HARRAN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü BETONARME I Ders Notları Kâzım TÜRK ŞANLIURFA, Şubat 2011
TEŞEKKÜR Bu ders notlarının düzenlenmesinde yararlandığım Eskişehir Osmangazi Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Betonarme I ders notları için Emekli Öğretim Üyesi Prof. Dr. Ahmet TOPÇU Hocamıza saygı ve teşekkürlerimi sunarım. Yrd. Doç. Dr. Kâzım TÜRK
BETON ÇİMENTO+AGREGA+SU BETON 1 m 3 beton yaklaşık (hacim olarak) %10 çimento, %70 agrega (kum, çakıl, kırmataş), %20 su içerir. Belli amaca yönelik olarak, örneğin kıvam ayarı için, katkı maddesi de eklenebilir. Ancak, katkı maddesi çimento ağırlığının genelde %0.5-2 si kadardır ve %5 ini aşmamalıdır. ÇİMENTO - TS EN 197 1/2004 Çimentonun görevi; su ile reaksiyona girerek, agrega tanelerinin çevresini kaplamak, taneler arasındaki boşlukları doldurmak ve bunları birbirine bağlayarak kaynaştırmaktır. Yeni çimento standardı TS EN 197 1 Genel Çimentolar Bileşim, Özellikler ve Uygunluk Kriterleri 2004 sonunda yürürlüğe girmiştir. Yürürlükten kalkan birçok çimento standardının yerini TS EN 197 1 almıştır. TS EN 197 1/2004 standardında çimentolar beş ana tip ile adlandırılmaktadır: CEM I Portland çimento CEM II Portland-kompoze çimento CEM III Yüksek Fırın cüruflu çimento CEM IV Puzolanik çimento CEM V Kompoze çimento Çimentonun ana hammaddesi klinkerdir. CEM I %95-%100 klinkerden üretilir ve Portland çimentosu adını alır. Değerleri (CEM II, CEM III, CEM IV ve CEM V) klinkere, Yüksek Fırın cürufu, uçucu kül, silis dumanı gibi katkılar eklenerek üretilirler. Bu nedenle CEM I dışındaki çimentoların, katkı maddesi ve miktarına bağlı olarak, çok sayıda farklı tipleri vardır. TS EN 197-1/2004 de 27 farklı çimento tanımlanmıştır. Dayanım sınıfları ve priz süreleri: Çimentolar, 28 günlük basınç dayanımı en az 32,5 N/mm 2, 42,5 N/mm 2 ve 52,5 N/mm 2 olan üç farklı dayanım sınıfında üretilirler. Ancak, üretim şekli ve içerdiği katkı maddeleri nedeniyle aynı dayanıma sahip çimentoların 2. ve 7. gün sonundaki dayanımları farklı olur. Dayanım kazanımı hızlı olan çimentolara erken dayanımı yüksek çimentolar denir ve R harfi ile belirtilir. Erken dayanımı normal olan çimentolar N harfi ile belirtilir.
SU - TS EN 1008/2003 Suyun görevi kimyasal reaksiyonu başlatarak sürdürmek ve betona işlenebilir bir akıcılık (kıvam) sağlamaktır. İçilebilen her su beton yapımında kullanılabilir. Tuzlu olmamalı Asit bulunmamalı Yağ bulunmamalı Kirli, bulanık olmamalı Deniz suyu kullanılamaz! KİMYASAL KATKILAR - TS EN 934 2/2004 Betonun bazı özelliklerini iyileştirmek veya bazı özellikler kazandırmak için kullanılırlar. Çimento miktarının belli bir yüzdesi kadar, genelde karışım suyuna katılırlar. Katkı maddeleri aşağıdaki amaçla kullanılırlar: Priz (katılaşma) süresini kısaltmak veya uzatmak Su/çimento oranını azaltmak, dayanımı artırmak (süper akışkanlaştırıcı) Dayanımı düşürmeden akıcı beton yapmak (akışkanlaştırıcı) Betonun donmasını önlemek (antifriz) Genleşebilen beton yapmak (onarım işlerinde) Hava sürükleyici katkılar (donma-çözülmeye dayanıklılığı arttırmak) Su ve buhar sızdırmayan beton yapmak (su deposu) Korozyonu önlemek Betona renk vermek Katkı maddesi mutlaka üreticinin reçetesine göre kullanılmalıdır. Gereğinden fazlası zararlı, gereğinden azı faydasız olabilir. Katkı maddelerinin çoğu dayanımı %10 kadar düşürür. Katkı maddesi çimento kütlesinin genelde %0.5 2 si kadardır ve %5 ini aşmamalıdır. Reçetesine göre kullanılsa bile, katkının miktarı ve etkisi ön deneylerle belirlenmelidir.
Kum + çakıl AGREGA Kum + kırmataş AGREGA Kum + çakıl+kırmataş AGREGA İnce KUM: 0 4 mm Kalın KUM: 4 8 mm ÇAKIL: 8 70 mm KIRMATAS (MICIR): 5 13 mm 13 24 mm 24 30 mm AGREGA-TS 706 EN 12620/2003 En büyük tane çapı; normal yapılarda 32 mm, köprülerde 70 mm, yol ve hava alanı saha kaplamalarında 90 mm, barajlarda 250 mm dir. Normal yapılarda en büyük tane çapının daha da küçük tutulması, 26 mm yi aşmaması önerilir. Kullanılan agreganın maksimum tane çapı: kiriş/kolon küçük kenarının 1/5 inden, iki donatı arasındaki uzaklığın ¾ ünden, döşeme kalınlığının 1/3 ünden ve net beton örtüsünden küçük olmalıdır (TS 500/2000). Agrega: Temiz olmalı Kil, silt (toprak, bitki) içermemeli Tuz, yağ, kimyasal madde içermemeli Dayanımı, kullanılan çimentonun dayanımından yüksek olmalı İyi GRANÜLOMETRİ (agrega karışım oranı) sağlamalı Deniz kumu/çakılı kullanılamaz! (Zorunlu hallerde çok iyi yıkamak ve atıkları ayıklamak kaydıyla kullanılabilir) Normal yapılarda maksimum tane çapı 32 mm olmalıdır. Hazır betonda 16 25 mm dane çapı yoğun olarak kullanılmaktadır.
Karışım-tanımlar KARIŞIM: Yüksek dayanımlı ve işlenebilir bir beton elde edebilmek için kum, çakıl, çimento ve su miktarının ayarlanmasıdır. DOZAJ: Yerine yerleştirilip sıkıştırılmış 1 m 3 betondaki çimentonun kilogram olarak miktarıdır. Yaygın olarak 300 dozlu beton kullanılır. Temellerde ve kütle betonlarında 250 300 dozlu, kiriş, kolon ve döşemelerde 300 350 dozlu, köprülerde 350 450 dozlu, deniz yapılarında 400 500 dozlu beton kullanılır. Betonarme taşıyıcı elemanlarda dozaj 250 kg dan az olamaz. Gereğinden yüksek dozaj büzülmeyi (rötre) artırır, hızlandırır, dayanım düşer ve betonda çatlaklar oluşur. SU/ÇİMENTO ORANI: 1 m 3 betondaki, kilogram cinsinden su miktarının çimento miktarına oranıdır: SÇO=Su/Çimento. Beton dayanımını doğrudan etkileyen en önemli faktördür. Teorik olarak, hidratasyon için gerekli su/çimento oranı 0.25 dir. Ancak beton kıvamı kurudur, işlenmesi zordur. Betona işlenebilirlik kazandırmak amacıyla uygulamada su/çimento oranı çok daha yüksek, 0.40-0.55 arasında, tutulur. SÇO düşük ise dayanım yüksek, SÇO yüksek ise dayanım düşük olur. Gereğinden fazla konulan her 20 litre (bir teneke) su dayanımı yaklaşık %15 düşürür. KIVAM: Yaş betonun kuru ya da akıcı mı olduğunu belirtir, işlenebilirliğin bir ölçüsüdür. Beş farklı kıvam sınıfı TS EN 206 1/2004 de tanımlanmıştır. S1 sınıfı kuru, S5 sınıfı akıcı beton anlamındadır. Yüksek dayanım betonda aranan en önemli özellik olmakla birlikte, işlenebilirlik açısından kıvam da bir o kadar önemlidir. Bu iki özellik birbirini ters düşer. Yüksek dayanım için düşük su/çimento oranı, yani az su, gerekirken işlenebilir bir beton için de çok su gerekir. Farklı kıvam ölçme yöntemleri olmasına rağmen en çok kullanılanı ve en basit olanı çökme deneyi (SLUMP test) dir. BASINÇ DAYANIMI: Suda saklanmış (laboratuar şartlarında), 28 günlük standart silindir (çap: 15 cm, yükseklik: 30 cm) beton numunenin eksenel basınç altında taşıyabileceği en büyük gerilmedir. Dayanım deneyi için ilgili Standartlar: TS EN 12390 serisi. ÇEKME DAYANIMI: Betonun çatlamasına neden olan gerilmedir.
Kıvam testi-çökme (SLUMP) deneyi-ts EN 12350 2/2002 Betonun kıvamı Çökme deneyi, Vebe deneyi, Sıkıştırma faktörü, Yayılma tablası deneyi ile belirlenir. Şantiyede, kullanım kolaylığı açısından, çoğunlukla çökme deneyi kullanılır. Deneyde altı ve üstü açık bir koni kullanılır. Yaş betonun çökme deneyi, beton üretildikten (hazır beton teslim edildikten) sonraki ilk 15 dakika içinde yapılır. Deneyin yapılışı: Koninin iç yüzeyi temizlenir ve nemlendirilir. KIVAM SINIFLARI (TS EN 206 1/2004) Sınıf Çökme (mm) Yaş beton üç kerede koniye doldurulur. S1 10 40 Her tabaka yuvarlak uçlu, 60 cm uzunluğunda ve 16 mm S2 50 90 çaplı düz yüzeyli çubukla 25 kez şişlenir. S3 100 150 Koni 5 10 saniye içinde sarsılmadan çıkartılır, çökme S4 160 210 ölçülür. Deney 150 saniye içinde tamamlanmalıdır. S5 220 den büyük Yaklaşık çökme miktarları: Donatılı temel betonu: 30 80 mm Kat kiriş, kolon, perde, döşemeleri: 50 100 mm Donatısız betonlar, kanal kaplamaları: 20 70 mm Yol kaplamaları, köprü ayakları: 30 50 mm Tünel taban kaplamaları: 20 50 mm Tünel yan ve kemer betonları: 50 100 mm Kütle betonları: 20 50 mm
Betonun taşınması, dökülmesi, sıkıştırılması ve bakımı Transmikser, beton pompası, konveyör, vinç veya küçük işlerde, el arabası ile taşınır. Taşıma ve döküm sırasında ayrışma (segregasyon) olmamalıdır. Kullanılan çimento cinsine ve ortam şartlarına göre katılaşma 45 60 dakika içinde başlar ve 5 10 saat içinde tamamlanır. Bu nedenle, karışım hazırlandıktan (hazır beton teslim edildikten) sonra 20 30 dakika içinde yerleştirilip sıkıştırılmalıdır. Bu süre, priz geciktirici katkı maddeleri yardımıyla 2 saate kadar uzatılabilir. Yaş karışımlı hazır betonlar 2 saatlik, kuru karışımlı hazır betonlar (özel transmikserler ile) 3 saatlik uzaklıklara taşınabilir. Yaş karışımlı beton taşınırken transmikser 1 4 devir/dakika ile dönmeli ve taşıma süresince en fazla 300 devir yapmalıdır. Döküm öncesi betonun kıvamı çökme deneyi (slump test) ile kontrol edilir. T500 2000 de belirtilen sayıda silindir (nadiren küp) numuneler alınarak laboratuar şartlarında saklanır. 7. ve 28. gün numuneler kırılarak öngörülen dayanımı sağlayıp sağlamadığı belirlenir. Döküm öncesi kalıp, iskele ve donatının projeye uygunluğu kontrol edilmeli, özellikle yeterli yedek dikme ve yeterli beton örtüsü bırakılıp bırakılmadığına, donatının döküm sırasında yer değiştirmeyecek şekilde sıkıca bağlanıp bağlanmadığına dikkat edilmeli, kalıp temizlenmeli, suya iyice doyurulmalıdır. Göllenme olmamalı, kalıp suyu emdikten sonra fakat kurumadan beton dökülmelidir. Beton dökümü kalıba darbe uygulamamalı, döküm yüksekliği 50 cm den az olmalıdır. Kıvamı düşük betonlar vibratör ile sıkıştırılmalıdır. Küçük hacimli betonlar şişlenerek ve tokmaklanarak da sıkıştırılabilir. Ancak, şişleme ve tokmaklama yönteminin vibratörün yerini alamayacağı bilinmelidir. Transmikser Beton pompası Dalgıç vibratör Dalgıç vibratör uygulaması
Vibratörler ve kullanımı: Vibratör, titreşim hareketi yapan makinedir. Elektrik veya basınçlı hava ile çalışan tipleri vardır. Dalgıç vibratör (iç vibratör), titreşim yapan ucu betona daldırılarak kullanılır. Yüzey vibratörü (kompaktör), betonun yüzeyine titreşim uygular. Dış vibratör (kalıp vibratörü) kalıp sistemine takılır ve kalıbı titreştirerek betonun sıkışmasını sağlar. Kalın betonlar (kirişler, 20 cm den kalın döşemeler) yüksek frekanslı (9000 11000 vibrasyon/dakika) dalgıç vibratör ile sıkıştırılır. Beton kalınlığı 40 cm yi aşmamalıdır. Daha kalın betonlar tabakalar halinde dökülüp sıkıştırılır. Vibratör beton harcının dibine kadar hızlı ve dik olarak sokulur. Beton suyu yüzeyde toplanmaya başladığı an yavaşça çıkartılır. Tabakalı sıkıştırma durumunda vibratör alt tabakaya 5 10 cm kadar daldırılır, tabakaların kaynaşması sağlanır. Vibratör rastgele noktalara daldırılmamalıdır. Vibratörün sıkıştırma çapı gözlemsel denemelerle belirlenmeli ve bu çap dikkate alınarak elden geldiğince düzenli aralıklarla daldırılmalıdır. Her vibratörün sıkıştırma çapı farklı olabildiği gibi, aynı vibratör, kalıbın genişliğine bağlı olarak, farklı çapta sıkıştırma yapar. Sıkıştırılan bölgeler arasında ve kalıp köşelerinde sıkıştırılmamış bölge kalmaması için, gerekirse sıkıştırma çapından daha küçük aralıklarla daldırma yapılmalıdır. Dalgıç vibratör hiçbir zaman doğrudan donatıya ve kalıba dokunmamalıdır. Aksi halde titreşen donatı çevresi çimento şerbeti ile kaplanır, aderans kaybına neden olur ve donatı yer değiştirir. Dar bir kirişin sıkıştırma şeması Bir döşemenin veya geniş bir kirişin sıkıştırma şeması
Tüm deprem bölgelerinde vibratör kullanımı zorunludur. Yeterince sıkıştırılmayan betonlarda büyük boşluklar oluşur ( bilhassa kolon kiriş birleşim bölgelerinde), dayanım beklenenin %20~30 altında kalır. Ayrıca plastik büzülme ve betonun çökmesi nedeniyle dökümü izleyen ilk 1 5 saat içinde (katılaşma tamamlanmadan önce) 10 cm derinliğe ve 1 2 m uzunluğa varan çatlaklar oluşur. Bu tür garip çatlaklar genelde enine ve boyuna donatı boyunca uzanırlar. Gereğinden çok vibrasyon da zararlıdır (AYRIŞMA tehlikesi). Ancak, gereğinden çok vibrasyon yetersiz sıkıştırmadan daha iyidir.
Vibratör kullanımının yararları: Betonda (genellikle kolon-kiriş birleşim noktalarında) boşlukların kalma olasılığı azalır. Betonun basınç dayanımı yüksek olur. Donatı ile beton daha iyi kenetlenir (yüksek aderans). Betonun geçirgenliği (su, buhar) düşer. Beton dış etkilere karşı daha dayanıklı ve uzun ömürlü olur. İş derzleri: Beton döküm işi ara vermeden tamamlanmalıdır. Ancak, büyük hacimli betonlar aynı gün içerisinde dökülemeyebilirler. Beton dökümüne yapının hangi ucundan başlanacağı, hangi yöne doğru devam edileceği ve gerekirse zorunlu ekin (iş derzi) nerede bırakılacağı döküm öncesi belirlenmiş olmalıdır. Zorunlu ek yerleri (iş derzleri) momentlerin küçük olduğu yerlerde yaklaşık 45 eğimli ve pürüzlü bırakılır. Yeni beton dökülmeden önce bu yüzeyler temizlenir, basınçlı su ile yıkanır, suya doyurulur ve kurumadan önce yeni beton dökülür. Kolonlar bir defada betonlanmalı, ek yapılmamalıdır. Betonun Bakımı: Katılaşma için ideal ortam sıcaklığı 20 25 0 C civarındadır. İstenen dayanımın elde edilebilmesi için betonun özenli bakıma gereksinimi vardır. Bakım yapılmayan beton sıcaktan yanar, soğuktan donar, dayanım düşer. TS EN 206 1/204 e göre, yaş beton sıcaklığı +5 C den az olmamalıdır. +5 dereceden soğuk, +32 dereceden sıcak havalarda dökümden kaçınılmalıdır. Zorunlu hallerde özel tedbirler alınmalıdır (örterek, ısıtarak, katkı maddesi kullanarak, geceleri döküm yaparak). Taze beton rüzgârdan, sert yağmurdan, sarsıntıdan korunmalıdır. Beton ilk 7 gün içinde 28 günlük dayanımının %70 ini kazanır. Hava sıcaklığının 15 0 C ve üstünde olduğu günlerde betonun, bilhassa ilk 7 gün ( tercihen 14 gün) süresince sulanması, sürekli nemli tutulması (kür) gerekir. Dökümden yaklaşık 12 saat sonra kür başlamalıdır. Keçe, çuval, hasır, talaş veya kum ile örtülerek sabah, öğle ve akşamları sulama yapılmalıdır. Betonu nemli tutacak örtü kullanılmadan sulama yapılması yeterli yarar sağlamaz!
Kürün önemi Betonun mümkün olan en yüksek dayanımı kazanabilmesi için zamana ve bu zaman içinde çok özenli bakıma, küre, gereksinim vardır. Deneylerle belirlenmiş yukarıdaki eğriler kürün önemini vurgulamaktadır. Aynı karışım, özen ve şartlarda hazırlanmış beton numuneler üç gruba ayrılmışlardır. Her grup ilk 7 gün laboratuar şartlarında saklandıktan sonra birinci ve ikinci grup açık hava şartlarına bırakılmış, ikinci grup üçüncü aydan sonra tekrar laboratuar şartlarında saklanmış, üçüncü grup ise sürekli laboratuar şartlarında tutulmuştur. Belli süre aralıklarla her gruptan numunelerin dayanımları basınç deneyi ile belirlenerek dayanım-gün eğrileri çizilmiştir. Eğrilerin incelenmesinden aşağıdaki çok önemli sonuçlar çıkartılabilir: a) Sürekli kür yapılan beton (3.grup) en yüksek dayanımı (burada yaklaşık 38 N/mm 2 ) kazanırken kür yapılmayan (1.grup) betonun dayanımı çok düşük (burada yaklaşık 18 N/mm 2 ) kalmıştır. b) Bir süre kür yapılmayan, fakat 3 ay sonra sürekli kür yapılan 2. grup beton hiç kür yapılmayan 1.grup betondan daha yüksek bir dayanıma ulaşmış (burada yaklaşık 31 N/mm 2 ), ancak dayanım sürekli kür yapılan 3. grup betondan daha düşük kalmıştır. Kür yapılmayan betonun dayanımı çok düşük kalır!
Kalıp-iskele Yaş betonun tüm ağırlığını taşıyabilmeli. Yatay harekete karşı yeterli diyagonal (çapraz) elemanlar ile rijitleştirilmeli. Dikmelerin altına, yükü yaymak üzere, düzgün yüzeyli takozlar konulmalı. Yedek dikmelerin yerleri kalıp yapılmadan önce belirlenmeli, diğer dikmeler ve kalıp sökülürken yedek dikmeler sarsılmayacak şekilde düzenlenmeli. Vibratör etkilerine dayanabilmeli. Betonun şerbetini kaçırmamalı. Kolonların ve yüksek kirişlerin altında, konsolların çıkışında temizleme kapakları bırakılmalı. Döküm öncesi tahta, yonga, kâğıt ve toprak artıkları temizlenmeli. Döküm öncesi kalıp mutlaka ıslatılarak suya doyurulmalı. Kullanılması durumunda, kalıp yağı donatıyı asla kirletmemeli (aderans kaybı). Döküm öncesi ve döküm sırasında tüm kalıp-iskele sistemi özenle kontrol edilmeli. Kalıp sökme sırasına ve süresine özen gösterilmeli. Kötü kalıp-iskele örnekleri: Yeterli çapraz eleman ve dikme yok! Yeterli çapraz eleman olmaması nedeniyle kalıp göçmesi Uygulamada en çok yapılan hatalardan biri, çapraz elemanların yetersiz hatta hiç olmamasıdır. Beton dökümü veya vibrasyonla sıkıştırma sırasında oluşan sarsıntı sonucunda kalıp kısmen veya tamamen göçmekte ve çalışanların ölümü ile sonuçlanmaktadır. Uygulamada en çok yapılan hatalardan bir diğeri, aynı kalıbı bir üst katta kullanmak amacıyla, kalıbın erken sökülmesidir. Kalıp erken sökülmek istenirse CEM I 52.5R çimentosu veya priz hızlandırıcı katkı maddesi kullanılmalıdır. Uygulamada en çok yapılan hatalardan bir diğeri de, yedek dikme bırakılmamasıdır. Yedek dikmelerin yerleri, sayısı önemli olduğu gibi tüm kalıp sisteminden bağımsız olması, diğer tüm kalıp kısımları sökülürken kesinlikle sarsılmamaları ve en son sökülmeleri gerektiği de uygulamada önemsenmez. Hatta bazen tüm kalıp söküldükten sonra yedek dikmeler tekrar yerlerine çakılmaktadır. Kalıbın, gerekli tedbirler alınmaksızın, erken sökülmesi veya yedek dikmelere gereken özenin gösterilmemesi durumunda, henüz yeterli dayanıma ulaşmamış betonda, açıklaması güç garip çatlaklar oluşur veya tüm sistem göçer.
Kalıp sökme sırası ve süresi(gün) 1 Kalıp sökme sırası ve süresi 1.Bu tablo bir öneri olarak algılanmalıdır. Hava şartlarına, katkı maddesi kullanılıp kullanılmadığına bağlı olarak bu süreler uzayabilir veya kısalabilir. Klinker oranı %80 nin altında olan çimentolar normal yapıların taşıyıcı elemanlarında kullanılmamalıdır! Kullanılması durumunda yukarıda verilen süreler iki katına çıkarılmalıdır. 2.Küçük döşeme: kısa kenarı 3.0 m yi geçmeyen döşeme. Kalıp alma süreleri, sıcaklığın +5 o C den düşük olduğu gün kadar uzatılmalıdır. Yedek dikmeler yaklaşık 3 m de bir olmalı, büyük açıklıklarda ve ağır yüklerde 2-2.5 m de bir olmalıdır. Yedek dikme yerleri kalıp yapılmadan önce belirlenmelidir. Yedek dikmeler her katta üst üste gelmelidir. Yedek dikmeler dışındaki kalıplar sökülürken, yedek dikmeler sarsılmamalıdır. Döküm sırasında ve izleyen 7 gün içinde kalıp sarsılmamalıdır. Kalıp almaya başlamadan önce, şantiyede aynı şartlarda saklanmış numunelerin dayanımları belirlenerek kazanılan dayanımın yeterli olup olmadığı kontrol edilmelidir. Betonun dayanımını etkileyen faktörler Su/Çimento oranı. Çimentonun cinsi, dozajı, dayanımı. Agreganın dayanımı, granülometrisi, temizliği. Suyun temizliği. Katkı maddeleri. Sıkıştırma şekli ve kalitesi. Çevre şartları (sıcaklık, nem, rüzgar). Bakım şekli, süresi ve kalitesi.
Betonun Sınıflandırılması- TS 500/2000, TS EN 206-1/2004 Dayanımına göre sınıflandırma: Tesviye ve dolgu betonu (150 200 dozlu, donatısız). Grobeton (150, 200, 250 dozlu, donatısız, temel altı ve saha kaplama işlerinde). Mozaik betonu ( ince mozaik agregalı, 400 500 dozlu, teras ve diğer ıslak hacim kaplama işlerinde). Şap ( kumsuz veya ince kum agregalı, 400 500 dozlu, teras ve diğer ıslak hacim kaplama işlerinde). C14 betonu (250 300 dozlu, önemsiz taşıyıcı elemanlarda). ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- C16, C18, C20, C25, C30, C35, C40, C45, C50 Normal dayanımlı betonlar (TS 500 DE TANIMLI) ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- C55, C60, C70, C80, C90, C100 Yüksek dayanımlı betonları (TS 500 DE TANIMLI DEĞİL) BETON-Mekanik Özellikler Tanımlar: f c :beton basınç dayanımı f ck :beton karakteristik basınç dayanımı f ctk :beton karakteristik çekme dayanımı E c :beton elastisite modülü G c :beton kayma modülü c :poisson oranı c :sıcaklık birim şekil değiştirme (genleşme) katsayısı f ckj :j günlük betonun karakteristik basınç dayanımı E cj :j günlük betonun elastisite modülü G cj :j günlük betonun kayma modülü
Karakteristik dayanım Projede öngörülen betonun basınç dayanımına karakteristik basınç dayanımı denir. Ancak, üretilen betonun gerçek basınç dayanımının öngörülenden daha düşük olma olasılığı (riski) vardır. Bu olasılık TS500/2000 e göre en fazla %10 olmalıdır. TS EN 206 1/2004 e göre ise bu olasılık daha düşük olmalıdır! T500/2000 için daha basit bir anlatım yolu seçelim: Diyelim ki dayanımı 20 N/mm 2 olan beton yapmak için karışım hazırladık ve 100 adet numune aldık. 28. gün sonunda yapılan basınç deneyinde en az 90 numunenin dayanımı en az 20 N/mm 2 olmalıdır. Dayanımı 20 N/mm 2 nin altında olan numune sayısı en fazla 10 olmalıdır. Betonda nitelik denetimi ve kabul koşulları: Betonun uygun olup olmadığı TS-EN 206 1 Madde 8.2 e göre yapılır. Projede öngörülen betonun karakteristik dayanımı f ck, üretilen betondan alınan numunelerin basınç deneyi sonucunda bulunan ortalama dayanımı f cm, en düşük dayanım f cmin ve standart sapma σ olsun. Bu durumda f cm f ck +uσ olmalıdır. TS EN 206 1/2004 e göre betonun uygun olması için aşağıdaki kriterleri sağlaması gerekir. Hazır betonun temin edilemediği inşaatlarda: Üretilecek betonun f ck değeri önceden bilinir (projeden). Ancak, standart sapma σ üretim öncesi bilinmez. Bu durumda, üretilecek betonun ortalama dayanımı olacak şekilde karışım hazırlanması yoluna gidilebilir.
Betonun basınç gerilmesi-şekil değiştirme (σ c -ε c ) eğrisi f c :maksimum gerilme (dayanım) f cu :kırılma gerilmesi ε co :maksimum gerilmeye karşılık gelen birim kısalma ε cu :kırılma anındaki birim kısalma E c =tan (betonun elastisite modülü) Beton en büyük gerilmeye ulaşıldığında kırılmaz, belli bir deformasyona ulaşınca kırılır. Betonun en büyük f c gerilmesi altında kırılmaması şöyle açıklanır: f c maksimum gerilmesine ulaşıldığında bazı lifler ε co kısalmasına uğrar. Ancak, bu sırada daha az zorlanan lifler devreye girerek gerilme almaya başlarlar. Maksimum gerilmeye ulaşmış liflerde gerilme düşer fakat kısalma devam eder. Beton en büyük gerilmeye ulaşıldığında değil, yapabileceği en büyük ε cu birim kısalmasına ulaşınca ezilir. Buna betonarmede uyum adı verilir.
Betonun basınç dayanımı yüksektir. Betonun çekme dayanımı çok düşüktür, çoğu kez sıfır kabul edilir. C16-C25 betonları uygulamada yaygın olarak kullanılırlar. C30-C50 betonları özel şartlarda üretilirler ve nadiren (örneğin: yüksek yapı, gökdelen, köprü inşaatında) kullanılırlar. 1. ve 2. Deprem Bölgelerinde C20 den daha düşük kalitede beton kullanılmaz. Tüm Deprem Bölgelerindeki önemli yapılarda C20 den daha düşük kalitede beton kullanılmaz. C20 den daha düşük dayanımlı betonların yapı taşıyıcı elemanlarında (kiriş, kolon, döşeme) artık kullanılmaması gerekir. Büyük şehirlerde C25 ve C30 betonlarının kullanımı giderek artmaktadır.
TS EN 206 1/2004 ye göre beton sınıfları TS EN 206 1/2004 Beton- Bölüm 1: Özellik, Performans, İmalat ve Uygunluk yönetmeliğinde tanımlı beton sınıfları C8/10, C12/15, C 16/20, C20/25, C25/30, C30/37, C35/45, C40/50, C45/55, C50/60 (TS 500 de tanımlı olan betonlar), C55/67, C60/75, C70/85, C80/95, C90/105, C100/115 olarak verilmektedir. C8/10 ve C12/15 betonu, TS 500/2000 de tanımlı olmadığından, taşıyıcı elemanlarda kullanılamaz. TS 500/200 de tanımlı olan C18 betonu da TS EN 206-1/2004 de yoktur. C55/67,, C100/115 betonlarına yüksek dayanımlı betonlar (YDB) denilmektedir. TS 500/2000 de tanımlı olmamalarına rağmen, YDB betonları, özel izin, çok özenli üretim, bakım ve kontrol şartıyla, her tür amaçla kullanılabilir. Yüksek dayanımlı betonlar son derece gevrektirler, uygulama zorlukları ve henüz yeterince araştırılmadığından, T500/2000 kapsamı dışında kalmıştır. Diğer betonlar Dayanımın fazla önemli olmadığı (tretuvar, dolgu, saha kaplamaları gibi) işlerde grobeton (150 dozlu beton, 200 Dozlu beton, 250 Dozlu beton) ve C14 betonu uygulamada (taşıyıcı olmamak kaydıyla) kullanılmaktadır.
Değişik dayanımlı betonların σ-ε eğrileri Farklı kaliteli(dayanımlı) beton numunelerin basınç deneyi sonunda belirlenen gerilme-birim kısalma diyagramları yukarıda verilmistir. Diyagramların yorumlanmasından asağıdaki sonuçlara varılabilir: Beton kalitesi arttıkça kırılma birim kısalması εcu daha küçük olur. Beton daha gevrektir (gevrek beton, gevrek kırılma). Kalite azaldıkça kırılma birim kısalması εcu daha büyük olur. Beton daha sünektir (sünek beton, sünek kırılma). Elastisite modülü beton kalitesine bağlıdır. Her tür betonda max gerilmeye karsılık gelen kısalma yaklasık aynıdır, εc0 0.002 dir. Hem yüksek dayanım hem de süneklik betonarmede birlikte arzu edilen özelliklerdir. Ancak, bu iki özelliği aynı betonda bir arada bulmak mümkün değildir.
Tekrarlanan yük altında betonun davranışı Bir beton numunede gerilme en büyük değere varınca yük boşaltılır, tekrar ulaşabildiği en büyük gerilmeye kadar yüklenirse ve bu defalarca tekrarlanırsa yukarıdaki eğri oluşur. Yorumlanırsa: Defalarca yüklenen-boşaltılan yük altında σ-ε eğrilerinin zarf eğrisi, sürekli yüklü betonun σ-ε eğrisi ile aynıdır. Yükleme-boşaltma altında betonun elastisite modülü değişmekte, yük tekrarı arttıkça, elastisite modülü önemli ölçüde azalmaktadır. Elastisite modülünün azalması rijitliğin azalması anlamına gelir. Yüklenen-boşalan beton yumuşamaktadır. Yükleme-boşaltma davranışı deprem veya rüzgâr yükleri altındaki beton davranışını özetler.
Betonda büzülme (rötre) Hidratasyon için gerekli su/çimento oranı 0.25 dir. Bu oranda su içeren betonun kıvamı kurudur. Pompalanması, yerleştirilmesi, şekil verilmesi ve sıkıştırılması mümkün değildir. Betona islenebilirlik kazandırmak amacıyla uygulamada gereğinden çok su konur, yani su/çimento oranı çok daha yüksek tutulur. Su fazlası zamanla buharlaşır, betonun hacmi küçülür (beton büzülür). Betonda, yük olmamasına rağmen, kısalma deformasyonları oluşur ve beton çatlar. Bu olaya betonun büzülmesi denir. Büzülme ortam sıcaklığına, nemine, buharlaşmanın hızına, betonun ortama açık yüzeyinin büyüklüğüne bağlıdır. Büzülme olayının büyük bir kısmı 3 ay içinde tamamlanır. Kuru ortamda beton büzülür, iç gerilmeler (çekme) oluşur, beton çatlar. Nemli ortamda beton şişer.
Betonda sünme(creep) Kalıcı sabit yük altında betondaki kısalma zamanla artar. Buna sünme denir. Tam olarak açıklanabilmiş değildir. Basınç altında betonun içindeki su dışarı atılır, boşluklar küçülür. Bu nedenle betonda deformasyon oluşur (sünger analojisi). Deneysel sonuçlara göre: Dayanımının 0.8 katı veya daha büyük sabit bir gerilme ile yüklü beton, sünme nedeniyle deformasyon artacağından, kırılır. Bunu önlemek için beton, dayanımının 0.8 katından daha küçük bir gerilme ile yüklenmelidir. Sünme nedeniyle deformasyon artısı 3 yıl kadar devam eder. Sünme betonun elastisite modülünü (rijitliği) azaltır.
Betonda yük-büzülme-sünme deformasyonları Sabit bir yükle yüklenen beton numunede i ani kısalması olur. Bu sabit yük altında zamanla, 2 3 yıl içinde, kısalma t değerine varır. Yük sabit kalmasına rağmen kısalmanın artması büzülme ve sünme etkisinden kaynaklanmaktadır. Büzülme ve sünme kısalması artık en büyük değerine varmıştır. Yük kaldırıldığında kısalmada re kadar ani geri dönüş olur (numune uzar). Zamanla, yük etkisinden kurtulan betondaki boşlukların biraz büyümesi sonucu, rc kadar daha geri dönüş olur. Sonuç olarak, üzerinde hiç yük olmayan betonda, p kadar kalıcı (plastik) kısalma vardır. t - i : büzülme ve sünmeden oluşan toplam kısalma. Genelde : p > i İyi sıkıştırılmamış, bakım yapılmamış betonlarda büzülme ve sünme deformasyonları yüksek olur!
Üç eksenli gerilme etkisinde beton davranışı (RICHART deneyi-1928) Aynı kalitede hazırlanan beton numunelere farklı sabit yanal basınç gerilmeleri uygulanmış ve numunelerin yukarıda görülen gerilme-birim kısalma eğrileri deneysel olarak çizilmiştir. Eğrilerin incelenmesinden: Betonun dayanımı yanal gerilmenin dört katı kadar artar. Yanal gerilme etkisindeki beton çok daha büyük deformasyon yaptıktan sonra ezilir. Bu ise betonun, kalitesi aynı olmasına rağmen, çok daha sünek davrandığını gösterir.
Kolonda sargı etkisi N kuvveti ile yüklenen etriyeli kolonun boyu kısalır. Poisson etkisiyle göbek şişmek ister, etriye şişmeye karsı direnmeğe çalışır. Köselerde etriye iyi bir direnim N kuvveti ile yüklenen fretli kolonun boyu kısalır. Poisson etkisiyle göbek şişmek ister, ancak fret şişmeyi engeller. Bu nedenle beton frete q gibi bir basınç uygular. Fret, etki=tepki nedeniyle, aynı q gösterirken, etriye serbest açıklığı boyunca direnim düşük kalır. Çünkü şişen beton etriyenin dışarıya doğru bombelenmesine neden olur. Etriyenin eğilme rijitliği düşük olduğundan, bombelenmeyi önleyemez. Köşelerde basıncıyla göbeği sıkıştırır, yani beton yanal yanal gerilme yığılması olurken etriye serbest gerilme etkisindedir. Yanal basınç nedeniyle beton açıklığında yanal gerilme düşük kalır. Etriye serbest üç eksenli gerilme altındadır. Bir önceki açıklığı ve adımı küçüldükçe etriyenin bombelenmesi RICHART deneyi dikkate alındığında, kolonun dayanımının ve sünekliğinin artacağı anlaşılır. zorlaşacaktır. Etriye Fret kadar etkin yanal gerilme uygulamamakla birlikte beton gene de yanal gerilme etkisindedir. RICHART deneyi dikkate alındığında, kolonun dayanımının ve sünekliğinin artacağı anlaşılır. Sonuç: Sargı betona yanal basınç gerilmesi uygular. Kolonun dayanımı ve sünekliği artar.
Sargı (etriye, fret) etkisi Farklı etriye sargılı dört kare kolon ve bir fretli kolonun dayanım-deformasyon eğrileri yukarıda verilmiştir. Kare kolonun biri etriyesiz, biri seyrek tek etriyeli, bir diğeri sık tek etriyeli, bir diğeri de sık ve çift etriyelidir. Eğrilerin yorumlanmasından: Seyrek de olsa etriye sünekliği artırır, dayanım pek artmaz. Sık etriye sünekliği oldukça artırır, dayanım artısı da belirgin olur. Çift etriye hem sünekliği hem de dayanımı çok artırır. Bunun nedeni etriye serbest açıklığının ve adımının küçülmesidir. Fretli kolon hem süneklik hem de dayanım açısından, etriyeliye göre, daha etkindir. Donatılı betonlarda ε c0 değeri sargı etkisi arttıkça büyümektedir. İyi düzenlenmiş sargı betonun dayanımını ve sünekliğini önemli ölçüde artırır. Fret en iyi sargı şeklidir.
Sargı etkisi Sargı (etriye veya fret) adımı fazla ise, beton ezilir, boyuna donatılar burkulur, kolon kırılır. Etriye serbest açıklığı fazla ise, etriye dışarıya doğru bombelenir, etkinliği azalır. Kancasız etriye açılır, betondan sıyrılır, sargı etkisi tamamen kaybolur. Sargı etkisi (Özet) Sargı, dayanımı ve sünekliği artırır. Fret en etkili sargı donatısıdır. Etriye serbest açıklığı (bombelenme boyu) a azaldıkça süneklik ve dayanım artar. Bombelenme boyunu azaltmak için gerektiğinde birden çok etriye ve/veya çiroz kullanılır. Etriye/fret adımı s azaldıkça süneklik ve dayanım artar. Kalın etriye/fret davranışı olumlu etkiler.
KOLON Sargı Örnekleri Burada verilen çizimler; uygulamada çok kullanılan kolon kesit tiplerinde boyuna donatı ve sargının (etriye, fret ve çirozlar) nasıl düzenlendiğini gösteren örneklerdir. Boyuna donatıların her birinin etriye, fret ve/veya çirozlar ile tutulduğuna dikkat ediniz. Poisson etkisiyle genişlemek isteyen beton, boyuna donatılardan hiçbirini kesit dışına itemeyecektir.
Kolonun her kösesinde en az bir boyuna donatı olmalı. Etriyenin her kösesinde en az bir boyuna donatı olmalı. Etriye bağlantı uçları hem kesit içinde hem de kolon boyunca şaşırtmalı düzenlenmeli.
Bir perde (betonarme duvar) kesitinin donatı detayı
Fretli kolonlar
Etriyeli kolonlar
Donatı düzeni betonun yerleştirilip sıkıştırılmasını engellememeli: Kolonlarda beton boşlukları
Hasarlı kolonlar (Hasarlı kolonların tümünde sargı aralıklarının çok fazla olduğuna ve etriyelerin açıldığına dikkat ediniz.)