İNT 4205-BETONARME 2014-2015 Güz Dönemi.

... konulu sunumlar: "İNT 4205-BETONARME 2014-2015 Güz Dönemi."— Sunum transkripti:

1 İNT 4205-BETONARME Güz Dönemi

2 Uygulamada sıkça kullanılan deyimler arasındaki farkı :
ÇİMENTO + AZ SU - ÇİMENTO HAMURU (kuru) ÇİMENTO + ÇOK SU - ÇİMENTO ŞERBETİ (akıcı) ÇİMENTO + İNCE KUM+SU – HARÇ ÇİMENTO + AGREGA (kum ve çakıl)+SU – BETON ÇİMENTO + AGREGA + SU + ÇELİK - BETONARME

3 GENEL BİLGİLER, TANIMLAR:
Betonarmenin başlangıcı 1850 yılıdır. Beton ve betonarme son 150 yılın en önemli yapı malzemesi olmuştur. Tüm dünyada yapı malzemesi olarak öncelikle kullanılmaktadır. Bir yıl içinde kullanılan beton miktarı yaklaşık 6 milyar tondur. Dünya nüfusu da yaklaşık 6 milyar olduğuna göre kişi başına yılda 1 ton beton üretilmektedir. Türkiye’de kişi başına üretim yaklaşık bunun yarısı, 0.45 ton/yıl dır.

4 Betonarme neden bu denli kabul görmüştür?
İstenilen her şeklin verilebilmesi Basınç dayanımının yüksek olması Ana malzemesi olan çimento, çelik ve suyun yerel temin edilebilmesi Yerel imkanlarla üretilebilmesi Nitelikli elemana fazla gereksinimi olmaması Ölçü toleransının yüksek oluşu (1-2 santimlik kalıp hatası sorun yaratmaz) Üretim için fazla enerji gerektirmemesi Ekonomik olması Hemen hiç bakım gerektirmemesi Uzun ömürlü olması Yangına dayanıklı olması. Su, rutubet ve asitli ortama dayanıklı olması

5 TANIMLAR Beton: Çimento, agrega (kum-çakıl), su ve gerekirse kimyasal katkı maddelerinin bilinçli karışımından oluşan kompozit bir malzeme; yapay bir taştır. Beton hamuru yaş iken plastik olmasına, istenilen şeklin verilmesine karşın 10 saat içinde katılaşarak zamanla sertleşir ve yüksek basınca dayanıklı duruma gelir. Betonarme: Beton yüksek basınç gerilmesine dayanıklı olmasına karşın çekme kuvvetine hemen hiç dayanamaz. Bu özrünü gidermek için beton içerisine, çekme bölgelerine, çelik çubuklar konur. Oluşan bu malzemeye betonarme denir. Çelik betona rastgele değil, bilinçli yerleştirilmek zorundadır. Betonarme yapı: Taşıyıcı elemanları (kolon, kiriş, döşeme) betonarme olarak inşa edilen yapı.

6 KARIŞIM: Öngörülen kıvam ve dayanımlı bir beton elde edebilmek için kum, çakıl, çimento ve su miktarının ayarlanması; bir reçetenin hazırlanmasıdır. Betonun belli bir özelliğini, örneğin kıvamını, değiştirmek için kimyasal katkı da katılabilir. DOZAJ: 1 m3 betondaki çimentonun kilogram olarak miktarıdır. Yaygın olarak 300 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 m3 betondaki, kilogram cinsinden su miktarının çimento miktarına oranıdır: SÇO=Su/Çimento. Beton dayanımını doğrudan etkileyen en önemli faktördür.

7 KIVAM: Yaş betonun kuru yada akıcı mı olduğunu belirtir, işlenebilirliğin bir ölçüsüdür.
Yüksek dayanım sertleşmiş betonda aranan en önemli özellik olmakla birlikte, yaş betonun kıvamı (işlenebilirliği) de 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 çok su gerekir. Farklı kıvam ölçme yöntemleri olmasına rağmen en çok kullanılanı ve en basit olanı çökme deneyi (SLUMP test) dir. PRİZ: Yaş betonun katılaşma sürecidir dakika sonra başlar, 6-10 saat sürer. KATILAŞMIŞ BETON: Prizi tamamlanmış, üzerinde gezilebilen beton. SERTLEŞMİŞ BETON: Yük taşıyabilecek kadar dayanım kazanmış beton. Dayanım kazanma sürecine sertleşme denir. Bir yıl kadar sürer.

8 BASINÇ DAYANIMI: Sertleşmiş numunenin eksenel basınç altında ulaşabildiği en büyük gerilmedir.
STANDART BASINÇ DAYANIMI: Suda saklanmış (laboratuvar şartlarında), 28 günlük standart numunenin eksenel basınç altında ulaşabildiği en büyük gerilmedir. Standart numune silindir (çap: 15 cm, yükseklik: 30 cm) ise silindir basınç dayanımı, küp(15cmx15 cmx15 cm) ise küp basınç dayanımı denir. ÇEKME DAYANIMI: Betonu çatlatan çekme gerilmesidir. KIRILMA: Beton liflerinin basınç altında ezilmesidir. Beton ezildiği an kırıldı varsayılır. KIRILMA BİRİM KISALMASI: Beton ezildiği anda ölçülen en büyük birim kısalmadır.

9 Betonun dayanımını etkileyen faktörler (özet)
Su/Çimento oranı. Çimentonun cinsi, dozajı, dayanımı. Agreganın dayanımı, granülometresi, temizliği. Suyun temizliği. Katkı maddeleri. Sıkıştırma şekli ve kalitesi. Çevre şartları (sıcaklık, nem, rüzgar). Bakım şekli, süresi ve kalitesi.

10 Betonun basınç gerilmesi-şekil değiştirme (σc-εc) eğrisi

11 Karakteristik dayanım nedir?
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. T500/2000 için daha basit bir anlatım yolu seçelim: Diyelim ki dayanımı 20 N/mm2 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/mm2 olmalıdır. Dayanımı 20 N/mm2 nin altında olan numune sayısı en fazla 10 olmalıdır.

12 Düşük dayanımlı beton kırılma aşamasına gelince kılcal çatlaklar oluşur, beton tanecikleri dökülmeğe başlar, çatlaklar giderek genişler ve beton parçalanır: Sünek davranış Yüksek dayanımlı beton hiçbir belirti vermeksizin aniden patlar, etrafa beton parçaları saçılır: Gevrek davranış Beton kırılsın istemeyiz, fakat bir nedenle kırılırsa sünek kırılsın isteriz. Çükü kırılma ani değildir, haber vericidir ve önlem almak için zaman tanır. Düşük dayanımlı beton Yüksek dayanımlı beton

13 ÇELİK Betonun çekme dayanımı çok düşük olduğundan çekme bölgelerindeki çekme kuvvetlerini almak ve çatlakları sınırlamak amacıyla bu bölgelere çelik çubuklar konur. Ayrıca, sargı donatısı olarak ve bazen basınç kuvveti almak için de kullanılır. “inşaat çeliği”, “beton çeliği”, “betonarme çeliği” denildiği gibi “donatı” da denir.

14  BETONARME Betonarme, çoğu kez, beton ile çeliğin beraber kullanımı olarak tanımlanır. Bu tanım çok basittir ve betonarme malzemeyi tanımlamaya yetmez. Bir malzemeye betonarme diyebilmek için çeliğin gerektiği kadar, doğru yere, doğru biçimde konulması, özenli işçilik ve bakım gerekir. Bilindiği gibi; betonun basınç dayanımı yüksek, çekme dayanımı ise çok düşüktür. Çekme kuvvetleri betonu çatlatır. Betonarme elemanlarda çekme kuvvetlerini karşılamak ve çatlakları sınırlamak için çekme bölgelerine çelik çubuklar (donatı) konur. Betonarmede beton ile çeliğin birbirine kaynaşmış olarak birlikte çalışması şarttır. Buna kenetlenme (aderans) denir. Kenetlenme betonarmenin temel koşuludur. Kenetlenmenin sağlanmadığı durumda, hesap ve çizimler ne kadar özenli yapılırsa yapılsın, sonuç felakettir. Çünkü; çelik betondan sıyrılacak, çekme kuvveti alamayacak, beton çatlayacak ve göçme olacaktır.

15 BA DAVRANIŞI VE TEMEL İLKELERİ

16 Giriş BA hesabında varsayım zorunluluğu
Malzeme ve BA davranışı hakkında varsayımlar Yapılan varsayım yapının gerçek davranışını yansıtmalı BA tasarımda dikkat edilmesi gereken noktalar: 1. Güvenlik 2. Ekonomi 3. Uygulanabilirlik BA tasarım yapanın özellikleri : Ayrıntılarla uğraşmak yerine yapının davranışını kestirebilmeli Hesap sonucunda çıkan sayıların esiri olmamalı, onları yol gösterici olarak kabul etmeli Sağlam bir Yapı Mekaniği bilgisine sahip olmalı

17 BA yapının oluşturulmasındaki aşamalar :
1. Taşıyıcı sistemin seçimi Yapısal davranış (deprem hesaba katılmalı uygun seçim yapılmalı) Mimari Ekonomi (Yapı mekaniği, davranış bilgisi ve tecrübe çok önemlidir)

18 BA yapının oluşturulmasındaki aşamalar :
2. Yüklerin saptanması TS 498 ve Deprem yönetmeliğinden faydalanılır Yönetmeliklerdeki yükler gerçekçi değildir (fazladır) (200 kg/m2 örn.) Özel yapılarda istatistiksel veriler alınmalı (verici kulesi vs. gibi)

19 BA yapının oluşturulmasındaki aşamalar :
3. Yükler altında kesit zorlamalarının bulunması (Yapısal çözümleme) En elverişsiz yüklemeler dikkate alınmalı (Boş – dolu yükleme) Yaklaşık yöntemlerle yapılır (Her yöntemin varsayımı vardır ve kesin değildir) (Cross, Biro, Kani, Muto vs.) Malzeme elastik (doğrusal çözümleme), elasto-plastik (Limit analizi) kabul edilir veya gerçek davranış (Orantısız çözümleme) temel alınır.

20 BA yapının oluşturulmasındaki aşamalar :
4. Elemanların boyutlandırılması, donatı hesabı ve donatı detaylandırılması Emniyet Gerilmeleri Yöntemi (Elastik yöntem) Sınır Durumlar Yöntemi Taşıma Gücü Kullanılabilirlik sınır durumu Ön boyutlandırma ve kesin boyutlandırma çelişkisi

21 BA yapının oluşturulmasındaki aşamalar :
5. Yapının tasarlandığı gibi yapımı En az özen gösterilen aşamadır Denetimsiz yapı, öngörülenden farklı olur Eleman boyutlarındaki hata Donatı yerleştirilmesindeki hata Beton kalitesinin düşüklüğü (en sık rastlanan, öngörülenin yaklaşık yarısı seviyesinde)

22 2.2.2 Eğilme veya Bileşik eğilme Altındaki Elemanlarda Moment-Eğrilik İlişkisi
Bu etkilere maruz kesitin davranışı, gerçek davranış temel alınarak hesaplanmış veya deneylerden elde edilmiş Moment-Eğrilik eğrilerinden izlenebilir Şekil 2.2 nin açıklaması Yük taşıma kapasitesinde düşme olmadan, kesitin büyük deformasyon yapabilme özelliğine “sünme” denir K= Eğrilik Süneklik katsayısı = c = Ku/Ky Eksenel yük küçük veya sıfır ise süneklik katsayısı büyüktür M-K eğrisi altında kalan alan, kesitin enerji yutma kapasitesini gösterir ve depremde çok önemlidir Sabit moment altında eğriliğin hızla arttığı nokta, “Plastik Mafsal” olarak tanımlanır Plastik mafsal oluştuğunda, o kesit sabit moment altında serbestçe dönebilir

23

24 2.2.3 Eğilme ve Bileşik Eğilme Altındaki BA Elemanların Kırılma Türleri
BA elemanlar kırılma konumuna en dış lifteki betonun ezilmesi ile ulaşırlar Ezilme anında en dıştaki beton lifi cu birim kısalmasına ulaşır Ezilme anında çeliğin akıp akmadığı çok önemlidir Çelik akmışsa sünek kırılma, akmamışsa veya dengeli ise gevrek kırılma olur Şekil 2.3 ün açıklaması Sünek kırılma tercih edilir (tahliye ve uyum sağlanması için) Sünek davranış için ; Donatı oranı azaltılabilir Eksenel yükün azaltılması gerekebilir (kolon sayısı artırılabilir ama ekonomik olmayabilir) Boyut büyütülerek eksenel yük düzeyi düşürülebilir, sargı donatısı sıklaştırılabilir

25

26

27

28 SÜNEK KIRILMA ani olmaz
SÜNEK KIRILMA ani olmaz. Çökme oluşmadan önce bir süre aşırı çatlaklar, yer değiştirmeler oluşur, sıva ve beton parçacıkları dökülür. Çelik uzuyor, beton çatlıyor ve eziliyordur. Gece sessizliğinde cık-cık sesler duyulur. Yapı çökeceğini haber verir. Önlem almak ve yapıyı boşaltmak için zaman tanır. GEVREK KIRILMA hemen hiçbir belirti vermeden, genelde patlama sesi ile birlikte, ani olur. Yapı yıkılmadan önce hiçbir belirti vermediğinden önlem veya boşaltma şansı kalmaz. Gevrek kırılma tehlikelidir! Hiçbir yapı elemanı kırılacak şekilde boyutlandırılmaz. Ancak, öngörülmeyen herhangi bir nedenle kırılacaksa, kırılmanın haberli, yani sünek olması arzu edilir.

29 2.2.4 BA de Uyum (Yeniden Dağılım)
Şekil 2.4 ün açıklaması (gerilme uyumu) Betonun ezilmesi en büyük gerilmeye değil, en büyük birim (cu) kısalmaya ulaştığında oluşur co dan cu ya kadar kısalma artışı sırasında, gerilmede azalma olur Bu özellik liften life gerilme aktarılmasını sağlar Gerilme uyumu veya aktarımı deformasyon dağılımının eğimine göre değişir. (Eğim azaldıkça aktarım da azalır)

30

31 Şekil 2.5 in açıklaması (kuvvet uyumu)
Basınç bölgesinde donatı olduğunda, bir malzemeden diğerine kuvvet aktarımı olur (Buna “Kuvvet Uyumu” denir) Sünme etkisi ile betondaki gerilme azalırken donatıdaki gerilme artmıştır (dolayısıyla taşıdıkları yük oranları değişmiştir) Kırılma durumuna erişebilmesi için, iki malzemenin de gücünün tükenmesi gerekir

32

33 Şekil 2.6 nın açıklaması (moment uyumu)
Momentin en yüksek olduğu kesit taşıma gücüne ulaştığında, o noktada plastik mafsal oluşur O kesit sabit moment altında serbestçe dönebildiğinden, taşıma gücüne ulaşmayan diğer kesitlere moment aktarılır Şekil 2.6 b de mesnet momentinin açıklık momentine oranı 4 tür Mesnet taşıma gücüne ulaştığında, açıklığa moment aktarır (plastik mafsal oluşur) (Şek. 2.6 c) Açıklıktaki deformasyon artar (Şek. 2.6 d) Tasarımcı, kırılma anındaki moment dağılımını belirleyebilir Şek. 2.6 a daki durum için, mesnet momentini azaltıp, aynı oranda açıklık momentini artırarak ekonomik çözüm sağlayabilir

34

35 “UYUM”, hatalardan dolayı meydana gelebilecek büyük felaketleri önlemiştir. Bu dumdan çoğu kez hesabı yapan ve yapımı gerçekleştirenlerin de haberi yoktur. “UYUM” iyi bilindiği takdirde, daha ekonomik ve daha sağlıklı yapılar oluşturulabilir.

36 2.5 BA Hesabı ve Yönetmelikler
Yönetmeliğin ; Amacı, tasarım ve yapım sırasında yapı güvenliğini etkileyecek yanlışların önlenmesidir Tecrübe ve deneylere dayanarak hazırlanır ACI ve CEB den yararlanılır Yeni bulgularla değişmektedir Yol gösterici olmalıdır Her zaman en doğruyu değil, en yaygın kabul gören orta yol tercih edilir Körü körüne bağlı kalınmamalı, ancak yasal durumlar nedeniyle dışına çıkılmamalı BA hesabı yapanlar yeni yayınları yakından takip etmelidir

37 2.6 Donatı Detayları ve Yapım
Depremde hasar gören yapıların büyük çoğunluğunda şu nedenler vardır ; Yanlış sistem seçimi Yanlış veya yetersiz detaylandırma yapımın kalitesizliği Hesaplara önem verilirken, detaylandırma ve yapıma gereken önem verilmiyor Donatı olabildiğince kesintisiz yerleştirilmeli (zorunlu hallerde gereken önlem alınmalı) Yapı sırasında gerekli titizlik gösterilmiyor ; Yapıların çoğunda, beton dayanımı öngörülenin yarısı veya daha azıdır Bu işi takip edenler, kendi başına beton döküp deneme olanağı bulmalıdır Bu sorun eğitimle aşılabilir

38 2.7 Hesaplarda Doğruluk Derecesi
Beton iyi yapılsa bile istenenden %10-20 değişik olabilir İmal edilen BA boyutları, projedekinden ±%5 farklı olabilir Çelik çubukların çapı hesaplardakinden farklı olabilir Bu nedenlerle fazla kesinliğe gidilmesi gereksizdir

39

40

41