Çapraz Kuyu Kazık Ultrason Deneyi (Ç-KUD)

Çapraz Kuyu Kazık Ultrason Deneyi (Ç-KUD),
(Crosshole Logging, CSL /
Crosshole Ultrasonic Monitor, CHUM)

Dahili tetkik usûllerinden  çapraz kuyu ultrason deneyi ile kazık bütünlük/süreklilik kontrolü yapılmaktadir.  Dahili tetkik yöntemi olması hasebiyle, kazık imalatı aşamasında deney boruları kazık donatı kafesine monte edilmesi gerekmektedir.  Yani deney yapılmasına kazık imalatından önce karar verilmiş olması gerekmektedir. ASTM D6760-16, (2016). “Standard Test Method for Integrity Testing of Concrete Deep Foundations by Ultrasonic Crosshole Testing” kapsamında ultrason verilerinin analizi için kullanılan terminoloji aşağıda verilmiştir (Şekil 1).

  • Anormallik/Gariplik (anomaly) :

kazık boyunca ultrason grafiğindeki düzensizlikler muhtemel noksanlığa (flaw)
karşılık gelmektedir.

  • Sapma (flaw) ;

planlanan kazık geometrisinden ve/veya malzeme özelliklerinden menfi veya müsbet her türlü sapma

  • Kusur (defect) ;

lokasyonu ve büyüklüğü açısından kazık kapasite ve malzeme durabilitesini menfi etkileyecek tarzda tespit edilen noksanlık (flaw) 

Şekil 1 : Çapraz kuyu ultrason deneyi için ASTM D6760-16, (2016) de bahsi geçen gariplik, sapma, kusur terminoloji ve ilişkisinin şematik görünüşü.

Deney boru sayısı ve terkibi Şekil 3.11 de şematik olarak gösterildiği gibi yapılmaktadır.  Ekseriyetle kazık çapının 25-30cm ye bölünmesiyle elde edilen miktarda tercihen çelik boru (veya plastik boru) olmak üzere kazık çevresine eşit aralıklarla donatı kafesinin içine tam boy olacak şekilde yerleştirilmesi tavsiye edilmektedir (ASTM 6760-16, 2016). Ancak istisnai durumlarda donatı kafesinin dışına da etrafında en az bir boru çapı beton kalacak şeklide pas payı düzenlemesi yapılarak yerleştirilebilmektedir.  Donatı kafesi birden fazla parçada kuyuya indirilmesi halinde, deney boruları da standard çelik borular ekseriyetle kaynaklı veya özel CSL deney boruları ise çabuk bağlantı adaptörleri kullnaılarak birleşimleri yapılır ve kuyuya indirilir (Şekil 3.4). 

Şekil 2 : Çapraz kuyu ultrason deneyi için kazık çapına bağlı boru miktarı ve terkibi (ASTM D6760-16, 2016).

Kazık betonlama sonrası deney boruları vakit geçirilmeden su ile doldurulmalıdır.  Beton prizi esnasında hidrotasyon sebebiyle yükselen sıcaklık esnasında soğuma sürecinin dengeli ve tedricen gerçekleşmesi ve boruların hava soğutma sistemi gibi çalışmaması için deney borularının su ile doldurulması gerekmektedir.  Betonun hızlı soğuması ve betonun büzülmesi (rötre) sebebiyle beton ile boru aderansında oluşabilecek noksanlık, maalesef deney sonuçlarını menfi etkilemektedir.

Şekil 3 : Çapraz kuyu ultrason deneyi, (Crosshole logging, CSL / Crosshole ultrasonic monitor, CHUM) şematik gösterimi ve normal ve kusurlu numune sinyal (Jalinoos, v.d., 2005‘den istifade edilerek düzenlenmiştir).

Şekil 4 : Çapraz kuyu ultrason deneyi, (Crosshole logging, CSL / Crosshole ultrasonic monitor, CHUM) uygulama görünüşleri 

Şekil 5 : CSL/CHUM Deney borusu yerleşimi, A) standard 2” çelik boru, B) Çabuk bağlantı adaptörlü özel ultrason deney borusu.


Ultrason sinyal alıcı ve verici deney borularından kazık ucuna kadar indirilmek suretiyle kazık tabanında seviyeleri eşitlenerek deney yapılmaya başlanmaktadır.  
A transmitter of ultrasonic pulses is lowered in one of pipes and a receiver - in another. Both transmitter and receiver are connected by cables to the CHUM (Cross Hole Ultrasonic Monitor) which records the first arrival time (FAT) and the energy attenuation as the probes are simultaneously raised to the top.
The actual speed of sound wave propagation in concrete is dependent on the concrete material properties, geometry of the element and wavelength of the sound waves. When ultrasonic frequencies (for example, >20 000 Hz) are generated, Pressure (P) waves and Shear (S) waves travel though the concrete. Because S waves are relatively slow, they are of no further interest in this method. In good quality concrete the P-wave speed would typically range between 3600 to 4400 m/s. Poor quality concrete containing defects (for example, soil inclusion, gravel, water, drilling mud, bentonite, voids, contaminated concrete, or excessive segregation of the constituent particles) has a comparatively lower P-wave speed. By measuring the transit time of an ultrasonic P-wave signal between an ultrasonic transmitter and receiver in two parallel waterfilled access ducts cast into the concrete during construction and spaced at a known distance apart, such anomalies may be detected. 
Two ultrasonic probes, one a transmitter and the other a receiver, are lowered and lifted usually in water-filled access ducts to test the full shaft length from top to bottom. The transmitter probe generates ultrasonic pulses at frequent and regular intervals during the probes’controlled travel rate. The probe depth and receiver probe’s output (timed relative to the transmitter probe’s ultrasonic pulse generation) are recorded for each pulse. The receiver’s output signals are sampled and saved as amplitude versus time for each sampled depth Figure 3. These signals can be then nested to produce a “waterfall” diagram (Figure 4). 
The data are further processed and presented to show the first arrival of the ultrasonic pulse and the relative energy of the signal to aid interpretation. The processed data are plotted versus depth as a graphical representation of the ultrasonic profile of the tested structure.
As long as the FAT and the energy attenuation are roughly constant, one may deduct that the concrete quality is also uniform and the pile is therefore acceptable. On the other hand, if at some level there is a noticeable increase in the FAT and/or in the energy attenuation, it means that the concrete at this level is inferior or defective Figure 4.  
If the  First Arrival Time (FAT) is delayed more than %20 and/or the Attenuation of the Signal Energy decreased more than 12dB/m, this “Anomaly” should be investigated more to understand if it is a “Defect” or not. 

 

Şekil 6 : First Arrival Time (FAT) Raw Data Along the Shaft 


The First Arrival (FAT) optionally picked automatically by a complicated anology (Figure 3).
Installing a larger number of pipes on the perimeter gives an almost complete coverage of the pile cross-section. Because of the character of the ultrasonic method, it can detect defects which may escape detection by other integrity testing methods. It is especially suitable for testing large-diameter piles and slurry-wall elements.  If a defect is found, the steel tubes might be pierced at the corresponding depth and the piles might be repaired by grouting.  The piles can be tested after the concrete has gained some strength, usually at an age of five/seven days or more after casting.

Şekil 7 : The test set-up and graph presentation for anomalie.

  

Şekil 8 : Cross Hole Tube Arrangement and the 6 Cross Sections.