SANAYİ YAPILARINDA KULLANILAN MAKİNALARIN TİTREŞİM ETKİLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ Turgay ÇOŞGUN *, Ali KAHRİMAN ** Ahmet ÇOŞGUN *** * İstanbul Üniv., Müh. Fak., İnşaat Müh. Böl., İstanbul ** İstanbul Üniv., Müh. Fak., Maden Müh. Böl., İstanbul *** Akdeniz Üniv., T.B.M.Y.O, Makine Bilimleri., Antalya ÖZET Ülkemiz de sanayileşme ve modern teknoloji kullanımı hızla artmaktadır. Buna paralel olarak sanayileşmenin getirdiği sosyo-ekonomik değişim hızlı ve kontrolsüz kentleşme süreci ile modernleşme çabaları sonucu özellikle büyük kentlerimizde önemli boyutta çevre sorunları ortaya çıkmıştır. Büyük şehirlerde özellikle kullanım amacı değiştirilerek sanayi amacına yönelik olarak kullanılan bir çok betonarme yapı bulunmaktadır. İncelenen yapılarda özellikle dokuma ve etiket makinaların kullanımı esnasında gerek yapısal bazda hasar gerekse, mekanik titreşime maruz kalan işçilerde, sağlık ve güvenlik riskleri gibi sorunların oluşabileceği belirlenmiştir. Sunulan çalışmada, ülkemizde yerel yönetimlerin denetiminde inşaa edilen yapıların, sanayi amaçlı kullanılması esnasında, oluşan mekanik titreşim etkileri sonrası yaşanan sorunlar örnek bir çalışma ile irdelenmekte ve yerel yönetimler-üniversite işbirliği ile sağlanabilecek çözümler öneriler halinde sunulmaktadır. EVALUATION OF VIBRATION EFFECTS OF EQUIPMENTS USED IN INDUSTRIAL CONSTRUCTIONS SUMMARY Industrialization and use of modern technology shows a sharp increase in our country. Socio-economic changes resulting from industrialization leads to environmental problems especially in big cities due to fast and uncontrolled urbanization and modernization efforts. There are lots of reinforced concrete structures in big cities utilized for industrial purposes instead of residential usage. Structural damage in the buildings due to the usage of weaving and labelling machines and health and security risks for the workers due to mechanical vibration is realized during the inspections.
In this study, the problems observed in the constructions utilized for industrial purposes, built under the supervision of local governments are presented and the solutions that can be realized with university local government cooperation are put forward. Keywords: Industrial Constructions, Vibration, structural damages 1.GİRİŞ Ülkemiz nüfusu her geçen gün artmaktadır. Yeni yüzyılın gerçekleri karşısında sanayileşmenin ve teknolojinin getirdiği sosyo-ekonomik değişim, hızlı ve kontrolsüz kentleşme süreci ile modernleşme çabaları sonucu, kentlerimizde çevresel sorunlarda ortaya çıkmıştır. Kentlerin, fiziksel, ekonomik ve aynı zamanda sosyal açılardan bozulmasına neden olan bu çarpık büyüme sürecini önlemede yerel yönetimler yeterince başarılı olamamışlardır. Bu kentlerde özellikle sonradan sanayi amacına yönelik olarak kullanılan ve bir kısmında dokuma sektörüne yönelik faaliyet gösteren bir çok işyeri yer almaktadır. İşyerlerinde kullanılmakta olan dokuma ve etiket makinaların çalışması esnasında gerek yapısal bazda gerekse, mekanik titreşime maruz kalan işçilerde, ortaya çıkabilecek sağlık ve güvenlik riskleri meydana gelmektedir. 2. ÇALIŞMA YÖNTEMİ İncelenen sanayi yapısında, 4 adet dokuma, etiket makinası kullanılmaktadır. Bu makinaların çalışması esansında titreşimlerin ölçülerek konu olan titreşimin gerek binaya olan etkilerini gerekse titreşime maruz kalan çalışanların sağlık ve güvenlik risklerinin belirlenmesi için, bu etkilerin yarattığı ivme, hız ve deplasman değerlerinin yerinde belirlenmesi için gerekli çalışmalar yapılmıştır. Bunun için öncelikle 3 adet 3 eksenli kayıt alabilecek jeofonlu titreşim ölçer cihazı kullanılmıştır. Bunlardan biri Instantel Minimate Plus, diğer ikisi ise White Mini-Size model cihazlardır. Kullanılan titreşim ve hava şoku izleme cihazları, üç adet algılayıcı (boyuna, enine ve düşey), mikrofon, şarj, kontrol ve hafıza, bilgisayar bağlantı sistemi, muhafaza ve taşıma ünitelerinden oluşmaktadır. Cihazların bilgisayar çıktısı olan kayıtları; zaman esaslı olarak her bir olay için hava şoku, genlik, frekans, ivme ve parçacık hızı bileşenlerini (boyuna, enine, düşey, bileşke ve maksimum) içermektedir. Ayrıca kaydedilen olayların ayrıntılı analizi için elde edilen veriler bilgisayar ortamına aktarılabilmektedir. Cihazlar tek olay veya sürekli kayıt yapabilmektedir. Her bir olayın süresine (1-10 sn arasında uzaklığa bağlı olarak) bağlı olarak 150-200 arasında olayı geniş yada özet bilgiler halinde koruma yeteneğine sahiptir. Cihazların parçacık hızı için alt ölçüm limitleri White modelleri için 1mm/sn ve Instantel modeli için ise 0.5mm/sn dir. Gerektiğinde filitrasyon için (muhtelif titreşim kaynakları açısından) bu değerler cihaz set-up ından yükseltilebilmektedir. Bu limitler içerisinde istenilen aralıklar ayarlanabilmektedir. 2.1. Hasar Sınıflaması Çeşitli araştırmacılar tarafından geliştirilen hasar kriterleri günümüze kadar değişik başarı dereceleriyle uygulana gelmiştir. Geliştirilen bu kriterler arasında, kullandıkları parametreler açısından benzerlik arz eden ve yaygın kabul görerek uygulamada başvuru ve mukayese kaynağı olarak kullanılan normlardan en önemli iki tanesi ABD Madencilik Bürosu nun hasar kriteri ve Alman DIN 4150 normudur.
Amerika Birleşik Devletlerinde ilgili dairenin (USBM) koyduğu hasar sınıflaması Çizelge 1. de verilmiştir. Görüldüğü gibi hasarlar Eşik Hasar, Hafif Hasar ve Esaslı Hasar olmak üzere üç sınıfa ayrılmıştır. Çizelge 1. Hasar Sınıflaması Hasar Sınıfı Eşik Hasar (Hasar Başlangıcı) Hafif Hasar Esaslı Hasar Hasar Tanımı Boya çatlaması ve kabarması, yapı elemanlarının birleşim yerlerinde küçük sıva çatlakları, eski çatlakların büyümesi, Sıva kabarmaları ve sıva düşmeleri, taş duvarlarda bölme ve pencerelerde kılcal çatlaklar, 3 mm kalınlığa kadar çatlaklar, gevşemiş harç dökülmeleri. Duvarlarda geniş çatlaklar, kemerlerde çatlaklar, yapının taşıyıcı elemanlarının zayıflaması, taş duvarlarda örneğin bacalarda taş, tuğla düşmesi, yük taşıma kapasitesinde azalma Yapıda kalıcı deformasyonlar oluşturan ve yapıyı zayıflatan tek hasar türü Esaslı Hasar sınıfı olarak verilmektedir. 2.2. Titreşim Ölçütleri Öte yandan Çizelge 2 de konut tipi yapılarda hasar yaratmayacak emniyetli titreşim düzeyleri yapı türlerine göre verilmiştir (USBM RI 8507 BÜLTENİ).Burada verilen değerler binalardaki taşıyıcı elemanlarda çatlaklar yaratmayacak düzeylerdir. Ayrıca binaların tekniğine uygun olarak yapılmış temeller üzerine oturtulduğu, zemindeki dalgaların kısa süreli (bir kaç saniyeden fazla sürmeyen) dalgalar olduğu kabulleri için geçerlidir. Çizelge 2. Emniyetli Yer titreşim düzeyleri Yapı Yer titreşimi en yüksek parçacık hızı Türü Düşük frekans(<40 Hz) Yüksek frekans (>40 Hz) Modern Evler 19.0 mm/s 50.8 mm/s Eski Yapılar (Ahşap elemanlı) 12.7 mm/s 50.8 mm/s Çizelge 2 de verilen sınır değerler A.B.D de ki yerinde ölçüm ve gözlemlerde eşik hasar oluştuğu gözlenen düzeylerde daha düşük seçilmiştir. Bu değerler yüzeysel çatlak oluşum olasılığını en fazla %5 olabileceğini kabul etmektedir.buna rağmen frekans değerlerini daha hassas olarak gözeten alternatif bir değerlendirme ölçütü ise Şekil 1 de verilmiştir. Alternatif Kriter Analizi olarak adlandırılan bu metot, daha düzgün bir kriter setidir. Fakat hem hareketi hem de hızı içine alan daha sıkı bir ölçüme ihtiyaç gösterir. Bu sistem; 40 Hz altında en iyi tahribat kriterinin, frekansın bir fonksiyonu olarak maksimum parçacık hızı olduğunu göstermektedir Instantel Minimate Plus Model ve White Mini Seis model titreşim kayıt cihaz çıktılarında da bu norm mevcuttur. Cihazlar; titreşim sırasında ölçülen parçacık hızı ve frekans değerlerini adı geçen norma işlemektedir.
2.3. DIN 4150 Alman Normu DIN 4150 Alman Normu nda frekansa bağlı olarak değişen parçacık hızı sınır değerleri yapı türüne göre Çigelge 3 de verilmektedir. Şekil 1. Meskenler için A.B.D. de uygulanan titreşim limitleri Çizelge 3 Yapı türüne göre maksimum parçacık hızı Maksimum Parçacık Hızı (mm/s) YAPI TİPİ Taban seviyesinde frekanslar (Hz) <10 Hz 10-50 Hz 50-100 Hz Endüstriyel Binalar 20 20-40 40-50 Yerleşim Birimleri ve Benzer yapılar 5 5-15 15-20 Titreşime duyarlı yapılar 3 3-8 8-10 3. BULGULAR 3.1. İnceleme Konusu Yapının Genel Özellikleri İncelenen işyeri, sanayi sitesi içerisinde yer almakta ve 2 Bodrum kat + 1 Zemin kat ve 2 Normal olmak üzere toplam 5 kattan ibaret betonarme bir yapıdır. Yapı içerisinde birçok torna tezgahları ile dokuma sektörüne yönelik imalat yapan araç ve gereçlerin bulunduğu işyerlerinden oluşmaktadır. İnceleme konusu işyeri ise yapının Zemin katında yer almaktadır. Kullanılmakta olan 4 adet dokuma ve etiket makinasının yapı içerisindeki konumu öncelikle belirlenmiştir. Makinaların çalışmaları esnasında meydana gelen mekanik titreşimlerin oluşturduğu parçacık hızı, deplasman, ivme ve frekans değerleri, kayıt cihazları ile tespit edilmiştir. Bunlardan iki farklı zamanda ölçülen değerler, iki farklı norm için detaylı olarak aşağıdaki çizelgelerde (Çizelge 4-7) gösterilmektedir.
Çizelge 4. DIN4150 Normuna göre elde edilen Frekans-Hız ilişkisi (Zaman; 15:32:56) Çizelge 5. DIN4150 Normuna göre elde edilen frekans-hız ilişkisi (zaman;15:35:00) Çizelge 6. USBM RI8507 ve OSMR normuna göre elde edilen frekans-hız ilişkisi (zaman;15:32:56)
Çizelge 7. USBM RI8507 ve OSMR normuna göre elde edilen frekans-hız ilişkisi (Zaman;15:54:16) 3.2. Yerinde Yapılan Ölçüm Sonuçları ve Değerlendirilmesi Yerinde yapılan ölçüm sonuçları topluca değerlendirildiğinde elde edilen sonuçlar aşağıdaki şekilde özetlenebilir; i. Sanayi yapısı içindeki hareketli yüklerden ve doğal trafik akışından elde edilen titreşimlerde en fazla parçacık hızlarının 1 mm/s nin altında olduğu saptanmıştır. Benzer yapılarda da bu aralıklarda ölçülebilen bu değer literatüre uygunluk göstermektedir. Ayrıca Çevre ve Orman Bakanlığınca hazırlanan ve taslak aşamasında olan Çevresel Gürültünün değerlendirilmesi ve Yönetimi yönetmeliğinin Çevresel titreşim esas ve kriterlerinde verilen azami parçacık hız değerlerinin altında kalmaktadır [4].
ii. Ölçülen titreşim hız değerleri bina içinde çalışmakta olan insanların psikolojik etkilenmeleri ve rahatsız olmalarına neden olabilecek seviyelerdedir. iii. Benzer yapılarda yapılan ölçümlemelerde ise makinaların çalışmalarından kaynaklanan titreşimlerin maksimum parçacık hızlarının genel olarak 8-9 mm/sn değerlerinde oldukları saptanmıştır [5]. Bu değerler ise frekans değerleri ile birlikte hasar riski açısından önem arz edecek düzeylerdedir. Betonarme yapılardaki korozyon hasarları dikkate alındığında uzun dönemde yaratacağı hasar riski dikkatli olarak gözetilmelidir iv. Keza hassas ekipman gerektiren çalışma ortamında 1 mm ye yaklaşabilen deplasman değerleri nedeniyle de olumsuz etkiler meydana gelebilecektir. Özellikle bilgisayar destekli dokuma makinalarının hatalı işleme yapması sonucu defolu imalatta artışlar söz konusu olabilecektir. v. Bir fabrika binasında ölçülen ivme değerlerinin ise 0.35g mertebesinde olduğu belirlenmiştir. Bu değerler hassas ekipmanlar için de sakıncaların meydana gelebileceği sonucuna varılmıştır. 3.SONUÇ Ülkemiz Büyük şehirleri 20. yüzyılın son çeyreğinde ağırlıklı olarak aldığı göç sonrası oluşan sağlıksız yapılaşma sonrasında mevcut yapı stokunun önemli bir şekilde kullanım amacı değiştirilmiştir. Özellikle sanayi amaçlı kullanılan yapılarda hizmete konan makinaların çalışması esnasında gerek yapısal bazda gerekse mekanik titreşime maruz kalan işçilerde, ortaya çıkabilecek sağlık ve güvenlik riskleri her geçen gün artmaktadır. Bu tür risklerin önlenmesi için ilk olarak, yapıların kullanım amacına göre projelendirilmesi gerekmektedir. Farklı amaçlı inşa edilen yapıların kullanım amacının sonradan değiştirilmesinin istenmesi durumunda da öncelikle yeni kullanım nedeniyle meydana gelecek ilave etkilerin, yapı emniyeti açısından değerlendirilmesi gerekmektedir. Ayrıca mekanik titreşime maruz kalan işçilerde, ortaya çıkabilecek sağlık problemlerinin göz ardı edilemeyeceği örnek yapının incelenmesi ile bir kez daha ortaya çıkmıştır. Bütün bu ve benzeri sorunlarla başa çıkabilmek için temelde yerel yönetimlerin teknik kadrolarla güçlendirilmesi, finansman kaynaklarla desteklenmesi, stratejik kentsel gelişme planlarının hazırlanması, gelir dağılımının iyileştirilerek yaşanabilir yerleşmelerin yaratılması sağlanmalıdır. Yeni iskana açılacak alanlarla ilgili olarak yerel ve merkezi yönetimlerin görev ve sorumlulukları netleştirilmeli, bunlar ilgili mevzuatlarda belirginleştirilmelidir. Yerel yönetimlerle, üniversiteler ve meslek odalarının rolleri özellikle denetim konusunda güçlendirilmelidir. 4. KAYNAKLAR [1] Bayülke, N., Depremde Hasar Gören Yapıların Onarım ve Güçlendirilmesi, 5. Baskı, İnşaat Mühendisleri Odası İzmir Şubesi, Yayın No: 15. [2] Akman Sühely, M., Yapı Hasarları ve Onarım İlkeleri İnşaat Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi Aralık 2000, İstanbul. [3] Anonim, Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik İnşaat Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi, 1998, İstanbul. [4] [www.cevreorman.gov.tr/taslak.htm], Çevresel Gürültünün değerlendirilmesi ve Yönetimi [5] Kahriman, A., 2002, 2002/181 nolu Teknik Rapor-Merkez Mah., Bakırcılar Sitesi, Mustafa Kurdoğlu Cad. Yakuplu, İstanbul.