A. Sakcalı, H. Yavuz Süleyman Demirel Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Isparta

Türkiye 24. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Sergisi, 14-17 Nisan 2015, ANTALYA Mermer, Bej ve Traverten Bloklarında Plaka Veriminin Ultrasonik Ölçümlerle Analizi Analysis o f Plate Efficiency by Ultrasonic Measurement on Marble, Beige and Travertine Blocks A. Sakcalı, H. Yavuz Süleyman Demirel Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Isparta Ş. Şahin Süleyman Demirel Üniversitesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Isparta ÖZET Mermer ocaklarında üretilen doğal taş blokları plaka ve fayans boyutunda nihai ürün elde etmek amacıyla fabrikalara taşınmaktadır. Doğal taş blokları fabrikalardaki ST ve katraklarda endüstrinin talebi doğrultusunda farklı boyut ve kalınlıkta plakalar halinde kesilmekte, boyutlandırılmakta ve yüzey işleme işlemine tabi tutulmaktadır. Doğal taş bloklarındaki süreksizliklerden dolayı kesim sırasında kırılma ve çatlamalar meydana gelmekte ve elde edilen plaka sayısının azalmasına neden olmaktadır. Blok kesiminden sonra elde edilecek plaka sayısı doğal taş bloklarının yüzeyindeki süreksizliklere bakılarak gözlemsel olarak tahmin edilmekte fakat yüzeydeki süreksizliklerin devamlılığı tahmin edilemediği için kesin sonuçlar alınamamaktadır. Bu amaç doğrultusunda doğal taş bloklarındaki süreksizliklerin tahmin edilmesi için ultrasonik yöntem kullanılabilmektedir. Bu çalışmayla, ultrasonik ölçümlerden elde edilecek veriler kullanılarak plaka veriminin tahmin edilebileceği belirlenmiş olup bu yöntemin doğal taş endüstrisinde kalite kontrolün gerçekleştirilmesinde gözleme dayalı yöntemin yerini alacağı düşünülmektedir. 15 mermer, 15 bej, 16 traverten bloğu olmak üzere toplamda 46 blokta analizler gerçekleştirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Mermer, bej, traverten, ultrasonik ölçüm ABSTRACT Natural stone blocks produced in the marble quarries are transported to the factory in order to obtain the final product in slabs and tiles size. Natural stone blocks are cut into slabs of different sizes and thickness at ST and gang saws in the factory, and then slabs are subjected to sizing and surface treatment in accordance with the demands of the industry. While cutting, breakage or cracking occurs because of discontinuity in the natural stone blocks. And this causes a decrease the number of obtained plates. The number of plate to be obtained after cutting block are estimated as observational by looking for discontinuities in the surface of natural stone block. For this purpose, ultrasonic methods can be used to estimate the discontinuity of natural stones. In this study, it was determined that plate efficiency of a block can be estimated using data obtained from ultrasonic measurements. It is expected that this method will replace to the method based on the observation. Analyzes were performed on total 46 blocks including 15 marbles, 15 beige, 16 travertine blocks. Keywords: Marble, beige, travertine, ultrasonic measurement 790

Sakcalı, Yavuz, ve Şahin 1 GİRİŞ 1.1 Kalite Kontrol Sürecinin Önemi Mermer fabrikalarında mermer bloklarından plaka (levha) üretiminde plaka kaybının az olması arzu edilir. Bu amaç doğrultusunda enerji sarfiyatının da optimum seviyede tutularak bloktan maksimum kazanç sağlanması hedeflenmektedir. Homojen ve izotropik bir kayaçta bu kazanç maksimum olacakken çoğu sert taşlar hariç doğal taşlar renk, doku ve yapı bakımından homojen değildir. Bu nedenle, bu kayıpların tespit edilmesi satış planlamasında maksimum kar elde ettirecektir. Sağlam ve çatlaksız, düzgün yüzeyli ve geometrik şekildeki bloklardan maksimum kazanç elde edileceği için bloğun kalite kontörlü ocak işletmesinde başlar (Akçakoca vd., 2003). Bu nedenle kalite kontrol sürecinde kesime girecek bloğun seçimi büyük önem taşımaktadır. Mermercilikte önemli bir parametre olan kalite kontrolü çeşitli yöntemlerle yapmak mümkündür. Homojenlik aynı blokta çoğu zaman farklılıklar gösterir. Bu nedenle, doğal taş cinsinin genel karakteristik özelliklerine göre blok kalite kontrolü yapılmalıdır. Bloğun kusursuz olması (kırık ve çatlak içermemesi) doğal taş kesme makinalarının verimliliğini etkileyen önemli faktörlerden biridir. Bloklardaki süreksizlikler (kırık, çatlak, fissür ve mikro fissürler) blok kalite kontrolünde son derece önemlidir. Kalite kontrol sürecinde bloklardaki kırık ve çatlaklıklar diğerlerinden daha büyük önem arz etmektedir. Mermer, makina-ekipmanlar ve maliyetler arasındaki ilişki kadar, bloğun homojenliği de ürünün devamlılığı ve temini açısından da son derece önemlidir (Karaca, 2003). 1.2 Doğal Taşların Kalitesinin Tespitinde Ultrasonik Yöntemin Kullanılması İnşaat, tıp, elektronik, metal, vb. birçok alanda ultrasonik yöntem yaygın olarak kullanılmaktadır. Y apılan çalışmalarda, tarihi yapılardaki doğal yapı taşlarında çatlak derinliğinin ultrasonik yöntemle belirlenebileceği (Christaras, 2003) ve kaya kalitesi sınıflamada ultrasonik yöntemin kullanılabileceği (Topal ve Doyuran, 1996) vurgulanmıştır. Dearman vd. (1987), King vd. (1995), Sarpün (1998), Kahraman (2002), Prassianakis ve Prassianakis (2004), Sarpün (2004), Leucci ve De Giorgi (2006), Kahraman (2007), Toprak (2009) yaptıkları çalışmalarda kaya kütlesinde ultrasonik yöntemi kullanmışlardır. Ayrıca, büyük boyutlardaki doğal taş bloklarında ultrasonik yöntem kullanılarak yapılan çalışmalar mevcuttur. Bu çalışmalara Keskin (1994), Onur ve Bakraç (1997), Bramanti ve Bozzi (2001), Kahraman vd. (2007) örnek olarak verilebilir.. Bu çalışmada, 3 farklı türdeki doğal taş bloklarında plaka veriminin ultrasonik ölçümlerle tespit edilebilirliği araştırılmıştır. Bloklardan elde edilen plakaların verimi belirlenerek ultrasonik hızlarla ilişkisi ortaya konmuştur. 2 MATERYAL VE YÖNTEM 2.1 Düz Testereli Makineler (Katraklar) Mermer ocak işletmesinde farklı yöntemlerle üretilen doğal taş blokları istenilen kalınlıkta levhalara ayrılmaları testere, tel veya kemer kesim sistemine sahip makinelerle yapılır. Bunlardan düz testere sistemiyle çalışan makinelere katrak (cut rock, gang saw, frame saw veya gang saw mill) adı verilmektedir. Katraklar kesme cinsine, yöntemine ve yönüne göre farklı şekillerde isimlendirilirler (Kulaksız, 2007). Çalışmanın yapıldığı bloklarda kesimi gerçekleştiren katrak lamalar arası mesafeye göre adlandırılmış 3 lük kasalı katraktır. Şekil 1 de katrağın kesim anından bir görüntü verilmiştir. Şekil 1. Kesimi gerçekleştiren katraktan bir görünüm. 791

Türkiye 24. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Sergisi, 14-17 Nisan 2015, ANTALYA Katrak motorunun dönüş hızı motor akımı ayarlanarak gerçekleşir. Kesim hızı kesilecek doğal taş türüne göre farklılıklar gösterir. Sert doğal taş bloklarında kesim hızı düşük olacağından motor akımı artırarak devir sayısı artırılırken kesimi kolay olan doğal taş bloğunda akımı azaltarak devir sayısı azaltılmaktadır. Yani akım kontrolü ile katrağın kesim hızı ayarlanmaktadır. Çizelge 1 de çalışılan doğal taş türünde katrağın devir sayısı ve kesim hızları verilmiştir. Çizelge 1. Çalışılan doğal taşların kesimi gerçekleştirilirken katrağın kesim hızları. Doğal taş türü Katrak devir sayısı (d/dk) Katrak kesim hızı (cm/h) Hakiki mermer 18-25 15-20 Bej 15-20 20-25 Traverten 35-40 30-35 2.2 Plaka Veriminin Hesaplanması Doğal taş bloklarından katrak kesimi sonunda teorik olarak elde edilmesi gereken plaka sayısı Eşitlik 2.1 kullanılarak hesaplanmıştır. nt=m/(s+w) (2.1) Burada; nt: Teorik plaka sayısı, M: Bloğun katrak kesim yönüne dik yöndeki uzunluğu (cm), s: Lamalar arası mesafe (cm), w: Soket kalınlığı (cm) dır. Bir bloğun plaka verimini, katraktan çıkan sağlam plaka sayısının Eşitlik 2.1 den hesaplanan teorik plaka sayısına oranı olarak tanımlayabiliriz. Bir bloktan elde edilen plaka verimi Eşitlik 2.2 den hesaplanmıştır. PV=(nç/nt) xlqq (2.2) Burada; PV: Plaka verimi (%), nç: Bloktan elde edilen sağlam plaka sayısı, nt: Teorik plaka sayısıdır. 2.3 Doğal Taşların Fiziksel ve Mekanik Özellikleri Çalışmalar Elazığ Vişne Hakiki Mermer, Aksu Nordik Bej, Aksaray Traverten cinsi doğal taş bloklarında gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın gerçekleştirildiği doğal taşların fiziko-mekanik özellikleri TS EN 14579, TS 699 (2009) standartlarına göre belirlenmiştir. Standartlarda belirtilen şekilde yapılan laboratuvar deneyleri ile belirlenen fizikomekanik özellikler Çizelge 2 de verilmiştir (Sakcalı, 2013). Çizelge 2. Çalışılan doğal taşların fiziko-mekanik özellikleri. Birim hacim Görünen Doğal taş ağırlık porozite (dh) ( g W ) (Pg) (%) Elazığ Vişne 2,651±0,019 1,428±0,272 0,539±0,105 Mermer Tek Kütlece su Numune eksenli emme oranı P-dalga hızı basınç (Sk) (%) (Vpn) (m/s) dayanımı (nc) (MPa) Schmidt sertliği 5389±560 53,2±3,8 37,19±0,61 Aksu Nordik Bej Aksaray Traverten 2,711±0,005 0,359±0,046 0,132±0,017 6164±307 1Q5,7±12,1 32,65±1,Q6 2,304±0,038 7,978±Q,85Q 3,468±Q,419 41QQ±148 36,8±6,4 15,22±Q,15 5 2.4 Bloklarda Ultrasonik P-dalga Hızının Ölçümü Pundit 7 marka ultasonik P-dalga geçiş süresi ölçüm cihazı kullanılarak ölçümler gerçekleştirilmiştir. Ultrasonik boyuna gerilme dalgalarının darbe yayılma hızını ölçmek için Pundit (Taşınabilir Dijital Ultrasonik Tahribatsız Belirteç Cihazı) kullanılabilir. UPV (Ultrasonik dalga hızı) test metodu kayaçlar için ASTM (1994), ISRM (1981), 792

Sakcalı, Yavuz, ve Şahin ve TS EN 14579 standartlara göre yapılır. Test yöntemi, tahribatsız bir yöntem olup aynı noktadaki UPV değişikliklerini belirlemek için deneyleri aynı noktalarda gerçekleştirmek mümkündür. Ultrasonik sinyal bir sinyal verici prob vasıtasıyla doğal taşın bir yüzeyinden (jel veya gres yağı tarafından verici ve doğal taş arasında boşluk kalmayacak şekilde) gönderilir. Sinyal doğal taşı geçer ve doğal taşın diğer yüzeyinden alıcı prob vasıtasıyla alınır. Sinyalin geçiş süresi gönderilen ve alınan sinyal arasındaki zaman farkı ile cihaz tarafından belirlenir (Germann Inst., 2012). Şekil 2 de ölçümlerin gerçekleştirildiği cihaz gösterilmiştir. 3 DEĞERLENDİRMELER Çalışmada katrak kesimi yapılan doğal taş bloklarının plaka veriminin bloklarda yapılan P-dalga hızı ölçümleri ile tahmin edilebilirliği incelenmiştir. Çalışmalar 2 aşamada gerçekleştirilmiş olup; birinci aşamada katrak kesimine girecek blokta ultrasonik P-dalga hızları ölçülmüş, ikinci aşamada ise bloğun plaka verimi hesaplanmıştır. Blokların P-dalga hızları 6 farklı ölçüm yöntemiyle gerçekleştirilmiş ve bloğun ortalama P-dalga hızı analizlerde kullanılmıştır. 15 hakiki mermer (Elazığ Vişne Mermer), 15 bej (Aksu Nordik Bej), 16 traverten (Aksaray Traverten) bloğunda ölçümler gerçekleştirilmiş olup 3 farklı doğal taş türünde P-dalga hızı ile bloğun plaka verimi arasında lineer bir ilişki olduğu belirlenmiştir. Şekil 3 de Elazığ Vişne Mermer, Şekil 4 de Aksu Nordik Bej, Şekil 5 te ise Aksaray Traverten bloklarında P- dalga hızı plaka verimi arasındaki ilişki gösterilmiştir. 100,00 Şekil.2. P-dalga hızı ölçüm cihazı. P-dalga hızının belirlenmesi için zaman (tprob) bileşeninin yanı sıra yol (xprob) bileşeni gereklidir. Problar arası mesafe ölçülmüş ve Eşitlik 2.3 kullanılarak bloğun P-dalga hızı hesaplanmıştır. V p b ( x p ro b / t p ro b ) x 1 0 (2.3) Burada; Vp b : Bloğun P-dalga hızı (m/s), xp r o b: Problar arası mesafe (cm), tp ro b: Sinyal geçiş süresi (us) dir. Bloklar üzerinde gerçekleştirilen P-dalga hızı ölçümleri; standartlarda belirtildiği gibi direkt ve yarıdirekt yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir. 6 farklı ölçüm şekliyle (boyuna direkt, enine direkt, boyuna çapraz, enine çapraz, sabit yarıdirekt, uzaktan yakına yarıdirekt) ölçümler yapılmıştır. Bloklar üzerindeki iki ölçüm noktası arasındaki mesafe blok yüzeyinin durumuna göre 15-50 cm arasında seçilmiştir (Sakcalı, 2013). 95,00 âs E > 90,00 ro İS Q_ 85,00 * y = 0,0125x+ 52,463 R2= 0,82 ф 80,00 2400,00 2600,00 2800,00 3000,00 3200,00 3400,00 P-dalga Hızı (m/s) Şekil 3. Elazığ Vişne Mermer bloklarında P- dalga hızı plaka verimi arasındaki ilişki. 95,00 Plaka verimi (% ) 0 У 1 Ю p o o 80,00 75,00 Y =0.0058Х + 55.575 R2 = 0.86,...... 3900 4400 4900 5400 5900 6400 P-dalga hızı (m/s) Şekil 4. Aksu Nordik Bej bloklarında P- dalga hızı plaka verimi arasındaki ilişki. 793

Türkiye 24. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Sergisi, 14-17 Nisan 2015, ANTALYA plaka verimi arasındaki ilişkiler Çizelge 3 de özetlenmiştir. Çizelge 3. Çalışılan doğal taşların P-dalga hızı plaka verimi arasındaki ilişkiler Şekil 5. Aksaray Traverten bloklarında P- dalga hızı plaka verimi arasındaki ilişki. Her tür kendi içerisinde değerlendirildiği zaman lineer bir ilişkiden bahsedilebileceği 3 farklı tür birlikte değerlendirildiğinde bir ilişkinin olmadığı belirlenmiştir. Şekil 6 te Elazığ Vişne Mermer, Aksu Nordik Bej, Aksaray Traverten, bloklarının P-dalga hızı ile plaka verimi ilişkisi gösterilmiştir. Elazığ Vişne Mermer, Aksu Nordik Bej, Aksaray Traverten bloklarında gerçekleştirilen çalışma ile P-dalga hızı Kayaç Elazığ Vişne Mermer Aksu Nordik Bej Aksaray Traverten Lineer Denklem y=0,0125x+52,463 0,93 y=0,0058x+55,575 0,93 y=0,0088x+56,782 0,91 Korelasyon Katsayısı (r ) Mermer ocaklarından mermer, bej, traverten blok alımı gerçekleştirecek fabrikalar; ön ölçüm değerlendirmelerinden sonra, o türden alacağı bloğun plaka verimini P-dalga hızı ile ocak işletmesinde belirleyebilir ve dolayısıyla verimi önceden tahmin ederek maliyeti hesaplayabilir. ö? 100,00 95,00 90,00 I 85,00 aı > ra 80,00 _ra 75,00 Elazığ Vişne Mermer * Aksu Nordik Bej у AA A Aksaray Traverten m 2* v ^ f vr * ж А А 70,00 65,00 1500 2500 3500 4500 P-dalga Hızı (m/s) 5500 6500 Şekil 6. Elazığ Vişne Mermer, Aksu Nordik Bej, Aksaray Traverten bloklarında P-dalga hızı plaka verimi arasındaki ilişki 4 SONUÇLAR VE TARTIŞMA Mermer, bej ve traverten bloklarının plaka verimliliği ultrasonik P-dalga hızı verileri kullanılarak tanımlanmaya çalışılmıştır. Yapılan analizler sonucunda bulguları şu şekilde özetlemek mümkündür. Bir bloğun plaka verimi tahribatsız bir yöntem olan ultrasonik yöntemle tespit edilebilir. Kalite değerlendirmesine dolayısıyla maliyet analizine ocak işletmesinde başlanabilir. 794

Sakcalı, Yavuz, ve Şahin Her tür kendi içerisinde değerlendirildiğinde, mermer, bej ve traverten bloklarının plaka verimi ile P- dalga hızı arasında lineer bir ilişkiden bahsedilebilir. Bir ocak işletmesinden doğal taş bloğu alacak fabrika işletmecisi ön incelemeler gerçekleştirdikten sonra alacağı bloğun plaka verimini ultrasonik yöntemi kullanarak tahmin edebilir. KAYNAKLAR ASTM, 1994. Annual Book of ASTM Standarts- Construction: Soil and Rock, ASTM Publications, 4 (8), 978. Akçakoca, H., Uysal, Ö., Topal, İ., 2003. Mermerlerin Kalite Kontrol Süreci Açısından Tekno-Mekanik Özelliklerinin Önemi, Türkiye IV. Mermer Sempozyumu (MERSEM 2003) Bildiriler Kitabı, 18-19 Aralık, 475-495. Bramanti, M., Bozzi, E., 2001. A Procedure to Detect Flaws Inside Large Sized Marble Blocks by Ultrasound, Subsurface Sensing Technologies and Applications, 2 (1), 1-13. Christaras, B., 2003. P-Wave Velocity and Quality of Building Materials, Proceedings of International Symposium on Industrial Minerals and Building Stones, 295-300. Dearman, W.R., Turk, N., Irfan, Y., Rowshanei, H., 1987. Detection of Rock Material Variation by Sonic Velocity Zoning, Bulletin of International Association Engineering Geology, 35, 3-8. Germann Instruments, 2012, Erişim Tarihi: 22.07.2012.www.germann.org/TestSystems/PUN DIT/PUNDIT.pdf ISRM, 1981. Rock Characterisation, Testing and Monitoring ISRM Suggested Methods, Pergamon, Oxford, 211. Kahraman S., 2002. The Effects of Fracture Roughness on P-wave Velocity, Engineering Geology, 63, 347-350. Kahraman, S., 2007. The Correlations Between the Saturated and Dry P-wave Velocity of Rocks, Ultrasonics, 46, 341-348. Kahraman, S., Ulker, U., Delibalta, M.S., 2007. A Quality Classification of Building Stones from P- wave Velocity and Its Application to Stone Cutting with Gang Saw, The Journal of South African Institute of Mining and Metallurgy, 107, 427-430. Karaca, Z., 2003. Mermer Blok Kalite Kontrolü, Türkiye IV. Mermer Sempozyumu (MERSEM 2003) Bildiriler Kitabı, 18-19 Aralık, 497-503. Keskin, N., 1994. Ultrases ile Mermerlerde Süreksizlik Tayini, Yüksek Lisans Tezi, Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, 93s. King, M.S., Chaudhry N.A., Shakeel A., 1995. Experimental ultrasonic velocities and permeability for sandstones with aligned cracks, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts, 32 (8), 155-163. Kulaksız, S., 2007. Doğal Taş (Mermer) Maden İşletmeciliği ve İşleme Teknolojileri, TMMOB Maden Mühendisleri Odası Yayını, 634s. Ankara. Leucci, G., De Giorgi, L., 2006. Experimental Studies on the Effects of Fracture on the P and S- wave Velocity Propagation in Sedimentary Rock ( Calcarenite del Salento ), Engineering Geology, 84, 130-142. Onur, A.H., Bakraç, S., 1997. Mermer Bloklarında Mevcut Çatlak ve Kırıkların Pundit Cihazı ile Tespiti, Türkiye 15. Madencilik Kongresi, 19-29. Prassianakis, I.N., Prassianakis, N.I., 2004. Ultrasonic Testing of Non-metallic Materials: Concrete and Marble, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 42, 191-198. Sakcalı, A., 2013. Mermer blok kalitesinin ultrasonik yöntemle belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, 116s. Sarpün, İ.H., 1998. Ultrases ile Mermer Blokların İç Yapısının ve Bazı Fiziksel Özelliklerinin Tayini, Yüksek Lisans Tezi, Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, 68s. Sarpün, İ.H., 2004. Ultrases Yöntemi ile Çeşitli Mermerlerin Ortalama Tanecik Boyutlarının Tayini, Doktora Tezi, Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, 130s,. Topal, T. and Doyuran V., 1996. Ultrasonic Testing of Artificially Weathered Cappadocian Tuff, Proceedings of the Congress LCP 95: Preservation and Restoration of Cultural Heritage, Montreux, Switzerland, 205-211. Toprak, H., 2009. Bazı Mermerlerin Ortalama Tanecik Boyutlarının Ultrasonik Metotlarla Belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Afyon, 88s. TS EN 14579, Doğal taşlar - Deney metotları - Ses hızı ilerlemesinin tayini. TS 699, Mart 2009. Türk Standardı, Doğal Yapı Taşları-İnceleme ve Laboratuvar Deney Yöntemleri. 795