ve ULTRASONİK HIZ ÖLÇÜMLERİ

Transkript

1 Tahribatsız Test Yöntemleri ve Ultrasonik Hız Ölçümleri TAHRİBATSIZ TEST YÖNTEMLERİ ve ULTRASONİK HIZ ÖLÇÜMLERİ Ferhat Özçep*, Savaş Karabulut*, Belgin Özgüven*, Onur Sanlı* İstanbul Üniversitesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü 1. Giriş Türkiye nin jeodinamik özellikleri ve depremselliği nedeniyle kentlerde ve kırsal alanlarda pek çok yıkıcı deprem olmaktadır. Bu depremler büyük mal ve can kayıplarına neden olup ekonomik yapımızı olumsuz yönde etkilemektedir. Bu durum, yapılaşmanın niteliğine ve kentleşmeye gerekli ve yeterli özeni göstermediğimizi ortaya koymaktadır. Yapı malzemelerinin niteliğinin belirlenmesine yönelik uygulanan tahribatsız/hasarsız deney yöntemleri; malzeme özellikleri, bir malzemede (yada sistemde) var olabilen süreksizlik türleri ve yerleri hakkında bilgi elde edilmesini sağlar. Deney bilgisi malzemenin performansını yada güvenilirliğini değerlendirmede kullanılmaktadır. Endüstride tahribatsız deneylerin kullanımı standartların oluşturulmasına bağlıdır. Standartlar; sonuçların karşılaştırılmasında, ölçüm aletlerinin kalibrasyonunda, uniform tekrarlanabilir sonuçların güvenceye alınmasında ve neyin kabul edilebilir yada edilemez olduğunun belirlenmesine yardımcı olmak için kullanılmaktadır. İncelenen malzemelere herhangi bir zarar vermeden muayene etmeye dayalı dinamik ve statik yapılar hakkında bilgi edinme amaçlı kullanılan yöntemlerinin tümünü tahribatsız inceleme yöntemleri olarak isimlendirebiliriz. Tahribatsız inceleme yöntemi ile, malzemelerin imalat esnasında veya belli bir süre kullanıldıktan sonraki (korozyon veya aşınma gibi nedenlerden dolayı oluşan çatlak, iç yapıda meydana gelen boşluk, kesit azalması vb.) hatalarının tespiti gerçekleştirilir. Betonarme elemanların dayanımları tarihsel olarak daima silindirik veya kübik beton numunelerin laboratuarda kırılması yolu ile tayin edilmeye çalışılmıştır. Halbuki, Vp ultrases dalga yayılma hızını tahribat yapmaksızın ölçerek, betonun karakteristik basınç dayanımını güvenilir bir hassasiyetle tayin etmek mümkündür (Uyanık ve diğ., 2012). Tahribatsız deneyler için standartlar, ilk olarak 1920 lerde U.S. Army ve Navy tarafından yapılmıştır e kadar otuz dokuz askeri standart, tahribatsız deneylerle ilişkili olarak oluşturulmuştur. ASTM Tahribatsız Deney Komisyonu 1938 de kurulmuş ve 1975 yılına kadar kırk yedi tahribatsız deney standardı oluşturmuştur. Amerika Tahribatsız Deney Kurumu ve Amerika Makine Mühendisleri Odası da tahribatsız deneyler konusunda standartlar ve yönetmelikler oluşturmuşlardır. Beton teknolojisi uzmanları uzun yıllardır tahribatsız testler ile beton özelliklerinin belirlenmesi ile ilgilenmişlerdir ların başlarında laboratuar test örneklerini kullanarak titreşim yöntemlerini önermişlerdir. Powers (1938), Obert (1939), Hornibrook (1939) ve Thomson (1940); rezonans frekansı yöntemini kullanarak titreşim teknikleri ile ilgili ilk çalışmaları yapmışlardır. II. Dünya Savaşı, stres dalgası yayınımını kullanarak tahribatsız testler ile ilgili araştırmaları ivmelendirmiştir. Titreşim (puls) hızı yönteminin gelişimi yaklaşık aynı zamanda Kanada da ve İngiltere de başlamıştır. Kanada da Leslie ve Cheesman (1949) soniskop adını verdiği aleti ve İngiltere de Jones (1948) Ultrasonik tester adını verdiği aleti geliştirmişlerdir. Prensipte her iki alet (Soniskop ve Ultrasonik tester) oldukça benzer bir yapıda olup ayrıntıda küçük farklar barındırmaktay- 11 JEOFİZİK BÜLTENİ

2 Özel Bölüm dı lardan itibaren titreşim hızı yöntemleri laboratuarlardan çıkarak ve inşaat şantiyelerine/ alanlarına taşındı (Whitehurst, 1957). Malhotra (1976) konu üzerine çalışılmış makalelerin geniş bir listesini yayınlamıştır. Bu arada birçok ülke beton numunesi üzerinde titreşim hızını ölçmek için standartlaşmaya gitmiş ve prosedürler geliştirmiştir. Hasar tespiti için yapılacak çalışmalar aşağıda aşamalarda gerçekleştirilir (Aköz, 2005); Yapının projesi temin edilir, Proje ile yapı karşılaştırılır, değişiklikler (eklenti, yıkım vb.) ve hasarlar tespit edilir, gerekirse yapının rölöve projesi hazırlanır, Yapıda hasarlı bölgeler belirlenir ve proje üzerinde gösterilir, Ölçüm yapılması gereken elemanlar belirlenir, Bu elemanlarda aşağıda belirtilen deney ve ölçümler yapılır. Tahribatlı ve Tahribatsız Deneyler (Aköz, 2005); yapıda deprem gibi bir afet nedeni ile hasar oluşması, yapının veya bazı elemanlarının çevresel etkiler nedeni ile eskimesi, ıslanması, erimesi, şişmesi, çatlaması, parça atması gibi hasarların oluşması, önemli yapıların sürekli izlenmesi, hasarsız bir yapıya yeni işlev kazandırılması amaçlandığında yapının son durumunun tespiti gerektiğinde, onarım ve güçlendirmeden önce yapıda etraflı bir araştırma ve tespit yapılması gerektiği durumlarda, yerinde ve laboratuarda yapılır. İnşaat mühendisliği bağlamında, sık sık betonarme yapıların test edilmesi gerekmektedir. Yapı malzemesi olan betonun sertleştikten sonra yapının tasarımı sonrası kullanımı için uygun olup olmadığının belirlenmesi gerekmektedir. İdeal olarak böyle bir deney betona zarar vermeden betonu tahrip etmeden yapılmalıdır. Tahribatsız ya da kısmen tahribatlı deneylerde kullanılarak yapılan değerlendirmeler sayesinde birçok temel parametre elde edilebilmektedir (yoğunluk, elastik özellikler, mukavemet, yüzey sertliği, yüzey absorpsiyonu vb.). Ayrıca çatlaklar ve boşluklar gibi yapısal bütünlüğe ilişkin niteliğin değerlendirilmesi de olanaklıdır. Tahribatsız deneyler hem eski hem de yeni yapılar için kullanılabilir. Yeni yapılar için temel uygulamalar, malzemelerin yada yapının niteliği hakkındaki kuşkuların giderilmesi ya da kalite kontrolü içindir. Var olan inşaatların testi ise, genellikle yapısal bütünlük yada yeterliliğin değerlendirilmesi ile ilişkilidir. Her iki durumda sadece tahribatlı deneyler (mukavemet deneyleri gibi) uygulanmışsa, örnek alma ve deney maliyeti fazla olacağından, geniş bir yapıdan elde edilen sınırlı sayıda test örneği ile yapılmasına izin verir. Tahribatsız deney yöntemleri böyle durumlarda verimli örnek alımını da yönlendirebilir. Tahribatsız deneylerin kullanılabileceği tipik durumlar: İnşaatın yerinde (in situ) kalite kontrolü, Malzemenin kabul edilebilirliği hakkında belirsizlikleri ortadan kaldırmak, Beton imalatında çalışan işçilerin yaptıkları işlere yönelik kuşkuların olumlanması ya da ortadan kaldırılması, Mukavemetin gelişiminin izlenmesi, Beton yapısı içinde çatlakların, boşlukların ve benzeri hataların yerlerinin belirlenmesi, Beton homojenliğinin (uniformluluğunun) belirlenmesi, Güçlendirmenin konumu, niteliği ya da koşullarının belirlenmesi, Değerlendirmesi düşünülen temsili örnek lokasyonlarının seçimine yardımcı olmak amacıyla beton değişkenliğinin alansal genişliğinin belirlenmesi, Aşırı yüklenme, kırık, dış yada içsel kimyasal saldırı yada değişimi, ateş, patlama, çevresel etkilerin neden olduğu betonun bozulmasının test edilmesi ve konumunun belirlenmesi, Betonun potansiyel durabilitesinin (dayanıklılığının) belirlenmesi, Betonun özelliklerinde uzun süreli değişimlerin izlenmesi, İnşaatın sigortası ya da sahibinin değişmesi durumunda yapının kullanımı hakkında bilgi sağlanması şeklinde sınıflandırılabilir. 12 Kasım

3 Tahribatsız Test Yöntemleri ve Ultrasonik Hız Ölçümleri 2. Betonarme Yapıların Tahribatsız Deneyleri İçin Temel Yöntemler Betonun tahribatsız yöntemlerle testi için; Görsel gözlem, Beton içindeki demirlerin potansiyel korozyonunun belirlenmesi için kullanılan elektrik potansiyel yöntemi, Betonun yüzeysel sertliğinin değerlendirilmesi amacıyla Schmidt Çekici Testi, Beton içinde suyun akışını ölçmek için kullanılan Permeabilite Testi, Betonun içindeki demirlerin yerlerinin belirlenmesi için Covermeter Testi, Radyografik Test, Betonun basınç mukavemetini test etmek amacıyla betonun ses hızının ölçümüne dayanan Ultrasonik puls hızı ölçümleri, Yer radarı ölçümleri, Infrared Termografi ölçümleri gibi bazı tipik uygulama yöntemleri kullanılmaktadır Betonun Özellikleri Agrega, kum, çakıl ve kırma taş beton yapımında kullanılmaktadır. TS EN e göre 4000 mm elek açıklığından geçen malzemeye ince agrega bu elek üzerinde kalan agregaya kalın agrega denilmektedir. Çimentolu suyun oluşturduğu çimento hamuru beton içerisindeki agrega tanelerinin yüzeyini kaplayarak ve agrega taneleri arasındaki boşlukları doldurarak taneler arasında bağlayıcılık işlevi görür. Çimento ve su ince agreganın karışımından oluşan malzemeye harç denilmektedir. Çimentolu suyun oluşturduğu çimento hamuru başlangıçta plastik bir malzeme iken çimento ve su arasında oluşan kimyasal reaksiyonların etkisi ile çimento hamurunun başlangıçtaki plastik özelliği zamanla azalmaktadır. Bir veya birkaç saat sonra içerisindeki çimento hamuru katılaşmakta ve tamamen sertleşmiş duruma gelmektedir. Başlangıçtaki plastik kıvamlı beton, istenilen şekildeki kalıplara yerleştirilerek istenilen boyutta sert yapı malzemesi elde edilir. Beton; agrega (ince ve kaba agrega), çimento ve suyun, kimyasal ve mineral katkı maddeleri ilave edilerek veya edilmeden homojen olarak üretim teknolojisine uygun olarak karıştırılmasından oluşan, başlangıçta plastik kıvamda olup, zamanla katılaşıp sertleşerek mukavemet kazanan önemli bir yapı malzemesidir. Hazır beton, kullanıcı olmayan şahıs veya kuruluş tarafından hazırlanarak taze halde iken teslim edilen betondur. Kullanıcı tarafından şantiye dışında hazırlanan beton ve şantiyede kullanıcı haricindeki kişi veya kuruluşlarca hazırlanan beton da hazır beton tanımına girmektedir. Kullanıcısı tarafından, sadece kendi kullanımı için şantiye içerisinde üretilen beton ise şantiyede imal edilen beton olarak isimlendirilir. Bilimsel yöntemlerle tasarlanmış hazır beton, bileşen tartımlarını ağırlık yöntemiyle otomatik olarak yapan modern tesislerde üretilmeli ve standartlara göre kontrol edilmelidir. Hazır betonun kalitesini belirleyen beş temel aşama söz konusudur. Bunlar; tasarım, üretim, taşıma, yerleştirme, bakım ve kür dür. Bunlardan ilk üç aşama hazır beton üreticisi, son iki aşama ise tüketici tarafından yerine getirilmektedir. Günümüzde hazır beton kadar sıklıkla kullanılan başka bir yapı malzemesi bulunmamaktadır. Hazır Beton Bileşenleri Betonu oluşturan hammaddeler agrega, çimento, su, kimyasal ve mineral katkılardır. ÇİMENTO SU AGREGA %10 %15 %75 TS EN hazır beton standardına göre tüm bileşen malzemelerin kendi standartlarına uygunlukları gösterilmek zorundadır. 13 JEOFİZİK BÜLTENİ

4 Özel Bölüm Agrega Betonun hacimsel olarak en fazla kullanılan bileşeni olan agregalar, ilgili ürün standardına göre üretilmiş olarak hazır beton tesislerinde uygun şekilde depolanmalıdır. En düşük su emme değerine sahip olan ve çimento ile zamanla beton içerisinde genleşen maddeler üretmeyen, nispeten kübik tane şekline sahip agregalar kaliteli agregalardır. Tane boyutları agrega üretim tesislerinde istendiği şekilde ayarlanabilmektedir. Çimento Su ile karıştırıldığında sertleşen bir hamur oluşturan ve sertleşme sonrasında suyun altında bile dayanımını ve kararlılığını koruyan inorganik ve ince öğütülmüş hidrolik bağlayıcılardır. Hazır beton üreticisi için en uygun çimento tipi, beton sınıflandırmalarına bağlı kalmak şartıyla en düşük çimento kullanımı sağlayan, agrega ve kimyasal katkı ile en uyumlu olan ve müşteri beklentilerine en iyi cevap verebilen çimentodur. Karma Suyu Betona üretim aşamasında katılan karma suyu haricinde kullanım yerinde ilave su katılması engellenmelidir. Beton katkı maddeleri Günümüzde beton su ihtiyacını azaltan ve dolayısıyla daha çok dayanım ve ekonomi sağlayan katkılar yanında dayanım hızı, hava içeriği, geçirimsizlik, rötre vb. betonun pek çok özelliğini 14 Kasım de etkileyen kimyasallar kullanılmaktadır. Kimyasal katkılar sayesinde artık rötre yapmayan, kendiliğinden yerleşebilen, agrega reaktifliğinden etkilenmeyen, donatı korozyonu engellenen üstün dayanıma sahip betonlar üretilebilmektedir. Var olan betonarme yapıların güvenliğinin belirlenmesi ile, mevcut inşaatın olduğu gibi kullanılması, onarılması, güçlendirilmesi yada yıkılarak kaldırılması ve yeniden yapılmasına karar verilebilir. Kararın mühendislik amaçları bakımından anlamlı ve yararlı olabilmesi için yapı üzerinde yerinde ve laboratuarda kurallarına uygun olarak yapılmış gözlem, inceleme, ölçme ve değerlendirme sonuçlarına dayandırılması gerekir (Ergün ve Kürklü, 2005). 3. Ultrasonik Deneyler Modern Ultrasonik testler katı, sıvı ve gazların tahribatsız analizi için kullanılmaktadır. Bu yönde yeni gelişmeler; süper yüksek duyarlılık, yüksek frekans, yüksek çözünürlülük ve benzeri özellikleri kapsamaktadır. Ultrasonik testlerin avantajı aşağıdaki çeşitli uygulamaları kapsamaktadır: Mekanik özellikler ve mikroyapının belirlenmesinde kullanılabilir Görüntüleme ve mikroskop amaçlı kullanılabilir Portatiftir ve maliyet açısından uyundur Plazma ve vakum durumları hariç maddenin bütün halleri için uygulanabilir Optik yoğunluktan etkilenmez. Ultrasonik aygıtlar zaman, sönüm, frekans ve görüntü ortamlarında kullanılabilirler. Zaman ortamı aygıtlar; boyuna, kayma ve yüzey dalgalarının hızlarını ve geçiş zamanını ölçebilirler. Zaman ortamı aygıtlar ayrıca, yoğunluk ve kalınlığı, kusurlar ve kusurların konumunu belirleme, malzemenin elastik ve mekanik özelliklerini saptama özelliklerine sahiptirler. Sönüm ortamı aygıtları, verilen frekans ve ışın boyutunda aktarılmış ve yansımış sinyallerin dalgalanmalarını, yükselip alçalmalarını ölçer. Bu aygıtlar, yüzey ve içsel mikroyapıların belirlenmesi ve malzeme kusurlarının karakterizasyonu için kullanılırlar. Frekans ortamı aygıtlar, Ultrasonik atenüasyonun frekans bağımlılığını ölçerler. Bu aygıtlar, mikroyapı analizi, porozite belirleme, yüzey karakterizasyonu ve faz analizinde kullanılırlar. Görüntüleme (image) aygıtları, menzil (flight) süresini ölçerler ve atenüasyon için kullanılırlar. Bu aygıtlar, malzeme kusurlarının yüzeysel ve içsel görüntülenmesi, mikroyapı, yoğunluk, hız ve mekanik özelliklerin belirlenmesinde kullanılır. Gerçek iki yada üç boyutlu görüntüleme sağlarlar. Ultrasonik titreşim (puls) hızı altmış yıldan fazladır ve beton kalitesini/niteliğini belirlemede kullanılmaktadır. Bu yöntem, içsel çatlakların ve diğer malzeme kusurlarının belirlenmesinde kullanıldığı gibi donma/ çözülme ve agresif kimyasal çevre nedeniyle betondaki bozulmaların belirlenmesinde de

5 Tahribatsız Test Yöntemleri ve Ultrasonik Hız Ölçümleri kullanılmaktadır. Titreşim hızı yöntemini kullanarak beton test örneğinin mukavemetini kestirmek de ayrıca mümkündür. Titreşim hızı yöntemi tamamıyla tahribatsızdır ve bu teknik, test edilen beton elamanına hiçbir zarar vermeden mekanik dalgaları kullanmaktadır. Bir test örneği, aynı noktada tekrar test edilebilir. Ayrıca uzun bir zaman periyodu boyunca betonun içyapı değişimlerinin görüntülenmesinde de kullanılmaktadır Dalga Yayınımı Üç tür mekanik (stres dalgası) (Şekil 1.a.) dalga yayınımı, dinamik yada titreşimli bir yük ile etkileşen katı elastik ortamın yüzeyinde oluşur: (1) Sıkışma dalgaları (ayrıca, Boyuna yada P dalgası da denir), (2) Kayma dalgaları (Enine yada S dalgaları da denir), (3) Yüzey dalgaları (Rayleigh ve Love dalgaları da denir). Ultrasonik enerji, görece olarak ince plakaların içine girdiğinde, Lamb dalgaları ile yayınırlar. Lamb dalgaları çoklu ve değişken hızlara sahiptirler. Lamb dalgası hızı, malzeme kalınlığına ve frekansa bağlıdır. Lamb dalgası çeşitli partikül hareketi modlarına sahiptir. Ancak iki yaygın titreşim hareketi modu simetrik ve asimetrik olarak bilinir (Şekil 1.b.). Her bir dalga karakteristik bir hıza sahiptir. Ultrasonik titreşimler, akustik empedansta farklılık oluşursa, iki farklı malzemenin ara yüzeyinden yansırlar. Akustik uyumsuzluk ayrıca su-metal, metalmetal gibi malzeme özelliklerinin farklılaştığı durumlarda oluşurlar. Yansımış dalganın önemli bir özelliği, yansıma açısının geliş açısına eşit olmasıdır. Ultrasonik ışın herhangi bir açıda bir malzemeden diğerine geçtiğinde, kırılma ve mod dönüşümü oluşur. Kırılma, Ultrasonik dalganın farklı iki malzemelerden oluşan bir sınırı geçtiğinde yönünü ve hızını değiştirerek oluşur. Her iki durum (yansıma ve kırılma) ışık ışınlarında gözlediğimize benzerdir Titreşim Hızı Test Aleti Mekanik dalgaların elektrik titreşimlere (puls) dönüşümü ve elektrik titreşimlerin mekanik titreşimlere dönüşümü Ultrasonik testlerin temelidir. Pieozelektrik vericiler bu işlemde temel görevi yüklenirler. Test aleti betonda bir verici ile bir dalga titreşimi oluşturarak, alıcı ile titreşimin varışını algılar. Böylece beton boyunca seyahat eden titreşimin seyahat süresini hassas biçimde ölçebilmektedir. Aygıt ayrıca bir osiloskopa bağlanarak alınan titreşimin doğası da gözlenebilir. Şematik diyagram Şekil 2 de verilmiştir. Şekil 3 de Proced firmasına ait alet görünmektedir. Şekil 4 ve 5 de ise ölçüm yöntemleri verilmektedir. Şekil 1. a. Dalgaların partikül hareketleri ve dalga yayınımları (Mix, 2005) Şekil 1b. Lamb dalgaları partikül hareketi (Mix, 2005) 15 JEOFİZİK BÜLTENİ

6 Özel Bölüm Şekil 2. Titreşim hızı test devresinin şematik diyagramı (Tarun ve diğ., 2004) Şekil 3. Proceq firmasına ait ölçüm sistemi parçaları A Doğrudan Ölçüm B Yarı Doğrudan Ölçüm C Dolaylı Ölçüm Şekil 4. Titreşim hızı ölçüm konfigürasyonları (A) Doğrudan yöntem (B) Yarı-Doğrudan yöntem (C) Dolaylı Yöntem (Tarun ve diğ., 2004) 16 Kasım Şekil 5. Yüzey yöntemini bozulma zonunun derinliğinin belirlenmesinde kullanımı (Tarun ve diğ., 2004)

7 Tahribatsız Test Yöntemleri ve Ultrasonik Hız Ölçümleri 3.3. Titreşim Hızına Etkiyen Faktörler Titreşim hızını ölçmek oldukça kolay olmasına rağmen, testler öyle yapılmalıdır ki titreşim hızı okumaları tekrarlanabilir olmalı ve diğer faktörlerden ziyade sadece betonun özelliklerinden etkilenmelidir. Titreşim hızını etkileyen faktörler iki kategoride incelenebilir: (1) Doğrudan betonun özelliklerinden kaynaklanan faktörler, (2) Diğer faktörler. Beton Özelliklerinin Etkileri a) Agrega Boyutu, Derecelenme, Tür ve İçerik Birçok araştırma göstermiştir ki, titreşim hızı önemli ölçüde agrega türüne ve miktarına bağlı olarak etkilenmektedir (Bullock ve Whitehurst, 1959; Sturrup ve diğ., 1984; Swamy ve Al-Hamed, 1984; Anderson ve Seals, 1981; Jones, 1954; Popovics ve diğ., 1990). Çimento hamurunun titreşim hızı agreganınkinden küçüktür. Jones (1954) ortaya koymuştur ki aynı basınç mukavemeti seviyesinde ve aynı beton karışımı için yuvarlak çakıllı beton daha düşük titreşim hızına, ezilmiş kireçtaşı daha yüksek titreşim hızına ve ezilmiş granit ise bu ikisi arasında bir hız değerine sahiptir. Öte yandan, agrega türü, kırılma modülleri ve titreşim hızı arasındaki ilişkiye önemli bir etki oluşturmamaktadır. Titreşim hızı ve basınç mukavemeti üzerinde beton karışımındaki iri agregaların değişken etkisi Şekil 6 da verilmiştir. Şekil 6. Titreşim hızı ve Basınç mukavemeti (Tarun ve diğ., 2004) b) Çimeto Türü Jones (1954) ortaya koymuştur ki çimento türünün titreşim hızı üzerinde önemli bir etkisi yoktur. Bununla birlikte hidrasyon (su katma) seviyesi hızı etkilemektedir. Hidrasyon derecesi arttıkça elastisite modülü ve titreşim hızı artmaktadır. Çabuk sertleşen çimentoların kullanımı verilen bir titreşim hızı için daha yüksek bir mukavemete neden olur (Jones ve Facaoaru, 1969). c) Su-Çimento oranı Kaplan (1959) titreşim hızı üzerinde su-çimento (S/Ç) oranını incelemiştir. S/Ç oranı arttıkça basınç mukavemeti ve karşılık gelen hız değeri azalmaktadır. 17 JEOFİZİK BÜLTENİ

8 Özel Bölüm d) Beton Katkı Maddesi Beton katkı maddelerinin betonun titreşim hızına bir etkisi görünmemektedir. e) Betonun Yaşı Titreşim hızı üzerinde betonun yaşının etkisi betonun mukavemetinin gelişiminin etkisi gibidir. Jones (1954), titreşim hızı ve yaş ilişkisini incelemiş ve buna göre hız başlangıçta hızlı biçimde artmakta fakat hemen sonra düzlendiğini göstermiştir. Bu trend belirli tür bir beton için oluşturulan mukavemet yaş ilişkisine benzerdir. Fakat titreşim hızı sınır değerine mukavemetten daha çabuk ulaşmaktadır. f) Diğer Etkiler 1) Verici Kontaktı Verici ile malzeme arasında iyi bir kontak kurulmamışsa, yanlış bir titreşim hızının ölçülmesine neden olabilir. 4) Geçiş Yolu (Path) Kuramsal olarak dalga tarafından seyahat edilen geçiş yolu ve dalganın frekansı yayınım zamanına etki etmez. Ancak, pratikte daha küçük yollar daha değişken ve biraz daha yüksek hızlar verme eğilimindedirler. Çünkü betonun homojen olmayan doğası buna neden olmaktadır. 5) Örneklerin Boyutu ve Şekli Çoğu durumda, titreşim hızı örneklerin boyuna ve şekline bağımlıdır. 6) Gerilme Düzeyi Titreşim hızı genel olarak test edilen elemanın stres düzeyinden etkilenmez. Ancak, beton çok yüksek düzeyde bir basınca maruz kaldığında (örneğin nihai mukavemetin % 65 i oranında bir gerilmeye maruz kaldığında) beton içinde mikro çatlaklar oluşabilir ve bu etki titreşim hızını önemli ölçüde düşürebilir (Popovics ve Popovics, 1991; Wu ve Lin, 1988). 7) Çelik Çubukların Varlığı Betonun titreşim hızını etkileyen en önemli faktörlerden biri beton içindeki güçlendirici eleman olan çeliklerin varlığıdır (Şekil 7). Çelikteki titreşim hızı, betondaki titreşim hızının 1.4 ila 1.7 katıdır. Güçlendirici eleman olan çelik çubukların yakınlarında titreşim hızı okumaları genelde betonun hızından daha yüksektir. Mümkün olması durumunda test ölçümleri yapılmalıdır. Bungey (1984) çelik çubuklar için düzeltme faktörleri vermiştir. 2) Betonun Sıcaklığı 5-30 o derece arasındaki ölçümler titreşim hızı için önemli bir problem yaratmamaktadır (Jones ve Facaoaru, 1969). 3) Betonun Nemi ve Kürlenme Koşulları Satüre olmuş betonun titreşim hızı kuru betondan daha yüksektir. Nemin, genel olarak yüksek mukavemetli betonun hızı üzerindeki etkisi düşük mukavemetli betona göre daha azdır. 18 Kasım Şekil 7. Betonarme elemanında ölçümler (A) Çelik çubuk yayınım yönüne dik (B) Çelik yayınım yönüne paralel (dolaylı ölçüm) (C) Çelik çubuk yayının yönüne paralel (doğrudan ölçüm) (Tarun ve diğ., 2004)

9 Tahribatsız Test Yöntemleri ve Ultrasonik Hız Ölçümleri Çizelge 1. Çubukların eksenine dik bir hat boyunca çelik güçlendirmenin etkileri (Malhotra ve Carino, 2004) Çizelge 2. Çubukların eksenine paralel bir hat boyunca çelik güçlendirme etkileri (Malhotra ve Carino, 2004) 4. Ultrasonik Testin Kullanım Alanları Titreşim hızı yöntemi başarılı biçimde laboratuarda olduğu kadar sahada da uygulanmaktadır (Bakınız kaynaklar listesi). Ayrıca, kalite kontrol kadar betondaki bozunmanın analizi içinde kullanılmaktadır. Şekil 8a ve 8b. betonarme yapıda nasıl uygulandığını göstermektedir. Şekil 8a. Sıvasız bir kolonda ölçü alma işlemi Şekil 8b. Sıvalı bir kolonda ölçü alma işlemi 19 JEOFİZİK BÜLTENİ

10 Özel Bölüm 4.1. Beton Niteliğinin Doğrudan Titreşim Hızlarından Belirlenmesi Beton niteliğinin doğrudan titreşim hızlarından belirlenmesine yönelik yaklaşım International Atomic Energy Agency (2002) el kitabında verilmiştir. BETON KALİTESİ SINIFLAMASI P DALGA HIZI (m/sn) Mükemmel İyi - Çok iyi Orta Zayıf Çok Zayıf Çizelge 3. Beton kalitesinin/niteliğinin P hızına bağlı sınıflaması (International Atomic Energy Agency, 2002) 4.1. Beton Dayanımının/Mukavemetinin Kestirilmesi Titreşim hızı yöntemi, yerinde ve laboratuarda beton mukavemetinin kestirilmesine olanak sağlamaktadır. Mukavemet, titreşim hızından Şekil.9 daki ilişkiden yararlanılarak kolaylıkla kestirilebilmektedir. Şekil 9. Betonun basınç mukavemetinin titreşim hızından kestirilmesine bir örnek (Tarun ve diğ., 2004) Titreşim hızı ve beton mukavemeti ilişkisi tekil bir ilişki değildir ve birçok faktörden (agrega boyutu, tipi, içeriği; çimento türü ve içeriği, su çimento oranı; nem içeriği) etkilenmektedir. Bu faktörler birçok araştırmacı tarafından incelenmiştir (Bullock ve Whitehurst, 1959; Sturrup ve diğ., 1984; Swamy ve 20 Kasım Al-Hamed, 1984; Anderson ve Seals, 1981; Jones, 1954; Popovics ve diğ., 1990) Betonun Homojenliğinin Kestirilmesi Titreşim hızı betonun homojenliğinin belirlenmesinde kullanılmaktadır. Heterojenite, karışım oranlarının değişimi, betonun bozulması, içsel çatlaklar olarak tanımlanmaktadır. Örneğin, içsel bir hava boşluğu etrafında bir dalganın saçılımı yayınım zamanının artmasına ve sonuçta da görünür hızın azalmasına yol açacaktır.

11 Tahribatsız Test Yöntemleri ve Ultrasonik Hız Ölçümleri 4.3. Betonun Hidrasyonu Üzerine Çalışmalar Titreşim hızının en büyük avantajı tamamıyla tahribatsız oluşudur. Ancak betonun içsel yapısındaki değişimler aynı test örneği üzerinde görüntülenebilirler. Birçok araştırmacı çimento hamurunun, betonun sertleşme ve oturma aşamalarının görüntülenmesi için titreşim hızı yönteminin başarılı uygulamaları üzerine çalışmalar yayınlamışlardır Betonun Durabilitesi Üzerine Çalışmalar Agresif çevreler, betonun yapısını hasara uğratacaklardır ve bu titreşim hızının değerini azaltır. Donma ve çözülme, korozyon ve benzeri nedenlerle oluşan beton kalitesi bozulması titreşim hızı yöntemiyle kolaylıkla belirlenebilirler Yüzey Kırığı Derinliği Titreşim hızı tekniğinin bu uygulaması çeşitli araştırmacılarca çalışılmıştır (Sturrup, 1959; Jones, 1952; Knab ve diğ., 1983; Rebic, 1983) Dinamik Elastisite Modülünün Belirlenmesi Elastik malzeme boyunca seyahat eden P dalgasının hızı dalga yayınımı teorisi ile malzemenin yoğunluğu elastik sabitleri ile aşağıdaki biçimde tanımlanabilir: Şekil 10 da dinamik elastisite modülü ile basınç mukavemeti arasındaki ilişki verilmiştir. Şekil 10. Dinamik elastisite modülü ile basınç mukavemeti arasındaki ilişki (Hansen, 1986) 21 JEOFİZİK BÜLTENİ

12 Özel Bölüm 4.7. Avantajlar Titreşim hızı yöntemi betonun uniformluluğunu incelemek için mükemmel bir yöntemdir. Test prosedürü basit ve var olan ekipmanın sahada ve laboratuarda kullanımı kolaydır. Test prosedürü ASTM ve diğer örgütler tarafından standartlaştırılmıştır. Küçük portatif dijital aletlerin mevcudiyeti ile Ultrasonik testler sahada betonun kalite kontrolü için yeni bir boyuttur. Ultrasonik titreşim hızı testleri hem laboratuarda test örnekleri üzerinde hem de sahada yapılar üzerinde uygulanabilirler. 5. ÖRNEK UYGULAMA Bu çalışma Bitirme Projesi öğrencilerimiz Belgin Özgüven ve Onur Sanlı nın İ.Ü. Araştırma fonu desteği ile aldığımız Pundit aletinin kendi yapılarında test etmeyi bitirme konusu olarak seçmeleri ile başlamıştır. Yapının en alt katından orta kısımda bulunan on kolonda toplamda otuz ölçüm yapılmıştır. Şekil 10 da yapı içindeki kolonların yerleşimi görünmektedir. Ölçüler hem sıva üzerinden hem de sıva kaldırarak alınmıştır (Şekil 8.a. ve 8b.). Sıva üzerinden yaptığımız ölçümlerin hızlarının ortalaması yaklaşık 1150 m/ sn sıva kaldırıldıktan sonraki ölçümlerimizin ortalaması ise 4050 m/sn çıkmıştır. Değerimize Çizelge 1. ve 2. deki düzeltme değerini uyguladığımızda ortalama 3650 m/sn değerini elde diyoruz. Çizelge 3. den yapılan değerlendirmeye göre ölçülen betonun kalite değerinin iyi çok iyi kategorisinde olduğunu saptamış bulunuyoruz. KATKI BELİRTME Bu çalışma İstanbul Üniversitesi Araştırma Fonunca desteklenen Zeminlerin Laboratuar Ortamında P ve S Hızlarının Ölçülmesi projesi kapsamında alınan aletle yapılmıştır. Bu çalışmanın zemin boyutunda katkılarından ötürü İZA mühendislik firmasına Jeofizik Mühendisi Zafer DEMİR nezdinde teşekkürü borç biliriz. Şekil 10. Yapının taşıyıcı elamanlarının kesiti. 22 Kasım

13 Tahribatsız Test Yöntemleri ve Ultrasonik Hız Ölçümleri Kaynaklar Aköz, F., 2005, Yığma yapılarda hasar tespiti deney ve ölçüm yöntemleri, YDGA2005 Yığma Yapılarda Deprem Güvenliğinin Arttırılması Çalıştayı. Anderson, D.A. and Seals, R.K., 1981, Pulse velocity as a predictor of 28 and 90 day strength, ACI J., 78, 116. Bullock, R.E. and Whitehurst, E.A., 1959,Effect of certain variables on pulse velocities through concrete, Highway Res. Board Bull., 206, 37. Bungey, J.H., 1984,The Influence of Reinforcement on Ultrasonic Pulse Velocity Testing, Malhotra, V.M., Ed., ACI SP 82, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 229. Cheesman, W.J., 1949,Dynamic testing of concrete with the soniscope apparatus, Proc. Highway Res. Board, 29, 176. Ergün, A.,Kürüklü, G., 2005, Mevcut Betonarme Yapılarda Beton Dayanımının Belirlenmesi, Deprem Sempozyumu, Kocaeli. Hansen, W., 1986, Static and dynamic modulus of concrete as affected by mix composition and compressive strength, ACI Spec. Publ. SP 95, American Concrete Institute, 115. Hornibrook, F.B., 1939,Application of sonic method to freezing and thawing studies of concrete, ASTM Bull., 101, 5. International Atomic Energy Agency, 2002, Guidebook On Non-Destructive Testing Of Concrete Structure, Training Course Series. Jones, R., 1948,The Application of Ultrasonic to the Testing of Concrete, Research, London, 383. Jones, R., 1952,A method of studying the formation of cracks in a material subjected to stress, Br. J.Appl. Phys. (London), 3, 229. Jones, R., Nov. 1954, Testing of concrete by an ultrasonic pulse technique, RILEM Int. Symp. on Nondestructive Testing of Materials and Structures, Paris, Vol. 1, Paper No. A-17 January 1954, 137. RILEM Bull., 19(Part 2). Jones, R. and Facaoaru, I., 1969,Recommendations for testing concrete by the ultrasonic pulse method, Mater. Struct. Res. Testing (Paris), 2(19), 275. Kaplan, M.F., 1959,The effects of age and water to cement ratio upon the relation between ultrasonic pulse velocity and compressive strength of concrete, Mag. Concr. Res., 11(32), 85. Knab, L.J., 1983,Blessing, G.V., and Clifton, J.R., Laboratory evaluation of ultrasonics for crack detection in concrete, ACI J., 80, 17. Leslie, J.R. and Cheesman, W.J., 1949,An ultrasonic method of studying deterioration and cracking in concrete structures, ACI J. Proc., 46(1), 17. Malhotra, V.M., 1976, Testing Hardened Concrete: Nondestructive Methods, ACI Monograph 9, American Concrete Institute, Detroit, MI. Malhotra, VM., and Carino, NJ., Edited 2004, Handbook on Nondesttructive Testing of Concrete, Crc Press. Mix, P.E., 2005, Introductıon to Nondestructive Testing, a Training Guide, Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. Obert, L., 1939,Sonic method of determining the modulus of elasticity of building materials under pressure, Proc. ASTM, 39, 987. Sturrup, V.R. Vecchio, R.J., and Caratin, H., 1984, Pulse Velocity as a Measure of Concrete Compressive Strength, ACI SP 82-11, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 201. Sturrup, V.R., 1959, Evaluation of pulse velocity tests made by Ontario hydro, Bull. 206, Highway Research Board, 1. Popovics, S., Rose, J.L., and Popovics, J.S. 1990,The behavior of ultrasonic pulses in concrete, Cem. Concr. Res., 20, 259. Popovics, S. and Popovics, J.S., 1991, Effect of stresses on the ultrasonic pulse velocity in concrete, RILEM Mater. 23 JEOFİZİK BÜLTENİ

14 Özel Bölüm Struct., 24, 15. Powers, T.C., 1938,Measuring Young s modulus of elasticity by means of sonic vibrations, Proc. ASTM, 38(Part II), 460. Rebic, M.P., 1983, The distribution of critical and rupture loads and determination of the factor of crackability, ACI J., 80, 17. Swamy, N.R. and Al-Hamed, A.H., 1984, The use of pulse velocity measurements to estimate strength of air-dried cubes and hence in situ strength of concrete, Malhotra, V.M., Ed., ACI SP 82, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 247. Tarun R. Naik, T.R., Malhotra, V.M., Popovics, J.S., 2004, The Ultrasonic Pulse Velocity Method,In: V.M. MALHOTRA and N.J. CARINO, Edited 2004, Handbook on Nondestructive Testing of Concrete, Crc Press. Thomson, W.T., 1940, Measuring changes in physical properties of concrete by the dynamic method, Proc. ASTM, 40, Uyanık, O., Gülay, F.G.,Tezcan, S., 2012, Beton Dayanımının Tahribatsız Ultrasonik Yöntemle Tayini, HAZIR BETON Ocak - Şubat Whitehurst, E.A., 1957,Soniscope tests concrete structures, ACI J. Proc., 47(6), 433. Wu, T.T and Lin, T.F., 1998, The stress effect on the ultrasonic velocity variations of concrete under repeated loading, ACI Mater. J., 95(5), Kasım