayıf konsolide olmuş kil,

silt ve çakıl seviyelerinden oluşurken, yeni alüvyon birimi Sarısu ve Porsuk nehirleri tarafından taşınıp

depolanmış sedimanlardan oluşmaktadır (Şekil 1).



Şekil 1. Çalışma Alanı ve Eskişehir Kent Merkezinin Jeolojisi (Orhan, 2005 ve MTA jeoloji haritalarından düzenlenmiştir)

2. Sismik Kırılma Yöntemi

Sismik kırılma yöntemi yeryüzünde veya çok sığ derinliklerde meydana getirilen sismik dalgaların yeraltında

kırılarak yayıldıktan sonra yüzeydeki jeofonlara ulaşıncaya kadar geçen süreden yararlanarak yeraltındaki

jeolojik yapıyı belirlememizi sağlar. Kısacası, dalganın yer içerisindeki seyahat zamanı ölçülmüş olur (Şekil 4).



Şekil 2. Sismik kırılma deney düzeneği (Redpath, 1973)

Sismik kırılma yönteminde, bir sismik kaynaktan yayılan sismik dalgaların alıcılara ulaşması için geçen zaman,

jeofonların kaynaktan olan uzaklıklarının bir fonksiyonu olarak çizilir. Bu zaman-uzaklık grafiklerinin

değerlendirilmesinden sığ yer altı yapısı hakkında bilgiler elde edilir (Şimşek, 2002).

Sismik kırılma yönteminde 48 kanallı ve 5 atışlı serim düzeni kullanılmıştır. Sismik kırılma yöntemi

uygulanırken verileri kayıt etmemizi sağlayan sismik kayıtçılar (sismograf) kullanılmaktadır. Ayrıca bu verilerin

arazide görmemize olanak tanıyan dizüstü bilgisayarlar ve bunların dışında sismik ekipmanların bağlantılarını

sağlayan arayüz kabloları bulunmaktadır. Ayrıca sismik patlatmanın yapılacağı sırada sismik kayıtçı ile eş

zamanlı olacak şekilde kaydın alınmasını sağlayan trigger (tetikleme) kablosu ekipmanın önemli elemanlarındır.

Çalışmalarda 48 kanallı sismik kayıt ekipmanları kullanılmıştır. Sismik kırılma yöntemi uygulanırken P-Gun ve

S-Gun sismik enerji kaynağı kullanılmıştır (Ecevitoğlu and Aldaş, 2011). İşlem, daha önceden belirlenen

noktalarda gerçekleştirilmiş ve belirlenen alan sınırları içindeki S dalga hız profili mümkün olduğunca derinden

belirlenmiştir (Ecevitoğlu, 2002).

3. VERİLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ

Çalışma kapsamında, 23 farklı lokasyonunda sismik kırılma ve 87 adet zemin sondajı verisinden yararlanılmıştır.

Elde edilen veriler yardımıyla Vs30 haritası çıkarılmıştır (Şekil 3), ayrıca seçilen özel alan için zemin büyütmesi

ve zeminin elastik özellikleri belirlenmiştir. Son olarak bu parametreler, CBS teknikleri kullanılarak

haritalanmıştır (Şekil 4, Şekil 5 ve Şekil 6).



Şekil 3. Eskişehir Kent Merkezi Vs30 Değişimi Haritası

Depremler sırasında zemin koşullarının yer hareketleri üzerindeki etkisini inceleyebilmek için zeminlerin

dinamik elastik özelliklerinin bilinmesi gerekir. Zeminlerin elastik parametreleri (poisson oranı, elastisite

modülü, kayma modülü ve bulk modülü) sismik hızlar yardımıyla hesaplanmış ve alansal değişimleri

haritalanmıştır. Bu sayede zemin durumu, zemin sıkılığı ve suya dolgunluk vb. gibi zemin özellikleri hakkında

bilgi sahibi olunmuştur. Oluşturulan haritalarda, alüvyon birimi üzerinde zemin durumu gevşek ve zemin sıkılığı

düşük, kuzey ve güneye doğru yani kayalık birimlere yaklaşırken zemin durumunun sağlam olduğu ve zemin

sıkılığınında yükseldiği görülmektedir. Ayrıca Porsuk çayı boyunca, zemin sıkılığının düşük olduğu göze

çarpmaktadır. Haritalar, Kriging yöntemi kullanılarak oluşturulmuştur (Şekil 4 ve Şekil 5).

Poisson oranı, yumuşak ve suya doygun zeminlerde yüksek, sert zeminlerde ise düşük değer aldığından dolayı,

alüvyon biriminin olduğu yerlerde bu oranın yüksek olduğu, kayalık birimlere doğru ise oranın azaldığı

haritalarda görülmektedir (Şekil 5). Poisson oranı, sismik dalda hızlarının oranına bağlıdır, bu oran artıkça

poisson oranıda artar. Bu sebeple hız oranı haritaları Poisson oranı haritalarıyla benzerlik göstermektedir (Şekil 4

ve Şekil 5)

Zeminin sağlamlığını ve katılığını gösteren elastisite modülü, S ve P sismik dalga hızlarına bağlı olduğundan bu

hız değerlerinin yüksek olduğu yerlerde elastisite modülü değerleri de büyük çıkmaktadır (Şekil 5). Zeminlerin

sıkışmaya karşı direncini gösteren kayma modülü ise sismik hızların düşük ve yumuşak zeminlerde küçük

değerler alırken, sismik hızların yüksek ve kayalık zeminler büyük değerler almaktadır (Şekil 4 Şekil 5).

Zeminlerin kaymaya karşı gösterdiği direncin ölçüsü olan Bulk modülü sert ve sıkı zeminlerde yüksek değerlere

ulaşmaktadır (Şekil 5).



Şekil 4. Kent Merkezi Vs30 değişimi haritası

Şekil 5. Eskişehir Kent Merkezi 1. Tabaka için elastik parametrelerin değişimi haritası



Şekil 6. Eskişehir Kent Merkezi Büyütme Değerleri haritası

3. SONUÇLAR VE ÖNERİLER

Eskişehir kent merkezi zemini gibi karmaşık jeolojik yapıların çözümünde, yeraltının ayrıntılı bir şekilde

çözümlenebilmesi için sismik kırılma yönteminde çoklu atış sisteminin kullanılması yararlı sonuçlar ortaya

çıkartmıştır.

Çalışmalara ait sayısal verilerle, CBS’den yararlanılarak sismik hız ve zeminin dinamik ve elastik

parametrelerinin haritaları oluşturulmuştur. Haritalara bakıldığında, özellikle genç alüvyonun olduğu kesimlerde

düşük hız değerlerinin yer aldığı ve bu nedenle buralarda gevşek yapıda malzemelerin hakim olduğu

görülmüştür. Ayrıca kayma dalgası hızının bu bölgelerde düşük hızlı olması, bölgede yumuşak zeminin varlığını

işaret etmektedir. Eski alüvyonun içinde kalan alanlarda ve topoğrafik olarak yüksekliğin arttığı bölgelerde ise

sismik hız değerlerinin arttığı gözlemlenmiştir.

Çalışma alanında ise shear modüllerinin 563-2013kg/cm2, kayma dalga hızlarının 360 m/s den daha düsük elde

edildiği seviyelerde, deformasyon oluşmuş zemine yakın değerler olduğu görülmektedir. Buradan hareketle

zeminde statik veya dinamik kuvvetler etkisi altında yenilmeler olabileceği göz önünde bulundurulmalıdır. Bu

çalışmada genel olarak Vp/Vs değerinin 4 ten büyük, Kayma dalga hızlarının 360 m/s den düşük elde edilen

alanlarda, zemin yenilme riski olabileceği açıkça görülmektedir. Vp/Vs değerinin 2.80 den büyük ve kayma

dalga hızların 350m/s den daha düşük değerlerde zemin yenilme riski ayrıntılı irdelenmelidir. Sonuç olarak

zemin yenilme riskinin irdelenmesinde Vp/Vs oranlarının, Vs kayma dalga hızlarının, Shear modülü ve young

(Elastisite) modülü değerlerinin dikkate alınarak birlikte değerlendirilmesi gerektiğidir. Sonuç olarak zeminin

fiziksel özelliklerini ve mekanik özelliklerini belirlemek amacı ile sismik uygulamalarla elde edilen sismik

elastik parametre değerlerin tümü birlikte değerlendirilerek zemin hakkında değerlendirmeler yapılmalıdır.

Büyütme haritalasın görüldüğü üzere, kent merkezinin Köprübaşı ve Çamlıca bölgelerinde yüksek oranda

büyütme gözlemlenmektedir. Bu bölgeler, Arifiye, İstiklal, Deliklitaş ve Çamlıca mahallelerin tamamı ile

Vişnelik, Akarbaşı ve Kırmızıtoprak mahallelerinin bir kısmını kapsamaktadır. Bu mahalleler, Eskişehir de

yapılaşmanın ve yüksek katlı binaların en yoğun olduğu yerlerdir.



KAYNAKLAR

Ecevitoğlu, B., (2002). Sığ Sismik Yöntemler ve Uygulamaları: TMMOB Jeofizik Mühendisleri Odası

Yayınları, Ankara, Meslekiçi Eğitim Seminerleri, 11s.

Ecevitoğlu, G. B., Aldaş, G. U., (2011). S-GUN: S-Dalgası Üreten Sismik Enerji Kaynağı,Türk Patent Enstitüsü,

Ankara, Patent No 2007/05763.

Orhan, A. (2005). Eskişehir İl Merkezi Güney Bölümü Temel Zemin Birimlerinin Jeo-Mühendislik Özellikleri

ve Coğrafi Bilgi Sisteminin Uygulanması, Doktora Tezi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Fen Bilimleri

Enstitüsü, Eskişehir.

Redpath, B.B. (1973). Seismic refraction exploration for engineering site investigations, Technical Report E-73-

4, U.S. Army Corps of Engineers Wterways Experiment Station, Explosive Excavation Research Laboratory,

Livermore, California, 55.

Saroglu, F., Emre, Ö. ve Kusçu, ., 1992. Türkiye Diri Fay Haritası. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlügü,

Jeoloji Etütleri Dairesi.

Tokay, F. ve Altunel, E., 2001. Eskişehir fay zonunun İnönü-Dodurga çevresinde neotektonik özellikleri.

ATAG-5 Toplantısı. 15-16 Kasım 2001, Ankara.

Tün, M., Avdan, U. ve Güney, Y. (2010). Kentsel Mikrobölgeleme Çalışmalarında Coğrafi Bilgi Sistemi

Tekniklerinden Yararlanılması, III. Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Sempozyumu, Kocaeli.

Documents

ESKİŞEHİR ZEMİN MÜHENDİSLİK ÖZELLİKLERİ ... · özellikleri coğrafi bilgi teknolojileri kullanarak ... Depremler sırasında zemin koullarının yer hareketleri üzerindeki