Sertleşmiş betondan beklenen dayanımlı, dayanıklı ve ekonomik olmasıdır. Son depremler sırasında büyük hasar gören yapılar incelendiğinde yapılaşmanın hızlı olduğu bölgede betonla ilgili temel bilgilerin kullanılmadığı ve gerekli denetimlerin yapılmadığı belirgin biçimde ortaya çıkmıştır. Beton hacminin yaklaşık %70’ ini oluşturan agreganın betonun performansında etkisi belirgindir. Maksimum su /çimento oranı ile minumum çimento içeriğindeki sınırlamalar betonun dayanım ve dayanıklılığını önemli ölçüde etkiler. Bu iki sınırlamanın gerçekleşmesinde agreganın kaliteli ve boyut dağılımının uygun olması zorunludur. Genel olarak betonun çevresel etkilere diğer bir deyişle dürabiliteye göre tasarımı bu iki parametreye göre yapılır. Betondaki maksimum su/çimento oranı ve minumum çimento dozajı gibi kısıtlamaların ne ölçüde gerçekleşebileceği doğrudan beton agregasının türüne, granülometrisine ve standartlarına uygun olmasına bağlıdır. Betonda donatı korozyonuna bağlı çatlama ile sismik yükler arasında sıkı bir ilişkinin olduğu kesinlik kazanmıştır. Granülometriye ve beton kalitesine özen gösterilmediği, yeterli pas payı oluşturulmadığında beton betonarme çeliğini koruyamamaktadır. Beton; agrega, çimento hamuru ve agrega-çimento hamuru temas yüzeyinden oluşan üç fazlı bir kompozit malzeme olarak düşünülürse [1] en zayıf halkanın arayüzeyler olduğu ortaya çıkar. Beton teknolojisindeki gelişmenin anahtarı çimento hamuru ile agrega arasındaki arayüzeylerin güçlendirilmesidir.

TS 500 Şubat 2000, C50 (28 günlük silindir basınç dayanımı 50 MPa) ye varan beton sınıflarını öngörmektedir. Ancak en yaygın olan beton sınıfları, C18, C20, C25 ve C30 dur. Yüksek yapılarda ise genelde C30 veya C35 sınıfları kullanılmaktadır. Buna karşın Eurocode 2 de normal beton sınıfları C80'e varmaktadır. 1970 li yıllara kadar 28 günlük silindir basınç dayanımı 40 MPa’ı aşan betonlar yüksek dayanımlı beton kabul edilirken günümüzde bu kavram önemini yitirmiştir. Dayanım ve dayanıklılık için en önemli gereksinim olabildiğince az boşluklu ve geçirimsiz beton üretmektir. Avrupa'da AImanya'nın öncülüğünde C60-C100 arasındaki beton sınıfları için yeni tasarım kodları geliştirilmektedir. Bu aralıktaki betonlar yüksek dayanımlı beton olarak kabul edilirler.

Günümüzde istenen performansda beton üretmek bir sorun değildir.Beton üretiminin de teknoloji ve bilgi gerektirdiği unutulmamalıdır.Agrega kalitesine özen gösterildiği ve minimum dozaj ve maksimum su/çimento oranı kısıtlamaları göz önünde bulundurulduğunda istenen performansı sağlayan beton üretilebilir.Betonun dürabilitesini artırmak için çimento dozajı yeterli düzeyde olmalı, su/çimento oranı betonun maruz kalacağı çevresel etki için öngörülen değeri aşmamalı ve aşırı su kullanımından sakınılmalıdır.Betonun akışkanlığını sağlamak için fazla su yerine uygun kimyasal katkı maddesi kullanılmalıdır.

Belirli bir granülometriye sahip olan beton agregasının ince bölümünü kum oluşturur. İri agregalarda olduğu gibi kumların da temiz, kimyasal etkilere karşı dayanıklı ve dayanımının yeterli olması istenir. Ayrıca kumun inert olması diğer bir deyişle çimento ile kimyasal reaksiyona girmemesi gerekir. Ülkemizde beton agregalarında aranan özelikler TS 706’ da belirtilmiştir. Kum için söz konusu özelikler; elek analizi, dayanım, kil ve silt içeriği, organik madde içeriği, alkali agrega reaktivitesi deneysel olarak belirlenir. Ancak bu deneylerden olumlu sonuç alınması halinde, söz konusu agreganın betonda kullanılmasına izin verilir. Kumda çok ince kil ve silt tanelerinin varlığı betonun dayanımını düşürmektedir. Çoğunlukla zirai toprak kökenli organik maddeler, kil topakları, kömür taneleri, yumuşak taneler, standardın üzerinde suda çözünen klorür miktarı ve sülfatın varlığı da betonun davranışını olumsuz etkilemektedir.

Marmara depreminde orta ve ağır hasar görmüş binalardan alınan beton örnekleri üzerinde yapılan bir araştırmada [2] genel olarak sürekli granülometriye uyulmadığı, en büyük agrega boyutunun 8mm ya da bunun biraz üzerinde olduğu görülmüştür. Yine aynı araştırmada denenen 5 ayrı yapıya ait betonlardan 4 ünde kum sınırı olarak kabul edilen 4mm’den geçen malzeme miktarının %65 in üzerinde bazılarında %91’e varan değerlerde olduğu saptanmıştır. Bu şekilde ince agregalarla üretilen betonların su gereksinimi aşırı yükselir, bunun sonucu olarak da su/çimento oranı artar, ince agrega tanelerini sarmak ve aralarındaki boşlukları doldurmak için daha çok çimentoya gerek duyulur. Tablo 1’de Avcılar’dan alınan betonlardaki tane boyutu dağılımı görülmektedir.

Beton kalitesini belirlemeye yönelik olarak 3 farklı denetim yapılabilir:

1. Hazır beton üreticisinin kendi tesisinde, malzeme kalitesini belirlemeye yönelik olarak gerçekleştirdiği ve taze betondan örnek (silindir yada küp) almaya dayanan denetim (TS 11222).

2. Beton tüketicisinin (müteahhitin) satın aldığı betonu şantiyede, pompalama işlemi de hazır beton firması tarafından gerçekleştiriliyor ise, pompa ucundan aldığı örnekler üzerinde şantiye mühendisi gözetiminde yaptığı ürün denetimi (TS 500).

3. Yapı üzerinde, yada yapıdan alınan beton örnekler üzerinde gerçekleştirilen yıkıntısız, yarı-yıkıntılı yada yıkıntılı yöntemlerin bir yada birkaçını içeren denetim.

Yukarıda a) ve b) şıklarında ele alınan denetimler taze betondan standard örnek almaya dayanır. Bu örnek sonuçlarının standardların gerektirdiği değerleri sağlamaması durumunda yapı üzerinde deney yapma durumu ortaya çıkabilir. Öte yandan yapıdaki betonun dayanımı üzerine, yerleştirme, sıkıştırma ve kür koşullarının da önemli etkisi vardır; bu koşulların yeterliliği yine yerinde deneylerle belirlenebilir. Belirli bir amaç için yapılmış yapının kullanım şekli değiştirilmek istendiğinde, yapının var olan dayanımını saptamak için yerinde deneyler yapılabildiği gibi, önemli bir hasara uğramış, örneğin deprem görmüş yada aşırı yüklenmiş bir yapıda da aynı tür deneylere gereksinme doğabilir. Yeni satın alınacak bir yapıyı, alıcı denetlemek isteyebileceği gibi, sigortalanacak bir yapı için de benzer talep sigorta şirketinden gelebilir. Yapıların yapım süreci içinde de denetlenmesi gerekebilir; örneğin kalıp alma zamanını belirlemek yada öngerilmeli elemanlarda gerilme uygulama zamanını saptamak amacı ile.

Yapıdaki beton dayanımlarında farklılıklar beklenebilir. Dayanımlardaki dağılım malzeme (beton) özelliklerinin değişmesinden kaynaklanabileceği gibi yerleştirme, sıkıştırma ve kür koşullarının değişken olmasından da ileri gelebilir. Öte yandan aynı elemanda yüksekliğe bağlı olarak farklı dayanımlar elde edilebilir. Taze beton döküldüğünde iki olay gerçekleşir: a) Beton içindeki su yükselir (terleme), b) Beton içindeki agregalar oturma (çökelme) yapar. Her iki nedenden dolayı beton dayanımı yüksekliğe bağlı olarak değişir. Alt kısımlar,üstteki taze betonun hidrostatik etkisi nedeniyle de daha iyi sıkışır ve dayanım yüksek çıkar. Üst bölümlerde ise terleme ve çökelme etkisi ile iri agregaların altında hava cepleri oluşur, ayrıca su/çimento oranı artar ve bu nedenlerle daha düşük dayanıma sahip olurlar. Alt ve üst bölgeler arasındaki dayanım farklılığı en çok perde duvarlarda gözlenirken, onu kirişler izler. Kolon ve döşemelerde ise en üst 1/4 lük bölgede (döşemelerde üst 50 mm’de) dayanım düşüşü elde edilir [3].

Betondan karot örnekler elmas uçlu silindirik bıçakların hızlı devirde döndürülmesi sonucu kesilerek çıkarılır. Karot yatay doğrultuda alınabileceği gibi (perde, kolon gibi elemanlar) düşey olarak da (döşeme) çıkarılabilir. Karot çıkarma doğrultusunun, beton döküm doğrultusuna göre durumu karot dayanımlarını etkiler: Ortalama olarak döküm doğrultusunda (düşey) alınan betonların dayanımı, yatay doğrultuya göre %8 fazladır.

Karot alınırken bazı durumlarda kaçınılmaz olarak donatı kesilebilir. Karot içinde kalan donatıların, karot yüksekliğine dik olması gerekir. Ayrıca donatı çapı, adeti ve uçlardan olan uzaklıkları dayanımı etkiler. Çok fazla sayıda donatı içeren karotlardan elde edilen sonuçlar gerçekçi değildir. Genel olarak karotta donatı bulunması dayanımı bir miktar azaltacağından düzeltme faktörü (1’den büyük) ile çarparak karot dayanımını düzeltmek gerekir.

Genellikle karotların çapları ve yükseklikleri farklı uzunluktadır. Yükseklik/çap oranı 1-2 arasında yer alır; 1’en küçük değerler istenmez. Farklı yükseklik/çap oranındaki karot dayanımları eşdeğer küp dayanımına dönüştürülebileceği gibi, karotlar yükseklik/çap oranı 1 olacak şekilde de kesilebilir, ki bu durumda doğrudan eşdeğer küp dayanımı elde edilir. Yükseklik/çap oranı 1’den farklı silindir numune (karot) dayanımları eşdeğer küp dayanımına dönüştürülmek için değişik bağıntılar kullanılabilir; İngiliz Standartları (BS 1881) aşağıdaki bağıntıyı önerir:

(1)

Karot dayanımı üzerine karot çapının da etkisi vardır. Genel olarak karot çapının, maksimum agrega çapının 3 katından büyük olması istenir. Bu nedenle, maks. agrega çapı 31.5 mm olan bir betondan 100 mm ya da daha büyük çaplı karot almak uygundur. Öte yandan bazı standartlar (örneğin İsviçre) daha küçük çaplı (50 mm) karotlara da izin vermektedir. Karot çapının küçülmesi bazı kaynaklara göre dayanımı arttırırken, diğer kaynaklar ise tam tersini ileri sürmektedir. Ancak, karot çapı küçüldükçe, dayanım değerlerindeki dağılımı büyüdüğünden alınacak örnek sayısını artırmak gerekir.

TS 10465 “Beton Deney Metodu, Yapı ve Yapı Bileşenlerinde Sertleşmiş Betondan Numune Alınması ve Basınç Mukavemetinin Tayini (Tahribatla Metot)” Standardı yapıdan alınan karotun çapının, betonda kullanılan iri agreganın maksimum çapının en az 3 katı büyüklükte, ve kesme ve düzeltme işlemlerinden sonra karot yüksekliğinin çapına eşit (h=d) olacak şekilde karot alınmasını öngörmektedir. Aynı standard, karot sayısının, beton imalatı sırasında alınması gereken örnek sayısına benzer şekilde ya her 50 m³ için 3 adet, ya da her kat için 3 adet olarak belirlenmekte ve BS 25’den daha yukarı beton sınıfları için sayıyı 2 katına çıkarmaktadır. Betonun maksimumn agrega boyutunun 16 mm den büyük ve karot çapının 100 mm den küçük olması durumunda örnek sayısının 3 katına çıkarılması istenmektedir.

Yıkıntısız yöntemler genellikle dolaylı olarak basınç dayanımının hesaplanmasına olanak verir. Burada betonun yüzey sertliği, batmaya gösterdiği direnç veya geri tepme gibi özelliklerinden birisi ölçülerek, bu özellik ile basınç dayanımı arasında istatistiksel ilişki kurulur. Bu amaçla, dayanımları geniş bir aralıkta değişen yeterli sayıda beton karışımı üretilir. Bu karışımlardan alınan beton örnekleri üzerinde söz konusu özellik ölçülür, ayrıca aynı örnekler üzerinde veya aynı betondan alınmış silindir (veya küp) şeklindeki örnekler üzerinde basınç deneyi uygulanır. Böylece ölçülen özellik değerleri ile bunlara karşılık gelen basınç dayanımları arasında regrasyon bağıntıları araştırılır.

Bu yöntemde 6.3 mm çapında ve 79.5 mm uzunluğunda bir prob beton yüzeyine uygulanarak oluşturduğu iz ölçülmektedir. Sonuçların agrega cinsine göre düzeltilmesi gereken bu yöntemde ± 8 MPa’lık hatalar yapılabileceği belirtilmiştir [7].

Literatürde “Pullout test” olarak adlandırılan bu yöntemde alt başlığı genişletilmiş konik şekilli metal parçalar beton içine taze iken yerleştirilir, daha sonra istenilen günde özel bir alet kullanılarak sökmek için uygulanan kuvvet belirlenir. Alet ve betona gömülen parçalar ASTM C900-78T standardında belirtilmiştir. Son yıllarda Danimarka’da geliştirilen Lok-Test aleti de kullanılmaktadır. Sökme deneyinde betonun kayma etkisi altında kırıldığı belirtilmektedir [5], böylece yapı yerinde betonun doğrudan kayma dayanımı ile ilintili bir değer elde edilir. Ayrıca bu deney hem kısa sürede gerçekleştirilebilir, hem de tekrarlanabilirlik özelliği gösterir. Sakıncalı yanı, beton yüzeyinden parça koparılması ve bunun onarım gerektirmesidir, ayrıca deney parçalarının önceden beton içine yerleştirilmesi planlanmış olmalıdır. Bu belirtilen sonuncu sakınca yeni arayışlara yol açmış, seçenek olarak sertleşmiş betona delik açıp içine dübel yerleştirilmesi ve bu dübeli sökme kuvvetinin belirlenmesi önerilmiştir. Bu yöntem kendi içinde üç gruba ayrılır. İlkinde açılan deliğe yerleştirilen dübel çekildikçe genişleyen, böylece delik cidarlarına basınç uygulayan tipdedir. Deney sonunda beton kayma dayanımını aşarak dayanımını yitirmektedir. Sökme sonuçları dağılım göstermekle birlikte umut verici görülmektedir [8]. İkinci yöntemde yerleştirilebilen dübelin iç parçasının belirli bir burulma momenti uygulanarak döndürülmesi, böylece deliğin iç cepelerine basınç yapılması gerekir. Ancak bu momentin değişken olması ve sonuçların çok dağılım göstermesi yöntemin uygulanabilirliğini sınırlamıştır. Açılan deliğe bir civatanın epoksi kullanılarak yapıştırılması ve sertleştikten sonra sökülmesine dayanan üçüncü yöntem epoksi cinsi, kür süresi, delik ve civata çapı gibi etkenlere bağlıdır. Bunların standartlaştırılması durumunda betonun çekme-kayma etkisi altında dayanımını yitirdiği bu yöntemler uygulanabilir görülmektedir [8].

1. RILEM Yöntemi

   Betona uygulanan birden fazla sayıdaki yıkıntısız yöntem sonuçlarının birarada değerlendirilmesine dayanan bu yaklaşımda en çok ultrases hızı ve Schmidt geri tepm sayıları kullanılmaktadır. Facaoaru’nun [9] geliştirdiği ve RILEM [10] tarafından da önerilen bileşik yöntemde önce standard beton denilen ve çimento cinsi ve dozajının, agrega cinsinin, 0-1 mm arasındaki ince agrega miktarının, en büyük agrega boyutunun sabit tutulduğu, buna karşılık su/çimento oranı, saklama koşulları, sıkıştırma şekli ve beton yaşının değişken tutulmasıyla beton dayanımlarının yeterince geniş bir aralıkta değiştiği karışımlar hazırlanır. Her bir karışımdan alınan örnekler üzerinde ultrases hızı, Schmidt geri tepme sayısı ve basınç dayanımloarı belirlenerek aralarında ikili regrasyon bağıntısı hesaplanır. Sonra bu bağıntı üzerine çimento cinsinin, dozajın, agrega cinsinin, ince agrega (0-1 mm) oranının ve beton katkı maddelerinin etkisini araştırmak için yeni karışımlar hazırlanır. Bileşimdeki her bir değişkenin etkisi “etkinlik katsayısı” yardımıyla hesaplanır; sonuçta standard betondan farklı bileşimdeki bir betonun toplam etkinlik katsayısı (teorik)

   (2)

   şeklini alır. Burada denklemin sağ yanındaki katsayılar sırasıyla çimento cinsinin, dozajının, agrega cinsinin, ince agrega oranının ve beton katsayısının etkisini simgelemektedir.

   Eğer betondan karot alınmış ise karot dayanımı o bölgede yıkıntısız deney ile elde edilen tahmini dayanıma oranlanarak “deneysel etkinlik katsayısı” elde edilir. Bir betonda teorik ve deneysel etkinlik katsayıları belirlenmiş ise, ortalama etkinlik katsayısı

    

   C_ort = (C_teo + 2C_den) / 3 (3)

    

   Bağıntısından hesaplanabilir.Sonuçta, standard betondan farklı bir beton üzerinde yapılan yıkıntısız deney sonuçları önceden çıkarılmış regrasyon bağıntısında yerine konarak bir dayanım değeri kestirilir, sonra bu değer etkinlik katsayısı (deneysel veya teorik, ya da her ikisinin belli oranda yer aldığı karma etki) ile çarpılarak kesin sonuç hesaplanır.

2. Regasyon Yöntemi

   Elde çok sayıda karot sonucu ve karot alınan bölgede yapılan yıkıntısız deney sonucu bulunması durumunda, beton karot basınç dayanımı ile yıkıntısız deney sonucu arasındaki ilişkiyi veren eğriler elde edilebilir. Bu amaçla, deney sonuçlarının belirli bir basınç dayanımı aralığını kapsıyor olması gerekir. Deneysel noktalar arasından en küçük kareler yöntemi ile bir regrasyon doğrusu, genellikle lineer bir eğri geçirmek uygun olur. Daha sonra yapı üzerinde gerçekleştirilen yıkıntısız deney sonuçları, bu ilişki ile basınç dayanımlarının tahmininde kullanılabilir.

3. TS 10465 Yöntemi

TS 10465 Standardı, Schmidt çekici okumaları ile basınç dayanımı arasındaki ilişkinin çıkarılmasını ele almıştır. Bu standardda, ilişkinin eğimi 2 olan bir doğru olduğu varsayılmıştır. Buna göre, karot basınç dayanımları (eş değer küp dayanımları) ordinatta ve karotların alındığı bölgede karot alınmadan önce gerçekleştirilen Schimidt okumaları apsiste yer alacak şekilde grafikte gösterilir. Daha sonra, eğimi 2 olan bir referans doğrusu, schmidt okuması en büyük olan noktadan geçecek şekilde paralel olarak ötelenir ve bu doğrunun denklemi çıkarılır. Sadece Schmidt okumalarının yapıldığı elemanlar için basınç dayanımının tahmininde bu çıkarılan denklem kullanılır.

ve En Küçük Tek Değer (dayanımları en küçük değeri)

Standard 12’den fazla sayıda karot sonucu ya da 35’den fazla Schmidt okunması bulunması durumunda bu yöntemin kullanılmasını önermektedir. Her bir dönüştürülmüş küp dayanım sonucu f_cküp ve tüm sonuçların ortalaması f_cküp,ort olduğuna göre sonuçların standard sapması kolayca bulunabilir.

(7)

Kar.dayanım = f_cküp,ort - k´ S.S > 0.85´ Eş değer küp dayanımı (belirli bir sınıf için) (8)

9. Sonuç

Son Gölcük ve Düzce depremleri, betonarme yapıların depreme dayanıklılıkları konusunda Beton Özelliklerinin önemini ortaya koymuştur. Birçok yapının yıkılması, ya da ağır hasar görmesinde beton kalitesinin yetersiz oluşu önemli etken olarak gözlenmiştir. Genel olarak beton ile ilgili konular bir uzmanlık alanıdır. Beton üretimi, bakımı, amaca uygun beton seçimi ve betonun davranışı konuları belirli bir bilgi birikimini gerektirdiği gibi, mevcut yapılarda kullanılan betonların özelliklerinin belirlenmesi de yine en az bir önceki durum kadar bilgi ve deneyim gerektirir.

Betonarme yapıların güçlendirilmesinde kullanılacak betonun kalitesi de büyük önem taşır.Özellikle yeterli pas payı sağlanmalı, agreganın en büyük boyutu donatı durumuna uygun olmalı, beton yerleştirilirken yeterli vibrasyon uygulanmalı ve güçlendirilme için kullanılan betonun geçirimsizliğinden emin olunmalıdır.

Eğer beton yukarıda belirtildiği gibi uygun bir biçimde üretilmiş ve kür uygulanmışsa dürabilitesinden söz edilebilir. Bunun anlamı şöyle özetlenebilir: i) Amaca uygun malzeme seçimi, ii) Standardlara uygun kaliteli malzemelerin kullanılması, iii) Su da dahil olmak üzere malzemelerin uygun bileşim ve betonun uygun biçimde karıştırılması, iv) Minimum su kusma ile sağlanan uygun sıkıştırma, v) Betonun olgunlaşmasını sağlamak için yeterli kür ve vi) İlk sertleşme sürecinde beton içindeki yüksek sıcaklık ve sıcaklık farklarından kaçınmak.

1. Taşdemir, M.A., Taşdemir, C., Akyüz, S., Jefferson, A. D., Lydon, F.D. and Barr, B.I.G., “Evaluation of Strains at Peak Stresses in Concrete: A Three Phase Composite Model Approach”, Cement and Concrete Composites, 20, 1998, pp.301-318.

2. Taşdemir, M.A., Özkul, M.H. ve Atahan, H.N., “ Türkiyedeki Son Depremler ve Beton”, II.Ulusal Kentsel Altyapı Sempozyumu, İMO, Adana, 1999, s. 9-19.

3. Maynard, D.P. and Davis, S.G., “The Strength of In-Situ Concrete”, Structural Engineer, 52, No.10, 1974, pp.369-374.

4. Özkul, M.H., Tercümanoğlu, B., Can, M. ve Atayurt, R., “Yapı Denetiminde Yıkıntısız Yöntemler”, Türkiye İnşaat Müh. XII. Teknik Kongre Bildiriler Kitabı,. 1993, pp.495-510.

5. Malhotra, V.M. and Carette, G.G., “In Situ Testing for Concrete Strength”, CANMET Report 79-30, May 1979, 20 p.

6. Bickley, J.A., “The Evaluation and Acceptance of Concrete Quality by In-Place Testing”, in In Situ/Nondestructive Testing of Concrete, ACI Publication SP-82, 1984, pp.95-109.

7. Keiller, A.P., “Assessing the Strength of In Situ Concrete”, Concrete International, February 1985, pp.15-21.

8. Mailhot, G., Bisaillon, A., Carette, G.G., and Malhotra, v.m., “ In-Place Concrete Strength: New Pullout Methods”, ACI Joornal, Dec. 1979, pp.1267.

9. Facaoaru, I., “Non-Destructive Testing of Concrete in Romania”, Proc.Symp.Nondest Testing of Concr. Timb., Inst. Civil Eng., London, 1969, pp.23-33.

10. “Rilem Tentative Recommendation for In Situ Concrete Strength Determination by Non-Destructive Combined Strength Determination by Non-Destructive Combined Methods”, Rilem 43 CND (2^nd Draft), Athends, April 1981.