İTÜ Mimarlık Fakültesi Mimarlık Bölümü Yapı ve Deprem Mühendisliği Çalışma Grubu BETONARME YAPILAR MIM 232 Giriş, özellikler, yönetmelikler, taşıma gücü yöntemi Y. Doç. Dr. Cenk ÜSTÜNDAĞ 2015
Giriş Genel Betonarme başlangıcı 1850 lerde 160 yıldır en önemli/çok kullanılan yapı malzemesi Beton + Çelik = Betonarme
Giriş Genel Chazelet Köprüsü (1875) Joseph Monier (1823 1906) 1878 Patent
Betonun Özellikleri Beton Beton; su, agrega(kum ve çakıl),çimento ve gerekirse kimyasal katkılardan oluşan kompozit malzemedir Beton yaş iken plastiktir ve istenen şekil verilebilir Yaklaşık 10 saatte katılaşır (priz alır) ve yüksek basınç dayanımına ulaşır Basınç mukavemeti yüksek, çekme mukavemeti ise oldukça düşüktür.
Betonun Özellikleri Beton Beton : Çimento + su + agrega + (kimy. katkı) çimento %10 agrega (kum,çakıl,kırmataş) 1m 3 beton (hacim) %70 su %20 1 m 3 beton (~2500kg) %0.5 5 hava, ve amaca bağlı katkı maddesi (çimentonun %0.5 2 si kadar)
Çimento Beton Bileşenleri TS EN 197 1/2012 Çimento Bölüm 1: Genel çimentolar Bileşim, özellikler ve uygunluk kriterleri Bu standart, 27 farklı genel çimento, 7 farklı sülfata dayanıklı genel çimento ve 3 farklı düşük erken dayanımlı yüksek fırın cüruflu çimento ile 2 farklı sülfata dayanıklı düşük erken dayanımlı yüksek fırın cüruflu çimento ve bileşenlerinin tarifini ve özelliklerini kapsar. Çimentonun görevi: su ile reaksiyona girerek, agrega tanelerinin çevresini kaplamak, taneler arasındaki boşlukları doldurmak ve bunları birbirine bağlamaktır. Kullanım amacı farklı çimentolar üretilebilir. Yapı boyutları ve niteliğine göre çimento seçilir
Beton Bileşenleri
Çimento Beton Bileşenleri Çimento ana maddesi klinkerdir. CEM I %95 100 klinkerden üretilir ve buna portland çimentosu denilir. Diğerleri, klinkere curuf, puzolan, uçucu kül, silis dumanı vb. katkılar eklenerek üretilir. Portland Çimentosu Portland çimentoları yapılarda en çok kullanılan çimentolardır. Bu çimentolar, uygun oranlardaki kalker taşı ve kilin karıştırılıp1300 1500 o C sıcaklıkta yumuşayıncaya kadar pişirilmelerinden oluşan klinkerin öğütülmesiyle elde edilir. Normal Portland Çimentoları tam dayanımlarınınyaklaşıkolarak% 70 ini 28 günde kazanır. Normal Portland Çimentosu (NPÇ 350), Yüksek Dayanımlı Portland Çimentosu (YPÇ 500), İlk Dayanımı Yüksek Portland Çimentosu (İPÇ 600)
Çimento Beton Bileşenleri
Su Beton Bileşenleri TS EN 1008/2003 Suyun görevi kimyasal reaksiyonu başlatark sürdürmek ve betona işlenebilir bir kıvam, akıcılık sağlamaktır Tuzlu su olmamalı Asit bulunmamalı Yağ bulunmamalı Kirli olmamalı Deniz suyu olmamalı
Agrega Beton Bileşenleri AGREGA TS 706 EN 12620/2009 Kum + çakıl agrega Kum + kırmataş agrega Kum+ çakıl+kırmataş agrega Standartları ve boyut sınırları vardır Deniz kumu çakılı kullanılmaz
Kimyasal Katkı Beton Bileşenleri Kimyasal katkı; betonun bazı özelliklerini iyileştirmek ve betona bazı özellikler kazandırmak için kullanılır Örneğin; Priz süresinin kısaltılması Dayanım artırmak (su azaltılarak) Donmayı önlemek Korozyonu önlemek vs.
Kavramlar Beton DOZAJ : 1m 3 betondaki çimento miktarı (kg) yaygın, 300 doz Su/çimento oranı : 1m 3 betonda su miktarının çimento miktarına oranı dayanımda en etkili faktör genelde, 0.40*0.55 arası KIVAM: yaş betonun işlenebilirlik ölçüsü SLUMP çökme deneyi Yapı türüne bağlı değerler değişir
Kavramlar Beton BASINÇ DAYANIMI: Suda saklanmış 28 günlük standart silindir 15x30 beton numunenin eksenel basınç altında taşıyabileceği en büyük gerilmedir ÇEKME DAYANIMI: Betonun çatlamasına neden olan gerilmedir
Genel Beton Betonun taşınması dökülmesi sıkıştırılması ve bakımı Transmikser, beton pompası, el arabası Vibratör kullanılarak sıkıştırılır Dalgıç vibratörler veya kalıp dışı vibratörler Faydaları Boşlukları giderir ve dayanımı artırır Aderansı artırır Beton, dış etkilere daha dayanıklı olur Beton dökümü ara vermeden tamamlanır. Ancak büyük hacimler aynı gün bitmeyebilir, bu durumda ek yerleri yaklaşık 45 0 eğimli ve pürüzlü bırakılır.
Genel Beton BETONUN BAKIMI VE KÜR İdeal sıcaklık 20 25 0 C İstenen dayanım için özenli bakım Çok sıcak/soğuk, dayanımı düşürür Döküm, +5C~+32C sıcaklıkları arası tutulmaya çalışmalı Kür yapılmayan beton dayanımı küçük kalır KÜRün önemi
Genel Beton Kalıp iskele Yaş betonu taşıyabilmeli Yatay harekete karşı diyagonel/çapraz eleman Dikmelerin altında, yükü yaymak üzere düzgün yüzeyli takozlar kullanılmalı Beton şerbetini sızdırmamalı Vibratöre dayanıklı olmalı Döküm öncesi kalıp ıslatılmalı, suya doymalı Kalıp yağı donatıya bulaşmamalı vs.
Genel Beton Kalıp alma süreleri Beton dayanımını etkileyen faktörler
Beton Betonun sınıflandırılması TS500/2000 Dayanım önemli değil, taşıyıcı olmayan elemanlarda C16, C18, C20, C25, C30, C35, C40, C45, C50 Donatılı, Normal dayanımlı, (TS500 de tanımlı) C55, C60, C70, C80, C90, C100 Donatılı, Yüksek dayanımlı, (TS500 de yok) Taşıyıcı elemanlarda Diğer: Yüksek performanslı beton (hızlı erken dayanım) Kendiğliğinden yerleşen beton Yarı şeffaf beton (yarı ışık geçiren) LiTraCon
Beton Betonun mekanik özellikleri Karakteristik dayanım (fck): Projede öngörülen basınç dayanımına denir. Ancak gerçek dayanımın bundan düşük olma riski vardır. (TS500 de max.%10). Üretilen betondan numune alıp kırılarak kontrol edilir. (genelde hazır beton artık!)
Beton Beton basınç Gerilme Şekil değiştirme eğrisi Beton en büyük gerilmeden sonra da belli bir deformasyona ulaşıncaya kadar yük taşır ve nihayetinde yapabileceği en büyük birim kısalmaya ulaşınca ezilir.
Beton Beton Sınıfları ve özellikleri (TS 500) concrete (beton) C25 28 günlük karakteristik silindir basınç dayanımı 25 N/mm 2 Beton basınç dayanımı yüksek, çekme dayanımı düşük C20~30 uygulamada yaygın > C30 daha çok yüksek yapı, köprü vb. Deprem bölgelerinde min. C20
Beton Farklı dayanımlı betonların σ grafikleri Süneklik ve gevreklik Dayanım süneklik ters orantılı
Rötre Beton Hidratasyon için gerekli S/Ç=0,25, bunun fazlasında su işlenebilirlik için konur. Su fazlası zamanla buharlaşır, betonun hacmi küçülür (büzülür). Yük olmamasına rağmen kısalma deformasyonları oluşur ve beton çatlar. Buna rötre denir. Kuru ortamda beton kurur, büzülme nedeniyle iç gerilmeler oluşur. Büzülme çatlaklarını önlemek için yeterli çekme dayanımı kazanana dek beton nemli turulur (sulanır) (7 15gün).
Sünme (creep) Beton SÜNME (CREEP) : kalıcı sabit yük altında betondaki kısalma zamanla artar, buna sünme denir. Basınç altında su dışarı atılır, boşluklar küçülür ve deformasyonlar oluşur. İyi sıkıştırılmamış ve bakılmamış betonda sünme ve rötre fazla olur.
Beton Giriş Betonda sargı etkisi Üç eksenli gerilme altında beton: Yanal basınç altında, aynı kalitede beton, daha fazla deformasyon yapar, sünekliği taşıdığı yük artar.
Beton Betonarme kolonda sargı etkisi Etriyeli kolon Fretli kolon Sargı betona yanal basınç uygular, beton dayanım ve sünekliğini artırır. Fret en etkili Etriye serbest açıklığı azalırsa, süneklik ve dayanım artar. Bu boy çiroz veya etriye sayısı artırılarak azaltılır. Etriye/ Fret aralığı (adımı) «s» azaldıkça, süneklik ve dayanım artar Donatı kesiti artışı olumlu etki yapar
Sargı (etriye fret) etksisi Beton Betonarme kolonda sargı etkisi
Betonarme Çeliği (Donatı) Betonarme Çeliği Donatı Türkiye de üretilen çelik tipleri ve sınıfları Steel (çelik) Akma dayanımı S420a (BÇIIIa) Sıcak haddeleme D: Düz yüzeyli N : Nervürlü P: Profil 220 I 420 III 500 IV
Hasır Donatı Betonarme Çeliği (Donatı) Hasır donatı : Q tipi (15cm x 15cm) R tipi (15cm x 25cm) Döşemelerde, perde ve istinat duvarlarında, tünel kaplamalarında, yol ve saha kaplama betonarında kullanılabilir.
Betonarme Çeliği (Donatı) Çelik gerilme şekil değiştirme grafiği... Akma dayanımı: (a) türü için Akma eşiğine karşılık gelen gerilme Sıcakta haddelenmiş çelik (a) daha sünek, diğeri (b) daha gevrektir. Deprem bölgelerinde (b) kullanılmaz. Akma dayanımına kadar lineer elastik ve Hooke yasası geçerli Es = tan (Elastisite modülü)
Genel bilgiler Betonarme Çeliği (Donatı) S220 : dayanımı ve aderansı en düşük çelik, kullanımı giderek azalmaktadır, kiriş kolon ve perdelerde kullanımdan kaçınılmalıdır Kalın çaplı çelikler daha gevrektir, S420a ve S500a için φ>32 den kaçınılmalı S420a en uygun (dayanım süneklik) ve sık kullanılan
Betonarme Çeliği (Donatı) Özellikler 2.1 10 Bha = 7850 Çubuk boyları genelde 12m Çaplar ; S220a (BÇI) : 6,8,...,22,24,25,26,28mm S420a,b (BÇIII) ve S500a (BÇIV): 6,8,...,22,24,25,26,28,30,32,40,50mm Depolanırken, korozyon önlemi alınmalıdır
BETONARME
Genel bilgiler Betonarme Beton + Çelik = BETONARME Betonun basınç dayanımı yüksek, çekme dayanımı çok zayıf Çekme gerilmesinden kaynaklanan çatlamaya karşı, kesit çekme bölgelerine çelik donatı konulur ve böylece betonarme oluşturulur
Genel bilgiler Betonarme ADERANS: Beton bir kütleye gömülü çelik bir çubuk çekip çıkarılmak istendiğinde, beton sökülmeden önce büyük bir direnç gösterir. Buna aderans denir. Aderans adı verilen çelik ve betonun birbirine yapışması olayı, her iki malzemenin genleşme katsayılarının aynı olması dolayısıyla sıcaklık değişimlerinden zarar görmez. Donatıların çevrelerini saran betona göre, eksenlerine paralel olarak kaymalarına karşı gelen bağ kuvvetlerine aderans adı verilir.
Genel bilgiler (aderans) Betonarme Ankraj aderansı (dış aderans): Donatı çubuklarını, basınç veya çekme tesirleri ile, betondan sıyırmaya çalışan yük durumunda, aderansın donatı ankrajını sağlaması durumudur. İç aderans: Çekme ve eğilme etkileri altında, beton ve çeliğin birlikte çalışmasını sağlayan aderans çeşididir. Çelik beton arası aderansın sebepleri; yapışmaya neden olan molekülsel ve kapiler bağ kuvvetleri yüzey pürüzünden kaynaklanan sürtünme kuvvetleri nervürler nedeniyle oluşan mekanik dış kuvvetler
Genel bilgiler (aderans) Aderansı etkileyen faktörler : Betonarme Donatı ile ilgili etkenler: Elastiklik sınırı, çap, profili ve yüzey niteliği Beton ile ilgili etkenler: Dayanım, bileşim, yaş, sıkıştıma, muhafaza vs. Çimento kum oranı artarsa, aderans azalır S/Ç oranı azalırsa, aderans artar Betonarme kesit/elemanla ilgili etkenler Kenet boyu, örtü betonu kalınlığı, enine donatı Çelik çubuğun konumu (yatay, düşey, eğik vs.) İyiden kötüye aderans; Üste doğru çekilen düşey çubuklar Yatay çubuklar Alta doğru çekilen yatay çubuklar
Avantajları Betonarme
Dezavantajları Betonarme
Yük etkileri ve tipleri Yükler Düşey yükler Yük değerleri kesin değil, istatistiksel, yönetmeliklerde verilmiştir. Düşey yükler Yatay yükler TS498, TS ISO9194 : G, Q, W, Kar buz (il ilçeye bağlı) DBYBHY 2007: Deprem yükleri
Yükler Hareketli yük düzenlemesi TS500 max M 1 min M 2 max M 3 min M 4 min M1 max M 2 min M 1 max M 4 0 1 2 3 4 min B 4 0 1 2 3 4 max B 4 max X 0 max X 1 max 1 2 3 4 0 1 max 2 3 4 max X 2 max X 3 0 1 2 3 4 max 0 1 2 3 4 max min X 0 min X 1 0 1 2 3 4 min 0 1 min 2 3 4 min X 2 min X 3 0 1 2 min 3 4 0 1 2 3 4 min Dört açıklıklı bir sürekli kirişte elverişsiz yüklemeler
Yönetmelikler TS 498 TS 500 Deprem Bölgelerinde yapılacak binalar hakkında Yönetmelik (2007)
TS498 Yönetmelikler
TS498 hareketli yükler Yönetmelikler
TS500 Yönetmelikler
TS500 Yapı güvenliği Yönetmelikler
TS500 Yapı güvenliği Yönetmelikler
TS500 Yapı güvenliği Yönetmelikler
Yönetmelikler TS500 Yapı güvenliği ve yapısal çözümleme
Taşıma Gücü Yöntemi BASINÇ Moment Kuvvet çifti ÇEKME
Basit Eğilme Taşıma Gücü Yöntemi... Moment : Kuvvet çifti (çekme ve basınç kuvveti)
Taşıma Gücü Yöntemi Donatı kullanma gerekliliği M V Deformasyon (göçme) Çekme bölgeleri çatlar, basınç bölgelerinde ezilme oluşur
Taşıma Gücü Yöntemi Kesitte Moment, Kuvvet çiftine denktir. Çekme ve basınç kuvveti, kesitte deformasyon ve çekmeye neden olur.
Taşıma Gücü Yöntemi İdealize edilmiş çelik ve beton σ grafikleri Beton Çelik fcd fyd =0.003 ezilme =0.01 kopma 1,5 1,15
Taşıma Gücü Yöntemi Elastik yöntem ve taşıma gücü yöntemi karşılaştırması Elastik yöntem: Denge şartları Uygunluk şartları Çelik ve beton, doğrusalelastik Yükler aynen kullanılır Limit gerilmeler, emniyet katsayısına bölünerek emniyet gerilmelerine bölünür Taşıma gücü yöntemi: Denge şartları Uygunluk şartları Çelik elasto plastik beton, deneysel σ Yükler artırılır Limit gerilmeler, malzeme katsayılarına bölünür, ancak diğer yönteme göre çok küçük
Taşıma Gücü Yöntemi Md momenti, Fc ve Fs den oluşan kuvvet çiftine eşdeğerdir, Fc=Fs Kesit üst lifleri basınç, alt lifleri çekme etkisinde fd; yüksek, Fc taşınabilir, ancak Fs taşınamaz, kesit çatlar. Fs nin tamamını As (donatı alanı) karşılamalıdır Üst lifler kısalmasına, alt lifler uzamasına uğrar, kesit döner
Taşıma Gücü Yöntemi Kesitte deformasyon Şekil değiştirme Moment (Md) artıyor 1 2 3 4 Ezilme Çatlak Şekil değiştirme artıyor Çatlak Çatlak
Taşıma Gücü Yöntemi Teorik basınç gerilme bloğu, Eşdeğer dikdörtgen gerilme bloğu (TS 500)
Taşıma Gücü Yöntemi Basitleştirilmiş eşdeğer teorik gerilme dağılımları Betonun kırılma anındaki dağılımdır Kabul: yaklaşık aynı momenti veren dağılım
Taşıma Gücü Yöntemi Taşıma gücü varsayımları / TS500 1 Birim şekil değiştirme dağılımı doğrusaldır şekil değiştirmeden önce düzlem olan kesit, şekil değiştirmeden sonra da düzlem kalır (Bernoulli/Navier hipotezi) 2 Beton çekme dayanımı ihmal edilir ( ~0) 3 Tam aderans vardır 4 eğrisi elasto plastiktir.
Taşıma Gücü Yöntemi Taşıma gücü varsayımları / TS500 5 Taşıma gücüne erişildiğinde 0.003 6 Taşıma gücüne erişildiğinde teorik 7 Çekme bölgesi şekli önemli değil
Taşıma Gücü Yöntemi Taşıma gücü varsayımları / TS500 Kırılma Türleri: 0.003 durumunda beton ezilir, kesit moment kapasitesine erişir, kırılma durumuna gelir, bu noktada donatının akıp akmadığına bağlı olarak 3 kırılma türü tanımlanabilir; Sünek kırılma (çekme kırılması) Gevrek kırılma (basınç kırılması) Dengeli kırılma (gevrek)
1. Sünek kırılma Taşıma Gücü Yöntemi Taşıma gücü varsayımları / TS500 0.003 den önce çeliğin akma durumudur. Önce çelik akıyor, sonra sınır değerine ulaşılıp ezilme oluyor. Kırılma sünektir. 2. Gevrek kırılma iken, yani çelik akmadan, beton 0.003 e ulaşırsa gevrek kırılma olur. Önce beton ezilir, çelik akmaz. Kırılma türü gevrektir.
3. Dengeli kırılma Taşıma Gücü Yöntemi Taşıma gücü varsayımları / TS500 iken, 0.003 Beton ezilmesi ve çeliğin akması aynı anda Çelik daha fazla uzayamaz Kırılma türü gevrektir. Bu durum özel bir durumdur. Yani; çelik akma sınırına ulaştığı anda beton da ezilme ye ulaşıyorsa, böyle kesitlere dengeli kesit denir.
Teşekkürler