dÜŞÜk malİyetlİ bİr bender eleman dÜzeneĞİ …the oscilloscope and the signal generator are...

DÜŞÜK MALİYETLİ BİR BENDER ELEMAN DÜZENEĞİ

TASARIMI VE GELİŞTİRİLMESİ

DESIGN AND DEVELOPMENT OF A LOW COST BENDER ELEMENT

SETUP

Nihat DİPOVA*1

ABSTRACT

Bender elements are polarized, piezoceramic elements used as binary consoles. While one

element conducts a mechanical shear wave to the soil, the other perceives this wave and

converts it into an electrical signal. It is thus possible to calculate the shear wave velocity

which can be used to calculate the small deformation shear modulus. Function generator is

used for input wave function and oscilloscope is used for determining time difference between

input and output signals. Bender element systems are quite expensive, a limited number of

research institutions can have this system. The oscilloscope and the signal generator are

usually overly costly as they have features over the need. In this study; The design and

development process of a low cost and innovative bender element system will be described.

The frequency range used in the Bender element is audible audio frequency and low cost

systems can be installed using this level of equipment. The oscilloscope is a hardware that

senses voltage-time variation as analog signal. The low frequency voltage change can be

transferred directly to the computer by converting to digital. Software-generated functions can

be used instead of the function generator by converting them into analog voltage-time

variations. In the scope of the study, an electronic hardware was created to record the input

and the output signals. Generally used piezoceramics are high cost because they have

frequency values above the frequency range used in geotechnics. Apart from being very low

cost, piezoceramics produced for the frequency range of 0-20 kHz, which have a long lifetime

since they are equipped copper reinforcement, have been used in the setup. Ceramics are

covered in three layers in order to prevent crosstalk in wet soils. Performing laboratory tests

on clayey soils, traditional setups and newly developed setup was compared.

Key words: Bender element, Design and development, Piezoceramic, Shear wave velocity

ÖZET

Bender elemanlar, ikili konsol piezoseramik elemanlardır. Bir eleman zemine mekanik bir

kayma dalgası iletirken, diğeri ise bu dalgayı elektrik sinyaline dönüştürür. Böylece küçük

deformasyon kayma modülünü hesaplamak için kullanılabilecek kayma dalgası hızı belirlenir.

Giriş dalgası fonksiyonu için fonksiyon jeneratörü, giriş-çıkış sinyalleri arasındaki zaman

farkını belirlemek için ise osiloskop kullanılmaktadır. Bender eleman sistemleri oldukça

pahalı olduğundan sınırlı sayıda araştırma kurumunda bulunmaktadır. Osiloskop ve sinyal

jeneratörü genelde ihtiyaç duyulanın üzerinde özelliklere sahip olduklarından aşırı

*1 Doç.Dr., Akdeniz Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, [email protected]

149

7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul

maliyetlidir. Bu çalışmada; düşük maliyetli ve inovatif bir bender eleman sisteminin tasarım

ve geliştirme süreci anlatılacaktır. Bender elemanda kullanılan frekans aralığı işitilebilir ses

frekansı aralığında olup bu düzeydeki donanımlar kullanılarak düşük maliyetli sistemler

kurulabilir. Osiloskop gerilim-zaman değişimini analog olarak algılayan donanımdır.

Alıcıdaki gerilim değişimi bir sayısal veriye dönüştürülerek, osiloskop kullanımına gerek

kalmadan, bilgisayara doğrudan aktarılabilir. Yazılımsal olarak üretilmiş fonksiyonlar analog

gerilim-zaman değişimi haline dönüştürülerek fonksiyon jeneratörü yerine kullanılabilir.

Çalışma kapsamında bir elektronik donanım oluşturularak giriş sinyalinin üretilmesi ve çıkış

sinyalinin kaydedilmesi sağlanmıştır. Genellikle kullanılan piezoseramikler geoteknikte

kullanılan frekans aralığının üzerinde frekans değerlerine sahip olduğundan yüksek

maliyetlidir. Düzenekte, çok düşük maliyetli olmaları dışında bakır donatılı olduğundan

ömürleri de uzun olan 0-20kHz frekans aralığı için üretilen piezoseramikler kullanılmıştır.

Nemli zeminlerde çapraz girişimin önlenmesi amacıyla seramikler üç katman halinde

kaplanmıştır. Killi zeminler üzerinde testler yapılarak, geleneksel düzenek ve geliştirilen

düzenek karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Bender eleman, kayma dalgası hızı, piezoseramik, tasarım ve geliştirme

1. GİRİŞ

Zeminlerde küçük birim deformasyon, dinamik yük altındaki zemin davranışının belirlenmesi

ve tünel kazılarında yüzey oturmalarının hesaplanması sırasında gerekmektedir. Küçük birim

deformasyonların ölçümü, numunenin gerilme-deformasyon ilişkisinin belirlendiği

konvansiyonel tek eksenli ve üç eksenli deneylerde, komparatörler veya doğrusal değişken

diferansiyel dönüştürücüler (LVDT) gibi araçlarla belirlenmesi mümkün değildir (Holtz ve

diğ., 2011). Dış deformasyon ölçümünden kaynaklanan hataların görmezden gelinmesi,

modül ve zemin rijitliğinin önemli oranda düşük tahmin edilmesine yol açabileceğinden,

küçük birim deformasyonlar lokal olarak numune üzerinden ölçülmelidir. Lokal deformasyon

ölçümlerinde, minyatür LVDT ler, temassız mesafe sensörleri, Hall etkisi sensörleri, esnek

kirişli deformasyon sensörleri ve görüntü analizi teknikleri kullanılmaktadır (Scholey ve diğ.,

2011).

Dolaylı yoldan küçük deformasyon modülü ölçümü amaçlı olarak piezoelektrik bender

elemanların kullanımı özellikle bilimsel araştırmalarda yaygınlaşmıştır. Shirley (1978)

tarafından literatüre kazandırılan yöntem, sonraki yıllarda birçok araştırmacı (Dyvik ve

Madshus, 1985; Brignoli ve diğ., 1996; Kumar ve Madhusudhan, 2010; Lee ve Santamarina,

2005; Leong ve diğ., 2005; Lings ve Greening, 2001; Marjanovic ve Germaine, 2013;

Viggiani ve Atkinson, 1995) tarafından çalışılmıştır. Bender elemanlar ikili konsollar halinde

kullanılan, kutuplanmış, piezoseramik elemanlardır. Bir eleman elektrik yükü tahriki ile

zemine mekanik bir kayma dalgası iletirken, diğeri ise bu dalgayı algılar ve çıkış elektrik

sinyaline dönüştürür. Bu işlem, küçük deformasyon kayma modülünü (G) hesaplamak için

kullanılabilecek kayma dalgası hızının (Vs) hesaplanmasına olanak tanır.

Piezoseramik bender eleman üretiminde yaygın olarak PZT (Lead zirconate titanate)

kullanılmaktadır. Uzunluğu 6 – 32 mm, genişliği 6 – 15 mm, kalınlığı 0.5 - 1 mm arasında,

zemin içine giren uzunluğu ise 3 – 10 mm arasında değişim göstermektedir (Şekil 1-A).

Kayma dalgası hızının belirlenmesi için deney düzeneğinde bender elemanların dışında, giriş

sinyalini üreten sinyal jeneratörü ve giriş-çıkış sinyalleri arasındaki zaman farkını belirlemek

için osiloskop gerekmektedir (Şekil 1-B).

150


A B

Şekil 1. A) Piezoelektrik Bender Eleman, B) Geleneksel Bender Eleman Düzeneği

Bender eleman sistemleri oldukça pahalı olduğundan, sınırlı sayıda araştırma kurumu sahip

olabilmektedir. Osiloskop ve sinyal jeneratörü genelde ihtiyaç duyulanın üzerinde özelliğe

sahip olduklarından aşırı maliyetlidir. Bender eleman uygulamalarında kullanılan frekans

aralığı işitilebilir ses frekansı aralığında (audio level) olup ses amaçlı kullanılan donanımlar

kullanılarak düşük maliyetli sistemler kurulabilir. Osiloskop gerilim-zaman değişimini analog

olarak algılayan donanımdır. Yüksek maliyetli osiloskopların bir kısmında bilgisayar

bağlantısı olmadığından sadece görüntü kaydına izin verir. Oysa düşük frekanslı gerilim

değişimi bir ses işlemcisi ile sayısal veriye dönüştürülerek (ADC) bilgisayara doğrudan

aktarılabilir. Fonksiyon jeneratörü yerine ise, yazılımsal olarak üretilmiş fonksiyonlar analog

voltaj-zaman değişimi haline dönüştürülerek bender elemana uygulanabilir. Pahalı bender

eleman sistemlerinde kullanılan piezoseramikler çoğunlukla geoteknikte kullanılan frekans

aralığının üzerinde frekans değerlerine sahip olduğundan yüksek maliyetlidir. Düşük frekanslı

piezoseramikler çok düşük maliyetli olmaları dışında bakır donatılı olduğundan ömürleri de

uzundur. Bu çalışmada düşük maliyetli ve inovatif bir bender eleman sisteminin tasarım ve

geliştirme süreci anlatılacaktır.

2. TASARIM VE GELİŞTİRME SÜRECİ

Tasarım ve geliştirme süreci 3 aşamadan oluşmaktadır; i) Elektronik donanımın

oluşturulması, ii) Piezoseramiklerin hazırlanması, iii) Uygun yazılım seçimi.

Bender elemanda kullanılan frekans aralığı işitilebilir ses frekansı aralığında (0-20 kHz,

genellikle 0-7 kHz) olup ses amaçlı kullanılan donanımlar kullanılarak düşük maliyetli

sistemler tasarlanması mümkündür. Gerilim-zaman değişimini analog olarak algılayan ve bu

değişimi ekranda gösteren aygıtlara osiloskop denilir. Elektronik mühendisliği uygulamaları

için üretildiğinden frekans aralığı çok yüksektir. Günümüzde yaygın olarak 100-200 Mhz

frekans aralığında yüksek maliyetli osiloskoplar üretilmekte olup, bunların bir kısmında

bilgisayar bağlantısı bulunmaz ve sadece görüntü kaydına izin verirler. Düşük frekanslı

gerilim değişimi analiz edileceğinde, bu değişim bir ses işlemcisi ile sayısallaştırılarak

bilgisayara doğrudan aktarılabilir. Kişisel bilgisayarların tümünde bulunan ses kartları da

esasında bir analog dijital çeviriciden ibarettir. Günümüzde yaygın olarak kullanılan standart

ses kartları 16-32 bit çözünürlükte olup, 44100-192000 Hz örnekleme aralığına sahiptir.

151


Fonksiyon jeneratörünün görevi ise giriş sinyalini sinüs, basamak veya keyfi tanımlı

(arbitrary) bir fonksiyonla üreten zamana bağlı gerilim değişkeni üretecidir. Standard

fonksiyon jeneratörleri analog aygıtlardır. Benzer fonksiyonda sinyallerin yazılımsal olarak

üretilip sonradan analoga çevrilmesi de mümkündür. Geliştirilen düzenekte yazılımsal olarak

üretilmiş fonksiyonlar bir mikroişlemci üzerinden analog voltaj-zaman değişimi haline

dönüştürülmüştür. Bu amaçla ATmega328 tabanlı bir mikrodenetleyici olan bir geliştirme

platformu (development board) kullanılmıştır. Mikroişlemci içine bir kod yazılarak

programlanmış, tanımlanan fonksiyon üretilmiş ve analog voltaj - zaman değişimi haline

dönüştürülmüştür. Bu aşamada sinyal koşullandırmasına ihtiyaç duyulmuştur. Mikro

işlemcinin çıkışı 5 Volt ile sınırlı olup, bu seviye bender elemanın tahriki için yeterli

olmadığından yükseltici devre (amfilikatör) kullanılarak yeterli seviyelere yükseltilmesi

mümkün olmuştur (Şekil 2). Bilgisayar giriş çıkışları ise 1 volt ile sınırlı olduğundan

bilgisayara giriş sinyalinin genliğinin düşürülmesi gerekmiştir.

Şekil 2. Geliştirilen Deney Setinin Şematik Gösterimi

Bilgisayar ses kartları, insan kulağının duyabileceği ses frekans aralığına uygun tasarlanmıştır.

Ortalama bir ses kartı 44100 Hz frekansa kadar, gelişmiş olanları ise 192000 Hz e kadar sinyal

işleyebilmektedir. Deney setinin giriş sinyalleri 2 kanallı konektör ile bilgisayara aktarılmaktadır.

Bu girişlerinden alınan sinyallerin, donanıma zarar vermemesi için voltaj düşürücü bir devre

tasarlanmıştır. Koruyucu devre, Ohm kanununa dayalı basit bir voltaj bölücüdür (Şekil 3).

Devrenin X1 girişinden verilen 5V sinyal bölünerek X2 çıkışından azaltılmış voltaj halinde

bilgisayara girişi sağlanmıştır.

Şekil 3. Ohm Kanununa Dayalı Voltaj Bölücü Devre ile Sinyal Genliği Düşürme

Alıcı bender eleman, zemin numunesini kat eden kayma dalgasını titreşim olarak algılar, bu

titreşimin sebep olduğu deformasyon nedeniyle (piezoelektrik etki) analog gerilim üretir. Bu

gerilim milivolt düzeyinde olduğu için, sinyal işleme yazılımı tarafından algılanabilmesi için

yükseltilmesi gerekir. Düzenekteki ikinci yükselticisi bu amaçla gerekli olmuştur.

Düzenekte birden fazla devre kablolarla bağlanmış olduğundan ortamda önemli miktarda

elektromanyetik alan bulunmaktadır. Sinyallerin karışmaması ve gürültünün engellenmesi

152


için, bender elemanları devreye ve bilgisayara bağlayan hatlarda, koaksiyel kablo kullanılmış,

bağlantılar ise BNC konektörle sağlanmıştır. Bu yolla çevresel gürültülerin toplanarak

topraklama hattına aktarılması ve gürültünün azaltılması sağlanmıştır. Buna rağmen az

miktarda bir gürültü kalmış olmasına rağmen bu gürültü de yazılımsal olarak giderilmiştir.

Geliştirilen donanımın amacı, işlemciye ulaşan giriş ve çıkış sinyalleri arasındaki zaman

farkının bulunması olduğundan, donanım içindeki modüllerin ilave bir gecikmeye (delay) yol

açıp yol açmadığının belirlenmesi gerekmektedir. Bu amaçla, modüllerin giriş ve çıkışları

osiloskopa iki ayrı kanal olarak bağlanarak, giriş-çıkış sinyalleri incelenmiş ve bir gecikme

oluşmadığı görülmüştür. Ayrıca, analog dijital çeviricide oluşan ve sinyal kalitesini etkileyen

gürültüden dolayı analog sinyal analizinde kısıtlamalar oluşmaktadır. Buna ilave olarak

topraklanmamış kısa mesafe kablolar üzerinde elektromanyetik alandan oluşacak gürültü ve

harmonik bozulmalar, analog sinyal örneklenmesi sırasında oluşan diğer problemlerdir.

Donanıma has bu bozulmaların da yazılımsal olarak giderilmesi gerekmiştir.

Pahalı bender eleman sistemlerinde kullanılan piezoseramikler çoğunlukla geoteknikte

kullanılan frekans aralığının üzerinde frekans değerlerine sahip olduğundan yüksek

maliyetlidir. Bu piezoseramiklerin bir kısmı donatısız ve sadece seramikten imal edilmiş olup

kırılma riski yüksek, ömrü kısa malzemelerdir. Başlangıç yatırımı dışında zamanla

yenilenmeleri gerekebilir. 0-20 khz aralığında ses sistemleri için üretilen piezoseramikler ise

çok düşük maliyetli olmaları dışında bakır donatılı olduğundan ömürleri uzundur. Ancak

istenilen boyutta piezoseramik temin etmek mümkün olamadığından, hassas bir kesim

düzeneği geliştirilmiş ve boyutlandırma sağlanmıştır (Şekil 4A).

Doygun zeminlerde çapraz girişimin (crosstalk) önlenmesi amacıyla bender elemanlar üç

katman halinde kaplanmıştır. Sıvı akrilik kaplamadan oluşan birinci katman gerilimin dışarı

kaçağını önlemek amacıyla yapılmıştır. Bu katmanın üzerine gümüş iletken boya uygulanıp

topraklanarak Faraday kafesi oluşturulmuş (Şekil 4B), zeminden aktarılabilecek gerilim

kaçağının toprağa aktarılması ve seramiklere ulaşmaması sağlanmıştır. En üst katman ise hem

elektriksel izolasyon hem de iç katmanların sürtünme ile zarar görmesini önlemek amacıyla

uygulanan akrilik kalıptır. Çift komponentli olan akrilik malzeme, döküm sırasında likit olup

zamanla katılaşmaktadır. Bender elemanların içine gömüleceği platenler ise yine akrilik

döküm olarak üretilmiştir. Bu amaçla disk geometrili bir kalıp hazırlanmış, kalıbın ortasında

bender eleman montajı için yarık bırakılmış (Şekil 4C), çevresine akrilik döküm yapılarak

işlem tamamlanmıştır (Şekil 4D). Düzeneğin deneye hazır görüntüsü Şekil 5'te sunulmaktadır.

A B C D

Şekil 4. A) Hassas Kesim Düzeneği, B) Gümüş İletken Kaplama ile Oluşturulmuş Faraday

Kafesi, C) Platen İçin Kalıp, D) Kalıba Döküm Yapılması

153


A B C

Şekil 5. A) Elektronik Donanım, B) Bender Eleman, C) Tüm Set

Bilgisayara girişi yapılan analog sinyaller üzerinde analize olanak sağlayan çok sayıda sinyal

işleme yazılımı bulunmaktadır. Ses kayıtları üzerinde düzenlemeler yapmak için kullanılan

yazılımlar da esasında birer sinyal işleme yazılımlarıdır. Bunlar içinde Cool Edit Pro

(Syntrillium Software Corp., 2002) kullanılan programlar içinde en popüleridir (Son sürümü

Adobe firması tarafından satın alınıp Adobe Audition adını almıştır). Geniş frekans

aralığındaki sinyallerin karşılaştırılması, birleştirilmesi ve spektrum analizleri gibi güçlü

sinyal işleme yeteneklerine sahiptir. Öğrenmesi ve kullanması, osiloskop yazılımlarına göre

daha kolaydır. Sinyallerin genlik-zaman verileri grafik olarak görüntülenebildiği gibi kayıt

edilmesi de mümkündür. Bu kayıtlar üzerinde gürültü temizleme ve istenmeyen frekans

aralığındaki verilerin filtrelenmesi mümkündür (Şekil 6). Verilerin başka formatlarda (xls,

dat, txt) da saklanabilmesi de, başka yazılımlarla ilave işlemler yapılabilmesine olanak

sağlamaktadır.

Şekil 6. Yazılımsal Filtreleme İşlemi; Sinyali Bozan Çevresel Gürültü (Üstte), Gürültüden

Arındırılmış Sinyal (Altta)

154


Verici bender elemana gönderilecek fonksiyonun sinyal işleme programı tarafından da

üretilmesi mümkündür. Cool Edit Pro yazılımının içinde keyfi (arbitrary) fonksiyon üretme

modülü bulunmaktadır. Çalışmalar sırasında bu yol denenmesine rağmen, üretilen bu dijital

fonksiyonun analog sinyale çevrilmesi sırasında standard olmayan bir zaman gecikmesine

sebep olduğu anlaşılmış ve giriş-çıkış sinyali zaman farkının doğru olarak ölçülmesi mümkün

olamamıştır. Bunun yerine, yazılımsal olarak üretilmiş bir fonksiyon bir mikroişlemci üzerine

gömülmüş, verici bender elemana gönderildiği hattan paralel çıkışla analog dijital çeviriciye

ulaştırılmıştır. Bu amaçla Arduino geliştirme platformuna yüklenmek üzere , C++ dilinde kısa

bir kod yazılmıştır. Tahrik sinyali fonksiyonu olarak basamak (step) sinyal seçilmiştir.

Basamak sinyal tüm frekansları içerdiğinden, sinus fonksiyonunda olduğu gibi önceden bir

resonant frekans belirlenmesine gerek olmamaktadır. Tahrik keskin bir voltaj çıkışı ile

sağlandığından, alıcı bender elemandaki tepki de daha net çıkmaktadır (Lee ve Santamarina,

2005). Basamak sinyali için gerekli yazılımın kolay ve kısa olması da bu tercihi

güçlendirmiştir.

3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR

Geliştirilen düzeneğin performans testi için standart bir bender eleman sistemi kullanılarak

paralel deneyler yapılmıştır. Yapılan paralel deneylerde Controls marka 28-WF4057/B modeli

50mm çapında platen içine monte edilmiş bender elemanlar, SIGLENT SDS1102CNL modeli

2 kanallı donanımsal filtreli 100Mhz osiloskop ve UNI-T UTG9005C 5MHz fonksiyon

jeneratörü kullanılmıştır (Şekil 7).

Şekil 7. Paralel Testlerde Kullanılan Orijinal Deney Seti

Karşılaştırma deneyleri Antalya’dan temin edilen doğal numunelerde (Antalya kırmızı killeri

ve Boğaçay gri killeri) gerçekleştirilmiştir. Bu aşamada amaç sadece düzeneklerin

karşılaştırılması olduğundan, numunelerin geoteknik özellikleri detayına girilmemiştir. İleriki

dönemde, farklı zemin sınıflarından numuneler üzerinde daha kapsamlı deneysel çalışmalar

gerçekleştirilecektir.

155


Orijinal düzenekte kullanılan osiloskopta filtreleme özelliği olduğundan iki sinyal arasındaki

zaman farkının ölçüldüğü ekran görüntüsünün kaydı alınmıştır. Geliştirilen düzenek ve PC

yazılımı ile yapılan deneylerde ise ham kayıtlar alındıktan sonra gürültü (noise) filtreleme

işlemi yazılımsal olarak gerçekleştirilmiş.

Tahrik sinyali olarak basamak sinyal kullanıldığında, geri dönüş zaman farkı için geri dönüş

sinyali üzerinde hangi bölgenin kullanılacağı konusunda farklı yaklaşımlar vardır. İlk

sapmanın geri dönüş ibaresi olmadığı ve bu sapmanın yakın alan etkisinden (near field effect)

kaynaklandığı kabul edilmektedir. Kayma dalgası geri dönüş zamanı ise ilk çukur ile ilk sıfır

kesişimi arasında olduğu ifade edilmektedir (Şekil 8'de B-C arası). Osiloskop ölçümlerinde 2

ayrı ölçme seçeneği olduğundan (imleç ve tetikleme) hem B hem de C noktası baz alınarak

zaman farkı ölçümü yapılmıştır. Yeni düzenek ve yazılımsal ölçümde ise C noktası için

zaman farkı ölçülmüştür.

Şekil 8. S Dalgası Geri Dönüş Zamanı İçin Konumlar

Aynı numune üzerinde hem geliştirilen düzenekle, hem de orijinal düzenekle yapılan

deneylere ait sonuçlar Şekil 8’de sunulmaktadır. Şekilden de görüldüğü üzere sinyaller

arasındaki zaman farkı ölçümleri birbirine çok yakın sonuçlar vermiştir. Kırmızı kil için iki

orjinal düzenekte C noktası zaman farkı 450s iken yeni düzenekte 447 s olarak

bulunmuştur. Gri kil için ise değerler; 180 s ve 188 s dir. Bu farkların kayma dalgası

hızlarına yansıması ise kırmızı kil için 1,2 m/s, gri kil için ise 16 m/s dir. Bu düşük zaman

farkları aynı cihaz ve aynı numune üzerinde yapılacak tekrarlı deneylerde karşılaşılabilecek

düzeyde olup, numune-sensör temas farklılıklarından kaynaklanmış olabileceği

düşünülmektedir. Ayrıca kullanılan kablo ve bağlantı elemanlarının da elektromanyetik alan

girişimi yaratabileceği göz önüne alındığında, bir miktar fark oluşabileceği kabul edilebilir.

Çalışmanın devamında bu hususlar ayrıntılı bir şekilde çalışılacaktır.

156


Orjinal düzenek Geliştirilen düzenek K

ırm

ızı

kil

Gri

kil

Şekil 8. Kırmızı Kil ve Gri Kil Numune Üzerinde Yapılan Karşılaştırma Deneyleri

4. SONUÇLAR

Bender eleman deneyleri işitilebilir frekans aralığında yürütülmektedir. Buna rağmen

genellikle daha geniş bant aralığında donanımlar kullanılmakta ve yüksek maliyetler ortaya

çıkmaktadır. Bu çalışmada, bender eleman sinyallerini algılayacak ve işleyecek düşük

maliyetli bir deney düzeneği tasarlanmıştır. Veri toplama amacıyla bir donanım geliştirilmiş,

sinyallerin işlenmesi amacıyla da Cool Edit Pro yazılımı kullanılmıştır.

Geliştirilen düzeneğin performans testi ve doğrulaması için standart bir bender eleman sistemi

kullanılmıştır. Killi numuneler üzerinde hem geliştirilen düzenekle hem de orijinal düzenekle

yapılan deneyler sonucunda sinyaller arasındaki zaman farkı ölçümlerinin birbirine yakın

olduğu görülmüştür. Düşük zaman farklarının, numune-sensör temas farklılıklarından veya

kullanılan kablo ve bağlantı elemanlarının manyetik alan girişiminden kaynaklanmış

olabileceği düşünülmektedir. Çalışmanın devamında bu hususlar farklı zemin sınıfından

numuneler üzerinde detaylı bir şekilde araştırılacaktır.

Geliştirilen düzeneğin pratik, küçük hacimli ve kullanımı kolay olmasının yanı sıra en büyük

avantajı düşük maliyeti olmuştur. Kurulumu yazar tarafından yapılan düzeneğin maliyeti 50 $

ile sınırlı kalmıştır. Elektronik uzmanlığı gerektirmeden, her mühendisin sahip olduğu temel

fizik bilgileri ve temel bilgisayar yeteneği ile oluşturulabilecek bir düzenek olması, özellikle

sınırlı bütçeli projelerde geoteknik mühendislerine alternatif bir çözüm olanağı sağlayacaktır.

157


KAYNAKLAR

[1] Holtz, R. D., Kovacs, W. D. and Sheahan, T. C. (2011), "An Introduction to Geotechnical

Engineering", 2nd edition. Pearson, New Jersey

[2] Scholey, G. K., Frost, J. D., Lo Presti, D. C. F. and Jamiolkowski, M. (1995), "A review

of instrumentation for measuring small strains during triaxial testing of soil

specimens”, Geotechnical Testing Journal, Vol 18, 137-156.

[3] Shirley, D. J., (1978), “An improved shear wave transducer”, Journal of Acoustic Society

of American, Vol 63(5), 1643-1645.

[4] Dyvik, R. and Madshus, C. (1985), "Laboratory measurement of Gmax using bender

elements”, The ASCE Annual Convention, pp. 186-196, Detroit, 1985.

[5] Brignoli, E. G. M., Gotti, M. and Stokoe, K. H. (1996), "Measurement of shear waves in

laboratory specimens by means of piezoelectric transducers", Geotechnical Testing

Journal, Vol 19, 384-397.

[6] Kumar, J., and Madhusudhan, B. N. (2010), "A note on the measurement of travel times

using bender and extender elements", Soil dynamics and Earthquake Engineering,

Vol 30, 630-634.

[7] Lee, J.-S. and Santamarina, J.C. (2005), "Bender element, performance and signal

interpretation", J. Geotech. Geoenviron. Eng., Vol 131(9), 1063-1070.

[8] Leong, E.C., Yeo, S.H., and Rahardjo, H. (2005), “Measuring shear wave velocity using

bender elements”, Geotechnical Testing Journal, ASTM, Vol 28(5), 1-11.

[9] Lings, M. L., and Greening, P. D. (2001), “A novel bender/extender element for soil

testing”, Geotechnique, Vol 51(8), 713-717.

[10] Marjanovic, J., and Germaine, J. T. (2013), "Experimental study investigating the effects

of setup conditions on bender element velocity results", Geotechnical Testing

Journal, Vol 36(2), 187-197.

[11] Viggiani, G., and Atkinson, J.H. (1995), “The interpretation of the bender element tests”,

Geotechnique, Vol 45(1), 149-155.

[12] Syntrillium Software Corp. (2002), "Cool Edit Pro V.2 User’s Manual". Syntrillium

Software Corp., San Jose, CA.

158


dÜŞÜk malİyetlİ bİr bender eleman dÜzeneĞİ …the oscilloscope and the signal generator are...

Documents