DRAMİX ÇELİK TEL DONATILI PÜSKÜRTME BETON

Transkript

1 DRAMİX ÇELİK TEL DONATILI PÜSKÜRTME BETON TARİHÇE Donatısız püskürtme beton, kırılgan bir malzemedir ve çekme gerilmelerine düşük bir direnci vardır. Püskürtme beton başlangıçta çelik hasır veya örme demir hasır donatıyla uygulandı li yılların başında çelik tel donatıyla ilk deneme uygulamaları başladı. Bugün ÇTDPB (Çelik Tel Donatılı Püskürtme Beton ) endüstrileşmiş ülkelerde değişik uygulamalarda kullanılmaktadır.yamaç stabilizesinden yeraltı uygulamalarına ve yapısal güçlendirmeye kadar geniş bir uygulama alanı doğmuştur. TARİF Çelik tel donatılı püskürtme beton, içinde homojen dağılmış çelik tel bulunan ve basınçlı hava ile uygulanacak yüzeye yüksek hızla püskürtülen harç veya betondur. Çelik teller, betonun çatlak direnci,süneklik, enerji yutma ve darbe direnci özeliklerini iyileştirir. 1

2 TEKNOLOJİ Çelik Tel Tipleri Püskürtme betonda kullanılan çelik teller değişik çap,uzunluk ve biçimdedir. Çelik tellerin tarifi için çeşitli parametreler kullanılır. - Uzunluk/Çap oranı, - Tel çekme-kopma gerilmesi, - Geometrik biçim. (Bkz TS 10513) Resim 7..Değişik tiplerde çelik teller. Performans Çelik tel donatılı püskürtme betonun performansı, -uzunluk/çap oranına, (l/d) -tel dozajına (% o.4-1) -geometrik biçime bağlıdır. Uzunluk/çap oranı ve dozaj arttıkça, püskürtme betonun eğilme dayanımı,darbe ve çatlak direnci,enerji yutma kapasitesi artar. Buna karşılık, tel dozajı ve l/d oranı yükseldikçe, tellerin betona karıştırılması ve püskürtülmesi zorlaşır.tutkal ile birleştirilmiş tel demetleri, beton içinde dağılarak kilitlenmeye ve toplanmaya imkan vermeden,yüksek dozajda kullanılmaya imkan tanır. Tel 2

3 demetleri, hem kuru agregaya (kuru sistem) hem de ıslak hazır betona (ıslak sistem) ilave edilebilir.karışım başladıktan sonra,tel demetleri, karışımın içinde bulunan su (rutubet) ve agreganın sürtünme etkisi ile dağılmaya başlar ve beton karışımı içine homojen dağılırlar.tel uçlarında bulunan kancalar betondan sıyrılmayı güçleştirir ve sünekliği arttırır. Şekil 8 Tutkalla birleştirilen tel demetleri,15 sn içinde dağılır. Karışım Dizaynı Çelik telleri karıştırmak amacı ile klasik püskürtme beton dizaynında özel bir değişikliğe gidilmez.düşük kırma taş miktarı ve yüksek oranda çimento katılması, çelik tel donatılı püskürtme betonların performansını arttırır. Kuru karışım için 3 metod uygulanabilir, - Beton santralında kum+agrega karışımına çelik tel,çimento ilave edilerek karıştırılır ve transmikser, kamyon vb araçlara yüklenir. - Bütün malzemeler, doğrudan transmiksere konarak karıştırılır. - Hazır paket harçlar kullanılır. Islak karışım için genelde klasik beton için yapılan yöntem uygulanır.çelik teller, beton santralında veya şantiyede doğrudan transmiksere ilave edilir.tutkallı tel demetleri toplanmayı engeller. Betona çelik tellerin ilavesi, slampı önemli ölçüde etkiler.betonun işlenebilirliğini arttırmak için su ilave edilmesi, mukavemetini büyük ölçüde azaltır.bu nedenle slamp testi ve betonun dıştan 3

4 görünüşü işlenebilirlik konusunda yanıltıcı olabilir. Gerekli görüldüğünde su değil, su azaltıcı ve işlenebilirliği arttıran katkı kullanılmalıdır. Resim 9..Çelik tellerin beton santralında ilave edilmesi. Resim 10 Şantiyede çelik tellerin betona katılması 4

5 SERTLEŞMİŞ ÇELİK TEL DONATILI BETONUN ÖZELİKLERİ Çelik Tel Donalı Püskürtme Beton (ÇTDPB) ların eğilme veya çekme halinde yük-sehim eğrisi özelikleri yalın betonunkilere göre önemli farklılık gösterir, kırılmadan önce çelik tellerin sağladığı büyük şekil değiştirme söz konusudur. ÇTDPB lar sünek davranışla, yani daha iyi çatlama-sonrası dayanım ve enerji yutma kapasitesi veya tokluk ile tanımlanır. ÇTDPB un oldukça iyi çekme dayanımına, sünekliğe ve eğilme performanslarına sahiptir. ÇTDPB ların mekanik davranış özeliklerini daha iyi anlamak için malzemenin gerilme-şekil değiştirme ilişkisini incelemek ve yapıdaki davranışı ile ilişki kurmak gerekir. Çelik tellerin betona katılması gevrek olan betonun çekme şekil değiştirme kapasitesinin artırarak yarı-süneklik verir. Böylece, çatlama dayanımında ve tokluk özeliklerinde iyileşme beklenebilir. ÇTDPB ların analizinde en önemli parametreler çekme ve eğilme dayanımları ve kırılma enerjisidir, çünkü bu parametreler malzeme davranışını temsil eder. Yeni tasarım yöntemlerine göre, tokluk ÇTDB larda önemli bir özeliktir. Tokluk artışı çelik telin betona sağladığı en önemli özelliklerden biridir. Tokluk veya enerji yutma kapasitesi yük-sehim eğrisinin altında kalan alan olup, yapı elemanlarının enerji yutma özeliklerinin ölçüsünü ve tepe noktası sonrası davranışını göstermekte kullanılır. Tokluk, genelde çentiksiz numuneler üzerinde yapılan dört noktalı eğilme deneyinden elde edilmektedir. Değişik yaklaşımlar tokluğu farklı yöntemlerle belirlemektedirler: i) Amerikan Standardı ASTM C 1018 da tokluk, belirli sehime kadar yük-sehim eğrisinin altında kalan alana eşit olan enerji ile tanımlanır, ii) Japon Beton Enstitüsü (Japon Standardı JCI) ise tokluğu, ÇTDB kirişin ortasındaki sehimin kiriş açıklığının 1/150 ine kadar olan enerji ile tanımlamaktadır. Bu bölümde, ASTM C1018 Standardında belirtilen tokluk indisleri ve kalıcı dayanım faktörlerinden, Japon Standardı, Alman ve Nordik gibi kiriş deney yöntemlerinden bahsedilmektedir.literatürde mevcut deney verilerine 5

6 dayanarak Bayramov (2003) tarafından yapılan çalışma, tel narinliği ve içeriğinin ÇTDB ların tokluğu, kırılma enerjisi ve diğer mekanik özelikleri üzerindeki etkisini içermektedir. Çelik tel narinliği ve içeriğinin ÇTDB ların tepe noktası sonrası davranışını son derece etkilemekte ve toklukta da önemli rol oynamaktadır. Deneysel sonuçlar, çelik telin narinliği ve içeriğinin artmasıyla ÇTDB nun tokluğunun da arttığını göstermektedir. Bölümdeki söz konusu çalışmalarda kullanılan çelik teller kısa kesilmiş ve kancalı uçlu olup, ÇTDB nun matrisi ise normal dayanımlı bir betondur Amerikan Standardı Deney Yöntemi (ASTM C 1018) ASTM C 1018 standardı deney yöntemi, üç noktadan yük uygulanan ÇTDB kirişte ilk çatlak ve sehim için gereken enerjinin ve daha sonra ilk çatlağa karşı gelen sehimin birkaç katı kadar olan sehimler için gereken enerjinin belirlenmesine dayanmaktadır. ASTM C 1018 e göre standart eğilme deneyi P/2 P/2 D P/2 P/2 B S/3 S/3 S/3 kiriş numuneler üzerinde yapılır Bu deney yöntemine göre, ilk çatlak yük-sehim eğrisinde eğrinin yükselen kısmının lineerlikten saptığı nokta ile belirlenmektedir. Şekil 7.10 da yüksehim eğrisinde yükselen kısımda eğriliğin yukarı veya aşağı doğru olması durumuna göre ilk çatlak tokluğu belirlenir. 6

7 Yük-sehim eğrisinin lineer bölümden ilk kez ayrıldığı nokta (Şekil 7.10 daki nokta A) tanımlanarak ilk çatlak belirlenir. Dış etkileri düzeltmek için deney eğrisinde T noktasından itibaren yük-sehim eğrisinin lineer bölümünü temsil eden düz çizgi AT, O noktasında yeni bir merkeze yerleştirilir. Böylece O TA çizgisi sonraki alan hesaplamalarında OTA yerine kullanılır. Yük-sehim eğrisinde ilk çatlağa karşılık gelen yükü kullanarak ilk çatlamayı oluşturan gerilme N/mm 2 cinsinden hesaplanır. İlk çatlama sehimi O B uzunluğuna karşılık gelen sehim (δ) olarak belirlenir. İlk çatlak sehimine kadar, yük-sehim eğrisinin altındaki alan belirtilir, (Bu alan O AB üçgeni olup ilk çatlak için geçerli olan enerjidir). k çatlak sehiminin 3 katına (3δ) kadar yük-sehim eğrisinin altındaki alan belirlenir. Bu alan Şekil 7.10 deki O ACD alanıdır. O D ilk çatlak sehiminin 3 katına eşittir. Bu alan, ilk çatlağa kadar olan alana bölünür, bulunan sayıya I 5 indisi denir. Böylece, hesaplanan I 5 indisine benzer biçimde diğer indisler (I 10, I 20 ve diğ.) aşağıdaki gibi yazılabilir: I 5 A( O ACD) =, A( O AB) I 10 A( O AEF) =, ve A ( O AB) I 20 = A( O AGH ) A( O AB) Böylece, I 5, I 10 ve I 20 tokluk indislerindeki 5, 10 ve 20 değerleri Şekil 7.11 de de görüldüğü gibi, ilk çatlağa kadar olan lineer elastik kısma ve ondan sonra tam plastik sehimlere uygun olmaktadır. Tokluk indislerinin değerinin düşük oluşu, çatlama sonrası dayanımdaki hasarın büyük, enerji yutma yeteneğinin ise az olduğunu göstermektedir. Çelik telin tipi, içeriği, narinliği ve matris parametrelerinin uygun seçilmesi 7

8 ile tokluk indislerinin 5, 10 ve 20 gibi değerlere ulaşması ve hatta aşılması da mümkündür. Böylece, tokluk indisleri çelik telin tipi, miktarı ve uzunluğuna bağlıdır (Vondran, 1991). Çatlama-sonrasındaki farklı aşamalarda hasarın derecesi kalıcı dayanım faktörleri ile de gösterilebilir. ASTM C 1018 e göre kalıcı dayanım faktörleri aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır: R 5, 10 = 20 (I 10 I 5 ) R 10, 20 = 10 (I 20 I 10 ) R 5, 10 ve R 10, 20 gibi kalıcı dayanım faktörleri, ölçülen ilk çatlak dayanımının yüzdesi olarak ilk çatlaktan sonra belirli sehime karşı gelen alanlarındaki ortalama kalıcı dayanımı göstermektedir. Kiriş deneyinden elde edilen yük-sehim eğrisinde ilk çatlak oluştuktan sonra malzemenin yük sehim eğrisi tam plastik davranış gösterirse R 5, 10 ve R 10, 20 =100, yumuşama eğilimi gösterirse R 5, 10 ve R 10, 20 <100 olmaktadır. Yalın betonda ise kalıcı dayanımı 8

9 faktörleri sıfırdır (R 5, 10 ve R 10, 20 =0). ÇTDB lar kalıcı dayanım faktörlerine göre Tablo 7.2 deki gibi sınıflandırılmaktadır. Tablo 7.2. ÇTDB ların kalıcı dayanım faktörlerine göre sınıflandırılması. Sınıf Değerlendirme Kalıcı Dayanım Faktörü I Zayıf < 40 II Orta III İyi IV Mükemmel Japon Standardı Deney Yöntemi (JCI) Japon Standardı da çentiksiz kirişler üzerinde 4 noktalı eğilme deneyini öngörmektedir. Bu standarda göre kirişin en kesiti 150mm x 150mm, açıklığı (S) ise 450 mm dir. Şekil 7.12 de gösterildiği gibi kiriş açıklığının 1/150 ne kadar olan sehim için alan hesaplanmakta, böylece, hesaplanan tokluğa dayanarak eşdeğer eğilme dayanımı (f e ) denklem (7.7) deki gibi hesaplanmaktadır: f e Tb = 2 (7.7) δ BD tb burada, δ tb ve T b sırasıyla, kiriş açıklığı (S) nın 1/150 ne kadar olan sehim ve alan, B ve D ise sırasıyla kiriş numunenin genişliği ve derinliğidir. Japon Standardına göre açıklığının 450 mm olması halinde 3 mm lik bir sehim elde edilmektedir. Bu da ASTM Standardına kıyasla çok daha fazla bir sehime karşı gelmektedir. Böylece Japon Standardında çelik telin katkısı 9

10 Yük, kn Eğrinin altında kalan alan (T b ) Sehim, mm daha iyi değerlendirilmekte ve donatılı beton daha rasyonel kullanılmış olmaktadır. Yeni hazırlanan Avrupa Standardlarında da Japon Standardına benzer bir yöntem önerilmektedir. Resim 11..Kiriş yükleme testi.düşey deformasyonların ölçülmesi 10

11 FRANSIZ PLAK TEST YÖNTEMİ Fransız Demiryolları SNCF ve Grenoble Alpes Essais laboratuarının, birlikte yürüttükleri araştırma programı temel alınarak,çtdpb özeliklerini karakterize eden bir plak testi geliştirildi. Bu testte, 60 x 60 x 10 cm boyutlarında, 4 kenarından mesnelere oturan beton plağa, orta noktasından (10 cm x 10 cm ) yük uygulanmaktadır. Plak orta noktasının deformasyonu 25 mm ye ulaşıncaya kadar teste devam edilir ve yük-deformasyon eğrisi elde edilir.bu eğrinin yardımı ile, deformasyonun bir fonksiyonu olarak enerji-deformasyon eğrisi çizilir. SNCF 25 mm deformasyona karşılık, 500 J enerji yutma kapasitesini, tünel tamirleri için gerekli görmektedir. Bu test yöntemi, tünel kaplamasının gerçek davranışını göstermesi açısından kiriş testinden daha iyidir. Çelik hasır donatı ile daha kolay karşılaştırma yapılabilir. 11

12 Resim cm x 60 cm x 10 cm Plak testi RÖTRE ÇATLAKLARINA KARŞI DİRENÇ M. Grzybowski ve S.P.Shah (Nortwestern University USA) tarafından yürütülen araştırmada,donatısız ve çelik tel donatılı betonlarda rötre davranışı araştırıldı. Kısıtlanmış rötre davranışını göstermek amacıyla, silindir şeklinde kalıpların etrafına beton dökülerek,çelik tellerin etkisi gözlemlendi.(şekil ) Şekil 7..Tel dozajı ve ortalama çatlak genişliği arasındaki ilişki Çatlak genişliği-zaman eğrisi,çatlak genişliğinin tel dozajı ve zaman ile ilişkisini göstermektedir.20 kg/m3 dozajında çelik tel ilavesi dahi, çatlak genişliğini azaltmaktadır. Ortalama çatlak genişliği donatısız betonda 1 mm iken, % 0,25 tel dozajında (20 kg/m3) 0,2 mm olmaktadır. 12

13 Şekil 8 Zaman-çatlak genişliği ve tel dozajı arasındaki ilişki. 13

14 DAYANIKLILIK Çelik tel donatılı püskürtme betonların korozyon direnci bazı faktörlere bağlıdır.matriks yapı alkali ortamda ve çatlaksız kaldıkça,çtdpb da bozulma oluşmaz. İyi kaliteli ÇTDPB,alkali derecesini değiştirecek etkilere maruz kalırsa, yıllar sonra, karbonatlaşma derinliği birkaç milimetreye ulaşır. Bu derinliğin altında kalan teller,tamamen korunmuş kalır. Beklenmedik ani etkiler altında çatlak oluştuğunda,çelik teller çatlak derinliğince korozif etkilere maruz kalır.çatlak genişliğine,derinliğine, tellerin çapına ve korozif ortamın şiddetine bağlı olarak,çelik teller belirli bir süre,çatlak boyunca yük aktarmaya devam ederler.deniz yapıları gibi, korozyonun yoğun görüldüğü uygulamalarda, galvaniz kaplı çelik tel kullanımı, yapı ömrünü uzatır. Alkali matrix tarafından korunan teller süreksiz oldukları için korozyona süreklilik kazandırmaz. Yüzeyde kalan teller,zaman içinde paslanabilir.ama bu durum yapısal bir zayıflık doğurmaz.estetik görünümün önemli olduğu uygulamalarda, yüzeye son kat 1-2 cm kalınlığında çelik telsiz bir tabaka uygulanabilir. 14

15 ÇELİK HASIR DONATILI PÜSKÜRTME BETON İLE KARŞILAŞTIRMA Çelik tel donatılı püskürtme betonlarının (ÇTDPB) klasik hasır çelik donatılı püskürtme betonlarla nasıl karşılaştırılacağı sık sık sorulan bir sorudur. J.Holmgren, 1972 yılında BeFo (Swedish Rock Engineering Foundation) ve FortF ( Swedish Fortification Administration) ile birlikte bu konuda araştırmalara başladı.raporda belirtilen sonuçlar şunlardı : - Çelik tel donatılı püskürtme beton kaplamalar, çelik hasır donatı kaplamaların sağladığı eğilme dayanımını ve mukavemeti sağlar. Testler, 40 kg/m3 tel dozajına sahip kaplamaların, hasır donatılı olanlarla karşılaştırılabildiğini gösterdi. - Soğuk çekme sert çelik hasır,kaya kaplamaları için uygun değildir.yumuşak çelik kullanılmalıdır. - ÇTDPB un kesme dayanımı, çelik hasıra oranla daha yüksektir. - Bu sonuçlar, sonu kancalı,yüksek çekme kopma dayanımına sahip teller için geçerlidir.tellerin matriksin kırılma anında kopmayıp betondan sıyrılmaları gerekir.püskürtme betonun plastik davranışı, tellerin betondan sıyrılma özelliklerine bağlıdır. Morgan ve Mowatt,1979 yılında donatısız, çelik hasırlı ve çelik tel donatılı püskürtme betonların karşılaştırmalı deneylerine başladılar.deney sonuçları şekil de görülmektedir.büyük plaklarla yapılan yük-deformasyon deneylerinde yük taşıma kapasitesi,çatlak sonrası küçük deformasyonlarda çelik hasırdan daha üstün, büyük deformasyonlarda ise eşdeğerli bulunmuştur. 15

16 Uygulama Farklılıkları Uygulayıcılara ÇTDPB u cazip kılan faktörlerden biri,çelik hasıra montajına ihtiyaç duyulmamasıdır.çelik hasırın kazı yüzeyine tutturulması zordur,uzun süre gerektirir,masraflıdır ve kaza riski vardır. Düzensiz kaya yüzeyleri nedeniyle, çelik hasır kaya çıkıntılarına tutturulur.hasır arkasında büyük boşluklar ortaya çıkar.hasır ile birlikte bu boşlukların kapatılması, beton tüketimini arttırır. Nozulun doğru tutulmaması sonucu hasır üzerinde beton toplanır ve arkada boşluklar yaratır.bu nedenle beton kaplamanın kaya yüzeyine yapışması zayıflar, arada su cepleri oluşur,betonun geçirgenliği artar ve hasır paslanmaya başlar. ÇTDPB ise, kaya yüzeylerini takip eder,beton kalınlığı değişmez. Çelik hasırın montajı 3 saat, püskürtme beton 1 saat devam ettiği kabul edilirse, hasırın kaldırılması ile günde 9 saat tasarruf edilir.hasır maliyeti tüm yatırımın ~%5 i olmasına rağmen, montaj süresi zamanın % u arasındadır. Çelik hasır yerine çelik tel kullanıldığında, geri dökülen malzeme miktarı (rebound) ~ %5-10 oranında azalır. Resim 13.Çelik hasırın tünel çevresine tutturulması zaman alıcı ve zahmetlidir. 16

17 Resim 14.. Çelik hasır, kaya yüzeylere eşit mesafede yerleştirilemez.aradaki mesafe, bazen 1 cm, bazen 20 cm olmaktadır.böylece, beton tüketimi gereksiz yere artar. MALİYET KARŞILAŞTIRMASI Sadece malzeme karşılaştırması yapıldığında, ÇTDPB çelik hasır donatılı püskürtme betondan daha maliyetli bulunur. Ama, yerinde bitmiş kaplamaların maliyetleri göz önünde bulundurulduğunda, çelik telin daha avantajlı olduğu görülür. 100 mm kalınlığında (3 pas ) püskürtme beton, 1 sıra hasır (Q188) maliyeti yaklaşık US$ /m 2 dir. Aynı taşıma gücüne sahip 80 mm kalınlıkta (1pas),30-40 kg/m 3 tel dozajı ile yapılan kaplama maliyeti,15-17 US $/m2 dir. Bunlara püskürtme beton miktarındaki azalmayı,iş hızındaki artışı ve tünel içinde elektrik,yakıt vb giderlerdeki azalmayı eklersek, ÇTDPB un getirdiği ekonomik kazanç daha da artar. 17

18 SİLİS DUMANI NEDİR? Silis dumanı,silikon metalinin üretimi sırasında elde edilen yan üründür. Fırından çıkan gazların filtre edilmesi ile oluşur ve çok ince silikon dioksit (SiO 2 ) partikülleri içerir.aşağıda yüzey alanları karşılaştırması,patiküllerin inceliği konusunda daha iyi bir fikir verebilir. Silis dumanı m 2 /kg Uçucu kül m 2 /kg Portland çimentosu m 2 /kg DİZAYN Silis dumanı, sahip olduğu yüzey alanının büyüklüğünden dolayı,betonda su ihtiyacını arttırır.su miktarı, yaklaşık olarak 160 l/m3 den 220 l/m3 e yükselir ve su / çimento oranı artar.su ihtiyacını kontrol altında tutmak için su azaltıcı ve akışkanlaştırıcı katkı kullanılmalıdır.eğer betonun donma çözülme dayanımını arttırmak gerekirse,hava sürükleyici katkı ilave edilmelidir. KARIŞTIRMA Kuru sistemde,silis dumanının katılması ve homojen dağıtılması kolay değildir.karışım süresi 4 dakikaya kadar uzayabilir.silis dumanı, suya karıştırılarak, hazır halde uygulama yerine getirilebilir ve nozulda betona ilave edilebilir.kuru karışımın önceden nemlendirilmesi (premoisturizing), geri dökülmeyi ve toz oluşmasını azaltır. Islak sistemde,silis dumanı beton santralında ilave edilebilir veya transmiksere sonradan katılabilir. 18

19 PLASTİK ÖZELİKLERİ Silis dumanının çimento miktarının % 8-12 si oranında kullanılması, taze püskürtme betonun yapışma özelliğini arttırır. Islak ortamlarda yapılan uygulamalarda, zeminden gelen suyun betonu yıkamasına karşı direnç oluşturur.tek pas püskürtme beton kalınlığını, klasik betona göre daha fazla arttırabiliriz. Suyun geldiği bölgelerde, katkı miktarı yükseltilerek yapışma dayanımı ve priz arttırılmaya çalışılır.bu da, uzun dönemde beton kalitesi ve dayanıklılığı üzerinde olumsuz etki eder.silis dumanı ilavesi ile, katkı miktarı arttırılmaksızın bu sorun çözülebilir. Uygulama sırasında geri dökülen malzeme, önemli bir maliyet getirir.silis dumanının ilavesi ile, tavan ve yatay duvarlarda kayıp oranı azalır.yapılan testlerde silis dumanı ilavesi ile,geri dökülme oranı kuru sistemde % 35 den %20 ye, tavanda ise %55 den %30 a düştüğü görülmüştür. Islak sistemde ise tavanda % 10-15, duvarda % 5-10 arasında ölçülmüştür. SERTLEŞMİŞ BETON ÖZELİKLERİ Basınç Dayanımı Silis dumanı ve uygun agrega granümetrisi kullanarak,50 Mpa ve daha yüksek mukavemetlere sahip beton karışımları elde edilebilir.proje tasarımcıları daha düşük sınıfları tercih edip,çimento ve silis dumanı miktarını azaltırlar.bu da geri dökülmeyi ve yapışmayı azaltır. Eğilme Çekme Silis dumanı ilavesi, eğilme çekme dayanımını 1-2 Mpa arttırır. 7 günlük 5 Mpa ve 28 günlük 7 Mpa değerlerine, priz hızlandırıcı ilavesi olmadan ulaşılabilir.daha düşük değerler, katkı ilavesi ile ortaya çıkabilir. 19

20 ÇELİK TEL DONATILI SİLİS DUMANI İLAVE EDİLMİŞ PÜSKÜRTME BETON Silis dumanı ilave edilmiş yüksek mukavemetli betonları zayıf yönü,kırılganlığıdır.ani ortaya çıkan deprem,patlama ve yüklere maruz kaldığında çökme çok hızlı olmaktadır.ideal çözüm, çelik tel ilavesi ile püskürtme betonun sünekliğini arttırmaktır.böylelikle betonun tokluk oranları da artış gösterir. MALİYET Silis dumanının püskürtme betonda maliyet azaltıcı bir etkisi vardır. Geri dökülme azalır, beton kalınlığı azalır ve verimlilik artar. 20

21 DİZAYN Tünel Kaplama Dizaynının Prensipleri Bir tünel kaplaması bağımsız bir yapı değildir.yüklerin etkisi altındadır ve onu çevreleyen zeminin özellikleri, bu yükler altındaki davranışını belirler. Bundan dolayı, tünel dizaynı yapısal ve zeminle ilgili sorunlar göz önünde bulundurularak çözülür. Kaplama, yükleri kendini çevreleyen zemine yeniden dağıtan bir membran olarak görev görür.kaplamanın esnekliği arttıkça zemin hareketlerine daha kolay uyar. Daha sonra yapılan 2. kaplama ise sonra oluşan yüklere maruz kalır. (zemin suyu basıncı, uzun dönemli zemin oturması,paralel tünelin kazısı vb ) Gerçekçi olmayan yük,destek ve davranış kabullerine göre kaplamada oluşan gerilmeleri hesaplayan çeşitli yaklaşımlar vardır.gerçek yaklaşım gerilmeleri değil deformasyonları dikkate alır.tünel zemin destek sisteminin özü,zemin yüklerini desteklemek değil, zemin kütlesinin deformasyonlarını dengelemektir.zemin deformasyonlarının önemi, Yeni Avusturya Tünel Metodu (NATM) tarafından da kabul edilmiştir. NATM nin amacı, zemin gerilmelerini dengelemek ve kaplamanın maksimum esnekliğini sağlamaktır.gerilmeler değil, deformasyonlar ölçülür. NATM, zeminin izin verilen kontrollu deformasyonlarıyla,zemin kütlesinin doğurduğu kesme gerilmelerini dengeler ve böylelikle zeminin göçme eğilimini azaltır,diğer bir değişle kaplamaya gelen yükü azaltır. Tünel kaplamasının detayları ve boyutlandırılması için aşağıdaki koşullar dikkate alınır: 1-Su Zemin suyu basıncının ortadan kaldırılması gereklidir.bu,sızıntı bulunan yerlere enjeksiyon veya drenaj yapılması gibi yöntemlerle çözülür.su sızdırmaz bir membran uygulanırsa, iç tarafında onu destekleyen bir kabuk bulunur.zaman içinde membran üzerinde su basıncının oluşacağı ve yapılan kaplama ve izolasyonun bunu karşılayacağı kabul edilir. 2- Kazı-Tahkimat 21

22 Seçilen kazı ve tahkimat sisteminin zemin koşullarına uyumlu olması gerekir Her uygulamacı güvenlik içinde kalarak kazı hızını arttırmaya çalışır. Geçici ve etkili bir destek sistemi,kazı sonrasında kaya düşmesini önlemek ve çalışanları korumak amacıyla en kısa sürede kurulmalıdır.amaç zemin yüklerini taşımak değil, kaplama ve zemin hareketleri arasında sürekli temas sağlamaktır.eğer zeminin kendini tutabilme süresi çok sınırlı ise, bu kısa süre içinde hasır donatı için zaman kaybetmeden ÇTDPB uygulanabilir. Çelik tel donatılı betonun kısa sürede kazandığı dayanım ve sünekliği,doğrudan zemin desteği sağlar.kendini tutma süresi yeterli ama zaman içinde zemin hareketlerinin beklendiği kaya zeminlerde kullanılan kaya ankrajları,püskürtme beton kaplamayı kaya zemine bağlar.eğer bu kaplamanın altında bir iç kabuk yapılacak ise, seçilecek donatı için (eğer düşünülüyorsa) kaya zeminden gelebilecek etkiler göz önünde bulundurulur. Çok sağlam kaya zeminlerde ise püskürtme beton sadece estetik nedenlerle yapılabilir. 3-Kullanım amacı Su tünellerinin yüzeyleri, suyla sürtünmeyi en aza indirmek ve hızı artırmak amacı ile pürüzsüz yapılır.benzer amaçlarla,tünel içi havalandırma hızını ve debisini arttırmak,kolay temizlemek ve ışığı yansıtmak için karayolu tünellerin yüzeyleri de pürüzsüz tasarlanır.bu yüzey düzgünlüğü bir iç kabuk ile veya püskürtme betonlara tutturulan prekast paneller ile sağlanır. YENİ AVUSTURYA TÜNEL METODU (NATM) NATM, yeraltı açıklıklarının stabilitesini sağlamak için zeminin kendi kendini taşıma kapasitesini geliştirip bütün metod ve araçları kullanarak yeraltı boşluklarını elde etme metodudur.bu ilk uygun desteğin ve son kaplamanın uygulanması ile elde edilir. Kaya veya zayıf zeminlerin göçme yapmadan belli bir süre kazı sonrası durumlarını muhafaza edebilirler.çok sağlam kaya yüzeyler için bu yüzlerce yıl olabildiği gibi,zayıf zeminlerde sadece birkaç dakika sürebilir. Yeraltı yapılarının davranışları su basıncı,tahmin edilemeyen jeolojik koşullar,tektonik değişiklikler ve insan faktörünün etkisi altındadır.her kaya sınıflandırma sistemi bu problemleri tamamıyla çözemez. Yeni Avusturya tünel metodunda, zeminin taşıma kapasitesi ince bir püskürtme beton kaplama ile desteklenir. Kazı yüzeyine en kısa sürede yarı sert bir kaplama yapılır.kaya yüzeylerine iyi bir yapışma sağlanması için yüksek erken dayanıma, kaya hareketlerini durdurabilmesi için de mükemmel sünekliğe ve enerji yutma kapasitesine sahip olmalıdır.aynı 22

23 zamanda kaya düşmelerine karşı mükemmel bir koruma sağlar.dolayısıyla,destek ne kadar erken yapılırsa, güvenlik o derece yüksek olur. NATM, kesit değişimlerine ve zemin koşullarındaki değişimlere karşı güvenli bir metotdur.dış kabuk koruyucu ilk destektir ve kaya ankrajları,çelik donatı,çelik iksa ve püskürtme betondan oluşur.radyal deformasyonlar kaya ankrajları ile azaltılırken,beton kaplama kırılma ve dağılmaktan korur. Konverjans ölçümleri stabil duruma ulaşıldığını kesinleştirmek ve final kaplamanın ne zaman yapılacağını ortaya çıkarmak için yapılır. 3 tip ölçüm yapılır : - Kaya yüzeylerindeki hareketler, - Konverjans oturmaları, - Kütlenin genel deformasyonu. NATM nin artan kullanımı,çelik tel donatılı püskürtme betonun da gelişimini ve yaygın uygulanmasını desteklemiştir. ÇELİK TEL DONATILI PÜSKÜRTME BETONLA YAPILAN TÜNEL KAPLAMA DİZAYNI Her tünel farklı amaçlarla dizayn edilir.farklı kaya tiplerini, kazı tekniklerini (delme-patlatma,tbm ) ve farklı kullanım amaçlarını (karayolu,su iletim vb) dikkate alan dizayn mühendislerinin, yapımcının inşa tekniklerini de göz önünde bulundurmaları gerekir. Dizayn büyük oranda deneysel kuralları temel alır.bunun yanında, analitik metodlar da vardır.bu metod, tünel içinde püskürtme beton çatlaklarının gözlemlenmesi ve laboratuarda büyük ölçekli test çalışmaları ile geliştirilmiştir. DONATI Donatının amacı, rötre ve termal gerilmeleri almak,kesme ve çekme dayanımı sağlamak,noktasal yükleri geniş bir alana dağıtmaktır.yoğun püskürtme beton,çatlamadığı sürece geçirimsizdir.çatlaklar,sadece aşırı çekme gerilmeler altında değil,termal ve rötre gerilmeleri altında da ortaya çıkarlar.bu nedenle püskürtme beton,gerilmelerin beklendiği yerlerde donatı ile desteklenmelidir. Kaya ankrajlarını başlıkları, kesme kuvvetine, ankrajlar arasındaki bölge ise eğilme momentine maruz kalır. 23

24 Kazıdan sonra ortaya çıkan kaya yüzeyleri düzensizdir ve hasır çeliği çekme gerilmelerinin oluşacağı yerlerde monte etmek çok güçtür.çelik teller, püskürtme beton tabakası içinde homojen bir donatı oluştururlar,kesit içinde herhangi bir yerde ortaya çıkan çekme gerilmelerini karşılarlar. DENEYSEL DİZAYN İlk deneysel dizaynlar, yerel uygulamalardan yaralanarak ve tek bir jeolejik yapıya dayanarak yapıldı.bu kriterlerin diğer tünellere uygulanması, jeoloji değiştiği için istenmeyen sonuçlar doğurdu.daha sonraları, Barton ve arkadaşları,düzenledikleri sınıflandırma sisteminde, Q kaya kütle kalitesini Q = RQD /Jn. Jr/Ja. SFR/Jw bağlantısı ile açıkladılar. RQD = Kaya kütle tanımlaması, % Jn = Çatlak takım sayısı 0,5-20 Jr = Çatlak pürüzlülük durumu 0,5-4 Ja = Çatlak ayrışma durumu 0,75-4 Jw = Çatlak suyu indirgeme faktörü 0,05-1 SFR = Gerilme indirgeme faktörü Q büyüklüğünde kullanılan değişkenlerin aldığı değerler, yaklaşık 2000 tünelde yapılan çalışmalarla belirlenmiştir. 24

25 ANALİTİK DİZAYN Bu yaklaşımda, püskürtme beton kaplamanın öngörülen çökme modu baz alınarak kalınlık hesaplanır.eğer analitik dizayn ile deneysel dizayn arasında büyük fark ortaya çıkarsa, kesin kanıtlar olmadan bu yaklaşım kullanılmamalıdır. Bu dizayn ile ilgili detaylı bilgileri, ekte verilen çalışmada bulabilirsiniz. (Tünellerde çelik lifli püskürtme beton kaplama tasarımı, mekanik büyüklükler ve kalite kontrol ilkeleri. Prof.Dr.Müh.Ergin Arıoğlu) 25

26 HASIR ÇELİK VE ÇELİK TEL DONATILI PÜSKÜRTME BETON KAPLAMALARININ KARŞILAŞTIRMALI DİZAYNI ÇELİK TELLERİN PÜSKÜRTME BETONUN DAVRANIŞINA ETKİSİ Püskürtme beton içinde homojen dağılan çelik teller,çekme bölgesinde çatlak kesiti boyunca oluşan gerilmeleri dağıtır.gerilmelerin dağılımı,çelik tellerin tipine,dozajına ve aderansına bağlıdır. Şekil (a), tel dozajı kritik tel dozajına eşit olduğu durumda kesit gerilmelerinin dağılımını, şekil (b c) ise, tel dozajının kritik dozajın altında olduğu durumdaki gerilme dağılımını gösteriyor. KARŞILAŞTIRMALI DİZAYN Donatısız Beton Kaplamanın Dizaynı 26

27 M p = Eğilme Momenti (Nm/m) f u = Donatısız beton eğilme dayanımı (N/mm2) s = güvenlik faktörü b = Yük taşıyan alanın genişliği (mm) d = Beton kalınlığı (mm) f u = 4 N/mm 2 s = 3 b = 1000 mm d = 120 mm M p = 4/ /6 = Nmm/m = Nm/m Dramix çelik tel donatılı püskürtme beton kaplama dizaynı 27

28 M D,p = f e.b. d2 /6 M D;p = eğilme momenti (Nm/m) f e = eşdeğer eğilme dayanımı (N/mm2) b = yük taşıyan alanın genişliği (mm) d = beton kalınlığı (mm) M Dp = 3200 Nm/m b = 1000 mm f e = 0.67 fu ( 40 kg Dramix ZP 305 için ) f u = 4 N/mm2 fe = = 2,68 N/mm 2 d 2 = 6 M Dp / fe. b = / 2, = 7164 mm 2 d = 85 mm Tek Sıra Hasır Donatılı Püskürtme Beton Dizaynı Mm,u = 0,9.d/2.As.σ s,u Mm,u = Nihai eğilme momenti (Nm/m) 28

29 A s = çelik hasır kesit alanı ( mm2/m) σ s,u = Çelik hasırın çekme dayanımı ( N /mm2) d= 100 mm, A s = 131 mm2 (150 x150 x5), σ s,u = 460 N/mm2 Mm,u = 0,9. 50 mm. 131 mm2/m. 460 N/mm2 = Nmm/m = Nm/m Dramix Çelik Tel Donatılı Püskürtme Beton Dizaynı M D,1 = fe.bd 2 / 6 fe =0,67 fu (40 kg/m3 Dramix ZP 305) fe =o,67. 4 =2,68 N/mm 2 d 2 = 6 M D,1./ fe.b = 6. 2,711,700 / 2, =6071 d = 78 mm ÇİFT SIRA HASIR ÇELİK DONATILI PÜSKÜRTME BETON DİZAYNI 29

30 M 2 m,u = 0,9. h.as.σs,u h= d-a (mm) a=çelik hasırı örten beton kalınlığı d= 150 mm a= 30 mm h= =120 mm As = 126 mm2 (100 x100 x 4 mm) σs,u = 460 N/mm2 M 2 m,u = 0, mm. 126 mm2.460 N/mm2 = Nmm/m DRAMIX ÇELİK TEL DONATILI PÜSKÜRTME BETON DİZAYNI M D,2m =fe. b.d 2 /6 fe= 2,68 N/mm2 ( 40 kg ZP 305 ) d 2 = 6. M D,2m / fe.b = 6. 6,260,000 / 2, = mm2 d=118 mm 30

31 DRAMİX ÇELİK TEL DONATILI PÜSKÜRTME BETONLAR İÇİN STANDARD ŞARTNAME 1 GENEL KURALLAR Bu bölümde, çelik tel donatılı püskürtme betonların karıştırma, iletim,püskürtme,kür ve kalite kontrolu için gerekli işçilik,malzeme ve ekipmanların özelikleri açıklanmaktadır. Beton kalınlığı, proje öngörülen kalınlığı sağlamalı,karışım düşük su/çimento oranına sahip olmalıdır. Uygulama öncesi, yüklenici sahip olduğu ekipmanlarla istenilen kalitede beton üretebileceğini ve uygulayabileceğini göstermelidir. 2 ÇELİK TEL DONATILI BETONUN KARIŞIM DİZAYNI Çelik tel donatılı beton karışım dizaynı, deney panellerinde uygulanmalı ve bu test sonucuna göre onaylanmalıdır. Katkılar,karışım dizaynı ile uygun olmalıdır.sertleşmiş betonun özelikleri, önceden belirlenmelidir. ÇELİK TELLER Çelik teller,soğuk çekilmiş telden üretilmeli, yuvarlak kesite ve kancalı sona sahip olmalıdır. Tel çapları mm ve uzunlukları mm olmalıdır. Tel çekme kopma dayanımları 1000 N/mm2 den az olmamalıdır. Tellerin beton içinde homojen dağılımını temin için, tutkallı tel demetleri kullanılmalıdır.karıştırma işlemi,bütün teller beton içinde homojen olarak dağılıncaya kadar devam etmelidir. Tellerin geri dökülmesi dikkate alınarak,kesin tel dozajı saptanmalıdır. AGREGA En büyük agrega çapı..mm olacaktır. Agrega granümetrisi standardlara uygun olacaktır. 31

32 ÇELİK TEL DONATILI BETON KOMPOZİSYONU Püskürtme beton, agrega, çimento,su,çelik tel ve katkı içermelidir. Uygulama tipine ve istenilen dayanıma göre,priz hızlandırıcı kullanılmalıdır.ideal bir karışım dizaynı elde etmek için şantiye koşullarında panel testleri yapılmalıdır.betondan beklenilen özelikler belirtilmelidir : -Basınç Dayanımı :..saat içinde N/mm2 -Eğilme Dayanımı : 28 günde N/mm2 -Eşdeğer Eğilme Dayanımı : 28 günde N/mm2 -Tokluk İndeksleri : I 5 28 günde. 28 günde. I 10 I günde. Tokluk Faktörü : R 28 günde. Yutulan Enerji :.Joule.mm ye kadar. Testler onaylı bir laboratuarda yapılmalıdır. Her karışım için en az 3 panel (60 x60 x 10 cm boyutlarında )test edilmelidir. 3 KARIŞTIRMA Beton santralı, bütün malzemeleri üniform olarak karıştırabilecek ve bu karışımı segregasyon yapmadan boşaltabilecek kapasitede olmalıdır. Çelik teller,agrega gibi karışıma ilave edilir.karışım esnasında tel demetleri çözülür ve teller homojen olarak karışıma dağılır.bütün teller homojen olarak dağılıncaya kadar karışıma devam edilir. 4 ÇELİK TEL DONATILI PÜSKÜRTME BETONUN UYGULANMASI Püskürtme betonu uygulamasını yapacak personel,bu tip uygulamalar ve ekipmanlar konusunda tecrübeli olmalıdır. Kaplanacak alan, basınçlı su ile temizlenerek çamur ve serbest kaya parçalarından arındırılmalıdır. Yoğun bir kaplama, kabul edilebilir bir geri dökülme elde edebilmek amacıyla,püskürtülen malzeme hızı,yüzeye olan mesafe ve su miktarı ayarlanmalıdır.geri dökülen malzeme,kesinlikle tekrar kullanılmamalıdır. Betonun kaybettiği nemin tekrar sağlanması için kür uygulanmalıdır. Eğer 32

33 yüzeye membran kür uygulanacak ise,bu uygulamadan hemen sonra,beton yüzeyi kurumadan yapılmalıdır. Uygulama yerine getirilen hazır karışımın bekleme süresi dikkatle takip edilmeli, süreyi aşan karışım uygulanmamalıdır. 5 KALİTE KONTROLU Tokluk indeksleri ve R değerleri,astm C 1018, ve TS e göre hesaplanabilir. JSCE-SF 4 standardı, eşdeğer eğilme dayanımı için kullanılır. Son yıllarda,avustralya da yuvarlak plak testi ve Güney Afrikada da su yatağı testleri, yeni test sistemleri olarak geliştirilmektedir. Taze beton içindeki tel dozajının belirlenmesi için, 10 lt taze beton numunesi yıkanıp, içinde bulunan tel miktarı mıknatıs yardımıyla toplanır ve tartılır.bulunan değer, ortalamadan en çok %20 sapmalıdır. 33