Ground and Structural Interaction Using Geophysical Methods

Abstract

In this study, it was investigated the amplification effect and dominant frequencies of the earthquake waves, in the 5-floors building and the ground where was built it. With this purpose, accelerometers were placed on the roof and ground of the 5-floors building in 2008. In order to determine the ground class, the MASW measure was taken, shear wave velocity (V_s30)was calculated for the first 30 m. Accelerometers that were placed in the building and the ground recorded earthquakes with moment magnitude of 3, 4, 5 and 6 at close and far distances from different sources. Spectral ratio technique and horizontal / vertical spectral ratio technique have been applied to earthquake signals depending on the reference method and single station method in order to obtain the amplification of the building and the ground. As a result of the application of these techniques, the resonance conditions, the dominant frequencies, and the amplifications which belong to building and ground were investigated. As a result, amplitude amplification of the earthquake waves passing from the ground to the building depending on the earthquake magnitude and distance was obtained between 6 and 12.

Keywords

• Earthquake,Amplification,Accelerometer,Spectral Ratio,Ground dominant period,Resonance

Jeofizik Yöntemler ile Yer ve Yapı Etkileşimi

Abstract

Bu çalışmada 5 katlı bir yapının ve yerin deprem dalgalarını büyütme etkisi ve baskın frekansları araştırılmıştır. Bu amaçla 2008 yılında 5 katlı yapının çatısına ve yapının inşa edildiği yere ivmeölçer aygıtları yerleştirilmiştir. Yer sınıfının belirlenmesi amacıyla MASW ölçüsü alınmış, yerin ilk 30 m için makaslama (kayma) dalgası hızı (Vs₃₀) hesaplanmıştır. Bina ve yere yerleştirilen ivmeölçerler kullanılarak moment büyüklüğü 3, 4, 5 ve 6 olan, farklı kaynaklardan yakın ve uzak mesafede birçok deprem kaydedilmiştir. Yapının ve yerin büyütmesini elde edebilmek için kaydedilen deprem sinyallerine referans yöntemine göre spektral oran ve tek istasyon yöntemine göre yatay/düşey oran teknikleri uygulanmıştır. Bu tekniklerin uygulanması sonucunda binaya ve yere ait büyütmeler, baskın frekanslar ve binanın sönüm oranı belirlenmiş, bina ve yerin girişim durumu incelenmiştir. Sonuç olarak yerden binaya geçen deprem dalgalarının genlik büyütmesi deprem büyüklüğüne ve uzaklığına bağlı olarak 6-12 aralıkta elde edilmiştir.

Keywords

• Deprem,Büyütme,İvmeölçer,Spektral Oran,Yer baskın periyod,Girişim

References

1. [1] Irikura, K., Iwata, T., Sekiguchi, H., and Pitarka, A.,1996. Lessons from the 1995 Hyogo-Ken Nanbu earthquake: why where such destructive motions generated to buildings? Journal of Natural Disaster Science, 17(2), 99-127.
2. [2] Borcherdt R. D., 1970. Effects of Local Geology on Ground Motion Near San Francisco Bay. Bulletin of The Seismological Society of America, 60, 29-61.
3. [3] Steidl J. H., Tumarkin A. G., Archuleta R. J., 1996. What is a reference site?. Bull Seism. Soc. Am., 86, 1733-1748.
4. [4] Nakamura Y., 1989. A Method for Dynamic Characteristics Estimation of Subsurface Using Microtremor on the Ground Surface. Quarterly Report of the Railway Technical Research Institute, 30(1), 25-33.
5. [5] Lermo J., Chavez G. F. J., 1993. Site Effect Evaluation Using Spectral Ratios with Only One Station. Bulletin Seismological Society of America, 83, 1574–1594.
6. [6] Yalçınkaya,E., Alptekin,Ö., 2003. Dinar’da zemin büyütmesi ve 1 Ekim 1995 depreminde gözlenen hasarla ilişkisi. Hacettepe Üniversitesi, Yerbilimleri Uygulama ve Araştırma Merkezi Bülteni,27,1-13.
7. [7] Gök E., Keçecioğlu M., Çeken U., Polat O., 2012. İzmirnet İstasyonlarında Standart Spektral Oran Yöntemi Kullanılarak Zemin Transfer Fonksiyonlarının Hesaplanması. Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Mühendislik Bilimleri Dergisi, 14(41), 1-11.
8. [8] Uyanık O., Çatlıoğlu B., Uyanık NA., Öncü Z., Sabbağ N., 2012a. Kentsel Dönüşüm Projelerinde Betonarme Yapıların Beton Kalitesinin Sismik Ultrasonik Hızlardan Belirlenmesi. 1.Yerbilimleri Sempozyumu, 18-20 Ekim, Isparta, 147-151.

9. [9] Uyanık O., Sabbağ N., Çatlıoğlu B., Uyanık NA., Öncü Z., 2012b. Sismik Ultrasonik Hızlardan Kayaçların Kırıklılık Ve Fissür İndekslerinin Belirlenmesi. 1. Yerbilimleri Sempozyumu, 18-20 Ekim, Isparta, 159-164.
10. [10] Uyanık O., Çatlıoğlu B., Sabbağ N., Öncü Z., Uyanık NA., 2012c. Kayaçların Fiziksel Özellikleri İle Sismik Ultrasonik Hızlar Arasındaki İlişkilendirmeler. 1. Yerbilimleri Sempozyumu, Isparta, 165-169.
11. [11] Sabbağ N., Uyanık O., 2017. Prediction of Reinforced Concrete Strength by Ultrasonic Velocities. Journal of Applied Geophysics, 141, 13-23.
12. [12] Sabbağ, N., Uyanık, O, 2018. Determination of the reinforced concrete strength by electrical resistivity depending on the curing conditions, Journal of Applied Geophysics, 155, 13-25.
13. [13] Karabulut, S., Ozel O., Özçep F., 2009. Deprem Tehtidi Altındaki Mühendislik Yapılarının Hakim Titreşim Periyotlarının Belirlenmesinde Yeni Bir Seçenek: Mikrotremor Yöntemi Ve Örnek Uygulaması. New World Sicence Academy, 4(3), 428-441.
14. [14] Gosar, A., Roser, J., Sket Motnikar, B. Zupansis, P. 2010. Microtremor study of side effects and soil-structure resonance in the city of Ljubljana (central Slovenia). B. Earthq. Eng., 8, 571–592.
15. [15] Uyanık O., 2014. Jeofizik ve Klasik Yöntemlerle Yapı İncelemeleri (Yapı Jeofiziği). JFMO Eğitim Yayınları No:19, s: 80, ISBN:978-605-01-0643-5.
16. [16] Timur E., Ozicer S., Sari C., Uyanik O.. 2015. Determination of Buildings Period and Vulnerability Index Using Microtremor Measurements. 8th Congress of the Balkan Geophysical Society (EAGE) 5-8 October 2015, Chania, Greece.
17. [17] Öziçer S. 2016. Jeofizik Yöntemler ile Riskli Yapıların Belirlenmesi ve İzmir Örneği. SDÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Jeofizik Müh. Anabilim dalı. s:93.
18. [18] Öziçer S., Uyanık O., Timur E., 2017. Investigation of Period and Resonance Risk of Buildings with Various Heights Using Microtremor Method. 9th Congress of the Balkan Geophysical Society 5-9 November 2017, Antalya, Turkey
19. [19] Özmen, B., 2000, 17 Ağustos 1999 İzmit Körfezi Depreminin Hasar Durumu (Rakamsal Verilerle), TDV/DR 010-53, Türkiye Deprem Vakfı, 132 s.
20. [20] McMechan, G.A., Yedlin, M.J., 1981. Analysis of dispersive waves by wave field transformation. Geophysics 46, 869–874.
21. [21] Gabriels, P., Snieder, R., Nolet, G., 1987. In situ measurement of shear wave velocity in sediments with higher-mode Rayleigh waves. Geophysical Prospecting 35, 187–196.
22. [22] Tselentis, G.-A., Delis, G., 1998. Rapid assessment of S-wave profiles from the inversion of multichannel surface wave dispersion data. Annali di Geofisica 41 (1), 1–15.
23. [23] Park, C.B., Miller, R.D., Xia, J., 1999. Multi-channel analysis of surface waves. Geophysics 64 (3), 800–808.
24. [24] Dorman, J., Ewing, M., 1962. Numerical inversion of seismic surface wave dispersion data and crust–mantle structure in the New York–Pennsylvania area. Journal of Geophysical Research 67, 5227–5241.
25. [25] Uyanık, O., Ekinci B., Uyanık N.A. (2013). Liquefaction analysis from seismic velocities and determination of lagoon limits Kumluca/Antalya example. Journal of Applied Geophysics 95 (2013) 90–103
26. [26] Uyanık, O., 2015. Deprem Ağır Hasar Alanlarının Önceden Belirlenmesi ve Şehir Planlaması için Makro ve Mikro Bölgelendirmelerin Önemi. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 19(2), 24-38.
27. [27] Pitilakis, K., 2004, “Site Effects, Recent Advances in Earthquake Geotechnical Engineering and Microzonation”, Ansal (Ed), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, the Nederland, 354p
28. [28] Sesame, 2004. Guidelines for the Implementation of the H/V Spectral Ratio Technique on Ambient Vibrations, Measurements Processing and Interpretation.
29. [29] Konno K., Ohmachi T., 1998. Ground-Motion Characteristics Estimated from Spectral Ratio between Horizontal and Vertical Components. Bulletin of the Seismological Society of America, 88, 1, 228-241.