Paslanmaya Maruz Kalmış Betonarme Kolonlarda Donatı Sıyrılma Hesabı İçin Deneye Dayalı Bir Modelin Geliştirilmesi

TÜBİTAK Projesi, 2016 - 2020

Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
Başlama Tarihi: Aralık 2016
Bitiş Tarihi: Mayıs 2020

Proje Özeti

Donatı paslanması (korozyonu), inşaat sektöründe neden olduğu problemlerden dolayı büyük bir öneme sahiptir. Paslanma yalnızca ülke ekonomisini değil, aynı zamanda yapı güvenliğini de olumsuz yönde etkilemektedir. Korozyon ayrıca yapının yaşam döngüsünü tamamlamadan erkenden onarılmasına, güçlendirilmesine veya yıkılmasına da sebep olabilmektedir. Betonarme donatısındaki paslanma; betonarme yapı elemanlarında betonunun çatlaması, dökülmesi, donatı kesit alanının azalması ve beton-donatı arasındaki aderansın zayıflaması gibi birçok olumsuzluğa sebep olmaktadır. Son yıllarda betonarme binaların sismik performanslarının değerlendirilmesi için birçok farklı modeller ve yaklaşımlar geliştirilmiştir. Fakat bu değerlendirmelerde, paslanmanın yapı üzerindeki etkisi yalnızca donatı alanındaki azalma yönünden değerlendirilmektedir. Paslanmadan dolayı beton-donatı arasındaki aderans kaybı göz ardı edilmekte ve böylece yapılan değerlendirmelerde donatı sıyrılması sebebiyle yapısal ötelemedeki ilave artışlar dikkate alınmamaktadır.

Beton ve donatı arasındaki ilişkiyi ifade eden en önemli kavram, aderans ve buna bağlı olarak da donatı sıyrılmasıdır. Bu ilişki, paslanmadan dolayı daha büyük bir önem kazanmaktadır. Mevcut literatürde korozyon oranına bağlı olarak betonarme kolon donatılarındaki aderans-sıyrılma değerlerinin tahmin edilebilmesine yönelik ampirik bir model bulunmamaktadır. Dolayısıyla paslanmaya maruz kalmış betonarme yapıların değerlendirilmesinde sadece donatı alanındaki azalma dikkate alınarak gerçeği tam olarak yansıtmayan bir yaklaşım kullanılmaktadır. Yapılan deneysel çalışmalarda, donatı sıyrılmasının paslanmamış betonarme kolonlarda dahi toplam ötelenmedeki (yanal yer değiştirme) katkısının %24 ile %40 arasında olduğu belirtilmişken, bu oranın paslanmaya maruz kalmış betonarme kolonlarda çok daha yüksek değerlere çıkması ve yapı performansını büyük oranda etkilemesi kaçınılmazdır.

Yapılan bu çalışmada, öncelikle hızlandırılmış paslandırma yöntemi kullanılarak tam ölçekli betonarme kolon donatıları paslandırılmıştır. Çalışma kapsamında donatıların paslandırılması kontrollü olarak gerçekleştirilerek ve farklı oranlardaki korozyonun etkileri deneysel olarak değerlendirilmiştir. Paslanmanın belli bir orana kadar aderans kuvvetini artırması ve belirli bir orandan sonra da aderansı düşürmesi sebebiyle kontrollü paslandırma bu çalışmada önemli bir yere sahiptir. Paslanma, düşük ve yüksek beton basınç mukavemetlerinde de farklı yapısal davranışlara yol açmaktadır. Bu etkiyi göz önünde bulundurmak için üç farklı beton basınç mukavemeti alt ve üst sınır olarak deneysel çalışmada kullanılmıştır. Betonarme kolonları öncelikle üç farklı beton sınıfı için üç ana gruba (C8, C20 ve C30 olarak); ardından her bir ana grup da kendi içerisinde teorik paslanma oranları için %2, %4, %6 ve %10 olmak üzere dört alt gruba ayrılmıştır. Yanal yükleme deneyi esnasında uygulanacak eksenel yük için de betonarme kolonların taşıma kapasitelerine göre %20 ve %40 olmak üzere iki sınıf belirlenmiştir. Bu üç parametre çaprazlama olarak ele alınarak toplamda 30 adet betonarme kolonu deneye tabi tutulmuştur.

Paslandırılan betonarme kolonları için tersinir ve tekrarlanır bir yük programı uygulanarak; korozyona maruz kalmış betonarme kolonlarının yük-yerdeğiştirme, moment-eğrilik, donatı aderans-sıyrılma değerleri deneysel olarak elde edilmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlardan faydalanılarak farklı paslanma oranlarına ve farklı beton mukavemetlerine bağlı olacak şekilde, donatı sıyrılmasını tahmin etmeye yönelik deneye dayalı (ampirik) bir model geliştirilmiştir. Daha önce literatürde olmayan bu çalışmanın gerçekleştirilmesine bağlı olarak paslanmaya maruz kalmış betonarme yapıların sismik performans seviyelerinin değerlendirilmesinde yeni bir pencere açılacağı kanıtı oluşmuştur.

Ayrıca gerçekleştirilen bu deneysel çalışma kapsamında, paslanmış betonarme kolonlarının korozyon oranına bağlı olarak, akma kuvvet dayanımı, nihai kuvvet dayanımı, süneklik oranları, enerji yutma kapasiteleri, rijitlikleri ve hasar indekslerini tahmin etmeye yönelik ampirik modeller geliştirilmiştir. Tüm bu modellerin yanı sıra; tahribatsız değerlendirme yöntemlerinde kullanılmak üzere, korozyondan dolayı oluşan birincil korozyon çatlak genişliklerine bağlı olarak betonarme donatılarındaki korozyon oranını, enerji yutma kapasitelerini ve çatlak genişliğine bağlı olarak korozyona maruz kalmış betonarme kolonlarının sismik performans seviyelerini tahmin etmeye yönelik yeni bir model geliştirilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Betonarme kolonları, korozyon, aderans gerilmesi, donatı sıyrılması, sismik performans.