kare erdemli Proje ve Müşavirlik San. Tic. Ltd. Şti. 01-2K6

Transkript

1 01-2K6 İnş. Yük. Müh. Sukan KÜLEKÇİ kare Konu : Beton Daanımının Yerinde Testlerle Belirlenmesi erdemli Proje ve Müşavirlik San. Tic. Ltd. Şti. BETON DAYANIMI VE KARAKTERİSTİK MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN YERİNDE DENEYLER VE SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ İLE BELİRLENMESİ 1. GİRİŞ Bir apının güvenliğinin saptanmasında apıı oluşturan taşııcı elemanlardan uzman bir mühendis taraından belirli kritik bölgeler üzerinde eterli saıda erinde ölçümler ve değerlendirmeler apılarak apı hakkında bir ikir sahibi olunabilir. Bunların içerisinde önem derecesi üksek olan beton daanımının projee ugunluğunun belirlenmesi isteniorsa, uzman mühendislerin denetimi altında apının değişik bölgelerinde apılacak bir takım standartlara ugun denelerin sonucunda elde edilen verilerin, bout ve şekil etkileri de göz önünde tutularak, orumlanmasıla apının sahip olduğu beton basınç daanım değerlerine ulaşılabilir. Kısaca bu azıda, beton kalite denetimi, apılarda mevcut beton denelerinin değerlendirilmesi, bunun için kullanılan öntemler, karot daanımına etkileri olduğu bilinen parametreler, karot daanımı ile gerçek ve potansiel daanım arasındaki bağıntıları kapsaan genel bilgiler verilmektedir.

2 2. TEST YÖNTEMLERİ 2.1. HASARLI YÖNTEM Bu öntem, sorumlu mühendisçe apıdan, taşııcı elemanların güvenliğini etkilemeecek konum ve büüklükte, sorunlu erlerden alınan karot adı verilen silindirik beton numunelere başlık apılarak üzerinde gerçekleştirilen basınç dene ve sonuçlarının değerlendirilmesi esasına daalı bir öntemdir. bölgelerinden ugun saıda karot numune alınmalıdır. Daanıma etkidiği bilinen karot boutları ise; pratikte kullanılan en büük karot çapı 200 mm, en küçük çap ise 50mm, kullanılan agın karot çapları ise 100mm ve 75mm dir. Karotun uzunluğu erinden çıkarılırken aklaşık 50-40mm uzun olmalıdır ve dene öncesinde homojenliği sağlamak için baş kısımlarından bu azlalıklar alınmalıdır. (Şekil 1) Karot Alma Makinası Diğer öntemlere göre maliet, dene hızı ve hasar açısından sakıncalarına rağmen betonun erinde daanımını en üksek güvenlikle verdiği apılan dene sonuçlarıla sabitlenmiştir. Eğer bir taşııcı elemanın taşıma gücünün erinde beton daanımı ve kesit geometrik boutları ile tahkiki isteniorsa taşııcı elemanın gerilme önünden en kritik bölgesinden karot alınmalıdır. Bazı durumlarda alına karotların boutları apının stabilitesi açısından ugun olmaabilir, örneğin döşeme kalınlığının etersiz olduğu ve çok narin kolonda büük boutlu numunelerin alınması durumunda olumsuz etkilerin oluşmaması için daha küçük çaplı karotlar alınmalı ve küçük çap kullanımından kanaklanacak değişkenlik katsaısına bağlı olarak oluşabilecek hata oranının düşürülmesi için de çok saıda karot numune sorumlu mühendisçe belirlenecek bir güven aralığına bağlı olarak alınmalıdır. Karot alınmasında dikkat edilecek bir diğer hususta;özellikle eğilme gerilmesine maruz kalan taşııcı sistemlerde, mevcut kılcal ve numune alınırken örselenmelerin etkisile ortaa çıkan çatlakların sonuçları olumsuz etkilemesinden dolaı, çekme bölgesinden elverdiği ölçüde örnek alınmamalıdır. Numunelerin alınma zorluklarının ve alındıkları erlerde oluşan boşlukların tekrar doldurulmasının getirdiği malietleri ani karot alma + dene masraı + değerlendirme masraı da göz önünde bulundurarak hesaplarda kullanılacak daanım değerinin etkin bir şekilde bulunabilmesi için apının toplam beton hacmine bağlı olarak değişik Basınç denelerinin ugulamasında dikkat edilecek en önemli husus, karotun kırılma modunun doğru apılmasıdır. Hatalı kırılma modu ile sonuçlanan deneler değerlendirmee alınmamalıdır. Hatalı kırılma modunun oluşmasının nedenleri: karot alımında hatalı örnek, karot boutlarının hatalı olması ve karotun ükleme başlığı altında anlış erleştirilmesi,başlık malzemesinin anlış seçimi ve elastik modülünün betondan çok arklı olması, karotun çok nemli ve boşluklu olması, su içinde çok uzun süre unutulmuş olması, basınç dene aletinin kalibrasonunda bir bozukluk olması gibi aktörlere bağlıdır. Normal kırılma modunda; karotun an üzelerinde diagonal kırılma çizgileri oluşur, karotun aklaşık orta noktasında masal gözlenir. Hatalı kırılma modunda ise; karotun başlık kısımlarında paralel çizgiler oluşur, karotta ata çekme çatlakları gözlenebilir, arılma ve kırılma çizgileri karotun bir köşesinde toplanmıştır.

3 (Şekil 2) Karotların Kırılma Şekilleri Ultra ses dalga hızı ile bou en az 100mm olan beton karotun elastik modülü, başlıklarına hassas bir şekilde erleştirilen verici ve alıcılar ile apılan ultra ses ölçümleri ardımıla belirlenebilir. Ölçülen hız değerleri betonun iç apısı (boşlular, kılcal çatlaklar vb.) hakkında bilgi edinilmesinde de ardımcı olur. Daha çok donatısız betonlardaki okuma değerleri daha güvenilirdir. Schmidt Çekici betonun üze sertliğini belirlemede kullanılan bir öntemdir. Okumaların apıldığı noktaların ara mesaelerinin en az 3cm olmasına dikkat edilmelidir. Sadece hasarsız okuma ile bir sonuç elde edilmek isteniorsa, ultra ses dalga hızı ve schmidt çekici ile elde edilen sonuçlar birlikte değerlendirilmelidir ve bu önteme de birleşik tahribatsız öntem denilmektedir KARMA YÖNTEM 2.2. HASARSIZ YÖNTEMLER 3 değişik şekilde apılmaktadırlar, bu öntemler diğerlerine nazaran daha ekonomik olmalarının anında taşıdıkları bazı dezavantajlardan dolaı diğer öntemlerle bulunan sonuçlarla ilişkilendirilip kullanılmaları gerekir. Örneğin çatlaklı ve üksek daanımlı üzelerde ve içerisinde daanımı üksek agrega bulunduran beton elemanlarda apılan denelerden alınan sonuçların verimli olmadığı görülmüştür. Arıca betonun kür koşullarının sonuçlar üzerindeki olumsuz etkilerinden dolaıda tek başlarına betonun daanımını belirlemede kullanılmamalıdırlar. Bu denelerden elde edilen okuma değerleri anı apıdan alınan karot numunelerin okuma değerlerine karşılık gelen değerler ile kadedilmelidirler. Ekonominin anında kısa bir zaman içerisinde gerçekleştirilebilme özellikleri diğer öntemlere göre çok daha azla saıda ugulanabilirlik imkanı sağlar bu nedenle hasarlı dene sonuçlarının kontrolünde kullanılmaları çok daha ugun olur. Bu Yöntemler: - Ultrasonik Hız Metodu - Batma Daanımı Metodu - Yüze Sertliği Metodu (Schmidt Çekici) Hasarlı öntemler için alınan karot numunelerine ve alındıkları bölgelere hasarsız öntemlerin de ugulanmasıla çıkan sonuçların birbirlerile ilişkilendirilmelerini kapsaan öntemdir. Kullanılan diğer öntemlere göre daha güvenilir olmasının anında doğal olarak kapsamın genişliği sebebi ile daha pahalıdır. 3. TEST SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ 3.1. HASARLI DENEY SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ Elde edilen sonuçlar ardımıla beton sınıının belirlenebilmesi için bir takım düzenlemeler apılmalıdır. Yönetmeliklerde beton sınıı, ideal koşullarda üretilen, saklanan ve denenen standart numune daanımları cinsinden tanımlandığından karot daanımlarını (c) standart numune daanımına ( c) e alınan karotların ugunluğu, ebatları, dogunluk ve donatı parçası gibi beton daanımına etkien parametrelerin de etkileri düşünülerek eniden düzenlenmesi gerekir. Bu parametrelere kısaca değinilecek olursa: Karot Narinliği Karot üksekliği / karot çapı = l/d büüklüğü basınç daanımını önemli ölçüde

4 etkilemektedir. Bu değer bir düzeltme aktörü ile eniden gözden geçirilmelidir, bununla ilgili kullanılan öntemler birbirlerine çok akındır. Tablo Örselenme İle İlgili Düzeltme Faktörü Karotların alınması esnasında kesilen agreganın karottan arılma olasılığı çok üksektir ve bu nedenle karotların basınç daanımları anı narinlik ve çaptaki döküm silindir numunelerin daanımlarından daha düşüktür. FEMA 274 (Bartlett ve MacGregor) 'e göre düzeltme aktörü Fd = 1,06 değeri kabul edilmektedir Boşluk Oranı İle İlgili Düzeltme Faktörü Karot Çapı Karot çapı (d) küçüldükçe üze alanı / karot hacmi oranı artmakta ve buna bağımlı olarakta basınç daanım değerleri değişmektedir. Karot çapı kullanılan maksimum agrega çapının 3 katı seçilmelidir. Ugulamada karot çapının 100mm seçilmesi önerilir. Karot çapının daanıma olan etkilerinden dolaı minimum 50mm seçilmelidir. Tablo 2 Karotlarda bulunan azla boşluk miktarı, erinde sıkıştırılarak dökülmüş beton numunelere göre sahip oldukları azla boşluk miktarını gösterir. Bu miktarın daanıma olan etkilerinden dolaı belirlenip düzeltmelerde göz önünde bulundurulması gerekir. Concrete Societ,1987 e göre : V h Yb Yk = Y 500 x100,% b Y b : İi dökülmüş ve sıkıştırılmış betonun oğunluğu kg/m 3-28 günlük Y : Karot Yoğunluğu k Normal şantie şartlarında bu değer % 0,5-2,5 arasında beklenir Karotun (Düşe/Yata) Alınması ile ilgili Düzeltme Faktörü Beton döküm bakımından, malzemenin heterojenliği basınç daanımını etkiler. Bu konua önelik apılan dene sonuçlarının ışığında ata alınmış karotlar düşe alınmış karotlara kıasla (narinlik ve aştan bağımsız) daanımları daha zaıtırlar. F = d = 1,08 d ve sırasıla düşe ve ata alınmış karotlara ait basınç daanımlarını göstermektedir. Düzeltme Değeri: Fh = 0,1022V h + 0, Donatı Etkisi Karotun içinde er alan donatı miktarının basınç daanımı üzerindeki etki bir düzeltme olula dikkate alınmalıdır. Genelde bu etkiden dolaı beklenen azalma %10 dan azdır. FEMA 274 (Bartlett ve MacGregor) 'e göre içerisinde bulunan tek donatı ve çit donatı adedi için düzeltme aktörü Fr = 1,08 ve 1,13 değeri kabul edilmektedir.

5 Concrete Societ1988 e göre: Fk Fr = F kd dd. h = 1,0 + 1,5 d1 F r Donatı Düzeltmesi k Donatısız Karot Basınç daanımı k,d : Donatılı Karotun Basınç daanımı d d : Donatı Çapı h: Donatının Karot Üst Tabanından Olan Uzaklığı d: Karot Çapı l: Karot Yüksekliği Kür Süresi ve Koşulları (Sıcaklık- Nem) Şantie koşullarında üretilen betonların erinde daanımları laboratuar koşullarında üretilen betonların %77 si kadardır. Eleman bazında bu oran, bağıl nem içerisinde, kolonlarda %65, döşemelerde %50,kirişlerde %75 alınmaktadır. Kür süresi ve koşullarına bağlı olarak üretilen silindirik karot numuneler üzerinde apılan basınç daanım testlerine daanarak su içerisinde kür edilen numunelerde sürekli bir artış gözlenmektedir, apı içinde kuru durumda bulunan betondan alınan karot kesinlikle kuru olarak denee tabi tutulmalıdır. (Şekil 3) Karot Daanımı / Standart Silindir Daanımı (28 günlük daanım) Oranlarının Kür Koşulları ve Yaşa Bağlı Olarak Değişimleri karot kuru test edilmiş, E: Kötü kür dilmiş döşeme,karot ıslak tet edilmiş. (Normal portland çimento,28 günlük standart silindir daanım : 38 N/mm 2 ) Beton üzerinde apılan kalite kontrollerinde olası hataları önlemek için 28 günlük standart kür koşullarında ki beton daanımına çevrilmesi gerekmektedir. ACI Committee 209 (MacGregor,1997) e göre bu düzeltme : t ( t) = (28)[ ] A + Bt (t) : t süresindeki beton basınç daanımı (28) : 28 günlük standart daanım 22,8 0 C sıcaklık ve nemli kür koşullarında 150x300 mm silindir t : Kür süresi, gün A, B : Ampirik ormüller. Çimento türüne göre değerler alırlar. Normal portland çimento için A=4, B=0.85. Çimento III için A=2.3,B=0.92 Örneğin; normal portlan çimento için t=7 günlük basınç daanımı (7) =0.70 (28) dir Karot Numunelerin Nemliliği Nemliliğin basınç daanımına olan etkisi önemli bir aktördür. Yapılan denelerde, sua domuş karotların daanım değerleri kuru ortamda kür edilmiş karotlara oranla %10-15 daha düşüktür. Bu konuda apılan bazı çalışmaların sonucunda elde edilen kür arklılıklarına - nemlilik durumuna göre basınç daanım değişimleri çizelge 3.3 teki gibidir. Tablo 3 A: Standart silindir, B: İi kür edilmiş döşeme, kurur karot test edilmiş, C: İi kür edilmiş döşeme, karot ıslak test edilmiş, D: Kötü kür edilmiş döşeme, Nemlilik ile dikkat edilecek kısım karotun alındığı nem durumula denee tabi tutulmasıdır, ani karot orjinalinde kuru olarak alınmış ise, kuru olarak test edilmeli, nemli durumda alınmış ise alınan karot bir süre suda bekletilip,en azından anı denesel koşullarda test edilmelidir.

6 3.2. HASARSIZ DENEY SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ Ultra Ses Dalga Hızı Ultra ses dalga hızı ile betonun dinamik elastik modülünün hesaplanışı ile ilgili bağıntılar: * Homojen, isotrop elastik ortamda bounabasınç dalga hızı : l V =, t E d γ 2 =.V K 1 v K = (1 + v)(1 2v) v = 0.2 için V = K. E d γ 1/ 2 4. TEST SONUÇLARININ YORUMLANMASI 4.1. Potansiel Daanımın Hesaplanması Potansiel daanımın hesaplanmasında ki amaç,erinde daanım değerleri hesaplanan bir numune ile standart küp daanımlarını (laboratuar koşullarında sıkıştırılan kür(20ï2 0 C, %100 bağıl nem) edilen 150 mm küp numuneler) karşılaştırarak kalite denetimini apmaktır. (Şekil 4) Karot Daanımından Hareketle Belirlenen Potansiel Daanımların Standart Küp Daanımları İle Karşılaştırılması E d = 0.9. γ. V 2 V : Bouna-basınç dalga hızı, km/sn l : Karot bou, km t : Ses hızının geçiş süresi, sn γ : Beton oğunluğu, kg/m 3 v : Poisson oranı E d : Betonun dinamik elastik modülü, KN/mm 2 Tomsett-1980 e göre ultra ses metodu ile aklaşık daanımın belirlenmesi: s loge = K. s.( V 1 V2 ) s : Standart küp üzerinde ölçülen 28 günlük basınç daanımı, N/mm 2 : Yerinde beton daanımı, N/mm 2 V 1 : Standart numune üzerinde ölçülen ultra ses, Km/sn V 2 : apı elemanında ölçülen ultra ses, Km/sn K : Yerinde betonun sıkıştırılması ile ilgili aktör Çok kötü sıkıştırmada K=0.025 Normal sıkıştırma düzeinde K=0.015 Çok üksek sıkıştırma düzeinde K=0.005 Standart numunelerin basınç denelerinde, (ACI R-88,1988 de belirtilen) beton özelliklerindeki (su/çimento oranı, karışım suu gereksinimi, tüm bileşenlerin özellikleri, üretim-taşıma-erleştirme işlemleri) ve dene öntemlerindeki (ugun örnekleme prosedürünün ugulanmaması) değişimlerden dolaı bazı sapmalar gözlenir.bu durumda bu sapmalar ın büüklüğü nedenile standartlarda belirtilen kabul kriterleri sağlanamaz.bs5328, 1981 e göre kabul kriterleri : 1,min proje 3, N/mm 2 4 proje + 3, N/mm 2 1,min 4 : Minumum 28 günlük basınç daanımı (150 mm küp numune) : 4 ardıl denein aritmetik ortalaması proje : Proje daanımı 150 mm küp daanımı

7 Kabul kriterlerinden en az birisinin ada her ikisinin birden sağlanmaması durumunda örneklerin temsil ettiği üretimler «şüpheli üretim» olarak değerlendirilmelidirler. Şüpheli betonların basınç daanımları temsil ettikleri apı elemanından alınacak karotların daanımlarından hareketle hesaplanacak «potansiel daanım» büüklüğü esas alınır. p,küp =,küp Fh. Fk. F Yata alınmış karot için : 2.5 = [ λ p, küp λ Fr Düşe alınmış karot için : 2.3 = [ λ p, küp λ Fr ].Fh ].Fh. Fk. Fk. F. F p,küp : Potansiel daanım 150 mm küp daanımı cinsinden Barlett - MacGregor 1995 e Göre Yerinde Beton Daanımı (FEMA 274) Betonun erinde silindir daanımı ile karot daanımı arasındaki bağıntı, s = Fl / d. Fd. Fr. Fmc. Fd. λ İle iade edilmektedir., : Yerinde beton daanımı-silindir s cinsinden F / : Narinlik düzeltme aktörü l d F dia : Karot çapı düzeltme aktörü F r : Karotta donatı mevcut ise ona ait düzeltme aktörü F : Karotun kür şartları için düzeltme aktörü mc F : Karot alma işleminde verilen hasar için d düzeltme aktörü : Karot numunesinin basınç daanımı λ (λ 2) Fh aktörü : Sıkıştırma işlemi ile ilgili düzeltme Tablo 4 Fk : Kür koşulları ile ilgili düzeltme aktörü. Ortalama şantie koşulları için değeri kabul edilir. 1 Fk = 0.77 F : Kür aşı ile ilgili düzeltme aktörü.(kür koşulunun kuru olması durumunda K=1 dir) Potansiel daanım için hata miktarı ï%15 olarak alınmalıdır (Concrete Societ 1976). Buna göre ortalama potansiel daanım değerinin alt sınır değeri «p,küp,alt» ise beton kalitesi önünden üç durum söz konusudur : p,küp,alt > proje.bu durumda beton daanımı önünden «kabul» edilir x 0.85 proje < p,küp,alt < proje durumunda,üretilen beton «şüpheli» olarak değerlendirilir ve ek araştırmalara gidilir (karot saısının arttırılması, karot ile birlikte hasarsız denelerin birlikte değerlendirilmesi) p,küp,alt < 0.85 x 0.85 proje ise üretilen betonlar «red» edilir Yerinde Daanım Büüklüklerinin Değerlendirilmesi Concrete Societ 1988 e Göre Anomali Gösteren Değerlerin Aıklanması Hesaplanan erinde küp daanım değerleri erinde beton bileşiminin heterojen olması, delmede aşırı örseleme, başlık hazırlamada özensizlik ve test sırasında çok hızlı vea çok avaş ükleme hızının ugulanması gibi nedenlerden dolaı numuneler arasında anomali gösteren değerler oluşması durumunda bu şüpheli değerlerin aıklanması için izlenecek öntem:

8 t = 0.06 ' ' k k, min 1 1+ n 1 ' k : En küçük daanım değerinin dışında kalan değerlerin aritmetik ortalaması : Dene gurubu arasında ter alan en k,min küçük daanım değeri n: Dene gurubu arasındaki karot saısı Tablo 5 Karot saısı t A B Bulunan t değeri çizelgede alınan karot saısına karşılık gelen değerden büükse değeri atılır ve bunun dışında kalan k, min daanım değerlerinin ortalaması geçerli kabul edilir. Çizelgedeki A değeri karotun alındığı ere bağlı olarak etkien parametrelerin kesin bilinmesi durumunda,b değeri ise her ne durumda olursa olsun t değerinin alması gereken en büük değeri gösterir Sınır Değerlerin Saptanması = %12 + n küp, üst küp küp = %12 n küp, alt küp küp Hesaplanan erinde küp daanım değerlerinin aritmetik ortalaması n küp, i i= küp = 1, n n: Anomali gösteren değerlerin dışında kalan karot saısı Yerinde Karakteristik Daanımın Belirlenmesi 1. 64s = %5 risk için kr küp, alt 1.64 için1.28 %10 risk s : Yerinde daanım değerlerinde hesaplanan standart sapma s s+0.5 ~1.5 N/mm 2 s : Standart küp numuneler için hesaplanan standart sapma, N/mm Değerlendirme proje kr > ise erinde daanım γ m önünden beton kabul edilebilir. proje, < ise beton red edilir γ kr m proje : Proje beton daanımı, N/mm 2 γ m : Malzeme katsaısı = Barlett MacGregor, 1995 e göre erinde Karakteristik Daanımı Hesaplanması Yerinde daanımı etkileen tüm aktörlerin değişkenlik katsaıları hesaplatılarak tek taralı % 90 güvenlik derecesi için erinde daanımın alt sınır değeri: ( k1s ) salt = s s ( Fl / d + Fdia + Fr + Fmc + F n 2, d Burada, hesaplanan eşdeğer erinde salt daanım değerlerinin ortalaması, s ise bu değerlerin standart sapmasıdır. n, anomali gösteren karotların çıkarılmasından sonra kalan karotların saısını gösterir.k1, %90 güven derecesi için hata miktarını gösteren bir aktördür ve çizelge 4.2. deki değerleri alır. Tablo 6 Karot Saısı k1 Karot Saısı k Karışım arklılıkları da göz önünde tutulursa eşdeğer erinde daanımın hesaplanışı )

9 [ ] eş = k2 salt Tablo 7 k2 Katsaısı Tek Bir Elemandan Bir Çok Elemandan Yuvarlatılmış Değerler Karot Alınma Karot Alınma Durumu Durumu Tek bir karışımdan alınan karotlar için Farklı bir karışımdan alınan karotlar için Yerinde dökme beton Prekast beton Değerlendirme, eş proje BETON UYGUNDUR

10 Kanaklar FEMA 274, NEHRP Commentar on The Guidelines or the Seismic Rehabilitation o Buildings", C "Test methods to quanti properties", pp.6-9, (FEMA 356, C ) Bartlett, F. M., and MacGregor, J. G., 1995, Equivalent Speciied Concrete Strength rom Core Test Data, ACI Concrete International, American Concrete Institute, Detroit, Michigan. ASTM, 1990, Standard Method or Obtaining and Testing Drilled Cores and Sawed Beams o Concrete, ASTM C 42, American Societ or Testing and Materials, Philadelphia, Pennslvania. Ergin Arıoğlu, Nihal Arıoğlu (1998). Üst ve Alt Yapılarda Beton Karot Deneleri ve Değerlendirmesi Betonarme Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları, TS 500 / Nisan 1984 Beton Dene Metotları - Yapı ve Yapı Bileşenlerinde Sertleşmiş Betondan Numune Alınması ve Basınç Mukavemetinin Taini (Tahribatlı Metot), TS / Kasım 1992 ERDEMLİ PROJE VE MÜŞAVİRLİK SAN.TİC.LTD.ŞTİ. Spor Cad. Babaeendi Sok. Uuk Palas 3/1-2-6 Akaretler Beşiktaş İstanbul, Türkie Tel : +(90) Faks : +(90) E-posta : ino@erdemli.com Html :