Beran GürlemeKocaeli Üniversitesi

2015

YER RADARI(Ground Penetrating Radar)

Yer radarı yöntemi, yakın yüzey araştırmalar için kullanılan yüksek frekanslı elektromanyetik alandan yararlanan bir jeofizik yöntemdir.

Yer radarı yöntemi, bir verici anten aracılığı ile yer içine gönderilen çok yüksek frekanslı EM dalgalarının ara yüzeylerden yansıyarak alıcı anten ile kaydedilmesi ve bu seyahat süresinin ölçülmesi ilkesine dayanmaktadır.

Yere gönderilen EM dalgaların bir kısmı farklı özellikli ortamları ayıran tabaka sınırlarından yansır, diğer kısmı ise alttaki ortama iletilerek yoluna devam eder.

Yansıyıp geri gelen sinyal, alıcı anten yardımıyla algılanıp, filtre edilir, güçlendirilerek sayısallaştırıldıktan sonra işlenmeye hazır hale getirilir.

• Yer radarı yöntemi özellikle sığ derinliklerde yüksek çözünürlülük sağladığından yer altı jeolojisi ve heterojenliği hakkında detaylı bilgi vermektedir.

• Yandaki şekilde görüldüğü gibi sığ bir yüzeyde başarılı sonuçlar vermektedir.

Şekil 1: GPR yönteminin bir duvara uygulanmış örneği

Yansıyan ve iletilen sinyallerin genliği, yansıma katsayısına bağlıolmaktadır. Eğer, εr1 birinci ortamın, εr2 ise ikinci ortamın dielektrik permittivitesini gösterirse, sınırın iletim ve yansıma katsayıları aşağıdaki şekilde ifade edilir.

R

Yer radarı yönteminde dalga hızı; ortamın dielektrik sabiti (ε) ve magnetik geçirgenliğe (µ) bağlı olarak değişmektedir.

Hız bilgisinin mevcut olması durumunda derinlik bilgisi:

bağıntısı ile elde edilmektedir.

GPR antenlerini aşağıda görüldüğü gibi 25MHz ile 2000MHz'lik bir aralıkta sıralayabiliriz.

Şekil 2: GPR çeşitleri ve anten frekansları

1. Anten Çeşitleri

Yüksek frekanslı antenler oldukça küçük boyutlardadır ve kolaylıkla tasınabilirler. Bu GPR’ların çözünürlüğü fazladır ve daha detaylı veri gözlenmektedir. Ancak araştırma derinliği azdır.

Şekil 3: Resimde görülen GPR 2 GHz frekanslı, 1kg ağırlığında, 30 cm boyunda ve 13 cm genişliğindedir.

Düşük frekanslı antenler ağır ve büyük ebattadır.

Şekil 4: Resimde görülen GPR 300 MHz frekanslı, 10 kg ağırlığında 1m boyunda ve 50 cm genişliğindedir.

Düşük frekanslı antenler uzun dalga boylu sinyaller üretir. Bunun sonucunda iletkenlik kayıpları ve saçılmanın azalması nedeniyle daha az sönümleme gerçekleşir ve dalgalar yerin daha derin kısımlarına ulaşır.(Şekil 5)

Şekil 5: GPR antenlerinin etkin derinlikleri Yeraltının iletkenliği arttıkça GPR’ın etkin derinliği azalmaktadır.(Şekil 6) Bunun sebebi yeraltına gönderilen EM dalgaların çok hızlı sönümlenerek ısıya dönüşmesidir. Şekil 6: Ortamın elektrik iletkenliği ile

penetrasyon derinliği arasındaki ilişki

2. Penetrasyon Derinliği

3.Yapı Belirlenebilirliği ve Çözünürlük

Araştırılacak nesnenin boyutu ya da tabakanın kalınlığının doğru biçimde belirlenebilmesi için, yer radarı sisteminin frekansı ve ortamın yayınım hızı önem taşır.

Yüksek frekanslı antenlerle daha yüksek çözünürlük elde edilir.

Şekil 7: Aynı hat boyunca 80 MHz ve 300 MHz frekanslı antenler kullanılarak elde edilen gömülü düzlem yüzeyin görüntüsü

100 MHz 50 MHz

MaddeDarbe

genişliği (m)Teorik

çözünürlük (m)

Darbe geniişliği (m)

Teorik çözünürlük

(m)Su 0.33 0.08 0.66 0.16Buz 1.60 0.40 3.2 0.80Doygun kum 0.60 0.15 1.2 0.30

Doygun kil 1.00 0.25 2.0 0.50Kireçtaşı 1.20 0.30 2.4 0.60Şeyl 1.00 0.25 2.0 0.50Granit 1.30 0.33 2.6 0.66

Tablo 1: 50 MHz ve 100 MHz antenler tarafından üretilen darbe genislikleri ve çesitli jeolojik ortamlardaki maksimum teorik çözünürlük degerleri

Anten uzunlugu, antenden çıkan darbenin genisligine baglıdır. 8 ile 12 ns arasında değisen darbe genisligi için gereken anten boyu 0,9 ile 1,2 m arasındadır.

4. Yakın Alan Etkisi

• Verici antenden yayınan EM enerji, anten civarında sahip olduğu merkez frekansının yaklaşık 1,5 katı dalga boyu kadar yarıçapa sahip bir EM alan üretir.

• 10, 100 ve 1000 MHz merkez frekansı değerine sahip antenler için, bu etki yaklaşık olarak sırasıyla 30 m, 3 m ve 30 cm’dir.

• Bu alan içerisinde kalan yeraltı bölgesinin sanki antenin bir parçasıymıs gibi davranması nedeniyle bu alan içerisinde hiç ışınım gerçeklesmez ve teknik olarak radar yayınımı yoktur.

5. GPR Yönteminin Başlıca Kullanım Alanları

1. Yol Araştırmaları2. Tünel Araştırmaları3. Arkeojeofizik Araştırmaları4. Yeraltının Haritalanması5. Su altı Araştırmaları6. Adli Tıp7. Çevre Araştırmalarında

5.1 Yol Araştırmalarında• Asfalt ve beton

kaldırımların kalınlıklarının haritalanmasında,

• Asfalt kalite kontrolünde,

• Yol vb yapıların altındaki boşlukların belirlenmesinde,

• Asfalt, beton vb yapılardaki deformasyonların belirlenmesinde,

5.2 Tünel AraştırmalarıYıkıcı olmayan etkisi ile köprü ve tünel araştırmalarında,Restorasyon amaçlı çalışmalarda,Kolonların ve bağlantı yerlerinin araştırılmasında,

Beton ya da duvar arkalarındaki boşlukların yerlerinin ve iç yapısının belirlenmesinde,

5.3 Arkeojeofizik Araştırmaları

Arkeolojik Alan Çalışmalarında,

Antik şehir, tapınak, mezar, duvar, temel, dehliz ve benzeri tarihi kalıntıların bulunması,

5.4 Yeraltının HaritalanmasıMetalik yada metalik olmayan (borular, telefon kabloları vb) yapıların bulunması,Karstik alanların haritalanmasında,Irmak ve göl tabanlarının haritalanmasında,Yeraltındaki maden alanlarının haritalanmasında,

5.4.1 Ana kaya derinliğinin Belirlenmesinde

5.4.2 Heyelan düzlemlerinin araştırılması ve haritalanmasında

Fay hatları, kırık ve çatlaklar EM sinyalin ortamdaki yayılım hızını değiştirdiğinden bu özellikler ve yerleri özellikle yüksek frekanslı Yer radarı kesitlerinde belirlenebilmektedir.

5.4.3 Fay Hatları Belirlenmesinde

Su derinliği, göl ve nehir sediment ve diğer sualtı hedeflerin araştırılması,Tatlı su göllerinde ve nehirlerinde batimetrik ölçümler yer radarı ile çok kolay yapılır. Batimetrik ölçümlere ilaveten orta derinlikte sedimentler hakkında bilgi sahibi de olunabilir.

5.5 Su altı Araştırmaları

5.6 Çevre Araştırmalarında

Dolgu alanların ortaya çıkarılmasında,Atık alanların belirlenmesinde,Yeraltı kirlilik araştırmalarında,Endüstriyel atık, sızıntı ve çevre kirlenmesinin araştırılması,

Buzul kalınlığının ve çatlakların hızlıca belirlenmesinde kolaylıkla kullanılabilir ve başarılı sonuçlar vermektedir.

5.6 Buzul Araştırmalarında

6. Yöntemin Üstün ve Zayıf Noktaları

• Yüksek frekanslı kaynak kullanılması ve yığma yapılabilmesi nedeni ile araştırma derinliği çözünürlüğü yüksektir.

• Hedefin derinliği duyarlı bir şekilde belirlenebilir fakat yorum işlemi biraz karmaşıktır.

• İnsan kaynaklı gürültüler genelde elimine edilebilirler • Uygulaması kullanılan aygıta ve çalışma ortamına bağlı

olmakla birlikte genelde kolaydır.

7. Gürültü Kaynakları• Çevredeki radyo vericileri, önemli bir gürültü

kaynağıdır ve ölçülen imleri kayıt aygıtının ölçüm aralığı dışına taşırabilirler.

• Çevredeki metalik nesneler bozucu etki yaratabilir. • Yansımalar sismik yöntemde olduğu gibi yanlardan da

gelebilir ve yansıtıcı metalik nesne çok keskin olabilir. • Eğer yer iletkenliği çok yüksek ise yer-hava ara

yüzeyinde enerji yayılımı keskin yansıma imi yaratabilir ve iletken birimler üzerinde bilgi alınması zordur.