Yapısal Sağlık İzleme Nedir?

Teknoloji, yaşanan problemlere çözüm üretildikçe gelişen yöntem ve sistemler bütünüdür. Yapılaşma konusunda geliştirilen çözümler de elverişlilik, güvenlik, verimlilik gibi konuları gözetir. Benzer şekilde doğal afetler karşısında da çeşitli önlemler alınmasını sağlayan yöntem ve sistemler bulunur. Bu yöntemlerden biri olan Yapısal Sağlık İzleme (Structural Health Monitoring) gerçekleşmesi muhtemel doğal veya doğal olmayan tehlikelerin mümkün olduğunca erken bir aşamada önlenmesi amacıyla yapıların mevcut durumunun sensörler aracılığıyla ölçümlenmesidir (1).

Yapılarda hasarlar, yaşlılık ve çevresel etkenlere bağlı olarak sistem elemanlarının dayanımları azalabilir. Yapı elemanlarında deprem veya çeşitli zemin oturmaları ile tasarımda öngörülemeyen etkenler ve sonuçlar oluşabilir. Böylece zaman içerisinde taşıyıcı sistemde zayıflama meydana gelir. Bu gibi durumlarda yapının mevcut durumunun ve değişen parametrelerinin tespit edilmesi, çözüm geliştirilebilmesi adına büyük önem taşır.

Yapısal Sağlık İzleme yöntemi ile özellikle deprem, fırtına, rutubet, aşırı kar, patlama gibi yapıya zarar veren kuvvetler sonucunda çatlak, eğilme, oturma vb. meydana gelirse bu hasarların gerçek zamanlı olarak tespiti, oluşum hızı ve sürekliliği izlenir. Böylece yapıda ölçüme dayalı olarak tespit edilen hasarlara karşı optimum çözümlerin geliştirilebilir ve uzun süreli izlemeler sayesinde yapı ömrünün hesaplanması sağlanır.

Yapısal Sağlık İzleme, sensörler yardımıyla sistemden elde edilen verileri kullanarak bir yapının operasyonel performansını değerlendirmeyi, hasar veya bozulmaları tespit etmeyi ve hizmet ömrü boyunca işlevselliğini ve güvenliğini sağlamak için bakımını yönlendirmeyi kapsar. Diğer bir deyişle, yapıların yaşam kalitelerini artırmayı amaçlar.

Bir yapısal sağlık izleme sisteminde üç ana bileşen vardır (2): veri toplama, aktarma, veri depolama. Son olarak da verilerin işlenerek değerlendirilmesi ile süreç tamamlanır. Süreç, sırası ile görsel 1’de de görüldüğü gibi şu şekilde ilerler: Farklı sensör türleri ile verilerin toplanarak entegrasyonunun sağlanması, toplanan verilerin yönetimi ve analizinin gerçekleştirilmesinin ardından raporlanması ve uyarı sisteminin oluşturulması.

Yapısal Sağlık İzleme süreci (3)

Yapısal Sağlık İzleme sistemleri sayesinde:

• Yapının gündelik titreşimlerinden elde edilen veriler ile yorulma ve yaşlanma takibi yapılabilir. Böylece örneğin bir binada deformasyon varsa hasar tespitleri yapılarak bu tehlike durumu oluşmadan önce fark edilir. Verilerle sms ve e-posta uyarıları yapılabilir. Yapı, hasar yaratmasından şüphelenilen diğer etkilere maruz kaldığında Deprem durumundaki raporlar oluşturulur (4).

• Deprem durumunda hızlı otomatik raporlama, yapısal bütünlük verileri, deprem önce ve sonrası verilerinin karşılaştırılması, erken uyarı algoritmaları, olası onarım ve güçlendirme çalışmasına temel sayısal veri sağlama. 

• Deprem sonrasında ise, binanın durumu hakkında bilgi sağlayarak, sonuçların en aza indirilmesini hedefleyen çeşitli alternatifler arasında seçim yapılmasını destekleyebilir (5). 

• Yapısal kullanıma ek olarak kentsel acil durum ve afet yönetiminde dirençli kentler için de şehir titreşim haritaları ve sismik risk analizi, erken uyarı sistemleri dahil olabilmektedir (6). 

Kablosuz sensör ağları kullanarak yapısal sağlık izleme (7) 

Sensör yerleşiminin kilit noktası hangi parametrelerin ölçülmek ve takip edilmek istendiği ile ilgilidir (8).

Peki bu sistemler nerelerde kullanılabilir derseniz, başta mimarlık ve mühendislik açısından sınırları zorlayan yapılar olmak üzere yaşayan ve yaşlanan tüm yapılarda uygulanabilir. Köprüler, tarihi eserler, tüneller, konut ve endüstri yapıları, barajlar, stadyumlar örnek olarak verilebilir. Böylece yaşadığımız afetlerden ders çıkararak kalıcı ve geleceğe yönelik önlem almak adına çözümler üretilebilir. 

Yazan: İlayda Köroğlu
(Architect & Editor)

Kaynaklar

1. Balageas, D., Fritzen, C.P., & Güemes, A. (2006). Structural Health Monitoring. ISTE, London, UK .

2. Li, H.N., Li, D.S., & Song, G.B. (2004). Recent Applications of Fiber Optic Sensors to Health Monitoring in Civil Engineering. Engineering Structures 26, (pp.1647-1657). 

3. https://www.vallen.de/applications/structural-health-monitoring-shm/ 

4. https://tdg.com.tr/tr/cozumler/yapi-sagligi-izleme 

5. Giordano, P. F., Iacovino, C., Quqa, S., & Limongelli, M. P. (2022). The value of seismic structural health monitoring for post-earthquake building evacuation. Bulletin of Earthquake Engineering, 20(9), 4367-4393. 

6. M. L. Rajaram, E. Kougianos, S. P. Mohanty and P. Sundaravadivel, "A wireless sensor network simulation framework for structural health monitoring in smart cities," 2016 IEEE 6th International Conference on Consumer Electronics - Berlin (ICCE-Berlin). 

7. Haque, M. E., Asikuzzaman, M., Khan, I. U., Ra, I. H., Hossain, M. S., & Shah, S. B.  H. (2020). Comparative study of IoT-based topology maintenance protocol in a wireless sensor network for structural health monitoring. Remote sensing, 12(15), 2358.

8. Limongelli, M. P., & Çelebi, M. (Eds.). (2019). Seismic structural health monitoring: from theory to successful applications. Springer.