FMCD radar kullanarak demir donatılarda pas seviyesi tahmini
Estimation of the level of corrosion in reinforced steel by using FMCW radar
Yazar: GÜLLÜHAN IRMAK
Danışman: PROF. DR. SELÇUK HELHEL ; DOÇ. DR. İBRAHİM BAHADIR BAŞYİĞİT
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Türkiye gibi jeolojik olarak genç oluşumlu ve diri fay hatları üzerinde bulunan 
ülkelerde deprem çok büyük bir doğal tehdittir. Ülkemizde en son yaşanılan 6 Şubat 
2023 depremlerinin elim sonuçları da bu tehditin ne denli önemsenmesi ve ivedilikle 
depreme yönelik adımlar atılması gerektiğini bir kez daha göstermiştir. Günümüzdeki 
çalışmalarla ve teknolojiyle depremin ne zaman olacağı, hangi şiddette ve yıkıcılıkta 
gerçekleşeceği önceden tahmin edilememekte veya bilinememektedir. Ancak önceden 
depremin yıkıcı etkisini azaltmak can ve mal kayıplarını en aza indirebilmek için 
yapılacak veya mevcut binaların risk analizlerin gerçekleştirmek mümkündür. Bu açıdan 
bakıldığında yapı stoklarının dayanıklılık ve risk kontrollerinin gerçekleştirilmesi 
depremlerden önce uygulanması gereken zaruri bir işlemdir. Sayıları milyonları bulan 
ve deprem yönetmeliklerine uymayan, yönetmeliklere uysa bile korozyon seviyesindeki 
değişimin belli periyotlarla sürekli kontrol edilmesi gereken bu yapıların testlerinin kısa 
sürede, az maliyetli ve insan  gücüne en az ihtiyaç duyulacak şekilde gerçekleştirilmesi 
için bu çalışmada FMSD radar ile demir donatılardaki korozyon seviyesinin tahmini 
önerilmiştir. Halihazırda en çok kullanılan yöntem tahribatlı bir yöntem olan karot alma 
tekniğidir. Bu teknik, analiz süreçlerinin uzunluğu, kolonlara hasar vermesi ve insana 
olan ihtiyacı fazla olması nedeniyle alternatif arayışlara itmektedir. Önerilen çalışma bu 
dezavantajları gidermek açısından oldukça tercih edilebilir bir tahribatsız muayene 
yöntemidir. Gerçekleştirilen tez çalışmasında silindirik beton bir kalıp içerisinde 
bulunan demir üzerinde meydana gelen korozyon varlığının, FMSD radar ile gerçek 
ölçümler alınarak tespiti amaçlanmıştır. Bu amaçla MATLAB daraltılmış senaryo ile faz 
farkı değişimi gözlemlenmiş ve ardından  benzetim ortamında sonuçlar elde edilmiştir. 
Gerçek hayatta da betonlu silindirik kalıp içindeki demirler üzerinden 2.3-2.6 GHz 
arasında FMSD radar taramaları alınarak veriler değerlendirilmiştir. Elektromanyetik 
dalga malzeme içinde hareket ederken ortamların fiziksel ve kimyasal özellikleri 
ilerleyen dalganın genliğini fazını etkiler. Dalganın katmanlar arasında ilerleyişinden bu 
bilgilere bakılarak çıkarımlar yapılır. Beklenilen sonuçlara göre betonun içindeki 
demirde bulunan korozyon seviyesinin artışı beraberinde faz değişimine sebep olacaktır. 
Elde edilen benzetim sonuçlarına göre 0 mm kalınlığında korozyon seviyesinde yani 
korozyonsuz durum ile 1 mm korozyon varlığında 2.45 GHz seviyesinde 6° faz farkı 
oluşmuştur. Daraltılmış MATLAB senaryosuna göre 2.43 GHz seviyelerinde 1 mm 
korozyonlu levhada oluşan faz derecesi ile korozyonsuz levha arasında yaklaşık 8° faz 
farkı gözlemlenmiştir. Gerçek demir üzerinden alınan FMSD ölçümlerine göre ise temiz 
demir ile korozyonlu demir arasında 28° faz farkı oluşmuştur. Ardından demirler, 
silindirik beton kalıp içerisine yerleştirilip FMSD taraması yapıldığında temiz demir ile 
korozyonlu demir arasında korozyon tespiti sağlanmıştır 2.4 GHz seviyelerinde yaklaşık 
5° faz farkı oluşmuştur, ancak orta seviye korozyona ait demir için anlamlı bir sonuç 
elde edilememiştir. Sonuç olarak FMSD radar ile korozyon varlığı kesin olarak 
belirlenmiş ancak korozyon derecelendirmesi için elde edilen matematiksel modellerin 
güvenirliğinin artırılması gerekmektedir.

Abstract:
In countries like Turkey, which are geologically young and located on active 
fault lines, earthquakes are a major natural threat. The tragic results of the most recent 
earthquake in our country on February 6, 2023 have once again shown how much this 
threat should be considered and how urgent steps should be taken against earthquakes. 
With today's studies and technology, it is not possible to predict or know when an 
earthquake will occur, how severe and destructive it will be. However, it is possible to 
perform risk analyses of existing buildings or to reduce the destructive effects of 
earthquakes in advance and to minimize loss of life and property. From this perspective, 
it is essential to perform durability and risk checks of building stocks before 
earthquakes. In order to perform the tests of these structures, which number in the 
millions and do not comply with earthquake regulations, and which must be constantly 
checked for changes in corrosion levels at certain intervals even if they comply with 
regulations, in a short time, at low cost and with minimal need for manpower, the 
estimation of corrosion levels in iron reinforcements with FMCW radar is proposed in 
this study.The most commonly used method is currently the coring technique, which is 
a destructive method. This technique pushes for alternative searches due to the length of 
analysis processes, damage to columns and high human demand. The proposed study is 
a highly preferable non-destructive testing method in terms of eliminating these 
disadvantages. In the thesis study, it was aimed to determine the presence of corrosion 
on the iron in a cylindrical concrete mold by taking real measurements with FMCW 
radar. For this purpose, the phase difference change was observed with the MATLAB 
narrowed scenario and then the results were obtained in the simulation environment. In 
real life, FMCW radar scans were taken between 2.3-2.6 GHz from the irons in the 
concrete cylindrical mold and the data were evaluated. While the electromagnetic wave 
moves in the material, the physical and chemical properties of the environments affect 
the amplitude and phase of the advancing wave. Inferences are made by looking at this 
information from the wave's progress between layers. According to the expected results, 
the increase in the corrosion level in the iron in the concrete will cause a phase change. 
According to the simulation results obtained, a phase difference of 6 degrees occurred at 
2.45 GHz level in the presence of 1 mm corrosion with a corrosion level of 0 mm 
thickness, i.e. without corrosion. According to the narrowed MATLAB scenario, a 
phase difference  approximately 8 degrees, was observed between the phase degree 
formed in the 1 mm corroded plate at 2.43 GHz levels and the corroded plate. 
According to the FMCW measurements taken on real iron, a phase difference of 28 
degrees occurred between clean iron and corroded iron. Then, when the irons were 
placed in a cylindrical concrete mold and FMCW scanning was performed, corrosion 
detection was achieved between clean iron and corroded iron a phase difference of 
approximately 5° occurred at 2.4 GHz levels, but no significant result was obtained for 
iron with medium level corrosion. As a result, the presence of corrosion was determined 
accurately with FMCW radar, but the reliability of the mathematical models obtained 
for corrosion grading needs to be increased.