CENGİZ KUZU's Home Page

Patlatma İşlerinde Ortaya Çıkan Çevresel Etkiler

1. GİRİŞ
2. SİSMİK ENERJİ
3. PATLATMA TİTREŞİMLERİNİ ETKİLEYEN DEĞİŞKENLER
4. FİZİKİ YAPILAR HASAR KRİTERLERİ
5. FİZİKİ YAPILARDA DİĞER NEDENLERDEN KAYNAKLANAN HASARLAR
6. TİTREŞİMLERİN ÖLÇÜLMESİ

1. GİRİŞ

Madenciliğin temel işlemlerinden olan patlatma işi, yine bir madencilik faaliyeti olan taş ocaklarındaki kırma taş (agrega)amaçlı üretimin de vazgeçilmez temel bir işlemidir. Patlatma kaynaklı başlıca olumsuz çevre etkileri ise; yer sarsıntıları, hava şoku, taş savrulması, toz oluşumu gibi etkilerdir. Konunun önemi, doğrudan can ve mal güvenliği ile ilgili olmasından kaynaklanmaktadır. Bu çalışmada, patlatma kaynaklı yer sarsıntısının yapılar üzerinde olan etkisi incelenmektedir.

Patlatma esnasında çeşitli enerji tipleri açığa çıkar. Bunlar faydalı enerji ve faydasız enerji olarak iki ana bölümde toplanabilirler (Şekil 1). Bunlardan ilk gurupta yer alan, şok enerji ve bunun yarattığı şok basıncı ile gaz enerjisi ve gaz basıncı patlatma çalışmalarında yapılan işi gerçekleştiren enerjilerdir. Bunların toplam faydalı enerji içinde dağılımı sırasıyla % 15 ve % 85 oranlarındadır. İkinci gurupta yer alan enerji türleri ise patlatmanın amacı olan kaya parçalanmasına yardımcı olmayan ısı, ışık, ses ve sismik enerji gibi patlatma prosesindeki kayıp enerji türleridirler (Konya, 1990).

2. SİSMİK ENERJİ

Sismik kelimesi yunanca sallama anlamına gelen "seismos" dan kaynaklanmaktadır. Sismik enerjinin taşınması dalga hareketi ile olmakta ve sismik dalgalar aracılığı ile taşınmaktadır. Sismik enerji ve sismik dalga kavramlarıyla en çok depremler bağlamında karşılaşılmaktadır. İnsan kaynaklı sismik enerji ve dalga kavramları ise, özellikle yurdumuz madenciliğinde son yıllarda giderek artan sıklıkta duyulmaya başlanmıştır. Dünya ölçeğinde ise bu konudaki ciddi çalışmalar, otuzlu yıllar başında yapılmaya başlamış olup bu konuya karşılık gelen araştırmalar içinde bulunulan zaman dilimine göre yüksek teknoloji gerektiren türden araştırmalar olmuştur. Yurdumuzda da bu yönde, henüz tatmin edici seviyede olmamakla birlikte çalışmalar başlatılmış bulunmaktadır. Burada, yer içinde patlama kaynaklı enerji yayılmasının anlaşılabilmesi için, dalga özellikleri ile ilgili olarak elastik gövde modeli örneği üzerinde konuşulacaktır. Şekil 2' de sunulan elastik gövde modelinde, uygulanan kuvvetlerin etkileri sonucunda belirli miktarlarda deformasyon oluşur. Modeldeki noktalar denge pozisyonlarını bozarak başlangıç pozisyonları etrafında salınırlar ve bir taraftan kendi denge pozisyonları etrafında salınırlarken, diğer taraftan ise oluşan bu salınımlar noktadan noktaya bir dalga hareketi şeklinde yayılırlar. Özetle burada, devamlı olarak deplasman veya deformasyon türünde bir zorlama olmamakta, fakat iki farklı hareket ile iki farklı enerji tipi,keza iki farklı hız (dalga hızı>parçacık hızı) söz konusu olmaktadır. Bunlar;

salınımların söz konusu ortamda bir noktadan diğer noktaya taşındığı dalga hareketi ve kinetik enerji ile
dalga hareketinin beslediği ve noktaların kendi denge durumları etrafındaki salınımlarından ibaret olan hareket ve potansiyel enerjiden ibarettir.

Patlatma olayında da benzer bir mekanizma söz konusudur. Kayaya uygulanan ve onun dayanımını ve elastik sınırlarını aşan bir enerji durumunda, kaya parçalanmakta ve bu enerji devam eden parçalanma sonucu giderek tüketilmekte, enerji seviyesinin kayanın dayanımının altına düşmesi ile kırılma olayı sona ermektedir. Bundan sonra kalan enerji, elastik limitlerin altında ve ancak deformasyona yetebilecek büyüklüktedir. Bu deformasyon da kaya yapısı içinde bir parçacıktan diğerine iletilerek uzaklığa bağlı olarak enerjinin tamamen sönümlenmesine kadar azalan bir şekilde devam etmektedir. Bu ise sismik dalganın yaptığı işin ta kendisi olmaktadır.

Ancak, doğadaki sismik dalga yayılmasında; homojen, yani anizotropi ve süreksizlikten arınmış ortamları bulabilmek olanak dışıdır. Bu durum dalga yayılması esnasında enerji kayıplarına neden olup, sismik dalga yayılmasını etkileyen başlıca özellikler aşağıdaki gibidir (Atlas,1987);

kat edilen mesafe,
dalga taşıyıcı ortam özellikleri ve buna bağlı olarak dalga sönümlenmesi,
zemin özellikleri,
dalga tipi,
jeoloji,
süreksizlikler,
frekans değerleri,
dalga kırılma açıları,
kaynak enerji büyüklüğü,
küresel saçılma

Burada, patlatma kaynaklı sarsıntılar başlığı altında sıkça gündeme gelen, boyuna, enine ve yüzey dalgaları gibi bazı dalga tipleri kısaca gözden geçirilecektir. Bu anılan dalgalar belirli bir kaynaktan çıktıktan sonra yer içinde yansıma, kırılma, saçılma gibi olaylar ile yollarına devam ederler. Genellikle yer içinde yol aldıkları konuma göre gövde (cisim) ve yüzey dalgaları olmak üzere iki gurupta toplanırlar (Şekil 3):

2.1 Gövde dalgaları:

Bu gruptaki dalgalar kaya kütlesinin içinde yol alan dalgalardır. Basınç (compressional/longitudinal/primary) ve kesme (shear/transverse/secondery) dalgaları olmak üzere iki farklı şekildedirler:

Bir basınç dalgası ardalanan türde olmak üzere sıkıştırma ve genişletme türünde bir etki yaratarak ilerler, yani kaya tanecikleri dalganan yayılım yönünde olmak üzere ileri ve geriye doğru salınırlar (zamana bağlı bir hacimsel değişim söz konusudur), sismolojide P-Dalgası olarak da adlandırılırlar. Katı, sıvı ve gazlar bu dalgaların yayılmasına olanak veren ortamlardır. P-Dalgaları, bir sismik kayıt istasyonuna hızından dolayı ilk olarak ulaşan dalga olup (Şekil 4) sismik kaynaktan itibaren radyal olarak her yöne yayılırlar.
Kesme dalgaları ise enine dalgalardır ve dalga yayılma yönüne dik olan düşey bir düzlemde saat yönünün tersi bir eliptik yörüngede oluşan bir parçacık titreşim etkisi gösterir. Bu hareket bir halatın burulması ve bu sırada halatın aşağı yukarı hareketi ile anlatılabilir ki bu sırada dalga halatın diğer ucuna doğru yayılım göstermektedir. Sismolojide kesme dalgaları S-Dalgaları olarak adlandırılırlar ve ayrıca bu dalga, meydana geldiği yere göre (düşeyde veya yatay düzlemde) Şekil 4' de belirtildiği üzere düşeyde veya yatayda kesme dalgası (SV, SH) olarak gösterilmektedir. Katılar bu dalgaları yayar iken, sıvı ve gazlar bu dalgaları yaymazlar ve yayıldıkları ortamda hacim değişikliği olmadan biçim değişikliği meydana gelmektedir.

P ve S dalgalarının farklı formasyonlarda hızlarının kestirimi için, söz konusu formasyonun elastik sabitlerine bağlı olarak aşağıdaki formüller kullanılabilir. Bazı ortamlar için anılan sismik dalga türlerine ait hız değerleri ise Çizelge 1’ de sunulmaktadır.

2.2 Yüzey Dalgaları:

Bu dalgalar, gövde dalgalarının formasyon sınırları veya süreksizliklerle karşılaşmalarını takiben oluşurlar. Yani homojen ortamlarda yüzey dalgası oluşumu söz konusu değildir (Kulhanek, 1990). Yüzey dalgaları kaya kütlesi ve tabakalarının dış yüzeyleri boyunca yayılırlar ve iç kısımlarına dalmazlar. Dalga hareketi, yaklaşık bir dalga boyu derinlikte sıfıra düşer. Yüzey dalgaları gövde dalgalarından daha büyük olmakla beraber onlardan daha yavaştırlar. Patlatma sonucu oluşan titreşimler açısından, daha büyük enerji taşıyıcısı olduklarından daha büyük titreşime sebep olurlar. Burada yüzey dalgalarından Rayleigh ve Love dalgaları üzerinde durulacaktır. Nitekim titreşimlerin zararı açısından Rayleigh dalgası en önemli dalgadır. Çünkü bu dalga yüzeyden hareket etmekte ve genliği ulaştıkları mesafeye göre P ve S dalgalarına göre daha geç sönmektedir (Hoek ve Bray, 1974). Rayleigh dalgalarında, parçacık hareketi, dalga yayınım yönündeki dik düzlemde olmak üzere, saat yönünün tersi bir eliptik yörüngede gerçekleşir. Love dalgasında, düşey doğrultuda parçacık hareketi gözlenmez. Parçacık hareketi yatay düzlemde ve dalga yayınım yönüne dik olarak gerçekleşir. Bundan dolayı düşey sensörler love dalgası kaydedemezler. Sismogramlarda Q dalgaları, R dalgalarına göre hız farkından dolayı bir miktar daha evvel izlenmektedir.

Buraya kadar da vurgulandığı üzere, patlatma kaynaklı titreşimler bir kayıp enerji türü olan sismik enerji nedeniyle oluşmaktadır ve dikkat edilmesi gereken noktalar aşağıda tekrar özet olarak sunulmaktadır:

Dalga hareketi ile madde taşınmaz, bir enerji nakli söz konusudur,
Parçacıkların yer değiştirmesi söz konusu değildir. Parçacıklar, sarsıntıyla oluşan ve kendi altlarından geçip giden sismik dalga ile tekrar kendi denge konumlarına ulaşıncaya kadar çeşitli yönlerde salınırlar, bu durum aynen yakından geçen bir sürat teknesinin yarattığı dalgalar nedeniyle izlenen çeşitli yönlerdeki sandal salınımlarına benzemektedir. Nitekim, sandal bu dalgaların altından geçip gitmesi ile tekrar eski denge konumuna ulaşmaktadır,
Görüldüğü gibi, dalga hızı ve parçacık hızları birbirinden farklıdır ve dalga hızı parçacık hızından büyüktür,
Patlatma kaynaklı titreşimler için en önemli dalga, yüzey dalgalarından Rayleigh dalgalarıdır. Patlatma yerine yakın alanda gövde dalgaları baskın olmaktadır. Bu dalgaların frekansları 10-40 Hz aralığında olup, artan uzaklıkla beraber kolayca attenue olmaktadırlar, daha uzak alanlarda ise 2-8 Hz aralığında yüzey dalgaları baskın olmaktadır.
Kısa mesafelerde çeşitli dalgaların gözlem yerine yaklaşık olarak aynı anda ulaşması, dalga tipi tanımlamasını zorlaştırmakta iken uzun mesafelerde bu durum ortadan kalkmaktadır. Ancak milisaniye gecikmeli patlatmalarda, patlatma işleminin birbirini takip eden zaman aralıklarında olması nedeniyle, dalga varış yollarında ve zamanlarında çakışmalar, üst üste binmeler oluşabilmekte, bu ise parçacık hareketlerini kompleks bir şekle dönüştürebilmektedir (Bhandari, 1997).
Fiziki yapılarda meydana gelen patlatma kaynaklı zararların analizinde, patlatmaya bağlı olarak oluşan bu elastik dalgaların türleri ve yine bunların kaynakları ile etkiledikleri yer arasında gelişen olaylar hakkında ayrıntılı bir bilgiye gerek yoktur. Bu olayda, fiziki yapı temelindeki titreşim belirleyici bir veri olarak alınmaktadır. Bu ise, patlatma kaynaklı titreşimleri, yani patlatma sismolojisini, deprem sismolojisinden ayıran en önemli nokta olmaktadır. Zaten, zaman sıralı ateşleme uygulaması nedeni ile burada meydana gelen kompleks titreşimi, oluşturan dalgaların tek tek belirlenmesi de oldukça güçtür (RI 8507, 1980).
Diğer yandan, deprem kaynaklı titreşim seviyelerinin ve bununla ilgili Mercalli sınıflandırmalarının patlatma değerlendirmelerinde kullanılamayacağı anlaşılmıştır (Siskind ve Arkadaşları, 1980; Thoenen, J. R., ve Windes, S. L., 1942). Depremler çok düşük frekanslı ve uzun süre kalıcı olan dalgalar üretirler ve yüksek parçacık hızları ile aşırı büyük deplasmanlara sebep olurlar. Örneğin, deprem sismolojisinde; 1 Hz frekansındaki 0.1 g' lik bir ivme önemli zarara yol açar. Bu değerlerle ilişkili olarak basit harmonik hareket varsayımından hareketle, parçacık hızı ve deplasman değerleri sırasıyla 6.15 in/sn ve 0.98 in. olmaktadır. Aynı ivme, 20 Hz' de yalnızca 0.308 in/sn. parçacık hızı ve 0.0025 in.' lik deplasmana sebep olmaktadır. Yine burada, zarar potansiyelinin herhangi bir titreşim için, o titreşimin süresine bağlı olduğu gözlenmiştir. 1 Hz' de 0.1 g' lik bir kaç saniyelik sarsıntının zarar olasılığı yok iken, 25 - 30 saniye süren deprem tipi olaylar ciddi sonuçlar ortaya çıkarmaktadır (Siskind ve Arkadaşları, 1980; Richter, 1958).

3. PATLATMA TİTREŞİMLERİNİ ETKİLEYEN DEĞİŞKENLER

Şekil 5' deki patlatma işlemine ait genel çerçeveden de anlaşılacağı üzere, titreşimler; patlatma olayının parçalanma, pasa ötelenmesi, yığın profili vd. sonuçları gibi doğrudan patlatmanın performansı ile ilgili olan bir bir göstergesidir. Burada, patlatma işinin sorgulanmasında incelenen parametre ve değişkenler, titreşim konusunun sorgulanmasında da belirleyici olmaktadır;

Çevre jeolojisi ve bu çevrede yer alan jeolojik birimlerin özelliklerinin titreşimler üzerinde büyük etkisi vardır. Homojen ve masif kayaç kütlelerinde titreşimlere neden olan elastik dalgalar her yönde yayılırlar iken, bu durum kompleks jeolojik yapılarda yönlere göre değişen bir yayılma zayıflama gösterirler.
Ana kaya tabakasının üstünde bir toprak tabakası oluşumu var ise, bu halde titreşimlerin frekans ve büyüklükleri, bu yapı nedeni ile etkilenmektedir.
Toprak malzeme kayaya göre daha düşük elastisite modülüne sahiptir ve bu malzemedeki dalga yayılım hızı kaya ortama göre düşüktür. Diğer yandan titreşim frekansı da düşük olup, deplasman değerleri daha büyüktür. Bir diğer gözlem, artan mesafelerde tanecikler arası sürtünme ve yer değiştirme nedeniyle titreşim genliğinin çabucak zayıflamasıdır.
Titreşimler açısından, atım yerine yakn alanda en etkileyici faktör patlatma dizaynı ile ilgili değişkenler olurken (Şekil 5), uzak mesafelerde dalga taşıyan ortam, patlatma dizaynından daha fazla önem kazanabilmektedir (Jimeno ve Arkadaşları, 1995).
Genelde; büyük atımlar, kalın toprak tabakalarının ve tortul tabakaların varlığı, kuvvetli sıkılama ve uzun mesafelerin birlikte bulunduğu kombinasyonlar fiziksel yapılar üzerinde tehlike oluşturmaktadırlar. Çünkü yüksek frekanslı titreşimlerin kat edilen yolda sönmeleri sonucu orta ve büyük mesafelerde hakim frekansın düşük frekans olması ve bunun binaların 4-12 Hz mertebesindeki doğal frekans değerleri (Siskind ve Arkadaşları, 1987) ile aynı olması nedeniyle, fiziksel yapılar üzerinde rezonans oluşturarak zarara yol açmaktadır.
Jeolojik şartların veri olarak ele alınması nedeniyle üzerinde oynanabilecek en önemli değişken, bir seferde patlatılacak olan patlayıcı madde miktarıdır.

4. FİZİKİ YAPILAR HASAR KRİTERLERİ

Şimdiye kadar yapılan çeşitli araştırmalar sonucu; patlatmalar ile oluşan yer sarsıntılarının (titreşimlerin) geometrik ve jeolojik şartlardaki değişimler nedeniyle,elasto-dinamik eşitlikler ile çözülemeyeceği sonucuna varmışlardır. Bu nedenle en güvenilir çözümlerin,önkestirimlerin, gerçek atımların gözlenmesi sonucu elde edilebileceği, yani ampirik bir yol izlemenin daha yararlı olacağı ve ölçekli mesafe-parçacık hızı arası ilişkinin tercih edilmesi gereği öne sürülmektedir. Bu yol, birçok araştırmacı tarafından da izlenmiş ve sonuçta patlatma kaynaklı titreşimlerin kestiriminde uygulanan başlıca yol olmuştur.

4.1 Değerlendirmede kullanılan yolların kronolojik özeti:

Patlatma kaynaklı titreşimler konusunda, günümüze kadar yapılmış bulunan önemli bazı çalışmalar aşağıda özetlenmektedir:

Thonen ve Windes 1942' de yaptıkları çalışmada,ivme değerlerinden aşağıdaki şekilde bir indeks değeri üretmişlerdir. Buna göre;

< 0.1 g güvenli bölge
0.1 - 1.0 g riskli bölge
> 1.0 g hasar bölgesi

olarak tanımlanmıştır (Thonen ve Windes, 1942; Konya, 1990).

Crandell tarafından ise, 1949' da bir enerji oranı indeksi ER = (a/f ²) belirlenerek;

ER < 3 güvenli bölge
ER = 3 - 6 riskli bölge
ER > 6 hasar bölgesi

değerlerine göre bir hasar tesbit kriteri kullanılmıştır. Burada; a, ivme (ft/sn) ve f, dalga frekansı (Hz) olup, ER, enerji oranı hız boyutunda olup, ER = 1 değeri 1.9 in./ sn' lik parçacık hızını göstermektedir (Crandell, 1949; Konya, 1990; Atlas, 1987).

Buraya kadar olan kısımda (1949-60 arası dönemde) hasar oluşturma kriterleri, deplasman ve ivme üzerine kurgulandırılır iken, özellikle 1960' lardan sonra parçacık hızı üzerine bir kurgulandırma terciih edilmeye başlamıştır. Buna göre:

Langefors, Westerberg ve Kihlstrom 1958' de yaptıkları çalışmayı hız indeksine dayandırmıştır. Bu hız değerleri ve sebep olduğu hasarlar;

< 2.8 in./ sn. hasar yok
4.3 in. / sn. ince çatlaklar
6.3 in. / sn çatlak oluşumu
9.1 in / sn. ciddi çatlaklar

şeklinde olup, hasar sınıflandırması için önerilmiştir (Langefors ve Arkadaşları, 1958; Konya, 1990; Atlas, 1987).

Edwards ve Northwood tarafından 1959' da yapılan araştırmalar sonucu önerilen hız indeksinde parçacık hızına dayalı, aşağıdaki gibi,

<2 in./ sn. hasar yok, güvenli
2 - 4 in. / sn. riskli
> 4 in. / sn. hasar var

bir hasar sınıflandırması üzerinde durmuştur (Edwards ve Northwood, 1960; Atlas, 1987).

Nichols, Johnson ve Duvall 1971' de sonuçlandırdıkları çalışmalarında ise 2.0 in./sn.' lik sınırı güvenli bölge ile hasarlı bölge sınır değeri olarak alan bir hız indeksi kullanmışlardır. Bu çalışmaların yer aldığı Bulletin 656' da parçacık hızına dayalı olarak aşağıdaki şekilde, çatlak oluşumu ile ilişkilendirilen bir sınıflandırma yapılmıştır;

<2.0 in./sn. tanımlama: hasar yok, güvenli bölge
2.0 - 4.0 in./sn. tanımlama: sıva çatlakları (4.0 in./sn.), hasar eşiğii eski çatlakların açılması, yeni çatlak oluşumu, gevşek bağlı parçaların ayrılması
4.0 - 7.0 in./sn. tanımlama: küçük hasarlar (5.4 in./sn.), sıva düşmesi, cam, çerçeve hasarı, tuğla duvarda ince çatlak oluşumu yapı zayıflaması yok
> 7.0 in./sn. tanımlama: büyük hasarlar (7.6 in./sn.), büyük hasarlar, tuğla duvarda büyük çatlak oluşumu, taşıyıcı duvar hasarı yapı zayıflaması var

Burada, çeşitli araştırmacıların sonuçlarının parçacık hızı temel alındığındaki durum özet olarak, Şekil 6 ile gösterilmektedir (Atlas, 1987).

4.2 OSMRE Prosedürleri:

Bu bölümde; OSMRE, USBM tarafından yayınlanan değerlendirme yolları, içeriklerinin benzerlikleri açısından bir arada ele alınacak ve bu esnada ölçekli mesafe, ölçekli mesafe - parçacık hızı ilişkisinin parçacık hızı kestiriminde kullanılması ve parçacık hızı - frekans ilişkisi üzerinde durulacaktır.

Ölçekli mesafe (scaled distance -DS-) adı verilen uygulama ile patlatma kaynaklı titreşimlerin bağlı olduğu, mesafe ve minimum 8 ms gecikme aralığı ön şartı sağlanmak üzere, bir anda patlatılan patlayıcı madde miktarı değişkenlerinin kombine etkisi olarak boyutsuz bir ölçek kullanılmaktadır. Bu uygulama, daha sonra 1983 de OSM (US Office of Surface Mining) tarafından da ele alınmış ve nasıl kullanılabileceği açıklanmıştır. Ölçekli mesafe olarak ifade edilen bu yeni kavram;

şeklinde bir ifade olup, burada;

D: atım yapılan yer ile en yakın yerleşim arasındaki eğik mesafe (ft),
W: minimum 8 ms gecikme aralığı ön şartı sağlanmak üzere, bir anda patlatılan patlayıcı madde miktarı, lb, olarak alınmaktadır.

Burada OSMRE tarafından önerilen 4 farklı yol üzerinde durulacaktır:

I. Yol, Parçacık hızının sınırlandırılması: Her bir sarsıntının sismograf (sarsıntı ölçer) tarafından kayıt edilerek, patlatma kaynaklı sarsıntının çizelge 2' de belirtilen parçacık hızı sınırlarının altında kalması halinde atımın başarılı olduğu sonucuna varılır. Bu yolla, oldukça katı sayılabilecek olan ölçekli mesafe sınırlandırılmasının yerine daha esnek bir denetleme şekli amaçlanmaktadır. Yani; daha büyük atımlar, daha büyük delik çapları ve basamak yükseklikleri ile değişik uygulamalar yapılabilmekte, ancak, çizelge 2' de belirtilen "mesafe - parçacık hızı" sınırları aşımı halinde ceza uygulanmaktadır. Çizelge 2' de belirtilen, kısa mesafedeki parçacık hızı değerlerinin yüksek tutulması, kısa mesafelerde hakim frekansın, yüksek frekans olması ve bu yüksek frekanslı dalgaların uzun mesafede sönerek yerini düşük frekansa bırakmasındandır. Çünkü, yapıların doğal frekansları olan 5 - 20 Hz' lik frekansların, bu anılan düşük frekans aralığı ile çakışarak rezonans meydana getirmesi söz konusudur. Bu bakımdan düşük frekans aralıklarında, yani burada ifade bulan yakın mesafelerde, daha düşük hızlara izin verilebilmektedir.

II. ve III. Yollar, Ölçekli mesafe eşitliğinin kullanılması ve modifiye edilmiş ölçekli mesafe eldesi: Yukarıda da değinilen ölçekli mesafe kavramı üzerine kurgulanan bu yol ile çizelge 2' deki "mesafe - ölçekli mesafe" ilişkisi çerçevesinde, her hangi bir izleme işlemine gerek kalmaksızın yapılabilecek atıma ait mesafe ve patlayıcı madde miktarının tesbiti esasına dayanmaktadır. Ancak OSMRE çok katı olan bu sınırlamayı, yerel şartlara ve aynı zamanda da uygulamaya özgü modifikasyonlara izin verebilecek şekilde uygulayabilmek için bir çözüm önermektedir. Buna göre, yeteri miktarda olmak üzere, çeşitli ölçekli mesafeler için kayıt edilmiş parçacık hızı değerlerinin elde edilmesi gereklidir. Buna göre hazırlanacak olan Şekil 7' deki gibi bir grafiksel gösterimdeki limit değerlerin aşılmayacağı atımlar yapılması gerekecektir. Buradaki "modifiye edilmiş ölçekli mesafe", sadece elde edilmiş olduğu yer için geçerlidir.

IV. Yol, Parçacık hızı - frekans ilişkisi: Bu yol ile her atım için parçacık hızı değerleri ve frekans analizi gerekmektedir. Yani, hakim frekans ve bununla ilişkili parçacık hızının tesbiti çalışması yapılmaktadır. Sonuçta Şekil 8' deki diyagram ile belirtilen frekansa bağlı hız değerlerinin, atımlardan elde edilen değerlerle karşılaştırılması yapılarak sonuca ulaşılmaktadır. Burada Şekil 8a' da görülen diyagram esas olarak Şekil 8b' deki USBM tarafından RI 8507 kapsamında hazırlanmış bulunan diyagramın modifikasyonu ile gerçekleştirilmiştir.

5. FİZİKİ YAPILARDA DİĞER NEDENLERDEN KAYNAKLANAN HASARLAR

Fiziki yapılar üzerinde, patlatma dışı etkiler nedeniyle de bazı hasarlar oluşabilmektedir. Yakın çevrede gerçekleştirilmekte olan patlatma çalışmalarının varlığı halinde ise, bu hasarlar, kolayca patlatma çalışmalarıyla ilişkilendirilebilmekte ve şikayetlere neden olabilmektedir. Esasen, tavan ve duvarlardaki çatlaklar ile ilgili 40’ dan fazla neden sayılabilmektedir (Çizelge 3). Şikayetler; gerçek hasara bağlı olabildiği gibi, endişe, korku ve bilgisizlikten de kaynaklanabilmektedir. Bunun yanında kötü niyetlilerin çıkar sağlamaya yönelik şikayetlerine de rastlamak mümkün olabilmektedir. Fiziki yapı etkilenmeleri dışında, fiziki yapılar içinde bulunan insanların da patlatma kaynaklı sarsıntılar karşısında tepkileri söz konusu olmaktadır. Bu tepkiler için baz alınan değerlerin, bina hasar kriterlerindeki değerlerden düşük olması ise, patlamalar karşısında insanların huzursuzluğunun ayrıca bir nedeni olmaktadır. Farklı araştırmacıların yaptığı, titreşimler karşısındaki insan tepkileri RI 8507’ de derlenmiş olup, bu özet bilgi Şekil 9’ da sunulmaktadır. Yine bu çalışmanın finalinde belirtildiği gibi, patlatma titreşimlerinin 0.5 in./sn.’ lik seviyesi (1 saniye süreli titreşimler), bu titreşimlerle karşılaşan %95’ lik kitleye göre açıkça fark edilebilir ve aynı zamanda tolere edilebilir bulunmaktadır.

6. TİTREŞİMLERİN ÖLÇÜLMESİ

Patlatma kaynaklı titreşimlerin yanında diğer kaynaklı titreşimler de söz konusu olabilmektedir. Bu titreşimlerin ender olarak patlatma kaynaklı titreşimlere karışabilmesi olasılık dahilinde ise de, genelde ayrı olarak ölçülmesi ihtiyacı doğmakta ve ölçülerek değerlendirilmektedir. Yerleşim bölgeleri civarında oluşması söz konusu olabilecek kaynaklar ve bunların ölçümüne ilişkin gösterim şekil 10’ da sunulmaktadır. Şekil 10 ve Şekil 11’ den de izleneceği gibi izleme işleminde kullanılan cihazlar ile bu çalışmanın kapsamı dışında tutulan fakat konu ile çok yakından ilişkili olan hava şoku ölçümleri de yapılabilmektedir. Bilindiği gibi sismik enerjinin yanında, Bölüm 1’ de de değinildiği gibi patlatma sonucunda, bir diğer kayıp enerji çeşidi olan ses enerjisi ortaya çıkmakta ve bunun ürünü olarak yüksek gürültü şeklinde duyulabilen ses dalgaları oluşmaktadır (20–20000Hz;"noise"). Yine bu arada insan kulağının işitemeyeceği gürültüler de oluşur (<20 Hz;"concussion”). Burada sözü edilen her iki grup genel olarak “air blast” hava şoku olarak adlandırılmaktadır ve bu olay bir bakıma enerjinin atmosferde taşınması olayıdır. Burada patlama sonucu ortaya çıkan ve patlatmaya -yani kaya kırmaya- yardımcı olmayan patlama sonucu oluşan gazların yüzeye ulaşan çatlaklar veya sıkılamanın dışarıya fırlaması sonucu atmosfere ulaşması, kaya kütlesinin ayna yönünde ve basamak üstü yönünde ileriye atımı ve yer titreşimleri gibi hallerde meydana gelebilen bir kayıp enerji söz konusudur. Esasen, havanın, fiziksel olarak hacım değişmelerine karşı koyan, fakat şekil değişmesine direnç göstermeyen bir akışkan olduğu düşünülecek olursa, ses dalgalarının temelde basınç dalgası türünde oldukları anlaşılır. Söz konusu aletlerle patlatma sonucu oluşan hava şokunun, Linear “L” veya, “A” ağırlıklı skala kullanılmasına göre farklı mikrofonlar kullanarak sırası ile “fiziksel yapılar” veya “insan kulağı” üzerindeki etkilerinin ölçülmesi söz konusu olmaktadır.

Patlatma kaynaklı titreşimlerin kayıt edilmesinde kullanılan sismografın ana prensibi, deprem kaynaklı yer sarsıntılarının kaydedildiği bir sismografın (“vertical pendulum moving coil seismometer” tipinde, Şekil 12) çalışma prensibi ile benzeşmektedir. Geniş anlamı ile bir sismografı “izleme yapılan yerde sismik dalgaların yarattığı yer sarsıntısını zamana bağlı olarak kaydeden bir cihaz” olarak tanımlayabiliriz. Bir sismografın çekirdeğini ise, sismometre adı da verilen ve sismik hareketi elektriksel bir değere oranlayabilen sismometre adı verilen elemanı oluşturmaktadır. Bu çalışmada kullanılan ve adına jeofon yada “jeofon sensör” adı da verilen bu sismometrenin ve de sismografın yapısal özellikleri Şekil 13 A-F’ de sunulmaktadır. Buradaki jeofonların varolan konumları, yatay uygulamalar için olup, düşeydeki ölçümler (duvar yüzeyinde) için düşey ve enine jeofonların yerlerinin değiştirilmesi gerekmektedir.

Titreşim izleme cihazı, INSTANTEL firmasını MiniMate Plus adıyla anılan bir tasarımıdır (Şekil 13A). Cihaz, sahip olduğu sekiz adet kanal vasıtası ile yer sarsıntıları, ivme, hava şoku, VOD ve strain gauge bazlı ölçmeler gibi diğer bazı olayları izleyebilmektedir. Bu proje kapsamında kullanılan cihazın sadece dört kanalı açık olup bu kanallar da boyuna, enine ve düşey jeofonlar ile hava şoku için kullanılan mikrofon tarafından kullanılmaktadır. Cihazın jeofonları, bu çalışmada kullanılan ve şekil 13 B’ de görüldüğü üzere harici tipte olabileceği gibi, dahili tipte olup, şekil 13 A’ da görülen MiniMate Plus titreşim izleme cihazı içine de entegre edilebilmektedir. Cihaza ait ölçme ile ilgili teknik bilgilerin özeti çizelge 4’ de sunulmaktadır. Yapılan ölçüm ve kayıt sonrası, elde edilen verilerin analizi için BlastWare III adı verilen bir yazılımdan faydalanılmaktadır. Ölçümler PC kontrollü veya sadece MiniMate Plus kontrollü olarak yapılabilmektedir. PC bağlantısı ise, COM 1 veya COM 2 seri ara yüzeylerinden biri ile gerçekleştirilmektedir. Verilerin PC ortamında analizinde, ölçümlerin 27 farklı standarda (USBM; OSMR; DIN; Swiss Mining Standart; British Standart;vd.’ ne göre irdelenmesi yapılmakta (Şekil 14 A) ve ayrıca hakim frekansın ve genelde olayın titreşim frekansları bakımından, frekans domeninde değerlendirilebilinmesi için FFT (Fast Fourrier Analysis) analizi de (Şekil 14 B) yapılabilmektedir.

back to Cengiz KUZU's Home Page