Betonarme yapılarda korozyon tespiti için tahribatsız muayene sistem tasarımı
Non-destructive testing system design for corrosion detection in reinforced concrete structures
Yazar: MELİKHAN EREN
Danışman: PROF. DR. SELÇUK HELHEL
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Yapı sektöründe, yapıların kalan yaşam ömürlerinin ve dayanıklılıklarının tespit edilmesi sadece deprem koşulları altında değil normal koşullar altında da önemli bir konudur. Ülkemiz çok sayıda aktif fay hattının üzerinde bulunmaktadır ve bu fay hatlarının üzerinde güncel deprem yönetmeliğinden çok önce, risk değerlendirmesi yapılmamış ve 2018 tarihli son deprem yönetmenliğine göre "güvensiz" olarak tahmin edilen yüzbinlerce yapı stoku bulunmaktadır. Bu kadar çok sayıda yapının hızlı ve ekonomik şekilde risk durumunun tespiti oldukça önemlidir. Bu açıdan bakıldığında, yapıların deprem performans analizinde özellikle de betonarme yapılardaki donatı sayısı ve korozyonunun tespitinde sıyırma gibi tahribatlı yöntem yerine tahribatsız yöntemlerin kullanılması zaman ve ekonomik bakımdan ciddi avantaj sağlayacaktır. 
İlgili çalışma alanıyla ilgili literatür incelendiğinde, bina donatılarında gerekli tespit ve kontrolün yapılabilmesi adına kullanımda olan tahribatlı ve tahribatsız yöntemlerin; yüksek maliyet, uzun süren zaman kayıpları, yüksek hata payı gibi sorunları olduğu anlaşılmaktadır. Bu nedenlerden dolayı kabul edilebilir hata payı ile çalışan, hızlı sonuç üreten ve daha ekonomik bir alternatif çözüme ihtiyaç vardır. Yapı denetimlerinde kullanılacak karar destek mekanizmalarının parçası olması planlanan tahribatsız muayene cihazı; kendi içinde olgun bir teknoloji olan ve korozyon ölçümünde özgünlük sunan frekans modüleli sürekli dalga (FMSD) yöntemi kullanımına dayanan bir yere nüfuz eden radar (YNR) sistemidir. 
Bu doğrultuda, prototip bir FMSD Radarı tasarlanarak, yazılım bileşenleri ile hayata geçirilmiştir. Benzetim ortamı üzerinde farklı senaryolarda benzetimler gerçekleştirilmiştir. Ardından, cihazın korozyon tespit kabiliyetini doğrulamak için hem korozyona uğramış hem de temiz durumdaki silindirik metal malzemeler kullanılarak ölçümler alınmıştır. İlgili çalışma prototip bir FMSD Radar sisteminin hayata geçirilmesini içerdiğinden cihaz ile alınan ölçümler ön çalışma niteliği taşıyan ilk ölçümlerdir. FMSD Radarından elde edilen veri setleri sayısal işaret işleme tekniklerinin kullanıldığı algoritmalar ile incelenmiştir. İncelemeler sonucunda, yüksek seviyede korozyona uğramış hedeften ve temiz durumdaki hedeften alınan ölçümlerde maksimum genlik noktaları arasında 0.24 V ve çalışma bölgesi olarak nitelendirilen bölgede ise 0.309 V değerinde gerilim kayıpları gözlemlenmiştir. Maksimum genlik noktaları arasında frekans kayması ise 117 MHz olarak hesaplanmıştır. Cevap işaretlerinin faz kayması açısından incelenmesi sonucunda +21 ile -31 derece arasında toplam 52 derecelik bir faz farkı olduğu görülmüştür. Gerçekleştirilen tarama ölçümleri ile tarama alanında bulunan demir malzemenin yerinin tespit edilebildiği, yüksek seviyede korozyona uğramış demir ve temiz durumdaki demir malzemenin ölçüm sonuçları arasında yoğunluk farkı olduğu tespit edilmiştir. Yapılan incelemeler, hedef nesnelerin cevap işaretlerinde korozyona bağlı olarak genlik bozulması, yoğunluk farkı, frekans kayması ve faz kaymasının varlığını ortaya koymuştur

Abstract:
Assessing the residual life and durability of structures in the construction industry is a major concern, not only in dangerous earthquake situations but also under normal conditions. Our country is located on many active fault lines and hundreds of thousands of building stocks on these fault lines were not risk-assessed long before the current earthquake regulations and are estimated to be "unsafe" according to the latest earthquake regulations of 2018. It is very important to determine the risk status of such a large number of buildings quickly and economically. From this perspective, the use of nondestructive methods instead of destructive methods such as stripping in the earthquake performance analysis of structures, especially in the determination of reinforcement number and corrosion in reinforced concrete structures, will provide significant advantages in terms of time and economy. 
When the literature on the related field of study is examined, it is understood that the destructive and non-destructive methods in use for the necessary detection and control of building reinforcements have problems such as high cost, long time losses, and high margin of error. For these reasons, there is a need for an alternative solution that works with an acceptable margin of error, produces fast results, and is more economical. The non-destructive testing device planned to be part of the decision support mechanisms to be used in building inspections is a ground penetrating radar (GPR) system based on the use of frequency modulated continuous wave (FMCW) method, which is a mature technology and offers uniqueness in corrosion measurement. 
In this direction, a prototype FMCW Radar has been designed and implemented with software components. Simulations were carried out in different scenarios on the simulation environment. Then, measurements were taken using both corroded and clean cylindrical metal materials to verify the corrosion detection capability of the device. Since this study involves the realisation of a prototype FMCW Radar system, the measurements taken with the device are preliminary measurements. The data sets obtained from the FMCW Radar were analysed with algorithms using digital signal processing techniques. As a result of the analyses, voltage losses of 0.24 V between the maximum amplitude points and 0.309 V in the working region were observed in the measurements taken from the highly corroded target and the clean target. The frequency shift between the maximum amplitude points was calculated as 117 MHz. As a result of the examination of the response signals in terms of phase shift, it was observed that there was a total phase difference of 52 degrees between +21 and -31 degrees. The scanning measurements showed that the location of the iron material in the scanning area could be determined, and that there was an intensity difference between the measurement results of highly corroded iron and clean iron material. The analyses revealed the presence of amplitude distortion, intensity difference, frequency shift and phase shift in the response signals of the target objects due to corrosion.