Betonarmede Yorulma Dayanımı

Yorulma, bir malzemenin kırılmasını ifade eder ve bu, belirli bir yükten daha düşük, ancak tekrar tekrar uygulanan yükler sonucu ortaya çıkar. Malzemenin başarısızlığa uğraması, üzerine etki eden çekme, sıkıştırma, bükülme, burulma veya bu hareketlerin birleşimi gibi gerilmelerle meydana gelirse, bu durum yorulma olarak adlandırılır. Değişken gerilmelerden dolayı malzemenin iç yapısında meydana gelen değişmeler olarak da belirtilebilir.

Peki betonarmede yorulma dayanımı nedir? Betonarmede yorulma dayanımı, malzemenin belirli sayıda yük tekrarı altında herhangi bir hasar almadan karşı koyabileceği en yüksek gerilme miktarı olarak ifade edilebilir. Betonarme yapılarda, statik ve dinamik yükler olmak üzere iki çeşit yük gerilmesi bulunur. Örneğin köprü gibi yapılar, her ne kadar statik yükler etkisi altında kalsa da dinamik yani hareketli yüklerin de etkisi altında kalabilirler. 

Toplam gerilmenin malzemenin yorulma dayanımını aşmadığı durumlarda, bir ya da iki defa bu tür bir gerilmeyle karşılaşılsa bile malzemede kırılma gibi problemler meydana gelmez. Ancak gerilme miktarı ne kadar düşük olursa olsun, bu tür gerilmelerin defalarca tekrarlanması, malzemede çatlakların oluşmasına neden olabilir. Bu durum, malzemenin yapısının zamanla zayıflamasına ve beklenmedik kırılmalara yol açabilir.

Betonarmede Yorulma Dayanımı Nedir?

Betonarmede üzerindeki yüklerin sebep verebileceği şekilsel değişiklikler ve kırılmalara karşı betonun gösterebileceği maksimum dirence betonarmede yorulma dayanımı denir. Betonun üzerine farklı yönlerde uygulanan yükler birbirinden değişik etkiler yaratabilir. Örneğin, meydana gelen depremlerden dolayı betonarmede oluşan çatlaklar yapıda yorulmalara neden olabilir. Betonarme yapılarda yer alan kolonlarda, kirişlerde ve perdelerde göze çarpan çatlaklar 4-5 mm büyüklüğünde ise mutlaka takip gerekir. Bir sonraki depremde mevcut çatlaklar açılarak 8-9 mm hatta 1 cm oranına ulaşıyorsa mutlaka önlem alınmalıdır. Tekrarlanan depremlerle bu çatlaklar biraz daha açılıyorsa o zaman yapıda yorulma çatlakları var demektir.

Yorulma Kavramı ve Betonarme Yapılardaki Önemi

Beton yorulması, çevrimsel yüklerle karşılaşan yapıların zarar görmesine yol açan bir durumdur. Yapıdaki gerilme derecesi, statik dayanımının çok altında olsa bile zamanla yorulma hasarı görülebilir. Aslında mekanik yapıların yaşadığı hasarların başlıca nedeni yorulmadır. Özellikle deprem gibi tekrarlı yükler sonucunda betonarme donatı aderansı yorularak donatının betondan sıyrılma yükünde azalmalar görülebilir. Dinamik yüklerden dolayı meydana gelen aderans kaybı ve bundan kaynaklanan sıyrılma yükündeki azalma, betondaki mukavemetin fazlalaşmasıyla azalarak göz ardı edilebilecek oranlara inebilir.

Betonarmede Yorulma Dayanımını Etkileyen Faktörler

Çimento hamuru ve agreganın dayanımının yanında her ikisi arasındaki aderans da betonun dirençli olmasını sağlayan önemli bir detay. Tüm bu etkenlerin yanı sıra betondaki dayanımı etkileyen pek çok faktör bulunur. Bunlar:

• Betondaki su ve çimento miktarı
• Çimentonun yapısı ve özellikleri
• Agreganın yapısı ve özellikleri
• Karma sudaki kalite 
• Üretimde beton için uygulanan hem taşıma hem de sıkıştırma işlemleri
• Beton yaşı
• Kür koşulları

Beton ve Donatı Malzemesinin Özellikleri

Binaların yapısal elemanları; basınç, eğilme momenti, çekme dayanımı ve burulma gibi iç kuvvetlere sahip olduğundan istenmeyen durumlara karşı üstün yorulma dayanımı gösteren malzemelerin kullanılması gerekir. Betondaki basınç mukavemeti diğer malzemelere kıyasla çok daha yüksektir. Çekme mukavemeti ise zayıftır. Betonun basınca karşı dayanma özelliğinden optimum verim alabilmek ve yapıdaki gerilimi minimuma indirmek için betona çelik ekleme işlemi gerçekleştirilir. Kesme dayanımı orta seviyelerdedir. Yangına karşı dirençlidir. Gevrek bir yapıya sahip olduğundan sünekliği azdır. Durabilitesi yüksek malzemelerdendir. Bazı koşullarda sünme ve büzülme meydana gelebileceğinden donatı katkısına ihtiyaç duyabilir.

Günümüzde sıklıkla tercih edilen karbon fiber ve bazalt elyaf beton donatı katkısı gibi yenilikçi ürünler, hem çekme etkilerini hem de kayma gerilmelerini başarılı bir şekilde karşılayarak yapıların sağlamlığına katkıda bulunur. Aynı zamanda da malzemenin sünek davranış sergilemesine destek olarak daha esnek ve dayanıklı yapılar oluşturulmasını sağlar. 

Burkulma sorunu yaratması ve yangına karşı dayanıksız olması betonla sarılmasına ihtiyaç duyar. Yüksek oranda kesme dayanımına sahiptir. Sünme ve büzülme gibi sorunlara neden olmaz. Durabilitesindeki düşüklük korozyona uğrama ihtimalini önemli ölçüde artırır. Dolayısıyla tüm bu durumlardan kaynaklı beton sarılmasını gerektirir. 

Statik ve Dinamik Yükler

Zamanla büyüklük ve şiddetinde değişim gösteren yükler dinamik yük olarak adlandırılır. Bunlar, ani ve beklenmedik kuvvetlerle kendilerini gösterebilirler. Deprem ve rüzgar gibi doğal olaylar, dinamik kuvvetlerin canlı örnekleridir. Öte yandan, zamana bağlı olarak değişmeyen, sabit kalan yükler statik yük olarak bilinir. Özellikle yapılarda, duvarın bir kiriş üzerinde oluşturduğu moment gibi yükler, zaman içinde değişmeyen bir karaktere sahip olduğundan statik yüklere örnek olarak gösterilebilir. Bu, statik yüklerin en anlamlı ve somut örneklerinden biridir.

Betonarmede Yorulma Dayanımı Analiz Yöntemleri

Betonarme yapılar için yorulma testleri ve yorulma analizi çok önemlidir. Bu analizlerin neden yapıldığını açıklayalım:

• Yorulma yüklemesi; kırılmalara, çatlamaya ve nihai olarak çökme ya da bazı olumsuzluklara yol açar. Yapı elastik olmasına rağmen binada bulunanlar için can güvenliği tehdidi oluşturur.
• Bir yapı projesi yapısal tasarımın tüm temel ilkeleriyle uyumlu olsa da bazen yorulma konusunda başarısız olabilir. Mukavemeti arttırmak (akma mukavemeti/sertliği) her zaman yorulma mukavemetine katkıda bulunmaz.
• Yorulma, belirli zaman sonunda malzemeyi kıran ve arızaya neden olarak uzun süre boyunca hem düşük hem de orta gerilime sahip çok sayıda döngünün sonucudur. Sonuçta bu kırıklar büyüyerek elemanın ve sistemin yapısal gücünü zayıflatır.

Yorulma Dayanımı Testleri

Yorulma dayanımı testleri ve analiz yöntemleri tüm bu sebeplerden dolayı farkındalık 

yaratması yönüyle son derece değerlidir. İvme ya da deplasman ölçerlerle yapılardaki dinamik davranış karakteristiklerini takip etmek mümkündür. Beton ve çelik yapılardaki uzun süreli performans için tasarımın da önemli bir parçasıdır. Yorulma dayanımı testleri aşağıdaki gibidir:

• Dayanıklılık testi-Wöhler testi
• Low Cycle Fatigue testleri (LCF)

Betonarme yapıların dayanımı test edilirken aşağıdaki parametreler dikkate alınır:

• Wöhler eğrisi-Wöhler serisi-Wöhler diyagramı
• Yorulma mukavemeti
• Yorulma kuvveti
• Kısa vadeli kuvvetti (LCF)
• Yorulma dayanımı-Yorulma mukavemeti
• Yorulma kuvvetti (HCF)

Laboratuvar Testleri

Çalışmalar yürütülürken, Betonarmede yorulma dayanımı konusunda laboratuvar testlerinden yararlanılır. Bina güçlendirme işleminin ne ölçüde yapılacağının belirlenme aşamasında binada dayanıklılık testi yapılmalıdır. Bu test sayesinde yapıların mevcut durumları ve kullanılan malzemenin kalitesinin yanı sıra binayı taşıyıp taşıyamayacağı konusunda bilgi edinmek çok daha kolaydır. Laboratuvar testleri kapsamında; ultrases, çift-tek flat, kayma, titreşim, dinamik elastisite ve schmidt-mohs deneylerinin yanında renk analizi de gerçekleştirilir. Böylelikle yapılardaki malzemelerinin basınç dayanımı, elastisite modülü ve poisson oranı gibi mekanik parametreleri büyük bir hassaslıkla belirlenir. 

Betonarmede Yorulma Dayanımı ve Betonarme Yapıların Bakımı

Modern yapılarda, betonarmede yorulma dayanımı oranını ölçümlemek ve kullanım ömrünün dolduğunu anlayabilmek için bazı belirtilerin gözlemlenmesi gerekir. Bu belirtilerin bir kısmı yerinde gözlemle muayenede, diğerleri ise alınan numuneler üzerinde yapılan laboratuvar testleriyle anlaşılır. Betonarme yapılarda aşağıdaki belirtiler görülürse bakım ve onarım yapılması gerekir:

• Bazı noktalarında korozyonun baş göstermesi 
• İlk çatlama gibi oluşumların fark edilmesi
• Gözle görülür derinlikte çatlakların varlığı 
• İlk pullanmanın dikkat çekmesi
• Belirli bir yükleme şiddeti altında fazla miktarda eğilmelerin görülmesi
• Ölçülen yük kapasitesinin daha önceden belirlenmiş olan değerden az olması durumunda yapının servis ömrünün artık sonlanmak üzere olduğu anlaşılır. 

Hem zamanındaki yapı teknolojileri, işçilik, teknik imkânların yetersizliği, inşaat kalitesindeki mevcut eksiklikler hem de düzenli gözlem ve bakımların yapılmaması sebebiyle günümüzdeki birçok yapı tehlike arz eden durumda olabilir. Bu kaçınılmaz sorunlar özellikle betonarme yapıları önemli ölçüde tehdit eder. Bu gibi durumlarda gerekli bakım ve onarım yöntemlerinin seçilerek uygulanması gerektiği unutulmamalıdır. Tüm bu olumsuzluklar ışığında acil olarak betonarmede yorulma dayanımı testleri ve hasar tespit çalışmaları yapılarak bina güçlendirme çalışmasına ihtiyaç duyan yapılar belirlenmelidir.

Yorulma Çatlaklarının Belirtileri ve Tespiti

Yapılardaki hasarın bir belirtisi olan çatlakların özellikleri ve meydana gelme nedenleri çok iyi bilinerek türleri ayırt edilebilmelidir. Çatlak düzeyinden taşıyıcı eleman davranışına ve çatlak boyutlarından azalmış dayanımına kadar birçok konuda doğru bilgiye ulaşmak uzmanlık bilgisi gerektirir. Uzman ekibimizce gerçekleştirilen betonarmede yorulma dayanımı analiz yöntemleri ve laboratuvar testleriyle yapılardaki yorulmaların tespiti gerçekleştirilmekte ve eskisinden çok daha kaliteli duruma getirilmektedir. 

Önceki yazımıza https://www.carbonier.com/blog/betonarme-yapilarin-deprem-davranisi linkinden ulaşabilirsiniz.