Statistical Evaluation of the Shear Wave (Vs) of Soil Calculated from SPT-N for the Eskisehir Ground

Abstract

The shear wave velocity (Vs) is one of the important parameters in the study of determining geotechnical engineering problems. In the dynamic field classification, the shear wave velocity is important for the first 30 meters’ depth from the surface. Therefore, the shear wave velocity (VS30) and the SPT-N value are necessary for earthquake engineering studies such as ground behavior, ground-structure interaction. The shear wave velocity of soil can be determined using seismic methods such as seismic refraction and in-downhole seismicity in the field. But, these methods are time-consuming and uneconomical methods, requiring a large workforce. For this reason, many studies use empirical approaches that calculate Vs depending on the number of SPT-N. However, these approaches have been made in different fields of study. Because the soil conditions differ, it is necessary to determine the accuracy of these approaches for the Eskisehir ground. In this study, the real Vs values determined using seismic methods within the scope of land studies in Eskişehir, and the Vs values calculated from the SPT-N values obtained from drilling operations representing the Eskişehir ground were compared. As a result, most suitable method was determined statistically. 

Keywords

• Shear wave velocity
• SPT
• Statistical Analysis
• Eskişehir

SPT-N’ den Hesaplanan Zeminin Kayma Dalgası (Vs)’nın Eskişehir Zemini için İstatistiksel Olarak Değerlendirilmesi

Abstract

Kayma dalgası hızı (Vs) geoteknik mühendisliği problemlerinin belirlenmesi çalışmalarında önemli parametrelerden biridir. Dinamik saha sınıflandırmasında yüzeyden ilk 30 metre derinlik için kayma dalgası hızı önemlidir. Bu nedenle kayma dalgası hızı (Vs)30 ve SPT-N değeri zemin davranışı, zemin-yapı etkileşimi gibi deprem mühendisliği çalışmaları için gereklidir. Zeminin kayma dalgası hızı arazide sismik kırılma ve kuyu içi sismiği gibi sismik yöntemler kullanılarak belirlenebilmektedir. Ancak bu yöntemler büyük iş gücü gerektiren, zaman alıcı ve ekonomik olmayan yöntemlerdir. Bu nedenle birçok çalışmada SPT-N sayısına bağlı olarak Vs hesabı yapılan ampirik yaklaşımlar kullanılmaktadır. Ancak, bu yaklaşımlar farklı çalışma alanlarında yapılmıştır. Zemin koşullarının farklılık göstermesi nedeniyle bu yaklaşımların Eskişehir zemini için doğruluğunun belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada Eskişehir’de arazi çalışmaları kapsamında sismik yöntemler kullanılarak belirlenen gerçek Vs değerleri ile Eskişehir zemini temsil eden sondajlardan elde edilen SPT-N değerlerinden hesaplanan Vs değerlerinin karşılaştırılması yapılmıştır. Sonuç olarak en uygun olan yöntem istatistiksel olarak belirlenmiştir.

Keywords

• Kayma dalgası hızı
• SPT
• İstatistiksel Analiz
• Eskişehir

References

1. [1]N. Abrahamson, G. Atkinson, D. Boore, Y. Bozorgnia, K. Campbell, B. Chiou, I. M. Idriss, W. Silva, ve R. Youngs, “Comparisons of the NGA ground-motion relations,” Earthquake Spectra, vol. 24:1, pp.45-66, 2008.
2. [2]D. P. McKenzie, “Active Tectonics of the Alpine-Himalayan Belt: The Aegean Sea and Surrounding Regions,” Geophys. J. Astr. Soc, vol. 55, pp. 217-254, 1978.
3. [3]A. M. C. Şengör, N. Görür ve F. Şaroğlu, “Strike-slip deformation basin formation and sedimentation: strike-slip faulting and related basin formation in zones of tectonic escape: Turkey as a case study,” In: Biddle KT, Christie-Blick N, editors. StrikeSlip Faulting and Basin Formation. Tulsa, OK, USA: SEPM, pp. 227–264, 1985.
4. [4]F. Şaroğlu, Ö. Emre ve A. Boray, “Active faults and seismicity in Turkey. ” MTA Report No: 8174, Ankara, Turkey: MTA, 1987.
5. [5]A. Barka, R. Reilinger, F. Şaroğlu ve A. M. C. Şengör, “The Isparta angle: its importance in the neotectonics of the eastern Mediterranean region,”, Pişkin. Ö, Ergün. M, Savaşçın. M.Y ve Tarcan. G (ed.). IESCA-1995 Proceedings, 3-17, 1995.
6. [6]E. Altunel ve A. Barka, “Eskişehir Fay Zonu' nun İnönü-Sultandere arasındaki neotektonik aktivitesi,” TJB, c: 41, no: 2, ss. 41-52, 1998.
7. [7]F. Tokay ve E. Altunel, “Neotectonic Activity of Eskişehir Fault Zone around İnönü-Dodurga, ” Journal of MTA c:130, ss.1-15, 2005.
8. [8]M.Z. Gözler, F. Cevher ve A. Küçükayman, “Eskişehir civarının jeolojisi ve su kaynakları, MTA Dergisi,” 103/104, ss. 40-54, Ankara, 1984-1985.

9. [9]E. Ölmez, Z. Demirel ve Ö. F. Uzel, “Eskişehir Es-1 Ve Es-2 Sıcaksu Sondajları Kuyu Bitirme Raporu,” Enerji Hammadde Etüd ve Arama Dairesi: Maden Tetkik Ve Arama Genel Müdürlüğü, 1986.
10. [10]B. Yücel, “Eskişehir Sıcaksu Sondajı (ES-3) Kuyu Bitirme Raporu, ” Enerji Hammadde Etüd ve Arama Dairesi Başkanlığı: Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, 1986.
11. [11]S. Azdıken ve E. Çatalyürekli, “Eskişehir Odunpazarı Belediyesi Jeofizik Rezistivite Etüt Raporu,” DSİ III. Bölge Müdürlüğü, 2001.
12. [12]T. Sevinçli ve E. Çatalyürekli, “Eskişehir Tepebaşı Belediyesi Jeofizik Rezistivite Etüt Raporu,” DSİ III. Bölge Müdürlüğü, 2001.
13. [13]E. Civelekler ve E. Pekkan, “The Application of GIS in Visualization of Geotechnical Data (SPT-Soil Properties): A Case Study in Eskisehir-Tepebaşı, Turkey,” International Journal of Engineering and Geosciences, vol: 7, ss. 302-313, 2022.
14. [14]O. Sivrikaya ve E. Toğrol, “İnce daneli zeminlerde SPT sonuçlarının düzeltilmesi üzerine bir çalışma,” İTÜ Dergisi/d, c.2, s.6, 2010.
15. [15]K. Terzaghi ve R.B. Peck, “Soil Mechanics in Engineering Pratice,”John Wiley and Sons Inc., N.Y, 1948.
16. [16]M. Akın, S. L. Kramer ve T. Topal, “Empirical correlations of shear wave velocity (Vs) and penetration resistance (SPT-N) for different soils in an earthquake-prone area (Erbaa-Turkey)”, Eng Geo vol.119, ss. 1-17, 2011
17. [17]P. Anbazhagan, A. Parihar ve HN. Rashmi, “Review of correlations between SPT-N and shear modulus: a new correlation applicable to any region”, Soil Dyn Earthq Eng vol.36, ss. 52–69, 2012.
18. [18]K. Pitilakis, D. Raptakis, K.T. Lontzetidis, T. Vassilikou ve D. Jongmans, “Geotechnical and geophysical description of Euro-Seistests, using field and laboratory tests, and moderate strong ground motions”, Journal of Earthquake Engineering vol.3, ss. 381–409, 1999.
19. [19]M. K. Jafari, A. Shafiee ve A. Razmkhah, “Dynamic properties of fine grained soils in south of Tehran”, J. Seismol. Earthq. Eng. Vol.4, ss. 25–35, 2002.
20. [20]S. Mutlu, “Sismik Kırılma Yöntemi ve Mikrotremör Ölçümlerinden Elde Edilen Dinamik Zemin Parametrelerinin Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) Kullanılarak Haritalanması,” Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, Türkiye, 2012.
21. [21]Y. Güney, B. Ecevitoğlu, E. Pekkan, U. Avdan, M. Tün, O. Kaplan, S. Mutlu, E. Akdeniz ve .. “Eskişehir Yerleşim Yerinde, CBS Teknikleri Kullanılarak Geoteknik, Yapı ve Jeofizik Bilgi Sisteminin Oluşturulması, ”Anadolu Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi Proje No:080240, 2013.
22. [22]K. Kanai, “Conf. on Cone Penetromer The Ministry of Public Works and Settelement,” Ankara, Turkey, presented by Y Sakai, 1968.
23. [23]T. İmai ve Y. Yoshimura, “Elastic Wave Velocity and Soil Properties in Soft Soil,” Tsuchito-Kito, vol. 18, no.1, pp. 17-22, (in Japanese), 1970.
24. [24]S. Ohba ve I. Toriumi, “Dynamic response characteristics of Osaka Plain,” In: Proceedings of the annual meeting AIJ (in Japanese), 1970.
25. [25]T. Fujiwara, “Estimation of ground movements in actual destructive earthquake,” Proceeding of Fourth European Symposium on Earthquake Engineering, London, pp. 125-132, 1972.
26. [26]Y. Ohsaki ve R. Iwasaki, “On dynamic shear moduli and Poisson's ratio of soil deposits,” Soil Found 13, pp. 61-73, 1973.
27. [27]T. İmai, H. Fumoto ve K. Yokota, “The relation of mechanical properties of soil to P and S- wave velocities in Japan,” Proceedings of 4th Japan Earthquake Engineering Sym, 89-96 (in Japanese), 1975.
28. [28]T. İmai, “P and S wave velocities of the ground in Japan,” Proceeding of IX International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, pp. 127-132, 1977.
29. [29]Y. Ohta ve N. Goto, “Empirical shear wave velocity equations in terms of characteristics soil indexes,” Earthquake Enginnering and Structural Dynamics 6, pp. 167-187, 1978.
30. [30]H. B. Seed ve I. M. Idriss, “Evaluation of liquefaction potential sand deposits based on observation of performance in previous earthquakes,” ASCE National Convention (MO), pp. 481-544, 1981.
31. [31]Z. Jinan, “Correlation beetween seismic wave velocity and number of blow of SPT and depth,” Selected Papers from the Chinese Journal of Geotechnical Engineering, pp. 92-100, 1987.
32. [32]G. A. Athanasopoulas, “Empirical correlations Vs-N SPT for soils of Greece: a comparative study of reliability,” Akmak. A. S. Ç, (Ed), Proceedings of 7th International Conference on Soil Dynamics and Earthquake Engineering (Chania, Crete), Computational Mechanics, Southampton, pp. 19-36, 1995.
33. [33]H. Şişman, “Sismik Dalga Hızları ile SPT ve Pressiometre Deney Sonuçları Arasındaki İlişkilerin İncelenmesi,” Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Türkiye, 1995.
34. [34]R. İyisan, “Zeminlerde Kayma Dalgası Hızı İle Penetrasyon Deney Sonuçları Arasındaki Bağıntılar,” İMO Teknik Dergi, 1996. Yazı 89, pp.1187-1199, 1996.
35. [35]M. K. Jafari, A. Asghari ve I. Rahmani, “Empirical correlation between shear wave velocity (Vs) and SPT-N value for south of Tehran soils,” In: Proceedings of the 4th International Conference on Civil Engineering, Tehran, Iran, 1997.
36. [36]H. Kiku, N. Yoshida, S. Yasuda, T. Irisawa, H. Nakazawa, Y. Shimizu, A. Ansal ve A. Erkan, “In-situ penetration tests an soil profiling in Adapazari, Turkey,” Proceeding of the ICSMGE/TC4 Stallite Conference on Lessons Learned From Recent Strong Earthquakes, pp. 259-265, 2001.
37. [37]N. Hasancebi ve R. Ulusay, “Empirical correlations between shear wave velocity and penetration resistance for ground shaking assessments,” Bulletin of Engineering Geology and the Environment, vol.66, no.2, pp. 203-213, 2007.
38. [38]Ü. Dikmen, “Statistical correlations of shear wave velocity and penetration resistance for soils,” Journal of Geophysics and Engineering, vol.6, pp. 61, 2009.
39. [39]N. Çömlekçi, “Bilimsel araştırma yöntemi ve istatistiksel anlamlılık sınamaları,” Ankara: Bilim Teknik Yayınevi, 2001.
40. [40]Y. Karagöz ve S. Ekici, “Sosyal Bilimlerde Yapılan Uygulamalı Arastırmalarda Kullanılan İstatistiksel Teknikler ve Ölçekler,” Cumhuriyet Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Dergisi, c.5, s.1, Sivas, 2004.
41. [41]Y. Akbulut, “Sosyal Bilimlerde SPSS Uygulamaları,” 1. Baskı, İdeal Kültür Yayıncılık, İstanbul, 2010.
42. [42]E. Akdeniz, “Eskişehir Zemini İçin Kayma Dalgası Hızı (Vs) ile Standart Penetrasyon (SPT) Sayısı Arasındaki İlişkinin Modellenmesi,” Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, Türkiye, 2012.
43. [43]E. Civelekler, D. V. Okur ve K. B. Afacan, “Eşdeğer Analiz Yöntemi ile Belirlenen Zemin Büyütme Değerlerinin Coğrafi Bilgi Sistemi Kullanılarak Haritalanması: Eskişehir Örneği”, 7. Uzaktan Algılama- CBS Sempozyumu (UZAL CBS 2016), Eskişehir, Türkiye, 18-21 Eylül 2018.