ULTRASONİK TOMOGRAFİ İLE BETONDA KUSUR TESPİTI

Bekir Yılmaz Pekmezci, Dursun Zafer Şeker, Emre Tavlı
İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi
Burak Yorulmaz, Egemen Arabacı, Fatih Güler, Mehmet Gökpınar
Ticem İleri Yapı Teknolojileri
ÖZET
Ultrasonik kayma dalgaları tomografisi (UKDT) beton içindeki boşlukların, tabakalanmaların, çatlakların veya diğer kusurların elde edilmesi için gelecek vadetmektedir. Dünyada kullanımı yaygınlaşmaya başlayan bu yöntem ile, betonarme elemanlara hasar vermeksizin, elemanı kayma dalgaları ile taramak ve ultrasonik geçiş özelliklerini üç boyutlu olarak bina etmek mümkün olmaktadır. Bu deneysel çalışmada, kalıp içerisine önceden planlanmış olarak yerleştirilmiş olan kusurların üzeri, beton örtü ile kapatılmıştır. Daha sonra kusur içeren beton blok üzerinde UKDT taramaları yapılmış ve B,C ve D scan kesitleri elde edilmiştir. Elde edilen kesitler yorumlanarak, kusurların UKDT ile görüntülenebilirliği irdelenmiştir.
1. GİRİŞ
Ultrasonik kayma dalgaları tomografisi (UKDT) beton içindeki boşlukların, tabakalanmaların, çatlakların veya diğer kusurların elde edilmesi için gelecek vadetmektedir. Bununla birlikte donatıların yerleşimi ve miktarı ile tabaka kalınlığı tespitinde de UKDT çeşitli araştırmacılar tarafından kullanılmaktadır. Ultrasonik kayma dalgası tomografisi, ticari olarak bulunan farklı ebatlardaki kayma dalgası üreten cihazlarla uygulanmaktadır [1-4]. Cihaz, çok sayıda probundan kayma dalgası göndermekte ve yine çok sayıdaki probundan bu dalgaları toplamaktadır. Prob sayısı cihaz modeline göre değişmektedir. Problardan gönderilen ultrasonik dalgalar, toplayıcı problardan toplanarak beton içindeki çok sayıda noktadaki geçiş özellikleri elde edilmektedir. Tek yüzeyden yapılan ölçümlerde, çok sayıda probu sayesinde beton kütle içindeki tüm noktaların özeliklerini içeren bir matris oluşturulabilmekte ve birbirine yakın çok sayıdaki noktadaki beton özellikleri elde edilmektedir. Elde edilen veriler bir yazılım yardımıyla üç boyutlu olarak bina edilmekte ve üretilen model üzerinden istenen kesitler alınarak bu kesitlerdeki betonun kusurlar bakımından analizi yapılabilmektedir [1].
Ultrasonik tomografi kullanılarak betonarme elemanlarda hasar tespiti konusunda birçok araştırma ve deneysel çalışma yapılmıştır[1-6]. Yapılan çalışmalardan elde edilen ortak sonuçlardan en önemlisi ultrasonik kayma dalgaları tomografisi yöntemi ile betonarme elemanlar içinde, çatlak, ayrışma, delaminasyon vb. kusurların ve etrafındaki beton özelliklerinden farklı özellikler taşıyan kısımların kolaylıkla elde edilebilmiş olmasıdır[4-6]
Düşük frekanslı ultrasonik kayma dalgaları tomografisi yönteminin, köprü döşemeleri, kolonlar, yol beton- ları, perdeler gibi yapıların betonarme elemanlarında istem dışı olarak üretim sırasında kalmış veya oluşmuş kusurların tespitinde 2500 mm’ye kadar derinlikte ve- rimli olarak kullanılabilecek bir yöntem olduğu vurgu- lanmaktadır.
Bu deneysel çalışmada laboratuvarda ve sahada yapılan UKDT ölçümlerinden elde edilen sonuçlar sunulmakta- dır. Deneysel çalışmada kullanılan cihazda 48 transdu- ser mevcut olup bunların bir kısmı gönderici bir kısmı alıcı niteliğindedir. Her transduser, ekipmana yay kul- lanılarak monte edilmiş olup, beton yüzeyindeki bozuk- lukların ölçümlere engel olmaması için 8 mm’ye kadar hareket edebilmektedir. Üretilen numuneler 10x60x60 cm boyutlarında beton numunelerdir. Kalıp içerisine önceden planlanmış olarak yerleştirilmiş olan kusurla- rın üzeri beton örtü ile kapatılmıştır. Daha sonra kusur içeren beton blok üzerinde UKDT taramaları yapılmış ve B,C ve D scan kesitleri elde edilmiştir. Elde edilen kesitler yorumlanarak, kusurların UKDT ile görüntülenebilirliği irdelenmiştir. Beton içine kusur olarak, ekspande polilstiren (EPS) blok, gaz beton blok ve içi hava ile dolu olan PET şişe yerleştirilmiştir. Kusurların boyutları ve koordinatları yerleştirme aşamasında kaydedilmiştir.
2. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ
Şekil 1’de gösterilen numune hazırlanırken, ekspande polistiren (EPS blok), gazbeton ve için hava dolu plastik pet şişe betondaki boşlukların tespit edilebilirliğinin analizi için kalıbın içine yerleştirilmiştir. Şekilde B-Scan, D-Scan ve C-Scan görüntüleri sunulmaktadır. Şeklin sağ tarafında ise kalıba beton dökümünden önce yerleştirilen kusurlar işaretlenmiş olarak görülmektedir. Yapılan taramalarda, beton içerisine daha önceden yerleştirilen, ekspande plistiren blok, gazbeton blok ve içi hava ile dolu pet şişenin, gömülmeden önce ölçülen boyutlarına çok yakın şekilde yıkıntısız olarak görüntülenebildiği, beton içine önceden gömülen ve kusur olarak öngörülen malzemelerin beton içindeki yerleşimlerinin ve koordinatlarının de elde edilebildiği görülmektedir.
2.1 Kusurların Tipi Açısından Değerlendirme
Yapılan incelemelerde, B,C ve D scan kesitlerinde, her üç düzlemde de ekspande polistiren, gaz beton blok ve içi hava dolu PET şişeden oluşan tüm kusurların ayırt edilebilir nitelikte olduğu anlaşılmaktadır. Ancak kesit görüntülerinden, kusurların tipi hakkında yorum yapma imkânı şu anda bulunmamaktadır.
2.2 Kusurların Boyutları Açısından Değerlendirme
Ekspande polistiren, gaz beton blok ve içi hava dolu PET şişeden oluşan kusurların, kesitlerden elde edilen boyutları, numune içerisine yerleştirilen kusurların gerçek boyutlarına oldukça yakın mertebede tespit edilmiştir.
2.3 Kusurların Yerleri Açısından Değerlendirme
Ekspande polistiren, gaz beton blok ve içi hava dolu PET şişeden oluşan kusurların yerleşimleri, kalıp içine üretimden önce yerleştirildiği koordinatlarda tam doğru şekilde tespit edilmiştir.
4. SONUÇLAR
Literatürde yapılan çalışmaların sonuçlarına göre; UKDT yöntemi ile yapılan kusur tespiti, yapılara direkt olarak uygulanabilecek olan bir metottur. Daha önce yapılan bilimsel çalışmalarda, sahada ve laboratuvarda betonların içindeki kusurları, gerçekte mevcut olan bire bir boyutlara çok yakın ölçülerde ortaya çıkardığı belirtilmektedir. Üzerinde hasar mevcut olan köprü, viyadük gibi özellikle ömrünü doldurduğu ve müdahale edilmesi beklenen yapılarda kullanılarak hasarın derinliği ve boyutu yıkıntısız olarak tespit edilebilir. Yeni yapılan yapılarda, uygulama eksikliğinden kaynaklanan yerleşme ve boşluk problemleri ile beton içine karışmış yabancı cisimler UKDT yöntemi ile tespit edilerek gerekli önlemler alınabilir.
Yapılan deneysel çalışmada, beton içine gömülmüş ekspande polistiren, gaz beton blok ve içi hava dolu PET şişeden oluşan tüm kusurların UKDT kesitleri yardımıyla ortaya çıkarılması için çalışılmıştır. Deneysel çalışma sonuçlarına göre;
Numune içerisine yerleştirilen tüm kusurlar UKDT kesitlerinin tümünde tespit edilmiştir.
Kusurların tipleri ile ilgili ayırt edici bir veri alınamamıştır.
Kusurların boyutları, numune içine gömülen gerçek kusurun boyutlarına çok yakın mertebede elde edilmiştir.
Kusurların yerleşimi, numune içine gömülen kusurların yerleriyle bire bir örtüşecek şekilde elde edilebilmiştir.
Kaynaklar
1. Clayton, D., Smith, C., Nelson, J., Khazanovich, L., Hoegh, K., Chintakunta, S., Popovics, J., Choi, H., Ham, S., Evaluation of Ultrasonic Techniques on Concrete Structures, OAK Ridge National Laboratory, ORNL/TM-2014-430, 2013. 2. Chai, H.K., Momoki, S., Kobayashi, Y., Aggelis, D.G., Shiotani, T, Tomographic Reconstruction for Concrete Using Attenuation of Ultrasound, NDT&E International, No: 44 pp. 206–215, 2011. 3. Chai, H.K., Aggelis, D.G., Momoki, S., Kobayashi, Y., Shiotani, T., Single-side Access Tomography for Evaluating Interior Defect of Concrete, Construction and Building Materials No: 24, pp. 2411–2418, 2010. 4. Hola,J., Schabowics, K., State-of-the-art Non Destructive Methods for Diagnostic Testing of Building Structures Anticipated Develop- ment Trends, Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol.3, No.3, pp.5-18, 2010 5. Schabowicz K., Hoła J.: Nondestructive elastic-wave tests of foundation slab in office building, 13th Asia-Pacific Conference on Non- Destructive Testing, Yokohama, Japan, 2009. 6. Schabowicz K., Hoła J., Styś D.: Nondestructive elastic-wave tests of concrete in foundation slab, 10th European Conference on Nondest- ructive Testing, Moscow, Russia, 2010.