Comparison of Vibration Propagation Equations with Field Measurements in Blasting Excavation Works: A Construction Project Case Study

Abstract

Explosive materials and blasting technology are inevitably employed in the fragmentation of rock masses to make them transportable. Blasting technology, widely used in mining activities, is also frequently utilized in construction projects for foundation excavation and site leveling. The proximity of construction projects to residential areas often creates challenges regarding the environmental impacts of blasting operations. In particular, the effects of blast-induced vibrations on structures near the project site should be evaluated using vibration propagation equations, by the vibration level limits permitted by the Environmental Noise Control Regulation. For this purpose, blast-induced vibration measurements were conducted at a construction project site in Bodrum to assess the impact of blasting activities on nearby buildings, and a site-specific vibration propagation equation was established. Using the propagation equation obtained specifically for the site, vibration velocity predictions were made and comparatively presented based on the equations provided for construction site blasting in the "Blasting Designs and Environmental Effects of Blasting Guide" published by the Ministry of Environment, Urbanization, and Climate Change. The study's results indicate that using the prediction models provided in the guide for environmental impact assessment at construction sites is inappropriate. Instead, conducting on-site vibration measurements to derive a site-specific vibration propagation equation is essential to prevent potential damage to nearby structures.

Keywords

• Blasting excavation
• Vibration
• Environmental impact
• Prediction models

Patlatmalı Kazı Çalışmalarında Titreşim Yayılım Eşitliklerinin Saha Ölçümleriyle Karşılaştırılması, Bir İnşaat Projesi Örneği

Abstract

Günümüzde kaya kütlelerinin parçalanarak taşınabilir duruma getirilmesinde mekanik kazının uzun süreler alması bu sebeple ekonomik olmaması, maruz kalınan gürültü süresinin artması, sert kayaçlarda kırıcı makinalarıın parçalama başarısının düşük olması gibi sebeplerden dolayı patlayıcı maddeler ve patlatma teknolojisi kaçınılmaz olarak uygulanmaktadır. Madencilik faaliyetlerinde yaygın olarak kullanılan patlatma teknolojisi aynı zamanda inşaat projelerinde temel kazısı ve alan düzeltme amacıyla sıklıkla kullanılmaktadır. İnşaat projelerinin çoğunlukla yerleşim yerlerine yakın alanlarda olması patlatmalı kazı çalışmalarının çevresel etkileri açısından problem yaratabilmektedir. Özellikle patlatma kaynaklı titreşimlerin Çevresel Gürültü Kontrol Yönetmeliği’nde izin verilen titreşim seviyesi limit değerlerine göre, proje alanına yakın yapılar üzerindeki etkisi titreşim yayılım denklemleri kullanılarak değerlendirilmelidir. Bu amaçla Muğla ili, Bodrum ilçesinde bir inşaat projesi alanında gerçekleştirilen patlatmalı kazı çalışmalarının çevre binalara ekisini değerlendirebilmek amacıyla titreşim ölçümleri gerçekleştirilerek titreşim yayılma eşitliği oluşturulmuştur. Saha özelinde elde edilen yayılım eşitliği ile Çevre Şehircilik ve İlkim Değişikliği Bakanlığı tarafından yayımlanan Patlatma Tasarımları ve Patlatma Kaynaklı Çevresel Etkiler Kılavuzu’nda patlatma türü olarak inşaat alanı için verilen eşitlikler kullanılarak titreşim hızı tahminleri yapılmış ve karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Yapılan çalışma sonucunda inşaat alanlarında kılavuzda verilen tahmin modellerinin kullanılarak çevresel etki değerlendirmesi yapılmasının uygun olmadığı, mutlaka sahada titreşim ölçümleri gerçekleştirilerek saha özelinde bir titreşim yayılım eşitliği elde edilmesinin çevre yapılara olası bir zararı önlemek için gerekli olduğu görülmüştür.

Keywords

• Patlatmalı kazı
• Titreşim
• Çevresel etki
• Tahmin modelleri

References

1. Avşar Ö, Kurtuluş B, Kaçaroğlu F, Kuşcu G, Gürsu S. 2012. Muğla’nın jeotermal kaynakları ve doğal mineralli sularının envanteri projesi, sonuç raporu, Muğla Üniversitesi Rektörlüğü, Muğla, Türkiye, ss: 54.
2. ÇŞB. 2018. T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, ÇED İzin ve Denetim Genel Müdürlüğü, Patlatma tasarımları ve patlatma kaynaklı çevresel etkiler kılavuzu, Ankara, Türkiye, ss: 27.
3. ÇŞB. 2022. T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. Çevresel Gürültü Kontrol Yönetmeliği. Resmi Gazete, Sayı: 32029, Ankara, Türkiye.
4. Dupont A. 1978. Blasters Handbook 175th Anniversary 16th Edition, DUPONT, SBN-10: 1122712804, Wilmington, North Carolina, USA, pp: 145.
5. Duvall WI, Fogleson DE. 1962. Review of criteria for estimating damage to residences from blasting vibration. USBM-I 5968, OSTI ID:7128205.
6. Ercan T, Günay E, Türkecan A. 1982. Bodrum yarımadasının jeolojisi. 36. Türkiye Jeoloji Kurultayı, 10-14 Nisan, Ankara, Türkiye, ss: 37.
7. Karakuş D, Öngen T, Kılınç ME. 2023. Muğla İli, Bodrum İlçesi, Yalıkavak Mahallesi 696 Ada 69 Parseldeki 27 villa yapım projesi kapsamında yapılacak patlatmalı kazı çalışmalarının çevresel etkisinin belirlenmesi ve uygun patlatma tasarımı. Döner Sermaye Projesi, Dokuz Eylül Üniversitesi Müh Fakültesi, İzmir, Türkiye, ss: 15.
8. Karakuş D, Öngen T, Özdoğan MV, Yenice H, Deliormanlı AH, İkiz U. 2018. Şehir içi patlatmalı kazı çalışmalarında çevresel titreşim limitlerine göre patlatma tasarımı. Madencilik, 57: 23-30.

9. Karakuş D, Öngen T. 2022. AKFEN Gayrimenkul Yatırım Ortaklığı'nın Muğla İli Bodrum İlçesi Yalıkavak Mahallesi 696 ada 69 parseldeki projesi patlatmalı kazı çevresel etkisi. Döner Sermaye Projesi, Dokuz Eylül Üniversitesi Müh Fakültesi, İzmir, Türkiye, ss: 63.
10. Khan MFH, Hossain MJ, Ahmed MT, Monir MU, Rahman MA, Sweety TS, Akash FA, Shovon SM. 2025. Ground vibration effect evaluation due to blasting operations. Heliyon, 11(2): https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2025.e41759.
11. Khandelwal M, Singh TN. 2006. Evaluation of blast-induced ground vibration predictors. Soil Dynam Earthq Eng, 27(2):116-125.
12. Kuzu C. 2011. Taşocağı işletmeciliğinde patlatma kaynaklı etkiler. Maden Yer Bilim Derg, 2011: 64-72.
13. Külekçi G, Çapik M, Yılmaz AO. 2017. Effects of blasting foundation building excavation studies on constructions. 9th International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, 13-17 August, Granada, Spain, pp: 39-49.
14. MTA. 2024. 1/500.000 ölçekli jeoloji haritaları. https://www.mta.gov.tr/v3.0/sayfalar/hizmetler/doc/DENIZLI.pdf (accessed date: November 23, 2024).
15. Oriard LL. 2005. Explosives Engineering, Construction Vibrations and Geotechnology. Intl Soc Explosives, ISBN-13: 978-1892396136, Cleveland, USA, pp: 680.
16. Öngen T, Karakuş D, Gönen A, Turan G. 2015. Hammadde ocaklarında patlatmalı kazı çalışmaları sonucu oluşan çevresel titreşimlerin iki farklı tahmin modeli ile değerlendirilmesi-örnek çalışma. 9. Uluslararası Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, 14-15 Mayıs, İzmir, Türkiye, ss: 623-636.
17. Öngen T, Karakuş D, Konak G, Onur AH. 2018. Assessment of blast-induced vibration using various estimation models. J Afr Earth Sci, 145: 267-273.
18. Parida A, Mishra MK. 2015: Blast vibration analysis by different predictor approaches - a comparison. Procedia Earth Planet Sci, 11: 337-345. https://doi.org/10.1016/j.proeps.2015.06.070.
19. Roy PP, 1991: Prediction and control of ground vibrations due to blasting. Colliery Guard, 239(7): 201-205.
20. Saptono S, Wiyono B, Vergiagara V, Yulianto MR, Nova P, Pambayu AK, Suharyadi H. 2024. Analysis of the effect of blasting in the form of ground vibration and air blast on residents’ houses around the CV Handika Karya mine. AIP Conference Proceedings, 2-6 December, Melbourne, Australia, 3019: 070003.
21. SPSS Statics, 2024: Version 30.0.0, IBM.
22. US Dept of Interior. 1980. Office of surface mining reclamation and enforcement. USBM RI 8507. Structure Response and Damage Produced by Ground Vibration From Surface Mine Blasting, United States Bureau of Mines Report of Investigation 8507, Pittsburgh, PA, USA, pp: 120.
23. Yuan H, Zou Y, Li H, Ji S, Gu Z, He L, Hu R. 2025. Assessment of peak particle velocity of blast vibration using hybrid soft computing approaches. J Comput Des Eng, 12(2): 154-176.
24. Zhang X, Nguyen H, Choi Y, Bui XN, Zhou J. 2021. Novel extreme learning machine-multi-verse optimization model for predicting peak particle velocity induced by mine blasting. Nat Resour Res, 30: 4735-4751. https://doi.org/10.1007/s11053-021-09960-z.