5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (İATS 09), 13-15 Mayıs 2009, Karabük, Türkiye FARKLI YÖNLERDEN ALINAN BETON KAROT NUMUNELERİN BASINÇ DAYANIMLARININ ALTERNATİF BİR YÖNTEMLE TAHMİNİ PREDICTION OF THE COMPRESSIVE STRENGH OF CONCRETE CORE SAMPLES TAKEN FROM DIFFERENT DIRECTION USING AN ALTERNATIVE METHOD Metin M. Uzunoğlu a, Ahmet Beycioğlu a, Sercan Serin a, Mehmet Selçuk Güner b a,düzce Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Yapı Eğitimi Bölümü, Düzce, Türkiye. b,rize Üniversitesi, Meslek Yüksekokulu, İnşaat Programı, Rize, Türkiye. E-posta: metinuzunoglu@duzce.edu.tr abeycioglu@duzce.edu.tr sercanserin@duzce.edu.tr msguner@rize.edu.tr Özet Bu çalışmada, sertleşmiş betondan farklı yönlerde alınan karot numunelerinin basınç dayanımları, alınan karot numunelerin açısal olarak yönü ve birim ağırlığı referans alınarak bulanık mantık yaklaşımı ile tahmin edilmiştir. Deneysel çalışmalar kapsamında C25 betonundan 40 adet 15*15*15 boyutlarında küp numuneler hazırlanmıştır. Hazırlanan bu numunelerden 8 tanesi şahit numune olarak ayrılmış diğer numuneler den ise beton döküm yönü baz alınarak beton döküm yönüne paralel (düşey), beton döküm yönüne dik (yatay), beton döküm yönüne 30 0 ve 45 0 eğimle toplam 62 adet karot numune alınmıştır. Şahit numune ve alınan karot numunelerin temel fiziksel özellikleri, su emme oranları, boşluk oranları ve basınç mukavemetleri belirlenmiştir. Deney sonuçlarından elde edilen veriler kullanılarak beton basınç mukavemetinin tahmin edilebilmesi amacıyla karot alma yönü ve birim ağırlığın girdi olarak kullanıldığı bir bulanık mantık modeli oluşturulmuş ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak oluşturulan modelin basınç dayanımının tahmini için kullanılabileceği görülmüştür. Anahtar kelimeler: Beton, Karot, Basınç Mukavemeti, Bulanık Mantık Abstract In this study, the compressive strength of the core samples taken different direction of the hardened concrete were predicted by using fuzzy logic approach based on the angle of direction and unit volume weight of the core samples. In the experimental study, 40 cube samples with 15x15x15 cm were prepared from C25 concrete and from them 8 samples were used as references. From the other samples totally 62 core samples were taken according to angle with 0 0, 30 0, 45 0 and 90 0 of the direction of concrete pouring. Basic physical properties, the ratio of the water absorption, the ratio of volume of voids and compressive strength of the core samples were designed. By using the result of the experimental test a fuzzy logic model was constituted according to the angle of the pouring direction and unit volume weight of the hardened concrete to predict the compressive strength of the concrete. The experimental test results and the results of the prediction model were compared with together. As a result, it was seen that the prediction model could be used for predicting the compressive strength of the concrete with different angle of the pouring direction. Key words: Concrete, Core, Compressive Strength, Fuzzy Logic. 1. Giriş Beton basınç dayanımının belirlenmesinde farklı yöntemler kullanılmaktadır. Beton kalitesini belirlemeye yönelik yapılacak testler için betonun yerine dökümü esnasında standart küp veya silindir deney numuneleri alınmaktadır. Bu numunelerin mukavemet değerleri 28 günlük basınç dayanımlarına göre belirlenmektedir [1]. Betonun zemin üstü veya zemin altı yapılarda taşıyıcı sistem malzemesi olarak kullanım tarihçesine bakıldığında, yapı servis ömrünün değişik aşamalarında ve yine farklı amaçlara yönelik olarak kalitesinin belirlenmesi gereği hep duyulmuş ve duyulacaktır da[2]. Beton, basınç kuvvetlerini karşılayan bir malzeme olduğu için betondan beklenilen en önemli özellik basınç mukavemetinin yüksek olmasıdır. Yüksek mukavemetli betonun genel olarak boşluk oranı azdır, su geçirimliliği düşüktür, aşınmaya karşı dirençlidir ve dış etkilere dayanıklıdır [3-4]. Beton kalitesinin gerek denetleme gerekse değerlendirme amacı ile belirlenmesinde değişik yöntemler kullanılmaktadır. Genelde beton döküm aşamasında özellikle önemli yapılarda ve büyük şantiyelerde standart küp veya silindir örnekler alınmaktadır. Bu örneklerin 28 günlük basınç mukavemetlerinde, çimento, agrega, su/çimento oranı vb. değerlerden kaynaklanan, deney sonuçlarında farklılıklar oluşmaktadır. Bunların yanı sıra betonun dökümü sırasında kalıba yerleştirme ve sıkıştırmadaki özen yapı elemanlarının gerçek boyutlarının 15 cm lik küp örneklerinden değişkenlik göstermesi, kür şartlarının standartlarda kabul edilen değerlerden farklı olabilmesi betonun yerinde dayanımı nın standart küp veya silindir örneklerinden daima daha küçük olmasına yol açmaktadır [5-6]. IATS 09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye
Bu çalışmada, betonun basınç dayanımının karot numuneler ile belirleneceği durumlarda karot alma yönünün betonun basınç dayanımına olan etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Deney sonuçlarından elde edilen veriler kullanılarak beton basınç mukavemetinin tahmin edilebilmesi amacıyla karot alma yönü ve birim ağırlığın girdi olarak kullanıldığı bir bulanık mantık modeli oluşturulmuştur. Model oluşturulurken birim ağırlık girdisine ait üyelik nın belirlenmesinde bütün deney setlerinden birim ağırlık değerleri için ortalama, en küçük ve en büyük değerler referans alınmıştır. 0 0 (yatay), 30 0, 45 0 ve 90 0 (düşey) açı ile alınan karot numunelerden her bir açı değeri için 5 adet olmak üzere 20 adet beton numunesine ait deneysel veri modelin test edilmesi amacıyla kullanılmıştır. Tahmin sonuçları 0 0 (yatay), 30 0, 45 0 ve 90 0 (düşey) yönde elde edilen deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Şekil 1. Açısal (30-45 ) olarak karot alınması 2. Malzeme ve Yöntem 2.1. Malzeme Bu çalışmada C25 hazır betonu kullanılmış olup kullanılan betonun özellikleri Çizelge 1 de verilmiştir. Çizelge1. Deneysel çalışmalarda kullanılan beton özellikleri Beton sınıfı : C25 Dmak : 22 mm S/Ç : 0,49 Çökme : 16 cm 1 m 3 beton karışımında kullanılan malzemeler Malzeme Adı Tip Ağırlık(kg) Kırma Kum 0-5 526 Mıcır 1 5-15 468 Mıcır 2 15-25 454 Taştozu 5 Toplam agrega 1783 Çimento PÇ 42.5 0 K.Katkı Süper Flow NY 3,7 Su 181 (lt) Şekil 2. Düşey-Yatay olarak (0-90) karot alınması 3. Basınç Deneyi Sonuçları Beton karot numuneler ve şahit numuneler TS EN 120 3 Sertleşmiş Betonun Basınç Dayanımı standardına göre 0,2 MPa/sn lik bir hız ile basınç deneyine tabi tutulmuştur. Ayrıca bütün karot numunelerin birim hacim ağırlık değerleri de belirlenmiştir. Deneysel olarak bulunan ve bulanık mantık modelinin hem oluşturulmasında hem de test edilmesinde kullanılan karot numunelere ait deney sonuçları dört ayrı grupta gösterilmiştir. 1. Grupta karotlar düşey, 2. grupta 30 0, 3. grupta yatay ve 4. grupta ise 45 0 lik bir açıyla alınmıştır (Çizelge 2). Hazırlanan beton karışımından TS EN 120-1 e göre 150 mm boyutlarındaki küp kalıplara TS EN 120-2 ye göre 40 adet numune hazırlanmıştır. 2.2. Yöntem Karot Alma Açısı Çizelge 2. Deneysel bulgular Kuru Bir. Hacim Ağırlık F c sil. Karot Alma Açısı Kuru Bir. Hacim Ağırlık F c sil. 28 günlük kür işleminden sonra bu numunelerin 8 tanesi şahit numune olarak ayrılmış diğer numuneler ise beton döküm yönü baz alınarak beton döküm yönüne paralel (düşey), beton döküm yönüne dik (yatay), beton döküm yönüne 30 0 ve 45 0 eğimle toplam 62 adet 70 mm lik karot numune alınmıştır. (Şekil 1 2). Elde edilen karot numunelerin TS EN 120-3 e göre basınç dayanımları belirlenmiştir. 90 2,29 40,9 30 2,32,6 90 2,,58 30 2,,55 90 2,30 42,96 30 2,32 31,19 90 2,29,93 30 2,32,09 90 2,31 32,66 30 2,,03 90 2, 41 30 2, 32,43 90 2, 41,73 30 2,, 90 2,30,73 30 2, 28,81 90 2,31,8 30 2,29,31 90 2, 40,32 30 2,32,93
90 2,30, 30 2,,14 90 2,31 43,71 30 2, 27,74 90 2, 42, 30 2,23 30,46 90 2,30,62 30 2,27,82 90 2,,67 0 2,,85 90 2,,57 0 2,,65 90 2,24,22 0 2,32, 45 2,23,73 0 2,,21 45 2,31,66 0 2,27,82 45 2,,48 0 2,41,73 45 2,23,53 0 2,28,87 45 2,28 28,3 0 2,,09 45 2,27,74 0 2,,77 45 2,32,52 0 2,31,12 45 2,,76 0 2,32,17 45 2,28,32 0 2,41,57 45 2,, 0 2,27,85 45 2, 31,19 0 2, 41,69 45 2,26 29,21 0 2,,53 45 2,30,89 0 2,,78 45 2,23, 0 2,,16 4. Bulanık Mantık Şekil 3a. Karot alma yönü için bulanık üyelik Şekil 3b. Birim hacim ağırlık için bulanık üyelik Bulanık mantık yaklaşımı ilk olarak 1965 yılında yayınlanan bir makalede Lotfi A. Zadeh tarafından tanımlanmıştır. Zadeh bu çalışmasında insan beyninin büyük bir bölümünün bulanık olduğunu belirtmiştir. Klasik kümeler olarak bilinen kesin kümeler ait olduğu evrensel kümenin her bir elemanına 1 ya da 0 değerini atamaktadır. Bir nesne 1 değerini alırsa kümenin elemanı, 0 değerini alırsa kümenin elemanı değildir. 0 ve 1 değerlerini alan kesin kümelere karşılık olarak bulanık mantık kümelerinde 0 ve 1 arasında değişebilen değerler vererek üyelik işlevlerini ortaya koymuştur. Bulanık mantıkta belirsizlik durumları, bu durumu temsil eden küme elemanlarına üyelik nın verilmesi ile tanımlanır. En büyük önem derecesine sahip olan öğelere 1 değeri atanırsa, diğerleri 0 ile 1 arasında değişim gösterir. Bu şekilde 0 ile 1 arasındaki değişimin her bir öğe için değerine üyelik derecesi ve bunun bir alt küme içindeki değişimine de üyelik fonksiyonu denilmektedir. Bulanık mantık (BM) bulanık denetleyiciden oluşmaktadır. Genel olarak bir bulanık mantık işlemi, veri tabanı, bulanıklaştırma, çıkarım motoru, kural tabanı, durulaştırma ve çıktı işlemlerinden meydana gelmektedir. Bulanık mantıkta Mamdani ve Sugeno olmak üzere iki farklı çıkarım sistemi kullanılmaktadır. [7-8-9]. 5. Uygulama ve Bulgular Çalışmada betondan açısal olarak karot alma yönü ve birim hacim ağırlık değerleri girdi parametresi ve basınç dayanımı değeri çıktı parametresi olan 2 girdi ve 1 çıktılı bir sistem oluşturulmuştur. Oluşturulan sistemde girdiler ve çıktı için belirlenen üyelik Şekil 3. a-b ve c de verilmiştir. Şekil 3c. Basınç dayanımı için bulanık üyelik Değişim aralıkları sırasıyla karot alma yönü için [0-90], birim ağırlık için [2,23-2,41] ve basınç dayanımı için [26-43] alt ve üst sınırlarında seçilmiş olan üyelik ile oluşturulan modelde 4*10=40 adet kural yazılarak girdiler ve çıktı değeri arasındaki mantıksal etkileşim sözel ifadelerle belirlenmiştir. Durulaştırma işleminde ise centroid durulaştırma yöntemi kullanılmıştır. Modelde kurallar oluşturulduktan sonra durulaştırma aşamasında elde edilen modelin tahmin sonuçları, her bir açı değerinde rastgele olarak belirlenmiş olan 20 adet deneysel test verisi ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmada model ve deney sonucu elde edilen değerler arasındaki ilişkiler belirlenirken her açı değeri için ayrı ayrı seçilmiş olan veriler kullanılmıştır. Yapılan karşılaştırmalarda 90 0 C (düşey), 0 0 C (yatay), 30 0 C ve 45 0 C açı ile alınmış karot numuneler için bulunan korelasyon grafikleri sırasıyla Şekil 4 a-b-c ve d de verilmiştir.
42 41 40 R 2 = 0,7698 açı=90 (düşey) 40 42 Şekil 4a.Düşey yönde alınan karot numuneler için model-deney ilişkisi 41 40 R 2 = 0,9029 açı = 0 (yatay) 41 43 Şekil 4b.Yatay yönde alınan karot numuneler için model-deney ilişkisi Bulanık Mnatık Bulgular_ 32 31 30 29 R 2 = 0,9707 açı = 30 30 32 Şekil 4c.30 0 açı ile alınan karot numuneler için modeldeney ilişkisi 32 31 30 R 2 = 0,71 açı = 45 30 32 40 Şekil 4d. 45 0 açı ile alınan karot numuneler için modeldeney ilişkisi 6. Sonuçlar ve öneriler Sonuçlar deneysel çalışmalar açısından değerlendirildiğinde; Alınan karot numunelerin basınç dayanımları şahit numuneler ile karşılaştırıldığında beton döküm yönüne paralel (düşey) olarak alınan karot numunelerinin beton basınç dayanımları diğer yönlerde alınan numunelerin beton basınç dayanımlarına göre daha yüksek çıktığı belirlenmiştir. Düşey yönde alınan karot numune ile diğer yönlerde alınan karot numunelerin basınç dayanımları arasında % 0.5 ile % 4 arasında değişen bir fark olduğu tespit edilmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen birim hacim ağırlık değerleri ile karot alma açısının girdi olarak kullanıldığı bulanık mantık modeli sonuçları deneysel sonuçlarla karşılaştırmalı olarak incelendiğinde; Bulanık mantık modeli ile düşey yönde (90 0 ) alınan karot numunelerinin deneysel sonuçları arasında korelasyonun 0,7698 değerini aldığı, yatay yönde (0 0 ) alınan karot numuneler ile 0,9029, 30 0 açı ile alınan karot numuneler ile 0,9707 ve 45 0 açı ile alınan karot numuneler ile 0,71 değerini aldığı görülmektedir. Sonuç olarak, test amacıyla seçilmiş farklı karot yönü ve birim ağırlık değerlerine sahip olan bütün beton serilerinde bulanık mantık modelinin deneysel sonuçlarla uyum içerisinde olduğu söylenebilir (R 2 >0,70). Fakat bilindiği gibi betondan alınan karot numunelerde mekanik özellikler üzerinde etkili olan birçok parametre vardır. Bundan sonraki yapılacak çalışmalarda, bu çalışmada seçilmiş olan girdi parametrelerine ek olarak daha kapsamlı ve beton basınç dayanımı etkileyen daha fazla girdi parametresi kullanılarak yapılacak modelleme çalışmaları faydalı olacaktır.
KAYNAKLAR [1] TS EN 206-1 Beton, TSE yayınları, Ankara, 2002 [2] Uzunoğlu M., 1999 Düzce Depreminde Yıkılan Bazı Binaların Betonlarının Fiziksel Ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi,Yüksek lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya, 2005. [3] Baradan, B., Yazıcı, H., Ün, H., Betonarme Yapılarda Kalıcılık, (Durabilite) Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yayınları, 2002. [4] Şimşek O., Bektaş, S. Erdal, M. Vibrasyon Süresinin Beton Basınç Dayanımına ve Birim Ağırlığına Etkisi: Bilimsel Makale. Politeknik Dergisi Cilt: 5 Sayı: 2, 2002 [5] Şimşek O., Sancak, E., Yaprak, H., "Beton Yollarda Alternatif Bir Malzeme: Vakumlu Beton" 4th International Advanced Technologies Symposium, ss: 1132-11, September 28-30, 2005, Konya, Türkiye. [6] Erdoğan, Y. Turhan. Beton. O.D.T.Ü. İnşaat Mühendisliği Böl. Metu PressPublishing Company. 1.Baskı Ankara:2003 [7] Zadeh, L.A., Fuzzy Sets, Information and Control, Vol. 8., pp. 8-3, 1965. [8] Demir, F, Tekeli H, Korkmaz, A, Elastisite Modülünün Göreli Kat Ötelemelerinin Sınırlandırılmasına Etkisi, Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, Vol./Cilt 25 Issue/Sayı 2, 190-199, 2007. [9] Ozgan, E., Fuzzy Logic and statistical-based modeling of the Marshall stability of asphalt concrete under carying temperature and exposure times. Advances in Engineering Software. In Pres.