Dinamik kompaksiyon sonucu oluşan titreşim verilerinin değerlendirilmesi
Evaluation of vibration data induced by dynamic compaction
Yazar: ÖMER GÜRKAYNAK
Danışman: DOÇ. DR. MUSAFFA AYŞEN LAV
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Deprem mühendisliği = Earthquake engineering ; Titreşim problemleri = Vibration problems ; Titreşim spektrumu = Vibrational spectrum ; Titreşimli sıkıştırma = Vibratory compaction ; Zemin güçlendirme = Soil reinforcement ; Zemin hakim periyodu = Predominant soil period ; Zemin mekaniği = Soil mechanics

Özet:
Kocaeli Derince Liman'ında yapılan dinamik kompaksiyon çalışması sonucu oluşan titreşimler, titreşimlerin 17.08.1999 Kocaeli, Gölcük depreminden etkilenmiş çevredeki binalara hasar verebilecek veya mevcut hasarlarını etkileyebilecek kadar büyük olup olmadığının saptanması amacı ile ölçülmüştür.Dinamik kompaksiyon, önceden hesaplanmış bir yükseklikten ağır bir kütlenin zemine düşürülmesi sonucu problemli gevsek zemin tabakalarının sıkıştırılmasını sağlayan bir zemin iyileştirme metodudur. Öte yandan meydana gelen zemin titreşimleri potansiyel olarak yakın çevrede bulunan yapılara, boru hatlarına ve hassas ekipmanlara zarar verebileceği gibi insanları da rahatsız edecek eşik seviyelerini aşabilir. Amerika'nın Colorado eyaletinin Rock Spring bölgesinde terk edilmiş bir madenin yıkılması amacı ile dinamik kompaksiyon uygulaması esnasında çevrede bulunan binaların hasar aldığı görülmüştür. Bu çalışmada bir dinamik kompaksiyon projesinde çevreye yayılan titreşimlerin, depremden sonra zaten hasar görmüş yapılardaki hasar düzeyini arttırıp arttırmadığını kontrol etmek için alınmış titreşim kayıtları değerlendirilmektedir.ZETAŞ firması tarafından hazırlanan zemin etüd raporuna göre Derince Limanında altı adet sondaj ve iki adet CPT deneyi yapılmıştır. Yapılan araştırmaların sonuçlarına göre zemin profili yapısı çakıllı kum ve siltli kil olmak üzere iki tabakadan oluşmaktadır.Dinamik kompaksiyon sonucu zeminde basınç dalgaları ve yüzey dalgası olan Rayleigh dalgaları oluşur ve enerjisinin yaklaşık %70'ini Rayleigh dalgaları olarak etrafa yayar. Oluşan dalgaların analizinde Fourier ve Davranış Spektrumları kullanılmıştır. Kuvvetli bir zemin hareketinin Fourier Genlik Spektrumu hareketin genliğinin frekansa veya perioda göre nasıl dağıldığını gösterir. Davranış Spektrumu tek serbestlik dereceli sistemlerin belirli bir hareketin doğal frekansı veya periodu ve sönümlenme oranı fonksiyonlarına karşı nasıl tepki gösterdiğini açıklar.Çalışmada bulunan sonuçların karşılaştırılması amacı ile Hwang ve Tu'nun 2006'da ve Mayne'in 1986'da yaptığı çalışmalar kullanılmıştır. Hwang ve Tu 2006 yılında Tayvan'da Taichung Limanında dinamak kompaksiyo sonucu oluşan titreşimlerin daha iyi anlaşılması amacıyla özel olarak bir çalışma yapmış ve en kapsamlısı araştırma olarak görülmektedir. Bu çalışma sonucunda oluşan tireşimlerin 0,1 ile 0,3 saniye arasında sürdüğü, kaynaktan farklı mesafelerdeki titreşimlerin Fourier Spektrumlarının şekillerinin benzer olduğu, dikey ve yatay yöndeki titreşimlerin teğet yöndekilerden daha büyük en büyük değerlere sahip olduğu, kompaksiyon enerjisi arttıkça oluşan titreşimlerin büyüdüğü ve izolasyon hendeğinin titreşimlerin yayılmasında önleyici bir etken olmadığı sonuçlarına varılmıştır. Mayne'in 1986 yılında yaptığı çalışma on iki farklı dinamik kompaksiyon sahasından alınmış olan titreşim kayıtlarının derlenmesiyle meydana getirilmiştir. Bu çalışmada meydana gelen zemin titreşimlerinin genlikleri kaynaktan uzaklaştıkça sönümlendiği, titreşim seviyelerinin sıkıştırılan bölge sıkıştıkça arttığı ve normalize titreşim seviyesinin (partikül hızının teorik çarpma hızına oranı) mesafenin ağırlık çapına göre normalize edilmiş hali (d/r0) ile ilişkisinin ampirik yaklaşımla doğrusal olduğu sonuçlarına varılmıştır.Çalışmada kullanılan titreşim kayıtlarının analizi sonucunda yatay ve düşey yönlerde titreşimlerin kaynaktan uzaklaştıkça sönümlendiği, zamansal geçmişlerde ön kısımlarda bulunan yüksek frekanslı piklerin devamındaki düşük frekanslı piklerden daha hızlı sönümlendiği, titreşim sürelerinin 0,5 ile 1,0 saniye arasında olduğu, yatay ve düşey doğrultularda titreşim genliklerinin oldukça yakındı olduğu, partikül hareketinin saatin ters yönünde gerçekleştiği ve tekrarlanan kompaksiyon işlemleriyle karşılaştırıldığında hareketin karakterinde bir değişiklik olmadığı, aynı yönde farklı uzaklıklarda bulunan Fourier Spektrumlarının şekillerinin benzer olduğu ve neredeyse frekans içeriklerinin aynı olduğu, yatay ve düşey yönlerdeki Davranış Spektrumlarının şekillerinin benzer olduğu ve spektral değerlerin kaynağa yakın olanlarda uzak olanlara nazaran kısa periyot aralıklarında daha büyük olmasına karşın uzun periyot aralıklarında daha küçük olduğu, tekrarlı sıkıştırma işlemlerinde sönümlenme ilişkilerinin nerdeyse aynı olduğu, farklı zemin koşullarında sönümlenme oranının neredeyse aynı olduğu ve titreşimlerin genliklerinin zemin koşullarına sıkıştırma enerjisinden daha çok bağlı olduğu sonuçlarına varılmıştır.

Abstract:
Ground vibrations due to dynamic compaction at a harbor site were measured to investigate whether the magnitude of vibrations were unacceptably strong to cause any damage or increase existing damage on the surrounding structures experienced August 17, 1999 Kocaeli, Golcuk earthquake.Purposes of that study is analyzing and understanding the behavior of ground vibrations that induced during a dynamic compaction and help to determine the vibration characteristic and estimate probable problems before application. In addition, it proofs and expands previous studies and guides for fewer studies.Dynamic compaction is one of the deep soil improvement method that where a heavy predetermined weight is dropped onto ground from a great predetermined height to densify loose underlying soils. On the other hand, ground vibrations due to dynamic compaction potentially affect or damage nearby structures, pipelines and sensitive equipments, moreover it can reach the threshold level of people?s disturbtion.In America state of Colorado Rock Spring region during destruction of a abounded mine dynamic compaction is used and observed that some of surrounding structures are damaged. In this study ground vibration records that taken from due to a dynamic compaction to investigate the effect to the structures that recently damaged from an earthquake are evaluated.According to soil investigation report that prepared by ZETAS Company six borings and two CPT tests are executed in Derince Port in the scope of soil investigation. According to result of geotechnical studies site is two layered as gravelly sand and silty sand.Due to dynamic compaction, body waves and Rayleigh waves that is a surface wave become exist and 70% of ground vibration energy propagates as Rayleigh waves. Fourier spectrums and response spectrums are used to analyze those waves. The Fourier amplitude spectrum of a strong ground motion shows how the amplitude of the motion is distributed with respect of frequency or period. The response spectrum describes the maximum response of a single degree of freedom system to a particular input motion as a function of the natural frequency or period and damping ratio.In the purpose of comparing the result that find from that study the studies of Hwang and Tu in 2006 and Mayne in 1986 are used.Hwang and Tu made a special experiment for dynamic compactions ground vibration analyze in Taiwan Taichung Port at 2006 and seems the best and most accurate study until now. According to that study duration of vibrations are between 0,1s and 0,3s, the shape of Fourier spectrums are similar in different source distances, vertical and horizontal components of the vibrations have greater peak values than tangential component, as the compaction energy increases also vibrations amplitude increases and isolation trench does not effects to the propagation of the vibrations that induced.In the study by Mayne in 1986 twenty two different dynamic compaction vibration records have been compiled and compared. According to that study amplitudes of the induced vibrations are damping with the distance, vibration amplitudes are increasing according to compaction rate of the soil and normalized vibration level (ratio of particle speed to the speed of weight in impact) has an epically linear relationship with distance that normalized depending to radius of weight (d/r0).As a result of analysis of vibration records used in the study horizontal and vertical components of the vibrations are damping with the distance, peak values that with high frequencies in the front part of time histories are damping faster than peak values with low frequencies in other parts, durations of vibrations are between 0,5s and 1,0s, amplitudes of horizontal and vertical components of the vibrations are very similar, the direction of particle motion during the vibration is counterclockwise and motion characteristics don?t change in consecutive impacts, the shape of Fourier spectrums are similar in different directions and frequency content is nearly equal, damping relationships are nearly similar in consecutive compaction impacts, shape of the vertical and horizontal vibration components response spectrum similar and spectral values in the range of shorter period at near distance is greater than at far distance but the spectral values of longer period at near distance is lower than that at far distance, damping ratio is similar in different soil types and vibration amplitudes are more depended to the soil type than the compaction energy.