AASHTO LRFD Köprü Tasarım Şartnamesi nin Yüksek Dayanımlı Betona Uyarlanma Çalışmaları

Transkript

1 AASHTO LRFD Köprü Tasarım Şartnamesi nin Yüksek Dayanımlı Betona Uyarlanma Çalışmaları Yrd. Doç. Dr. Halit Cenan Mertol Atılım Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Kızılcaşar Mahallesi, İncek, Gölbaşı, Ankara Tel: (312) E-Posta: Öz Yüksek dayanımlı beton tüm dünyada oldukça yaygın biçimde kullanılmaktadır. Yüksek dayanımlı beton kullanımı köprülerde kiriş sayısının azalmasına, kiriş derinliğinin kısalmasına ve geçilen açıklığın artmasına imkan vermektedir. Daha uzun açıklıkların geçilmesi, köprü ayaklarının azalmasına neden olabilmekte ve projenin karmaşıklığını, inşa süresini ve maliyetini azaltabilmektedir. Hatta yüksek dayanımlı betonun çevresel etkilere olan dayanıklılığı normal dayanımlı betona göre daha yüksek olduğundan, bakım giderlerini düşürebilmekte ve yapının hizmet ömrünü uzatabilmektedir. İlk olarak 1994 yılında Amerika Birleşik Devletleri nde yürürlüğe giren AASHTO (Amerikan Devlet Karayolu ve Taşımacılığı Yetkilileri Derneği) LRFD (Yük ve Dayanım Faktörü Tasarımı) Köprü Tasarım Şartnamesi nin içindeki bir bölüm, tasarımda kullanılacak betonun basınç dayanımını 69 MPa ile sınırlamaktaydı. Dayanımı 69 MPa dan yüksek olan betonun tasarımı için, betonun basınç dayanımı deneyleri yapılarak, basınç birim şekil değiştirme ilişkisin bulunmasını önşart koşulmaktaydı. Bu sınırlandırmayı kaldırmak için Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Akademileri (US National Academies) altındaki Ulusal İşbirliği Karayolu Araştırma Programı (National Cooperative Highway Research Program) kapsamında dört ayrı araştırma projesi (NCHRP 18-07, NCHRP 12-56, NCHRP ve NCHRP 12-64) başlatmış ve bu araştırma projeleri sonuçlarına göre AASHTO LRFD Köprü Tasarım Şartnamesi nin beton basınç dayanım sınırının 124 MPa çıkarılması hedeflemiştir. Bu çalışmada, bu dört araştırma projesinin sonuçları irdelenecek ve önerilen değişiklikler yorumlanacaktır. Bu yorumların, Türkiye de betonarme yapıların yapım ve tasarım kurallarını berlileyen TS 500 dokümanındaki beton basınç dayanım sınırı olan 50 MPa nın arttırılması çabalarına bir zemin oluşturması amaçlanmaktadır. Anahtar sözcükler: Yüksek dayanımlı beton, AASHTO LRFD Köprü Tasarım Şartnamesi, Eğilme, Eksenel basınç, Kesme, Transfer ve kenetlenme boyu, Öngerme kayıpları. 1

2 Giriş Yüksek dayanımlı beton un (YDB) tüm dünyada kullanımı giderek artmaktadır. YDB kullanımı köprülerde kiriş sayısının azalmasına, kiriş derinliğinin kısalmasına ve geçilen açıklığın artmasına imkan vermektedir. Daha uzun açıklıkların geçilmesi, köprü ayaklarının azalmasına neden olabilmekte ve projenin karmaşıklığını, inşa süresini ve maliyetini azaltabilmektedir. Hatta YDB nin çevresel etkilere olan dayanıklılığı normal dayanımlı betona (NDB) göre daha yüksek olduğundan, bakım giderlerini düşürebilmekte ve yapının hizmet ömrünü uzatabilmektedir. Köprü ve viyadükler için bu kadar avantajı olan bir malzemenin, yaygın biçimde kullanılmasının önündeki en büyük engel, bu tip betonun tasarım şartnamelerinde kullanılmasına izin verilmemesidir. Türkiye deki betonarme yapıların yapım ve tasarım kurallarını berlileyen TS 500 (2000) Betonarme Yapıların Tasarım Ve Yapım Kuralları isimli dokümanın 0.3 Kapsam maddesinde şu ifade yer almaktadır: Bu standard, C50 den (BS50 den) daha yüksek dayanımlı betonlarla yapılan betonarme yapıların tasarım ve yapım kurallarını kapsamaz. Bu tür betonlar kullanıldığında, yapılan hesaplar literatürden kaynak gösterilerek kanıtlanmalıdır. Bu ifade sebebiyle, yüksek dayanımlara sahip betonun Türkiye de kullanılmasının önü kesilmektedir. YDB üzerine yapılan son 25 yıldaki araştırmalar ışığında, bu tip beton için gerekli tasarım kriterleri uluslararası düzeyde belirlenmiştir. Birçok ülke, bu araştırmaların sonuçlarını, kendi ülkelerinde YDB üzerine gerçekleştirilen araştırma sonuçları ile birleştirerek, şartnamelerinde YDB nin kullanılmasına izin vermektedir. Bu ülkelerden biri de Amerika Birleşik Devletleri (ABD) olup, ilk olarak 1994 yılında yürürlüğe giren AASHTO (2004) (Amerikan Devlet Karayolu ve Taşımacılık Yetkilileri Derneği) LRFD (Yük ve Dayanım Faktörü Tasarımı) Köprü Tasarım Şartnamesi nin içindeki bir bölüm, tasarımda kullanılacak betonun basınç dayanımını 69 MPa ile sınırlamaktaydı. Basınç dayanımı 69 MPa dan yüksek olan betonun tasarımı için, betonun basınç dayanımı deneyleri yapılarak, basınç birim şekil değiştirme ilişkisin bulunmasını önşart koşulmaktaydı. AASHTO (2004) oluşturulduğu sırada, YDB hakkındaki bilgi ve deneyim yeterli olmadığından bu sınır tanımlanmıştı. Hatta, bu şartnamenin çoğu 41 MPa beton basınç dayanımını geçmeyen deney sonuçları ışığında oluşturulmuştu. Bu sınırlandırmayı kaldırmak için ABD Ulusal Akademileri (US National Academies) altındaki Ulusal İşbirliği Karayolu Araştırma Programı (National Cooperative Highway Research Program NCHRP) kapsamında dört ayrı araştırma projesi (NCHRP 18-07, NCHRP 12-56, NCHRP ve NCHRP 12-64) başlatmış ve bu araştırma projeleri sonuçlarına göre AASHTO (2004) ün beton basınç dayanım sınırının 124 MPa çıkarılması hedeflemiştir. Bu çalışmada, bu dört araştırma projesi hakkında bilgiler verilerek, sonuçları irdelenecek ve önerilen değişiklikler yorumlanacaktır. Bu yorumların, Türkiye de betonarme yapıların yapım ve tasarım kurallarını berlileyen TS 500 (2000) dokümanındaki beton basınç dayanım sınırı olan 50 MPa nın arttırılması çabalarına bir zemin oluşturması amaçlanmaktadır. 2

3 Projelerin Başlatılması Herhangi bir mühendislik probleminin en verimli çözümü, sistematik bir şekilde uygulanan iyi tasarlanmış araştırmalar tarafından oluşturulabilir. Tabi ki bu araştırmaların iyi bir program içinde koordinasyonunun sağlanması gerekmektedir. Bu koordinasyonun sağlanması amacıyla, ABD de ABD Ulusal Akademileri (US National Academies) kurulmuştur. Ulusal Akademiler in organizasyon şeması Şekil 1 de gösterilmiştir. Bu şemada gösterilen ABD Ulusal Bilimler Akademisi (US National Academy of Sciences) kar amacı gütmeyen ve devlete bağlı olmayan bir yapılanma olup, bilimsel araştırma konularında çalışan araştırmacılardan oluşmaktadır. Bu kurum bilim ve teknolojiyi toplum yararına geliştirmeye çalışarak, ABD Federal Hükümeti ne bilimsel ve teknik konularda yol göstermek ve önerilerde bulunmak amacıyla Amerikan Kongresi tarafından 1863 te kurulmuştur. Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Akademileri Ulusal Bilimler Akademisi Ulusal Mühendislik Akademisi Tıp Enstitüsü Ulusal Araştırma Konseyi Ulaşım Araştırma Heyeti Şekil 1 ABD Ulusal Akademileri nin Organizasyon Şeması Ulusal Akademiler e bağlı olan diğer bir kuruluş, ABD Ulusal Mühendislik Akademisi (US National Academy of Engineering), konularında en iyi mühendislerden kurulu, Ulusal Bilimler Akademisi ne paralel bir organizasyondur. Bu kuruluş, Ulusal Bilimler Akademisi gibi, ABD Federal Hükümeti ne mühendislik konularında yol göstermek ve önerilerde bulunmayı amaçlamaktadır. Ayrıca bu kuruluş, ulusal amaçlar doğrultusunda, mühendislik konularında eğitim ve araştırmayı destekleyici programlara destek olarak, mühendislerin üstün başarılara imza atmasını hedeflemektedir. Ulusal Araştırma Konseyi (National Research Council NRC), 1916 yılında Ulusal Bilimler Akademisi tarafından, bilim ve teknoloji konularında bilgilerin geliştirilmesini sağlamak, ABD Federal Hükümeti ne bilimsel ve teknik konularda yol göstermek ve önerilerde bulunmak amacıyla kurulmuştur. Konsey, Ulusal Bilimler Akademisi ve Ulusal Mühendislik Akademisi adına, hükümete, halka ve bilimsel mühendislik kuruluşlarına hizmet veren bir kurum olmuştur. Ulusal Araştırma Konseyi nin bir alt organizasyon olan ABD Ulaşım Araştırma Heyeti (US Transportation Research Board TRB), Ulusal Bilimler Akademisi ve Ulusal Mühendislik Akademisi ne hizmet amaçlı kurulmuştur. Heyetin amacı, yenilikleri destekleyip, ulaştırma alanında ilerlemeyi yeni araştırmalar sayesinde en üst düzeye çıkarmaktır. Disiplinlerarası bir çalışmayla, ulaştırma alanında uygulamalar ve araştırmalar arasında bilgi paylaşımını; araştırmaları teşvik ederek, teknik mükemmelliği desteklemeyi; programlar ve yönetmelikler hakkında uzman öneriler getirmeyi; araştırma sonuçlarını yaygınlaştırarak uygulanmasını desteklemektedir. Ayrıca bu heyet, ABD Karayolları (US Department of Transportation DOT) tarafından da tanınmakta ve desteklenmektedir. 3

4 Ulusal akademilerden ayrı olarak kurulmuş olan AASHTO, kar amacı gütmeyen, tüm eyaletlerdeki otoyol ve ulaştırma kuruluşlarını temsil eden, tarafsız bir kuruluştur. Her tipteki ulaşım; hava, otoyol, toplu taşıma, raylı taşıma ve su üzerinde taşıma da dahil olmak üzere kapsamı içerisindedir. Ana hedefi, entegre hale gelmiş, ulusal bir ulaştırma sisteminin, gelişimi, işletimi ve bakımını teşvik etmektir. Bu kurum, eyaletlerin karayolları genel müdürlükleri ile Federal Hükümet arasındaki irtibatı sağlar. Ayrıca, her tipteki otoyol sistem geliştirilmesinde teknik standartların oluşturulması konusunda uluslararası bir liderlik görevi üstlenir. Oluşturduğu standartlar; otoyollar, köprüler, malzemeler ve diğer konularındaki yapım ve tasarım üzerinedir. AASHTO nun yaptığı bütün çalışmalar, eyalet karayolları çalışanlarının AASHTO komitelerinde gönüllü olarak yaptığı çalışmalardır. Bu komiteler yıl boyunca ortaklaşa çalışır ve yılda en az bir kere toplanırlar. Komite üyeleri, alanında en yüksek uzmanlığa sahip kişilerin, ulaştırma hizmetlerinin her konusunda planlama, tasarım, yapım ve bakım konularındaki yönelimlerini sunarlar. Eski zamanlarda, ulaştırma alanındaki sorunlar çok karmaşık olmamakla birlikte, çözümleri de basit bir şekilde bulunabiliyordu. Ancak, günümüzde Karayolları ndaki hızlı büyümeden kaynaklanan, gün geçtikçe artan karmaşık problemlerin sistematik bir şekilde çözümüne ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ihtiyacın karşılanması için AASTHO ve TRB, Ulusal İşbirliği Otoyol Araştırma Programı (National Cooperative Highway Research Program NCHRP) adı altında modern bilimsel tekniklerle sonrunların çözümlendiği bir programı 1962 yılında başlatmıştır. Bu program, üye eyaletlerden gelen kaynaklardan desteklenmekte ve ayrıca ABD Federal Otoyol Kurumu (US Federal Highway Administration FHWA) tarafından da desteklenmektedir. Programı destekleyen kuruluşlar şema halinde Şekil 2 de gösterilmiştir. Amerikan Devlet Karayolu ve Taşımacılığı Yetkilileri Derneği (AASHTO) Ulaşım Araştırma Heyeti (TRB) Federal Otoyol Kurumu (FHWA) Ulusal İşbirliği Otoyol Araştırma Programı (NCHRP) Şekil 2 NCHRP yi destekleyen kuruluşlar NCHRP, otoyol ve ulaştırma kurumlarının belirlediği araştırma ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla kurulmuştur. Programa katılmasının istendiği belirli alanlardaki araştırma ihtiyaçları, her yıl Ulusal Araştırma Konseyi ne ve AASHTO Yönetim Kurulu na önerilir. Bu ihtiyaçları karşılayacak araştırma projeleri, bu yönetim kurulu tarafından tanımlanır. Belirlenen araştırma projelerini gerçekleştirmek için, ülkedeki birçok nitelikli araştırma merkezleri ve/veya üniversiteler tekliflerini sunarlar. Değerlendirme aşamasından sonra, seçilen bir araştırma merkezi veya üniversite, bu projeyi yürüterek, belirlenen konunun çözümünü bir rapor halinde kuruluşlara iletir. Bu yöntem ile, sorunlar projeleştirilerek, çözümü için derinlemesine araştırmalar yapılabilmektedir. 4

5 YDB nin tasarım kriterleri üzerine gerçekleştirilen son araştırma projeleri ve bu tip betona yönelim sonucunda, YDB nin köprü yapılarında kullanımı giderek artmıştır. Bu sebeple, AASHTO (2004) ün YDB nin kullanımına izin vermesi gerekliliği açığa çıkmıştır. Bu problemi çözmek için, AASHTO sponsorluğunda NCHRP Projeleri başlatılmış ve AASHTO (2004) ün beton basınç dayanım sınırı olan 69 MPa yı yükseltilerek YDB için de kullanılabilmesi amaçlanmıştır. Bu projeler kapsamında şartnamenin genişletilmesi için gereken deneyler tamamlanacak ve şartname maddeleri YDB nin kullanımına izin verilecek şekilde değiştirilecekti. NCRPH Araştırma Projesi, YDB kullanılan öngermeli köprü kirişlerindeki öngerme kayıpları üzerine çalışılmıştır. NCHRP Araştırma Projesi, YDB nin kesme tasarımı ve NCHRP Araştırma Projesi ise, YDB kullanılan betonarme ve öngermeli yapılarda kenetlenme ve aderans üzerine çalışmaktaydı. NCHRP Araştırma Projesi ise, eğilme ve eksenel basınç altındaki YDB nin tasarımını incelemiştir. Projelerin Detayları NCHRP Araştırma Projesi (Tadros ve diğ., 2003) Son araştırmalar ışığında, öngermeli köprü kirişlerindeki öngerme kayıplarının hesaplanmasında kullanılan eşitliklerin, NDB için güvenilir sonuçlar verse de, YDB kullanılan köprü kirişleri için doğru sonuçlar vermediği belirlenmiştir. YDB Kullanılan Öngermeli Köprü Kirişlerindeki Öngerme Kayıpları isimli bu projenin amacı, YDB kullanılan köprü kirişlerindeki öngerme kayıplarının hesaplanması için gereken tasarım kriterlerinin geliştirilmesiydi. Bu araştırma, Nebraska Ünviersitesi nin Lincoln Kampüsü nde yürütülmüştür. Proje yürütücüsü Prof. Dr. Maher K. Tadros olup, ana araştırmacı Doç. Dr. Nabil Al-Omaishi ydi. Proje kapsamında, ulusal ve uluslararası literatür taranmış; öngerme kayıplarının hesaplanmasında kullanılan tasarım yöntemlerinin farklı beton dayanımları için yetersizlikleri belirlenmiş; betonun özelliklerinin belirlenmesi için laboratuvar deneyleri gerçekleştirilmiş; YDB nin elastisite modülü, büzülme ve sünme gibi özellikleri için yeni formüller geliştirilmiş; YDB köprü kirişlerindeki öngerme kayıplarının hesaplanması için detaylı ve yaklaşık olmak üzere iki metot geliştirilmiştir. Araştırma, laboratuvar ve saha ortamı olmak üzere, iki iki farklı kulvarda yürütülmüştür. Laboratuvar ortamında, değişik YDB karışımlarının, 1., 3., 7., 14., 28., 56., 90., 128. ve 256. günlerdeki basınç dayanımını ve elastisite modülünü belirleyebilmek için 108 adet mm beton silindir numune kullanılmıştır. Büzülme deneyleri için, 48 adet mm beton prizmatik numune ve sünme deneyleri için de, 48 adet mm beton prizmatik numune test edilmiştir. Saha ortamında yürütülen araştırmada, dört farklı eyalette üretilen yedi adet köprü kirişi üzerinde ölçümler yapılmıştır. Daha önceden analiz edilmiş yedi eyalette bulunan 31 öngermeli kirişin sonuçları da bu araştırmada değerlendirilmiştir. Laboratuvar deneylerine ek olarak, benzer numuneler saha ortamında da üretilmiştir. Bu numuneler, üretilen 7 adet köprü kirişi ile aynı çevresel şartlara maruz bırakılmıştır. Bu sebeple, 72 adet mm beton silindir numune, 1., 3., 7., 14., 28. ve 56. günlerdeki basınç dayanımı ve elastisite modülünü belirlemek için kullanılmıştır. Ayrıca büzülme 5

6 davranışının incelenmesi için, 12 adet mm beton prizmatik numune kulllanılmıştır. Saha sonuçları ile laboratuvar sonuçları karşılaştırılarak, farklı kür ve çevre koşullarının YDB üzerindeki etkileri belirlenmeye çalışılmıştır. Araştırma sonucunda yeni formüller ile detaylı ve yaklaşık olmak üzere iki yöntem önerilmiştir. Önerilen formüllerin ve metotların kullanımıyla hesaplanan öngerme kayıplarının, yukarıda bahsedilen köprü kirişleri için, mevcut AASHTO (2004), ACI (2010) ve ACI-209 (1992) gibi yönetmeliklere göre hesaplanandan daha iyi sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Bu yeni formüller arasında elastisite modülü, sünme ve büzülme gibi formüller mevcuttur. NCHRP Araştırma Projesi (Hawkins ve Kuchma, 2007) NCHRP numaralı araştırma projesinin amacı, AASHTO (2004) ün betonarme ve öngermeli beton yapılardaki geçerliliğinin, kesme tasarımı yönünden incelenerek, YDB kullanımı göz önüne alınarak genişletilebilmesi için gerekli standart değişiklik önerilerini geliştirmekti. Bu araştırma, İllinois Ünviersitesi nin Urbana-Champaign Kampüsü nde yürütülmüştür. Proje yürütücüsü Prof. Dr. Neil M. Hawkins olup, yardımcı yürütücü de Doç. Dr. Daniel A. Kuchma ydı. Diğer yardımcı yürütücüler de Gary Klein, Neal Anderson ve Henry Russell dı. Bu araştırmada dört adet doktora ve 15 adet yüksek lisans ve lisans öğrencisi görev yapmıştır. Bu kapsamda ilk önce hangi tip deneylerin gerektiğinin saptanması için, kesme tasarımı üzerine geniş bir deneysel veritabanı oluşturulmuş ve şimdiki AASHTO (2004) teki kesme tasarımı gerektirmelerinin güvenliği beton basınç dayanımı yönünden incelenmiştir. Bu literatür çalışmasının ardından, on adet 15.6 metre uzunluğunda, 1.6 metre yüksekliğinde öngermeli YDB kiriş (bulb-tee girder) düzgün yayılı yük altında kesme kuvvetine maruz bırakılarak test edilmiştir. Bu çalışmadaki ana değişkenler, öngermeli kirişteki beton basınç dayanımı (69 MPa ila 124 MPa arası), azami kesme tasarım basıncı (4.8 MPa ila 17.2 MPa arası), öngerme halatı ankraj detayları (düz ve kılıflı) ve kiriş sonu donatı detayları (donatı çapı, aralık ve sıklaştırma düzeyi) olarak belirlenmiştir. Öngermeli kiriş deneyleri dışında, yoğun bir malzeme ve eleman deney programı oluşturulmuştur. Bu deneyler, basınç dayanımı, yarmada çekme dayanımı, çatlama, kesme sürtünme deneylerini kapsamaktadır Deneysel ve analitik çalışma üç yıl sürmüştür. Bu araştırmada ve daha önce yapılan araştırmalarda elde edilen deneysel sonuçların detaylı olarak incelenmesinin ardından, şu sonuçlar çıkarılmış ve AASHTO (2004) e şu öneriler getirilmiştir: AASHTO (2004) teki beton basınç dayanım limiti olan 69 MPa, geçerliliğinde bir azalma olmaksızın, normal ağırlıktaki 124 MPa basınç dayanımına sahip beton tasarımı için kullanılabilir. Şartnamedeki kesme tasarımı için kullanılan gerektirmeler, 124 MPa beton basınç dayanımına sahip elemanlar tarafından güvenli bir şekilde kullanılabilir. Ancak yüksek kesme gerilme bölgelerini tasarlarken, basınç ve çekme çubuklarından oluşan kafes sistem benzeşimi modeli (Strut and Tie Model) kullanılmalıdır. 6

7 NCHRP Araştırma Projesi (Ramirez ve Russell, 2008) NCHRP numaralı araştırma projesinin amacı, AASHTO (2004) ün betonarme ve öngermeli beton yapılardaki geçerliliğinin, aderans ve kenetlenme boyu tasarımı yönünden incelenerek, YDB kullanımı göz önüne alınarak genişletilebilmesi için gerekli standart değişiklik önerilerini geliştirmekti. Bu araştırma, Purdue Üniversitesi ve Oklahoma Devlet Üniversitesi nde yürütülmüştür. Proje yürütücüsü Purdue Üniversitesi nden Prof. Dr. Julio A. Ramirez olup, yardımcı yürütücü de Oklahoma Universitesi nden Doç. Dr. Bruce W. Russell dı. Bu kapsamda 15.7 mm (0.62 in.) çapına kadar olan öngerme halatlarının transfer ve kenetlenme boyları ve çelik donatı için çekme ve basınç altındaki kenetlenme, bindirme ve kanca boyları üzerine AASHTO (2004) teki maddelerin geçerliliğinin, 103 MPa beton basınç dayanımına çıkarılabilmesi için gerekli incelemeler yapılmıştır. İlk olarak 15.7 mm (0.62 in.) çapına kadar olan halatların transfer ve kenetlenme boyları hakkında mevcut verileri ve bilgileri toplanmış ve analiz edilmiştir. Çelik donatı üzerine olan araştırmada ise, çekme altındaki kenetlenme, bindirme ve kanca boylarını üzerine literatür taranmıştır. Literatür taraması sonunda, 71 adet kaplamasız üste yerleştirilen donatı ile gerçekleştirilen çekme kenetlenme ve bindirme testleri; 493 adet kaplamasız alta yerleştirilen donatı ile gerçekleştirilen çekme kenetlenme ve bindirme testleri; 27 adet epoksi kaplamalı üste yerleştirilen donatı ile gerçekleştirilen çekme kenetlenme ve bindirme testleri; 48 adet epoksi kaplamalı alta yerleştirilen donatı ile gerçekleştirilen çekme kenetlenme ve bindirme testlerinden elde edilen veritabanı oluşturulmuştur. Bunlara ilaveten, 33 adet standard kancalı kaplamasız donatılı deney ve 13 adet standard kancalı epoksi kaplamalı deney de incelenmiştir. Araştırma programında, iki tip kiriş üzerinde kenetlenme boyu deneyleri gerçekleştirilmiştir. Dört tip öngerme halatı ile 43 adet dikdörtgen kiriş ve 8 adet I-kiriş dökülmüştür. Bu deneylerde hem 12.7 mm (0.5 in.) hem de 15.2 mm (0.6 in.) çapında öngermeli halatlar kullanılmıştır. İki tip kiriş elemanı için de, halat bırakma sırasındaki beton basınç dayanımı 27.6 MPa ila 69 MPa arasında değişmiştir. Araştırma sonuçlarına göre, transfer ve kenetlenme boyu hesaplamaları içine beton basınç dayanımının bir değişken olarak girmesi gerektiğini belirlenmiştir. Ayrıca bu araştırma çok açık olarak, beton basınç dayanımının artmasıyla transfer ve kenetlenme boyunun kısaldığını belirlenmiştir. Bu sebeple, yeni bir transfer boyu eşitliği, AASHTO (2004) e eklenmesi için önerilmiştir. Ayrıca, AASHTO (2004) teki aderanssız veya kılıflı öngermeli halatlar için olan bölüm değiştirilmiş ve aderanssız halat kullanımı ile ilgili bazı kısıtlamalar getirilmiştir. Epoksi kaplamalı donatı ile yapılan 12 adet çekme altında bindirme boyu deneylerine göre, ACI 318 Şartnamesi nde bulunan epoksi kaplamalı donatıların çekme altındaki bindirme ve kenetlenme boyu hesaplamaları, MPa beton basınç dayanımına kadar geçerli olduğu saptanmıştır. Kanca şeklindeki donatıların ankraj özellikleri, 110 MPa ya kadar beton basınç dayanımına sahip olan normal ağırlıktaki betonlar için, literatürdeki 40 deney ve bu araştırmadaki 21 deney sonucunun incelenmesi ile, ACI (2008) de bulunan çekme altındaki standart kancalı donatıların ankrajları hakkındaki hükümlerin, 103 MPa ya kadar geçerli olduğu belirlenmiştir. Bu sebeple bu gerektirmelerin, AASHTO (2004) te direkt olarak kullanılması önerilmiştir. 7

8 NCHRP Araştırma Projesi (Rizkalla ve diğ., 2007) NCHRP numaralı araştırma projesinin amacı, AASHTO (2004) ün betonarme ve öngermeli beton yapılardaki geçerliliğinin, eğilme ve eksenel basınç tasarımı yönünden incelenerek, YDB kullanımı göz önüne alınarak genişletilebilmesi için gerekli standart değişiklik önerilerini geliştirmekti. Bu araştırma, Kuzey Karolina Devlet Üniversitesi nde yürütülmüştür. Proje yürütücüsü Kuzey Karolina Devlet Üniversitesi nde Prof. Dr. Sami Rizkalla olup, yardımcı yürütücüler de Florida Uluslararası Üniversitesi nden Prof. Dr. Amir Mirmiran ve Kuzey Karolina Devlet Üniversitesi nde Prof. Dr. Paul Zia ydı. Ayrıca projede Henry G. Russell ve Robert Mast danışman olarak görev yapmıştır. Bu araştırmada dört adet doktora ve 1 adet yüksek lisans öğrencisi görev yapmıştır. Bu araştırmada, 124 MPa basınç dayanımına kadar olan YDB nin, basınç dayanımı, elastisite modülü, sünme ve büzülme gibi malzeme özelliklerini belirlemek için, değişik boy ve şekillerde toplam 321 adet numune deneyi gerçekleştirilmiştir. Deney programında beton basınç dayanımı (69 MPa ila 124 MPa arası), numune boyu, kür tipi, numunenin yükleme yaşı ve yükleme seviyesi ana değişkenler olarak incelenmiştir. Beton basınç dayanımı deneyleri mm ve mm silindirler üzerinde, 1., 7., 14., 28. ve 56. günlerde gerçekleştirilmiştir. Numuneler üzerinde 1 gün buhar kürü, 7 gün su kürü ve 28 gün su kürü olamk üzere, üç değişik tipte kür uygulanmıştır. Elastisite modülü deneyleri mm beton silindirler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Eğilme dayanımı deneyleri mm numuneler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Sünme deneyleri mm silindirlerin 0.2 f c A g ila 0.4 f c A g arasındaki basıncın 2 sene boyunca, yukarıda anlatılan 3 değişik tipte kür uygulanmış numuneler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Büzülme deneyleri ise, yine 3 değişik tipte kür uygulanmış mm silindirler ve mm prizmalar üzerinde gerçekleştirilmiştir. Beton basınç dayanımı 124 MPa ya kadar olan eğilme momenti altındaki YDB elemanların, basınç bölgelerindeki gerilme dağılımının ana özelliklerini belirlenmesi için 21 adet mm boyutunda elemanlar eksenel yüke ve momente maruz bırakılmıştır. Bu şekilde deney elemanı kesitinde, eğilme altındaki beton bir elemanın basınç bölgesi oluşturulmaya çalışılmıştır. YDB nin kirişlerdeki davranışının incelenmesi için 14 adet kiriş deneyi kirişler eğilme maruz bırakılarak gerçekleştirilmiştir. YDB nin eksenel yük altındaki davranışının incelenmesi için, 32 adet dikdörtgen kesitli, 24 adet dairesel kesitli kolon, eşmerkezli ve dışmerkezli yükler altında test edilmiştir. Bunlara ek olarak, YDB dan üzerilmiş 9 adet öngermeli kiriş, test edilmiştir. Geniş ve detaylı bir şekilde yapılan literatür çalışması ve bu araştırma kapsamında yapılan deney sonuçlarının incelenmesi ile aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır: 7 gün ve 28 gün su içerisinde bekletilen YDB numunelerin basınç dayanımları karşılaştırıldığında belirgin bir fark gözlenmemiştir. Bu durum YDB nin geçirimliliğinin az olmasından kaynaklandığı belirtilmiştir. 8

9 AASHTO (2004) te bulunan elastisite modülü denklemi, YDB nin elastisite modülünü olduğundan büyük hesapladığı belirlenmiştir. Bu sebeple, 124 MPa beton basınç dayanımına kadar geçerli olan yeni bir elastisite modülü denklemi önerilmiştir. AASHTO (2004) te bulunan çekme dayanımı denklemi, YDB nin çekme dayanımını olduğundan büyük hesapladığı belirlenmiştir. Bu sebeple, 124 MPa beton basınç dayanımına kadar geçerli olan yeni bir çekme dayanımı denklemi önerilmiştir. Betonun Poisson oranı olan 0.2 nin, 124 MPa beton basınç dayanımına kadar geçerli olduğu saptanmıştır. AASHTO (2004) te bulunan mevcut sünme denklemleri 103 MPa beton basınç dayanımı üzerindeki betonlar için uygun sonuçlar vermediği için, 124 MPa beton basınç dayanımına kadar geçerli olan yeni bir sünme denklemi önerilmiştir. Taşıma gücüne erişildiğinde, tarafsız eksene en uzak beton basınç lifindeki birim kısalma olan ün, 124 MPa beton basınç dayanımına kadar geçerli olduğu saptanmıştır. AASHTO (2004) te bulunan eşdeğer dörtgen basınç bloğu parametrelerinin, 69 MPa basınç dayanımının üzerinde olan YDB için uygun olmadığı saptanmıştır. Bu sebeple, 124 MPa beton basınç dayanımına kadar geçerli olan yeni eşdeğer dörtgen basınç bloğu parametreleri önerilmiştir. Eşmerkezli yüklenen kolonların kapasitelerinin hesaplanmasında kullanılan, beton basınç dayanımının katsayısı olan 0.85 in, 69 MPa basınç dayanımının üzerinde olan YDB için uygun olmadığı saptanmıştır. Bu sebeple, 124 MPa beton basınç dayanımına kadar geçerli olacak yeni bir katsayı denklemi önerilmiştir. Önerilen parametrelerin kullanıldığı hesaplamalarla, deney sonuçları karşılaştırılmış olup, YDB elemanların hesaplanmasında önerilen parametrelerin kullanılmasının, mevcut denklemlere göre daha iyi sonuçlar verdiği saptanmıştır. Kolonlardaki mevcut maksimum enine donatı aralığının ve minimum spiral donatının hacimsel oranının, 124 MPa beton basınç dayanımına kadar geçerli olduğu saptanmıştır. Kolonlardaki mevcut minimum donatı oranı, 69 MPa basınç dayanımının üzerinde olan YDB için uygun olmadığı saptanmıştır. Bu sebeple, 124 MPa beton basınç dayanımına kadar geçerli olacak yeni bir minimum donatı oranı denklemi önerilmiştir. Öngermeli kiriş deneylerinin sonuçlarına göre, 124 MPa beton basınç dayanımına kadar önerilen değişikliklerin, öngermeli kirişler için de geçerli olduğu saptanmıştır. Bulgular Ve Sonuç YDB nin tasarım kriterleri üzerine gerçekleştirilen son araştırma projeleri ve bu tip betona yönelim sonucunda, YDB nin köprü yapılarında kullanımı giderek artmıştır. Bu sebeple, AASHTO (2004) ün YDB nin kullanımına izin vermesi gerekliliği açığa çıkmıştır. Bu problemi çözmek için, AASHTO, TRB ve FHWA gibi kuruluşların sponsorluğunda NCHRP Projeleri tanımlanmış ve bu projeler ülkedeki nitelikli üniversiteler tarafından yürütülmüştür. Böylece AASHTO (2004) ün beton basınç dayanım sınırı olan 69 MPa yükseltilerek YDB için de kullanılabilmesi amaçlanmıştır. 9

10 Bu makalede bahsedilen araştırma yöntemi Türkiye de de uygulanabilecek bir yöntemdir. Belirli kuruluşların birleştiği bir yapılanma ile Türkiye deki ulaştırma yapıları için gereken araştırma konuları belirlenebilir. Bu araştırma konularını yürütmek ve sonuçlandırmak için, araştırma merkezleri ve/veya üniversiteler teklif vererek projeleri almaya çalışabilirler. Değerlendirme sonuçlarına göre, projeyi alan araştırma merkezi veya üniversite konuyu detaylı bir şekilde araştırarak, araştırma konuları ile ilgili sorunların çözümüne sistematik bir şekilde ulaşabilir. Bu yöntem ayrıca, üniversitelerin sadece bilim adına, dağınık (çok farklı konularda) araştırmalar yapmalarının önüne geçecek, günümüz sorunlarına cevap olacak araştırmaların yapılarak, hem bilimi toplumun hizmetine sunmuş, hem de üniversite-toplum-endüstri bağlantısını kurmuş olacaktır. Yüksek dayanımlı beton üzerine yapılan araştırmalar, tüm dünyada artarak sürmektedir. Ancak her ülkede, yerel olarak üretilen malzemeler kullanıldığından, elde edilen yüksek dayanımlı betonun özellikleri, her ülkenin malzemesine göre değişiklikler göstermektedir. Bu nedenle yerel malzemeler kullanılarak elde edilen yüksek dayanımlı betonun temel özellikleri her ülke için araştırılmalıdır. Bu makalede bahsedilen araştırmalarda da bu yöntem kullanılmış, detaylı literatür çalışmasının ardından, sonuçları teyit niteliğindeki deneyler gerçekleştirilmiştir. Türkiye de betonarme yapıların yapım ve tasarım kurallarını berlileyen TS 500 (2000) dokümanındaki beton basınç dayanım sınırı olan 50 MPa nın arttırılması çabalarında bu yöntem kullanılmalıdır. Yurtdışında kabul görmüş eşitlikler direkt olarak kopyalanarak standartlarımıza girmemeli, standardımız belirli konularda, teker teker araştırmalar yapılarak oluşturulmalı ve YDB a uygun hale getirilmelidir. Teşekkür ATÜ LAP-C numaralı destek programının bu çalışmaya verdiği destekten dolayı, Atılım Üniversitesi Araştırma, Geliştirme, Uygulama, Eğitim ve Danışmanlık Projeleri Koordinatörlüğü ne teşekkür ederiz. Kaynaklar AASHTO (2004) AASHTO LRFD Bridge Design Specifications. Third Edition including 2005 and 2006 Interim Revisions, Washington, DC., USA. ACI 209 (1992) Prediction of Creep, Shrinkage and Temperature Effects in Concrete Structures (ACI 209 R-92). American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 47 s. ACI (2008) Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI ) and Commentary (318R-08). American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, USA, 465 s. ACI (2010) State-of-the-Art Report on High-Strength Concrete (ACI 363R-10). American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, USA, 65 s. Hawkins, N. M. ve Kuchma, D. A. (2007) Application of LRFD Bridge Design Specifications to High-Strength Structural Concrete: Shear Provisions. NCHRP Report 579, Transportation Research Board, Washington, DC, USA, 197 s. 10

11 Ramirez, J. A. ve Russell, B. W. (2008) Transfer, Development, and Splice Length for Strand/Reinforcement in High-Strength Concrete. NCHRP Report 603, Transportation Research Board, Washington, DC, USA, 122 s. Rizkalla, S., Mirmiran, A., Zia, P., Russell, H. G. ve Mast, R. (2007) Application of the LRFD Bridge Design Specifications to High-Strength Structural Concrete: Flexure and Compression Provisions. NCHRP Report 595, Transportation Research Board, Washington, DC, ABD, 28 s. Tadros, M. K., Al-Omaishi, N., Seguirant, S. J. ve Gallt, J. G. (2003) Prestress Losses in Pretensioned High-Strength Concrete Bridge Girders. NCHRP Report 496, Transportation Research Board, Washington, DC, USA, 63 s TS 500 (2000) Betonarme Yapıların Tasarım Ve Yapım Kuralları. Türk Standartları Ensititüsü, Ankara. 11