Kentsel Dönü üm Projelerinde Betonarme Yapıların Beton Kalitesinin Sismik Ultrasonik Hızlardan Belirlenmesi

Transkript

1 1. Yerbilimleri Sempozyumu Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, Türkiye, Ekim 2012 Kentsel Dönü üm Projelerinde Betonarme Yapıların Beton Kalitesinin Sismik Ultrasonik Hızlardan Belirlenmesi Determination using Seismic Ultrasonic Velocities of Concrete Quality of the Reinforced Concrete Buildings in the Urban Regeneration Projects Osman Uyanık, Burak Çatlıo lu, N. Ayten Uyanık, Ziya Öncü, Nevbahar Sabba Süleyman Demirel Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisli i Bölümü Batı Kampüsü Isparta (osmanuyanik@sdu.edu.tr,) Özet: Kentsel dönü üm projeleri içerisindeki betonarme yapıların kaderini belirleyen etmenlerden olan beton dayanımının, kırıklılık ve çatlaklılı ının belirlenmesi son derece önemlidir. Beton dayanımının belirlenmesi tek eksenli basma deneyi, Schmidt deneyi gibi klasik ve tahripkar deneylerle belirlenebilece i gibi modern tahribatsız jeofizik yöntemlerle de belirlenebilir. Jeofizik yöntemlerin avantajı yapıyı tahrip etmeden hızlı ve pratik bir biçimde yerinde ölçümlerin alınmasıdır. Bu çalı mada sismik ultrasonik yöntemle beton kalitesinin belirlenmesi ara tırılmı, kullanılan teknikler ve ba ıntılar verilmi tir. Anahtar Kelimeler: Kentsel dönü üm, beton dayanımı, beton kırıklılı ı, Sismik ultrasonik yöntem, tahribatsız Abstract: In the Urban Regeneration Projects, determination concrete resistance, fracture and crack which factors of determine fate of reinforced concrete buildings is extremely important. Determination of concrete resistance can be determined by both classic and destructive testing such as uniaxial compression testing, Schmidt testing and nondestructive geophysical methods. The advantage of geophysical methods is quickly measured in-situ without reinforced concrete buildings destroying. In this study, determining the quality of the concrete by seismic ultrasonic method is investigated, using techniques and equations are given. Keywords: Urban regeneration, concrete resistance, concrete fracture, seismic ultrasonic method, non-destructive G R Kentsel dönü üm projeleri kapsamında yapılar incelemeye alınmaya ba lamı tır. Dönü üm projeleri geni çaplı olup sadece yapı incelemelerinden ibaret de ildir. Yapılar incelemeye ba lanmadan önce yapıla manın oldu u bölgenin zemin ara tırmaları yapılmalıdır. Çünkü yapı ne kadar dayanıklı olursa olsun zeminden kaynaklanan problemlerde (Sıvıla ma, Ta ıma Gücü Kaybı, Heyelan gibi) yapı hasar alacaktır. Bu nedenle yapı incelemeleri zemin ara tırmalarından ba lamalı, bölgelerin yerle ime uygunluk haritaları üretilmelidir. Zemin ara tırmalarına ek olarak betonarme yapıların içerisinde binaların yapısal özellikleri belirlenmeli ve depreme dayanıklı olup olmadı ı ortaya konulmalıdır (Uyanık, vd., 2012). Betonarme yapılar iskelet olarak demir donatı ve betondan meydana gelmektedir. Bu yapı elemanlarının denetlenmeleri depreme kar ı dayanıklılı ı açısından önemlidir. Bilindi i üzere Jeofizik yöntemler, bütün yapılarda beton ve donatıya zarar vermeden bu malzemelerin elastik ve fiziksel özelliklerini belirleyerek kalitesini tespit etme açısından yapı inceleme yöntemleri arasında büyük önem ta ımaktadır. Binalarda, köprülerde, tünellerde, her çe it mühendislik yapılarında yapılara hiçbir zarar vermeden matematik ve fiziksel esaslara dayanan Jeofizik Mühendisli inde yo un kullanılan yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemlerden; sismik ultrasonik yöntem ile beton çatlaklı ı, gözeneklili i, nemlili i, homojenli i, elastik parametreleri ve Poisson oranını belirleyerek betonun kalitesi ortaya konulur. Beton kalitesinin belirlenmesinde jeofizik yöntemler dı ında klasik yöntemlerde uygulanmaktadır (Karot alımı, Schmidh Çekici gibi). Beton kalitesini direkt olarak belirleyebilmek için betondan karot 147

2 alınarak laboratuarda basınç testleri yapılır. Standartlara göre alınması gereken karot sayısı 9-10 adettir. Bu da betondaki tahribatı artırmaktadır ( ekil 1). Bu açıdan beton tahribatını azaltmak, zaman ve maddi açıdan ekonomik sonuçlar elde etmek için Jeofizik yöntemler etkin bir biçimde kullanılmalıdır. a b c ekil 1 Hasarlı yapı çalı maları a) Beton numunesi alımı b) Yıpratılmı yapıdaki bo lu un doldurulması c) Kolonlarda kötü sıyırma örne i YÖNTEM VE DE ERLEND RMELER Sismik Ultrasonik Yöntem Sismik ultrasonik yöntem jeofizik mühendisli i uygulamalarında uzun yıllardır kullanılan bir yöntemdir. Yöntem uygulanmasının kolaylı ı ve hasarsız bir yöntem olmasından dolayı artarak kullanılmaya ba lamı tır. Katı bir madde de, ultrasonik dalganın seyahat hızı maddenin elastik özelliklerine ve yo unlu una ba lıdır. Bazı materyalin kalitesi ise elastiklik sıkılıkları ile ili kilidir. Bu tür materyaldeki ultrasonik hız materyalin elastiklik özelliklerini belirlemek ve kalitesini göstermek için de kullanılır (Uyanık ve Çatlıo lu, 2010). Sismik ultrasonik yöntem üç farklı ölçüm tekni i ile kolon ya da kiri lere uygulanabilir. Problar kar ılıklı birbirine bakıyorsa bu ölçüm tekni ine do rudan, problar yan yana sırasıyla ölçümler alınıyorsa kaydırma ölçü tekni i, problar birbirine dik ekilde ölçüm alınıyorsa dikey ölçü tekni i adını alır ( ekil 2). Ultrasonik enerjinin hava bo lu u tarafından gecikmeye u ramasını engellemek için karot numunesi ile alıcı verici problar arasında iyi bir iletimin sa lanması gereklidir. letimin tam olarak sa lanabilmesi için P dalgası ölçümlerinde gres ya ı vb. iletimi arttırıcı maddeler kullanılabilir. Fakat S dalgası ölçümlerinde kullanılmamalıdır. ekil 2 Yapıda uygulanan sismik ultrasonik ölçüm teknikleri (Uyanık vd., 2012) Beton kalitesinin belirlenmesindeki bir di er hususta kırık ve çatlak yerlerinin tespitidir. Beton içerisindeki kırık ve çatlaklar sadece jeofizik yöntem olan sismik ultrasonik yöntem ve yapı radarı ile tespit edilebilir. Sismik ultrasonik yöntem ile beton içerisindeki kırı ı belirleyebilmek için verici prob 148

3 sabit alıcı prob hareketli olacak ekilde kaydırma ölçü tekni i kullanılarak ölçümler alınır ve uzaklıkzaman grafi i çizilir. Kırı ın oldu u bölgede sismik hız dü er ve uzaklık-zaman grafi inde bir sıçrama yaparak kendini belli eder ( ekil 3). Uzaklık-Zaman grafi inde kırı ın yerini belirledikten sonra derinli i ekil 3 deki ba ıntı ile belirlenir. ekil 3 Sismik ultrasonik yöntem ile kırık yeri tespitinde kullanılan ölçüm tekni i ve uzaklık-zaman grafi i (Uyanık vd., 2012) Beton dayanımını sismik hızlardan tahribatsız bir ekilde belirlemek için 1950 li yıllardan günümüze birçok ara tırmacı ilgilenmi ve ba ıntılar vermi lerdir (Tablo 1). Tablo 1 Boyuna dalga hızına ba lı olarak beton dayanımını veren ba ıntılar (Uyanık vd., 2012) Literatürde yer alan ba ıntılardan da anla ılaca ı üzere ara tırmacılar beton dayanımını boyuna dalga hızına ba lı olarak hesaplamı lardır. Boyuna dalga hızı ile beton dayanımı ili kilendirildi inde geni bir aralık verebilir. Bunun nedeni betonu olu turan agreganın farklı türleri, boyutları, yüzdeleri ve betonda farklı tipte çimentoların kullanılmasıdır. Bu etkenleri göz önünde bulundurarak Uyanık vd., 2012 betonun agrega türüne, çimento özelliklerinden oldukça etkilenen enine dalga hızını da kullanarak çok parametreli bir ili kilendirme yapmı ve a a ıdaki deneysel ili kiyi vermi tir. fc = 4.2 Vp.Vs hız: km/sn fc =MPa (Uyanık vd., 2012) (1) Yapıda sismik ultrasonik ölçüm alınırken problar betona temas etmiyorsa, sıva üzerinden sismik hız ölçümü yapılıyorsa ölçümlere bir düzeltme faktörü eklenmelidir. Çünkü sismik dalga direk betona nüfuz etmemekte incede olsa sıvanın içerisinden de geçmektedir. Düzeltme faktörü hesaplanarak betonun gerçek hızı belirlenebilir. 149

4 Vpo = Vp / (1-e) (Uyanık vd., 2012) (2) e = (S1+S2).[(Vp / Vps) 1] / ho (3) Burada; Vp :Sıva ile birlikte ölçülen hız (m/sn), Vpo :Sıvasız beton hızı (m/sn), Vps :Sıvanın boyuna dalga hızı (1200 m/sn önerilir), ho :Elemanın sıvasız kalınlı ı, S1,S2 :Elemanın iki tarafının sıva kalınlıkları ve e :Sıva kalınlı ına ba lı düzeltme faktörü dür. De erlendirmeler Kentsel dönü üm amaçlı çalı malarda beton hakkında hızlı ve do ru bir sonuç verebilmek amacıyla laboratuar ko ullarında hazırlanmı beton örnekleri ve mevcut yapılardan alınan karotlar bir araya getirilmi tir. Öncelikle bu örneklerin sismik ultrasonik basınç ve kayma dalga ölçümleri yapılmı ve sonra basınç deneyi ile kırılmı lardır. Betonun basınç dayanımı ile basınç (P) dalga hızı, kayma dalga (S) hızı ve sismik hız oranı ve Poisson oranı arasındaki ili kiler ekil 4 de ve basınç dayanımı ile dinamik elastik parametreler arasındaki deneysel ili kiler ekil 5 de sunulmu tur. ekil 4 incelendi inde betonun basınç dayanımının basınç dalga hız ile %94 ve kayma dalga hız ile %93 üstsel bir ili kide oldu u görülmektedir. Ayrıca ekil 4 de beton dayanımı ile sismik hız oranı ya da Poisson oran ili kilerinde da ınıklık söz konusudur. Bu do al bir sonuçtur. Çünkü sismik hız oranı ve Poisson oranı betonun gözeneklili ini ve gözeneklerin ne ile doygun oldu u hakkında yorum yapılmasını sa lar. 1.5 civarındaki sismik hız oran ya da 0.1 civarındaki Poisson oran de erlerine sahip betonların gözenekleri gaza doygun olarak yorumlanabilir. ekil 4 Beton dayanımının sismik hızlar ve Poisson oranı ile ili kileri 150

5 ekil 5 de ise sismik hızlardan bilinen ba ıntılar ile hesaplanmı dinamik elastik parametreler ile beton dayanımı arasında uyumlu deneysel ili kiler görülmektedir. Betonun dayanımı arttıkça elastik parametre de erlerinin de arttı ı görülmektedir. ekil 5 Beton dayanımının dinamik elastik parametreler ile ili kileri SONUÇLAR Özellikle kentsel dönü üm amaçlı çalı malarda bina betonlarının hızlı ve do ru bir biçimde belirlenmesi insan hayatı, ekonomi ve zaman açısından önemlidir. Bu amaçla sismik hızlar ile beton dayanımı arasındaki ili kiye dayanarak sismik hızların do ru ölçülmesi artıyla sismik hızlardan beton dayanımı hızlı ve do ru olarak verilebilir. Sismik hız oranı ve Poisson oran de erleri ile beton içerisindeki gözeneklerin ne ile doygun oldu u belirlenir. KAYNAKLAR Atici, U. (2011). Prediction of the strength of mineral admixture concrete using multivariable regression analysis and an artificial neural network. Expert Syst. Appl., 38, Biondi, S., Candigliota, E. (2008). In situ test for seismic assessment of RC structures. In:14 th world conf on earthquake engineering, Beijing, China. Chang, C.W., Lien, H.S. (2008). Nondestructive measurement of concrete strength at early ages. D Ambrisi, A., Cristofaro, M.T., De Stefano, M. (2008). Predictive models for evaluating concrete compressive strength in existing buildings. In: 14 th world conf on earthquake eng. Beijing, China. Ferreira, A.P., Castro, P.F. (1999). Application of NDT to concrete strength estimation. NDTISS 99, Torres. Kheder, G.F. (1999). A two stage procedure for assessment of in situ concrete strength using combined non-destructive testing. Mater Struct, 32(6), Klieger, P. (1957). Long time study of cement performance in concrete: chapter 10, Progress report on strength and elastic properties of concrete In: ACI J Proc 54, Machado, M.D., Shehata, L.C.D., Shehata, I.A.E.M. (2009). Correlation curves to characterize concrete used in Rio de Janeiro by means of nondestructive tests. Ibracon Struct Mater J. 2(2), Muszynski vd., (2003). Evaluating Nondestrective Testing Techniques to Deteck Voids in Bonded Post-Tensioned Ducts. Final Report. University of Florida. Pascale, G., Di Leo, A., Carli, R. (2000). Evaluation of actual compressive strength concrete by NDT. In: 15 th world conference on non-destructive testing, 10p, Roma. Pessiki, S.P., Carino, N.J. (1988). Setting time and strength of concrete using the impact-echo method. ACI Mater J., 85(5), Ravindrajah, S.R., Loo, Y.H., Tam, C.T. (1988). Strength evaluating of recycled-aggregate concrete by in situ tests. Mater Struct 21, Uyanık, O., (2012). Jeofizik ve Klasik Yöntemlerle Yapı ncelemeleri. SDÜ Jeofizik Müh. Böl. Isparta Uyanık, O., Çatlıo lu, B. (2010). Determination of density from seismic velocities, the 19th International Geophysical Congress and Exhibition of Turkey November Ankara / Turkey Uyanık, O., Gülay, F.G., Tezcan, S. (2012). Beton Dayanımının Tahribatsız Ultrasonik Yöntemle Tayini, Hazır Beton CV 436f, Uyanık, O., Gülce,., Çatlıo lu, B., (2012). Binaların Beton Kalitesinin Tahribatsız Jeofizik Yöntemlerle Belirlenmesi. International Construction Congress. ICON2012-SDÜ Uyanık, O., Kaptan, K., Gülay, F.G., Tezcan, S. (2011). Beton Dayanımının Tahribatsız Ultrasonik Yöntemle Tayini. Yapı Dünyası 184, Yoo, J.K., Ryu, D.W. (2008). A study of the evaluation of strength development property of concrete at early ages. In: 3 rd ACF International conference- ACF/VCA. 151