Mühendislik Sismolojisi: Sismik Verilerin Endüstri Yazılımlarıyla Analizi

Giriş

Sismik veri analizi, mühendislik sismolojisinin temel uygulamalarından biridir ve yer hareketlerinin ölçülmesi ile yerel zemin koşullarına özgü deprem tehlikesi değerlendirmesi yapılmasına olanak tanır. Bu analizler, yapıların ve altyapı sistemlerinin deprem yönetmeliklerine uygun olarak tasarlanması açısından kritik öneme sahiptir.

Bu derste, saha ve akademik deneyime sahip jeofizik mühendisi Cansu Eroğlu tarafından kullanılan SeisImager yazılımı ile mikrotremor verilerinin işlenmesi anlatılmaktadır. Mikrotremorlar, çevresel ve insan kaynaklı sürekli yer titreşimleridir ve zemin büyütmesi ile baskın periyodun (veya frekansın) belirlenmesinde kullanılır. Ders boyunca yazılımın uygulamalı kullanımı, veri kalitesinin önemi ve mühendislik yorumunun rolü vurgulanmaktadır.

Dersin Amaçları

SeisImager yazılımını tanıtmak
Mikrotremor verilerini analiz ederek baskın frekans ve zemin büyütmesi hesaplamalarını göstermek
Otomatik analizlerde mühendislik yorumunun önemini ortaya koymak

📌 Bilgi Kutusu: NEHRP Standartları

NEHRP (National Earthquake Hazards Reduction Program), sismik tasarımda kullanılmak üzere zemin sınıflandırmalarını tanımlar. Bu sınıflandırma, zeminlerin 30 metrelik üst tabakasının ortalama kayma dalgası hızı (Vs₃₀) temel alınarak yapılır:

A Sınıfı: Sert kaya (Vs > 1500 m/s)
B Sınıfı: Kaya (Vs 760–1500 m/s)
C Sınıfı: Sıkı zemin (Vs 360–760 m/s)
D Sınıfı: Orta sert zemin (Vs 180–360 m/s)
E Sınıfı: Yumuşak zemin (Vs < 180 m/s)

Bu sınıflandırma, FEMA (2020) tarafından yayımlanan yapı yönetmeliklerine entegre edilmiştir.

❓ SORU KUTUSU – Giriş

Mikrotremor ölçümlerinin mühendislik sismolojisindeki temel amacı nedir?
NEHRP zemin sınıflandırmaları, yapı tasarımını nasıl etkiler?
Otomatik yazılım sonuçlarının ötesinde, mühendislik yorumu neden önemlidir?

Temel Kavramlar

Mikrotremor Ölçümleri

Mikrotremorlar, doğal (rüzgar, okyanus dalgaları) veya insan kaynaklı (trafik, makineler) düşük genlikli yer titreşimleridir. Bu titreşimler aracılığıyla:

Baskın Periyot (Tₚ): Zemin tabakalarının rezonansa girdiği süre belirlenir.
Zemin Büyütmesi: Yerel zemin özelliklerinin sismik dalgaları ne ölçüde büyüttüğü hesaplanır.

Ölçümler, üç bileşenli (K-D, D-B ve düşey) sismometreler ile gerçekleştirilir.

SeisImager ile Veri İşleme

SeisImager, özellikle H/V spektral oranı (yatay/düşey spektrum oranı) analizi için kullanılan endüstri standardı bir yazılımdır. Yöntem, Nakamura (1989) tarafından geliştirilmiştir.

İzlenen başlıca adımlar:

Veri Toplama: 30–45 dakikalık üç bileşenli veri kaydı
Ön İşlem: 0.2–20 Hz bant geçiren filtre uygulanması
H/V Analizi: Yatay/düşey oranlar kullanılarak baskın frekansın tespiti
Pencere Seçimi: Gürültüsüz veri aralıklarının seçimi
Yorumlama: NEHRP veya Eurocode 8'e göre sınıflandırma yapılması

Mühendislik Yorumu

Yazılım araçları, ilk analizi otomatik yapsa da verinin anlamlı biçimde değerlendirilmesi için mühendislik yorumu zorunludur. Özellikle:

Yanlış pencereler seçildiğinde, baskın olmayan frekanslar öne çıkabilir.
Dış gürültü kaynakları, hatalı büyütme değerlerine neden olabilir.

Uzmanın tecrübesi, güvenilir sonuçlar elde edilmesini sağlar.

📌 Bilgi Kutusu: Eurocode 8 (EN 1998-1)

Eurocode 8, Avrupa deprem yönetmeliğidir. NEHRP’ye benzer şekilde, Vs ve baskın periyot temelli zemin sınıflandırması yapar:

Zemin Tipi	Tanım	Vs (m/s)	Tₚ (s)
A	Kaya	>800	<0.1
B	Çok sıkı kum/çakıl	360–800	0.1–0.2
C	Orta sıkı zemin	180–360	0.2–0.6

❓ SORU KUTUSU – Temel Kavramlar

H/V spektral oranı bize neyi gösterir?
Veri pencerelerinin manuel olarak seçilmesi neden önemlidir?
Hangi durumlarda mühendislik yorumu otomatik analizlerin önüne geçer?

Uygulamalar

Yerel Deprem Tehlikesi Değerlendirmesi

Mikrotremor verileri, aşağıdaki mühendislik uygulamalarında kullanılır:

Zemin büyütme fonksiyonlarının belirlenmesi
Yapıya özgü tepki spektrumlarının geliştirilmesi
Yapı yüksekliğine göre uygun zemin sınıfının seçilmesi

Örneğin, 0.28 s (yaklaşık 3.57 Hz) periyotlu bir zemin, NEHRP’ye göre C sınıfı olarak tanımlanır ve genellikle alçak katlı yapılar için uygundur.

Gerçek Uygulama: Veri İşleme Örneği

Ders kapsamında analiz edilen veri setinde:

30 dakikalık kayıt alındı
0.2–20 Hz bant geçiren filtre uygulandı
Gürültüsüz pencere seçimi yapıldı
3.57 Hz baskın frekans tespit edildi → NEHRP C Sınıfı

Bu analiz, mühendislerin saha verilerine göre deprem spektrumlarını uyarlamasına örnek teşkil eder.

Kalibrasyon ve Veri Kalitesi

Doğru analiz için:

Ölçüm cihazları düzenli kalibre edilmelidir.
Cihaz yaşlanması, farklı marka farkları dikkate alınmalıdır.
Gürültülü ortamlarda çoklu cihaz karşılaştırması ile doğrulama yapılmalıdır.

📊 Tablo: NEHRP Sınıflarına Göre Baskın Periyot ve Frekanslar

Sınıf	Vs₃₀ (m/s)	Periyot (s)	Frekans (Hz)	Zemin Tipi
A	>1500	<0.1	>10	Sert Kaya
B	760–1500	0.1–0.2	5–10	Kaya
C	360–760	0.2–0.5	2–5	Sıkı Zemin
D	180–360	0.5–1.0	1–2	Orta Sert Zemin
E	<180	>1.0	<1	Yumuşak Kil / Dolgu

❓ SORU KUTUSU – Uygulamalar

Baskın periyot, yüksek katlı ve alçak katlı yapı tasarımını nasıl etkiler?
Farklı marka sismometrelerin aynı projede kullanılması ne gibi sorunlara yol açar?
Gürültülü ortamlarda mikrotremor ölçümlerinin kalitesi nasıl artırılır?

Özet

Bu ders kapsamında, SeisImager yazılımı kullanılarak mikrotremor verilerinin nasıl analiz edildiği uygulamalı olarak gösterilmiştir. Vurgulanan başlıca noktalar:

H/V oranı ile baskın frekans ve zemin büyütmesi hesaplaması
Otomatik analizlerde uzman yorumu ile güvenilir sonuçlar elde etme
NEHRP ve Eurocode 8 gibi uluslararası standartlara uygun sınıflandırma

Bir sonraki derslerde farklı saha örnekleri ve kalibrasyon teknikleri ele alınacaktır.

📈 Önerilen Şekil:
Veri setine ait H/V oran grafiği → 3.57 Hz’deki zirve ve buna karşılık gelen NEHRP sınıfı işaretlenebilir.

Depremlere karşı yapılarımız ne kadar güvenli? Bu sorunun yanıtı, zeminin özelliklerini iyi tanımaktan geçiyor. İşte bu noktada devreye "mikrotremor analizi" giriyor. Bu yazımızda, bu analizin ne olduğunu, neden önemli olduğunu ve Geopsy adlı ücretsiz bir yazılımla nasıl yapıldığını basit bir dille anlatıyoruz. Bu içerik, deneyimli jeofizik mühendisi Cansu Eroğlu’nun saha tecrübelerine ve bilimsel kaynaklara dayanmaktadır.

Mikrotremor Nedir?

Mikrotremor, depremler dışında, rüzgar, trafik, deniz dalgaları gibi çevresel faktörlerin yol açtığı doğal ve sürekli zemin titreşimleridir. Bu titreşimler ölçülerek, zeminin nasıl davrandığı (esnek mi, sert mi) anlaşılabilir.

Bu titreşimler üzerinden yapılan analizler sayesinde:

Zeminin baskın titreşim frekansı (ne sıklıkla titrediği),
Hangi türde yapılar için uygun olduğu,
Deprem sırasında nasıl davranacağı gibi bilgiler elde edilir.

Geopsy Yazılımı Nedir?

Geopsy, mikrotremor verilerini analiz etmek için kullanılan açık kaynaklı (ücretsiz) bir yazılımdır. Özellikle H/V oranı (yatay/düşey titreşim oranı) hesaplamasında oldukça etkilidir. Bu oran, zeminin depremde ne kadar büyüyeceğini tahmin etmeye yardımcı olur.

Geopsy ile Mikrotremor Analizi Nasıl Yapılır?

Aşağıdaki adımlar, Cansu Eroğlu’nun saha uygulamalarına ve uluslararası kaynaklara göre sadeleştirilmiştir:

1. Veri Toplama

En az 15 dakika, mümkünse 30-40 dakika kayıt yapılmalı.
Gürültü kaynaklarından uzak durun: Örneğin sabah erken saatlerde veya gece kayıt alın.
Cihaz düzgün yerleştirilmeli, özellikle düşey eksene dikkat edilmeli.

📝 Cansu’nun önerisi: Ölçüm öncesi çevre kontrol edilmeli. Örneğin, su borusuna yakın konulan bir sensör, gereksiz titreşim kaydeder.

2. Veriyi Geopsy’ye Aktarma

Veriler genellikle SAC veya miniSEED formatında olmalı.
Verinin üç ekseni de düzgün yerleştirilmiş mi, kontrol edin.
Aykırı değerler varsa (ani sıçramalar gibi), yazılımda filtrelenmeli.

3. Ön İşlem

0.2 – 20 Hz arası bandpass filtre uygulanmalı.
Verinin uç noktalarına tapering (kenar yumuşatma) yapılmalı.
Eksende kayma varsa, yazılım içinden düzeltme yapılabilir.

4. Veri Pencerelere Ayrılır

Kayıt, örneğin 27 parçaya bölünür.
Gürültülü pencereler manuel olarak çıkarılır. Her şeye yazılım karar vermesin!

📝 Cansu’nun deneyimi: Gürültülü pencereleri çıkararak 2-8 Hz aralığında daha sağlıklı sonuçlar elde ettiğini söylüyor.

5. H/V Spektral Analizi

Yatay/düşey titreşim oranı hesaplanır.
Bu oran sayesinde zeminin baskın titreşim frekansı ve periyodu belirlenir.

📌 Örnek: Bir bölgede 3.54 Hz frekans bulunduysa, bu zemin “C sınıfı” yani sağlam sayılır.

6. Sonuçların Yorumu

Bulunan değerler, zemin sınıflandırma tablolarıyla karşılaştırılır.
Örneğin: 0.1-0.3 saniye periyot → Sağlam zemin
0.5 saniye üzeri → Yumuşak zemin

📌 Unutmayın: Geopsy bazen otomatik olarak hatalı pik seçebilir. Mühendislik bilgisiyle yorum yapmak şart!

Cansu Eroğlu’ndan İpuçları

45 dakikalık kayıt, standart hatayı azaltır.
Aynı cihazla sürekli ölçüm, hata payını düşürür.
YouTube videoları ve Geopsy dokümantasyonu, öğrenme sürecinde faydalı.

Neden Sadece Yazılım Yetmez?

Yazılım size veriyi sunar, doğru yorumu siz yaparsınız.

Cansu Eroğlu, bir ölçümde Geopsy’nin 1.6 Hz'lik bir pik gösterdiğini, ama asıl doğru sonucun 2-8 Hz aralığında olduğunu belirtiyor. İşte bu yüzden deneyim, bilgi ve gözlem çok önemlidir.

Sonuç: Kendi Analizinizi Yapmaya Hazır mısınız?

Mikrotremor analizi sayesinde, yaşadığınız bölgedeki zemin hakkında ciddi bilgiler edinebilir ve yapıların deprem güvenliği konusunda daha bilinçli adımlar atabilirsiniz. Geopsy gibi ücretsiz araçlar, bu süreci hem teknik hem erişilebilir hale getiriyor.

Şimdi siz de Geopsy’yi indirip denemeye başlayın! Ölçüm yaptınız mı? Sonuçlarınızı, sorularınızı veya yorumlarınızı aşağıya yazın – birlikte değerlendirelim.

📚 Kaynakça

Ansal, A. (2004). Zemin sınıflandırması ve sismik tasarım kriterleri. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı Bildiriler Kitabı.

Bonnefoy-Claudet, S., Cornou, C., Bard, P.-Y., Cotton, F., Moczo, P., Kristek, J., & Fäh, D. (2006). H/V ratio: A tool for site effects evaluation. Results from 1-D noise simulations. Geophysical Journal International, 167(2), 827–837. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2006.03154.x

🔗 https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2006.03154.x

Nakamura, Y. (1989). A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface. Quarterly Report of Railway Technical Research Institute, 30(1), 25–33.

Wathelet, M., Guillier, B., Roux, P., & Ohrnberger, M. (2020). Geopsy: An open-source software for ambient vibration processing. Seismological Research Letters, 91(3), 1458–1469. https://doi.org/10.1785/0220190364

🔗 https://doi.org/10.1785/0220190364