An evaluation on rippability of geological units by seismic P and S-wave velocities

Seismic P- and S- wave velocities are directly dependent on the physical properties of the geological units (soil and rock) in which they propagate, the degree of decomposition and fracture-crack, depth and porosity, and are widely used in estimating the rippability in excavation works. P- and S-wave velocities of geological units can be determined by seismic refraction and multichannel surface wave analysis (MASW) methods, respectively, in the field. The rippability classes can be estimated quickly and reliably in relation to the distribution of the seismic velocities in 1 and 2 dimensions (1D and 2D) and geotechnical characteristics of geological units. In this study, data from many in situ seismic measurements performed in four different areas in vicinity of center of Trabzon province were re-evaluated using P- and S-wave velocity classification tables prepared according to international standards (Caterpillar and NEHRP) for the rippability of geological units in the measurement areas and a primary seismic velocity-rippability-geotechnical classification table was prepared by including S-wave velocity. Therefore, the type (soil, rock) and mechanical property (firm, solid, hard, etc.) of the geological units are defined according to the S-wave velocity and the degree of rippability according to the P-wave velocity. Accordingly, in general, the geological units in the study areas are classified as very easy-to-easy, less firm soil (Vp <900 m/s, Vs <300 m/s), moderately rippabile solid- firm soil (Vp~900-1500 m/s, Vs~400-600 m/s), hard to rippabile very firm-solid or weathered rock (Vp~1500-2100 m/s, Vs~600-800 m/s), very hard-to-extremely hard to rippabile solid rock (Vp~2100-2400 m/s, Vs~800-1100 m/s) and non-rippabile hard rock (Vp>2400 m/s, Vs>1100 m/s). In addition, it has been shown that the approximate limits of geological units on 2D P-wave velocity-depth sections. Consequently, the evaluation of P- and S-wave velocities together has provided the information about the type (soil or rock), mechanical and physical properties of the geological units besides the rippability, thus will ensure minimizing the rippability estimation errors and to the guiding of excavation works.

P- ve S-dalga hýzlarý ile jeolojik birimlerin sökülebilirliði üzerine bir deðerlendirme

Sismik P- ve S- dalga hýzlarý içinde yayýldýklarý jeolojik birimlerin (zemin, kaya) fiziksel özelliklerine, ayrýþma ve kýrýk-çatlak derecelerine, derinlik ve gözenek yapýsýna doðrudan baðlý olup, kazý çalýþmalarýnda sökülebilirliðin tahmin edilmesinde yaygýn olarak kullanýlmaktadýr. Jeolojik birimlerin P- ve S-dalga hýzlarý arazide sýrasýyla sismik kýrýlma ve çok kanallý yüzey dalgasý analizi (ÇKYDA) yöntemleri ile belirlenebilir. Sismik hýzlarýn 1 ve 2 boyutlu (1B ve 2B) daðýlýmlarý ile jeolojik birimlerin jeoteknik nitelikleri ile iliþkili olarak sökülebilirlik sýnýflarý hýzlý ve güvenilir olarak tahmin edilebilir. Bu çalýþmada, Trabzon il merkezinde dört farklý alanda yapýlan sismik ölçümlerden elde edilen veriler, ölçüm alanlarýndaki jeolojik birimlerin sökülebilirlikleri için uluslararasý standartlara (Caterpillar ve NEHRP) göre hazýrlanmýþ P- ve S-dalga hýzý sýnýflama tablolarý kullanýlarak yeniden deðerlendirilmiþ ve S-dalga hýzýnýn dahil edildiði ilksel bir sismik hýz-sökülebilirlik-jeoteknik sýnýflama tablosu oluþturulmuþtur. Böylece, jeolojik birimlerin türü (zemin, kaya) ve mekanik özelliði (sýký, katý, sert) S-dalga hýzýna, sökülebilirlik dereceleri ise, P-dalga hýzýna göre tanýmlanmýþtýr. Buna göre, genel olarak, çalýþma alanlarýndaki jeolojik birimler çok kolay-kolay sökülebilir az sýký zemin (Vp<900 m/s, Vs<300 m/s), orta derecede sökülebilir katý- sýký zemin (Vp~900-1500 m/s, Vs~400-600 m/s), zor sökülebilir çok sýký-katý veya ayrýþmýþ kaya (Vp~1500-2100 m/s, Vs~600-800 m/s), çok zor-son derece zor sökülebilir saðlam kaya (Vp~2100-2400 m/s, Vs~800-1100 m/s) ve sökülemez sert kaya (Vp~2400 m/s, Vs~1100 m/s) þeklinde sýnýflandýrýlmýþtýr. Ayrýca, 2B P-dalga hýzý-derinlik kesitleri sayesinde jeolojik birimlerin yaklaþýk sýnýrlarýnýn belirlenebileceði gösterilmiþtir. Sonuç olarak, P- ve S-dalga hýzlarýnýn birlikte deðerlendirilmesinin jeolojik birimin sökülebilirliðinin yanýnda, türü (zemin veya kaya), mekanik ve fiziksel özellikleri hakkýnda da bilgi vermektedir ve böylece sökülebilirlik tahmin hatalarýnýn azaltýlmasýna ve kazý çalýþmalarýnýn yönlendirilmesine önemli katkýlar saðlayacaktýr.