DEPREM HASARI GÖRMÜŞ BETONARME YAPILARDA ÇELİK KALİTESİNİN İNCELENMESİ

Transkript

1 TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR DEPREM HASARI GÖRMÜŞ BETONARME YAPILARDA ÇELİK KALİTESİNİN İNCELENMESİ Doç.Dr. Selçuk TÜRKEL

2 Yapılarda Kullanılan Çelikler Çelik, genellikle betonarme yapılarda donatı olarak veya çelik yapılarda taşıyıcı malzeme (profil) olarak iki şekilde kullanılır. 2

3 ÇELİK DONATILARDA KALİTE KONTROLÜ GÖRSEL MUAYENE Korozyon Pas lekeleri Pas payı çatlakları kapak atma TAHRİBATSIZ DENEYLER (Elektriksel ölçümler, metal dedektörleri - pundit) Donatı yeri Sayısı Aralığı Çapı Korozyon durumu TAHRİBATLI DENEY Pas payının kaldırılması Örnek alma Donatı yeri Sayısı Aralığı Çapı Korozyon durumu LABORATUVAR DENEYLERİ Çekme deneyi Gerilme-şekil değiştirme ilişkisi Kimyasal analiz Diğer deneyler (enerji yutma kapasitesi, işlenebilirlik vb.) 3

4 ÇELİKTE KALİTE KONTROLÜ BOYUT KONTROLÜ AKMA ve ÇEKME DAYANIMI MİNİMUM KOPMA UZAMASI ENERJİ YUTABİLME KAPASİTESİ SERTLİK, İŞLENEBİLİRLİK DARBEYE DAYANIKLILIK KOROZYON OLUŞUMU 4

5 ÇELİKTE KALİTE KONTROLÜ BOYUT DENETİMİ Çap Kontrolü (1000 mm uzunluktaki parçalar en az 0,5 g duyarlıkta tartılır) d =12, 74 s G l G : Çubuk kütlesi (g) l : Çubuk boyu (mm) 5

6 ÇELİKTE KALİTE KONTROLÜ BOYUT DENETİMİ Kesit Alan (1000 mm uzunluktaki parçalar en az 0,5 g duyarlıkta tartılır) A =12, 74 G l G : Çubuk kütlesi (g) l : Çubuk boyu (mm) 6

7 ÇELİKTE KALİTE KONTROLÜ YENİ TS 708 DE BOYUT DENETİMİ Çap, enkesit alanı 10,0 mm ve daha küçük anma çaplı çubuklar, yarım milimetrelik farklarla (örneğin, 8,5 mm, 9,0 mm vb.) artırılarak, 10,0 mm den daha büyük anma çaplı çubuklar ise bir milimetrelik farklarla artırılarak (örneğin, 11 mm, 12 mm vb.) gösterilmelidir. 7

8 ÇELİKTE KALİTE KONTROLÜ YENİ STANDARTDA TS 708 DE BOYUT BOYUT DENETİMİ DENETİMİ Birim uzunluk kütlesi ve toleranslar Birim uzunluk anma kütleleri 7,85 kg/dm3 lük yoğunluk değeri kullanılarak, anma enkesit alanı için verilen değerlerden hesaplanır. Birim uzunluk anma kütlesi için izin verilen toleranslar, anma çapı 8,0 mm den büyük olan çubukları için ± % 4,5; anma çapı 8,0 mm ve daha küçük olan çubuklar için ise ± % 6,0 dır. 8

9 ÇELİKTE KALİTE KONTROLÜ 9

10 ÇEKME DENEYİ 10

11 ÇEKME DENEYİ ve ÇEKME DAYANIMI İnceltilmiş kesit Çekme Deneyi Numunesi Gerçek çap (d 0 ) İnceltilmiş, deney uygulanan çap L 0 : Ölçüm Boyu TS 708 Deneyler, çelik çubuklara haddeleme işlemi sonrasında herhangi bir tornalama işlemi yapılmadan uygulanmalıdır. Yalnızca d = 32 mm ve üzerindeki çaplarda, sıcak haddeleme işlemi yapılmış çubuklar için çekme cihazının kapasitesi yetersiz ise numuneler d = 28 mm den daha küçük olmamak üzere cihaz kapasitesinin izin verdiği en büyük çapta tornalanarak deneye tabi tutulur. 11

12 ÇEKME DENEYİ ve ÇEKME DAYANIMI İnceltilmiş kesit Çekme Deneyi Numunesi Gerçek çap (d 0 ) İnceltilmiş, deney uygulanan çap L 0 : Ölçüm Boyu Çekme deneyi numuneleri hazırlanırken kopma uzamasını belirlemek için; ölçüm boyu numunenin çapına bağlı olarak L 0 = 5d 0 veya L 0 =10d 0 alınır. Numune çekme deneyine tabi tutulur Deney sonucunda σ-ε eğrisi önemli noktaları ile kopma uzaması belirlenir. 12

13 ÇEKME DENEYİ ve ÇEKME DAYANIMI Kopma Uzaması Numunenin koptuğu zaman meydana gelen uzama miktarının ilk boya oranına kopma uzaması denilir L 0 L s A = L L o K 100 [%] A = (L s L o L o ) 100 [%] 13

14 ÇELİĞİN σ-ε DAVRANIŞI Çekme dayanımı Akma dayanımı Kopma dayanımı Elastik limit σ Orantı sınırı Kopma uzaması ε 14

15 BETONDA EZİLME ve/veya DONATIDA BURKULMA veya ÇELİĞİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNDE TMMOB İNŞAAT AZALMA AĞIR HASAR MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR

16 Betonda ezilme, donatıda burkulma TMMOB İNŞAAT 16 MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR

17 Düktilite (süneklik) ve Enerji Yutabilme kapasitesi Bir malzemenin dayanımının yüksek olması veya çok düktil olması, o malzemenin enerji yutabilme kapasitesinin fazla olduğunu göstermez. σ Soğuk şekillendirilmiş sert çelik Yumuşak çelik Kurşun ε Örneğin, soğuk işlenmiş çelik yüksek dayanımlı, kurşun çok düktil olmalarına karşın ikisi de, fazla enerji yutabilme yeteneğine sahip değildirler. 17

18 SERTLİK Batırılarak yapılan sertlik deneyleri. Metal endüstrisinde genellikle Rockwell, Brinell ve Vickers sertlik deneyleri kullanılmaktadır. Bu deneyler belirli bir sürede belirli bir yük altında deforme olmayan bir küre veya koninin metal içine batma derinliğinin ölçülmesiyle yapılır. Farklı malzemeler için değişik deney yöntemleri olup, bunların sonuçları farklılıklar arzeder. Bu nedenle bir malzemenin sertliğinden söz ederken, deney yönteminin de belirtilmesi gerekir TMMOB İNŞAAT 18 MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR

19 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Çentik darbe deneyi (Charpy Deneyi) Malzemelerin darbeye dayanımını belirlemek için çentik darbe deneyi olarak da adlandırılan deneyler kullanılmaktadır. Deneylerde kullanılacak örnekler üzerinde gerilme yığılmasını sağlamak üzere çentik açılır TMMOB İNŞAAT 19 MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR

20 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Çentik darbe deneyi (Charpy Deneyi) Charpy darbe deneyi, büyük ani bir darbe nedeniyle malzemenin absorbe ettiği enerjinin miktarını ölçer ve malzemenin gevrekliğini değerlendirmede kullanılır. Hatalı ısıl işlem veya başka nedenlerden doğan kırılganlığı çekme deneyi ile tespit etmek mümkün olamayabilir. Çentik darbe deneyi ile bu kırılganlık rahatlıkla gözlenebilir. İZMİR 20 ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

21 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Çentik darbe deneyi (Charpy Deneyi) Hazırlanan örnek darbe etkisi ile kırılırken ; Bazen tamamen kopabilir. Bazen de tamamen iki parça haline gelmez 21

22 İŞLENEBİLME ÖZELLİĞİ Çelik çubuğun, en az 180º bükülmesi ile TS EN ISO e göre yapılır. Deney sonrasında numunede herhangi bir kırılma veya çatlama oluşmamalıdır. 22

23 BETONARME OLUMSUZ KOŞULLAR BOZULMA P E R F O R M A N S Başlangıç Minimum kabul Edilebilir sınır Bakım sonrası Bakım öncesi Bakım öncesi SERVİS ÖMRÜ Bakım sonrası TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR Son Zaman

24 KOROZYON DOĞA YASASI TERMODİNAMİK DENGE HALİ MADDELER EN DÜŞÜK ENERJİLİ DOĞAL KONUMLARINA GEÇMEYE EĞİLİMLİDİR. DEMİR OKSİT ENERJİ ÇELİK PASLANMA DEMİR OKSİT TMMOB İNŞAAT 24 MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR

25 BETONARME YAPI ELEMANINDA KOROZYON DONATI ÇELİĞİNDE KESİT KAYBI ÇELİĞİN DEFORMASYON ÖZELLİKLERİNİN ve KOPMA MUKAVEMETİNİN DEĞİŞMESİ DONATI-BETON ADERANSININ AZALMASI PAS PAYI TABAKASININ ÇATLAMASI, DÖKÜLMESİ DONATININ AÇIKTA KALARAK TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI REAKSİYONLARIN İZMİR ŞUBESİ DEPREM HIZ SONRASI KAZANMASI HASAR

26 DONATIDA KOROZYON (PASLANMA) Donatı Çatlama Fe FeO Fe 3 O 4 Fe 2 O 3 Fe(OH) 4 Fe(OH) 3 Fe(OH) 3. 3H 2 O Donatı Kapak atma Hacim (cm 3 ) KOROZYON ÜRÜNLERİ 6 KAT HACİM ARTIŞI Paspayının tabaka halinde ayrışması OLUŞAN GENLEŞME NEDENİYLE BETONDA HASAR TMMOB İNŞAAT 26 MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR

27 DONATI KOROZYONU Pas lekeleri Yeri : Betonarme Elemanlar 27

28 Yarı hücre ölçüm aleti Betonda karbonatlaşma ve klor iyonlarının oluşturduğu korozyonun belirlenmesinde kullanılır. TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

29 Korozyon ölçüm sistemi (elektriksel) Doymuş sülfat (CuSO 4 ) Geçirimli takoz bakır eriyiği Bakır (Cu) CuSO 4 kristalleri Islak sünger Milivoltmetr e 29

30 YAPILARDA KULLANILAN ÇELİKLER Son yıllarda IIIa çeliklerinin üretiminde %0.25 den daha düşük karbon oranlı demir-karbon alaşımları da kullanılmaktadır. IIIa çeliklerinin sünekliğini, çentik darbe tokluğunu artıran ve çentik darbe tokluğu geçiş sıcaklığının düşmesine neden olan bu yöntem, çeliğin yüzeyinde belirli kalınlıkta daha sert ve dayanımı yüksek temperlenmiş martenzit mikroyapısının oluşturulması esasına dayanır. 30

31 YAPILARDA KULLANILAN ÇELİKLER Termeks Tempeks, tempcore, vb. isimler verilen bu yönteme göre en çok % 0.25 karbon oranlı çelik 1000 C de nervürlendikten sonra ani soğutma işlemine tabi tutulur. Bu işlem sırasında malzemenin yüzey sıcaklığı 250 C ye kadar düşer, ancak merkezinin sıcaklığı 900 C civarındadır. 31

32 YAPILARDA KULLANILAN ÇELİKLER Malzeme kendi haline bırakıldığında ise tüm yüzeyde sıcaklık 650 C olur. Sıcaklığın yüzeyde 250 C ye düşmesi ile martenzitik yapı oluşur. Bu yapı kırılgan bir özelliğe sahip olup ısıl işlem uygulanması gerekmektedir. Bu ısıl işlemi de sıcaklığı 650 C çıkaran çekirdek bölgesi sağlamaktadır. Daha sonra kontrollü bir şekilde soğumaya bırakılan çelik dış yüzeyinde temperlemiş martenzit çekirdek bölgesinde ferrit-perlitten oluşan yapı oluşmaktadır. 32

33 Yüksek dayanımlı bölge ( 900 MPa) Kalınlığı yarıçapın %10-20 si kadar Düşük dayanımlı bölge ( St-I 370 MPa) TERMEKS DİKKAT!!!! KOROZYON (PASLANMA) DURUMUNDA St I KÜTÜĞÜNDE ANİ SOĞUTMA DIŞ KABUĞU YÜKSEK DAYANIMLI İÇ KISMI St I KALİTESİNDE KÜÇÜK KESİT KAYIPLARI BÜYÜK DAYANIM KAYIPLARINA TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI YOL AÇABİLİR TORNALAMADAN ÇEKME DENEYİ SONUÇ St III KALİTESİNDE

34 TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

35 TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR 35

36 TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

37 Paraşüt Kulesi (izmir) korozyon hasarı TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

38 ÇELİK DONATININ KOROZYONU TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

39 ÇELİK DONATININ KOROZYONU TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

40 ÇELİK DONATININ KOROZYONU TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ PASPAYI OLMAYAN BÖLGEDE SONRASI KOROZYON ODASI İZMİR HASAR ŞUBESİ TESPİT DEPREM EĞİTİMİ

41 ÇELİK DONATININ KOROZYONU TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ PASPAYI OLMAYAN BÖLGEDE SONRASI KOROZYON ODASI İZMİR HASAR ŞUBESİ TESPİT DEPREM EĞİTİMİ

42 Yapılarda Kullanılan Çelikler Değişik tip yapı çeliklerinde gerilme-birim şekil değiştirme eğrileri 42

43 Yapılarda Kullanılan Çelikler Donatı çeliğine ait standartta 2010 yılında yapılan değişiklikle donatı adlandırması ve sınıflandırmaları değiştirilmiş, nervür şekli farklı yeni tip donatılar üretilmiştir. Ayrıca donatıların kontrol yöntem ve değerlendirilmelerinde de değişiklikler olmuştur. 43

44 Yapılarda Kullanılan Çelikler Yeni TS 708 (2010) standardı ile getirilen koşullarla kalitenin arttırılması ve sürekliliği amaçlanmıştır. Ancak betonarmede kullanılan tüm donatı çeşitlerini kapsamaması, çelik çubukların korozyon gibi dayanıklılık sorunu için çözüm getirememesi en büyük eksikliğidir. 44

45 YAPILARDA KULLANILAN ÇELİKLER TS708 (Mart 1996) Sınıflar Sembol Tipler Düz Yüzeyli (D) Sıcak haddeleme işlemi ile imal edilen (a) I-a (S220a) III-a S(420a) Nervürlü (N) Termo-mekanik işlemle imal edilen (a) IV-a (S500a) Profilli (P) Soğuk mekanik işlem uygulanarak imal edilen (b) III-b (S420b) IV-bs (S500bs) Anma çapı (d) (mm) Min. Akma day. (MPa) Min. çekme day. (MPa) Çekme/akma min. day. Oranı Min. kopma uzaması (%) <50 (%) IV-bk (S500bk)

46 YAPILARDA KULLANILAN ÇELİKLER TS 708 NİSAN

47 YAPILARDA KULLANILAN ÇELİKLER TS708 (Mart 1996) ya göre Beton Çelik Çubuklarının Kimyasal Bileşimleri Sembol C P S N C ed * % % % % % I-a III-a IV-a (1) Yeterli oranda azot bağlayıcı elementler(alüminyum gibi) bulunduğu takdirde daha fazla azot (N) kabul edilebilir. *Karbon eşdeğeri: Mn Cr + Mo + V Ni + Cu % C ed = %C + % + % + %

48 YAPILARDA KULLANILAN ÇELİKLER TS708 (Nisan 2010) a göre Beton Çelik Çubuklarının Kimyasal Bileşimleri Mn Cr + Mo + V Ni + Cu % C ed = %C + % + % + % TMMOB 6İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI

49 TS 708 MART 1996 İLE NİSAN 2010 VERSİYONLARI KARŞILAŞTIRMASI Yeni standartda Ia ve IIIa sınıfları kaldırılarak S220 ve S420, IVa kaldırılarak B 420 ve B 500 çelik çubuk sınıfları oluşturulmuştur. TS 708 Nisan 2010 da S 420 çeliği için çekme/akma dayanımları oranı minimum 1.15 olarak değiştirilmiş ve ayrıca deneysel akma dayanımı/karakteristik akma dayanımı maksimum oranı 1.30 olarak ilave edilmiştir. 49

50 YAPILARDA KULLANILAN ÇELİKLER Betonarme donatı çeliklerinin yüzey geometrisi Yeni standarda göre betonarme donatı çeliklerinin yüzey geometrilerine göre S 220 düz yuvarlak çelik, S 420, B 420B ve B 420C alt ve üst yüzeylerde tek sıra enine nervürlüdür. 50

51 TS 708 MART 1996 İLE NİSAN 2010 VERSİYONLARI KARŞILAŞTIRMASI YAPILARDA KULLANILAN ÇELİKLER Betonarme donatı çeliklerinin yüzey geometrisi B 500B alt yüzeyde tek sıra enine nervür, üst yüzeyde çift açılı enine nervür şeklinde ve B 500C her iki yüzeyde çift açılı enine nervür şeklinde ayrılmıştır. 51

52 YAPILARDA KULLANILAN ÇELİKLER Ayrıca çelik çubuklar üzerinde yapılan kodlama sayesinde herhangi bir betonarme donatı çubuğunun hangi ülkeden ve hangi firmadan temin edildiği rahatlıkla belirlenmesi sağlanmıştır. 52

53 Türkiye de satılan donatıların standartlar ve Deprem Yönetmeliği açısından durumu ile ilgili örnekler TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

54 Çalışma İTÜ İnşaat Fakültesi Yapı Malzemesi ABD öğretim üyesi Prof.Dr.Hulusi ÖZKUL Tarafından yapılmıştır. TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

55 Grafik kesikli çizgilerle 4 bölgeye ayrılmıştır. Afet Yönetmeliğini sağlayan bölge sağ üstte kalmaktadır. Sol-üstte kalan bölgede yer alan donatıların ise akma sınırları önceki bölgedekilerden ortalama olarak daha büyük olmakla birlikte (Deneysel Çekme Dayanımı / Deneysel Akma Sınırı) 1.25 koşulu sağlanamadığı için Yönetmeliğe uymamaktadır. TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

56 Akma sınır koşulunu numunelerin % 18 i sağlamazken, çekme sınır koşulunu % 7 si sağlamamıştır. Akma sınır koşulunu sağlamayan numunelerin betonarme donatı çeliği olarak sıkça kullanılan 8, 14, 16, 18 mm çaplı numunelerdir. 8, 12 ve 16 mm çaplı numuneler çekme dayanım sınırını da sağlayamamıştır. TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

57 Çelik çubukların % 25 inin deneysel çekme-deneysel akma dayanım oranı şartını sağlamamaktadır. TS 708 e göre akma dayanımı ile çekme dayanımı arasındaki oranın en az 1,15 olması istenmektedir. Aynı şekilde numunelerin % 25 i deneysel akma-karakteristik akma dayanım üst sınır koşulunu ağlayamamışlardır. TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

58 SONUÇLAR Mevcut yapılarda kullanılmış çeliklerin kalitelerinde düşüklük olabileceği göz önünde tutulmalıdır. Kuşkulu çelik malzeme üzerinde ilgili standartlara göre gerekli deneyler yapılmalıdır. Çelik üreticilerinin deprem yönetmeliğine ve ilgili standartlara göre üretim yapmaları şarttır. Çelik malzemesinin güvenilir firmalardan alınması gerekmektedir. TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

59 KAYNAKLAR 1- Baradan B. (2003). İnşaat Mühendisleri İçin Malzeme Bilgisi D.E.Ü.Müh.Fak. Yayınları, Yayın No: 307, İzmir. 2- Mohamad A. El-Reedy (2008). Steel-reinforced concrete structures, CRC press. 3- Özkul H. (2003). Çelik Donatıların Depem Yönetmeliği Açısından İncelenmesi, Türkiye Mühendislik Haberleri, Sayı: Canbaz M., vd, (2012), Betonarme Donatı Çeliğindeki Yenilikler, International Iron & Steel Symposium, April 2012, Karabük. 5- TS 708, Beton çelik çubukları, TSE, Ankara Mart TS 708, Çelik-Betonarme için donatı çeliği, TSE, Ankara, Önen Y.H. vd. (2012). 23 Ekim ve 9 Kasım 2011 tarihli Van Depremleri Yerinde Yapılan İnceleme ve Değerlendirme Raporu, Kültür Üniversitesi, İstanbul. TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR

60 TEŞEKKÜRLER TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ DEPREM SONRASI HASAR