Determination of Material Properties in Masonry Arch Bridges with Non-destructive Methods

Abstract

In the calculation of masonry structures, it is common practice to use a single homogenized material, which melts the properties of the mortar, stone, etc. in it. The properties of this material, such as compressive strength and elastic modulus, can be calculated from the characteristic values of the constituent materials. In order to determine the mechanical properties of stone material with the help of undestructive testing, Schmidt hammer and P wave velocity measurement with ultrasonic devices have been widely used. In this study, historical Kireçli and Kız bridges located in Erzurum were studied. On-site studies were carried out to determine the type of stone material and samples were taken from the quarries. Physical, index and mechanical tests were performed on the stone specimens to establish correlations between these properties. After the studies on stone samples, studies were carried out on the masonry units composed of three stone blocks. Highly correlated relation is derived between compressive strength and P wave velocity values of the stone blocks.

Keywords

• Ultrasonic sound velocity, Schmidt hardness hammer, material properties, historical masonry bridges

Yığma Kemer Köprülerde Kullanılan Malzeme Özelliklerinin Tahribatsız Yöntemlerle Belirlenmesi

Abstract

Yığma yapıların hesabında yapıyı oluşturan harç, taş vb. malzemelerin özelliklerini içinde eriten tek bir homojenize malzeme kullanımı yaygın bir uygulamadır. Bu malzemenin basınç dayanımı ve elastik modülü gibi özellikleri onu oluşturan birimlerin karakteristik değerlerinden hesaplanabilmektedir. Taş malzemesinin mekanik özelliklerini hasarsız deneyler yardımıyla belirlemek için Schmidt sertlik çekici ve ultrasonik ölçüm cihazları ile P dalga hızı oldukça yaygın kullanılmıştır. Bu çalışmada Erzurum ilinde bulunan tarihi Kireçli ve Kız köprüleri ele alınmıştır. Her iki köprüde yerinde çalışmalar gerçekleştirilerek köprüleri oluşturan taş malzemenin cinsi belirlenerek taş ocaklarından numuneler alınmıştır. Kübik taş numuneleri fiziksel, indeks ve mekanik testlere tabi tutularak bu özellikler arasında ilişki bağıntıları kurulmuştur. Taş numuneler üzerindeki çalışmalardan sonra üç taş bloktan oluşan yığma birimleri üzerinde çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Yığma birimlerin basınç dayanımları ile P dalga hızı arasında oldukça yüksek korelasyona sahip ilişki belirlenmiştir. 

Keywords

• Ultrasonik ses hızı
• Schmidt sertlik çekici
• malzeme özellikleri
• tarihi yığma köprüler

References

1. Ratzinger, Proske. 2010. Historical stone arch bridges under horizontal debris flow impact. 6th International Conference on arch Bridges, 11-13 October, Fuzhou, China. UIC International Union of Railways, 2005. Improving Assessment, Optimization of Maintenance and Development of Database for Masonry Arch Bridges, http://orisoft.pmmf.hu/masonry/.
2. URL1: Türkiye Cumhuriyeti Devlet Karayolları Genel Müdürlüğü, Köprü envanter Bilgileri, http://www.kgm.gov.tr
3. URL 2: Türkiye Cumhuriyeti Devlet Karayolları Genel Müdürlüğü, Sanat Yapıları Dairesi, http://www.kgm.gov.tr
4. Kartz. O., Reches. Z., Roegiers. J.C. 2000. Evaluation of Mechanical Rock Properties Using a Schmidt Hammer. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 37, p. 723-728.
5. Kahraman. S., 2001. A Correlation Between P-Wave Velocity, Number of Joints and Schmidt Hammer Rebound Number. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 38, p. 729-733.
6. Yılmaz. I., Sendir. H. 2002. Correlation of Schmidt Hardness With Unconfined Compressive Strength and Young’s Modulus in Gypsum From Sivas (Turkey). Engineering Geology, p. 2060.
7. Yaşar. E., Erdoğan. Y. 2002. Bazı Kayaçların Sertlik Değerleri ile Fiziksel ve Mekanik Özelliklerinin İstatistiksel Analizi. KAYAMEK’2002-VI. Bölgesel Kaya Mekaniği Sempozyumu, s. 197-204, Konya, Türkiye
8. Lourenco. P.B. 1996. Computational strategies for masonry structures. PhD thesis, Delft Univesity, Netherlands.

9. Oliveira. D.V. 2003. Experimental and numerical analysis of blocky masonry structures under cyclic loading. PhD thesis, University of Minho, Portugal.