B. Erçıkdı, A. Kesimal & E. Yılmaz Karadeniz Teknik Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü Trabzon

Transkript

1 KAYAMEK 2004-VII. Bölgesel Kaya Mekaniği Sempozyumu / ROCKMEC 2004-VIIth Regional Rock Mechanics Symposium, 2004, Sivas, Türkiye Araklı-Taşönü kalker ocağında patlatma kaynaklı yer sarsıntılarının değerlendirilmesi Evaluation of ground vibrations induced by blasting at Araklı-Taşönü limestone quarry B. Erçıkdı, A. Kesimal & E. Yılmaz Karadeniz Teknik Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü Trabzon ÖZET: Bu çalışmada, Araklı-Taşönü kalker ocağında üretim esnasında patlatmadan kaynaklanan titreşimlerin çevredeki okul, cami, tarihi eser ve evlere olan yapısal etkileri araştırılmıştır. Bu kapsamda, halen uygulanan basamaklı düşey delik patlatma kazı modeli incelenmiş ve gerçekleştirilen basamaklı atımlara eşlik edilerek yersarsıntısı unsurları ölçülmüştür. Titreşim ölçer cihazı ile elde edilen veriler, uluslararası standartlarla karşılaştırılmıştır. Yapılan istatistiksel analizler neticesinde, patlatma sonrası açığa çıkacak titreşimlerin önceden tahminine yönelik olarak PPV = SD eşitliği 0.68 kararlılık katsayısı ile bulunmuştur. Her basamak ayrı ayrı değerlendirildiğinde daha yüksek kararlılık katsayıları elde edilmiştir. Elde edilen genel eşitlik kullanılarak bundan sonra bu bölgede yapılacak patlatmalar için bir kılavuz görevi görecek bir ölçekli mesafe tablosu oluşturulmuş ve patlatmadan kaynaklanan çevresel etkilerin en aza indirilmesi ile patlatma koşullarının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Atımlar sonucu oluşan titreşimlerin frekans değerlerinin %3.2 sinin 5-12 Hz arasında, %83.8 inin Hz arasında, %13 ünün ise 40 Hz den daha yüksek olduğu görülmüştür. Tüm hava şoku kayıtları, gürültüden rahatsız olma seviyesi olan 140 db değerinden düşük çıkmıştır. Ayrıca yapılan 31 adet ölçüm sonucuna göre sırası ile PPV-İvme, PPV-Yer Değiştirme ve Frekans-Yer Değiştirme arasındaki ilişki değerlendirilmiştir. ABSTRACT: In this study, the potential impact of ground vibrations produced from blasting operations performed at Araklı-Taşönü limestone quarry on the school, mosque, historic place and village houses was investigated. The current method of excavation, which is based on cautious bench blasting with vertical or angle holes was evaluated by measuring ground vibration components at different locations. The data obtained from the vibration measurement equipment were compared to international standards. From the statistical analysis of the results, the general peak particle velocity equation PPV= SD was constructed with a coefficient of determination 0.68 in order to predict the ground vibrations resulting from the blasting activities in the quarry. Higher coefficients of determination were obtained when the data were compared for each bench. Using the general equation obtained, it was aimed to establish a scaled distance table, which will be used as a guide for future blasting operations to adjust blasting parameters and hence to reduce environmental impact. It was found that 3.2%, 83.8% and 13% of blast induced ground vibrations had a frequency of 5-12 Hz, Hz and higher than 40 Hz, respectively. The intensity of the air blast in all measurements was recorded below 140 db, which is the level of human annoyance. The correlations between PPV-Acceleration, PPV-Displacement and Frequency-Displacement were evaluated using the results of ground vibration measurements taken from 31 blast events. 1 GİRİŞ Bilindiği gibi maden ve inşaat sektörlerinde hammadde sağlamanın en verimli ve ekonomik yollarından biri de patlatmalı kaya kazısıdır. Madencilik ve alt yapı çalışmalarının artmasına paralel olarak artan patlatmalı kaya kazısı işleri, çevresel problemleri de beraberinde getirmektedir. Teknik ve ekonomik yönden uygun patlatma tasarımları gerçekleştirilirken; yer sarsıntısı, hava şoku ve kaya fırlaması gibi çevresel etkiler de kontrol edilmelidir. Yapılacak patlatmalarda; parçacık hızı (mm/s), parçacık deplasmanı (mm), parçacık ivmesi(mm/s²) ve frekansı (Hz) ölçmek ve bunları kontrol edilebilir sınırlarda tutarak tasarımlar gerçekleştirmek suretiyle çevresel sorunlar en aza indirilebilir.

2 Bu çalışmada, bölgedeki çimento tesislerine hammadde sağlamak amacıyla Araklı-Taşönü Kalker Ocağında yapılan üretim patlatmalarının yol açtığı çevresel etkilerin değerlendirilmesi için bir çalışma yapılmıştır. Çalışma alanının okul, cami, tarihi eser ve yerleşim yerlerine oldukça yakın olması nedeniyle yapılan ölçüm ve gözlemlere gerekli hassasiyet ve önem gösterilmiştir. 2 PATLATMA KAYNAKLI YER SARSINTILARININ ÖZELLİKLERİ Yer sarsıntısının özellikleri ve niteliği, patlatma yerine yakın kesimlerde daha çok patlatma tasarımı ve delik düzeni, bilhassa bir seferde ateşlenen patlayıcı miktarı, ateşleme aralığı (gecikme süresi) ve belli bir ölçüde de ateşleme yönünden etkilenir. Bu etmenlere bağlı olarak oluşan parçacık hızı önemli bir hasar göstergesidir. Ancak patlatma kaynağından uzaklaştıkça, sarsıntının özellikleri ve niteliği daha çok yer sarsıntısı dalgasının iletildiği kaya veya zemin ortamının özelliklerinden etkilenir. Sonuç olarak arazi özellikleri ve yer sarsıntısının frekansı da hasar oluşumunda önemli ve tayin edici etmenlerdir. Yersarsıntılarının frekansı başlıca iki unsurdan etkilenir. Bunlar jeoloji (kaya özellikleri) ve gecikmeli ateşlemelerde gecikme aralığıdır (Dowding 1985). Düşük frekanslı dalgaları insanlar kolayca hissetmektedirler. Yüksek frekanslı dalgaları insanların algılaması zordur. Ayrıca 10 Hz değerinin altındaki frekanslar zeminde büyük yer değişimler (deplasman) ve yüksek düzeyli birim deformasyonlar oluşturduğu için hasar olasılığını da arttırır (Siskind vd. 1980). Atımın yapıldığı bölgedeki ev, mesken gibi yapıların durumu (formasyon üzerinde atılan temel) göz önüne alındığında yer değiştirme değerinin belirli değeri aşmaması gerekir. Bu aşılmaması gereken yer değiştirme sınır değerleri her bir yapı için Çizelge 1 de özetlenmiştir (Anonim 1975). Çizelge 1 Yapılaşma durumuna göre yer değiştirme limit değerleri Yapı Tipi Manevi ve yüksek değerde yapılar, Maden kuyuları, Zayıf şartlardaki evler, Tarihi yapılar (eserler) Yer Değiştirme Limiti (mm) 0.10 Birbirine çok yakın olan evler 0.20 Tek başına ev 0.40 Çelik konstrüksiyonlu yapılar 0.76 Binalarda hasar olasılığı, zeminde patlatmanın oluşturduğu uyarıcı dalganın frekansı ile binanın özyapısal frekansının birbirleri ile olan ilişkisine bağlıdır. Patlatmalardaki en kritik durum zemindeki uyarıcı dalganın frekansının, bir veya iki katlı binalarda genellikle 5-10 Hz arasında değişen bina özyapısal frekansına eşit veya ondan biraz büyük olduğunda oluşur. Bu durumda bina rezonansa girer ve zemindeki uyarıcı dalga geçip gittiği halde bina sarsılmaya devam eder. Bina rezonans halindeyken, parçacık hızı sınır değerlerin altında ise binada hasar oluşmaz ama kişiler rahatsız olur. Fakat bina rezonans halindeyken parçacık hızı da yeterli büyüklükte ise binada hasar oluşur (Bilgin vd. 1999). Ayrıca, patlatma işleminin binalarda rezonans oluşturmaması için patlatma süresinin (başlangıç ile en son patlayan delik arasındaki süre) 1 s nin altında kalmasına dikkat edilmelidir (Tezel 2003). 3 YER SARSINTISI TAHMİNİNDE KULLANILAN YAKLAŞIMLAR Çoğu araştırmacı; tipik patlatmaların, geometrik ve jeolojik şartlardaki değişimler nedeniyle, en iyi yer sarsıntısı tahmin şeklinin, gerçek atımların gözlemlenmesi sonucu elde edilebileceğini belirtmişlerdir (Kahriman vd. 1998, Erçıkdı vd. 2003). Patlatma kaynaklı yer sarsıntılarının tahminine yönelik olarak bir çok ampirik yaklaşım ortaya konulmuştur. Günümüzde en çok ölçekli mesafe ve sarsıntı hızını esas alan yaklaşımlar belli ölçüde güvenilir kabul edilmektedir. Ölçekli mesafenin belirlenmesinde bir çok ampirik bağıntı kullanılmasına rağmen en sık kullanılan bağıntılar; SD 1 = R/W 0.5, SD 2 = R/W 0.33 (1) Burada; SD 1 ve SD 2, ölçekli mesafe; R, patlatma noktasından uzaklık (m); W, gecikme başına maksimum patlayıcı madde miktarı (kg). Maksimum parçacık hızı tahminine yönelik olarak yapılan istatistik çalışmaları sonucu geliştirilen ve yaygın olarak kullanılan ampirik ilişki aşağıda verilmiştir: PPV = K*SD -β (2) Burada; PPV, maksimum parçacık hızı (mm/s); SD, ölçekli mesafe; K, yer işletim katsayısı; β, jeolojik sabit. Parçacık hızı tahmininde kullanılan saha sabitleri, ölçülen en yüksek parçacık hızı ve ölçekli mesafe

3 değerlerinin ilişkilendirilmesi sonucunda elde edilmektedir. Bu ilişkinin saptanması için yapılan istatistiksel değerlendirmenin güvenirliliği için en az 30 hatta daha fazla veriye ihtiyaç duyulmaktadır. Parçacık hızı tahmin denkleminin güvenirliğinin sağlam olması için kararlılık katsayısının (r²) değerinin 0.7 den büyük olması gereklidir. Yapılan regresyon analizi sonucunda 0.7 den daha düşük bir r 2 değeri elde edilmiş ise bu durum sahadan sağlanan veri çiftleri arasında tutarsızlığın ya da problemin var olduğunun işaretidir (Costa vd. 1996). 4 ÖRNEK BİR ÇALIŞMA; ARAKLI-TAŞÖNÜ KALKER OCAĞI 4.1 Çalışma sahası ve jeolojisi Taşönü Köyü kalker hammadde sahası, Trabzon un 40 km doğusunda, deniz seviyesinden 190 m yükseklikte, Araklı İlçesi nin yaklaşık 5 km güney batısında, Yanbolu deresi içi, Kaymaz Mahallesinin 1500 m kuzeydoğusunda bulunmaktadır. Kalker ocağına ait bilgiler aşağıda verilmiştir; Yapılan etütlerde: yapıların çoğunda tuğla kesmeleri, sıva çatlakları ve yığma duvarların döküldüğünü gösteren hasarlara rastlanmıştır. Çevre halkının özellikle 1995 yılından önce yapılan atımların çok şiddetli olduğunu dile getirmeleri, burada yapılan üretimin galeri atımları şeklinde gerçekleştirildiği kanısını uyandırmaktadır. Ocakta üretim: açık işletme metodu ile yapılmakta, kayaçların kazısı delme-patlatma ile gerçekleştirilmekte, en alt basamak taban kotu ortalama 75 m, en üst basamak kotu ortalama 145 m olup mevcut toplam 5 adet üretim basamağı bulunmaktadır. Yapılan atımlar hali hazırda 1, 2, 4 ve 5. basamaklarda gerçekleştirilmekte olup, aynı seviyedeki basamaklarda kot yükseklikleri farklı oluşturulduğundan delik boyları da düzensiz olarak açılmaktadır ve 3. basamaklarda yapılan atımlarda genellikle ayna şevlerinin düzgün olmaması ve basamak üst yüzeyinin farklı kot seviyelerine sahip olmasından dolayı delikler arası mesafe, sıkılama boyları ve yük mesafesi farklılık göstermektedir. 4 ve 5. basamaklarda ayna şevleri düzgün olduğundan dolayı patlatma grubu dizayn parametreleri daha kontrollü olmaktadır No lu Maden Kanununun 7. maddesine (Binalara ufken 60 m, avlu, bağ ve bahçelere 20 m mesafede maden araması ve işletilmesi mülk sahibinin iznine bağlıdır) göre, yapılara karşı emniyet mesafesi olarak 60 m lik bir koruma bandı mevcuttur. 4. ve 5. basamaklarda malzemenin sertliğinin orta derecede ve ayna yüzeylerinin düzgün olmasından (delik boyunca eşit yük mesafesi) dolayı atımlardan sonra açığa çıkan yığınlarda parçalanma boyutu istenen boyutta yeterince küçük, 1. ve 2. basamaklarda malzemenin sertliğinin yüksek olması ve ayna yüzeylerinin düzgün olmamasından (delik boyunca yük mesafesinin değişmesi ve tabanda artması) dolayı patlatma sonrası açığa çıkan malzemede bazı iri bloklara rastlanmakta, ocağın girişi sağ tarafı yol kenarında yapılan atımlarda ise malzemenin sertliğinin yüksek ve dilimli bir yapıya sahip olmasından dolayı iri bloklu malzeme elde edilmektedir. 2. basamağın sadece bir bölgesinde yer alan kırmızı toprağımsı bölgede yapılan atımların diğerlerine göre daha verimsiz olduğu ve atım sonucu aynada düzgün koparmanın olmadığı görülmüştür. Ocakta yeraltı su seviyesi yağışlarda yükselmekte olup, ocağın en alt basamağında atım öncesi delikler içinde yer yer yaklaşık 1-3 m arasında su seviyesi görülmektedir. Taşönü ocağı hammadde sahası genellikle marn, marnlı kalker, kalker ve travertenden oluşmakta olup, bazı bölgelerde karstik boşlukların bulunduğu, ayrıca bölgede eskiden manganez madeninin galeri açılarak işletildiği bilinmektedir (Erguvanlı 1975). Kalker ocağı beş farklı jeolojik zonlardan oluşmaktadır ve ölçümler esnasındaki patlatma işlemlerinin çoğu sertliği yüksek ve homojenimsi yapı gösteren kalker zonda gerçekleştirilmiştir. 4.2 Çevre yerleşim yerlerinin yapılaşma durumu Köy yapılarının takriben %10 kadarı betonarme özellikte, bazıları tamamen blok taşlı, bazıları ise temeli yığma blok taşlı ahşap evlerdir. Yapıların genelinde kiriş-kolon taşıyıcı elemanları olmadığından, evlerin temeli yığma veya moloz taşlardan inşa edilmiştir. Köy ilkokulu ve birkaç yapının projeli olduğu gözükmektedir. Köydeki birçok yapıda zaman içerisinde bazı çatlakların oluştuğu görülmektedir (Şekil 1). Bu çatlakların büyük bir kısmının ocakta daha önceden yapılan kontrolsüz büyük atımlardan; bir kısmının, inşa yönteminden dolayı atmosferik olaylardan (yağmurkar sularının iyi drene edilememesi); bir kısmının ise, yapının zamanla taşıyıcı özelliklerini kaybetmesinden dolayı oluştuğu söylenebilir.

4 Mevcut yapılan atımlara en yakın yapı olarak cami, okul, öğrenci yurdu bulunmaktadır. Bunların en yakın üst basamağa (1. basamak) uzaklığı ortalama m civarındadır. Ölçüm alınan yapıların özellikleri ve istasyon numaraları Çizelge 2 de verilmiştir. Balkonda sıva kopması ve düşey yönde oluşan çatlak İç duvarlarda oluşan çatlak ve tavanda sıva dökülmeleri Kapının üst köşe kısmında oluşan çatlak Şekil 1 Çevredeki yapılarda önceki atımlar sonucu oluştuğu düşünülen yapısal çatlaklar Çizelge 2 Ölçüm alınan istasyonlardaki yapıların genel özellikleri Ölçüm İstasyon Koordinatları (m) İstasyonu X Y Z Özellikler İstasyon yapımlı, 3 katlı, eski sıvalı, İstasyon yapımlı, tek katlı, bina tamamen eski ve yığma taşlardan oluşmuş ve tarihi eser kapsamında. İstasyon yapımlı, yeni, tek katlı ve projeli, bazı yerlerinde çatlaklar mevcut İstasyon yapımlı, 2 katlı, ahşap, projesiz, binada aşırı derecede çatlaklar mevcut, ayıca tuğla kesmesi bulunmakta, İstasyon yapımlı, 2 katlı, aşırı miktarda sıva düşmeleri bulunmakta ve ayrıca kiriş kesmeleri mevcut, balkonlarda çatlamalar mevcut, en hasarlı binalardan bir tanesi İstasyon yapımlı, 2 katlı, tavan ve duvarlarda çatlaklar mevcut. İstasyon yapımlı, tek katlı, daha önceki patlatmalardan kaynaklanan pencere camı kırıkları mevcut, duvarlarda fazla bir çatlak görülmemekte. İstasyon yapımlı, 2 katlı yığma ev, içeride ve dışarıda fazla çatlaklar mevcut İstasyon Yapımı henüz tamamlanmamış, betonarme ve projeli, çatlak mevcut değil İstasyon Tek katlı, bina tamamen eski ve yığma taşlardan yapılmış. Binanın ek kısımlarında aşırı derecede kesmeler mevcut İstasyon yapımlı, betonarme, iki katlı, tavanda çatlaklar mevcut 4.3 Ocakta delme patlatma işlemleri Kalker ocağında üretim sistemi delme patlatma ile yapılmaktadır. Yapılara yakın bölgelerde toplam kg, uzak yerlerde kg patlayıcı madde şarj edilmektedir. Sıkılama malzemesi olarak delikten çıkan pasa kullanılmaktadır. Delikler dik açılmakla birlikte bazen yük mesafesinin fazla olduğu yerlerde şeve paralel olarak da açılmaktadır. Sıkılama boyları normal olarak 2.5 m olmasına rağmen taş fırlama riski olan yerlerde daha yüksek tutulmaktadır. Basamak 5 de yapılan atımlarda, deliklerin içinde su bulunduğundan, su seviyesini aşıncaya kadar Emülit-100 ile, geriye kalan kısım ANFO ile şarj edilmektedir. Ocakta yapılan atımların özgül şarjları ortalama 1.07 kg/m³, şarj yoğunluğu kg/m (AN-FO delik içi yoğunluğu 0.82 g/cm³) olarak gerçekleşmektedir. Ocakta manyeto ile gecikmeli ve gecikmesiz elektrikli ateşleme yapılmaktadır. Yapılara yakın olan basamaklarda ateşlemeler gecikme aralığı 30 ms olan elektrikli gecikmeli kapsüllerle, uzak mevkilerde ise elektrikli gecikmesiz kapsüllerle yapılmaktadır. Gecikmeli ateşlemelerde dip numarası 5, 7, 9, 11, 13, 15 ve 17 olan kapsüller kullanılmakta, gecikmesiz ateşlemelerde ise 0 numara kapsüller kullanılmaktadır.

5 4.4 Yer titreşimlerinin ölçülmesi Kalker ocağında uygulanan patlatma paterni, delik düzeni ve patlayıcı şarjı; şantiye yetkililerince sistematik olarak uygulana gelen şekliyle (herhangi bir müdahalede bulunulmadan) gözlemlenmiş ve 31 adet ölçüm alınmıştır (Kesimal vd. 2003). Bilahare atım paternlerinde değişiklikler yapılarak titreşim seviyeleri çevredeki yapılara zarar vermeyecek şekilde düşürülmeye çalışılmıştır. Patlatmadan kaynaklanan titreşimler, Instantel Minimate Plus Model titreşim ölçer cihazı ve ekipmanı ile ölçülmüştür. Şekil 2 de çalışılan basamaklar ile ölçü alınan istasyon ve atım yapılan noktalar gösterilmiştir. Şekil 2 Taşocağında yapılan atımların yerleri ve ölçüm istasyonlarının görünüşü 5 ÖLÇÜM SONUÇLARI ve DEĞERLENDİRİLMESİ Patlatmalı kazı ile sahada gerçekleştirilen 31 adet atımın ölçüm sonuçları; her bir atım için parçacık hızı bileşenleri (enine-ptv, düşey-pvv, boyuna- PLV, maksimum-ppv), maksimum frekans, hava şoku, yer değiştirme ve ivme, gecikme başına düşen en fazla patlayıcı madde miktarları ve ölçekli mesafe (SD 1 ve SD 2 ) değerlerini içerecek şekilde Çizelge 3 de ayrıntılı olarak sunulmuştur. Yer sarsıntısı ölçümleri bilgisayar ortamına aktarılmış ve Instantel firmasına ait paket program kullanılarak her bir atım için USBM R18507 ve DIN 4150 analizi yapılmıştır. Bu program, USBM R18507 ve DIN 4150 yaklaşımlarına göre istenilen herhangi bir periyottaki parçacık hızı bileşenlerinin (enine, düşey ve boyuna) pik değerdeki hızlarının düzeylerini ve frekanslarını dikkate alarak titreşimlerin emniyetli veya hasar verme riskine sahip olduklarını göstermektedir. Sahada gerçekleştirilen parçacık hızı unsurları ve ölçekli mesafe veri çiftlerinden oluşan yersarsıntısı ölçüm sonuçları, regresyon analizine tabi tutularak, kontrollü patlatma tasarımlarında gerekli olacak saha sabitleri belirlenmiştir. Ayrıca patlatmadan kaynaklanan gürültünün çevresel etkisi dikkate alındığında; önceden gürültü düzeyinin tahmini önem taşımaktadır. Ancak Çizelge 3 incelendiğinde

6 tüm atımlar için gürültü değerleri 140 db in (rahatsızlığın başlangıcı) altında olduğundan dolayı regresyon analizine gerek görülmemiştir. En yüksek hava şoku değerini veren atım (132.4 db), patar atımı şeklinde gerçekleştirilen 15. atımdır. Ayrıca patar atımı şeklinde gerçekleştirilen 5. atımın değeri (123.3 db) de diğer atımlara göre yüksektir. Buradan yola çıkarak patar atımı şeklinde gerçekleştirilen atımların gürültü düzeyleri diğer atımlara nazaran yüksek, rahatsızlığın başlangıcı olan değerden düşük çıkmıştır. 31 atım için ortalama hava şoku değeri 117 db olup gürültü anlamında herhangi bir rahatsızlık bulunmamaktadır. 5.1 Ölçüm sonuçlarının istatistiksel analizi Ocakta yapılan tüm atımlar (31 adet), kırmızımsı toprak zonda yapılan atımlar (19 ve 26. atımlar) ve verimsiz deneme atımı (24. atım) çıkartılarak geriye kalan 28 adet atım, ayrıca 1. ve 2. basamaklarda gerçekleştirilen atımlar için ayrı ayrı istatistiksel analiz yapılmış ve sonuçları Çizelge 4 de verilmiştir. Maksimum parçacık hızı ve ölçekli mesafenin farklı fonksiyon değerleriyle yapılan regresyonda, SD 1 tabloda görüldüğü gibi kararlılık katsayıları daha yüksek bulunmuştur. Tüm atımlar için (31 atım) her yöndeki parçacık hızları ve ölçekli mesafe değerleri arasında ilişkiyi belirlemek amacıyla yapılan regresyon analizinde, parçacık hızının enine, boyuna, düşey ve maksimum bileşenlerinin kararlılık katsayıları düşük bulunmuştur. Bütün bileşenlerin kararlılık katsayısı değerlerinin (r²) 0.7 değerinden düşük olduğu görülmüştür (Çizelge 4). Kırmızımsı toprak zonda (Şekil 2) yapılan atımların (19 ve 26. atım) sonuçlarının aynı basamak kotundaki diğer atımlara göre çok düşük sonuç vermesi ve deneme atımı yapılan 26. atımın da diğer atımlara göre yüksek sonuç vermesi kararlılık katsayısı değerinin (r²) düşük çıkmasına yol açmıştır. Özellikle 19. atımda gecikme başına patlayıcı miktarı (65 kg) yüksek olmasına rağmen maksimum parçacık hızı (9.91 mm/s) düşük çıkmış, bunun aksine ara sıkılamanın yapıldığı 24. atımda gecikme başına patlayıcı miktarı düşük olmasına rağmen maksimum parçacık hızı (23.9 mm/s) yüksek çıkmıştır. Kırmızımsı toprak zonda yapılan atımlar (19 ve 26. atımlar) ve verimsiz deneme atımı (24. atım) çıkartılarak geriye kalan 28 adet atımın analizinde, kararlılık katsayısı boyuna bileşeni için 0.7, maksimum parçacık hızı için ise 0.68 dir. Enine ve düşey bileşenler için kararlılık katsayısı sırasıyla 0.60 ve 0.47 dir. Elde edilen değerler tüm atımların (31 atım için) değerlendirilmesine göre daha iyi sonuç vermiştir. Enine bileşenin kararlılık katsayısının düşük olmasının nedeni, çalışılan ocakta atım yönüne dik doğrultuda farklı jeolojik zonların bulunmasından kaynaklanabilir. Düşey bileşenin kararlılık katsayısının ise atımların farklı kotlarda (farklı basamaklar) yapılmasından dolayı düşük çıktığı düşünülmektedir. 28 atıma göre maksimum parçacık hızı bileşeninin kararlılık katsayısı (0.68) olup 0.7 ye yakın olduğundan dolayı bu sahada yapılacak patlatmalar sonucu açığa çıkacak maksimum parçacık hızını tahmin edebilmek için kullanılması önerilen ampirik bağıntı; PPV(mm/s)=7236.7SD r 2 =0.68 (3) şeklindedir. 1. basamakta yapılan 15 adet atım ve 2. basamakta yapılan (19, 26 ve 24. atımlar hariç) 5 adet atım için ayrı ayrı regresyon analizi yapılmış ve her basamakta yapılan atımların kendi içerisinde değerlendirilmesi sonucunda daha yüksek kararlılık katsayıları elde edilmiştir. Dolayısıyla her bir basamakta yapılan yeteri sayıda ( 30) atım sonrası yapılacak değerlendirmelerde daha sağlıklı sonuçlar elde edilebilir. Her ne kadar 1 ve 2. basamaklardaki atım verilerinin sayısı yeterli olmamakla birlikte sonuçta her iki basamağın ayrı ayrı değerlendirilmesi neticesinde elde edilen kararlılık katsayılarının yüksek olması, bize basamak atımlarının kendi içinde değerlendirilmesinin daha sağlıklı ve tutarlı sonuçlar vereceğini göstermiştir. 5.2 Atımların titreşim frekanslarının değerlendirilmesi Sahada yapılan 31 adet patlatma ölçümünde kaydedilen en yüksek parçacık hızlarına karşılık gelen frekans değerlerinin dağılımı da incelenmiştir. Bu dağılıma bakıldığında, sahada yapılan atımlar sonucu oluşan titreşimlerin frekans değerlerinin %3.2 sinin 5-12 Hz arasında, %83.8 inin Hz arasında, %13 ünün ise 40 Hz den daha yüksek olduğu görülmektedir. Bu dağılımdan da anlaşılacağı üzere titreşimler, oldukça yüksek frekanslı olarak sonuçlanmıştır. Yüksek frekanslı bir titreşimin, düşük frekanslı bir titreşime göre (belli bir hız için) çok daha az hasar riski taşıyacağı bilinmektedir. Atımlarda ölçülen frekansların oldukça yüksek olması ve genel olarak konutların öz yapısal frekanslarının 5-10 Hz arasında değiştiği göz önüne alındığında, hasar riskinin en az düzeyde olacağı anlaşılmaktadır.

7 Çizelge 3 Yapılan atımların ölçüm sonuçları Ölçüm tarihi Atım No Del. Say. Parçacık Hızı mm/s Max Frekans (Hz) Max Hava şoku (db) Max Yer değiştirme (mm) Max İvme (g) Gec. Baş. Şarj, W (kg) Top. Pat. Mik. (kg) Uzaklık R (m) Ölçekli Mesafe SD Ölçüm Yeri Atımın Yapıldığı Basamak R/W 1/2 R/W 1/3 Enine Düşey Boyuna Max İst İst İst İst Patar İst İst İst İst İst İst İst İst İst İst Patar İst İst İst İst İst. 3 2 (K)* İst.11 Yol Ken İst. 11 Yol Ken İst İst İst İst İst. 1 2 (K)* İst İst > İst İst İst. 2 4 *: K: Atımların verimsiz olduğu kırmızı toprağımsı bölge

8 Çizelge 4 Atımlar için parçacık hızı ve ölçekli mesafe arasındaki ilişkiler Ocakta Yapılan Tüm Atımların İstatistiksel Analizi 19,26 ve 24 No lu Atımlar Haricinde Yapılan Atımların İstatistiksel Analizi Basamak 1 de Yapılan Atımların İstatistiksel Analizi Basamak 2 de Yapılan Atımların İstatistiksel Analizi Parçacık Hızları Saha Enine Düşey Boyuna Maksimum Sabitleri (PTV) (PVV) (PLV) (PPV) SD 1 SD 2 SD 1 SD 2 SD 1 SD 2 SD 1 SD 2 K β r² K , β r K β r K β r Parçacık Hızı = KxSD -β, (r²: Kararlılık katsayısı) Yapılan atımların sadece 2 no lu olanı 11 Hz olarak elde edilmiştir. Bu değer binanın öz yapısal frekansına (5-10 Hz) en yakın değer olmasına rağmen maksimum parçacık hızı değeri (boyuna) 9.78 mm/s olarak düşük çıkmıştır. Ayrıca patlatma işleminin rezonans oluşturmaması için patlatma süresinin (başlangıç ile en son patlayan delik arasındaki süre) 1 s nin üstünde olması da binaların rezonansa girmelerine neden olmaktadır. Taşocağında yapılan atımlarda başlangıç ile en son patlayan delik arasındaki maksimum süre 0.45 s dir (30. Atım). Dolayısıyla bu sürenin 1 s nin altında olması da binaların rezonansa girmesine engel olmaktadır. 5.3 PPV-İvme İlişkisi, PPV-Yer Değiştirme, Frekans-Yer Değiştirme Yapılan 31 adet ölçüm sonucuna göre sırası ile PPV-İvme, PPV-Yer Değiştirme ve Frekans- Yer Değiştirme ilişkileri incelenmiş ve sonuçlar özetlenmiştir. Maksimum parçacık hızı ile ivme arasında kararlılık katsayısı (r²) 0.93 değeri oldukça yüksek çıkmıştır (Şekil 3). Dolayısıyla aralarında yüksek bir korelasyon bulunmaktadır. Grafikten de anlaşılacağı gibi parçacık hızının artması ile ivme de artış göstermiştir. Gerçekte bunun doğruluk payı yüksek olup yapılan ölçümler sonucunda da aralarında yüksek bir ilişkinin olduğu teyit edilmiştir. Yalnız ivmenin yüksek olması patlatma ile çalışılan işletmede istenmeyen bir parametredir, aksi halde maksimum parçacık hızlarının yüksek çıkmasına ve hasarların oluşmasına yol açabilir. İvme (g) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 y = 0,0002x 2 + 0,0062x + 0,0533 R 2 = 0, PPV (mm/sn) Şekil 3 Maksimum parçacık hızı ile ivme arasındaki ilişki Maksimum parçacık hızı ile yer değiştirme arasındaki ilişki incelendiğinde, kararlılık katsayısı değeri (r²) 0.93 elde edilerek korelasyonun yüksek çıktığı ve aralarında kuvvetli bir ilişkinin olduğu anlaşılmıştır (Şekil 4). Grafikten de, parçacık hızının artması ile yer değiştirmenin de arttığı görülmektedir. Dolayısıyla parçacık hızındaki artış yapılarda hasar verme potansiyelini artıracaktır.

9 Yer Değiştirme (mm) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 y = x x R 2 = PPV (mm/sn) Şekil 4 Maksimum parçacık hızı ile yer değiştirme arasındaki ilişki değerlerin birbirine yakınlıkları incelenmiştir (Çizelge 5). Yer Değiştirme (mm) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 y = 0,3898e -0,062x R 2 = 0, Frekans (Hz) Atım yapılan bölgenin yerleşim yapıları incelendiğinde; genellikle yığma bina üzerinde kurulu yapıların çokluğu, bir adet de çok eski tarihi yapılı bir evin olduğu göz önüne alınırsa yer değiştirme değerinin 0.1 mm yi aşmaması gerektiği sonucuna varılmıştır. Ölçümler sonucunda toplam 31 kayıtın; 17 tanesi; mm arasında, 9 tanesi mm arasında, 4 tanesi mm arasında ve 1 tanesi de 0.57 mm yer değiştirme değeri ile sonuçlanmıştır. 0.1 den büyük olan yer değiştirme değerlerinin 14 tanesi müdahale dışında olan atımlardan kaynaklanmıştır. Bu değerlerin Çizelge 1 e göre, tarihi eser, yığma temelli ahşap evler için risk taşıyacağı muhakkaktır. 28 Temmuz 2004 sonrası yapılan atımlara müdahale (kontrollü patlatma dizaynı) edilerek bu değerler makul seviyelere çekilmeye çalışılmıştır. Şekil 5 ise frekansın yer değiştirme ile olan ilişkisini incelemek için yapılan çalışmayı göstermektedir. İnceleme sonucunda, kararlılık katsayısı değerinin (r²) 0.65 ile çok yüksek olmamasına rağmen ortanın üst seviyesinde korelasyon ile aralarında bir ilişkinin var olduğunu belirtmektedir. Buradan frekans arttıkça yer değiştirmenin azalacağı görülmekte ve frekansın arttığı durumda yapılarda hasar riski olasılığının da azalacağı sonucuna varılmaktadır. 5.4 Atım sonuçlarının değerlendirilmesi Yapılan bu istatistiksel değerlendirmeler sonucunda genel eşitliği kullanarak yapılan ölçümlerle test edilmiş ve hesaplanan PPV değerleri ile ölçülen Şekil 5 Frekans ile yer değiştirme arasındaki ilişki Çizelgeden görüldüğü gibi yerinde ölçülmüş değerler ile formülle tahmin edilmiş değerler arasındaki standart sapma %14 ü geçmemektedir. Bu taktirde geliştirilen bu fonksiyon eşitliği kullanılarak, benzer atımlardaki muhtemel titreşim değerleri, ölçme ekipmanına gerek olmadan belirli güvenirlilikte belirli bir zaman için tahmin edilebilecektir. Ocakta çalışılan basamakların yönleri, derinlik, kazısı yapılan farklı jeolojik yapı, vb. değiştiği taktirde ölçümler mutlaka yapılmalı ve ocağa ait yeni eşitlik geliştirilmelidir. Böylelikle çevre yapı ve tesislere zarar vermeyecek kontrollü atımlar planlanabilecek ve rahatlıkla uygulanabilecektir. Çizelge 5 Hesaplanan ve ölçülen parçacık hızları Rastgele Seçilmiş Atım No. su Maksimum Parçacık Hızı (PPV) (mm/s) Hesaplanan Gerçekleşen PPV = SD Atımların kontrollü yapılmasının temini amacıyla, patlatma sorumlularının işini kolaylaştırmak ve pratikleştirmek için elde edilen bu ilişki (PPV=7236.7SD ) kullanılarak, çalışma

10 sahasında belirli miktardaki bir şarjla yapılacak patlatmalardaki maksimum parçacık hızının veya söz konusu sahada hasar etkisi oluşturacak belirli bir parçacık hızı limitine göre kullanılabilecek en fazla patlayıcı madde miktarının, mesafenin fonksiyonu olarak değişen miktarları için çizelgeler hazırlanmıştır. Çizelge 6 da bu amaçla yapılan iki farklı örnek uygulama görülmektedir. Çizelge 6-a incelendiğinde belirli bir delik düzenine sahip bir atımda, izin verilen en yüksek parçacık hızı bilindiğinde, bunu aşmamak üzere, yapılacak atımlarda belirli mesafelerde, gecikme başına kullanılacak en fazla patlayıcı madde miktarı verilmektedir. Çizelge 6-b de ise, gecikme başına kullanılan en fazla patlayıcı madde miktarı bilindiğinde, atım kaynağından belirli uzaklıklarda ortaya çıkabilecek parçacık hızları ifade edilmiştir. Çizelge 6 Mesafeye göre patlayıcı madde ve en yüksek parçacık hızı tahmini: a (sol), b (sağ) İzin verilen parçacık hızı 13 mm/s Mesafe (m) Gecikme başına kullanılabilecek toplam şarj (kg) Gecikme Başına Kullanılacak Patlayıcı Miktarı 25 kg Mesafe Tahmin edilen en (m) yüksek parçacık hızı (mm/s) SONUÇLAR Yapılan çalışmaların değerlendirilmesi sonucunda; Hava şokları kayıtları en yüksek db en düşük 107 db değerlerinde olmuştur. Bu değerler standartlardaki gürültüden rahatsız olma seviyesi olan 140 db değerinden düşüktür. Dolayısı ile kayda değer bir rahatsızlık yaratmayacağı anlaşılmıştır. Cihaz ile kayıt edilen titreşim ölçümlerinin istatistiksel analizi sonucu ocağa ait maksimum parçacık hızının tahminine yönelik olarak PPV = SD eşitliği 0.68 kararlılık katsayısı ile geliştirilmiştir. Yerinde ölçülmüş değerler ile formülle tahmin edilmiş değerler arasındaki standart sapma %14 ü geçmemektedir. Sahada bundan sonra yapılacak atımların kontrollü yapılmasının temini amacıyla, patlatma sorumlularının işini kolaylaştırmak ve atımın çevre etkilerini en aza indirmek için, geliştirilen bu fonksiyon eşitliği kullanılarak, çalışma sahasında belirli miktardaki bir şarjla yapılacak patlatmalardaki parçacık hızının veya söz konusu sahalarda hasar etkisi oluşturacak belirli bir parçacık hızı limitine göre kullanılabilecek maksimum patlayıcı madde miktarının, mesafenin fonksiyonu olarak değişen miktarları için değişik tablolar hazırlanmış ve ilgililerin kullanımına sunulmuştur. Böylece benzer atımlardaki muhtemel titreşim değerleri, ölçme ekipmanına gerek olmadan belirli güvenirlilikte belirli bir zaman için tahmin edilebilecektir. Her basamağın ayrı ayrı değerlendirilmesi neticesinde elde edilen kararlılık katsayılarının yüksek olması, bize basamak atımlarının kendi içinde değerlendirilmesinin daha sağlıklı ve tutarlı sonuçlar vereceğini göstermiştir. Bazı atımların parçacık hızı değerleri USBM RI8150 ve DIN 4150 normlarına göre hasar oluşumuna neden olabilecek limit değerleri aşmıştır. Bunları aşağı seviyelere çekebilmek için deneme atımları gerçekleştirilmiş ve titreşim seviyelerinin düşürülmesi sağlanmıştır. Sahada yapılan 31 adet patlatma ölçümünde kaydedilen en yüksek parçacık hızlarına karşılık gelen frekans değerlerinin dağılımına bakıldığında, frekans değerlerinin %3.2 sinin 5-12 Hz arasında, %83.8 inin Hz arasında, %13 ünün ise 40 Hz den daha yüksek olduğu görülmektedir. Atımlarda ölçülen frekansların oldukça yüksek olması ve genel olarak konutların öz yapısal frekanslarının 5-10 Hz arasında değiştiği göz önüne alındığında, hasar riskinin en az düzeyde olacağı anlaşılmaktadır. 31 adet ölçüm sonuçları sonrasında, 17 atımın yer değiştirme değerinin, aşılmaması gereken değerden (0.1 mm) yüksek olduğu görülmüştür. En yüksek yer değiştirme, parçacık hızının da en yüksek olduğu (48.8 mm/s) 10. atımda (0.558 mm) elde edilmiştir. Hasar riskini azaltmak için çalışma sahasında kontrollü patlatma işlemlerinin gerçekleştirilmesi gerekmektir.

11 TEŞEKKÜR Döner sermaye projesi kapsamında gerçekleştirilen bu çalışmanın masraflarını karşılayan ve her türlü katkıyı sağlayan TRABZON ÇİMENTO T.A.Ş. ye şükranlarımızı sunarız. Ayrıca, arazi çalışmaları esnasında her türlü görüş ve önerilerinden faydalandığımız Maden Mühendisi Muhammed Kara ya, Jeoloji Mühendisi Mehmet Aytekin e ve kalker ocağı yetkililerine teşekkürü bir borç biliriz. KAYNAKLAR Anonim, Explosives in Opencast Mining. Bilgin H.A., Esen S. & Kılıç M Patlatma kaynaklı yer sarsıntılarının binalar üzerindeki etkisi ve büyütme faktörünün önemi. 16. Madencilik Kongresi, Ankara, Costa E.S. & Ayderes S Practical way to reduce environmental rock blasting problems. Proceedings of the Environmental Issues and Waste Management in Energy and Mineral Production, Cagliari, Dowding C.H Blast Vibration Monitoring and Control. Prentice-Hall., 297p. Erçıkdı B., Kesimal A., Yılmaz E. & Kaya R., Bafra yöresi Titrekkaya mevkii taşocağının üretiminde patlatmadan kaynaklanan titreşimlerin bölgedeki tarihi yapılar üzerindeki etkisinin belirlenmesi. 3. Ulusal Kırmataş Sempozyumu, İstanbul, Erguvanlı K Trabzon Çimento Fabrikası Araklı-Taşönü Köyü Hammadde Raporu, 30s. Kahriman A., Kesimal A. & Tuncer G Prediction and measurement of environmental problems produced from blasting. Second International Symposium on Mine Environmental Engineering, Kesimal A., Erçıkdı B., Kaya R. & Yılmaz E Trabzon ili, Araklı İlçesi, Taşönü köyü hudutlarında bulunan kalker taşocağının üretiminde patlatmadan kaynaklanan titreşim ölçüm sonuçları ve değerlendirilmesi. KTÜ, Döner Sermaye Projesi, Trabzon. Tezel N Kontrollü Patlatma, Nitro-MAK Sektörel Dergi, 1, Siskind D.E., Stagg M.S., Kopp J.W. & Dowding C.H., Structure response and damage produced by ground vibration from surface mine blasting. RI 8507, Bureau of Mines, 74p.