İSTANBUL İÇİN DEPREM HASAR SENARYOLARI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

‹STANBUL BÜLTEN

say› 91/2007

inceleme

1. G‹R‹fiAvrupa Alt›nc› Çerçeve Program›Depremler ve Heyelanlarda ZararAzaltma Araflt›rma Projesi, KentselDeprem Hasar Senaryolar› ve HasarModelleri Çal›flma grubunun amac›,deprem riski azaltma stratejilerineyönelik yaklafl›mlar oluflturmak, engüncel hasar modellerine dayananyaz›l›mlar gelifltirmek, olas› zararazaltma yöntemlerinin faydalar›hakk›nda ölçülebilir veriler elde et-mektir. Çal›flma grubu KRDEA, Bo-¤aziçi Üniversitesi, Kandilli Rasat-hanesi ve Deprem Araflt›rma Ens-titüsü, Deprem Mühendisli¤i AnaBilim Dal›; UCAM, Cambridge Üni-versitesi, ‹ngiltere; INGV, UlusalJeofizik ve Volkanoloji Enstitüsü,‹talya; LNEC, Ulusal ‹nflaat Mühen-disli¤i Laboratuvarlar›, Portekiz;AUTh, Selanik Aristotle Üniversitesi,Yunanistan, MUNICHRE, MünihReinsürans, Almanya ve USUR, Sur-rey Üniversitesi, ‹ngiltere’den olufl-maktad›r. Deprem senaryolar› vehasar modelleri oluflturmak üzereüç pilot flehir olarak Selanik, Lizbonve ‹stanbul seçilmifltir (Spence,2007).‹stanbul son elli y›lda çok h›zl› birbüyüme yaflam›fl ve 1950 ile 2000y›llar› aras›nda nüfusu yaklafl›k onkat artarak 1 milyondan 10 milyonayükselmifltir. Yüksek deprem tehli-kesi ile beraber, nüfusun çok h›zl›artmas›, arazi kullan›m›n›n plans›z,yap›laflman›n denetimsiz, altyap›ve destek sistemlerinin yetersizolmas› ve çevre kaynaklar›n›n h›zl›bir flekilde tüketilmesi ‹stanbul’undeprem riskini sürekli olarak artt›r-m›flt›r.

Bu çal›flma kapsam›nda, mevcutbina sto¤undaki betonarme çerçevebinalar için spektral yer de¤ifltirme-lere ba¤l› mevcut hasar görebilirlike¤rileri kullan›larak hasar da¤›l›mlar›ve hasara ba¤l› can kayb› tahmin-leri, INGV (2006) taraf›ndan üretilenfay k›r›lma modellerine dayanandeterministik dokuz deprem tehlikesenaryosu ve Erdik vd. (2004) tara-f›ndan gelifltirilmifl geri dönüflümperiyodu 475 y›l olan zaman ba¤›ml›olas›l›ksal deprem tehlikesi senar-yosu için tahmin edilmifltir. Hasarda¤›l›mlar› genel kapsamda (hücrebaz›nda) ‹stanbul ve detayl› olarak(bina baz›nda) Zeytinburnu için yeni-den de¤erlendirilmifl, hem ‹stanbulgeneli hem de Zeytinburnu örne¤in-de bina güçlendirmelerinin hasarve can kayb› üzerine etkileri para-metrik olarak incelenmifltir.

2. YÖNTEMHasar senaryolar›n›n ilk ad›m› se-naryo depremi olarak seçilen olas›-l›ksal veya deterministik depremtehlikesinin hesaplanmas›, zeminkoflullar›na ba¤l› spektral ivme da-¤›l›mlar›n›n belirlenmesidir. ‹kinciaflamada hasar görebilirlikler, binaenvanteri ve nüfus istatistikleri kul-lan›larak hasar ve can kayb› tah-minleri yap›l›r. Bu süreçte;

• Hücre Sistemi: ‹stanbul Büyük-flehir yerleflim alan›, deprem teh-likesi verileri, geoteknik veriler vebina envanteri bilgilerinin ifllenece¤iboyutlar› 0.005°x0.005° (yaklafl›k400mx600m) olan bir karelajla8131 hücreye bölünmüfltür. Dahakapsaml› bir çal›flman›n yap›ld›¤›

Zeytinburnu ‹lçesi’nde ise yerleflimalan› 250mx250m’lik hücrelerebölünerek 231 hücre tan›mlan-m›flt›r.

• Yap› Sto¤u: Bina envanteri Yap›-sal Sistem, Kat Say›s› ve Yap›mY›l› olmak üzere üç ana kategorikullan›larak s›n›fland›r›lm›flt›r. Herkategori daha sonra alt gruplaraayr›lm›fl, toplam 24 farkl› bina s›n›f›oluflturulmufltur (Erdik vd., 2003,2002). Binalar üçlü i-j-k alt indislerikullan›larak Bijk fleklinde s›n›flan-d›r›lm›flt›r. Burada “i” yap›sal sistems›n›fland›rmas›n› gösterir ve 4 altgruba ayr›l›r: (1) Betonarme çer-çeve, (2) Y›¤ma, (3) Betonarmeperde duvarl›, (4) Prefabrike. Katsay›s› s›n›fland›rmas› “j” indisi ileifade edilir ve (1) Az katl› (1-4 katbodrum kat dahil), (2) Orta Katl›(5-8 kat bodrum kat dahil), (3) ÇokKatl› (8 kattan fazla bodrum katdahil) alt gruplar›na ayr›l›r. “k” indisiyap›m y›l› s›n›fland›rmas›n› tan›mlar:(1) 1979 ve öncesi, (2) 1980 vesonras›. ‹stanbul bina envanterindetoplam bina say›s› 737 653 olarakal›nm›flt›r. Bu binalar›n 562 613(%76.3) adedi betonarme ve 173639 (%23.5) adedi y›¤ma binad›r(Erdik vd., 2002). Zeytinburnu ‹lçe-si’nde bina envanteri (15738 bina)sokak taramas› ile derlenmifltir(Ayd›no¤lu ve Polat, 2004). Mevcuthasar görebilirlik e¤rilerinin kulla-n›labilmesi amac›yla Zeytinburnubinalar› da ‹stanbul bina sto¤ununs›n›fland›r›lma kriterlerine göres›n›fland›r›lm›flt›r (fiekil 1).

• Zemin Koflullar›: ‹stanbul deprem

A. ANSAL, M. ERD‹K, N. AYDINO⁄LU, E. DURUKAL, G. TÖNÜK,A. KURTULUfi, M. DEM‹RC‹O⁄LU, K. fiEfiETYAN, U. HANCILAR

Bo¤aziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araflt›rma EnstitüsüDeprem Mühendisli¤i Ana Bilim Dal›

hasar senaryolar› için geoteknikzemin koflullar›n›n belirlenmesi Dep-rem Bölgelerinde Yap›lacak BinalarHakk›nda Yönetmelik, TDY (A‹GM,2007) ve Amerikan Deprem fiartna-mesi NEHRP (2001) dikkate al›na-rak yap›lm›flt›r (fiekil 2). BüyükflehirBelediyesi taraf›ndan haz›rlanan1/50,000 ölçekli yüzey jeoloji hari-tas› ve mevcut sondaj bilgileri de-¤erlendirilerek hücre sistemi içinTDY ve NEHRP zemin s›n›flar›n›nda¤›l›m› elde edilmifltir. Zeytinburnuörne¤inde ise yerel zemin koflullar›ve zemin tabakalanmas› bölgedeyap›lm›fl mevcut sondajlar, kuyu içive yüzey sismik dalga ölçümleridikkate al›narak tan›mlanm›flt›r.Kayma dalgas› h›z›n›n derinlikle de-¤iflimi varsa kuyu içi veya yüzeykayma dalgas› h›z› ölçümlerinden

veya ‹yisan (1996) taraf›ndan ge-lifltirilen standart penetrasyon de-neyi vurufl say›s›na ba¤l› ampirikba¤›nt› dikkate al›narak hesaplan-m›flt›r. Kayma dalgas› h›z profillerikayma dalgas› h›z›n›n 750m/s’denbüyük oldu¤u mühendislik anaka-yas› derinli¤ine kadar belirlenmiflve her hücre için bir temsili zeminprofili tan›mlanm›flt›r.

• Sismik Tehlike Haritalar› (Spektral‹vmeler): ‹stanbul’da her hücre içinortalama ivme davran›fl spektrum-lar›, INGV taraf›ndan önerilen 9farkl› deprem tehlike senaryosuiçin önerilmifl ivme zaman kay›t-lar›n›n DB ve KG ivme davran›flspektrumlar›n›n ortalamas› olaraktan›mlanm›flt›r. Ortalama ivmespektrumuna en iyi uyan NEHRP

zarf spektrumunun bulunmas› içinbir algoritma gelifltirilmifl, bu zarfNEHRP spektrumundan anakayaseviyesindeki 0.2 saniye ve 1.0saniye periyotlar›ndaki spektralivme de¤erleri belirlenmifltir. Belir-lenen bu spektral ivme de¤erle-rinden NEHRP spektrum büyütmekatsay›lar› kullan›larak yüzeydekizemin ba¤›ml› spektral ivme de¤er-leri hesaplanm›flt›r. Zeytinburnuçal›flmas›nda ise, zemin yüzeyindedeprem özellikleri her hücre zeminprofili için yap›lan bir boyutlu zemindavran›fl analizleri sonucunda eldeedilmifltir. Zemin davran›fl analiz-lerinde, ivme zaman kay›t setlerikullan›larak yüzeyde elde edilenivme davran›fl spektrumlar›n›nortalamas› her hücre için seçilendeprem tehlike senaryosuna karfl›

13say› 91/2007

‹STANBUL BÜLTENinceleme

fiekil 1: ‹stanbul’da toplam bina say›lar›na göre betonarme çerçeve binalar›n da¤›l›m›

gelen ivme spektrumu olarak tan›m-lanm›flt›r.• Hasar görebilirlik iliflkileri, yap›n›ndavran›fl›n›n spektral istem-sunume¤risinden tahmin edildi¤i spektralyer de¤ifltirme yöntemine dayan-maktad›r. Spektral yer de¤ifltirme-lere ba¤l› hasar görebilirlik e¤rileri-nin bir ekseni spektral yer de¤ifl-tirme istemi, di¤er ekseni ise yap›-sal hasar›n belirli hasar eflik seviye-sine ulaflma veya bu seviyeyi aflmatoplam olas›l›¤›n› göstermektedir.Binalardaki yap›sal hasarlar beflgrup alt›nda s›n›fland›r›lm›flt›r: (1)

Hasars›z, (2) Az Hasarl›, (3) OrtaHasarl›, (4) Çok Hasarl›, ve (5)Y›k›k.• Hasarl› binadaki yaralanma veölüm oranlar› için Erdik vd. (2002)taraf›ndan gelifltirilen bölgeseldepremlerden elde edilen verileregöre önerilmifl model benimsen-mifltir. Can kay›plar› dört yaralanmafliddet derecesi için hesaplanm›flt›r.De¤iflen bina tiplerinde can kayb›n›nbelirlenmesi için birim bafl›na orta-lama bir nüfus say›s› atanm›flt›r.• Orta yükseklikteki tipik yap›larüzerindeki ön çal›flmalar do¤rultu-

sunda, toptan göçme ve a¤›r hasar›önlemeye yönelik bina güçlendirmeyöntemlerinin (yap›sal duvar eklen-mesi, kolon mantolanmas›, vb.) or-jinal yap›lar›n hakim periyotlar›n›ortalamada yaklafl›k üçte ikisinedüflürdü¤ü ve yatay yük kapasitesinide 2.5 kat art›rd›¤› varsay›lm›flt›r.Eldeki bina verileri, güçlendirilmiflbina sto¤unda hasar da¤›l›m›n›nhesaplanmas› için bu de¤ifliklikleryap›larak düzenlenmifltir. Buradaamaç can kay›plar›na sebep olany›k›k bina say›s›n› azaltarak güçlen-dirmenin etkisini gözlemlemektir.

14

‹STANBUL BÜLTEN

say› 91/2007

inceleme

fiekil 2: ‹stanbul için NEHRP (2001) yerel zemin s›n›flad›rmas›

3. SONUÇLAR

Deprem tehlikesinin belirlenme-sinde Erdik vd. (2004) taraf›ndançal›fl›lm›fl olas›l›ksal yaklafl›m vebu çal›flma için INGV (2006) tara-f›ndan haz›rlanan deterministik k›r›l-ma tehlike senaryolar› gibi de¤iflikyaklafl›mlar mevcuttur. Olas›l›ksalve deterministik deprem tehlike se-naryolar›n›n sonuçlar›nda belirginfarklar bulunmaktad›r. Kentsel dep-rem hasar senaryolar›nda depremtehlike analizi bilgisinin kullan›m›bilimsel ortamda sürmekte olan birtart›flma konusudur, hem depremtehlikesi hem de deprem hasar se-naryolar›na yans›yan belirsizliklerinazalt›lmas›na yönelik çal›flmalarsürmektedir.

Zemin koflullar›n›n etkisinin de¤er-lendirilmesinde de de¤iflik yakla-fl›mlar söz konusudur. ‹stanbul içinzemin koflullar›n›n etkisi NEHRPyerel zemin s›n›fland›rmas› kullan›-larak, Zeytinburnu için zemin koflul-lar›n›n etkisi daha kapsaml› geo-teknik veriler ve zemin büyütmeanalizleri kullan›larak yap›lm›flt›r.‹ki yöntem aras›nda hem zemin yü-zeyinde hesaplanan deprem özel-likleri, hem de hasar da¤›l›m› aç›-s›ndan önemli farkl›l›klar bulun-maktad›r.Bu çal›flma kapsam›nda fiekil 4’tegösterilmifl oldu¤u gibi ‹stanbulgenelinde hasar da¤›l›mlar› hemKRDAE olas›l›ksal tehlike senaryosuhem de INGV deterministik tehlikesenaryolar› kullan›larak de¤erlen-dirilmifltir.

Y›k›laca¤› tahmin edilen bütün be-tonarme binalar›n güçlendirilebile-ce¤i varsay›larak bir parametrikde¤erlendirme yap›ld›¤›nda sonuçlaraç›kça güçlendirmenin bina hasar›n›ve daha da önemlisi can kayb›n›düflürdü¤ünü göstermektedir. ‹lkaflamada KRDAE olas›l›ksal depremtehlikesi modeli için y›k›laca¤› tah-min edilen betonarme çerçeve binasay›s› 23291 (4.1%) iken güçlen-dirme sonras› bu say› 1471 (0.26%)olmakta, can kayb› ise 31521kifliden 2442 kifliye düflmektedir.

Zeytinburnu için hasar da¤›l›m› vecan kayb› hesaplamalar›nda, dep-rem tehlikesi, envanter ve hasar gö-rebilirlik girdilerini kullanan co¤rafibilgi sistemleri ile verilerin ifllenmesive sonuçlar›n sunulabilmesi için

15say› 91/2007

‹STANBUL BÜLTENinceleme

fiekil 3: ‹stanbul için zemin yüzeyinde hesaplanm›fl olan k›sa periyot spektral ivme de¤erlerinindokuz INGV tehlike senaryosu için ortalamas›

16

‹STANBUL BÜLTEN

say› 91/2007

inceleme

fiekil 4: ‹stanbul’da 9 fay k›r›lma modeline ve olas›l›ksal deprem tehlikesine görebetonarme çerçeve binalar›n hasar da¤›l›m›

KAYNAKLAR• Ansal,A., Kurtulus,A., ve Tönük,G. (2007) “Earthquakedamage scenario software for urban areas”, ThematicConference on Computational Methods in StructuralDynamics and Earthquake Engineering, COMPDYN,Rethymno, Girit, Yunanistan.• Ayd›no¤lu,N. ve Polat,Z.C. (2004) “Zeytinburnu’ndaBinalar›n Deprem Davran›fllar›n›n De¤erlendirilmesi”, ‹stanbulDeprem Master Plan› Zeytinburnu Pilot Projesi, ‹stanbulBüyükflehir Belediyesi , Planlama ve ‹mar Dairesi.• Bay›nd›rl›k ve ‹skan Bakanl›¤› Afet ‹flleri Genel Müdürlü¤ü,AIGM (2007) “Deprem Bölgelerinde Yap›lacak BinalarHakk›nda Yönetmelik”, Türkiye Deprem Yönetmeli¤i (TDY).• Erdik,M., Demircio¤lu,M., fiefletyan,K., Durukal,E., veSiyahi,B. (2004) “Earthquake Hazard in Marmara Region”,Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Cilt 24, sf.605-631.• Erdik,M., Ayd›no¤lu,M,N., Fahjan,Y., fiefletyan,K.,Demircio¤lu,M., Siyahi,B., Durukal,E., Özbey,C., Biro,Y.,Akman, H., ve Yüzügüllü,Ö. (2003) “Earthquake RiskAssessment for Istanbul Metropolitan Area”, Earthquake

Engineering and Engineering Vibration, Cilt 2, No.1, sf.1-25.• Erdik,M., Ayd›no¤lu,M,N., Barka,A., Yüzügüllü,Ö., Siyahi,B.,Durukal,E., Fahjan,Y., Akman,H., Birgören,G., Biro,Y.,Demircio¤lu,M., Özbey,C. ve fiefletyan,K. (2002) “‹stanbulMetropolitan Alan› için Deprem Riskinin De¤erlendirilmesi”,Amerikan K›z›lhaç Araflt›rma Projesi Raporu, Bo¤aziçiÜniversitesi Yay›n› (‹ngilizce).• INGV (2006) “Technical report on the scenario earthquakedefinitions for three cities”, LESSLOSS Project Report.• ‹yisan,R. (1996) “Zeminlerde Kayma Dalgas› H›z› ilePenetrasyon Deney sonuçlar›n›n Karfl›laflt›r›lmas›”, ‹MOTeknik Dergi, Cilt 7, No.2, sf.1187-1199.• NEHRP-National Earthquake Hazards Reduction Program(2001) “Recommended Provisions for Seismic Regulationsfor new buildings and other structures”, 2000 Edition, Part1: Provisions (FEMA 368), Ch. 4, Washington, D.C.• Spence,R. (editör) (2007) “Earthquake Disaster ScenarioPrediction and Loss Modelling for Urban Areas”, AvrupaBirli¤i Alt›nc› Çerçeve Projesi, LessLoss Report 07, IUSSPress, Istituto Universitario di Studi Superiori di Pavia.

gelifltirilen KoeriLossV2 (Ansal vd.,2007) program› kullan›lm›flt›r. A¤›rhasarl› ve y›k›laca¤› tahmin edilenbütün binalar›n güçlendirilece¤i var-say›larak olas›l›ksal ve deterministiktehlike senaryolar›n›n baz›lar› için

bir parametrik de¤erlendirme yap›l-d›¤›nda, hasar ve can kayb› seviye-lerinde çok belirgin azalmalar göz-lenmifltir. En fazla y›k›m ve can kay-b› sonucu veren INGV 212 tehlikesenaryosunda güçlendirilme öncesi

a¤›r hasar görece¤i ve y›k›laca¤›tahmin edilen betonarme bina say›-s› 2208 (16%) iken güçlendirmesonras› bu say› 0 olmakta, can kay-b› ise 484 kifliden 0 kifliye düflmek-tedir.