Analysis of Traffic-Induced Ground Vibration in Highway Viaducts

Abstract

In this study, microtremor measurements were performed and analysed in order to determine the vibration-induced damages that may occur on structures by carrying risk of damage due to earthquakes. In this context, 13 measurements were taken at different points of the viaduct feet along the Bornova viaduct located in Bornova district of Izmir province, where both dense highway and light rail system traffic is observable. Data were recorded twice during the daytime hours when the traffic was heavy and at night when it was calm. By evaluating the measurements taken, the differences between the frequency spectrum of traffic-induced vibrations and the H/V method between day and night measurements were examined. By using microtremor measurements taken at various points in the Central Campus of Ege University, which has the same ground characteristics as the viaduct, the ground effect was eliminated and only the effect of the structure was revealed. In addition, the possible effects of the dominant frequencies based on the surrounding buildings were also determined. It has been determined that the frequencies obtained from daytime measurements are lower than the frequencies obtained from nighttime measurements due to the heavy traffic and the active metro line in the region.

Keywords

• Bornova
• Microtremor
• Traffic-induced vibration
• Viaduct

Karayolu Viyadüklerindeki Trafik Kaynaklı Titreşimlerin Analizi

Abstract

Bu çalışmada, deprem nedeniyle hasar oluşma tehlikesi bulunan yapılar üzerinde oluşabilecek titreşim kaynaklı zararların belirlenebilmesi amacıyla mikrotremor ölçümleri alınarak değerlendirilmiştir. Bu kapsamda, hem karayolu hem de hafif raylı sistem trafiğinin yoğun olduğu İzmir İli, Bornova İlçesinde bulunan Bornova viyadüğü boyunca viyadük ayaklarında 13 farklı noktada ölçümler alınmıştır. Veriler, trafiğin yoğun olduğu gündüz saatlerinde ve sakin olduğu gece saatlerinde iki kez kaydedilmiştir. Alınan ölçümler değerlendirilerek, trafik kaynaklı titreşimlerin hem frekans spektrumu hem de H/V yöntemi ile gündüz ve gece ölçümleri arasındaki farklar incelenmiştir. Viyadükle aynı zemin özelliklerine sahip olan Ege Üniversitesi Merkez Yerleşkesi içinde çeşitli noktalarda alınan mikrotremor ölçümleri kullanılarak, zemin etkisi giderilmiş ve sadece yapının etkisi ortaya konmuştur. Ayrıca belirlenen baskın frekansların çevre binalar üzerindeki olası etkisi de belirlenmiştir. Trafiğin yoğun olması ve bölgede bulunan metro hattının aktif olması nedeniyle gündüz ölçümlerinden elde edilen frekansların, gece ölçümlerinden elde edilen frekanslara göre daha düşük olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

• Bornova
• Mikrotremor
• Trafik kaynaklı titreşim
• Viyadük

Thanks

Veri toplama süresince yapılan çalışmalara destek olan sayın Zülfikar Erhan’a teşekkür ederiz.

References

1. Altinok Y., Ersoy S., 2000. Tsunamis Observed on and Near the Turkish Coast, Natural Hazards 21, 185-205.
2. Altinok Y., Alpar B., Ozer N., Gazioglu C., 2005. 1881 and 1949 earthquakes at the Chios-Cesme Strait (Aegean Sea) and their relation to tsunamis, Natural Hazards and Earth System Sciences 5, 717-725.
3. Ates E., 2020. Comparison of Horizontal / Vertical Spectral Ratios Obtained Using Earthquake and Microtremor Records: The Example of Amasya, Turk. J. Earthq. Res. 2(2), 160-175, Erişim adresi: https://doi.org/10.46464/tdad.746926
4. Bayrak Y., Bayrak E., 2012. An evaluation of earthquake hazard potential for different regions in Western Anatolia using the historical and instrumental earthquake data. Pure and Applied Geophysics 169(10), 1859-1873.
5. Bayrak E., Ozer C., Cakici H., Kocadagistan M.E., 2021. January 24, 2020 Sivrice (Turkey) earthquake (Mw6.8): Evaluation of Ground-Motion Prediction Equations and Engineering Seismology Studies, Turk. J. Earthq. Res. 3(2), 125-148, Erişim adresi: https://doi.org/10.46464/tdad.1003057
6. DEÜ, 2017. 12 Haziran 2017, 15:28 TSİ) Mw=6.2 Izmir Karaburun, Ege Denizi) Depremi Değerlendirme Raporu, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, İzmir, Erişim adresi: DEÜ Jeofizik
7. Dogan G.G., Annunziato A., Papadopoulos G.A., Guler H., Yalciner A.C., Cakir T., Sozdinler C., Ulutas E., Arikawa T., Suzen M.L., Guler I., Probst P., Kanoglu U., Synolakis C., 2019. The 20th July 2017, Mw = 6.6) Bodrum-Kos Tsunami Field Survey, Pure and Applied Geophysics 1-25.
8. Dogan G.G., Yalciner A.C., Yuksel Y., Ulutas E., Polat O., Guler I., Sahin C., Tarih A., Kanoglu U., 2021. The 30 October 2020 Aegean Sea Tsunami: Post-Event Field Survey Along Turkish Coast, Pure and Applied Geophysics 178, 785-812.

9. Erdem N., 2016. Karayolu Viyadüklerindeki Trafik Kaynaklı Titreşimlerin Analizi, Yüksek lisans tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, 88 s.
10. Eurocode 8, 2004. European Committee for Standardization, Design of structures for earthquake resistance, Part 1. General Rules, Seismic Actions and Rules for Buildings, Erişim adresi: Eurocode-8
11. Gallipoli M.R., Mucciarelli M., Sket-Motnikar B., Zupancic P., Gosar A., Prevolnik S., Herak M., Stipcevic J., Herak D., Milutinovic Z., Olumceva T., 2010. Empirical estimates of dynamic parameters on a large set of European buildings, Bulletin of Earthquake Engineering 8(3), 593-607.
12. GEOPSY 2005. Geophysical signal database for noise array processing. Erişim adresi: www.geopsy.org
13. Kayan İ., 2000. İzmir Çevresinin Morfotektonik Birimleri ve Alüvyal Jeomorfolojisi. Batı- Anadolu’nun Depremselliği Sempozyumu (BADSEM) 2000 Bildiriler Kitabı, 103-111, İzmir.
14. Kıncal C., 2005. İzmir iç körfezi çevresinde yer alan birimlerin coğrafi bilgi sistemleri ve uzaktan algılama teknikleri kullanılarak mühendislik jeoloji açısından değerlendirilmesi, Dokuz Eylül Üniversitesi Doktora Tezi, İzmir, 372 s.
15. Nakamura Y., 1989. A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface, Quarterly Report of Railway Technology Research Institute 30, 25-33.
16. Navarro M., Sanchez F.J., Fetiche M., Vidal F., Enomoto T., Iwatate T., Matsuda I., Maeda T., 2002. Statistical estimation for dynamic characteristics of existing buildings in Granada, Spain using microtremors. (In: Structural Dynamics, Eurodyn 2022, vol.1, Editors: Grundmann H., Schueller G.I, Balkema Publishers, Rotterdam-Holland, 853 p.), 807-812.
17. Üregel R.P., 2019. Structural and textural features of the Kavacık granite in Bornova Melange. MSc Thesis, Dokuz Eylül University, Graduate School of Natural and Applied Sciences, İzmir, 73 p.
18. Warnana S.D.D., Utama T.W., 2011. Evaluation of buildings strength from microtremor analyses, International Journal of Civil and Environmental Engineering 11(05), 93-99.
19. Wathelet M., Chatelain J.-L., Cornou C., Di Giulio G., Guillier B., Ohrnberger M., Savvaidis A., 2020. Geopsy: A User-Friendly Open-Source Tool Set for Ambient Vibration Processing, Seismological Research Letters 91(3), 1878--1889, doi: 10.1785/0220190360.