Deney Ekipmanları

7.1.1 Tam boyutlu doğrusal kazı seti

Tam boyutlu kesme deneylerinde gerçek boyutlu keskilerle, büyük kaya bloklarında (70 cm x 50 cm x 50 cm) kesme derinliğini ve keskiler arası mesafeyi değiştirerek, kesme deneyleri yapmak mümkündür. Mekanize kazıcılarda kullanılan keskilere gelebilecek kuvvetleri bulmanın en doğru ve kesin sonucu, tam boyutlu doğrusal kazı setinde deneyler yapmaktır. Ayrıca değişik tipte keskiler kullanarak en verimli kazıyı yapan keski tipini bulmakta mümkündür. Kesme deneylerinde keskiye 3 yönde etkiyen kuvvetler (kesme, yanal, normal kuvvetler) dinamometre ve veri toplama sistemi ile kayıt edilir. Şekil 7.1’de tam boyutlu kesme deney seti görülmektedir.

Şekil 7.1 : Tam boyutlu kesme deney seti [32]

Tam boyutlu kesme deney seti veri toplama sistemi donanım olarak, analog / dijital dönüştürücü kart olan bir bilgisayar, birim deformasyon ölçerlere akım besleyen ve

Numune Kutusu Yanal Hareket Hidrolik Silindiri

Numune Kutusu Đtme Hidrolik Silindiri Numune Kutusu

Keski ve Keski Tutma Düzeneği Kesme Derinliği Ayarı

Đçin Hidrolik Silindir

3 Boyutlu Dinamometre

köprülerdeki gerilimi dengeye getiren amplifikatör, sinyal koşullayıcı ve birim deformasyon ölçerlerden oluşmaktadır. Kesme sırasında toplanan veriler özel geliştirilen yazılım ile analiz edilir.

Dinamometre yüksek kaliteli uçak alüminyumundan yapılmıştır ve 50 ton dikey, 20 ton yatay kuvvet kapasitelidir. Kesme deneyi sırasında keskiye gelen kuvvetler dinamometrenin 4 ayağında bulunan birim deformasyon ölçer köprüleri (Şekil 7.2’de 1-2-3-4) sayesinde ölçülmektedir. Şekil 7.2’de dinamometre görülmektedir.

Şekil 7.2 : Dinamometre

Birim deformasyon ölçerler yatay ve düşey olarak yapıştırıldıkları ayaklarda meydana gelen deformasyon ile uzayıp kısalır ve en kesitleri dolayısı ile dirençleri değişir. Böylece dengede olan birim deformasyon ölçer köprülerinde potansiyel fark oluşmaktadır. Bilgisayarda bulunan analog / dijital dönüştürü kart, kuvvet ile oluşan bu potansiyel fark sinyalini sayısallaştırarak saniyede 2000 defa kayıt eder. Şekil 7.3’de kesme sırasında kayıt edilmiş kesme kuvvetlerini göstermektedir.

2 1 3 4 Kesme Yönü Taban Plakası Dinamometre Ayakları

Şekil 7.3 : Kesme kuvvetlerinin kesme hattı boyunca değişimi

Kesme kuvvetlerini doğru ölçmek için her keski tipi için kalibrasyon yapmak gereklidir. Kalibrasyonun amacı veri toplama sistemi ile kayıt edilen milivolt (mv) değerinde potansiyel farkı gerçekte ne kadar kuvvete karşılık geldiğinin bulunmasıdır. Bunun tayini için kesit alanı bilinen, yağ basıncının sağlıklı okunabileceği, manometresi olan bir hidrolik kriko kullanılmaktadır. Hidrolik kriko ile keskiye miktarı bilinen kuvvetler uygulanarak veri alınır. Farklı kuvvet değerlerine karşılık gelen mv değerlerinin oranının aynı olması dinamometrenin işlerliğini göstermektedir. Kalibrasyonun bir diğer önemli katkısı dinamometrenin ayaklarındaki köprüler arası etkileşimin olup olmadığını gösterebilmesidir. Örneğin keskiye sadece düşey kuvvet uygulandığında yatay ve yanal yönde kuvvet oluşmaması gerekmektedir.

Tam boyutlu doğrusal kesme deneyleri, tünel açma makinelerinin yerinde performanslarını tahmin için yüksek güvenilirlikle kullanılmaktadır. Kesme deneyleri ile, belirli bir tünel projesi için, en verimli keskiler arası mesafe ve keski geometrisi ilerlemeyi maksimize edecek şekilde ortaya konulmaktadır. Ayrıca kesme deneylerinde oluşan pasanın elek analizi ile çıkacak pasanın dolgu malzemesi olarak kullanılabilirliği de saptanabilmektedir.

7.1.2 Geliştirilen taşınabilir kazı seti

Geliştirilen taşınabilir kazı seti detaylı olarak Bölüm 5 ve 6’da anlatılmıştır. Bu -200 0 200 400 600 800 1000 Deney Süresi K es m e K u v v et i Deney Süresi (sn) K es m e K u v v et i (k g f)

basitleştirmek için kesme derinliği 5 mm de sabit tutulmuş ve sonuçlar indeks değerler olarak kabul edilip değerlendirilmiştir. Her deneyin en az 3 defa tekrar edilmesine özen gösterilmiştir.

Küçük boyutlu kazı setinde deneyler, iki ayrı yöntemle yapılmıştır:

Birinci yöntemde Şekil 7.4 den de görüldüğü gibi, kaya numunesi daha önce hazırlanmış bir küçük kutuya yerleştirilmiş ve numunenin kesme sırasında kırılıp çatlamasını önlemek için, hızlı donan bir çimento ile kayaç numune kutusuna sabitlenmiştir. Bu yöntemle her bir numune üzerinde sadece bir deney yapılabilmekte ve numune hazırlama süresi uzun sürmektedir.

Şekil 7.4 : Kaya numunesinin numune kutusu içine çimento ile sabitlenmesi Đkinci yöntemde, kaya numunesi bir mengene yardımı ile küçük kazı setinin hareketli tablasına sabitlenmiştir (Şekil 7.5). Đkinci yöntem ile deney çok kısa sürmekte ayrıca bir numune üzerinde hem alt yüzey, hem de üst yüzeyde iki deney yapılabilmektedir. Her iki yöntemde de deneyler mini disklerle yapılmıştır en az iki defa tekrar edilmiştir. Kesme derinliği 5mm de sabit tutulmuştur. Şekil 7.5’den de görüldüğü gibi, bu yöntemde numunelerin bazılarının kesme sırasında çatlaması önlenememektedir.

Şekil 7.5 : Kaya numunesinin geliştirilen kazı seti üzerindeki mengeneye sıkıştırılarak deney yapılması

Birinci yöntem uzun sürdüğü için deney sadece Trakya formasyonundan alınan Silttaşı üzerinde yapılmış, ikinci yöntem ise Trona, Riyolit, Arkoz, Kireçtaşı (Dolayoba Formasyonu), Kireçtaşı (Kartal Formasyonu) ve Silttaşı üzerinde yapılmıştır. Geliştirilen taşınabilir kazı seti deney sırasında ölçülen parametreler aşağıda verilmiştir.

FN = Mini diske gelen ortalama normal kuvvet

F’N = Mini diske gelen maksimum normal kuvvetlerin ortalaması FR = Mini diske gelen yuvarlanma kuvvetlerinin ortalaması

F’R = Mini diske gelen maksimum yuvarlanma kuvvetlerin ortalaması Q = Birim kazı mesafesinde açığa çıkan pasa hacmi (m3/km)

SE = Birim hacimdeki kayacı kesmek için gerekli enerji, MJ/m3 veya kwh/m3 SE = FR (kN) / Q (m3/km), SE= MJ/m3 olarak bulunur.

1 MJ/m3 = 0.278 kwh/m3 dönüşüm katsayısı kullanılmıştır.

Deneylerin yapılmasında karşılaşılan en büyük zorluk kesme derinliğinin 5 mm olarak ayarlanması olmuştur. Numune altına yerleştirilen çeşitli kalınlıktaki teflon ve çelik plakalarla kesme derinliği 5 mm olacak şekilde numuneler yükseltilmiştir.