Şekil 1. Serra Cazzola Viyadüğü
Giriş
SS, İtalya’daki ulusal devlet karayolları ağını ifade eder. İtalyan anonim şirketi Anas S.p.A., karayolu altyapısıyla ilgilenip; ulusal önem taşıyan bu devlet yolları ile ücretsiz otoyol ağının yönetimi ve bakımından sorumludur.
Devlet yolu SS640 üzerindeki Serra Cazzola viyadüğü, çift taşıt yolu tabliyesine sahip, çok açıklıklı ve sürekli bir sistem olarak tasarlanmıştır. Yapının toplam uzunluğu 980 m, orta açıklığı 120 m, genişliği 26,50 m ve azami yüksekliği 70 m’dir. Çelik-beton kompozit tabliye, beton döşemeyi taşıyan ve kompozit konsol enine kirişlerle birlikte çalışan iki adet çelik ana kirişten oluşmaktadır.
Essebi, 1992 yılından bu yana yapısal mühendislik hizmetleri alanında faaliyet gösterip; özellikle sivil yapılar ve mimari eserler için statik veya dinamik izleme sistemlerinin uygulanması konusunda uzmanlaşmıştır. Şirket ayrıca, ağırlıklı olarak tahribatsız muayene yöntemleri ve ölçüm enstrümantasyonu kullanarak donatılı ve öngerilmeli beton, çelik, kâgir (yığma) ve ahşap elemanlara yönelik genel tanılama faaliyetleri yürütmektedir.
Serra Cazzola Projesi
“Granüler çözüm” olarak adlandırılan yaklaşım giderek daha fazla benimseniyordu: klasik çözümde olduğu gibi çok sayıda analog dönüştürücünün çok kanallı veri toplama sistemlerine bağlanması yerine, tesis boyunca kendi üzerindeki elektronik birimlere sahip birçok ivmeölçer modülü ardışık (zincirleme) şekilde konumlandırılıyordu.
Viyadüğün Konumu
Vadiye doğru alçalan devlet yolu SS 640’ın eski bir kesimi baypas edilerek inşa edilen Serra Cazzola viyadüğü, İtalya’nın en yeni yüksek kotlu köprüsü olarak, 2014 yılında Sicilya’da Canicattì yakınlarında hizmete açılmıştır. Köprü, Porto Empedocle güzergâhı üzerindeki başlıca yapılardan birini oluşturarak Agrigento ile Caltanissetta arasındaki bağlantıyı sağlamaktadır.
Devlet yolu SS 640, yakın dönemde UNESCO tarafından küresel ölçekte önem taşıyan bir değer olarak tanınan ünlü arkeolojik alan Tapınaklar Vadisi’nden geçmektedir. Yol, Yazarlar Yolu adıyla; Luigi Pirandello, Leonardo Sciascia, Tomasi di Lampedusa ve Andrea Camilleri gibi Sicilyalı yazarların yaşadığı ve benimsediği mekânları, ayrıca romanlarında betimlenen yerleri izleyen güzergâha atfen yeniden adlandırılmıştır.
Şekil 2. Viyadük, SS 640 devlet karayolunun 19+272 ile 20+252 progresif kilometreleri arasında yer almaktadır.
Viyadük, belirgin bir orografik çöküntü içinde konumlanmış olup geçişi kolaylaştırmaktadır; bu nedenle, belirgin bir Venturi etkisi sonucu önemli düzeyde doğal rüzgârlılığa maruz kalmaktadır. Yaklaşık 1000 m’ye ulaşan uzunluğu ve vadi tabanından ölçülen azami yüksekliğinin—merkez kesimde 70 m’ye kadar çıkması—gerek taşıyıcı sistem çözümünde gerekse yapım tekniklerinde özel bir dikkat gerektirmiştir.
Özellikle ayakların (piyerlerin) kayda değer yüksekliği, büyük açıklıklı bir çözümün araştırılmasını ve iki trafik şeridini tek bir tabliye içinde barındıran tek tabliyeli bir düzenin benimsenmesini gerekli kılmış; böylece yapıya bütünlük ve hafiflik karakteri kazandırılması amaçlanmıştır.
Daha yüksek bir saydamlık elde edilmesi ve yapının çevresel bağlama daha iyi uyumlandırılması amacıyla, vadi tabanından olan yüksekliği izleyen şekilde açıklık uzunlukları 55 m’den 120 m’ye doğru artacak biçimde düzenlenmiştir. Uygulanan yapım tekniği, tekil açıklıkların boyutlarını belirleyici niteliktedir. Ayrıca mühendisler, viyadüğün içinde bulunduğu etkileyici doğal çevrede oluşabilecek müdahaleyi en aza indirmek üzere kazık–tabliye (temel–üst yapı) birleşimini ayrıntılı biçimde incelemişlerdir.
Viyadük yapıları
Temel taşıyıcı düzeni itibarıyla viyadük, yalnızca uçlarda ve mesnetlerde (abutmanlarda) kesintiye uğrayan sürekli kiriş tabliyeden oluşmakta; on bir ayak (piyer) üzerinde ise birden fazla hiperstatik (statikçe belirsiz) şema ile sınırlandırılmış bulunmaktadır. Yapı, kısmi uzunlukları sırasıyla 55 m, 70 m, 3×90 m, 120 m, 3×90 m, 2×70 m ve 55 m olan on iki açıklığa sahiptir; toplam uzunluk 980 m’dir.
Toplam tabliye genişliği 26,50 m olup; her biri 10,50 m genişliğinde iki taşıt yolundan oluşmaktadır. Bu taşıt yollarının her biri, 3,75 m genişliğinde iki şerit ile sırasıyla 1,75 m ve 1,25 m genişliğinde iki banketten oluşacak şekilde düzenlenmiştir. Ayrıca, yanlarda 1,50 m ve 2,50 m genişliklerinde iki kaldırım ile ortada merkez refüj (trafik adası) yer almaktadır.
Tabliye, çelik–beton kompozit kesitli olup, aralarında 12,50 m mesafe bulunan iki adet çift-T (I kesitli) çelik ana kirişten oluşmaktadır. Yaklaşık 4 m aralıklarla yerleştirilen, ekstra-doseli ve dışa doğru konsol yapan çift-T enine kirişler ile sistem tamamlanmaktadır. Bu elemanların üzerinde 25 cm kalınlığında donatılı beton döşeme bulunmaktadır. Çelik imalatın tamamı tam kaynaklı olarak gerçekleştirilmiş ve boyanmıştır.
Şekil 3. Yapısal yük taşıyıcı elemanların kesitleri ve geometrisi
Başlıca taşıyıcı elemanların kesitleri ve tabliye kesitinin boyuna doğrultudaki apsis boyunca nasıl değiştiği Şekil 3’te gösterilmektedir. Buna göre tabliye, değişken dayanım özelliklerine sahip parabolik segmentler oluşturacak şekilde kurgulanmış; azami eğilme momenti ise mesnetlerle çakışacak biçimde düzenlenmiştir.
Şekil 4. Döşeme iç yüzü — kemerin alt yüzleri — ve açıklık kirişlerinin parabolik profili.
İki boyuna kirişin yüksekliği, 55 m ve 70 m’lik dış açıklıklarda 2,90 m sabit tutulmuş; 90 m’lik açıklıklarda ve 120 m’lik orta (merkez) açıklıkta ise parabolik bir yasaya göre değişken olacak şekilde düzenlenmiştir. Orta açıklıkta kiriş yüksekliği, açıklık ortasında 3,00 m (L/40) değerinden mesnetlerde 5,50 m (L/22) değerine kadar değişmektedir.
Mevcut enine kirişlerin yükseklikleri, orta bölgede 1,60–1,79 m, konsol bölgede ise 0,40–1,60 m aralığında değişmektedir. Başlık plakası (flanş) stabilitesinin sağlanabilmesi amacıyla, ana açıklıklardaki enine kirişlerin mesnetler üzerinden yaklaşık 25 m’lik bölümünde, mevcut kesite kıyasla yükseklik yaklaşık 60 cm artırılmıştır.
Mesnet bölgelerinde enine kirişler ve dikmeler, rüzgâr veya deprem etkilerinden kaynaklanan yatay yükleri mesnetlere ve dolayısıyla alt yapılara aktarmaktadır. Ayak dikmeleri, boyuna doğrultudaki ısıl genleşme/çekme durumlarında dahi mesnet reaksiyonlarının tabliyeye doğru şekilde aktarılabilmesi için, çekirdeğe göre simetrik olarak düzenlenmiş ve merkezden merkeze aralığı 0,40 m olan 3+3 plakadan imal edilmiştir. Kirişler, gövdeye ve kiriş başlıklarına (flanşlarına) kaynaklanan T tipi payandalar aracılığıyla enine kirişler bölgesinde rijitleştirilmiştir.
Döşeme, döküm aşamalarında çatlak oluşumunun önlenmesi amacıyla; mesnetleri aşan döküme geçilmeden önce açıklık segmentlerinin imalatının esas alındığı, optimize edilmiş döküm sıralarına göre gerçekleştirilen döşeme panelleri üzerine yerleştirilmiştir. Döşemenin çelik imalata bağlantısı, “Nelson” tipi başlık çivileri (stud) ile sağlanmıştır.
Ayakların yükseklikleri 13 m ile 58 m arasında değişmektedir. Ayaklar; enine doğrultuda doğrusal biçimde değişen, boşluklu kesitli bir gövde ile tabliye mesnetlerini taşıyacak şekilde gerekli genişlemeyi sağlayabilen, değişken kesitli ve eğrisel geçişli ayak başlıklarından oluşmaktadır. Tabliye tipinin gerektirdiği önemli boyutlar nedeniyle, özellikle ayak başlıkları başta olmak üzere ayakların geometrisinin tanımlanmasına özellikle önem verilmiştir.
Şekil 5. İskeleler: perspektif görünümü ve kesitleri
Temeller, Ø1500 mm çapında 16–20–25 adet kazık üzerine oturan radye temeller şeklinde tasarlanmış olup kazık boyları 30–35–40 m aralığındadır.
Abutmanlar C kesitli olup sismik kısıtlayıcıların yerleştirildiği bölgelerdir. S1 mesnedinde (sabit mesnetlerin bulunduğu tarafta), mühendisler tarafından 4000 kN kapasiteli dört adet çift etkili elastik tutucu (retainer) konumlandırılmıştır. S2 mesnedinde (kayar mesnetlerin bulunduğu tarafta) ise 4000 kN kapasiteli dört adet çift etkili elastik eleman, şok vericileri (shock transmitters) ile birlikte kullanılmıştır. Bu düzenek, tabliyenin büzülme veya ısıl genleşme/çekme gibi “yavaş” deformasyonlarına izin verirken, deprem kaynaklı “hızlı” hareketlere izin vermemektedir.
Söz konusu tutucular, duvarın karşılıklı iki yüzüne yerleştirilen iki plakaya ankrajlanan çelik çubuklar aracılığıyla çakıl duvarına bağlanmıştır. Temeller, Ø1200 mm çapında 40 adet kazık üzerine oturan radye temellerden oluşmakta; kazık derinliği S1’de 20 m, S2’de 25 m olacak şekilde düzenlenmiştir.
Monitoring (İzleme Sistemi) İhtiyacının Oluşması
İtalya’daki altyapının önemli bir bölümü günümüzde yaşlanmış durumdadır; kökeni, İkinci Dünya Savaşı’nın hemen ardından gelişen ekonomik büyüme dönemine dayanmaktadır. Özellikle aşağıdaki nedenler son yıllarda birçok altyapı işletmecisini önleyici inceleme, kontrol ve izleme uygulamalarına yöneltmiştir:
- Bakım programlarının uygun olmayan biçimde uygulanması,
- Ülke genelinde neredeyse her yerde dikkate değer düzeyde sismisite ile karşı karşıya olunması
- Yakın dönemde, bazıları yıkıcı nitelikte olmak üzere birden fazla viyadükte meydana gelen arızalar/çökmeler
Devlet yollarının ulusal yöneticisi olan Anas S.p.A., çok daha geniş kapsamlı “Mille Ponti” (Bin Köprü) programının öncesinde harekete geçerek, birçok inşaat şirketiyle çerçeve sözleşmeler yürürlüğe koymuştur. Bu sözleşmelerin, bakım çalışmalarına ek olarak bir iyileştirme unsuru şeklinde; köprü izleme sistemlerinin kurulmasını, dinamik davranışın ve buna bağlı olarak yapının durumu ile korunmuşluk (muhafaza) düzeyinin değerlendirilmesini içermesi öngörülmüştür.
Bu kapsamda yürütülen projelerden biri, “Sicilya ve Sardinya bölgelerinde sanat yapılarının (köprü/viyadük vb.) yapısal izlenmesine yönelik enstrümantasyonun tedariki ve kurulumu için Çerçeve Anlaşma” olarak tanımlanmıştır. Bu çerçevede Serra Cazzola Viyadüğü, Agrigento ile Caltanissetta arasındaki SS 640 güzergâhının öne çıkan unsurlarından biri olarak konumlandırılmıştır.
Monitoring (İzleme Sisteminin) Kurulumu
İzleme sistemi, Anas S.p.A. adına, Essebi’nin gözetimi altında ICC tarafından Ekim 2023’ün başında kurulmuş; çalışmalar aralık ayının başına kadar sürmüştür.
Şekil 6. IOLITE 3xMEMS modüllerinin by-brige kurulumu.
Köprünün Agrigento yönüne bakan tarafında, korkuluk ile dış koruma bariyeri arasındaki kenar bölgeye panolar yerleştirilmiştir. Bu panolar, sistemin altı kolunu yönetmek üzere kullanılan altı adet bilgisayara karşılık gelmektedir. Her pano, altındaki köprü mesnetleriyle ardışık bir düzen içinde konumlandırılmış; ancak yalnızca tek numaralı mesnetler bu yerleşim kapsamında değerlendirilmiştir.
Tüm ivme ve sıcaklık algılayıcıları, bir by-bridge kullanılarak tabliyenin alt yüzüne (intrados) yerleştirilmiş ve böylece tüm açıklıkları kapsayacak şekilde uygulama yapılmıştır. By-bridge; köprü altı müdahaleleri için uygun, “negatif” kolu köprünün üzerinden aşarak üstten alta doğru uzanan özel bir tür sepetli platformdur.
By-bridge’in üstten işletilmesi, üstteki trafiğin kısmen kesintiye uğramasını zorunlu kılmış; çalışmalar süresince trafik, tek şerit üzerinden dönüşümlü olarak yönlendirilmiştir.
Şekil 7. Devreye alma işlemi sırasında sistemi kontrol edilmesi
Toplam 89 ivmeölçer modülünün 85 adedi kurulmuş; hizmet süresi boyunca gerekebilecek olası değişim müdahaleleri için 4 adet modül yedek olarak ayrılmıştır. Kurulan modüllerin büyük çoğunluğu (71 adet) dış etkenlere karşı düşük korumaya sahip IOLITE 3xMEMS tipindedir ve bu nedenle koruyucu metal kutu kullanımı gerektirmiştir. 10 adet modül su geçirmez (waterproof) tip IOLITE 3xMEMS olup, kalan 4 adet modül ise eski tip E-g-meter’dır; bunlar için de koruyucu kutu gereksinimi bulunmaktadır. Yedek olarak ayrılan 4 modülün tamamı, en yeni nesil su geçirmez tiptedir.
Koruyucu kutu kullanılanlar da dâhil olmak üzere tüm modüller, saplamalara sahip metal bekleme plakalarına (şablon niteliğinde konumlandırılmış plakalara) vidalanarak sabitlenmiştir. Söz konusu plakalar, daha önceden metal elemanlara özel bir tabanca ile çakılan çiviler aracılığıyla tutturulmuştur. Ayak başlarında düz şekilde monte edilen modüller için ise metal plaka, betona kimyasal ankrajlar ile sabitlenmiştir.
Tabliye üzerindeki ivmeölçer modüllerinin tamamı (viyadüğü oluşturan 12 açıklığın her biri için 6 adet) boyuna eksene göre simetrik olacak biçimde iki ana kiriş üzerinde, orta hat ve açıklığın 2/4–3/4 noktalarında yerleştirilmiştir. Modüller, dış tarafta, konsol braketin altında ve üstteki yaya geçiş platformuna yaklaşık 70 cm mesafede konumlandırılmıştır.
Ayaklara ait ivmeölçer modülleri ise her bir ayak için bir adet olacak şekilde, ayakların pulvinus adı verilen üst başlıklarının üst yüzeylerine düz olarak monte edilmiştir. Pulvinus; kesik piramit biçiminde, küçük tabanı kolon üzerine oturan ve daha geniş tabanı üst yapı elemanının oturma bölgesini taşıyan, yapısal ve mimari bir elemandır.
Ayrıca farklı açıklıklar boyunca 12 adet sıcaklık sensörü (Analog Devices mikroçip) konumlandırılmış; bu sensörlerden gelen veriler, her biri tesisin altı kilitlenen panosuna yerleştirilmiş iki ila altı adet MonoDAQ UX üzerinden (çiftler halinde) aktarılacak şekilde düzenlenmiştir. Mümkün olduğunca, sistem genelindeki tüm Ethernet ve PoE besleme kabloları, kemirgenlere karşı koruma sağlamak amacıyla anti-rodent koruge borular içinde muhafaza edilmiştir.
Şekil 8. Farklı tipte ivmeölçer modülleri.
Şekil 9. İç kısmının yandan görünümü ile bir yardımcı elektrik panosunun şeması.
Sistemin kritik zayıf noktası, yıldırım kaynaklı olaylara açık olmasıdır. Konum, yapı çevresinin özellikleri ve taşıyıcı sistemin türü, bu açıdan kuşkusuz olumsuz bir etki yaratmaktadır. Riski azaltmaya yönelik uygulanabilen tek önlem, altı elektrik panosunun içine aşırı gerilim koruyucuları ve röleler yerleştirilmesi olmuştur. Tabliyedeki farklı noktalara düşen yıldırımın, ayaklar üzerinden zemine iletilmesi, önlenmesi ve kontrol edilmesi güç hattında pratikte mümkün olmayan etkilere yol açabilmektedir.
İzleme sistemini oluşturan altı yerel kolun her biri için, ortalama 14 ivmeölçer modülü (yalnızca bir kolda 15 modül bulunmaktadır), referans PC’den başlayan bir LAN kablosu üzerinde Ethernet ağı üzerinden, giriş–çıkış (in-out) düzeninde zincirleme (kaskad) olarak bağlanmıştır. Pano içerisindeki PoE (Power over Ethernet) birimine ek olarak, yedinci modülü takip eden modülden hemen sonra ikinci bir PoE birimi daha konumlandırılmıştır.
Cihaz Kurulumu ve Konfigürasyonu
İvme ölçümleri için, yukarıda ayrıntıları verilen ve son üç yıl içerisinde kullanılan farklı konfigürasyonlara sahip IOLITE 3xMEMS ivmeölçer modüllerinden yararlanılmıştır. Faaliyetlerin devam etmesi nedeniyle, ilk partide tedarik edilen Dewesoft başka küçük uygulamalar için kısmen kullanılmış (yeniden tahsis edilmiş) ve bunun sonucunda, güncel teknik seviyeye uygun cihazlarla ikame/yenileme yapılmıştır.
Temel konfigürasyonu itibarıyla IOLITE 3xMEMS, üç eksende etkin duyarga elemanına sahip bir ivmeölçer modülüdür. Modül, spektral bir gürültüden etkilenmekte olup, en olumsuz durumda—konumuna bağlı olarak z ekseni açısından—bu değer 25 µg/Hz’yi aşmamaktadır.
IOLITE 3xMEMS bir “modül” olarak adlandırılmaktadır; çünkü sinyali yükseltmek, sayısallaştırmak ve senkronize etmek için gerekli tüm elektroniği, aynı zamanda ölçüme duyarlı elemanı bünyesinde barındırmaktadır. Başka bir ifadeyle, Ethernet tipinde bir LAN ağı üzerinden sayısallaştırılmış ve senkron bir sinyal iletebilen, şartlandırılmış bir ölçüm enstrümanıdır.
Her bir alt kurulum için iki adet sıcaklık dönüştürücüsü öngörülmüştür. Bu dönüştürücüler, Analog Devices üretimi dijital tümleşik devre çiplerinden (doğruluk/hassasiyet değeri 0,5°C olan AD592CNZ) oluşmaktadır. Bu ölçüm, yılın farklı dönemlerinde gerçekleştirilen dinamik karakterizasyonlardan elde edilen sonuçların standartlaştırılması açısından temel önemdedir. Dönüştürücüler belirlenmiş noktalara yerleştirilmiş ve analog kablolama ile altı elektrik panosu içerisindeki MonoDAQ UX veri toplama sistemlerine bağlanmıştır.
Şekil 10. İzleme tesisinin altı bileşen kolunun her birinin işlevsel diyagramı.
Tüm Donanım ve Yazılım Listesi
- 85 adet Dewesoft IOLITE 3xMEMS – üç eksenli MEMS ivmeölçerler
- 6 adet MonoDAQ U-X modülü – çok işlevli USB veri toplama (DAQ) cihazları
- 12 adet sıcaklık sensörü
- 6 adet bilgisayar
- Simcenter Testlab – Operasyonel Modal Analiz (OMA) için yazılım eklentisi (add-in)
Sistem Mimarisi
İzleme sistemi, aşağıdaki şekilde dağıtılmış 85 adet üç eksenli ivmeölçer içermektedir:
- Giriş yer hareketini ve PGA’yı (tepe yer ivmesi) ölçmek üzere zemine iki ivmeölçer yerleştirilmiştir.
- Her bir ayak/kazığın üst kısmında, merkezî konumda on bir sensör konumlandırılmıştır.
- Kompozit tabliyenin iki çelik ana kirişinin gövdesi üzerinde 72 adet (12×6) ivmeölçer bulunmaktadır; her bir açıklık için sırasıyla açıklık ortasında ve çeyrek açıklık noktalarında toplam altı sensör yerleştirildiği belirtilmektedir.
Şekil 11, 2 no’lu alt sistemi göstermekte; referans yönü Agrigento istikametinden tanımlanmakta ve 3 numaralı ayağa karşılık gelen kontrol panosu esas alınmaktadır.
Şekil 11. 3 numaralı iskelede kontrol paneli bulunan 2 numaralı alt sistem.
İvmeölçer modülleri arasındaki mesafeler, tutarlı biçimde 40 m’nin altında tutulmuştur. Bu nedenle modüller, sinyali güçlendirmek amacıyla ilave donanım bileşenlerine ihtiyaç duymamaktadır.
Altı alt sistemi kontrol eden altı adet PC, senkron çalışmayı sağlayacak şekilde bir ağ kablosu ile birbirine bağlanmıştır. 3 numaralı PC, Anas terminolojisine göre UCL olarak adlandırılan “ana” (master) birim olarak yapılandırılmıştır; bu nedenle Intel Core i5 işlemciye sahiptir. Kalan beş PC ise “ikincil” (slave) rolde çalışmakta olup, daha düşük kapasiteli Intel Celeron J900 işlemci ile donatılmıştır.
Şekil 12. Sistemin altı şubesini yöneten bilgisayarların birbirine bağlanması.
Sistem, hâlihazırda her bir alt sistem için uzaktan bağlantıya imkân veren SIM kartlı yönlendiriciler (router) aracılığıyla yönetilmektedir; örneğin AnyDesk veya TeamViewer üzerinden uzaktan erişim sağlanabilmektedir. Bununla birlikte, ana PC (UCL) zaten ilave bir PC’ye (Edge) kablolu olarak bağlıdır ve yürüttüğü çok sayıdaki süreç nedeniyle çok daha kapsamlı işlevler yerine getirmektedir. İlerleyen aşamada, İşletmeci (Anas) ile kurulacak iletişimde tek arayüz olarak görev yapması ve aynı zamanda uzaktan erişim terminali olarak kullanılması öngörülmektedir.
Senkronizasyon
İzleme sisteminin amacı modal analizlerin yürütülmesi olduğunda, ivme ölçümlerinin etkin biçimde senkron alınması zorunludur; çünkü elde edilecek mod şekillerinin yeterli doğruluk ve açıklıkta belirlenmesi gerekmektedir.
Tekil kollar (branşlar) açısından, IOLITE mimarisine özgü ve seri bağlanmış MEMS tipi ivmeölçerlerde kullanılan EtherCAT protokolü, birkaç mikrosaniye mertebesinde senkronizasyon sağlamaktadır. Ancak bu “yerel” senkronizasyon yeterli değildir; zira viyadük, uçlarda yalnızca iki derz bulunan ve boyuna doğrultunun tamamında süreklilik gösteren sürekli kiriş düzenine sahiptir. Dolayısıyla yapının bütüncül davranışının değerlendirilmesi temel önemdedir.
Altı alt sistemi oluşturan altı kol arasındaki senkronizasyonun göz ardı edilmesi mümkün değildir; söz konusu senkronizasyon, incelenen frekans aralığıyla uyumlu olacak şekilde mümkün olan en iyi düzeyde sağlanmalıdır. Bu “küresel” senkronizasyon, Ağ Zaman Protokolü (NTP- Network Time Protocol) esas alınarak kurgulanmıştır. NTP’nin sağladığı iyileşmenin, özellikle Windows Server 16 ve Windows 10 sürümlerinden itibaren belirgin ölçüde arttığı belirtilmektedir.
Makûl işletim koşulları altında sistem, milisaniye mertebesinde daha iyi bir doğruluğa ulaşmakta; bu düzey, incelenen yapının tipik frekansları açısından fazlasıyla yeterli görülmektedir. Nitekim, 3 Hz’in üzerindeki değerlerde bu doğruluk düzeyinin yapısal davranış açısından sınırlı bir önem taşıdığı ifade edilmektedir.
Bir diğer yaklaşımla, senkronizasyon için 5 ms değeri esas alınmıştır. İncelenen olguya ilişkin en yüksek frekanslarda faz açısı bakımından oluşabilecek azami hatanın 5,4°’yi aşmayacağı kabul edilmekte; bu değer, yeterli ve kabul edilebilir bir düzey olarak değerlendirilmektedir.
Şekil 15. GPS ECAT Junction senkronizasyon kontrolü
Yukarıda açıklananlara ek olarak, veri toplama işlemleri; altı yerel ağın her birinde, ilk PoE birimi ile ilk ivmeölçer modülü arasına GPS senkronizasyonu sağlayan bir EtherCAT Junction modülünün yerleştirilmesiyle gerçekleştirilmektedir. Bu düzenleme sayesinde, sistemin küresel düzeydeki senkronizasyonu için NTP kullanımından kaçınılmış ve daha hassas ve daha katı bir yaklaşıma başvurulmuştur. Bununla birlikte, mevcut sonuçların operasyonel bazı eksikliklerin etkisi altında daha da yüksek doğrulukta olması beklenmekte; şu aşamada istenen kesinlik düzeyine tam olarak ulaşmadığı ifade edilmektedir.
Deneysel Modal Analiz
Öncelikle, ölçüm zincirini oluşturan tüm dönüştürücülerin doğru bağlanıp bağlanmadığı ile yazılımın işlevselliğini doğrulamak amacıyla, DewesoftX ortamında mevcut tüm araçlardan yararlanılarak uzun süreli bir devreye alma faaliyeti yürütülmüştür. Bu doğrulama, araç geçişleriyle oluşan çeşitli dalga dizilerinin basitçe kontrol edilmesi ve elde edilen frekansların tutarlılığının incelenmesi yoluyla gerçekleştirilmiştir.
Her ne kadar elimizde herhangi bir teorik veri bulunmasa da—üstelik bu yüzyılda inşa edilmiş olmasına rağmen, viyadüğün tasarımcısının neden herhangi bir teorik dinamik değerlendirmeye sahip olmadığının anlaşılamadığı ayrıca belirtilmektedir—doğal bir karşılaştırma zemini oluşturmak amacıyla, uygulanan izleme sisteminin bütüncül işlevselliğinin doğrulanmasında tercih edilen yöntem olarak deneysel dinamik analiz benimsenmiştir. Karşılaştırma yapılabilecek bir teorik model bulunmadığından, sayısal frekans değerleri daha sınırlı ölçüde gösterge niteliği taşıyabilmektedir. Buna karşılık aynı durum mod şekilleri için geçerli değildir; mod şekilleri, görsel nitelikleri ve sürekliliği üzerinden çalışmanın kalitesini ortaya koymaktadır.
Viyadüğü harmonik veya darbe karakterli dış yüklemelerle uyarmanın güç olması nedeniyle, Operasyonel Modal Analiz (OMA) için bir referans çerçevesi tanımlanmıştır. Girdi bilgisinin bulunmadığı büyük ölçekli altyapı yapılarında, yalnızca çıktı verisine dayanan bu tür referanslar standart kabul edilmektedir; bu yaklaşımda klasik transfer fonksiyonlarının yerini güç çapraz spektrumları almaktadır.
Bu kapsamda, Siemens’in Simcenter TestLab Operasyonel Modal Analiz yazılımı içerisinde yer alan Polymax modal parametre çıkarım algoritması kullanılmıştır. Söz konusu algoritma, zaman alanında geliştirilmiş En Küçük Kareler Karmaşık Frekans Alanı (LSCF – Least-Squares Complex Frequency-domain) yönteminin, frekans tabanında çoklu referanslı (poly-referenced) bir sürümü olarak çalışmaktadır.
Tablo 1. Deneysel Modal Parametreler ve Mod Doğrulama Göstergeleri
Viyadük, kendine özgü ince ve akıcı geometrisiyle uyumlu biçimde, belirgin ölçüde esnek bir dinamik davranış sergilemekte ve düşük frekanslarda titreşmektedir. En belirgin frekans bileşenlerinin tamamı 3 Hz’in altındadır. Tüm modlar için sönüm oranları düşüktür ve metal yapılarda beklenebileceği üzere yaklaşık %1 mertebesindedir. Bununla birlikte, düşey düzlemdeki birinci eğilme modu (tabloda Mod 2) ile birinci burulma modu (tabloda Mod 3) istisna teşkil etmekte; bu modlar için sönüm değeri yaklaşık %2,5 düzeyine ulaşmaktadır.
Tablo 1’de ayrıca, bir mod şekli vektörünün karmaşıklığını ölçen modal bir büyüklük olan Modal Faz Eşdoğrusallığı (Modal Phase Collinearity, MPC) ile, tekil mod şekli bileşenlerinin faz sapmalarının ortalama faz parametrelerine göre ağırlıklı ortalamasını ifade eden Ortalama Faz Sapması (Mean Phase Deviation, MPD) değerleri de sunulmaktadır. Gerçek mod şekillerini işaret etmeleri bakımından, birincisinin yüksek, ikincisinin ise düşük olması beklenen ve istenen bir durumdur.
Şekil 14’te güç çapraz spektrum diyagramı, stabilizasyon diyagramı biçiminde gösterilmiştir. Bu diyagram, frekansların düşük değerlerde yoğunlaştığını ortaya koyarak Tablo 1’deki verileri doğrulamaktadır.
Şekil 14. Stabilizasyon Diyagramı
Şekil 15, 16, 17 ve 18 ilk dört mod şeklini göstermektedir. 0,63 Hz frekansında tespit edilen birinci mod, enine doğrultuda eğilim gösteren eğilme karakterdedir.
Şekil 15. Birinci mod şekli
İkinci mod, düşey düzlemdeki birinci eğilme modunu temsil etmesi bakımından kuşkusuz en belirgin moddur.
Şekil 16. İkinci mod şekli
0,86 Hz frekansındaki üçüncü mod burulma karakterindedir. Tipik davranış eğilimi, yapının merkez bölgesinde belirginleşmekte ve kenar mesnetlere/abütmanlara (yaklaşım uçlarına) doğru gidildikçe azalma eğilimi göstermektedir.
Şekil 17. Üçüncü Mod Şekli
0,89 Hz frekansındaki dördüncü mod, klasik ters eğrilik karakteri sergilemekte ve açıklığın orta bölgesinde belirgin bir eğilme göstermektedir. Bu mod, ikinci enine eğilme modunu temsil etmektedir.
Şekil 18. Dördüncü Mod Şekli
Viyadüğün ilk dört doğal frekansının 1 Hz’in belirgin biçimde altında olduğu ve tamamının 0,3 Hz’in altındaki bir aralıkta toplandığına dikkat edilmelidir.
1,15 Hz frekansında tabliyenin birinci boyuna rijit modu gözlenmektedir. 1,56 Hz ve 2,86 Hz değerlerinde ise sırasıyla daha üst düzey bir enine mod ile düşey düzlemde ikinci eğilme modu tespit edilmektedir.
Modal Güvence Kriteri (MAC – Modal Assurance Criterion) analizi, iki mod şekli arasındaki benzerliği belirlemek için kullanılmaktadır. Bir mod şekli kendisiyle karşılaştırıldığında MAC değerinin 1 (ya da %100) olması beklenir. İki mod arasındaki MAC değeri, genlik ve faz bilgilerini ortak düğüm noktalarını (yani ölçüm noktalarında) içeren karmaşık modal vektörün normalize edilmiş skaler çarpımı (dot product) olarak tanımlanabilir. Bu değer aynı zamanda, iki modal vektör arasındaki korelasyonun karesi şeklinde de değerlendirilebilir.
İdeal olarak, her modun tekil biçimde gözlenmesi ve diğer modlardan farklı bir şekle sahip olması gerekir. Bu nedenle MAC matrisinin köşegeninde her bir mod kendisiyle özdeş olduğundan değerler 1’e eşittir; köşegen dışındaki (farklı modlara ait) terimlerin ise teorik olarak doğrusal bağımsız olması ve MAC değerlerinin sıfıra yakın çıkması beklenir (bkz. Şekil 19). Solda, 3,5 Hz içerisinde kalan ilk 18 moda; sağda ise yukarıda Tablo 1 kapsamında analiz edilen ve en anlamlı kabul edilen ilk 7 moda ilişkin sonuçlar sunulmaktadır.
Şekil 19. 3,5 Hz’e kadar olan ilk 18 modun AutoMAC analizi; sağ tarafta ise en temsil edici ilk yedi moda ilişkin yakınlaştırılmış görünüm.
Sonuçlar
Viyadüğün Operasyonel Modal Analiz (OMA) kullanılarak gerçekleştirilen dinamik karakterizasyonu; çok sayıda ölçüm noktası ve geniş veri hacmiyle, yapısal izleme açısından yüksek bir standart ortaya koymaktadır. Zorluklarına rağmen bu proje, Dewesoft’un İnşaat mühendisliği pazarına ve İtalyan altyapı uygulamalarına yoğun biçimde nüfuz ettiğini gösteren önemli bir kilometre taşı olarak değerlendirilmektedir.
Serra Cazzola Viyadüğü’ndeki izleme sistemi, boyutu ve senkron çalışan dönüştürücü sayısı bakımından şimdiye kadar inşa edilen en büyük sistemlerden biri niteliğindedir. Sistem, köprü ve viyadükler için yürütülen kapsamlı ulusal denetim planının bir parçası olarak bir Yapı Sağlığı İzleme (SHM) projesini hedeflemektedir. Bu bağlamda OMA çalışması, yeterli bir deneysel modal karakterizasyona imkân vermesi nedeniyle, “hassas dinamik parametreler” olarak adlandırılan göstergelerin kontrol edileceği birçok gelecekteki bakım projesi için bir başlangıç olarak değerlendirilmelidir.
İzleme sistemi, işletimde dayanıklılık ve güvenilirlik sağlayacak tüm gerekli özelliklerle oluşturulmuştur. Bu nedenle, modüler çözüm; gelecekte yapılabilecek genişletmeler, iyileştirmeler ve revizyonlar için elverişli bir zemin sunmaktadır. Ayrıca, benimsenen mimari çözüm ile seçilen özel enstrümantasyon; günlük maliyeti yüksek olan kaldırma ekipmanı kullanımını—özellikle by-bridge ile yapılan erişim işlemlerini—asgari düzeye indirecek biçimde kurulum yapılmasına olanak tanımıştır.
Yapının boyutları ve süreklilik gösteren bir taşıyıcı sistem üzerinde kullanılan dönüştürücü sayısı dikkate alındığında, yürütülen inceleme ile elde edilen parametrelerin tutarlılığı, kurulumun doğrulanmasında önemli unsurlar olarak öne çıkmaktadır.
Son olarak, izlenen yapının boyutları büyüdükçe ölçümlerin senkronizasyonunu güvence altına almak güçleşmektedir. Bu kapsamda uygulanan operasyonel yöntemler özgün ve belirleyici nitelikte olmakla birlikte, benzer çözümler için bir başlangıç noktası oluşturmaktadır.
Altı bileşen kola ait EtherCAT protokolü yerel senkronizasyonu sağlamakta; ancak başvurulacak tek bir sistem elde edilebilmesi için bu senkronizasyonun sistemin bütüncül davranışına da yansıtılması gerekmektedir. Bu çalışmada iki yaklaşım karşılaştırılmıştır:
- GPS temelli, belirli ölçüde yenilikçi ve daha rafine bir yöntem.
- Performansı giderek artmasına rağmen bazı tereddütler doğurabilen, NTP standartlarına dayalı daha geleneksel bir yöntem.
Beklenmedik biçimde, ikinci yöntem eldeki yapının doğası gereği esnek ve yavaş dinamik karaktere sahip olması ve dolayısıyla ele alınan frekansların düşük düzeylerde seyretmesi sayesinde çok iyi sonuçlar vermiştir. Buna karşılık, birinci yöntem özünde daha yüksek performans potansiyeline sahip olmakla birlikte, pratik zorluklar nedeniyle mümkün olan en etkin biçimde uygulanamamıştır.