KOCAEU DEPREM!

17 Ağustos 1999 Kocaeli Depreminde Meydana Gelen YerHareketi ile İl~liÖn Değerlendirme

Prof. Dr. Mustafa Erdik(*)

Y.Doç.Or. Eser Durukal(*)

Giriş

Depremierde meydana gelen yer hareketlerini, en genelanlamda faylanma mekanizması, yayılma şekli, direktivite

özellikleri, fay hattına yakınlık, deprem dalgası yayılmahattının jeolojik ve topografik özellikleri ve yerel zeminkoşullan belirler. Faylanma mekanizmasının ana unsurları, fayunsurları fay düzlerni üzerinde meydana gelen kayma deplas-manlarının zaman ve mekan boyutundaki dağılırnlarıdır.

J 7 A~L15tos1999 tarihli Kocaeli Depreminde meydanagelen yer hareketlerinin en büyük belirleyicileri fay hattınayakınlık, yırtılma mekanizması, yerel jeoloji ve topoğrafya(basen etkileri) ile yerel zemin koşulları olmuştur.

Bu yazıda Kocaeli depreminde oluşan yer hareketlerininbir ön değerlendirilmesi yapılacaktır. Mühendislik camiası içinsunduğumuz bu ön değerlendirmede esas olarak yazarlarınbirçok konferansta kullanmış ·oldukları tepegöz saydamlarıdeğerlendirilmiş ve gerekli durumlarda referans olarak sadecearaştırıcıların isimleri ile yetinilmiştir.

Tektonik Yapı ve Depremde Gözlenen FayYırtılması

Gerek arazi gözlemlerinde ve gerekse depremle ilgiliolarak yayınlanan fay düzlerni çözümlerinden anlaşıldığı gibiKocaeli depreminin faylanma mekanizması sağ yanal atımşeklinde olmuştur. Kuzey Anadolu Fay Zonu'rıun MarmaraBölgesindeki yapısı ve depremde gözlenen fay yırtılmatarı(lPGP İnternet Sitesi) ile depremden sonraki artçı depremaktivitesi (KOERl!nternet Sitesi) Şekil 1'de görülebilir. Kocaelidepremi sırasında oluşan yırtılmanın toplam boyu 120 kmelvanndadır. Ancak yırtılma tek bir fay düzlemi boyunca mey-dana gelmemiş, deprem sırasında dört adet fay parçası (seg-ment) yırtılmışbr (17 A~ustos 1999 okları arasında yeşil ren-kle gösterilen parçalar). Yırtılmalar üzerinde gözlenen sagyanal atımlar her bir segment için 1.5 m ile 5 m arasındadeğişmektedir. Aynca faylanmaya bağlı karmaşık tektanıkyapılar (çek-ayır yapılan gibi) nedeni ile de~işik konumlarda 2m'ye varan düşey atımlar da oluşmuştur.

Deprem sonrası artçı deprem etkinlikleri kırmızı noktalar-La gösterilmiştir. Görüleceği gibi artçı deprem etkinliğininyogunlaştı~ı bölgeler Kocaeli Depreminde yırtılan fay seg-mentlerinin uç noktaları ile çakışmaktadır. Yırtılmanın dört

cıyrısegmentte meydana gelmesi deprem enerjisinin boşalmasüresini uzatmış ve yer titreşim hareketlerinin düzeylerinisınırlamıştır. Depremde meydana gelen fay alımları faykırığına yakın (200 m civarı) bölgelerde kalıcı deplasman (yerdeğiştirme) sahaları yaratmış ve bu sahalarda yer alan özellik-le uzun ve büyük (köprü, liman ve fabrika binası gibi)yapılardayıkım ve hasara yol açmıştır. Bu tip hasarların yer titreşimikaynaklı hasarlardan farklı olarak incelenmesi vedeğerlerıdınlmest gereklidir.

Deprem Kaynak Parametreleri ve Yırtılma Özel-likleri

17 Ağustos 1999 Kocaeli depreminin kaynak parame-treleri aşağıda verilmektedir:

Merkezüstü koordırvatları» 40.702N, 29.987E(USGS)j

Derinlik= 17km (USGS);

Ms=7.8 (USGS), yüzey dalgası büyüklügü;

Mb"",6.3 (()Sf]S), cisim dalgası büyüklügü;

Md=6.7(Kandl//i), süreye göre büyükILik;

Mw= 7.4 (USGS, Kandil/i), moment büyüklü!1ü;

Açıga çıkan enerji= 8.4+1.2*10**15Nm (USGS)

Şekil 4'de sunulan fay kayma deplasmanlan dağılımımodel araştırmasına (Kikuchive KOERI) göre Kocaeli depre-minde birbirini takip eden beş adet farklı alım (deprem) mey-dana gelmiştir. Bu modele göre ve deprem mühendisliğiaçısından Kocaeli depreminin bir tek Ms",,7.8 büyüklüğündekideprem yerine beş adet, büyüklüğü ortalama 7.0Ms civarındaolan deprem şeklinde yorumlanması mümkündür. Bu modeledayanılarak, deprem sonrasında arazide gözlenen büyük(toplam) atımlar, her bir segmentte deprem sırasında meydanagelen göreceli olarak daha küçük zati atımlann birbirinin üze-rine sürperpozlyonu olarak yorumlanabilir. Daha sonrabahsedileceği gibi, bu yorum depremde oluşan yer titreşimhareketlerinin genliğini de açıklamaktadır.

Depremin Şiddeti

Kocaeli depreminde gözlenen şiddet daqnnlan (ısoseistveya eşşiddet) haritası Şekil 3'te sunulmuştur (Coburn-RMS).Depremde oluşan en büyük şiddet EMS 1992 (European

t) Boğaziçi Üniversitesi KandU/i Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü Deprem Mühendisliği Anabilim Dalı

_ 16 TÜRKIYE MÜHENDisLIK HABERLERI 403 - 1999.5

KOCAELİ DEPREMI

lurı.,. 9'!Y8ıvı.7 Mlilllavyk- kıkutJı.ı""g~yo VlWlti,.1'

elli- ını .

•. II2Iaı .•.. b.u?i.,.

fIIıaınıeTrt-reI ••. _~ o.lCJqJ .ı..lb

~-~====•- _______ A$.__

Şekil -1 Marmara BölgesininTektonik Yapısı,

Kocaeli Depreminde GözlenenFay Yırtılması ve Artçışokların Dağılımı

(IPGP ve KOERl Internet Siteleri)

Şekil -2 Kocaeli Depremi Kaynak-ZamanFonksiyonu ve Enerji Boşalim

Modeli (Kikuchi ve KOERI)

: "~ ........' # • ~ • _. ~. il '0::. ,.'. .. _,_':.:~ _. . . J«- ':;,.ot ••.

KoceırDepremi~ Kajdedel1- KUwetii Y·e'r"liaıek8.ir tstısyonlari .~"'"T'" -__ • ..~ ••. _,~ _ ..•.•••••..• ' ",-

TÜRKIYE MÜHENDIsLIK HABERLERI 403 - 1999.5 17

KOCAELİ DEPREM!

- •... t>T.

"'t - T.•......•.----_...- _.

.. ~ .~~!/)~~.

OC , .-

J ~ i .'J "- 1"".'· ~r~"L· . ~V~., .

Şekil· 5 Istanbul'daki Kuwetli Yer Hareketi Kayıt Istasyon ve Şebekeleri

- 18TÜRKIYE MÜHENDISLIK HABERLERI 403 -1999.5

KOCAEU DEPREMI

Faya DikYondekiDeplasman

;ISTASYON

Faya ParalelYondekiDeplasman

FAY

•••••••ISTASYON

Zaman

1 ~ 1 ~ tsv•• ••SH

SV DALGALARıICIN VA VILlM

+SEKLISH DALGALARıICIN YA Y/LlMSEKLI

FAY

FA Y YIRTILMAYONU

EPISANTRŞekil -7 Faya Dik ve Paralel Do~rultularda Beklenen Yer Deplasmanlan

TÜRKIYE MÜHENDISLIK HABERLERI 403 - 1999.5 19

KOCAEU DEPREMI .1I.H •••• -=__ _ ..II:l. LI!

17.8.1999 OEJ'REMI YPT ISTASYONU KA '1'01 - YER HIZI

17.8-1lJll1DEPREMI WT ISTAVONU MIE KAYlnARl

Şekil -8 Kocaeli Depremi YPTYer Hareketi Kaydı (Ivme ve Hız)

Macroseismic Scale} ölçeğine göre x derecesini bulmaktadır.Aynı şekilde alt bölümünde, üst bölümle benzer ölçekte olmaküzere, Kuzey Anadolu Fay Hattında meydana gelmiş deprem-Ierin eşşiddet haritalarından elde edilmiş (Erdik)beklenen orta-lama eşşıddat haritaları degişik Ms aletsel büyüklükleri içinsunulmuştur. Görüleblleceği gibi Kocaeli depreminin eşşıddatha-ritası uzun doğrultııda Ms=7.5 büyüklügünde bir depremiçin beklenen eşşiddet haritasına benzemekte, ancak kısadoğrultuda gözlenen şiddetin fay uzaklığı ile delişimi Ms=6.5büyüklügü için beklenen değişimle uyum sağlamaktadır. Bugözlem Kocaeli depreminin toplam fay yırtılması açısındanMs« 7.5 büyüklüğünde bir deprem gibi davrandığını, ancaktitreşim yer hareketindeki azalım açısından yanyana yeralmışdört veya beş adet Ms=6.5 büyüklüğünde bir depremler serisişeklinde yorumlanabileceğlni ortaya koymaktadır.

Türkiye için şiddet ölçegi değerlerinın değişik hasarseviyelerınde bina hasar yüzdeleri ile ilişkisini gösterenhasargörebiliriik eğrilerine göre, IX ve X şiddetlerinden çokkatlı çerçeve tipi betorıarrne yapılann sırasıyla %65'j ve%Sü'si tamir edilemeyecek seviyelerde hasar görmektedir.Betonarrne bina hasarı ile ilgili olarak Kocaeli depremindeelde edilen veriler bu oranları doqrularrıaktedır.

Depremde Kaydedilen Kuvvetli Yer Hareketleri

Kocaeli depremi ve sonrasında oluşan artçı şoklar bölgede.

••• 20

11.8 _ 0EI'ReI1 YPJ Isri\Sl"ONıJ MYOl . LER OEPLMLLWII

.*~i'.... O - ,

g , --

İ.~a o •. i.!. -410 .• ;xl 10 .•• 50 ıçı

!~:j45 t· ....,-- - -- i ~ -r----- --~ ~ ~ ~ ~ ~ m

.~! • J---

! . t : •i:~-i) Lo- a :ii <tO , •••••

11.lUI!I9 ~YPT ISTASVONUIIDA GDZLI!NEHLJC.IIOYUfi1J ı:ı:.M HIıREXEf VORUHGESl

tumııı , .' ~D. _ro.... __..--~_.-

: -:~~X.50 -f

O~SO .,.;..

·100

.l!oD

.:200 .;.ı,

111LL

Şekil ·9 Kocaeli DepremiYPT Kuwetli Yer Hareketi Deplasmanı ve

Hareket Yörüngesi

bulunan kuvvetli yer hareketi istasyonlarınca kaydedilmiştir.Kuwetli yer hareketi sayısal değerleri Boqaziçl Üniversitesi veAfet Işleri Genel Müdürlügü 1nternet sitelerinden eldeedilebilir. ızmit körfezi çevresinde Boğaziçt Üniversitesi, AfetIşleri Genel Müdürlüğü ve Istanbul Teknik Üniversitesitarafından kuwetli yer hareketi ölçümleri yapılmaktadır. Buistasyonlar Şekil 4'te gösterilmiştir. Şekil S'te İstanbul'dakikuvvetli yer hareketi ıstasyonlan ile Ayasofya Müzesi.Süleymaniye Camii ve Birinci Boğaz Köprüsü'nde bulunankuwetli yer hareketi kayıt sisteminin konumları sunmaktadır.Şekil 6 'da Kocaeli depreminde kuwetli yer hareketi istasyon-larında kaydedilen en büyük ivmeler yer çekimi ivmes\ cinsin-den verilmektedir. Ülkemizde kuwetli yer hareketi kayıt ciha-zlanrun çok az sayıda olması nedeni ile istenilen yoğunlukta birölçüm fırsatı ne yazık ki kaybedilmiştir. Benzer büyüklüktekidepremler Koliforniya, Japonya ve Tayvan'da yüzlerce is-tasyonda kaydedilirken, bizde bu sayı on Civarındadır.Kuwetliyer hareketi çok kısa mesafelerde (lüOm civarı) değişikliklereuğrayabildiği için yer hareketi modellemelerinde sık bir kayıtçışebekesinin çok büyük önemi vardır.

Deprem sonrası oluşan artçı deprem aktivitesinden kay-naklanan kuvvetli yer hareketinin izlenmesi amacıyla KOERIve USGS tarafından Istanbul (Avcılar), ızmit ve Adapazarıolmak üzere üç bölgede 36 adet artçı şok kayıt istasyonu

TÜRKIYE MÜHENDISLIK HABERLERI 403 - 1999.5

KOCAELI DEPREMl

ELASTo.PLASTIK DAVRANıs ŞPEKTRUMJ17.8.1999 DEPREMI YPT ISTASYONU KUZEY-GUNEY KAYDI

1 ra: . : . : i : i

1~_~lL l..~ i ~ .__~L_. j._. l ~ L_.~~.~__, i i i 1 • , i •i i i t 1 i i •

: ::::: Duktifite, Orani:• I. i ..-. J•• - .•.•••._----, ..- -- ----- r------ ---r".- .... -_.,.----- ---.,-- --- ....-.. . ...i i J • •: :::: -J.1.ı.ot ""

J r ••• ~.~ .~, ~ •• ~ ~ _

i : -J.l.=2.0,•.. -------r------ ...--:---------4 ..-------- -- J..L= 3.0· . .· . ., . ......... ~ o:' ~__ ... _.. _ J1 = 4.0

i·: -J.L= 51)·-----~---·---_·~··--·---;---------t ..-~~.-~rr.-~.•~~~--------

i , i tıi i i •

i i 4i i

0.5 --

-------~..~_._~-_!_--------~-------· . .· .· .• •· ,_ .••...... ~--~--------~--------O.

O 1 2 3 4 Periyod (s) 5

ELA5fo-PLASTIK DAVRANıs SPEKTRUMU17.8.1999 DEPREMI YPT ISTASYONU DOGU-BAT1 KAYDI

1 .,Duktiflte Orari

-).1.= 1.0

,i ,•• --J~---- .j ~ __ ~ ~ ••• J •• _

• i, ,i ,, ,. .. . , ,·-i········-1-·-·--··-r-----~--·.--------~·--------

-JL=2.0

-,ı,=3.0

-- IL- 410

0.5 .- .4.--------4- ~ ..... ~_. J ~ ~--------

i•·• , , •. ı t ,--7------r~_~-- .... ---~.-------~--------.~-------.-.-- ; _• • f • ,I • •• • , • i • i· . . . , . .• • i. ,

-~-5.0

- .•--- •.•..._-•••• i • • i i-)-·-------~--------J---··----~··--·----~----·-·-·r-·--- ..-.• '.... i

• I.~ • i i'-~_w_--;:---.-,•..•.-~ , ...• ,. •.• ~...•-------~-------_ ...t" ••

~. '-~o o 1 :2 3 4 Periyod (s) 5

Şekil -10 YPT Istasyonu KuvvetliYer Hareketi Kaydı Davranış Spektrumları

TÜRKIYE MÜHENDISLIK HABERLERI 403 - 19995 21

KOCAEU DEPREMI

kurulmuştur. Is-tasyon yerleri gerek zemin koşullarının vegerekse basen yapılanııın yer hareketi üzerindeki etkisikonusunda veri sağlayabilecek şekilde seçilmiştir.

Fay Yakınındaki Kuvvetli Yer Hareketleri

Fay hattına yakın bölgelerde (yaklaşık 5 km içerisinde)meydana gelen en büyük yer ivmelerinin fay hattında oluşangerilme düşüşünün bir fonksiyonu old.uguve depremin aletselbüyüklÜ!1ü ile ilişkisinin çok az olduğu vurgulanmalıdır.Nitekim, 7 Eylül 1999 tarihinde meydana gelen 5.8 Mb alet-sel büyüklüğündeki Atina depreminde oluşan en büyük yerivmeleri Kocaeli depreminde gözlenenlerle benzer düzeydedir.Benzer şekilde 13 Eylül 1999 tarihinde meydana gelenMw=5.9 (USGS) büyüklüğündeki artçı şok Sırasındakaydedilen ivmeler de ana şokta kaydedilen ivme seviyelerineçok yakındır.

Yayılmanın şekli yırtılmamn tipine bağlı olarak faya dik vefaya paralel yönlerdeki hareketin farklıtaşması. direktivite isedeprem sırasında oluşan yırtılmanın yönü ile ilgilidir. Yanalatımlı faylanmalarda faya dik yer hareketleri faya paralel olan-lardan daha büyüktür. Yırtılma yönü doğrultusunda yer alankonumlardaki deprem yer hareketleri ise özellikle fay hattınayakın bölgelerde', yırtılma doğrultusunun gerisinde yer alanlar-dan daha büyük olmaktadır. Şekil 7'de şematik olarak fayhattına dik ve paralel doğrultularda. gerek yayılım şekli vegerekse direktivite (yönlenme) etkisi altında beklenen deplas-man şekilleri (P. Somerville) sunulmuştur. Görüleceği gibi fayadik doğrultudaki deplasrnarıların büyük bir dinamik özeııi~i,

.- 17 8.1_oePREMI SAl<ARvA: ISTASYONU KAYDIDOQl/-eATI DOQRUl.TUSUI\IOA. YER HIZI

....

Şekil -11 Kocaeli Depremi Sakarya KaydıDoğu-Batı Bileşeni

faya paralel doğrultuda olanların ise kalıcı (statik)yapısı bulun-maktadır.

Yanrnca-Petkirn (YPT) istasyonu ve Sakarya istasyonuKocaeli depremi merkezüstüne ve yüzey kınklanna olanyakınlıklarından dolayı', fay yakınındaki yer hareketlerinin bi-linmesi açısından özel bir öneme sahip istasyonlardır. Kocelideplasman şekilleri ile üç boyutlu zemin hareket yörüngesiŞekil 8 ve 9'da sunulmaktadır. YPT istasyonundaki kuwetliyer hareketi kaydından ele edilen davranış spektrumu (N.Aydınoğlu) %5 sönürn oranı ve degişik düktiliteoranları içinŞekil lO'da sunulmuştur. Dikkat edilecek olursa 4 ve 6 katlıbetonarme binalara tekabül eden periyodlarda (0.4-o.5scivarı) 3 mertebesindeki bir düktilite oranı yaklaşık 0.39seviyesinde yatay ivrneye tekabül etmektedir. Binalarınçogunun 0.1 civarında yatay yük katsayılarına (ivme/g) göreprojelendirildigi düşünüliirse binaların maruz kaldıkları zorla-malar anlaşılabilir.

Sakarya istasyonu ana şok kaydının doğu-batı doqrul-tusundaki bileşeni ders kitaplarına girebilecek nitelikte yakınfay hız ve deplasmanlan göstermektedir. Bu istasyonun ivme,hız ve deplasmanları Şekil 11' de sunulmuştur.

Yarırnca ve Sakarya istasyonu deplasmanlarıincelendiğinde Sakarya istasyonunda doğuya doğru 180cm&rsquo'lik, Yarımca istasyonunda ise aynı yöne doğru 60cm&rsquo'lik kalıcı deplasmanlar oluştuğu görülmektedir. Bunoktalarda kaydedilen hareketler absolut degerlerdir. Budurum istasyon koordinatlarının, deprem öncesine göredoquya doğru degişiklik gösterdigini Işaret etmektedir.Bölgedeki GPS çalışmalarının sonuçları bu konuda kesin bilgisaglayacaktır. Arazideki kalıcı deforrnasyonlarla ilgili olarakDelft Teknoloji Üniversitesi tarafından verilen radar interfero-gram i sonuçları yukarıdaki değerlerle parelellık göstermektedir(http.www .deos.tudelft.nı).

Zemin Büyütmesi ve Basen Etkileri

Kocaeli depreminde özellikle Istanbul Avcılar'da oluşanhasarın önemli nedenlerinden birinin zemin büyütmesi olduğuanlaşılmaktadır. Ambarlı ve İstanbul'un Ataköy ve Fatih semt-lerinde ölçülen kuwetli yer hareketlerinin qörecelı olarakbüyüklüğü, buralarda da zemin koşullarının yer hareketini et-kilediğimgöstermektedir. Bu bölgelere kurulmuş bulunan artçıdeprem kayıt şebekeleri vasıtası ile zemin etkilerinin nice-lendirilmesi mümkün olacaktır.

Şekil 12'de sunulan ve Adapazan'nda bir artçı şoksırasında elde edilmiş kayıtların karşılaştırılması basen etkilerikonusunda da fikir vermektedir. Basen içinde sıkışan sismikenerji zemin üstünde yüzey dalgaları olarak ortaya çıkmakta vetitreşim etkisini enerji sönümlenene kadar devam ettirrnekte-dir. Şeklin üst kısmındaki kaydın sonlarında her üç eksende de'görülebilen alçak frekanslı hareketler ve kaydın alttakine göreuzunluğu bu etkilerin ifadesidir.

_ 22 TÜRKIYE MÜHENDISLIK HABERLERI 403 - 1999.5

KOCAELI DEPREM!

240

200

'1eo12.0

80.••0

O

-O-ao

-1:ı0-j eo-200-2"'0

O

240

200

1eo'120eo•••0o

-...0-450

-120

-1~-200

-Z4OO

.~.~i.• . .• . .. ..),

- t _. -• ~ ••.•• 'O •••••• ~ •••••••

•.•.•.••..•••. a r ..

:~~~~~~::j~~~~..... _ J .

i.._...~.. -. i· ---............... i'" .... -..... - i"" ............. ·-1" ..• - - ................. i" .

......... r .. - ı : ..!. _. _.... ,... .

::::.:::::::::::::r:::~::::[:::::::::i: :: : :~::J::::::::~:::::::::- ol" ~ - •••••••••••••• : •••••••••••••.•• tf ~ ~ ,. .

. .. . . . .. ':' .. . or .. _ po ••• "1" . - - •. -t- ••• - .•• ' •.•.••••.••

: .... ';':;

....... : : r ~... : : ~: : t : : :: : ~:: :~: : : : .... '1' ... : : : : : :r. : :: : : : : :i::::::::ı: ~:~.:::.::

.....• ·:f·:::.: :::r::::::J::: :::J::::::::r:::::::F::::::r::::::: r: :::.::.·••ı~~~.~,;,··,:;l· ·· .. ·· ..r· .....:.. , -1- ,.0 ••. i········ ..j···· .,. r ..··..··

.:",...., tt; ••• .• • .•. •• •.t···· ..··t- i" .t .. ~,. · •.·ı··· ..· ..·· ..~·- -·..···1······ ..· ..:::::::: :t:: .. :i .i..:.::::i ".. :.:. J :..' ...' t t··· .-..ı

il' ; i ; i i••.••.• 0':' . • • 1:" •.. . 0:_.... . 1'"' .. . .•.••• !- " . . .• :'" :.

...:ı

.. - ot .. -. : .; ~ : .: :.: : : L::::::::L::::.::::~::::::.: ::::::::: r- o °

10 15 ~O .26 30

TInıe(.ec. )a5 40 45

Şekil ·12 Adapazarı Artçı DepremKayıt Şebekesinden

TÜRKIYE MÜHENDiSLIK HABERLERI 403 • 1999.5 23