Deprem ve Diğer Doğal Afet Tehlikelerinin Belirlenme Esasları: Jeoloji/Mühendislik Arakesiti

Prof. Dr. Polat GÜLKAN, ODTÜ Deprem Mühendisliği Araştırma Merkezi, İnşaat Mühendisliği Bölümü

Özet: Önem arz eden tesislerin depreme karşı güvenle hesaplanabilmesi için inşaat mühendisinin yer bilimleri uzmanından malumat temin etmesi ve tasarımda bu hususları yansıtması lazımdır. Bu yazıda gerekli olan bu işbirliğinin genel bir çevresi çizilmektedir.

Determination Principles of Earthquake and Other Natural Disaster Hazards: Geology/Engineering Intersection
Abstract: In order for the important facilities to be calculated safely against earthquakes, the civil engineer should obtain information from the earth sciences expert and reflect these issues in the design. This paper outlines a general framework for this necessary collaboration.

1. Deprem Tehlikesinin Belirlenmesi
Deprem tehlikesinin belirlenmesinde cevaplamak zorunda olduğumuz sualler Nerede?, Ne Zaman? ve Hangi Şiddette? başlıklarını taşır. Bu soruların cevabını araştırmamız sırasında, ilgimizin konusunu teşkil eden mahalde meydana gelebilecek azami depremin ne büyüklükte olacağının, meydana gelecek fay kırılmasının hangi boya sahip olacağının veya yer hareketi şiddetinin belirli bir değeri aşmasının ne kadar muhtemel olduğunun bilinmesi gerekecektir. Dizayna esas teşkil eden deprem hareketinin tayini netice itibarıyla aktif fayların karakterize edilmesini şart koşar. Jeolojik veritabanından beklenen cevaplar bazı ana başlıklar halinde toplanabilir. Bunlar şematik haliyle Şekil 1’de gösterilmektedir.

Bu kısımda aşağıdaki şeklin ne manaya geldiği anlatılacaktır. Hatırlanması gereken gerçek, yer bilimleri ile ilgili bütün tahminlerin belirli yorum ve teoriyle yoğrulmuş tecrübelere dayandığıdır. İşin tabiatı icabı her zaman için yanılma ile karşılaşılması kaçınılmaz bir husustur.

Şekil 1. Jeolojik Veriler ile Deprem Tehlikesinin Belirlenmesi Arasındaki İlişkiler

1.1. Aktif Tektonik ve Bölgesel Faylar
Yeryüzünün kabuğunda meydana gelen depremler adına fay denilen süreksizlik çizgileri boyunca aniden beliren kırılma sonucu doğarlar. Depremin boşalttığı şekil değiştirme enerjisinin bir ölçüsü olan “büyüklük” (M işareti ile sembolize edilen büyüklük (“magnitude”) sismolog veya jeofizik ilminin depremlerle meşgul olan uzmanlarınca farklı şekillerde tayin edilir. Aynı deprem için bu farklı ölçüler arasında ufak farkların olması normal ise de verilen rakamlar çoğu zaman birbirine çok benzer ve bu notun kullanma hassasiyeti içerisinde bunların arasında ayırım yapılması gereksiz bir teferruat teşkil eder. Onun için depremlerin büyüklük (“magnitude”)ünü sadece tek bir M değeri ile tarif etmek doğru olur. Eğer M>6 ise deprem normal şartlarda yüzeyde bir yarılma ve paralanma yaratır. Yalnız, yüzeyde gözle takip edilen fay kırılmasının 10-20 km derinlikte meydana gelen kırılma şartlarını temsil edebildiğini zannetmek doğru değildir çünkü yüksek basınç ve sühunet (sıcaklık) altındaki kayaların mekanik davranışı başkadır. Ayrıca kırılıp ta yüzeye kadar ulaşmayan fayların varlığı gözlenmiştir (kör fay). Fay çizgisi çoğu zaman bir kuşak şeklinde gözlenir çünkü birbirini takip eden depremlerde kırılma hep aynı geometriyi yaratmaz. Depremin başladığı, şiddetli yer sarsıntısının yayıldığı nispeten dar alana “deprem kaynak bölgesi” ismi verilir.

JEOLOJİK VERİLER
• Yıllık kayma miktarı
• Tekerrür aralığı
• Son kırılmadan sonraki süre
• Depremlerdeki kırılma miktarı
• Fay geometrisi
• Kırılma boyu
• Azami deprem

Jeoloji biliminin yeryüzü kabuğundaki levhaları ve bunların yaptığı yavaş hareketleri (bir yılda en fazla bir kaç on mm ile ölçülen) yorumlayan, levhaların deprem sırasındaki hareket tarzlarını inceleyen alt disiplinine “tektonik” adı verilir. Tektonik uzmanı jeologlar yüzeydeki gözlenen belirtilerden fayların yerini ve türünü tayin ederler ve bu malumatı haritalara işlerler. Depremlerle birebir ilişkisi olan, yani bir depremde kırılma göstermiş bulunan, faylar “diri” (veya aktif) fay diye adlandırılır. Aktif tektonik diri fayların hangi büyüklükte deprem yaratabileceğini, eski tarihlerde nasıl kayma veya dalma hareketleri yaptığını inceleyen konu başlığıdır. Fayların geçmişte gösterdikleri faaliyet ileride gösterebilecekleri faaliyetin işaretidir. Yalnız, aktif tektonik disiplininin henüz 50-60 senelik bir yaşa sahip olduğunu hatırlayacak olursak daha ne kadar araştırma, gözlem ve teorik etüt yapılması gerektiği anlaşılır. Jeolojik faaliyet en az binlerce (bazı hallerde milyonlarca) seneyle ölçülen zaman aralıklarında belirdiği için fay faaliyetinin anlaşılması ve yorumlanması çoğu zaman kesin hükümlere dayanmaz çünkü bunu yapabilmek işin tabiatına aykırıdır. Onun için farklı uzmanların yargılarında farkların bulunmaması mümkün değildir ve mühendis veya plancı mükemmel olmaktan uzak bu temel girdilerin izin verdiği ölçüde karar vermek durumundadır.

Aktif fay haritaları deprem tehlikesi belirlemenin önemli girdisini teşkil eder.

Türkiye’de aktif fay haritasını tayin etmek ve bunu resmi sıfat taşıyan bir haritayla ihtiyaç sahiplerine, ilgili meslek gruplarına ve diğer nihai kullanıcılara bildirmek MTA’nın ödevidir. Bu ödevin yerine getirilmesinde sismolojik malumatı kullanılması şarttır. MTA bu karakterde bir haritayı uzun çalışmalardan sonra 1991 tarihinde yayınlamıştır, fakat aradan geçen zaman zarfında temin edilen yeni bulgular ve ileri teknolojilerin kullanılması sonucu edinilen ilave bilgiler haritanın yenilenmesini bir mecburiyet haline getirmiştir. MTA haritasına ilaveten üniversitelerin, bazı devlet kuruluşlarının veya şirketlerin dar kapsamlı aktif tektonik haritaları bulunabilirse de bunların kullanılmasının hukuki bir bağlayıcılığı yoktur. Bazıları ise mahalli ölçekte olduğu için genel tabloyu yansıtmayabilir; kullanılmaları mutlaka aşırı temkinle gerçekleştirilmelidir. Her mahalli idarenin belirli bir amaçla kendine mahsus bir haritayı kullanmaya kalkışması neticede kabulü mümkün olmayan bir kaos yaratabilir.

Depremlere sebep teşkil eden fay sistemleri bir bütündür ve bölgesel bütünlük içerisinde incelenmeleri, bunlarla ilgili tehlikenin kopuksuzluk göstermeden tayin edilmesi lazımdır. Fay sistemlerinin coğrafi yoğunluğuna bağlı olarak tehlikeyi belirleyen alanların birkaç yüz km yarıçaplı daireler halinde gösterilmesi normaldir. Diri fay haritalarının 1/100 000 ölçeğinde hazırlanmaları gerekir, fakat mahalli incelemeler için 1/25 000 gibi üst ölçeklerin de kullanılması mümkündür.

Aktif faylanma birçok mesleki disiplini içine alır. Bunların tabi olduğu zaman ölçüleri Şekil 2’de gösterilmektedir. Dilimlerin kesin ayırım olmaktan daha çok kaba birer geçiş bölgesi olarak algılanması tavsiye edilir. Buradan da görüleceği gibi en azından farklı mesleki açıların bakış açıları arasındaki temel farklardan dolayı tehlikenin hesaplanması sırasında farklı görüşlerin bulunması kaçınılmazdır. İşin içine bir de tabiatın daha pek iyi bir şekilde anlaşılamamış, evvelden kestirilmesi zaten imkansız olan, yerin kilometrelerce derininde meydana gelen süreçlerini matematik yardımıyla formüle etmenin güçlüğü katılırsa tahminlerin hassasiyeti daha da iyi takdir edilebilir.

1.2. Faylarla İlgili Doğrudan Tehlikeler

Kuvvetli Yer Hareketi
Aktif fayların insan can ve mal güvenliği açısından temsil ettiği en büyük tehlike kırılmayla beraber ortaya çıkan kuvvetli yer hareketidir. Fayın kırıldığı anda neşrettiği elastik dalgalar açığa çıkan enerjiyi taşıyan mekanizmadır ve genelde faya yakın mesafelerde şiddetle hissedilir, mesafe arttıkça bu sarsıntı şiddeti azalır. Binaların yıkılması, mühendislik yapılarının hasar görmesi ve bir çok tali etki (heyelan ve sıvılaşma gibi) şiddetli yer sarsıntısının direkt tesiridir.

Yer sarsıntısının farklı mahallerde yarattığı etki değişim gösterir. Bu değişimin sebepleri arasındaki faktörler deprem büyüklük (“magnitude”)i, azalım karakteristikleri ve mahalli zemin formasyonlarının davranışıdır. Yer hareketinin artan mesafe ile nasıl değişmesi gerektiği teorik olarak da ele alınmışsa da en yaygın tahmin metodu mazideki depremler sırasında alınan ölçümlerin istatistiki olarak tasnif edilmesi ve deneye veya gözleme dayalı formüllerin geliştirilmesidir. Faylanma mekanizması (yatay atılım veya dalma hareketinin hakim olduğu haller), fay geometrisi, kırılmanın ilerleme yönü, dalgaların yayılmaları sırasında içinden geçtikleri katmanlar, kırılan kaya malzemesinin elastik özellikleri ve mukavemeti de yer hareketinin nasıl tezahür edeceğini belirleyen tesirlerdir. Fayların kırılması sırasında kırılma düzlemindeki pürüzlerin varlığından ötürü kilitlenmeleri oradaki gerilmelerin mahalli olarak yoğunlaşmasına sebep olur. Bu tesir ölçülen dalga hareketindeki yüksek frekansların sebebidir. Buna ilaveten teorik ve ampirik gerçekler topografyanın, zemin malzemesinin istiflenme tarzının ve yer altı suyunun da tesiri olduğunu göstermektedir. Bütün bu sebeplerin bir araya gelmesiyle belirli bir M değerine sahip depremin belirli bir mahalde yol açacağı yer hareketinin hangi azami ivme veya hıza sahip olacağının tahmini ancak istatistiki olarak (hata payları ile) yapılabilir. Bu işlemin sismoloji, jeofizik, geoteknik mühendisliği ve matematik hesabın ortaklığıyla halledilebilecek bir uğraşma sahası olduğu bellidir. Azalım ilişkilerini burada incelemeyeceğiz.

Şekil 2. Aktif Faylanma ile İlgili Mesleklerin Arasındaki İlişki

Yüzey Kırılması
Aktif fayların yol açtığı tehlikelerden birisi de yapıların temellerinde ortaya çıkabilecek yer değiştirmeleridir. Bu yer değiştirme deprem sırasında aniden belirebildiği gibi uzun zaman dilimlerine yayılmış yavaş gelişen bir tarzda da meydana çıkabilir. Yavaş harekete İngilizce’deki “creep” tabirinden ötürü “krip” ismi de verilmektedir ve bu tabir ülkemizde yerleşmiştir. Fay boyunca olan krip birinci derecedeki harekettir. Bu tür sürünme eğer fayın kollarında, yani başka istikamette, meydana gelirse buna sekonder (tali) krip denilir. Türkiye’deki büyük depremlerde fay kırılması gözlenmiştir. Bazı durumlarda ise uzaktaki bir fayın kırılması bir başka bölgedeki faylarda az da olsa hareketlenmelere yol açabilmektedir.

Tektonik Şekil Değiştirme
Tektonik şekil değiştirme ile (deformasyon) kast edilen hadise, alan veya bölge boyutunda meydana çıkan yüzey şekil değiştirmeleridir. Bunlar büyük depremlerle ilişkili olabileceği gibi bazı durumlarda birebir alaka tespit edilmeyebilir. Tektonik yavaş gelişen şekil değiştirmelerin depremle ilişkisinin bulunup bulunmadığına karar verebilmek için bazı kıstaslar geliştirilmiş olmakla beraber bunların güvenirliği tatmin edici seviyede değildir. Örnek olarak, California’daki San Andreas fayının deprem tahmin amacıyla en yoğun bir şekilde ölçüm cihazlarıyla teçhiz edilmiş kesimi olan Parkfield bölgesinde 2004 senesinde meydana gelen deprem öncesinde herhangi bir tektonik eğim değişmesi, yükselme, çarpılma v.b. hareket tespit edilmemiştir.

Tali Tesirler
Deprem hareketinin tetiklediği tali tesirler arasında heyelanlar, sıvılaşma, çığ düşmeleri ve deniz veya göl dalgaları bulunur. Bu hadiseler de yaygın hasara ve can kaybına sebebiyet verebilir. 2004 Aralık ayında güneydoğu Asya’da meydana gelen şiddetli depremin yol açtığı devasa deniz dalgasının (tsunami) Hint Okyanusuna kıyısı olan bütün ülkelerde yarattığı can kaybı, bu depremin tarihin en büyük tabii afetlerinden birisi olarak kaydedilmesini haklı çıkarmıştır. Saatte yüzlerce km süratle yayılan ve açık denizde hissedilemeyen tsunami dalgası deniz tabanının kıyılarda sığlaşması ile yavaşlar ve bu arada yüksekliği artar. Kıyıya çarptığı kesimlerde karada yüzlerce metre ilerleyen dalganın enerjisi yapılarda yıkıma ve habersiz insanlarda can kaybına sebep olabilir. Tsunami dalgalarının sezilmesi ve daha kıyıya ulaşmadan önce etkilenme ihtimali olan yerleşimlere duyurulması için erken uyarı ve ikaz sistemlerinin tesis edilmesi şarttır.

1976’da Guatemala’daki M7.6 deprem 16,000 km² alanda tam 10,000 heyelan yaratmıştır. Peru’da 1970’te meydana gelen M7.8 bir deprem Yungay adındaki şehirden 20-30 km uzakta olan yüksek bir dağın karla örtülü zirvesinden büyük bir kesimin kopup hızla aşağıya kaymasına ve burada yaşayan 20,000 insanın çamur-buz karışımı kütlenin altında can vermesine yol açmıştır. 1999 Düzce depreminin de Bolu dağında yarattığı heyelanlar oradaki karayolunun ulaşıma kapatılması ve yoğun trafiğin uzunca süreler aksamasına meydan vermişti. Heyelanların kapalı göllerin içine kaymasının doğurduğu dalgaların hasar verme potansiyeli büyüktür.

Sıvılaşma, yüzeye yakın (10-12 m derinde) suya doygun çökelti niteliğindeki (kum, ince kum ve silt) zemin katmanlarının şiddetli depremlerde uğradıkları titreşim tesiri ile yarı sıvılaşmış bir hale geçmesi ve düşey yük taşıma kabiliyetlerini kaybetmesine verilen isimdir. Eğer sıvılaşan zemin üzerinde inşa edilmiş yapılar mevcutsa bunlar eğik hale gelir, büyük çökmeye uğrar veya yatay doğrultuda hareket yapar. Sıvılaşmanın muhtemel olup olmadığının anlaşılması için teorik ve deneye dayalı metotlar geliştirilmiştir. Bunlar, hata payları dikkate alınarak kullanılmalıdır.

1.3. Tektonik Arka Plan
Çoğu yer bilimi uzmanınca kabul edilen anlayışa göre Arzın yüzeyi 15-20 kadar ana levha veya plakaya bölünmüştür. Kıta büyüklüğünde olan ana levhaların içinde daha ufak ebatta levhalar mevcuttur. Yer yuvarının rijit dış kabuğunu meydana getiren bu levhalar konveksiyon tesirleri ile daha kolay şekil değiştirebilen manto üzerinde birbirlerine göre yavaş hareket ve dönmeler icra ederler. Bu hareket yavaşta olsa nitelik itibarıyla dinamiktir ve deprem vuku bulmaları, müşterek kırık çizgileri boyunca ortaya çıkan krip kayması miktarları ve levhaların şekil değiştirmeleri gibi fiziki sonuçlar hep aynı hareketlenmeden doğar. Levhalar arası hareketin büyük kısmı bunların dokunak hatları boyunca meydana gelir. Bir de daha geniş levhaların içerisinde yer almış bölgeler vardır; bu “mikro-levhalardaki” tektonik şekil değiştirme daha az miktardadır ve fay tarzı farklıdır.

Yer bilimlerini diğer bilim türlerinden ayıran önemli özellik bizlerin hareketleri doğuran tesirleri doğrudan ölçme ve nicelendirme imkanına sahip olmamamızdır. Deprem netice itibarıyla sonuçtur. Yer kabuğunun onlarca km derinlerinde ölçme ve gözlem yapma imkanımız yoktur; buradaki şartları laboratuvar ortamında yaratmak kolay değildir; temel fizik denklemlerinin levhaları hareketlendiren parametrelere nasıl uygulanması gerektiği yeterince anlaşılmamıştır. Sonuçların bilimsel sezgiyle yorumlanması ve gözlenen sonuçların rasyonel izaha kavuşturulması her zaman mümkün olmamaktadır. Bir duruma uygulandığında onu açıklığa kavuşturan teorik izah benzer bir başka durumda hiç tatmin edici sonuç vermeyebilmektedir. Farklı uzmanların aynı şartları farklı şekilde yorumlamaları işin kaçınılmaz bir yanı olmaktadır. O bakımdan deprem etkileri ve sonuçlarını ancak belirli hata payları dahilinde bilmemiz mümkündür. Deprem konusunda iddialı ifadelerin kullanılması ilmi gerçeklerle pek bağdaşmaz.

Levhalar Arası Bölgeler
Türkiye’deki depremlerin hemen hepsi belirli ana levhaların müşterek sınırları arasındaki kaymadan doğar. Levhalar arası ani hareketlenmenin tekrarlanması onlar hatta yüzlerce yılda meydana gelir ve görünürde bunun bir düzeni, evvelden tahmin edilebilirliği bulunmamaktadır. Yer sarsıntısının hangi büyüklük (“magnitude”)teki depremden kaynaklanacağı, sismo-tektonik alanın büyüklüğü ve fayın boyu ile ilişkilidir. Bazı durumlarda (mesela Kuzey Anadolu Fayında olduğu gibi) 1000 km’yi aşan fay çizgisinin tamamının kırılması yerine daha az uzunluktaki alt bölümlerinin kırılması gerçekleşmektedir. Kırılan fay kesiminin komşu kesimlerdeki gerilmeleri artırıp oradaki kırılmayı daha erken vuku bulacak hale getirdiği de ileri sürülmüştür; 1939 sonrası Kuzey Anadolu Fayındaki depremler bu tezi doğrular tarzda ilerleme göstermiştir.

Faydan kaynaklanan tehlikenin bir miktar şeklinde ifade edilebilmesi için fayın şu özelliklerinin bilinmesi lazımdır: deprem üretme hususiyetleri, fayın alt kesimleri, tarih içinde gösterdiği tekerrür etme süresi, yıllık krip miktarı, en son ne zaman harekete geçtiği ve etüt edilen yöreye olan mesafesi. Genel bir fikir vermek amacıyla yazmak gerekirse dalım karakterine sahip ana fay bölgelerinde azami deprem büyüklük (“magnitude”)i M9, yana doğru atım yapan fay bölgelerinde M8.4 ve çekme rejimine sahip faylarda ise M7.5-8.0 beklenebilir. Tabiidir ki her durum için bu parametreler uzmanlarca tespit ve ilan edilmelidir.

Levha İçi Bölgeler
Levha içi tektoniği ve onunla ilişkili depremler son yıllarda artan bir ilgiye maruz kalmış ise de bunların anlaşılma mükemmeliyetleri henüz levhalar arasındaki rejimlerin seviyesinde değildir. Genelde buradaki depremler levhaların içinde yer alan yumuşak ve nispeten sığ kabuk yapısının bulunduğu bölgelerde meydana gelmektedir. Türkiye’deki ana deprem kaynakları içinde bu karaktere sahip olan yöreler azdır (Keskin-Kırıkkale gibi).

1.4. Aktif Fayların Tanımlanması

Jeolojik Metotlar
Tarihi deprem doğurmuş veya Kuvaterner katmanları kestiği belirlenen, neotektonik zamanda faal olan fayların teşhis edilmesi ve haritalanması ile aktif/diri fay haritaları güvenilir ve mühendislere ve plancılara yol gösterir hale gelmiştir. Aktif fayların belirlenmesi ve bunlarla ilgili muhtemel tehlikenin tayini ileri seviyede uzmanlık gerektirir. Bu fay tanımlama işlemi ağırlıklı olarak arazide, yerinde yapılan gözlemlere dayalıdır. Yukarıda temas edildiği üzere yoruma ve sezgiye açık yanları olan bir işlemdir; kesinliğin söz konusu olmayabileceği durumlar ortaya çıkabilir.

Uzaktan Algılama Metotları
Uzaktan algılama teknikleri aktif fayların karakterinin tayini veya neotektonik özelliklerinin bilinmesi için gittikçe artan bir yoğunlukta uygulanmaktadır. Görüntünün alındığı bölgenin farklı ışık açıları altında incelenmesi ve diğer ileri teknikler çıplak gözle görülemeyen geometrik uzantıları ön plana çıkarabilmektedir. Bu teknikler radar ve benzeri algılama teknolojilerinin ilerlemesi ile hızla değişmektedir ve önümüzdeki 10 yıl içerisinde hangilerinin tercih edileceği uzmanlar tarafından dahi bilinmemektedir.

Aktif fay ve kıvrımların teşhisi için alçak güneş ışığı açısı teknikleri etkili olmaktadır. Hava fotoğrafları nispeten az maliyetli işlemler olduğundan aktif fayları teşhisi için sıkça kullanılmaktadır. Zemine nüfuz eden radar teknikleri de fay teşhisinde uygulanmaktadır. Bu teknolojinin görsel hale getirilmesi coğrafi bilgi sistemi imkanlarıyla olmaktadır.

Jeofizik Metotlar
Mikro deprem faaliyetinin takip edilmesiyle aktif fayların mevcudiyeti tayin edilebilir. Yüzeyde kesinlikle teşhisi yapılmış fayların özellikle uç bölgelerinde yapılan kayıtlarda eğer fay mekanizmaları devamlılık ve tutarlılık gösteriyorsa buraların deprem kaynağı veya fay uzantısı olduğu sonucu çıkarılabilir. Mesela Kuzey Anadolu fayı gibi ana bir fay sisteminin tali kollarının belirlenmesi ve yeniden aktif hale geçebilecek kesimlerinin haritalanması mikro deprem faaliyeti ile imkan dahiline girebilir.

Çökelti ovalarında veya deniz ve göl gibi suyla örtülü alanlarda üzeri katmanlarla örtülü aktif fayların mevcudiyeti sismik yansıma ve kırılma tekniklerinin uygulanmasını gerektirir. Sismik profil belirleme usulleri sayesinde genç fay belirlemesi, çizgisel uzantısının ve boyunun ortaya konulması kolaylaşır. Bu tür çalışmalar ülkemizde baraj gibi büyük projelerin yer seçiminde uygulanmıştır.

Gravimetrik çalışmalar fayların iki tarafındaki yoğunluğu çok farklı jeolojik malzemenin varlığından hareketle fay mevcudiyetiyle ilişkili yoruma dayalıdır. Bu durumlar çekme türü harekete maruz alanlarda temel kayanın çökelti katmanları veya fay atımlarında ortaya çıkar çünkü çökeltilerin fay boyundaki kalınlığı değişme gösterir. Teknik etrafı normal atımlı faylarla çevrili havzalarda başarıyla uygulanmıştır. Yüzeyde veya atmosferdeki manyetik ölçümler genç fayları örten çökelti katmanlarının tespitinde kullanılan pratik bir usuldür. Manyeto-metreler yardımıyla tespit edilebilen faylar olmuştur.

Hendek ve Sondaj Gözlemleri
Aktif fayların faaliyetinin rakamla ifadesi için bunların gözle incelenmesine dayalı etütler tatbik edilmiştir. Son 40-50 senede artan miktarlarda yaş tayini, paleo-deprem faaliyeti, sıvılaşma emareleri, atım miktarlarının hata yönlerinin ölçülmesi ve yıllık krip gözlemleri için sondaj veya hendek açma metotları uygulanmaktadır. Önemli projelerin yer seçiminde doğrudan yapılan bu gözlemler dizayn parametrelerinin daha güvenilir olması için vazgeçilmez malumat kaynağı haline gelmiştir.

1.5. Fay Faaliyetinin Tayini
Aktif veya deprem doğurabilen fayların tarifi için bir çok kıstas geliştirilmiş ise de bunların tutarlı olduğunu ve herkesçe kabul edildiğini söylemek zordur. Bunların çoğunun hemfikir olduğu iki esas dayanak vardır: (1) Şimdiki tektonik yapı içerisinde gelecekte yer değiştirme potansiyeli veya ihtimali gösteren fay yapıları, (2) en son yer değiştirmenin ne zaman meydana geldiği (tarihi depremler son 1000 yılı, Holosen devirdekiler yaklaşık son 10,000 seneyi, Kuvaterner dönem ise yaklaşık son 100,000 seneyi tarif etmek için kullanılır) veya depreme tekabül eden bir yer değiştirmenin mümkün olup olmadığının cevabı. İhtimal veya potansiyel büyük depremlerin dizayna esas teşkil edip etmemesinin kararında esas alınır, belirlenebilen yer değiştirmeler ise fay faaliyetinin yani kayma hızının direkt göstergesidir. Aktif veya aktif olmayan fayların tariflerinin kesin olmadığını burada tekrarlamak zorundayız çünkü başından beri altını çizdiğimiz gibi faal olma göstergeleri kesin değildir, onun için dizayna esas yargıların girdilerdeki belirsizlikleri dikkate alması lazımdır.

Jeolojik Göstergeler
Bir fayın faal olup olmadığının en ikna edici göstergesi bunun yaşı tayin edilebilir bir jeolojik formasyonu kesip kesmediğidir. Mesela Holosen yaşın esas alındığı bir etütte böyle bir katmanın fayla buluştuğu nokta hendek açmak için ideal bir yeri teşkil eder. Fayın hareketlerinin katmandan ölçülmesiyle ortalama kayma hızı ve bütün tekerrür aralığı tayin edilebilir. Fay faaliyetinde yaş tayini ortamı olarak alüvyon katmanları veya volkanik püskürtüler başarı ile kullanılmıştır. Zemin birikintilerinin yaşı radyometrik (karbon-14), zemin istiflenmesi, fosil dizilişi, volkanizma tarihlemesi v.b. yollardan tayin edilebilir. Kuvaterner çağ içindeki hareketlenmeler akarsu yataklarındaki kaymalar, heyelan izleri, otoyol çalışmalarında açılan aynalar fay faaliyetinin göstergesi sayılır. Bir fayın aktif olup olmadığının anlaşılması için bunun bir hendekle açığa çıkarılması ve zemin numunelerinin incelenmesi lazımdır. Jeolojik sıralamada bir anomali yoksa bunun en azından ele alınan süre içinde fay hareketinin bulunmadığının işareti sayılması lazım gelecektir.

Jeomorfolojik Göstergeler
Fayların görünüşü ve hareketlenmelerine ilişkin izlerin tazeliği bunların yaşı ve faaliyet dereceleri için göstergeler sayılmaktadır. Jeomorfolojik değerlendirmelerin yapılması nispeten kolay ve çabuktur. Arazide gözlenen çöküntüler, çöküntü gölleri, açık kırık izleri, dik uçurumlar aktif fay kesimlerinin izleridir. Jeomorfolojik değerlendirmeler önce masa başında hava fotoğrafları veya benzeri görüntülerin incelenmesiyle başlatılır. Buradan arazide görülecek sahalar tayin edilir. Daha sonraki aşamalarda daha teferruatlı jeolojik etütlerin nerelerde yapılacağına karar verilir. Fay kaymasının deprem meydana gelme potansiyeliyle ilişkisi için Şekil 3’teki grafikten faydalanmak mümkündür.

Jeodezi Göstergeleri
Belirli fay kesimlerinde tekrarlanan harita ölçümleri krip hareketi yapan fayların yer yüzünde sebep olduğu şekil değiştirmeleri bize sürekli bir kayıt olarak kazandırır. Aynı işlemlerin arzın etrafında dönen uydulardan radar teknikleri vasıtasıyla yapılması da mümkündür. Büyük depremler öncesi ve sonrasında yapılan radar algılamaları ve coğrafi bilgi sistemi teknikleri (İngilizce kısaltması GPS) ile fay hareketinin uzantısı, miktarı ve coğrafi dağılımı bilinebilir hale gelmiştir.

Şekil 3. Jeomorfolojik Özelliklerin Faaliyet ile İlişkisi

Sismoloji Göstergeleri
Depremlerin merkez üssü yörelerinde sürdürülen kapsamlı gözlem ve ölçümler yardımıyla fay bölgelerinin ne derece faal olduğu, bu faaliyetin sürekliliği, derin katmanlardaki uzay dağılımı ve gerilme durumları hakkında fikir verebilir. Mikro deprem ölçüm programları belirli (mesela 10-50 km yarıçaplı) bir sahaya yoğun bir biçimde yerleştirilen sismometre cihazlarının aylar hatta yıllar boyunca ürettiği malumatın yorumlanması ve jeolojik malumatla bağdaştırılması ile tehlike hakkında bilgi kaynağı olabilir. Özellikle deprem sonrasında artçı küçük büyüklük (“magnitude”)li depremler belirgin bir coğrafi dağılım gösterir. Bir de yaygın ortaya çıkan mikro deprem faaliyeti vardır; bu durumda yorum getirmek daha güçtür. Yine de deprem doğurma potansiyeli taşıyan bölgeler çoğu zaman geçici olarak araziye dağıtılan cihazlar vasıtasıyla yapılan ölçme yoluyla teşhis edilebilir.

Faaliyet Hızları
Jeomorfolojik etütler sismik veya sismik olmayan (yani depremlerle birlikte aniden ortaya çıkan veya uzun süre boyunca krip tarafından yaratılan) kayma hızlarının tekerrür süreleri, beklenebilecek azami büyüklük (“magnitude”) ve muhtemel etki alanları hakkında fikir verecek kaynaklardır.

1.6. Deprem Büyüklüğü ve Aktif Fay Parametreleri
Daha önce ifade ettiğimiz gibi sismolojide farklı M ölçüleri kullanılır. Bunların hepsi depremin meydana gelmesi sonucu boşalan enerji ile bir şekilde ilişkilidir. Bu el kitabı genel mahiyet taşıdığı için farklı büyüklük (“magnitude”) ölçülerinin ne gibi manalar taşıdığı ilgi alanımızın içinde değildir. Depremin ebadını tarif etmek için kullanılan bir ölçü de depremin momentidir. Bu kavram Brune (1968) tarafından ortaya atılmıştır ve ifadesi

Mo = μAD    (1)

şeklindedir. Burada μ yer yüzü kabuğunun ortalama kayma modülünü gösterir ve ortalama değeri μ = 3.5×1010 N/m² = 3.5×1011 dyne/cm² olarak alınabilir. A kırılan fay düzleminin alanını, D ise bunun kayma miktarını tarif eder. Misal olarak, 1999 Kocaeli depremindeki kırılma boyunu 140 km (140,000 m), derinliğini 15 km ve ortalama atımı 3 m alırsak Mo= 3.5 x 1011 x 140 x 105 x 15 x 105 x 3 x 102 = 2.21×10 üzeri 27 dyne.cm çıkar. Bu değeri M’ye çevirmek için

Mw = 0.67 log(Mo) – 10.7    (2)

denklemini kullanırsak Mw = 7.6 çıkar ki bu değer daha karmaşık hesaplar sonucu bulunan 7.4 değerine pek yakındır. Moment büyüklük (“magnitude”)inin üstün tarafı fiziki parametrelere bağlı olmasıdır. Bu tezi tersine işlettiğimizde jeolojik gerçeklerden hareketle kırılabilecek fay boyu, o fayın ürettiği tipik deprem derinliği ve tekerrür değerlerinden vuku bulması muhtemel atım D tahmin edilirse dizayna esas M değeri de tespit edilmiş olur.

Kırılma Parametreleri ve Deprem Büyüklük (“magnitude”)i
Çeşitli araştırmalar yüzey kırılması boyu, faylanma alanı, azami atım ve büyüklük (“magnitude”) arasında logaritmik bir ilişki olduğunu ortaya koymaktadır. Yine geçmiş depremlerin kazandırdığı ileriyi görebilme kabiliyetimizin istatistiki bir veri tabanından kaynaklandığı gerçeğini hatırda tutacak olursak tutarlı ilmi tahmin yapmak için elde malumat olduğunu görürüz.

Fay Bölümleri
Boyları yüzlerce km olan aktif faylarda bütün kesimler aynı derece faaliyet içinde göstermez. Farklı kesimlerin komşu kesimlere göre farklı karakterde olması işin tabiatında yatmaktadır. Mesela 1939-1999 arasında Kuzey Anadolu Fayı çeşitli kesimlerinde hareketlenmiş ve deprem üretmiştir. Her ne kadar geriye dönük teşhislerde “acaba bunun dizi olduğu daha önceden bilinebilir miydi?” sualini sormak mümkün ise de yer bilimleri veya sismolojinin ileriye doğru bakmak konusunda pek başarılı bir performans gösterdiğini iddia etmek mümkün değildir.

Deprem Tekerrürleri
Bir fayın veya onun alt kesimlerden birinin hangi zaman aralıklarında harekete geçip deprem üreteceğini tahmine yönelik çok sayıda çalışma mevcuttur. Bunlar kaymanın tahmin edilmesine dayanan, kayma miktarının bilinmesine dayanan veya periyodik (muntazam fasılalarda tekerrür eden) modeller vasıtasıyla formüle edilmiştir.

Sismik Boşluklar
Zaman içinde depreme yol açtığı bilinen veya aktif olma özelliklerini gösteren fay kuşaklarının halihazırda sessiz kalması yer bilim uzmanlarınca buralarda bir boşluk bulunduğu şeklinde tarif edilmektedir. Ayrıca mikro depremlerin daha büyük ve hasar yaratıcı bir depremden evvel kesilmesi de aynı tabirle karakterize edilmektedir. Her iki ana başlıkta bir El Kitabında yer verilemeyecek ölçüde mesleki bilgi ve lisana ihtiyaç gösterir. Maksat fikir vermek olduğu için bu detaylara girilmeyecektir. İlave malumat için Yeats v.d. (1997) tavsiye olunur.

2. Azalım İlişkileri
Yer bilimleri penceresi bize jeoloji kaynaklı tehlikelerin hangileri olduğunu, ne yörelerde belirebileceğini, hangi sıklıkta çıkma ihtimalinin bulunduğunu gösterir. Devamlı olarak altını çizdiğimiz gibi bu uğraşı içerisinde az veya çok belirsizlikler ve bilinmeyenler ortaya çıkar; bunda tabiatın arzın derinliklerinde meydana gelen temel fiziki olayları doğrudan ölçememiş ve onları tahrik eden kuvvetleri anlayamamış olmamızın büyük rolü vardır. Mühendislik mükemmel teoriyi bekleme lüksüne sahip olmadığı için eldeki malumatı ve bilgileri en faydalı şekilde kullanmak, toplumun deprem ve onunla alakalı tehlikelere karşı korunmasını temin etmek lazımdır. Bu anlayış içinde depremlerin belirli coğrafi yörelerde yoğunlaşmış olan faaliyetinin merkezden uzaklaştıkça yer kabuğunda yol açtığı dinamik etkileri (yani yerin deprem dalgalarının geçişi sırasındaki hareketini) de tahmin etmek mecburiyetindeyiz. Her ne kadar insiyaki olarak deprem etkilerinin en fazla şiddetle hissedildiği yerlerin depremin kaynağına en yakın olan noktalar olması gerektiğini düşünsek bile yapılan ölçüm ve gözlemler bu beklentinin her zaman doğru çıkmayabileceğini ispatlamaktadır. Doğru ifadenin “deprem yer hareketini tahmin denklemleri” olması gerektiği hatırımızda tutarak yine de “azalım” ilişkisi başlığı altında depremin büyüklük (“magnitude”)i (M), merkezinden bulunduğumuz noktaya olan mesafe ve aynı yerin kabaca tarif edilmiş zemin hususiyetlerinin bir fonksiyonu olarak yerde hangi mertebede azami ivme, spektral ivme veya azami hız olabileceğini nasıl tahmin edebileceğimize bakmamız lazım gelmektedir. Sayılan değerler mühendislik uygulamalarının temeli olduğu gibi mevcut yapıların ve inşa edilmiş çevrenin nasıl etkilenmesinin muhtemel olduğuna ilişkin hesapların dayanağını teşkil eder.

Kuvvetli yer hareketinin tahminine ilişkin ampirik ve teorik bazda çok sayıda çalışma mevcuttur. Bunları kronolojik bir sıralamaya tabi tutacak olursak çok farklı ifadeler, veri tabanları ve hassasiyet mertebeleri ile karşılaşmamız tabiidir. Deprem mühendisliği veya sismoloji kitaplarında yazılı ifadelerin detaylı bir değerlendirmeye tabi tutulması bize fazla bir fayda temin etmeyecektir çünkü bunların hangilerinin “doğru” netice vereceği ancak deprem olup ölçmeler yapıldıktan sonra ortaya çıkacaktır. Deprem olmazdan önce ise bize mertebe olarak yer hareketi parametresi lazım gelir; onu bulmak için sağlam bir yer bilimleri arka plan malumatı ve tercihen etüdün yapıldığı bölge veya yöreden temin edilmiş ampirik malumata dayalı tahmin denklemi lazım gelir. Bu konu ayrı bir yazıda ele alınacaktır.

Prof. Dr. Polat Gülkan, ODTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi ve Deprem Mühendisliği Araştırma Merkezi başkanıdır. Yüksek öğrenimini ODTÜ (1966) ve Illinois Üniversitelerinde (1971) tamamlamıştır. ODTÜ ve Hacettepe Üniversitesinde muhtelif idari görevler üstlenmiştir. Ayrıca misafir öğretim üyesi sıfatıyla California Üniversitesi, Berkeley, Basler und Hofmann, Zürich, İsviçre ve Purdue Üniversitesinde (W. Lafayette, IN) bulunmuştur. Gülkan California eyaletine kayıtlı “profesyonel mühendis” (PE) sertifikasına sahiptir. 1996-2004 yılları arasında Uluslararası Deprem Mühendisliği Birliği (IAEE) Yönetim Kurulu Üyeliği, 2004-2008 arası için de aynı kuruluşun İcradan Sorumlu Başkan Yardımcılığı görevini üstlenmiştir. Kendisi 2005 yılında Earthquake Engineering Research Insititute (EERI) Yönetim Kurulu Üyeliğine seçilmiştir.
Polat Gülkan, “Earthquake Spectra,” “TÜBİTAK Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences” ve “Engineering Structures” dergilerinin editörler kurulunda görev almaktadır. 2008 başından itibaren “Earthquake Spectra” dergisinin baş editörlüğü görevini yürütmektedir. 2004 yılında NATO Bilim Kurulu Özel Ödülüne ve 2007 yılında TÜBİTAK Bilim Ödülüne layık görülmüştür.

©Yapı Dünyası Dergisi 2008 Sayı: 151 de yayımlanmıştır.