beton nedir özellikleri
Beton

Beton Nedir? Betonun Özellikleri, Basınç ve Çekme Dayanımı


BETON

Beton; inşaat mühendisliği alanında yüzyılımızın en önemli yapı malzemesi olup, kum, çakıl, kırma taş veya diğer agregaların su, bazı katkı maddeleri ile birlikte meydana getirdiği bir bileşim olarak tanımlanmaktadır. Bileşime giren malzemeler özel olarak oranlandığı zaman karışım herhangi bir yere dökülebilir ve şekli önceden belli kalıpların şeklini alabilen plastik bir kütle meydana getirir. Bu plastik kıvam özelliği de betonu diğer yapı malzemelerinden üstün kılan en önemli özelliğidir.

Taze bet., sertleşmiş bet. ve dozaj

Çimento, agrega ve su ilk karıldığında kolayca şekil verilebilen bir malzemedir. Bu durumdaki beton “taze beton” adını alır. Birkaç saat içinde bet. katı bir hale geçer ve günlerce süren bir süreç sonunda sertliği artar, mukavemet kazanır. Yeterince mukavemet kazanan bu bet. “sertleşmiş beton” adını alır. Zamanla mukavemeti de artar. Dökülüp sıkıştırılmış bir metreküp betonda bulunan çimento miktarına “dozaj” denilmektedir. Karışımın ve elde edilecek betonun özelliklerine göre bu değer max. 450 kg/m olmaktadır. Basınç dayanımını ve donatıyı korozyondan korumak için dozajın belirli bir değerde olması gerekmektedir. Bet. dayanımında ve kalitesinde sadece dozaj değil, uygun agrega granülometrisi, su/çimento oranı ve betonun vibratörle iyi sıkıştırılabilir olması da önemlidir.

Betona katkı malzemesi eklenmesi

Bazı hallerde betonun içine çeşitli amaçlarla bir takım katkı malzemeleri eklenmektedir. Bu katkı malzemelerinin kullanım nedenleri arasında, betonun prizinin geciktirilmesi ya da betonun akışkanlığının arttırılması yer almaktadır.

Bet. içerisinde agrega

Beton dayanımında özellikle agrega granülometrisinin büyük önemi vardır. Büyük daneli agregalar arası boşlukların daha küçük daneli agregalar ve çimento hamuru ile dolması gerçekleştiği ölçüde, dayanımı ve sıkılığı yüksek beton elde edilir. Agreganın karışım oranı, betonun dayanımına ve sıkılığında etkilidir. Bu nedenle beton bileşiminin belirlenmesinde TS 706’ da verilen elek karışım oranlarına uyulması gerekmektedir. Celep ve Kumbasar (2001) Kullanılan agrega çapının betonun dayanımı ile doğrudan ilgili olduğu da unutulmamalıdır. Betonda kullanılacak agreganın en büyük dane büyüklüğü, kalıp genişliğinin 1/5’inden, döşeme kalınlığının 1/3’ünden, iki donatı çubuğu arasındaki uzaklığın 3/4’ünden ve beton örtüsünden büyük olmamalıdır.

Beton kürü

Beton döküldükten sonra da beton kürünün sağlıklı olması, atmosfer etkilerinden korunması, betonda iyi dayanım sağlayabilmenin temel şartlarındandır. Bütün bu hususlara dikkat etmek donatının beton içindeki görevini mükemmel olarak yerine getirmesini sağlayacaktır. Betonun, donatı ile beraber çalışacak nitelikte üretilmesi ve yerleştirilmesi gerekmektedir (Celep ve Kumbasar, 2001).

Kendiliğinden yerleşen beton

KYB (Kendiliğinden yerleşen beton), kendi ağırlığı ile sık donatılı dar ve derin kesitlere yerleşebilen, iç veya dış vibrasyon gerektirmeksizin kendiliğinden sıkışabilen, ayrışma ve terleme gibi problemler yaratmayan çok akıcı kıvamlı bir betondur. Bunun dışında kalifiyesiz işçilerle meydana gelebilecek yerleştirme olumsuzlukların da önüne geçebilir (Yılmaz, 2006).

Beton numunesi alınması

Günümüzde beton üretimiyle ilgili istek bu amaçla kurulmuş hazır beton firmaları tarafından karşılanmaktadır. Bu firmaların ürettikleri bet. TS 11222 hazır bet. standardına uygun olmalıdır. TS 500 (2000)’e göre hazır bet. kullanıldığı zaman üretilen betonun şantiyede numunesinin gerekli ölçü ve sayıda alınması ve gerekli denetiminin yapılması gerekir. Ölçü ve sayıları da standartlarda belirtildiği gibi, tek binada beton imalatının her 100 metreküpünden veya bir günde dökülen bet. miktarından (dökülen beton miktarının 100 metreküpünden az olması halinde) altı adet beton numunesi alınacaktır. Numunelerin dökülen betonu temsil edebilmesi için, üç adet değişik mikserin her birinden (bir bet. kümesinden) ikişer adet beton numunesi alınacak, bir mikserden (bir beton kümesinden) alınan iki adet numuneden biri 7 günde diğeri de 28 günde deneye tabi tutulacaktır.

Karışım için aynı malzemeler kullanılmış olsa bile bet. karışımından alınan her numunenin dayanımı eşit çıkmaz. Çünkü karışımdan alınan numunelerin boyut ve geometrileri ve yükleme hızı gibi parametreler beton dayanımı üzerinde etkili olmaktadır. Bilindiği gibi hızlı yüklenen bir numunenin dayanımı, yavaş yüklenen numunenin dayanımına göre daha büyük olduğu bilinmektedir. Deprem esnasında yapıya etkiyecek yüklerin kısa sürede etkidiği düşünüldüğünde, dayanım açısından olumlu olurken, depremin tekrarlı yük olmasından ötürü de betonda rijitlik azalmasında neden olmaktadır (Doğangün, 2002).

İyi bir betonun başlıca özellikleri

Uygulamada betonun her özelliğinin mükemmele en yakın elde edilmesi maliyeti arttıracaktır. Fakat arzu edilen, yapının iyi projeye uygun şekilde inşa edilmesi ve emniyetle uzun bir süre hizmette kalabilmesidir. İyi bir betonun başlıca özellikleri arasında; betonun döküm, taşınma ve yerleştirme işlemlerinin kolaylıkla yapılabilme özelliği olan “işlenebilme özelliği”, hava koşulları, kimyasal etkiler ve yıpranma gibi etkilere reaksiyonu olan “dayanıklılık”, su sızdırmazlık olarak tanımlanan “permeabilite özelliği ” gibi başlıklar yer almaktadır. Betonun mekaniğine ait diğer önemli özellikler ise teker teker incelenecektir.

BASINÇ DAYANIMI

Depremlerde, yapılarda görülen hasarların en önemli nedenlerinden biri; beton dayanımının projede ön görülen dayanımdan çok küçük olmasıdır. Betonların tanımlanması ve sınıflandırılması basınç dayanımlarına göre yapılır. Donatı düzenlenmesi ne kadar özen gösterilirse gösterilsin beton dayanımının düşük olduğu yapı, depremde tehlike içinde olacak yapılarda ilk sıralarda olacaktır.

Diğer adı mukavemet olan dayanım, belirli şartlarda bir malzemenin taşıyabileceği en büyük gerilme değeridir.

Betonun basınç dayanımı ise çapı 150 mm ve yüksekliği 300 mm olan standart deney silindirlerin 28 günün sonunda, TS 3068’e göre uygun şekilde denenmesiyle elde edilir. Beton karakteristik basınç dayanımı fck , denenecek silindirlerden elde edilecek basınç dayanımlarının bu değerden düşük olma olasılığı % 10 olan değerdir. Gerektiğinde basınç dayanımı küp deneylerinden de elde edilebilir.

Yüksek ve normal dayanımlı beton

Günümüzde betonlar, dayanımları açısından yüksek ve normal dayanımlı olarak ikiye ayrılmıştır. Beton numunelerine uygulanan gerilmelere karşı bet. numunelerinin sahip oldukları basınç mukavemetleri, yüksek dayanımları ile normal dayanımlı betonlar arasında farkı anlamda etkilidir. Yüksek dayanımlı beton ile normal dayanımlı beton arasında kesin bir ayrım bulunmamakla birlikte ACI (Amerikan Bet. Enstitüsü) yüksek dayanımlı betonun sınırını 41 MPa olarak tanımlanmaktadır. Buna göre basınç dayanımı 41 MPa’dan büyük olan betonlar “Yüksek Dayanımlı Bet.”, bu değerden daha az basınç dayanımına sahip olan betonlar “ Normal Dayanımlı Beton” adını alır.

Böyle durumlarda karakteristik basınç dayanımı fck geçerliliği deneylerle kanıtlanmış katsayılarla dönüştürülür. Bu amaçla boyutları 150 mm olan küp için kullanılacak fck değerleri Çizelge 2.1’de gösterilmektedir. Boyutları 150 mm’den değişik küp numunelerinden elde edilen basınç dayanımları, gereken düzeltme yapılarak dikkate alınmalıdır (TS500, 2000).

Çizelge 2.1: Beton sınıfları ve dayanımları.

Beton Sınıfı Karakteristik

Basınç

Dayanımı,

fck

( MPa)

Eksenel Küp (150mm) Basınç Dayanımı,

( MPa)

Karakteristik

Eksenel

Çekme

Dayanımı, fctk ( MPa)

28 Günlük Elastisite Modülü, Ec

( MPa)

C16 16 20 1.4 27.000
C18 18 22 1.5 27.500
C20 20 25 1.6 28.000
C25 25 30 1.8 30.000
C30 30 37 1.9 32.000
C35 35 45 2.1 33.000
C40 40 50 2.2 34.000
C45 45 55 2.3 36.000
C50 50 60 2.5 37.000

Yüksek dayanımlı betonun özellikleri

Yüksek dayanımlı betonlar, ağırlığın azaltılmasında etkilidirler. Deprem etkilerinin yapının ağırlığı ile doğrudan ilişkide olduğu bilindiğinden yüksek dayanımlı betonlarının neden önemli olduğu anlaşılmaktadır. Ayrıca, yüksek dayanımlı betonlar, normal dayanımlı betonlara nazaran yükleri taşımada daha etkili olup yerleştirilen toplam malzeme miktarını dolayısıyla maliyetin azalmasını sağlarlar. Ayrıca bet. dayanımı yüksek değil ise betonla donatı arasındaki aderans dayanımı da düşük olmaktadır.

Aderans dayanımı düşük ise donatı, akma gerilmesine ulaşmadan, betondan sıyrılır ve deprem enerjisi tüketimi gerçekleşemez. Ayrıca araştırmalar, yüksek dayanımlı betonlarla inşa edilen kolonların normal betonlarla inşa edilenlere göre daha ekonomik olduğunu göstermektedir. Yüksek dayanımının betonun dayanımının artış hızı nedeniyle kalıp alma süresi de kısalmaktadır. Bu da inşaat hızı yönünden çeliğe göre betonarme elemanın avantajını sağlamaktadır. Betonun dayanımı yükseldikçe gevrekliği de artmakta olduğundan değişen diğer özellikleri de birlikte göz önüne alınması, hesap yöntemlerinin bunlara uygun olarak değiştirilmesi gerekmektedir.

Beton kalitesini etkileyen faktörler

Ayrıca, kum ve çakıllı yıkanmamış, uygun miktarlarda olmayan agregadan yapılmış, su/çimento oranı yüksek, çok soğuk ya da çok sıcak havada dökülmüş, vibratörle iyi sıkıştırılmamış ve döküldükten sonra da gereği gibi kür edilmemiş ve şantiyede döküm sırasında özellikle döşeme dökümünde kolay perdah yapılsın diye su katılmış hazır betonların dayanımı düşük olmakta ve yapıların, depremde büyük hasar görmesine neden olmaktadır. Basınç dayanımını ve donatıyı korozyondan korumak için dozajın belirli bir değerde olması gerekmektedir. Bet. dayanımında ve kalitesinde sadece dozaj değil, uygun agrega granülometrisi, su/çimento oranı ve betonun vibratörle iyi sıkıştırılabilir olması da önem teşkil etmektedir.

ÇEKME DAYANIMI

Betonun çekme dayanımı, basınç dayanıma oranla çok küçük olduğundan hesaplarda ihmal edilir.

Betonun çekme dayanımı, eksenel çekme deneylerinden elde edilen değerdir. fctm deneylerden elde edilen ortalama çekme dayanımı, fctk ise karakteristik çekme dayanımıdır. Betonun çekme dayanımı eğilme ve silindir yarma deneylerinden elde edilebilir. Eksenel çekme dayanımı fctk, silindir yarma deneyinden elde edilen çekme dayanımını 1.5 ile eğilme deneyinden elde edilen çekme dayanımı da 2.0’ ye bölerek yaklaşık bir şekilde hesaplanabilmektedir (TS 500, 2000).

Betonun karakteristik çekme dayanımı eksenel çekme elemanı deneylerinden elde edilecek dayanımının, bu değerlerden az olma olasılığı belirli bir oran (genellikle %10) dayanım değeridir.

Betonun karakteristik eksenel çekme dayanımı, Denk 2.1 ile verilmiş olan bağıntıdan hesaplanabilir.

Denklem 2.1

 

Burada;

fctk : Betonun karakteristik eksenel çekme dayanımı,

fck : Betonun karakteristik basınç dayanımını göstermektedir.

ELASTİSİTE MODÜLÜ

Doğrusal davranış göstermeyen betonun kesin elastisite modülünü tanımlamak çok zordur. Elastisite modülü bet. basınç dayanımına, betonun yaşına, yükleme tipine ve betonun çimento ve agrega oranlarının karakteristiğine bağlı olarak değişir.

Literatürde betonun elastisite modülü için aşağıdaki tanımlar yapılmaktadır:

  1. Gerilme-Şekil değiştirme diyagramının başlangıç noktasına çizilen teğetin eğimi başlangıç elastisite modülü olarak adlandırır.
  2. Gerilme-Şekil değiştirme diyagramının herhangi bir noktasına çizilen teğetin eğimi teğet modülü’dür. Bu elastisite modülü için toplam bet. dayanımını %50’si alınır.
  3. Gerilme-Şekil değiştirme diyagramının başlangıç noktası ile herhangi bir gerilmeye karşılık gelen noktaya çizilen doğrunun eğimine de sekant modülü adı verilir.

Dinamik elastisite modülü adı verilen elastisite modülü çok küçük şekil değiştirmelere denk gelmektedir. Genellikle statik elastisite modülünden %20 ile %40 daha büyüktür. Yaklaşık olarak başlangıç elastisite modülü dinamik elastisite modülüne eşittir. Yapıların sismik ve darbe yüklemeleri için dinamik modülün kullanılması uygundur (Mc Cormac ve Nelson, 2005).

Çoğu ülke yönetmeliklerinde betonun kullanılacak elastisite modülü hesaplamaları için betonun karakteristik basınç dayanımından hareket edilir.

TS 500’de de elastisite modülü hesabında basınç dayanımdan denklem 2.2’ de verildiği şekilde hareket edilir.

Normal ağırlıktaki betonlar için j günlük betonun elastisite modülü,

beton elastisite modülü formülü
Denklem 2.2.

Burada,

fckj= “ j ” günlük betonun karakteristik silindir basınç dayanımını,
Ecj= Normal agırlıktaki “ j ” günlük betonun elastisite modülünü göstermektedir.

Darbe yüklemeleri için ise denklem 2.2’den elde edilen değerlerin % 10 arttırılması öngörülmektedir (TS 500, 2000).

TS 500 (2000)’de j günlük betonun kayma modülü, elastisite modülünün belirli bir oranı olarak denklem 2.3’de gösterildiği gibi verilmiştir.

Gcj = 0,40. Ecj (2.3)

Gcj= j günlük betonun kayma elastisite modülü,
Ecj= j günlük betonun elastisite modülünü göstermektedir.

Buradan anlaşıldığı gibi kayma modülü elastisite modülünü %40’ı olmakta ve aralarında doğrusal bir orantı bulunmaktadır. Bu sebeple elastisite modülünü etkileyen bütün faktörler kayma modülünü de etkileyecektir.

ÇOK EKSENLİ YÜKLEMELER ALTINDA BETON DAVRANIŞI

Yapı elemanları birçok doğrultuda yüklenirler. Bu tip durumlarda betonun davranışı tek eksenli gerilme altındakinden farklı olmaktadır.

Betonun çok eksenli gerilme altında davranışını anlamak uygun detaylandırılmasını sağlamak açısından olumlu olacaktır.

Çok eksenli yük gerilmeleri altındaki bet. davranışları anlayabilmek için iki ve üç eksenli yükleme altında bet. kırılma deneyleri göz önüne alınabilir.

Şekil 2.1’de verildiği gibi çok eksenli yüklemeye maruz bırakılan betonun kırılma eğrilerinde, iki doğrultuda basınç bulunduğunda dayanım tek eksenli dayanıma göre % 25’e ulaşan artışlar gösterirken, iki eksende eşit gerilme olması durumunda ise %15 kadar bir artış söz konusu olmuştur (Celep ve Kumbasar, 2001).

beton kırılma çizgisi
Sekil 2.1: İki eksenli yükleme altındaki betonun kırılma çizgisi.

Sekil 2.2’de görüldügü gibi yanal basınç etkisinde bulunan betonun her bir eğri üzerinde yanal basıncı sabit tutulurken, eksenel basınç gerilmesi ise kırılmaya kadar arttırılmıs ve deney sonucunda betonun yanal basıncı arttırıldıgı zaman betonun büyük sekil degistirmeler yapabildigi ve dayanımının arttıgı gözlemlenmistir. (Celep
ve Kumbasar, 2001).

yanal basınç altında beton
Sekil 2.2: Yanal basınç etkisindeki gerilme-sekil degistirme egrisi.

Sonuçta betona yanal basınç uygulandığında dayanımı ve plastik şekil değiştirmeler ile yutabileceği enerjisi artmaktadır.

POİSSON ORANI

Boyuna doğrultuda yük etkisinde kalan bir elemanda enine şekil değiştirmenin boyuna şekil değiştirmeye oranına “ Poisson Oranı” adı verilir. TS 500’ de bet. için bu değer 0.20 olarak verilmiştir.

Poisson oranı bet. için tek bir değer olarak verilse de gerçekte gerilme düzeyine bağlı olarak değişmektedir. Betonda dış etkiden dolayı oluşan gerilmenin bet. dayanımına oranı arttıkça Poisson oranının değeri de artmaktadır. Örneğin, bu oran 0.3 iken Poisson oranı 0.15 olurken, bu oranının 0.7’ye çıkması ile bu oran 0.25 değerine ulaşmaktadır (Doğangün, 2002).

ISIL GENLEŞME KATSAYISI

Bet. ısıl genleşme katsayısı çimento dozajına bağlı olarak değişmektedir. Dozaj ne kadar fazla olursa genleşme katsayısı da o kadar büyür. Hesaplarda ısıl genleşme katsayısının değeri ∝t = 10-5 / C olarak kabul edilir (TS 500, 2000).

SÜNME, BÜZÜLME VE ŞİŞME KAVRAMLARI

Bet. zamana bağlı deformasyonlar gösteren bir malzemedir. Betonda zamana bağlı deformasyon sebepleri olarak büzülme ve sünme olayları gösterilmektedir. Sünme ve büzülme çökmeye veya hasara neden olabilecekleri gibi kullanılabilirliği de etkileyebileceğinden hesaplarda mutlaka göz önüne alınmalıdırlar (Ersoy, 1987).

Betonun zamana bağlı şekil değiştirme özelliklerinden büzülme, betonun atmosfer koşullarına bırakıldığında içindeki fazla suyun yüzeye çıkarak buharlaşması sonucu çatlakların meydana gelmesi ile oluşur. Bu çatlaklar donatının atmosferle etkileşimine ve muhtemelen korozyona sebep olacaktır. Büzülme birkaç yıl devam eder. Fakat olağan koşullar altındaki ilk yıl yaklaşık %90’ı meydana gelir. Bet. kür sırasında çok rüzgârlı koşullara maruz kalırsa, büzülme daha fazla olacaktır.

Nemin düşük olduğu kuru ortamlarda, rijit kolonlara oturan büyük açıklıklı kirişlerin büzülme eğilimi engellendiği için kirişlerde büyük eksenel çekme kuvvetleri oluşmaktadır. Bu eksenel çekme kuvveti kirişe etkiyen normal kuvvetle de birleşince, asal çekme gerilmelerinin değeri yüksek boyutlara ulaşmaktadır. Bunun sonucunda kirişlerde, asal çekme gerilmeleri sebebiyle göçmeler oluşmaktadır.

Büzülmeyi azaltmak için şunlar yapılabilir:

  1. Karışım suyu miktarı minimum tutulmalı,
  2. Bet. kürü iyi yapılmalı,
  3. Büzülme donatısı kullanılmalıdır.

Betonun diğer zamana bağlı özeliği olan sünme; sabit basınç yükü altında uzun zaman süresince betonun deforme olmaya devam etmesi ile oluşmaktadır. Başlangıç deformasyonu meydana geldiği zaman ilave deformasyon sünme olarak da tanımlanan sünmenin ilk yıl boyunca toplam yaklaşık % 75’i meydana gelmiş olur. Sünme miktarının gerilme miktarı ile ilgili ilişkisi hakkında yapılan araştırmalarda, yükün ilk uygulandığı andaki gerilmenin basınç dayanımına oranı 0.5’den aşağısındaki gerilme düzeylerinde sünmenin gerilme ile orantılı arttığı ve bu yükün kırılmaya neden olmayacağı gözlemlenmiştir. 0.85’i düzeyinde ise bet. ezilmekte ve eleman kırılmaktadır.

Sünmeyi etkileyen belli başlı parametreler şöyle verilebilir.

  1. Bet. kürü sünmede etkilidir. Yükleme öncesi bet. kürü daha fazla olursa sünme daha az olur.
  2. Bet. dayanımı sünmeyi etkiler. Yüksek dayanımlı betonların düşük dayanımlı betonlara nazaran daha az sünmeleri olur.
  3. Bet. ve çevre ortamının sıcaklıkları sünmede etkilidir. Yüksek sıcaklıklarda sünme artar.
  4. Ortamın nem miktarı sünmeyi etkileyen diğer bir parametredir. Nem miktarı arttıkça betondaki su kaçamayacaktır. Bu durumda sünmenin azaltılması açısından olumludur. 5
  5. İnce elemanlarda hacim/yüzey alanı küçük olduğundan boşluk suyunun buharlaşması daha kolay olacak haliyle de sünmesi, kalın bet. elemanlara oranla daha fazla olur (McCormac ve Nelson, 2005).

 

 

Kaynak

İnşaat Müh. Gözde SÜMER

BETONARME ELEMANLARDA DONATI DÜZENLEME İLKELERİ

Paylaşmak Güzeldir

Bunlar da hoşunuza gidebilir...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir