Betonda Tahribatlı/Tahribats. /Tahribatsız Muayene Metodları

Transkript

1 Betonda Tahribatlı/Tahribats /Tahribatsız Muayene Metodları Doç.. Dr. Đsmail Özgür r YAMAN Orta Doğu u Teknik Üniversitesi NEDEN MUAYENE Betonarme yapılarda muayene metodlarına olan gereksinim: Yapı elemanlarının n kapasitesi Yapının n servis ömrü 1

2 TAHRĐBATSIZ MUAYENE (Nondestructive Testing NDT) Bir malzemenin veya yapının n herhangi bir özelliğini ini malzemeye veya yapıya zarar vermeden incelemek. TAHRĐBATSIZ MUAYENE - BETON Metallerle karşı şılaştırıldığında tahribatsız z muayene metodlarının n beton ve betonarme yapılarda kullanımı oldukça a yeni ve kullanımı yaygın n değildir. Metal homojen Beton heterojen Betonarme daha heterojen 2

3 TAHRĐBATSIZ MUAYENE - BETON Tahribatsız z muayene ile elde edilebilen veriler: Topoğrafik veri (kesit boyutları...) Malzeme özellikleri (dayanım, elastiklik modülü,, geçirimlilik, nem muhtevası, yoğunluk...) Kusurlar (Korozyon, çatlak dağı ğılımı, ayrış ışmalar...) TAHRĐBATSIZ MUAYENE - BETON Bir malzemenin veya yapının n herhangi bir özelliğini ini malzemeye veya yapıya zarar vermeden incelemek. Yapıyı etkilemeden yapılanlar... Yapının n fonksiyonunu etkilemeden yapılanlar... Karot almaktan daha düşük d k seviyede zarar vermeden yapılanlar... 3

4 TAHRĐBATSIZ MUAYENE - BETON Tahribatsız z muayene metodlarından beklenen önemli bir özellik yapılan ölçümlerin aynı numunede tekrar tekrar yapılabilmesidir. Tahribatsız z muayene metodları genelde bir ölçü değeri eri verirler. Bu ölçü değeri eri ile betonun özellikleri arasında bir bağlant lantı olduğu u varsayımı yapılır. Bütün n tahribatsız z muayene metodları kullanım öncesi, ölçülmek istenen özellikle kontrol edilmelidir!!! TAHRĐBATISIZ MUAYENE METODLARI GÖRSEL (VISUAL) Yüzey Sertliği Beton Çekici (Surface Hardness) Batma Direnci (Penetration Resistance) Çekme, Asılma, Koparma (Pull-out, pull-off, break-off) Olgunluk (Maturity) Geçirimlilik (Permeation) Resonant Frekansı (Resonant Frequency) Ultrases Hızı H (Ultrasonic Velocity) Darbe Ekosu (Impact Echo) Manyetik/Elektriksel (Magnetic/Electrical)... 4

5 KULLANIM AMAÇLARI Beton dayanımı Betonun diğer özellikleri Geçirimlilik Yoğunluk Sürüklenmiş hava içerii eriği Nem muhtevası... Yapının n durum değerlendirmesi erlendirmesi Kalite kontrol Korozyon Kesit boyutları Betonarme demiri yeri ve büyüklb klüğü Ayrış ışma yerleri Çatlak dağı ğılımı... BUGÜN ĐŞLENECEK TAHRĐBATLI/TAHR BATLI/TAHRĐBATSIZ BATSIZ MUAYENE METODLARI Mevcut bir betonarme yapının n beton kalitesini değerlendirmede erlendirmede kullanılan lan yöntemlery Karot Değerlendirmesi erlendirmesi Yüzey Sertliği i ve Penetrasyon Direnci Mekanik/titreşim/bas im/basınç (stress) dalgalarını kullanan yöntemlery Ultrases HızıH Darbe-Ekosu 5

6 Mevcut Beton Dayanımının Belirlenmesi: Karot Mevcut Beton Dayanımının Belirlenmesi: Karot 6

7 2007 DEPREM YÖNETMELĐĞĐ DEPREM BÖLGELERĐNDE YAPILACAK BĐNALAR HAKKINDA ESASLAR BÖLÜM 7 MEVCUT BĐNALARIN DEĞERLENDĐRĐLMESĐ VE GÜÇLENDĐRĐLMESĐ Bilgi Düzeyleri Sınırlı Orta Kapsamlı Sınırlı Bilgi Düzeyi Malzeme Özellikleri: Her katta kolonlardan veya perdelerden TS de belirtilen koşullara uygun şekilde en az iki adet beton örneği (karot) alınarak deney yapılacak, Örneklerden elde edilen en düşük basınç dayanımı mevcut beton dayanımı olarak alınacaktır. 7

8 Orta Bilgi Düzeyi Malzeme Özellikleri: Her kattaki kolonlardan veya perdelerden toplam üç adetten az olmamak üzere ve binada toplam 9 adetten az olmamak üzere, her 400 m 2 den bir adet beton örneği (karot) TS de belirtilen koşullara uygun şekilde alınarak deney yapılacak, Elemanların kapasitelerinin hesaplanmasında örneklerden elde edilen (ortalama-standart sapma) değerleri mevcut beton dayanımı olarak alınacaktır. Beton dayanımının binadaki dağılımı, karot deney sonuçları ile uyarlanmış beton çekici okumaları veya benzeri hasarsız inceleme araçları ile kontrol edilebilir. Kapsamlı Bilgi Düzeyi Malzeme Özellikleri: Her kattaki kolonlardan veya perdelerden toplam üç adetten az olmamak üzere ve binada toplam 9 adetten az olmamak üzere, her 200 m 2 den bir adet beton örneği (karot) TS de belirtilen koşullara uygun şekilde alınarak deney yapılacaktır. Elemanların kapasitelerinin hesaplanmasında örneklerden elde edilen (ortalama-standart sapma) değerleri mevcut beton dayanımı olarak alınacaktır. Beton dayanımının binadaki dağılımı, karot deney sonuçları ile uyarlanmış beton çekici okumaları veya benzeri hasarsız inceleme araçları ile kontrol edilebilir. 8

9 Beton - Karot TS 10465: BETON DENEY METOTLARI- YAPI VE YAPI BĐLEŞENLERĐNDE SERTLEŞMĐŞ BETONDAN NUMUNE ALINMASI VE BASINÇ MUKAVEMETĐNĐN TAYĐNĐ (17 Kasım 1992) TS EN : BETON - YAPIDA BETON DENEYLERĐ - BÖLÜM 1: KAROT NUMUNELER - KAROT ALMA, MUAYENE VE BASINÇ DAYANIMININ TAYĐNĐ (19 Nisan 2002) TS Deney Numunelerinin Şekil ve Boyutları Basınç mukavemeti deneyi uygulanacak deney numuneleri silindir veya küp şeklinde olmalıdır. Yapı ve yapı bileşeninden basınç mukavemetine tabi tutulmak üzere çıkarılan, kesme ve başlık yapma gibi gerekli düzeltme işlemi yapıldıktan sonraki deney numunesinin yüksekliği, silindir şeklindeki numunelerde (karotta) çapına (h=d), küp şeklindeki numunelerde ise kenar uzunluğuna eşit olmalıdır. Karot numunesinin çapı betonda kullanılan iri agrega maksimum tane çapının en az 3 misli büyüklükte olmalıdır. Karot numunelerinin çapları mm olmalıdır. Özel durumlarda mesela; narin yapı bileşenlerinde veya teçhizatın fazla olduğu yapı ve yapı bileşenlerinde daha küçük çaplı karotlar alınabilir. Ancak en küçük çap 50 mm olmalıdır. Kesilerek alınan küp numunelerinin kenar uzunluğu 100 mm den az olmamalıdır. 9

10 TS Deney Numunesi Alınması Sertleşmiş betondan denenmek üzere beton numunesi alınmadan önce işaretlenen ölçüm yerleri teçhizat (donatı) tarayıcı ile taranır. (tahribatsız muayene!) Teçhizatın en az bulunduğu nokta seçilip deney çekici uygulanır. Đşaretlenip karot alımı kararlaştırılmış olan ölçüm yerleri numaralandırılır ve yapı bileşeninin adı, betonun yaşı, karotların betonlama doğrultusunda ya da bu doğrultuya dik doğrultuda (yatay veya düşey) alındıkları ve yapı bileşeninin boyutları ile karot alma doğrultusuna paralel boyutu tespit edilir. TS Deney Numunesinin Durumu Deney numunelerinin içinde, basınç doğrultusunda teçhizat çubuğu bulunmamalıdır. Basınç yükü doğrultusuna dik veya eğri teçhizat genellikle basınç mukavemetini azaltıcı etki yapar. Bu sebeple deney numunesinin toplam hacmindeki teçhizat oranı % 5 den daha büyük olduğunda veya deney numunesinin 1/3 yüksekliğinde bulunan demir teçhizatı hacmi toplam numune hacminin %l den daha büyük olması halinde deney numunesi deney sonuçlarının değerlendirilmesinde dikkate alınmaz. 10

11 TS Deney Numunelerinin Kesilmesi Yapı bileşenlerinden karot bıçağı vasıtasıyla alınan deney numunelerinin sıvalı veya karbonatlaşmış yüzeyleri ile yapı bileşeninden koparılmış düzgün olmayan yüzeyi laboratuvarlarda ıslak metotla numuneye zarar vermeden yüksekliği çapına eşit olacak şekilde (h=d) taş kesme bıçağı ile traşlanır. Numunenin düzeltilmesinden sonraki yüksekliği karot çapından en fazla % 10 kadar sapabilir. TS Numunelerin Kürü ve Bakımı Laboratuvarda hazırlanan deney numuneleri deney anına kadar yaklaşık 23±2 C sıcaklıkta ve doygun rutubetli kür odasında saklanmalıdır. Deney numuneleri deney esnasında hava kurusu halde olmalıdır. Şayet deney numunesinin alındığı yapı veya yapı bileşeni hizmet şartlarında sürekli olarak su ile temasta ise deney numunelerinin kürü su içinde yapılmalıdır. 11

12 TS DEĞERLENDĐRME Bu standarda göre karotlara ait bulunan basınç mukavemeti sonuçları denenen betonun sadece içinde bulunmuş olduğu deney yaşı için geçerlidir. Diğer bir yaşa dönüşüm genellikle mümkün değildir. Madde 1.4 e uygun şekil ve boyuttaki 100 mm ve 150 mm çapında veya kenar uzunluğundaki deney numunelerine ait basınç mukavemeti değerleri kenar uzunluğu 200 mm olan Standard küp basınç mukavemeti değerlerine eşit kabul edilebilir. Karot yüksekliğinin çapına eşit olması durumunda; Karot çapı(d)= 100 veya 150 mm f küp,200 = f sil,100 veya f sil,150 dir. Karot çapı 50 mm 0.9 f sil,50 = f küp,200 eşitliği geçerlidir. f küp,200 = kenar uzunluğu 200 mm lik küp basınç mukavemeti f küp,100 = çapı 100 mm olan silindir basınç mukavemeti f sil,150 = çapı 150 mm olan silindir basınç mukavemeti 5 - Karot alınması Genel TS EN Betonda kullanılan agrega en büyük tane büyüklüğünün, karot çapına oranı, 1:3 den daha büyük değerler alması halinde, ölçülen dayanım değeri üzerinde önemli etkiye sahiptir. 12

13 5.2 - Karot alma yeri TS EN Karot almadan önce, karot alınmasının yapı üzerinde oluşturacağı herhangi bir olumsuz etki dikkate alınmalıdır. Not - Karot, tercihan, beton elemanların kenarları veya herhangi bir birleşim yerinden uzaktaki ve donatının çok az olduğu veya hiç olmadığı noktalardan alınmalıdır. TS EN Ek A - (Bilgi için) Agrega tane büyüklüğü ve karot çapının karot numunenin basınç dayanımı üzerindeki etkisi a) Agrega en büyük tane büyüklüğü 20 mm olan betonda ; Çapı 100 mm olan karot numuneden elde edilen basınç dayanımı, çapı 50 mm olan karot numuneden elde edilen basınç dayanımından yaklaşık olarak % 7 daha yüksek, Çapı 50 mm olan karot numuneden elde edilen basınç dayanımı, çapı 25 mm olan karot numuneden elde edilen basınç dayanımından yaklaşık olarak % 20 daha yüksek, b) Agrega en büyük tane büyüklüğü 40 mm olan betonda ; Çapı 100 mm olan karot numuneden elde edilen basınç dayanımı, çapı 50 mm olan karot numuneden elde edilen basınç dayanımından yaklaşık olarak % 17 daha yüksek, Çapı 50 mm olan karot numuneden elde edilen basınç dayanımı, çapı 25 mm olan karot numuneden elde edilen basınç dayanımından yaklaşık olarak % 19 daha yüksek. 13

14 5.4 - Karot uzunluğu TS EN Dayanım tayini deneyi için alınacak karot uzunluğunun kararlaştırılmasında aşağıda verilen parametreler dikkate alınmalıdır : a) Karotun çapı, b) Yapılması plânlanan yüzey düzeltme metodu, c) Elde edilecek dayanımın küp dayanımı veya silindir dayanımından hangisine dönüştürüleceği Donatı TS EN Karotun, içerisinde donatı bulunacak şekilde alınmasından mümkün olduğu kadar kaçınılmalıdır. Basınç dayanımı tayini için kullanılacak karot numunelerde, boyuna eksen doğrultusunda veya bu eksene çok yakın doğrultuda donatı bulunmaması sağlanmalıdır. 14

15 7.2 - Boy / çap oranları TS EN Tercih edilen boy / çap oranları aşağıda verilmiştir : a) Dayanım sonucu silindir dayanımına dönüştürülecekse ; 2.0 b) Dayanım sonucu küp dayanımına dönüştürülecekse ; 1.0 TS EN Numunelerin saklanması Numunelerin saklanma şartı (ları) kaydedilmelidir. Suya doygun durumda deneye tâbi tutulması gerekiyorsa numune, deneyden önce en az 40 saat süreyle su içerisinde bekletilmelidir. 15

16 11 - Kesinlik TS EN Bu deneyle ilgili olarak, tekrarlanabilirlik ve uyarlık tahmini verileri yoktur, ancak bu değerler muhtemelen kalıba dökülerek hazırlanan numunede bulunan değerlerden daha düşük olacaktır. TS / TS EN Karot çapı Karot narinliği Karotun yatay ya da düşey d alınm nmış olması Karotun saklanma koşullar ulları Karotun içinde i inde donatının n bulunması 16

17 ÖRNEK Orta Bilgi DüzeyiD Numune No Çap (cm) Boy (cm) Yük (kn) Ortalama (f ort ) Standard Sapma (s) f ' c= (f ort s) Mukavemet (MPa) Karot Değerlendirilmesi erlendirilmesi (Yurtdışı ışı) ABD de mevcut yapıdan beton karot numunesi alınmas nması ve değerlendirilmesi erlendirilmesi ASTM C42 ve ACI standardları kullanılarak larak yapılmaktad lmaktadır. ABD de mevcut yapılar ların n deprem güvenlig venliğinin inin belirlenmesinde Federal Acil Durum Yönetim Y Kurumunca yayımlanan FEMA-273 no lu kılavuz doküman kullanılmaktad lmaktadır. 17

18 f c = Fl / d F F F F f dia r mc d core ASTM C yılında y revize edilen standardda, mevcut binalardan alınacak karot numunelerinin basınç dayanımlar mlarını etkileyen parametreler olarak karot çapı, boyu, boy/çap oranı ve nem durumu gösterilmiştir. tir. Alınacak karot numunelerinin çaplarının en az 94 mm olması gerektiği i belirtilerek daha küçük üçük çaplarda alınan karot dayanımlar mlarının n daha düşük d çıkabileceği i ve boy/çap oranına na daha fazla bağlı olacağı ifade edilmiştir. Ayrıca, numunelerin boy/çap oranlarının n 1.75 ila 2.00 arasında olması gerektiği, i, 1.75 den az olması durumunda ise bir düzeltme d faktörünün n uygulanması gerektiği i gösterilmig sterilmiştir. tir. Bu standardda karot numunesinin geometrisi dışıd ışında ihtiva ettiği nemin numune içerisinde i dağı ğılımının n sonuçlar ları etkileyeceği i de belirtilmektedir. ACI R-03R Öte yandan Amerikan Beton Đdaresi nce 2003 yılında y revize edilerek yayımlanan standard doküman, mevcut binalardan karot alınmas nması ve sonuçlar ların n irdelenmesiyle ilgili oldukça a kapsamlı bilgi ihtiva etmektedir. Bu standardda ASTM C 42 standardında adıge geçen en parametrelerin basınç dayanımına na etkileri ifade edilerek, bu etkiler için i in istatistiksel olarak bulunmuş sayısal sal düzeltme d faktörleri gösterilmektedir. 18

19 ACI R-03R f c = Fl / d F dia F mc F d f core f c f core F l/d F dia F mc F d : Karotun yapıdaki eşdee değer er dayanımı : Karot basınç dayanımı : Karot boy/çap oranı düzeltme faktörü : Karot çapı düzeltme faktörü : Karotun nem muhtevası düzeltme faktörü : Karota verilen hasar durumu düzeltme d faktörü l d Faktör tanımı F / : l / d (Karot boy/çap oranı) F dia F mc d Olduğu gibi 48 saat su içerisinde bekletilmiş Havada kurutulmuş ACI R-03R Düzeltme katsayısı f MPa olarak kullanıldığında) ( core 4 1 ( *10 * f core )(2 l / d 4 1 ( *10 * f core )(2 l / d 4 1 ( *10 * f core )(2 l / d : Karot çapı 50 mm mm mm 0.98 : Karot nem muhtevası Olduğu gibi saat su içerisinde bekletilmiş 1.09 Havada kurutulmuş 0.96 F : Karot alma işleminde verilen hasar 1.06 ) ) )

20 FEMA-274 Bu yardımc mcı kılavuz dokümanda karotun donatı ihtiva etmesi durumunda kullanılacak lacak ilave bir düzeltme d faktörü (F r ) önerilmektedir. Şayet yapıdan alınan karotta donatı bulunmuyorsa bu faktörün n 1.00, bir adet donatı var ise 1.08, iki adet donatı var ise 1.13 kullanılmas lması önerilmektedir. Sonuç olarak mevcut bir yapıdan alınan karotun basınç dayanımını kullanarak yapıdaki eşdee değer er basınç dayanımını hesaplayabilmek için i in aşağıa ğıdaki formül önerilmektedir. f c = Fl / d F dia F mc F d F r f core KAYNAKLAR TS 10465, (1992). Beton Deney Metodları Yapı ve Yapı Bileşenlerinde enlerinde Sertleşmi miş Betondan Numune Alınmas nması ve Basınç Mukavemetinin Tayini (Tahribatlı Metod), Türk Standardları Enstitüsü,, Ankara, Türkiye, T 16 pp. TS EN (2002). Yapıda Beton Deneyleri, Bölüm B m 1: Karot Numuneler Karot Alma, Muayene ve Basınç Dayanımının n Tayini, Türk Standardları Enstitüsü,, Ankara, Türkiye, 7 pp. ASTM C42/C 42M (2002). Standard Test Method of Obtaining and Testing Drilled Cores and Sawed Beams of Concrete,, Annual Book of ASTM Standards, Vol , USA. ACI Committee 214, (2003). Guide for Obtaining Cores and Interpreting Compressive Strength Results, ACI 214.4R-03, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, USA, 16 pp. Bayınd ndırlık k ve Đskân Bakanlığı ığı,, (2007). Deprem Bölgelerinde B Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayınd ndırlık k ve Đskân Bakanlığı ığı,, Ankara, 160 pp. ATC-33, (1997). NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings (FEMA Publication 273), Building Seismic Safety Council,, Washington D.C., USA. ATC-33, (1997). NEHRP Commentary on the Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings (FEMA Publication 274), Building Seismic Safety Council,, Washington D.C., USA, 427 pp. Yazıcı, Ş., Göktepe, A.B., Altun, S., Karaman, V., (2006). Sertleşmiş Beton Basınç Dayanımının Belirlenmesinde Kullanılan TS ve TS EN Üzerine Bir Değerlendirme, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, Cilt: 8 Sayı: 1 s

21 Tahribatsız z Muayene Metodları Beton Test Çekici Yüzey Sertliği i / Beton Test Çekici En eski tahribatsız z muayene metodlarından biridir 1948 de Ernst Schmidt tarafından geliştirildi Schmidt çekici olarak da adlandırılır 21

22 Yüzey Sertliği i / Beton Test Çekici Bir yay tarafından gerilen bir kütlenin k (çekicin)( betona çarpması sonucu ne kadar geri teptiğini ini ölçer Yüzey Sertliği i / Beton Test Çekici Okunan değerler erler Yüzey pürüzlp zlülüklerinden Numune şekil, boyut ve rijitliğinden inden Yaşı şından Agrega tipinden Betonun nem muhtevasından Karbonatlaşmadan etkilenir. Ayrıca, noktasal ölçüm m yapıld ldığı için in o noktanın özellikleri de belirleyicidir. Agrega üzerinde yapılan ölçüm Bir boşlu luğun un bulunması. 22

23 Yüzey Sertliği i / Beton Test Çekici Betonun kalitesini belirlemede kullanılabilir labilir Betonun dayanımını tahmin etmede yanlız z olarak kullanılmamal lmamalıdır. Aynı tür r karışı ışımlar için i in aynı beton test çekici kullanılarak larak yapıld ldığında daha doğru dayanım tahminleri yapılabilir. 23

24 Yüzey Sertliği i / Beton Test Çekici Tahribatsız z Muayene Metodları Batma Direnci 24

25 Windsor Sondası (Probe) 1964 yılında y Windsor Makina ve New York Liman Đdaresi tarafından ABD de geliştirildi Bir silah tarafından beton içerisine i atılan sondanın/ n/çivinin betona ne kadar battığı ığını ölçer Üç sondanın ortalaması alınır Windsor Sondası (Probe) Beton çekici ile benzerdir. Agrega özellikleri etkilidir. Genelde basınç dayanımında nda kırılma k harçdan veya harç agrega yüzeyinden y olur, o yüzden y agregaya çarpma ihtimali fazla olduğu u için i in agrega özellikleri oldukça a belirleyicidir. Arni, H.T. (1972) 8 karot~120 Test Çekici~85 Windsor Sondası 25

26 Tahribatsız z Muayene Metodları Ultrases HızıH Ultrases HızıH Giriş Titreşim/Ses im/ses Dalgaları Temel Prensip ve YöntemlerY Uygulamalar Üstünlükleri / Zayıfl flıkları 26

27 Mekanik/Titreşim Dalgaları Hissedilir Duyulur Ultrases (Duyulmaz, hissedilmez) k 1G (Hz) Frekans (Hz) Arka dayanak Algılayıcı (Transducer) Elektri trik k enerjisi Mekanik enerji Kablo bağlantısı Đç koruyucu gömlek Dış koruyucu Piezoelektrik kristal Çap Kalınlık Aşınma plağı Kısa Band (50 khz,...) Uzun Band ( khz) 27

28 Ultrases hızıh deney yöntemi, y bir malzemeden geçen en ultrasonik dalganın n geçiş hızının hesaplanması prensibine dayanır. (V=L/ T) Đki Yüzeyden Ölçüm Alıcı Numune Verici Boy, L Şiddet Varış zamanı, T a V = l L T a Zaman (µsec) 28

29 Tek Yüzeyden Ölçüm Verici Alıcılar Mesafe Varış Zamanı V l Numune Mesafe Ses dalgaları katılarda 4 temel şekilde yayılım gösterirler; birincil dalgalar, ikincil dalgalar, yüzey y dalgaları (Rayleigh dalgaları) ) ve ince malzemelerde plaka dalgaları (Lamb dalgaları). Ultrases hızıh testinde en yaygın n olarak kullanılan lan dalga şekilleri birincil ve ikincil dalgalardır. r. 29

30 Birincil Dalgalar (Basınç / Boylamsal Dalgalar) Bu dalgalarda, malzemenin içindeki parçacıklar dalganın yayılım yönüne paralel olarak titreşirler, yani, titreşim boylamsal yönde olur. Đkincil Dalgalar (Kesme /Enlemsel Dalgaları) Bu dalgalarda, malzemenin içindeki parçacıklar dalganın yayılım yönüne dik olarak enlemesine titreşirler. 30

31 Malzeme Özellikleri - Ultrases Hızı Birincil V l = ρ E( 1 µ ) ( 1+ µ )( 1 2µ ) Đkincil V s = G ρ Rayleigh Vr 0. 9V s V > V > V l s r Homojen ve izotropik katı malzemelerde yayılan dalgaların özelliklerini belirleyen parametreler; dalgaboyu, frekans ve hızdh zdır. Dalganın n frekansı,, bir parçac acığın n 1 sn içinde i inde yaptığı titreşim im sayısıdır. Dalgaboyu, bir dalgalanma hareketinde iki dalga tepesi arasındaki mesafedir. Hız (V) = Dalgaboyu (λ) * Frekans (ƒ) 31

32 Frekans-Dalgaboyu Dalgaboyu-Hız Zaman parametresi Frekans (f) Mesafe parametresi Dalgaboyu (l) V= λf Titreşim Verici Yüksek f Küçük λ Titreşim Alıcı Düşük f Büyük λ Ultrases Hızı Deney Düzeneği Personal C om puter w ith G ages cop e for W in d o w s P ulse G enerator R eceiver/c onditioner/a m plifier G age C o m p u S cope 2125 ch A ch B sync in clock T ransm itting T ransducer R eceiving T ransducer C oncrete S pecim en 32

33 Varış Zamanı Hesaplanması 140 Amplitude Base Line Corrected, Filtered, Rectified and Amplified Waveform Arrival Time, T arr Raw Waveform Fixed Threshold Time (µsec) V = l L T a 33

34 Betonda Ultrases HızınıH Etkileyen Faktörler YAPILAN ÇALIŞMALAR 1952, Anderson ve Nerenst Ultrases hızıh testini beton numunelerin sertleşmesini incelemek için i in kullandılar lar 1958, Kaplan Betonun basınç dayanımı ve ultrases hızıh arasındaki ilişkiyi hem laboratuar koşullar ullarında hem de yapı kolonlarında nda inceledi ve ultrases hızıh ile basınç dayanımı arasındaki ilişkinin su-çimento oranından ndan ve yaştan bağı ğımsız z olmadığı ığını tespit etti. 34

35 1960, Kaplan Taze betonun yeterince sıkışs ıştırılmamasından kaynaklanan boşluklar lukların n ses hızıh üzerinde basınç dayanımından ndan daha az etkili olduğunu unu buldu. 1989, Popovics ve Rose Silindir beton numunelerin boylamsal yöndeki y ses hızının h yatay yöndeki y hızdan h farklı olduğunu unu ve ayrıca, betondaki ses hızının h n yüksek y frekansla arttığı ığını tespit ettiler. 2000, Yaman ve diğerleri Betonarme köprk prü tabliyelerinin dayanıkl klılığının önceden belirlenmesinde kullandılar. lar. (Birazdan anlatılacak!) lacak!) 2004, Rio Silindir beton numunelerin basınç dayanımlar mları ve aynı beton numunelerin boylamsal yöndeki y ultrases yayılım m hızlarh zları arasında üstel bir ilişki olduğunu unu buldu. 35

36 ÜSTÜNLÜKLERĐ Test yalnızca tek bir yüzeye y uygulanabilir. Betonun içi yapısı ile ilgili bilgi verir. Aynı numune sürekli s kullanılabilir. labilir. Hızlı olması Betonun kalitesini ve üniformitesini belirlemede ZAYIFLIKLARI Yüzey pürüzlp zlülüğü sonuçlar ları etkileyebilir. Bu test için i in gerekli olan yetenek ve deneyim diğer tekniklerden daha kapsamlıdır. Đnce parçalar aların n test edilmesi zor olabilir. Betonun basınç dayanımını belirlemek ancak gerekli korelasyonlardan sonra mümkm mkündür! 36

37 Ultrases Hızı H ~Dayanım YENĐ ĐNŞA A EDĐLEN KÖPRÜ TABLĐYELER YELERĐNĐN DAYANIKLILIĞININ ININ ULTRASES ĐLE ÖNCEDEN SAPTANMASI 37

38 Betonarme KöprK prü Tabliyesi Dayanıkl klılığıığı Malzeme Özelikleri Beton Karışım Özelikleri Yerleştirme, Sıkıştırma ve Kür Đşlemlerinin Kalitesi Yapısal Tasarım ve Detay landırma (Mehta 1997) Performansa Dayalı Tasarım Performans Parametresi Dayanıklılık Dayanım Yöntem Ölçüm Standardı Donma-çözülme AASHTO T 161 ASTM C 666 Yüzey pullanması ASTM C 672 Aşınma ASTM C 944 Klor geçirgenliği AASHTO T 277 ASTM C 1202 Basınç dayanımı AASHTO T 2 ASTM C 39 Elastiklik ASTM C 469 Rötre ASTM C 157 Sünme ASTM C

39 Dayanıkl klılık Şartnamesi Uygulamaları Performans Parametresi resi Geçirimlilik Ölçüm m YöntemiY ntemi Hızlı Klor Geçirimlili irimliliği Virginia (VDOT( VDOT) New Hampshire (NHDOT) Texas (TxDOT( TxDOT) Nebraska (NDOR( NDOR) Florida (FDOT( FDOT) Performansa Dayalı Şartnameler ABD-FHWA yaklaşımı : 1. Etap -Şu an ABD Eyalet Karayolları nca kullanılan halihazırdaki beton kabul deneyleri 2. Etap - Sahada gerçekleştirilecek kesin kabul deneyleri 39

40 Performansa Dayalı Şartnameler 1. Etap Halihazırda labaratuvarda yapılan beton geçirimlilik deneyleri 2. Etap Gelecekte arazide yapılacak dayanıklılık deneyleri Beton Geçirimlilik Betonarme Köprü Tabliyesi Dayanıklılık Geçirimlilik Deneyleri Deney Adı Saha Uygulanabilirliği Geçirimlilik Parametresi Deney Standardı Beklenen Değişkenlik Su Geçirimliliği Evet K hid. Hayır 30-40% Hava Geçirimliliği Evet K hava Hayır 10-15% Hızlı Klorür ASTM C 1202 Hayır Q Geçirgenliği AASHTO T % Sorptivite Hayır S Hayır 4-6% Su Emme Hayır Su Emme Kapasitesi ASTM C % Klorür Đyonu Penetrasyonu Hayır D AASHTO % 40

41 Amaç 2. Etap performansa dayalı şartnamelerde kullanmak üzere, betonarme köprü tabliyelerinin geçirimliliğinin sahada ölçülebilmesi için bir tahribatsız muayene metodu geliştirilmesi Ultrases HızıH Tahribatsız Hızlı ölçüm Sahada uygulanabilir Geniş bir alandan ölçüm yapılabilir 41

42 Teorik Yaklaşı şım Geçirimlilik Porozite Porozite Elastiklik Modülü Elastiklik Modülü Ultrases Hızı Geçirimlilik Ultrases Hızı Teorik Model Geçirimlilik Ultrases hızı k V = γ V lo k V lo V γ : Malzeme geçirimliliği : Đdeal boşluksuz betondaki ultrases hızı : Ultrases hızının V lo dan farkı : Beton karışımına bağlı katsayı γ = 2 d 32m d : Ortalama boşluk çapı m : Poisson oranına bağlı katsayı 42

43 V s Çimento Hamuru Kalite Kaybı (ÇHKK) V f V CHKK = α α = P F s V V s F PDF Field Tabliye Deck P F V F Standard Numuneler Specimens σ 5000 Vs UPV 2σ V s Ultrases hızı V s Laboratuvar Uygulaması Muhtemel saha problemleri laboratuvarda tekrarlanıp ÇHKK nın n kalibrasyonu için i in testler yapıld ldı - Standart numuneler - Tabliye numuneleri Kontrol (LDIII-CON) Kür yapılmamış (LDIII-CUR) 43

44 Laboratuvar Uygulaması Standart Numuneler Dayanım Elastiklik Modülü Poisson Oranı Ultrases HızıH Geçirimlilik Hızlı Klorür r Geçirimlili irimliliği Gaz Geçirimlili irimliliği Su Emme Kapasitesi Kılcal Geçirimlilik Figg in in Hava ve Su Geçirimliliği Laboratuvar Uygulaması Tabliye Örnekleri 1. Doğrudan Tabliye Örneklerinde Yapılan Deneyler Ultrases Hızı Figg in Geçirimlilik Deneyleri 2. Karot Numunelerinde Yapılan Geçirimlilik Deneyleri Hızlı Klorür r Geçirimlili irimliliği Gaz Geçirimlili irimliliği Su Emme Kapasitesi Kılcal Geçirimlilik 44

45 PDF LDIII-CON LDIII-CUR LDIII-B Laboratuvar Uygulaması ÇHKK (28) (90) PDF LDIII-CON LDIII-CUR LDIII-B UPV (m/sec) UPV (m/sec) 28 gün 90 gün Hız (m/s) Hız (m/s) Numune Mean COV ÇHKK Mean COV ÇHKK (%) (%) (%) (%) Standart Kontrol Tab Kür Prob Numune Laboratuvar Uygulaması Ultrases COV (m/s) (%) Geçirimlilik Deneyleri 28 Gün Su Emme COV (%) Colombs (%) COV (%) Gaz Geçirimliliği (m 2 x COV ) (%) Standart Kont. Tab Kür Prob Gün Ultrases Su Emme RCPT Gaz Geçirimliliği Numune (m/s) COV (%) (%) COV (%) RCPT Colombs COV (%) (m 2 x ) COV (%) Standart Kont. Tab Kür Prob

46 Saha Uygulaması Yeni KöprK prü Tabliyeleri Yer Tarih Yapısal Sistem Scotten - Michigan (B1) 24/7/2000 Sürekli Çelik Kiriş Oakman - Lodge (B3) 11/8/2000 Sürekli Çelik Kiriş I75 Kuzey - I94 Doğu (B5) 14/9/2000 Basit Çelik Kiriş Saha Uygulaması Yeni Köprü Tabliyeleri Beton dökümüd esnasında nda standars tandart numuneler hazırland rlandı Beton kalitesindeki baz ultrases hızıh bu standart numunelerden belirlendi 28. ve 56. günlerde g sahada ve standart numunelerde ultrases hızıh ölçümleri yapıld ldı 46

47 Saha Uygulaması ÇHKK Köprü ÇHKK (%) B1 15 B3 31 B5 9 Saha Uygulaması Geçirimlilik (Figg) Deneyleri 47

48 Sonuçlar ÇHKK uygulama prensibi anlatıld ldı Laboratuvar ve saha uygulamaları bulguları anlatıld ldı ÇHKK nın n performansa dayalı şartnamelerde uygulama potansiyeli anlatıld ldı ÇHKK nın şartnamelerde uygulamaya geçebilmesi ebilmesi için in daha fazla parametrik çalışmaya ihtiyaç var Nem oranı,, sıcakls caklık k ve gerilme durumunun etkileri ÇHKK ile yapı ömrü arasındaki ilişki Đstatistiksel parametreler (test alanı,, kaç ölçüm m yapılmas lması gerektiği i gibi) Tahribatsız z Muayene Metodları Darbe-Ekosu 48

49 Darbe - Ekosu Giriş Kullanılan lan Cihazlar Temel Prensip ve YöntemlerY Uygulamalar Giriş Bazı yapılardaki (beton yol, köprk prü tabliyesi) mevcut betonun kalınl nlığının n bilinmesi ya da oluşmu muş bir tabakalaşma (delamination) probleminin teşhisi yapının n doğru modellenebilmesi ve değerlendirilebilmesi erlendirilebilmesi için i in önemlidir. Geleneksel olarak kullanılan lan karot alma yöntemi y hem çok pahalı, hem uzun zaman gerektiren bir işlemdir. i Karot alımı sonrası oluşan hasar yapının n ilerideki sorunları için in bir başlang langıç noktası oluşturabilecektir. Bu tür t r bir probleme çözüm m olarak titreşim/ses im/ses dalgaları kullanılmaktad lmaktadır. 49

50 Darbe-Eko Darbe-eko eko yöntemi y tahribatsız z muayene yöntemlerinden biri olup darbe sonrasında nda oluşturulan titreşim/ses im/ses dalgalarını kullanarak çalışır. Betonun dışd yüzeyine veya içerisindeki i bir sorunlu bölgeye çarpıp p geri dönen d ses dalgalarının incelenmesiyle o kesit hakkında önemli bilgiler edinilebilir. Darbe-Ekosu Darbe-ekosu ekosu yönteminin y diğer titreşim im dalgası kullanan yöntemlerden temel farkı düşük k frekanslı ses dalgalarını kullanmasıdır. Kullanılan lan ses dalgaları 0-60 khz arasında nda, ve genellikle 30 khz i i geçmeyecek şekildedir. (Not: Đnsanın n duyma yetisi ~20Hz-20kHz 20kHz arasındad ndadır) Bunun gibi düşük d k frekansların n kullanımı,, betonun heterojenliğiyle iyle ve özellikle çimento hamuru-agrega agrega arayüzleriyle ilgili sorunların n oluşmamas mamasını sağlar. 50

51 Darbe-Eko Darbe-ekosu ekosu yöntemi betonda kullanılan lan tahribatsız muayene yöntemlerinden y biridir. Darbeyle oluşan ses dalgalarını kullanarak betonun kalınl nlığı,, varsa çatlakları ve genel durumu hakkında bilgi edinmemizi sağlar. Yapı,, yüzey y ve şekil sınırlamass rlaması yoktur. Uygulanması kolay ve çabuktur. Birkaç saniye içinde i inde o nokta hakkında bilgi edinmemizi sağlar. 51

52 Bu kadar hızlh zlı olduğu u için i in bütün b n bir yapıyı bir metreden az aralıklarla incelemek mümkündür. Dolayısıyla yla, sorunlu bölgelerin tesbiti yapılabilir. Bugüne kadar tabliyelerde, yollarda, duvarlarda, kolonlarda, kirişlerde, beton borularda sayısız z kere kullanılm lmış ve başar arılı uygulamaları gösterilmiştir. Uygulamalar kısmındaki örnekler dışıd ışında betonarme yapılarda, beton yollarda, köprk prülerde, tünellerde, t barajlarda, limanlarda ve istinat duvarlarında dünyada uygulamaları mevcuttur. Kullanılan lan Cihazlar: Ses dalgasını yakalayabilecek hassas bir algılay layıcı (uzunband) Ses dalgalarını oluşturmak için i in farklı boylarda çelik toplar Gelen bilgiyi toplamak ve bilgisayara aktarmak için i in bir veri toplama ünitesi 52