BETONARME KÖPRÜ VE VİYADÜKLERDE OLUŞAN BETON HASARLARININ NEDENLERİ

Transkript

1 BETONARME KÖPRÜ VE VİYADÜKLERDE OLUŞAN BETON HASARLARININ NEDENLERİ Korkmaz YILDIRIM*, Mansur SÜMER** *Sakarya Üniversitesi, Hendek Meslek Yüksekokulu, Sakarya **Sakarya Üniversitesi, İnşaat Müh. Böl., Sakarya ÖZET Yeniden yapılanma süreci içerisinde belirlenen hedeflerin, yapılan planların istenilen sonuçlara varabilmesi için altyapının, özellikle ulaştırma, haberleşme ve enerji sektörü altyapısının işlevlerini yerine getirebilecek durumda olması daha etkin sonuçlar verecektir. Toplumlararası ortak ilgi ve bağları geliştirici bir unsur olan ulaşım ağı ve ulaşım politikalarının önemi tartışılmazdır. Yaşayan toplumlar ortaya koydukları uygarlıklar içinde, ulaşım amacıyla birtakım tesisler meydana getirmişlerdir. Bu arada yollar üzerindeki büyük suları geçebilmek içinde köprüler, arazide topoğrafik özelliklerden dolayı oluşan dolgu imalatını indirgemek içinde viyadükler inşa etmişlerdir. Günümüzde beton, betonarme ve çelik malzemeler ile daha dayanıklı köprü ve viyadükler inşa edilmektedir. Çok yıllar önce yapılmış köprü ve viyadük yapılarında kullanılan betonlarda geçen süreç içerisinde oluşan çatlamalar ve bozulmalar, donatılarda ise korozyon nedeniyle yapılar dayanım kaybına uğramaktadır. Bu amaçla gerek litaratür taraması ve gerek Bolu-Ankara arasında bulunan A.Çavuşoğlu viyadüğünde yerinde yapılan gözlemsel incelemeler sonucunda görünen beton hasarlarının nedenleri ve alınması gereken önlemler çalışmamız içeriğinde sunulmaktadır. Anahtar Kelimeler: Viyadük, Beton, Hasar THE REASONS OF CONCRETE DAMAGES IN REINFORCED CONCRETE BRIDGES AND VIADUCTS ABSTRACT In the process of conctructional again, to arrive desired outcomes designated targets infrastructure especially the sectors of transportation and communication and energy has been made functions. However, it has made effective results.

2 It s undispute the importance of politics of transportation which a component of intersociety common interest development. The people have created some foundations in order to provide transportation in their civilizations. Meanwhile,they have constructed bridges in order to pass water systems and constructed viaducts in order to reduct filling product which arised because of the characteristic topography in situ. Today, the materials of concrete, reinforced concrete and steel have provided to conctructioning more strong bridges and viaducts. Before a long time, some bridge and viaduct structures which were made in the concrete the cracks and corruptions had been and the cracks because of corrossion in the reinforcement. For this reason, it s made the study of literature and the investigation of observated in the A. Cavusoglu viaduct. It s observed concrete damages and some precaution which must recieve in this field. Keywords: Viaduct, Concrete, Damage 1. GİRİŞ Ulaşım ağı içerisinde köprü ve viyadük inşaatının gerekli olup olmadığını belirlemek önemli bir adımdır. İşin bu kısmı ekonomik olarak değerlendirilir. Bundan sonra mühendislik çalışmaları başlar. Köprü veya viyadük tipinin seçilmesi, projelendirilmesinde dış kuvvetlerin yapıya etkisi iyice analiz edilmelidir. Dış kuvvetler; köprü ağırlığı gibi statik yükler ile, trafik yükü gibi dinamik yükler olabilir. Bu yükleri emniyetle taşıyan en önemli malzeme beton ve betonarmedir. Betonda aranan en önemli özellik ise dayanım ve dayanıklılıktır. Bir yapının kullanım amacına göre projelendirme yapılırken dayanım, işlevsellik, ekonomi ve estetik gibi ilkelerinde birlikte ele alınması gerekmektedir. Yapı servis yüklerini ve deprem gibi etkilerden kaynaklanan yükleri belirli bir güvenlikle taşıyabilmeli, planlanan hizmet ömrü süresince dıştan ve içten kaynaklanan yıpratıcı etkilere karşı dayanıklı olmalı, ekonomik olmalı, ihtiyaca cevap verebilmeli ve estetik bir görünüşe sahip olmalıdır Köprülerde Mevcut Hasarların Belirlenmesi Karayolu yol boyu mühendislik yapıları afet yönetmeliği taslağına göre; [ 6] Köprü : Belirli bir engeli (akarsu, karayolu, demiryolu, su yolu, baraj gölü vb.) aşmak için yapılan ve üzerinden karayolu, demiryolu, boru hattı, vb. geçen hesap açıklığı 10 m. ve üzeri olan mühendislik yapısıdır. Köprü hasar tipleri, köprü elemanlarının stratejik, malzeme ve hasar özellikleri dikkate alınarak aşağıdaki gibi ele alınacaktır. 1. Genleşme derzi hasarları 2. Döşeme hasarları 3. Çelik ana kiriş ve enleme hasarları

3 4. Beton ana kiriş ve enleme hasarları 5. Öngerme halatlarındaki hasarlar 6. Mesnet hasarları 7. Drenaj hasarları 8. Orta ayak ve temel hasarları 9. Kenar ayak hasarları 10. Tahkimat hasarları Hasar tespiti sırasında aşağıdaki incelemeler yapılacaktır. 1. Beton üzerinde yüzeysel aşınmalar Renk değişimi Harç kabuğu aşınması (örtü beton) Harç aşınması Agrega aşınması 2. Harçsız boşluklar 3. Sızdırma 4. Açıkta donatı 5. Pas kusması 6. Pas payı atması 7. Çatlak tetkiki 8. Pas payı kontrolü 9. Karbonasyon kontrolü 10. Schmidt çekici ile mukavemet kontrolü 11. Genel kontroller Altyapı kontrolü (temeller) Beton elemanlar (ayaklar ve üstyapı kontrolü) Çelik taşıyıcı ve bağlantı elemanlarının kontrolü Mesnetlerin ve genleşme derzlerinin kontrolü Ricat ve kanat duvarlarının kontrolü İzolasyon elemanları, yol sathı ve garguy kontrolü Pere tahkimatlarının kontrolü Hasar tespit raporunun hazırlanması esnasında aşağıdaki tanımlardan faydalanılmıştır. 1. Yapı elemanının durumu: Kötü : Acil onarım gerekli: Hasar derecesinin kötü olması halinde köprünün hasarlı kısmının acilen yenilenmesi veya onarılması gereklidir. - Köprülerin veya taşıyıcı elemanların yük taşıma kapasitesini olumsuz etkileyen ciddi hasarlar - Köprünün emniyetine yakın gelecekte olumsuz tesir edebilecek muhtemel hasar durumları - Yaya ve araç trafiğini engelleyen ciddi hasarlar 2. Yapı elemanının durumu orta : Onarım öneriliyor: Yapının hizmet görmesine veya dayanıklılığına tesiri bulunan ciddi hasar veya bozulmalar neticesinde onarımı gerekli olması halidir. 3. Yapı elemanının durumu iyi : Sürekli muayene gerekli: Hafif hasar arıza ve bozulmalar söz konusu olabilir ancak onarım gerektirmez. Bu bilgiler kapsamında viyadüklerde gözlem ve incelemeler yapılmış olup, beton ve donatı korozyon sebepleri literatür taramalarından yararlanılarak sonuca bağlanılmaya çalışılmıştır.

4 Değişik yaş gruplarındaki betonlarda gözlenen hasarlar fiziksel veya kimyasal kökenlidir. Bu hasarlar önce kılcal, daha sonra büyüyen ve birleşen niteliktedir. Süreç içerisinde betonda ve donatıda korozyon kaçınılmaz olup betonarme elemanlarda tamamen tahrip olurlar. Bu tip hasarların oluşum nedenleri arasında Donma-Çözülme, Alkali-aktif silis reaksiyonu, Karbonatlaşma, Donatının korozyonu, Sülfat-Tuz gibi beton için zararlı maddelerin yol açtığı reaksiyonlar sayılabilir. [1] 2. BULGULAR Yollar bizleri medeniyete taşıyan en önemli unsurların başında gelmektedir. Ankara ya seyahatim sırasında gördüğüm yaklaşık 100. kilometrede bulunan A.Çavuşoğlu viyadüğündeki beton elamanlardaki bozulmalar dikkatimizi çekti. İlgi alanımız içerisinde olan beton hasarlarının oluşum sebeplerini bu kez karayollarının en önemli sanat yapılarından olan köprü ve viyadüklerde incelemeye başladık. Çalışmamızın önemli kısmını bu konudaki litaratür taramalarından elde ettiğimiz bilgiler oluşturdu. Bu bilgiler ışığında adı geçen viyadüğe giderek daha yakından gözlem-inceleme yaptık. Çalışmamızın içeriğinde topladığımız bilgileri aşağıdaki gibi derledik. Halk dilinde paslanma olarak bilinen korozyon, elektrokimyasal etki sonucu malzemede oluşan kütle kaybıdır. [1] Beton ilk döküldüğünde içindeki demir donatıyı etkin bir şekilde sararak paslanmaya karşı korur. Ancak zaman içinde titreşim, sarsıntı, büyük ve küçük depremler, mekanik yorgunluk ve dış ortamdaki çeşitli nedenlerden dolayı betonda önce mikroskopik sonrada daha büyük gözenek ve çatlaklar oluşur. [ 7] Şekil.1 Şekil.1. Betonun Dış Ortamdan Etkilenip Korozyona Uğraması Bu gözenek ve çatlaklardan beton içine sızan rutubet,dış ortamdaki korozif madde ve gazlar, deniz kumu kullanımından veya denize yakınlıktan kaynaklanan tuz ve klor, havadaki baca ve ekzos gazları, sınai kirlilik, CO2 havadaki kükürt ve nitrojen oksit, karayollarında buzla mücadelede kullanılan tuzlar ve kaçınılmaz olan oksijenin korrozif etkisi, betonarme içindeki donatı demirlerini paslandırır. Korozyonun başlaması sonucu beton dış yüzeyinde lekeler belirir. Şekil.2

5 Şekil.2 Korozyonun Betonun dışına çıkmaya Başlaması Hali Dış ortamdaki agresif ögeler çoğunlukla betonun korozyonuna da neden olurlar. Bunun yanında betonu oluşturan bileşenlerin de bazı durumlarda tepkimelere girişmesi olasıdır. Bu tür iç korozyon olayları dış ortama bağlı olarak şiddetlenebilir. Daha da vahim bir durum, demir yüzeylerinde ortaya çıkan pasın hacminin orijinal demirden çok daha fazla olması nedeni ile, betonun içerden pas ile sıkıştırılarak çatlamasıdır. Çatlayan beton artık parçalanma sürecine girer ve yüzey bozulur. Şekil.3 Şekil.3 Donatı Korozyonundan Sonra Betonda Dağılma- Parçalanma Bu yeni çatlaklardan içeri giren rutubet ve korozif kimyasallar, demir donatının daha da hızla paslanmasına sebep olur. Zincirleme hızlanan etki/tepki ile donatı demirlerinin çapları daha da daralır. Betonun ve donatı demirlerinin korozyon süreçleri karşılıklı olarak birbirlerinin etkileşimindedir. Neticede taşıyıcı beton kiriş ve kolonlar ilk statik tasarımındaki mukavemet değerini büyük ölçüde kaybederler. Bu durum özellikle rutubetin etkili olduğu dış cephelerde, çatı altlarında, bodrumlarda, köprü, viyadük ve barajlarda gözlenir. Denize yakın ve rutubetli, baca ve ekzos gazlarının yoğun olduğu, endüstriel kirlenmenin yaşandığı bölgeler ile tuzlu deniz kumunun kullanıldığı yapılarda hızlı seyreder.gözlem yapılan viyadükde durum, şekil 4.de görüldüğü gibi oluşmuştur. Şekil.4. A.Çavuşoğlu Viyadüğünden Görüntüler

6 Şekil.5. Bir Başka Köprü Ayağında Görülen Hasar Betonun içine sızan rutubet ve korrozif maddeler, özellikle ekzos gazları ve buzlanmaya karşı kullanılan tuzlar donatı demirlerinin paslanmasına ve kesit kaybına neden olmuş, paslanan demirin pasları da, hacimleri demirden daha fazla olduğu için, betonu içerden sıkıştırarak betonun çatlamasına yol açmıştır. Yeni çatlaklar ise içeri rutubet ve zararlı maddelerin sızmasını daha da kolaylaştırmıştır. Donatı korozyonu betonun çatlamasını hızlandırmaktadır. Olayın devamlılığı neticesinde betondan parça kopması aşamasına kadar gelinmiştir. Araştırma yapımız A.Çavuşoğlu Viyadüğünde aynı benzer sorunların yaşanmaya başlamış olduğu aşağıdaki şekillerde açıkça görünmektedir. Şekil.6 Şekil.6. Viyadükte beton hasarlarından görüntüler 3. ÖNERİLER 560 mt uzunluğudaki A.Çavuşoğlu viyadüğü ve benzerlerinde de beton hasarları kaçınılmaz olup, viyadük ve köprülerde yapıların kullanım süreçleri içerisinde gerekli bakım onarımların yanı sıra ilk yapım aşamasında dahi yapılabilecek bir şeyler olduğunu aşağıdaki önerilerimizle destekliyoruz. * Korozyon demirin paslanması olduğuna göre; inşaat aşamasında betonarme demirlerini epoksi esaslı boyalarla boya yaparak donatının geç korozyona geçmesini sağlayabiliriz. * Elekro-restorasyon 2005 yılında Amerikada ortaya çıkmış yepyeni bir teknoloji olup eski elektrolitik korozyon önleme tekniklerimden bir çok yönden üstün ve pratiktir. [7] Elekro-restorasyon, bilgisayar kontrollü ileri bir teknoloji uygulaması gerektiren etkin bir elektro-kimyasal işlemdir. Bu işlem ile yapı beton yüzeylerinden içeri demir donatılara doğru, programlı bir elektroliz uygulaması ile elektrik akımı verilir ve elektroliz ile demir donatının yüzeyinde paslanmaya mukavim pasif bir tabaka oluşturulur. Aynı işlemle beton içinde korozyona neden olan klor ve benzeri iyonlar uzaklaştırılır ve betonun karbonatlaşması geri dönüştürülerek, ortamın yeniden alkalinizasyonu sağlanır.

7 Elekro-restorasyon, binalarda herhangi bir inşaat faaliyeti veya yıkım gerektirmeyen, yapının beton kısımlarının birkaç günlük bir elektriksel işleme tabi tutulmasından ibaret temiz bir işlemdir, asgari 10 yıl demir donatının korunmasını sağlar. Elekro-restorasyon uygulaması apartman ve konutlar, kamusal binalar ve ticari yapılar, beton altyapıda (köprü, viyadük, liman, baraj, vs.) yapılabilir. Şekil.7. Beton üzerinde elektro-restorasyon uygulaması * SETSTRONG, [4] Yüksek Dayanımlı Beton, Üretiminde; seçilmiş agregalar, yüksek dayanımlı çimento, yeni nesil polikarboksil esaslı kimyasal katkılar ve/veya silis dumanı (demirli silisyum imalatı sırasında ortaya çıkan ince, şekilsiz SiO2 kürelerinden oluşan bir mineral) kullanılan, 40 MPa ve üzeri basınç dayanımına sahip betonlardır. Yüksek dayanımlı betonun bir diğer karakteristik özelliği de, düşük geçirgenliği sayesinde agresif çevre koşulları altında uzun vadeli durabilite göstermesidir. Uygulama Alanları, Yüksek katlı ve dayanım istenen projelerde, Agresif çevre koşullarına maruz yapılarda, Köprü, viyadük, tünel gibi sanat yapılarında * Sulu zeminlerdeki yapıların temelleri ve viyadük, köprü gibi sanat yapılarının tabliyelerinin korunması önemlidir. Köprü- Viyadük tabliyelerinde suyun birikmemesi, kışın yapılan tuzlama çalışmalarında klor iyonlarından etkilenmemesi için mutlaka suya karşı yalıtım yapılamalıdır. Köprü ve viyaüklerde su yalıtımı yüksek mukavemetli 4. mm polimer bitümlü membranların tabliye üstüne yapıştırılması ile gerçekleşir. Ayrıca basınçlı ve basınçsız suya karşı betonarme elemanların tamamının dış tesirlere karşı koruyucu ile kaplanması önerilir. [5] * Sulu zemin yapılarında bulunan temellerde ise TS 3128 Binalarda Zemin Rutubetine Karşı Yapılacak Yalıtım için Yapım Kuralları standartında belirlenen şekilde yalıtım yapılmalıdır. * Köprü ve viyadüklerde yapılan beton elemanlarda kullanılan çimentonun cinsinin önemi büyüktür. Bu açıdan CEM I 42,5R(PÇ42.5) Portland çimentosu her türlü betonarme yapılarda, Köprü-Viyadük gibi sanat yapılarında kullanıldığında daha iyi sonuçlar verecektir. [2] * Acrıseal, betonarme yapılarda geçirimsizlik ve kimyasal dayanım sağlayan akrilik kaplama olup tüm beton yapıların yanı sıra köprü ve viyadüklerde kullanılmaktadır.

8 4. SONUÇ: Ülkemizde olduğu gibi beton ve betonarme yapılarda zaman içersinde çeşitli dış etkilerden dolayı bozulmalar meydana gelebilmektedir. Bunun sonucu yapılarda dayanım kaybı olmakta yapı ömrü kısalmaktadır. Yukarıda örneğini verdiğimiz viyadükte olduğu gibi bu gibi olumsuzlukların zaman içersinde olması kaçınılmazdır. Bu nedenle tüm yapılar zaman zaman kontrol edilerek oluşan olumsuzluklara zamanında müdahale edilerek giderilmesi ve daha büyük olumsuzlukların oluşmasına da meydan verilmemesi gerekli olmaktadır. Yukarıda da belirttiğimiz gibi bu çeşit hasarların giderilmesi çeşitli yöntemler ve teknoloji ile giderilmesi mümkün olabilmektedir. Bu çalışmada böyle olumsuzluklara ilgililerin dikkatini çekmek ve tedbir alınmasında yol göstermek amacımız olmuştur 5. KAYNAKLAR: [1]. O.Şimşek, 2007, Beton ve Beton Teknolojisi, Ankara [2]. [3]. [4]. [5]. M.K.Gel, BTM A.Ş. Teknik Yayınları [6]. Karayolu Yol Boyu Mühendislik Yapıları İçin Afet Yönetmeliği Taslağı [7]. E.Sokullu, Makaleler. [8]. TS 3128 Binalarda Zemin Rutubetine Karşı Yapılacak Yalıtım için Yapım Kuralları [9]. Vikipedia özgür ansiklopedi Köprü ve Viyadük Sahifeleri