BETONARME I -KİRİŞLER- Bengi Arısoy Emre Ercan 2017-2018 Bahar Yarı Yılı

Ders için gerekli dokümanlar TS 498 Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri, TSE. TS 500 Betonarme Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları, TSE. Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, 2007. Bayındırlık Bakanlığı.

Genel bilgiler Beton yaklaşık olarak 5000 yıldır bilinmektedir. Betonarmenin başlangıç tarihi ise 1850 yılıdır. Betonarme son 160 yılın en önemli vazgeçilmez yapı malzemesi olmuştur.

Genel bilgiler Tüm dünyada yapı malzemesi olarak öncelikle kullanılmaktadır.

Çimento + Su + Agrega + Çelik + Mühendislik = BETONARME

Neden betonarme? Kolaylıkla istenilen her şekil verilebilir Basınç dayanımı yüksektir Ana malzemesi olan çimento, çelik ve su yerel olarak temin edilebilir Basit yöntemlerle üretilebilir Nitelikli elemana ihtiyaç yoktur

Ölçü hataları sorun teşkil etmez Üretim için fazla enerji gerektirmez Ekonomiktir Kaliteli imalat yapıldığında bakım ve onarım gerektirmeyebilir Uzun ömürlüdür Yangına dayanıklıdır Su, rutubet ve asitli ortama ahşap ve çelikten daha dayanıklıdır

‘Üretim için fazla enerji gerektirmez’ 1 m3 çelik üretmek için yaklaşık 50 birim enerji gerekirken 1 m3 beton üretmek için 4 birim enerji gerekir.

Üstünlüğüne karşılık zayıflıkları Beton döküldükten sonra donatı hataları tespit edilemez Güçlendirilmesi, değiştirilmesi, onarılması güçtür Sökülemez, taşınamaz

Çimento + su + agrega  Beton İşlenmesini kolaylaştırıcı kimyasal katkı maddeleri de kullanılabilir

1m3 beton (kütle olarak) yaklaşık 1m3 beton (hacim olarak) yaklaşık %10 çimento %70 agrega %20 su 1m3 beton (kütle olarak) yaklaşık 300 kg çimento 800 kg agrega 200 lt su % 0.5-5 kadar hava içerir. Katkı maddesi eklenecekse, genelde çimento ağırlığının %0.5- 2 si kadardır

Çimento Çimentonun görevi; su ile reaksiyona girerek, agrega tanelerinin çevresini kaplamak, taneler arasındaki boşlukları doldurmak ve bunları birbirine bağlamaktır. Bağlayıcı olarak da isimlendirilir.

Çimento TS 500/2000

Çimento - TS EN 197-1/2002

Çimento - TS EN 197-1/2002 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

Çimento - TS EN 197-1/2002

Agrega Betona dayanımını veren dolgu malzemesidir. Kum, çakıl, kırma taş olarak sınıflandırılır. TS 500/2000

Agrega-TS 706 EN 12620+A1/2009 Kum + çakıl AGREGA Kum + kırmataş  AGREGA Kum + çakıl + kırmataş  AGREGA Kırmataş  AGREGA

Agrega-TS 706 EN 12620+A1/2009 KUM İnce kum: 0-4 mm Kalın kum: 4-8 mm ÇAKIL Çakıl: 8-70 mm

Agrega-TS 706 EN 12620+A1/2009 KIRMATAŞ (MICIR) Taş tozu: 0-8 mm 5-26 mm 17-32 mm 33-38 mm 39-64 mm

Agrega tane çapı Betonda kullanılacak en büyük tane çapı dökümün yapılacağı elemanların boyutlarına bağlıdır. Normal yapılarda kiriş ve kolonların küçük kenarı 25 cm, döşeme kalınlığı 10 cm, net beton örtüsü 3 cm, donatı net aralığı 3 cm civarındadır.

Agrega tane çapı Gereğinden iri agrega: donatılar arasından geçmez, beton sıkıştırılamaz, boşluklar kalabilir. Bu nedenle en büyük tane çapının sınırlandırılması gerekir.

Agrega tane çapı En büyük tane çapı: normal yapılarda 32 mm, köprülerde 70 mm, yol ve hava alanı saha kaplamalarında 90 mm, barajlarda 250 mm olabilir.

Agrega tane çapı Normal yapılarda en büyük tane çapının daha da küçük tutulması, 25 mm yi aşmaması önerilir. Hazır beton da 10-22 mm yaygındır.

Agrega tane çapı TS 500/2000 (sayfa 10) Kullanılan agreganın en büyük tane çapı: kiriş/kolon küçük kenarının 1/5 inden, iki donatı arasındaki uzaklığın 3/4 ünden, döşeme kalınlığının 1/3 ünden ve net beton örtüsünden küçük olmalıdır

SU - TS EN 1008/2003 Suyun görevi kimyasal reaksiyonu başlatmak ve betona işlenebilir bir akıcılık (kıvam) sağlamaktır. İçilebilen her su beton yapımında kullanılabilir. Tuzlu olmamalı Asit bulunmamalı Yağ bulunmamalı Kirli, bulanık olmamalı

KİMYASAL KATKILAR - TS EN 934-2/2011 Betonun bazı özelliklerini iyileştirmek veya bazı özellikler kazandırmak için kullanılırlar. Çimento miktarının belli bir yüzdesi kadar, genelde karışım suyuna katılırlar.

Kimyasal katkılar- TS EN 934-2/2011 Katkı maddeleri aşağıdaki amaçla kullanılırlar: Priz (katılaşma) süresini kısaltmak veya uzatmak Su/çimento oranını azaltmak, dayanımı artırmak (akışkanlaştırıcı, süper akışkanlaştırıcı) Kendiliğinden yerleşen beton yapmak (hiper akışkanlaştırıcı) Betonun donmasını önlemek (antifriz) Genleşebilen beton yapmak (büzülme çatlaklarını önlemek, onarım işlerinde) Donma-çözülme dayanıklılığını artırmak (hava sürükleyici katkılar) Su ve buhar sızdırmayan beton yapmak (su deposu, bodrum perdeleri, hamam, havuz, arıtma tesisi, baraj) Beton içindeki donatının (çelik) paslanmasını önlemek Betona renk vermek (dekoratif amaçlı)

Tanımlar Karışım: Öngörülen kıvam ve dayanımlı bir beton elde edebilmek için kum, çakıl, çimento ve su miktarının belirlenmesidir. 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. temellerde ve kütle betonlarında 250-300, kiriş, kolon ve döşemelerde 300-350, köprülerde 350-450, deniz yapılarında 400-500 dozlu beton kullanılır.

Su/çimento oranı: 1 m3 betondaki kilogram cinsinden su miktarının çimento miktarına oranıdır; SÇO=Su/Çimento oranı Beton dayanımını doğrudan etkileyen en önemli faktördür. Teorik olarak, kimyasal reaksiyon için gerekli su/çimento oranı 0.25 dir, ancak beton kıvamı çok kuru olur, işlenmesi zordur.

Su/çimento oranı: 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 %15-20 düşürür.

Kıvam: Yaş betonun kuru yada akıcı mı olduğunu belirtir, işlenebilirliğin bir ölçüsüdür. TS EN 206-1/2002 de beş farklı kıvam sınıfı tanımlanmıştır. S1 sınıfı kuru, S5 sınıfı akıcı beton anlamındadır. 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 dir.

Priz: Yaş betonun katılaşma sürecidir. Beton döküldükten 40-75 dakika sonra başlar, 6-10 saat sürer. Katılaşmış beton: Prizini tamamlamış, üzerine basıldığında iz almayan beton. Sertleşmiş beton: Yük taşıyabilecek kadar dayanım kazanmış beton. Basınç dayanımı: Sertleşmiş numunenin eksenel basınç altında ulaşabildiği en büyük basınçtır.

Standart basınç dayanımı: Suda saklanmış (laboratuvar şartlarında), 28 günlük standart numunenin eksenel basınç altında ulaşabildiği en büyük basınçtır. Standart numune silindir (çap: 15 cm, yükseklik: 30 cm) ise silindir basınç dayanımı, küp(15cmx15 cmx15 cm) ise küp basınç dayanımı denir.

Çekme dayanımı: Betonun çatlamasına neden olan çekme gerilmesidir Çekme dayanımı: Betonun çatlamasına neden olan çekme gerilmesidir. Kırılma: Beton liflerinin basınç altında ezilmesidir. Beton ezildiği an kırıldı varsayılır. Kırılma birim kısalması: Beton ezildiği anda ölçülen en büyük birim kısalmadır. Dayanıklılık: Betonun donma-çözülme, tuz ve sulfat, aşınma gibi çevre koşullarına dayanıklılığıdır.

Betonun Sınıflandırılması(TS 500/2000, TS EN 206-1/2002 ve TS 13515/2012) Normal dayanımlı beton Taşıyıcı elemanlarda kullanılırlar. Hem TS 500 /2000 de hem de TS EN 206-1/2002 de tanımlıdırlar. C16, C18, C20, C25, C30, C35, C40, C45, C50 Yüksek dayanımlı beton Taşıyıcı elemanlarda kullanılırlar. TS EN 2006-1/2002 de tanımlı olmalarına rağmen TS500/2000 de tanımlı değildirler. C55, C60, C70, C80, C90, C100

Kıvama göre sınıflandırma Sınıf Çökme (mm) Tolerans(mm) S1 10-40 ±10 S2 50-90 ±20 S3 100-150 ±30 S4 160-210 ±30 S5 220 den büyük -- Kendiliğinden Yerleşen Beton için bu kıvam tanımları geçersizdir

Birim hacim kütlesine göre sınıflandırma Birim hacim Kullanıldığı Sınıf kütlesi (kg/m3) yer Hafif beton 800-2000 Dolgu, tesviye , yalıtım gibi taşıyıcı olmayan benzeri işlerde Normal Normal yapılarda taşıyıcı ağırlıklı 2000-2600 sistem; kiriş, kolon, döşeme, beton betonu olarak kullanılır Ağır beton 2600 den fazla Çök özel amaçlı yapılarda; sığınak, radyo terapi merkezi, nükleer santral ve nükleer atık deposu

Diğer betonlar 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 (TS500/1984 de tanımlı idi, 2000 yılına kadar taşıyıcı elemanlarda kullanılırdı).

TS 500/2000’de tanımlı betonlar C 16/20, C20/25, C25/30, C30/37, C35/45, C40/50, C45/55, C50/60 Sadece TS 500’ de tanımlı betonlar betonarme betonudur

Betonun basınç gerilmesi-şekil değiştirme (σc-εc) eğrisi Standart bir beton numunenin (Çap: 150 mm, yükseklik: 300 mm) basınç deneyi sonucunda elde edilen gerilme-birim eğrisi fc : max gerilme (dayanım) εco : max gerilmeye karşılık gelen birim kısalma fcu : kırılma (ezilme) gerilmesi εcu : kırılma anındaki birim kısalma Ec = tan : betonun elastisite modülü εco ≈ 0.002~0.0025, εcu ≈ 0.0025~0.007 4 ve εco < εcu dur. Genelde εco ≈ 0.002, εcu ≈ 0.003 alınır. beton gerilmenin büyük olması nedeniyle değil, birim kısalmanın büyük olması nedeniyle kırılır.

Betonun mekanik özellikleri fc :beton basınç dayanımı (basınç deneyi sonucu ölçülmüş dayanım) fck :beton karakteristik basınç dayanımı fctk :beton karakteristik çekme dayanımı Ec :beton elastisite modülü Gc :beton kayma modülü c :poisson oranı fckj :j günlük betonun karakteristik basınç dayanımı Ecj :j günlük betonun elastisite modülü Gcj :j günlük betonun kayma modülü

Karakteristik basınç dayanımı Projede öngörülen ve henüz üretilmemiş betonun basınç dayanımına karakteristik basınç dayanımı denir. Üretilen betonun deney ile belirlenen gerçek basınç dayanımının öngörülenden daha düşük olma olasılığı (riski) vardır. Bu olasılık TS 500/2000 e göre en fazla %10 olmalıdır. TS EN 206-1/2002 e göre ise bu olasılık %7.5 tir.

Beton Sınıfları ve Betonun Basınç Dayanımı TS 500/2000

Donatı çeliği Betonda oluşan çekme kuvvetlerini beton karşılayamaz, çatlar. Bu kuvvetleri karşılamak ve çatlakları sınırlamak amacıyla çekme bölgelerine çelik çubuklar konur. Ayrıca, sargı donatısı olarak ve bazen basınç kuvveti almak için de kullanılır. “inşaat çeliği”, “beton çeliği”, “betonarme çeliği”, “donatı çeliği” denildiği gibi “donatı” da denir.

Çeliklerin sınıflandırılması (TS 708/2010) Karbon miktarına göre: Düşük karbonlu çelikler: Sünektir Yüksek karbonlu çelikler: Gevrektir

Betonarme çeliği gerilme-şekil değiştirme (s - s ) eğrisi

Betonarme çeliği gerilme-şekil değiştirme (s - s ) eğrisi

Çeliklerin sınıflandırılması (TS 708/2010) En küçük akma dayanımına göre: En küçük akma dayanımı 220 N/mm2 olan çelik: S 220 En küçük akma dayanımı 420 N/mm2 olan çelikler: S 420, B 420B, B 420C En küçük akma dayanımı 500 N/mm2 olan çelikler: B 500A, B 500B, B 500C Betonarme çelik çubuklarının standardı TS 708‘dir, Nisan 2010 da yenilendi. Eski yönetmelik TS 708/1996’da tanımlı çelikler iptal edildi, yeni çelikler tanımlandı. TS 500/2000 Madde 3.2 ‘Beton donatısı olarak kullanılacak çelikler TS 708’e uygun olmalıdır’ demektedir. Dolayısıyla TS 708/1996’da ve TS 500/2000 çizelge 3.1 de yer alan eski çelikler artık kullanılamazlar.

Çeliklerin sınıflandırılması Yüzey özelliğine göre: Düz yüzeyli çelik: S 220 Nervürlü çelikler: S 420, B 420B, B 500C Profilli çelik: B 500A

Donatı çelikleri Mekanik özellikler: Elastisite modülü: Es=2x105 N/mm2 (2x106 kgf/cm2) Poisson oranı =0.30 Birim sıcaklık genleşme katsayısı: s=10-5 1/C° Kütle : ρ=7850 kg/m3

Donatı çelikleri (TS 708/2010) Üretim çapı  Yaygın: 6, 8,10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 mm Nadir : 25, 40, 50 mm Hasır donatı için: 4, 4.5, 5, 5.5,..., 11, 11.5, 12, 14, 16 mm

Donatı çelikleri Etriye, çiroz ve döşeme donatısı dışında, nervürsüz donatı kullanımı yasaktır (DY-2007 , Madde 3.2.5.3). S 220 dayanımı ve aderansı en düşük olan çeliktir. Sadece döşeme donatısı veya sargı olarak kullanılabilir. Kolon, kiriş ve perde uçlarında kullanımı yasaktır. Kolonlarda, kirişlerde ve perdelerin uçlarındaki kolon kısmında dayanımı 420 N/mm2 den yüksek çelik kullanılamaz (DY-2007, Madde 3.2.5.3).

Donatı çelikleri Yüksek karbonlu çelik gevrektir, deprem bölgelerinde kullanılmamalıdır. Çap arttıkça aderans düşer ve gevrekleşir. >32 mm çaplı çubukların kullanımından kaçınılmalıdır (gevrek ve temini zor).

Donatı çelikleri

Donatı çelikleri

Donatı çeliklerin mekanik özellikleri TS 708/2010

Donatı çeliklerin mekanik özellikleri TS 500/2000

Uygun donatı çeliğinin seçilmesi DBYBHY-2007 En büyük akma= 420 N/mm2, En küçük deneysel çekme/ deneysel akma=1.15 En büyük deneysel akma/Karakteristik akma=1.3 En küçük kopma uzaması=%10

Beton + Çelik + Mühendislik = BETONARME İşçilik ve bakım da önemli parametrelerdir

Donatılandırmanın anlamı 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. Kenetlenme donatıyı saran betonun prizini alması sonucu oluşur Beton ve çelik iki farklı malzeme olmasına rağmen, birim şekil değiştirme katsayıları birbirine çok yakındır. Dolayısı ile iyi kenetlenmiş beton-donatı ikilisi yük etkisi altında birlikte çalışacaktır.

Kenetlenmenin sağlanmadığı durumda, hesap ve çizimler ne kadar özenli yapılırsa yapılsın, hesaplanan sonuç elde edilmez. Kenetlenme sağlanmadığında, çelik betondan sıyrılacak, çekme kuvveti alamayacak, beton çatlayacak ve göçme olacaktır. Aynı zamanda beton donatıyı dış etkilerden (korozyon) koruyacaktır.

Donatı betonun çatlamasını tamamen önlemez, ancak çatlakların büyümesini engeller.

Betonarmenin avantajları Kolay işlenip şekillendirilebilir. Ekonomiktir. Ana malzemesi (agrega, su) yerel olarak bulunur. Az enerji gerektirir. İnşasında diğer yapılara nazaran (ahşap, çelik) büyük özen gerekmez.

Kalifiye eleman gerektirmez. Basınç dayanımı yığma yapı elemanlarına (ahşap, tuğla, gazbeton) nazaran yüksektir. Çelik ve ahşaba nazaran, yangına daha dayanıklıdır. Çelik yapıya nazaran daha rijit olduğundan büyük yer değiştirmeler olmaz. Korozyon tehlikesi azdır.

Bakımı kolay ve yok denecek kadar azdır. Kullanım ömrü uzundur. Ani göçme olmaz (iyi tasarlandığında ve iyi işlendiğinde), göçme olacağını haber verir.

Betonarmenin dezavantajları Çekme dayanımı düşüktür, çelik kullanılması gerekir. Çeliğin zayıf tarafları (yangına, pasa dayanıksız) betonarmeye yansır. Kalıp ve iskele pahalıdır, kalıp yapımı özen ister.

Ağır yapılar oluşur (depremde sakıncalı) Ağır yapılar oluşur (depremde sakıncalı). Taşıyıcı sistem faydalı yükten çok, kendi ağırlığını taşımak zorundadır. Yeterli dayanım kazanıncaya kadar özenli bakım (kür) gerekir (ilk 7-14 gün). Gökdelen gibi çok yüksek yapılar inşa edilemez. Prefabrik inşa imkanları kısıtlıdır. Şantiyede beton imalatı zor ve risklidir, büyük özen gerektirir.

Her tür hava şartında beton dökülemez, inşaat mevsimi kısadır. Hasar onarımı zor, pahalı ve çoğu kez imkansızdır. Mevcut yapının donatı miktarı, dayanımı kesin belirlenemez. Ekonomik ömrünü tamamlayan yapının yıkılması pahalıdır, çıkan malzeme tekrar değerlendirilemez, çevre kirliliği yaratır.