MASW

Yeraltı tabakalarının fiziksel özellikleri (makaslama modülü, elastisite modülü, sıkışmazlık

modülü, doğal salınım periyodu, sismik büyütmesi, poisson oranı v.b.) makaslama (S) hızı ile

doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle, yeraltı tabakalarının S-hızı değişimlerinin belirlenmesi

jeoteknik mühendisliği açısından oldukça önemlidir. Son yıllarda yüzey dalgalarının çok-

kanallı analizi (MASW) yöntemi S-hızı değişimlerinin belirlenmesinde sismik kırılma

yöntemi yanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle sismik kırılma yönteminin

uygulanamadığı durumlarda MASW yöntemi tek alternatif yöntem olarak görülmektedir.

Sismik kırılma yöntemi ile ölçü alımında kullanılan dizilim geometrisi korunarak MASW

kayıtları toplanabilmekte ve daha büyük araştırma derinliği elde edilebilmektedir. Yöntemin

diğer üstünlükleri arasında hızlı veri toplama, kolay veri-işleme ve düşük hız problemini

çözmesi gösterilebilir.

Yüzey dalgası analiz yöntemlerinden MASW tekniği ile Vs30 değeri sağlıklı bir şekilde

hesaplanabilmektedir. Vs30, UBC ve Eurocode-8 uluslararası standartlarında kullanılan temel

parametrelerin başında gelmektedir. Yüzey dalgası analiz yöntemlerinde, yer altındaki

tabakalı yapıların kesme dalgası hızının (Vs) hızının derinlikle değişiminin hesaplanması

amacıyla Rayleigh dalgasının dispersif özelliğinden faydalanır. Yüzey dalgası yöntemleri

aktif kaynaklı ve pasif kaynaklı yöntemler olmak üzere iki ana grup altında toplanabilir. Pasif

kaynaklı yöntemler daha derin nüfus gücüne sahiptir. Özellikle ana kaya derinliğine

ulaşılması gereken sahalarda etkin olarak kullanılabilmektedir. Arazide ilk bakıldığında kolay

uygulanabilir olması yöntemin avantajları olarak görülmesinin yanında, veri eldesi sırasında

geometriden kaynaklanan problemler ve yüzeye yakın tabakaların tespitinde yanılgı payının

olması dezavantajları olarak karşımıza çıkmaktadır.

Bunun yanında, MASW yöntemi daha sınırlı nüfuz derinliğine sahip olmasının yanında, etkin

kaynak olarak kullanılması ile daha başarılı sonuçlar alınmaktadır. Özellikle Vs30

çalışmalarında ilk 30 metrenin önemi ve ince tabakaların tespitinde oldukça sağlıklı sonuçlar

vermesi nedeniyle etkin kullanıma sahiptir. Diğer yöntemlere göre en büyük avantajı

kaynağın kontrollü olmasıdır. Aktif ve pasif kaynaklı yüzey dalgası yöntemleri kullanılarak

yerin S dalga hız yapısı belirlenebilir. Bunun için iki adım vardır;

Bunlardan birincisi incelenen alana ait dispersiyon eğrisinin belirlenmesidir. Yüzey

dalgası yöntemlerin tümünde amaçlanan, incelenen alana ait dispersiyon eğrisini elde

etmektir. Dispersiyon eğrisinin elde edilişi tüm yöntemler için farklıdır.

İkinci adım ise ters-çözüm işlemidir.

UBC ve Eurocode-8 uluslararası standartlarında kullanılan zemin sınıflaması tablosu

Zemin Sınıfı Katmanlaşma Biçiminin Tanımı Vs 30 (m/s)

A Kaya veya diğer kaya türü jeolojik oluşum,

yüzeydeki zayıf materyal kalınlığı en fazla 5 m

> 800

B Çok sıkı kum, çakıl veya çok sert kil, en az

birkaç on metre kalınlıkta ve mekanik özellikleri

derinlikle artan karakterde

800 - 360

C Derin tabaka halinde sıkı veya orta sıkı kum,

çakıl veya sert kil, tabaka kalınlığı birkaç on

metreden yüzlerce metreye kadar

360 - 180

D Gevşek-orta sıkı kohezyonsuz zemin (bazı

yumuşak kohezyonlu zemin katmanları

bulunabilir), veya baskın olarak yumuşak-orta

sert kohezyonlu zemin

< 180

E Tabanda daha sert (Vs > 800 m/s) materyale

oturan ve Vs değeri C veya D sınıfına giren

kalınlığı yaklaşık 5-20 m olan yüzeysel alüvyon

S1 Yüksek plastisiteli (PI > 40) ve yüksek su

muhtevasında yumuşak kil/silt, en az 10 m

kalınlığında

< 100

S2 Sıvılaşabilen zeminler, hassas killer ve A – E ve

S1 sınıflarına girmeyen diğer her tip zemin

Ölçüm Alım Şekli;

MASW yönteminde ölçü alımı tıpkı P- kırılma çalışmalarında olduğu gibidir. MASW

yönteminde kaynak olarak balyoz, çekiç, patlatma veya ağırlık düşürme gibi geçici enerji

üreten kaynaklar kullanılır. Veri toplamada, genel olarak 1-2 ms örnekleme aralığı

kullanılarak 1 veya 2 s süresince veri toplanması, Vs değişimin belirlenmesi için yeterlidir.

Genel olarak 5 yığma yeterlidir. Veri toplanması aşamasında S/G oranını arttırmak amacıyla

fazla sayıda yığma işlemi kimi zaman harici gürültülerin kayıtlarda etkin olmasına neden

olabilmektedir. Bu nedenle, yığma sayısı özellikle dış kaynakların mevcut olmadığı

durumlarda arttırılmalıdır. Jeofon aralığı, sığ derinliğin çözünürlüğünü, serim boyu ise

araştırma derinliğini etkileyen iki değişkendir. Küçük jeofon aralığı, sığ derinlik için yüksek

çözünürlük sunar. Büyük serim boyu, büyük araştırma derinliği sunmasına rağmen ayrımlık,

kullanılan enerji kaynağı ile de doğrudan ilişkilidir(Dikmen v.d. ,2009).

Ölçü Alırken Dikkat Edilmesi Gerekenler;

Çalışmada Sinyal / Gürültü oranı artırmak için en az 5 yığma yapılır.

dx : Jeofon aralığı , Zmax : İstenen en büyük araştırma derinliği olmak üzere;

dx ≤ 0.1*Zmax

olmadır (Stokoe vd. 1994).

Yakın alan etkilerinden kaçınmak için, X : offset olmak üzere;

X=0.5*Zmax

olmalıdır (Stokoe vd. 1994).

Dx : Açılım uzunluğu olmak üzere;

Dx ≥ Zmax

olmalıdır (Nazarian vd. 1983).

N : Alıcı kanal sayısı olmak üzere;

N ≥ Dx / dx

şeklinde alınmalıdır (Stokoe vd. 1983).

En yakın offset (kaynak- alıcı aralığı) araştırma derinliğinin yarısı kadar seçilmelidir

(Stokoe vd.1999b).

Verilerin Değerlendirilmesi;

Verilerin değerlendirme aşamasında Seisimager (Surface Wave Analysis Wizard) programı

kullanılmıştır.

Bu programla 1 tane ölçüye ait yapılan değerlendirme aşağıda anlatılacaktır.

1. Yüzey Dalga Analizi (Surface Wave Analysis) programı açılmıştır.

2. Açılan programda Dosya (File)’dan SEG-2 formatındaki dosyayı aç’a (Open SEG-2

File) tıklanır ve sismik verimiz açılır

3. Açılan sismik veri aşağıdaki gibidir.

4. Üstteki sismik datanın geometrisini düzeltmek için Düzenle/Görüntüle’ye

(Edit/Display) gelinir ve Kaynak/Alıcı konumlarını düzenle’ye (Edit source/receiver

locations) tıklanır.

5. Açılan pencerede ilk jeofonun koordinatını (first geophone coordinate) 0 metre

alıyoruz. Deneme olarak 4. Atışı alıyoruz. 4. atış 4. jeofon ile 5. jeofon arasında

yapıldığı için, atış koordinatını (shot coordinate) 17.5 metre alıyoruz. Jeofon aralığına

da (group interval) 5 metre yazıp ayarla’ya (set) basıyoruz ve ondan sonra tamam’a

basarak geometri ayarını tamamlamış oluyoruz.

6. Geometri ayarlarını yaptıktan sonra sismik verimiz aşağıdaki gibi olur.

7. Yüzey Dalga Analizi’ne (Surface Wave Analysis) gelinip Faz Hızı- Frekans

Dönüşümü (Phase Velocity- Frequency Transformation) tıklanır. Burada yapmak

istediğimiz, faz hızı- frekans dönüşümü yapmaktır.

8. Açılan pencerede faz hızının başlangıç değerini 0 m/sn, bitiş değerini 2000 m/sn

alıyoruz (ortamdaki malzemenin maksimum alabileceği S dalgası hız değeri).

Frekansın başlangıç değerini 0 Hz, bitiş değerini 50 Hz alıyoruz ve tamam’a

tıklıyoruz.

9. Çıkan sayfadaki veri renklendirilir ve aşağıdaki sonuca ulaşılır.

10. Yüzey Dalgası Analizi’ne (Surface wave analysis) gelinir ve faz hızı piklerini koy’a

(pick phase velocity) tıklanır. Açılan pencerede gelişmiş (advanced) menü tıklanır ve

oradaki “ayırıcı tiki kullan (use median filter)” tiki kaldırılır ve tamam’a basılır.

Burada yapmak istediğimiz, arazide aldığımız verinin piklerini girmektir.

11. Pikler girildikten sonra aşağıdaki sonuç ortaya çıkar.

12. Yüzey Dalgası Analizi’ne (Surface Wave Analysis) gelinir ve Faz Hızı Eğrisi’ni

göster (Show Phase Velocity Curve) tıklanır. Buradaki amaç, faz hızı eğrisini

açmaktır.

13. Açılan pencerede amaç bir hiperbol eğrisi oluşturmak ve arazi eğrimizle model

eğrimizi ters çözüm yaparak çakıştırmaktır. Çakıştırdıktan sonra 1 boyutlu tabaka

kalınlıkları, derinlikleri ve hızları çıkacaktır.

14. Dispersiyon Eğrisi’ne (Dispersion Curves) gelinir ve Minimum ve Maksimum

Frekans (Set Min and Max Frequency) tıklanarak hiperbol eğrisi düzgün bir şekilde

olacak şekilde başlangıç ve bitiş noktaları belirlenir. Daha sonra tekrar Dispersiyon

Eğrisi’ne (Dispersion Curves) gelinir ve Yumuşatma (Smoothing) yapılarak eğri

düzleştirilmeye çalışılır.

15. MASW(1D)’ye gelinir ve başlangıç modeline (initial model) tıklanarak model eğrisi

oluşturulur. Derinlik 30 m, tabaka sayısı da 30 olarak belirlenir (Atış noktası ile en

uzak jeofon arasındaki mesafe maksimum derinliği verir. Çalışmanın amacı, 30 metre

derinliğe kadar tabaka hızlarının belirlenmesidir. Bu sebeple derinlik 30 metre alınır.)

16. Aşağıdaki model eğrisinde kırmızı eğri arazi eğrisi, siyah eğri model eğrisidir.

17. MASW(1D)’ye gelinir ve Ters Çözüm’e (Inversion) tıklanır. Buradaki amaç; arazi

eğrisiyle model eğrisini çakıştırmaktır. Hata oranını en aza indirene kadar ters çözüm

işlemi tekrar edilir. %10 ve daha düşük hata oranı, yeraltı modeline en yakın orandır.

18. VS1’e tıklanarak tabaka modeli görüntülenir. Burada görülen yeşil çizgi P dalgası

hızıdır. Yeşil noktalar, dispersiyon eğrisine bağlı olarak hesaplanan ve koyulan

noktalardır. Bu yeşil noktaların ulaştığı en son derinlik, maksimum görülebilen

derinliktir.

Model, şu şekilde yorumlanır. En düşük hız, tabaka sınırı; en yüksek hız, tabaka hızı

olarak kabul edilir.

Yukarıdaki şekilde 3 tabakalı bir ortam görülmektedir. 1. tabakanın derinliği ve

kalınlığı 1.6 metre, hızı 170 m/s’dir. 2. tabakanın derinliği 8.8 metre, kalınlığı 7.2 metre, hızı

320 m/s’dir. 3. tabakanın hızı 430 m/s’dir. (Hız değerleri tabakanın hızıdır).

19. Dosya’ya (File) gelinir ve oradan Analiz Sonuçlarını Kaydet’e (Save Analysis Result

in Tabular Form) tıklanır. Buradan detaylı derinlik hız değerleri detaylı olarak txt

formatında kaydedilir. Aşağıdaki gibi sonuçlar elde edilir.

Yukarıda görülen P dalgası hızı, S dalgası hızına bağlı olarak hesaplanmıştır. Yoğunluk, P

dalgası hızına göre hesaplanmıştır. N ise hızlara göre hesaplanan SPT değerleridir.

20. Bütün masw değerleri yorumlanır ve txt formatında kaydedilen dosyaların kontur

haritaları “Surfer” programında çizdirilir.