Genlik parametreleri

Yer hareketinin tanımlanması genellikle zaman kayıtları yardımıyla yapılır. Deprem dalgalarının her bir kısmı belirli bir ivme değerine sahiptir. Deprem anında yerin hangi hız ve miktarla sarsıldığını belirlemek açısında ivme önemli bir kavramdır. Ancak, hareketin etkilerini tam olarak belirlemek için hız, yerdeğiştirme (ötelenme), güç ve tepki spektrumu gibi hareketle ilgili parametrelerin de belirlenmesi gerekir. Pik İvme: Belirli bir yer hareketinin genliğini belirlemede en yaygın ölçü olarak en büyük yer ivmesi (PGA: peak ground acceleration) veya pik yatay ivme (PHA: peak horizontal acceleration) olarak ifade edilmektedir. Yaygın olarak kullanılan biçimiyle PGA, bir hareket bileşeni için çok basit olarak o bileşenin mutlak değer olarak en büyük genlik değeridir.

Depremin ani hareketi sonucu, yapılar bu harekete karşı kütlesinin ataleti (durağanlığı) ile karşı koyar. Yatay ivmeler, atalet kuvvetleri ile olan doğal ilişkilerinden dolayı, genellikle yer hareketini tanımlamada sıkça kullanılır. Yer hareketinin yatay bileşenleri, yapılar üzerinde genellikle düşey ivmelerden (PVA: peak vertical acceleration) daha etkilidir. Yapılar, düşey ivmelerin ve yerçekimi ivmesinin yarattığı basınç gerilmelerine karşı yeterli dayanım gösterebildiği halde, yatay ivmelerin oluşturduğu kesme ve çekme kuvvetlerine karşı daha az dayanım gösterir.

Mühendislik tasarımlarında pik düşey ivme PVA genellikle PHA’nın üçte ikisi kadar kabul edilmektedir (Newmark and Hall, 1982). Ancak son zamanlarda yapılan gözlemler PVA’nın PHA’ya oranının oldukça değişken olduğunu; orta ve büyük ölçekteki deprem kaynaklarının yakınında bu oranın üçte ikiden büyük ve daha uzak mesafelerde ise üçte ikiden küçük olduğunu göstermiştir (Campbell, 1985; Abrahamson ve Litehiser, 1989). Bu özelliklerden dolayı sönüm denklemleri oluşturulmasında pik yatay yer ivmesi daha çok tercih edilmektedir (Peng vd., 1985a; Peng vd., 1985b; Ambraseys vd, 1996; Dahle vd., 1995; Sadigh ve Egan, 1998; Ambraseys ve Douglas, 2000). Çok kısa süren yüksek pik ivmeler yapı türlerinde az hasara neden olabilir. Pik ivmeler çok yüksek frekanslarda oluştuğundan ve deprem

süresi de uzun olmadığından, çok sayıda deprem 0,5 g’den daha büyük pik ivmeler ürettiği halde yapılarda önemli bir hasara yol açmamıştır (Kramer, 1996).

Pik Hız: Yer hareketi genliğinin tanımlanmasında diğer önemli bir parametre de depremin pik yatay hızıdır (PHV). Hız, yer hareketinin yüksek frekans içeriğine daha az duyarlı olduğundan; orta frekanslardaki yer hareketinin genliği PHA’ya göre PHV ile daha iyi belirlenmektedir. Bu orta frekans aralığındaki yüklemelere karşı duyarlı yapı ve tesisler (yüksek veya esnek binalar, köprüler vb.) için potansiyel hasarı sağlıklı bir şekilde belirlemede PHV çok daha üstündür. PHV ayrıca deprem şiddeti ile deneştirilmiştir (Trifunac ve Brady, 1975; Krinitzsky ve Chang, 1988).

Pik Yerdeğiştirme: Pik ivme ve pik hızdan başka bir önemli yer hareketi parametresi de pik yer değiştirmedir. Pik yer değiştirme, bir deprem hareketinin genellikle düşük frekanslı bileşenleri ile ilişkilidir. Ancak, süzgeçleme ve akselerogramların integrali sırasındaki sinyal değerlendirme -hesaplama- hataları ve uzun periyodlu gürültüden dolayı doğru bir şekilde tanımlanmaları genellikle zor olmaktadır (Campbell, 1985; Joyner ve Boore, 1988). Yerdeğiştirme sonuçta yer hareketinin bir ölçüsü olarak pik ivme veya pik hıza göre daha az kullanılmaktadır (Kramer, 1996). Tipik bir yer hareketi tanımlanmasına ilişkin ivme, hız ve yerdeğiştirme zaman kayıtlarına ait dalga formları grafik olarak Şekil 3.6’da gösterilmiştir.

Efektif İvme: Yukarıda belirtilen parametreler kolayca tanımlanabilir olsa da, zamana bağlı yer hareketi değişiminin içinde yalnızca bir döneme ait pik genliğini ifade etmektedirler. Yapılara depremle gelen ve hasar yapabilen yüklerin belirlenmesinde pik genlikler önemli parametreler iken, kimi zaman yapı hasarı daha ziyade yüksek genlikli dönemlerin birkaç kez tekrarını gerektirir. Bazı kayıtlarda ise, diğer dönemlere göre çok büyük olan tek devirli pik genlikler ile karakterize edilmektedir.

Şekil 3.6. 17 Ağustos 1999 Kocaeli Depremi sırasında Sakarya istasyonundan alınan kuvvetli yer hareketi kaydının doğu-bati bileşeni ivme, hız ve yerdeğiştirme dalga formları

Şekil 3.7’de Bolu kaydında görüldüğü üzere, tüm kayıt içinde diğer dönemlere göre oldukça büyük olan ve tek bir döneme ait olarak ani bir pik genlik oluşmuştur. Kayıt incelendiğinde, 0.08 sn içerisinde yaklaşık 0.48g’den 0.80g’ye ani pik (pulse) oluştuğu görülmektedir. Çok yüksek bir frekans içeren bu pikin bina hasarında ve ivme spektrumunda etkin bir değeri yoktur. Dalga formu bir bütün olarak ele alınırsa depremin ivmesini, kuvvetli S dalgasının 4 sn içerisinde tekerrür eden ve maksimum 0.48g’e varan genliğinin oluşturduğu görülmektedir (Çeken, 2000).

Şekil 3.7. 12 Kasım 1999 Düzce depremi (Mw:7.2) Bolu istasyonu kaydı yatay bileşenlerine ait ivme kayıtlarından görülen pik ivmeler, kuvvetli yer hareketinin genel karakteristiğini yansıtmamaktadır (Çeken, 2000)

Efektif tasarım ivmesi: Yüksek frekanslı büyük ivme pulslarının gerek ivme spektrumunda ve gerekse düşük doğal frekanslı yapılar üzerinde etkin bir değeri yoktur. Benjamin ve Associates (1988) yapılar üzerinde etkili olan efektif tasarım ivmesini, yüksek frekanslı büyük ivme pulsları çoğu yapılarda küçük bir tepkiye neden olduğundan dolayı, 8 ile 9 Hz’den büyük ivmeleri filtrelemek suretiyle geriye kalan pik ivmeler şeklinde tanımlamaktadırlar.

Efektif pik ivme: Applied Technology Council (1978), standart tepki spektrumlarının normalize edilmesinde kullanılan iki faktör tanımlamıştır. Efektif pik ivme (EPA) 0.1 ile 0.5 sn periyod aralığında 2.5 ile bölünen ortalama spektral ivme olarak tanımlanmıştır (%5 sönümleme spektrumu için standart genlik faktörü). Efektif pik hız (EPV) 0.1 ile 0.5 sn periyod aralığında 2.5 ile bölünen ortalama spektral hız olarak tanımlanmıştır. Spektral ivme ve hızların belirli bir periyod aralığında ortalamalarının alınması işlemi ile EPA ve EPV tepki spektrumlardaki lokal piklerin etkileri asgariye indirilmektedir (Kramer, 2006).