DENEY FÖYÜ BAHAR
Transkript
DENEY FÖYÜ BAHAR
ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ LABORATUARI – II DENEY FÖYÜ ERZURUM 2008 - 2009 1 İÇİNDEKİLER DENEY 1. Beton Karışım Hesabı ........................................................................... 2 DENEY 2. Taze Betonun Üretimi ve Bazı Deneyleri .............................................. 13 DENEY 3. Sertleşmiş Beton Deneyleri .................................................................. 17 DENEY 4. Kablo Deneyi ......................................................................................... 27 DENEY 5. Su Etkisine Karşı Dayanıklılık (Soyulma) Deneyi ................................ 31 DENEY 6. Viskozite Deneyi .................................................................................. 33 DENEY 7. Yersel Yük Kayıpları Deneyi ................................................................ 38 DENEY 8. Kuyularda Girişim Deneyi .................................................................... 44 DENEY 9. Kesme Kutusu Deneyi .......................................................................... 51 DENEY 10. Konsolidasyon Deneyi ........................................................................ 54 2 Deney No: 1 Deney Adı: Beton Karışım Hesabı Deney Yürütücüsü: Öğr. Gör. Fuat AKPINAR Deneyin yapıldığı yer: Yapı Malzemeleri ve Tatbiki Mekanik Laboratuarı BETON KARIŞIM HESABININ TS 802’YE GÖRE YAPILMASI Teorik yöntemlerle beton karışım hesabının yapılabilir ve bu yöntemlerde deneysel faktörler göz önünde bulundurulur. Ancak uygulamada kolaylık sağlamak açısından, bu faktörleri göz önüne alarak ve deneysel verilere de dayanarak yapılan hesaplar sonucu çeşitli tablolar düzenlenmiştir. TS 802’de bu faktörler aşağıdaki şekilde göz önünde bulundurulmuştur. a) En büyük agrega tane büyüklüğünün seçilmesi Betonu oluşturacak agreganın en büyük tane boyutu, betonun kullanılacağı yapı elemanının cins ve en dar kesitin kalıp genişliğinin 1/5’inden, döşeme derinliğinin 1/3’ünden küçük seçilmelidir. Bazı eleman boyutları için kullanılabilecek en büyük tane büyüklükleri, donatı aralığının ¾’ünden büyük olmayacak şekilde bazı yapı elemanları için Çizelge 1’de verilmiştir. Çizelge 1. Çeşitli yapı elemanı büyüklükleri için uygun en büyük agrega tane çapı Yapı elemanı kesitinin en dar boyutu (cm) 6-14 Donatılı perde, kiriş ve kolonlar 16 15-29 32 En büyük agrega tane çapı (mm) Seyrek donatılı Sık donatılı veya donatısız Donatısız perdeler döşemeler döşemeler 16 32* 16 32 63 32 30-74 63 63 63 63 * Gerçekte 31,5mm olan tane büyüklüğü kısa gösterim için bu çizelgede ve metin içerisinde 32mm olarak yazılmıştır. En büyük tane büyüklüğü büyük olan karışımlar, en büyük tane büyüklüğü küçük olan karışımlara oranla daha az boşluğa sahip olduklarından, daha az çimentoya ihtiyaç gösterirler. Yüksek dayanımlı beton yapılmak istendiğinde en büyük tane büyüklüğü büyük olan agrega seçilmelidir. b) Tane dağılımının (granülometrinin) seçilmesi Betonu oluşturacak agreganın tane dağılımı en büyük tane büyüklüğüne bağlı olarak TS 706’da ve daha önce agregalar kısmında verilen ideal granülometri eğrilerinde gösterilen 3 ve 4 numaralı bölgelerde bulunacak şekilde seçilmelidir. 3 numaralı bölgeye düşecek tane dağılımları, uygun bölge olduğu için tercih edilmelidir. Bunun olanaklı olmaması durumunda 4 numaralı bölge kullanılabilir. Öte yandan beton yapımı sırasında agreganın karıştırıcıya genellikle 2 ve 3 tane sınıfına ayrılmış olarak konacağı karışım hesaplarında göz önünde bulundurulmalıdır. Bu amaçla Şekil 2’den yararlanılabilir. 3 c) Su/çimento oranının (E/c) seçilmesi Su/çimento oranı, betonun (katkılı veya katkısız) sınıfı (dayanımı) ve karşı karşıya kalacağı dış etkilerin şiddeti ile ilişkilidir. Karışım hesabında kullanılacak en büyük su/çimento oranı dış etkilere (dayanıklılığa) göre Çizelge 6’ da, beton sınıflarına bağlı olarak ise Çizelge 7’de verilmiştir. d) Kıvamın seçilmesi Beton kıvamı, randımanlı döküm ve homojen bir kitle oluşmasını sağlayacak en düşük değerde olmalıdır. Çeşitli yapı elemanları için uygun çökme değerleri Çizelge 6’da verilmiştir. Su miktarının seçilmesi: Beton yapımı için gerekli yoğurma suyu miktarı, doygun agreganın yüzeyini ıslatmak için gerekli su ile ek olarak verilecek suyun toplamıdır. Bu toplam su miktarı çimento miktarı ile büyük ölçüde ilişkili olmayıp betonun kıvamı, agreganın tane dağılımı, tane şekli, yüzey alanı, çok ince agreganın ve karışıma girecek havanın miktarıyla ilişkili olduğundan, taze ve sertleşmiş betonun işlenebilme, dayanım ve dayanıklılık özelliklerini sağlayacak en az miktar olarak seçilmelidir. Çizelge 9’da yerleştirilmiş 1m3 betonun karışım hesabında kullanılabilecek yaklaşık su miktarı değerleri verilmiştir. e) Hava miktarının (h) seçilmesi Hava miktarı Çizelge 9’daki verilere uygun olarak seçilmelidir. Karışım Hesabının Yapılması: Beton karışım hesabının yapılmasında aşağıdaki sıra izlenir. Hesap eşitliği: 1m3 sıkıştırılmış betonda bulunacak karışım elemanlarının miktarı aşağıdaki eşitlikle bulunur. c Wa + + E + h = 1000dm 3 γc γa burada; c : Karışıma girecek çimentonun miktarı (kg), γc: Çimentonun özgül ağırlığı (kg/dm3), E : Karışıma girecek suyun hacmi (dm3), wa: Karışıma girecek agreganın miktarı (kg), γa : Agreganın özgül ağırlığı (kg/dm3), h : Betondaki toplam hava miktarı (dm3). Betonu oluşturan elemanların miktarının bulunması: İlgili çizelgeden ve hesap eşitliği yardımıyla betonu oluşturan çimento, su ve agrega miktarı ayrı ayrı bulunur. Çimento miktarının ve çimentonun özgül ağırlığının bulunması: Su/çimento oranı (E/c) ve su miktarı (E) ilgili çizelgelerden uygun bir şekilde bulunduktan sonra karışıma girecek çimento miktarı (c) , c= E E/c bağıntısıyla hesaplanır. Daha sonra açıklanacak olan karışım hesaplarının deneylerle gerçekleşmesi kısmında belirtildiği gibi gerçekleşme yapıldığında, Çizelge 7.’de verilen su miktarından daha fazla su 4 gerekirse çimento miktarı, su/çimento oranı korunarak arttırılabilir. Fakat daha az su gerektiği saptanırsa çimento miktarı azaltılmalıdır. Çimento özgül ağırlığı çimento deney raporundan alınmalıdır. Hesaba başlanırken bu rapor mevcut değilse, çimentonun özgül ağırlığı olarak portland çimentosu için 3,15 kg/dm3, katkılı portland çimentosu için 3,05 kg/dm3, demir portland çimentosu için 3,04 kg/dm3, cüruf çimentosu için 3,00 kg/dm3 ve traslı çimento için 2,93 kg/dm3 alınabilir. Su miktarının bulunması: Karışıma girecek su miktarı öngörülen çökme değeri ve tane büyüklüğü dağılımı göz önünde bulundurularak Çizelge 7’den alınır. Agrega miktarının bulunması: Karışımın çimento, su ve havadan arta kalan hacmi agrega ile doldurulacaktır. Agreganın hacmi; c wa = 1000 − + E + h γ γc bağıntısıyla hesaplanır. Agreganın ağırlığının hesaplanabilmesi için karışım hazırlanırken agreganın ayrılacağı her tane sınıfı için γa’nın ayrı ayrı belirlenmiş olması gerekir. Ancak agrega tane sınıflarına ayrıldığında özgül ağırlıkları arasında hesap yönünden etkili olabilecek oranda farklılıklar yoksa aynı olabilir ve bu durumda ortaya çıkabilecek hata önemsizdir. Doygun kuru yüzey durumda bulunan bazı agrega türleri için hesaplamalarda aşağıdaki özgül ağırlıklar kullanılabilir. İnce agrega (%4) Kuvars kumu : 2,64 kg/dm3 Yoğun kalker kumu : 2,70 kg/dm3 İri agrega (>4mm) Granit : 2,62 kg/dm3 Gnays : 2,67 kg/dm3 Kalker : 2,70 kg/dm3 Porfiz, diyabaz : 2,85 kg/dm3 Diyorit : 2,90 kg/dm3 Karışım hesaplarının deneylerle gerçekleşmesi: Karışım hesaplarına temel olarak alınan ve beton özelliklerini çok etkileyen tane dağılımı, su/çimento oranı ve su miktarı için daha önce verilen çizelgelerdeki sınır değerler çok sayıda deney sonuçlarından elde edilmiş olup kesin değerler değildir. Bu nedenle karışım hesabı sonucu bulunan agrega, su, çimento, hava ve katkı maddesi miktarları kullanılarak hazırlanacak beton örnekleri deneye tabii tutularak, hesaplamaya temel oluşturan özelliklere sahip olup olmadığı kontrol edilmelidir. Öngörülen özellikler ile deneyde bulunan özellikler arasında fark çıkarsa, karışım hesabı girdileri (su, çimento, agrega, hava, katkı maddesi) uygun şekilde değiştirilerek tekrarlanmalıdır. Beton karışım hesabına ilişkin örnek problem Soru: En dar boyutu 25cm, donatısının pas payı 35mm olan, sık sık donma-çözülme etkisinde kalabilecek bir kolon için hava sürükleyici katkı maddesi kullanılmadan yapılacak C20 betonunun karışım hesabını yapınız. (Kullanılan çimento PÇ 325 olup özgül ağırlığı 3,15 kg/dm3’tür. Agrega, agrega ocağından alınan doğal karışık agregadır. Agreganın tane şekli ve su emmesi her tane sınıfı için yaklaşık aynıdır. Agrega doygun kuru yüzeyli durumda olup su emmesi % 0,5 ve özgül ağırlığı 2,80 kg/dm3’tür.) Çözüm: Bu problemin çözümü, beton karışım hesaplarının yapılmasına ilişkin olarak yukarıda açıklanan esaslara ve sıraya uyularak yapılabilir. 5 1. Adım: En büyük tane büyüklüğü : Kullanılacak uygun en büyük tane büyüklüğü Çizelge 1’den 32 mm olarak bulunur. Bu tane büyüklüğü, kolon pas payı için bırakılan 35 mm’den küçük olduğu içinde uygundur. Tane dağılımı: Ocaktan alınan agreganın tane dağılımı saptanmış ve Şekil 1’de kesik çizgi ile gösterilen 1 numaralı eğri elde edilmiş olsun. Agrega bu durumuyla en büyük tane büyüklüğü olan 32 mm’den daha büyük taneler içerdiğinden uygun olmadığı görülmüştür. Bu nedenle agreganın sahip olduğu 32 mm’den büyük taneler elenerek ayrılmış ve geriye kalan kısmın tane dağılımı eğrisi üzerine geçirildiğinde 2 numarayla gösterilen sürekli eğri elde edilmiştir. Bu eğride kısmen A32 ile C32 eğrilerinin sınırladığı bölgenin dışına düştüğünden uygun değildir. Bu nedenle karışımın önceden ayarlanması ve Şekil 1’deki 3 numaralı eğriye uygun hazır karışık agrega durumuna getirilmesi gerekir. Elek göz açıklığı (mm) Şekil 1 : Örnek problemdeki agreganın tane dağılımı Tane sınıflarının ayrımı: Yapılacak betonun sınıfı C20 olduğu için agregayı Çizelge 2’ye göre 2 veya 3 sınıfına ayırmak gerekir. Agreganın tane şekli ve su emme oranı her tane sınıfı için yaklaşık aynı olduğu daha önce belirlendiğinden, agregayı 0/4, 4/32 olarak iki tane sınıfına ayırmak yeterlidir. 2. Adım: Su/çimento oranı: Yapı (kolon) sık sık donma-çözülme etkisinde kalacağı ve hava sürükleyici katkı maddesi kullanılmayacağı için su/çimento oranı (E/c), Çizelge 4’den 0,53 olarak bulunur. Su/çimento oranının seçilmesinde, basınç dayanımını da göz önüne alarak kontrol 6 yapmak gerekir. C20 için 28 günlük karakteristik silindir basınç dayanımının (fck) 20 N/mm2 olduğu ve örneğimizde standart sapmanın bilinmediği kabul edildiğine göre, karışım hesabına temel alınacak ortalama basınç dayanımı (fcm) Çizelge 3’den 27 N/mm2 olarak bulunur. Bu dayanımı elde edebilmek için gerekli su/çimento oranı Çizelge 5’den yararlanarak interpolasyonla 0,59 olarak bulunur. Dayanıklılığa ve dayanıma göre bulunan su/çimento oranları değerlerinden küçük olanı su/çimento oranı olarak seçilmelidir. Örneğimizde dış etkiler (dayanıklılık) esasına göre bulunan su/çimento oranı (0,53), dayanım esasına göre bulunan su/çimento oranından (0,59) daha küçük olduğundan, hesap değeri olarak w/c= 0,53 seçilmelidir. 3. Adım: Çökme değeri: Çökme değeri Çizelge 6’da kolon için verilen maksimum ve minimum çökme değerlerinin yaklaşık ortalaması olan 7 cm alınabilir. 4. Adım: Yoğurma suyu miktarı: Agreganın en büyük tane büyüklüğü 32 mm olduğundan ve agreganın tane dağılımı eğrisi de B32 eğrisine oldukça yakın olduğundan, Çizelge 7’de 7cm çökme değerine karşılık gelen 160 lt, yoğurma suyu miktarı olarak bulunur. Hava miktarı: Çizelge 7’te yoğurma suyu miktarının alındığı sütundan %1 olarak bulunur. Bu, 1000 dm3 beton için 10 dm3 hava miktarı olduğunu gösterir. 5. Adım: Çimento miktarı: Çimento miktarı, yoğurma suyunun su/çimento oranına bölünmesiyle, C= E 160 = = 302kg olarak bulunur. E / C 0,53 6. Adım: Agrega miktarı: Agrega miktarının bulunabilmesi için önce karışıma giren agreganın hacmini bulmak gerekir. Agreganın hacmi; C wa = 1000 − + E + h γa γc eşitliği yardımıyla wa 302 = 1000 − + 160 + 10 = 734dm 3 γa 3,15 bulunur. Her tane sınıfı için gerekli agrega miktarı, Şekil 1’de 3 numaralı kalın çizgi ile gösterilen ayarlanmış tane dağılımına ilişkin değerler kullanılarak bulunur. Şekilde görüldüğü gibi 4 mm’den küçük tanelerin karışık agrega içindeki oranı %40, 4 mm’den büyük 32 mm’den küçük tanelerin oranı ise % 100-% 40= % 60’tır. Buna göre her tane sınıfı için gerekli agrega miktarı şu şekilde bulunur. Tane sınıfı Karışım oranı Agrega hacmi (dm3) Agrega ağırlığı (kg) 0/4 0,40 0,40*734=294 294*2,80=823 4/32 0,60 0,60*734=440 440*2,80=1232 Böylece 1m3 yerine dökülmüş ve sıkıştırılmış beton elde etmek için hesaplanan malzeme miktarı Çizelge 2’de özetlenmiştir. 7 Çizelge 2. 1m3 yerine dökülmüş ve sıkıştırılmış beton için hesaplanan malzeme miktarları Özgül ağırlığı Gerçek hacmi Malzeme adı Ağırlığı (kg) 3 (kg/dm ) (dm3) Çimento 302 3,15 96 Su 160 1,00 160 Hava 10 Agrega 0/4 823 2,80 294 4/32 1232 2,80 440 Toplam 2517 1000 Karışım hesabının deneylerle gerçekleşmesi: Tane dağılımı ayarlanmış doğal karışık agrega elenerek 0/4, 4/32 tane sınıfları Şekil 1’deki tane dağılımı eğrisine uygun olarak ve özet çizelgesinde gösterildiği gibi 823 kg ve 1232 kg olacak şekilde bir dağılım ayarlaması yapılır. Sonra karışım hesaplarına uygun olarak 3 adet beton basınç deneyi örneği hazırlanır. Örnekler hazırlanırken Çizelge 7’den 160 litre (dm3) olarak bulunan su miktarı ile 7 cm’lik bir çökme değeri elde edilemediği, 20 litre daha fazla su kullanılarak 180 litre suyun gerekli olduğu belirlenmiş olsun. Bu durumda su/çimento oranı w/c = 180/302 = 0,60 olur. Oysa bu oranın 0,53 olması gerektiğinden karışım oranlarının yeniden ayarlanması gerekir. Kullanılan 20 litre daha fazla su nedeni ile elde edilecek beton 1020 dm3 hacmi sahip olacağından, 1000 dm3 beton elde etmek için 180*1000/1020=176 litre su kullanılması gerekir. Su/çimento oranının 0,53 olarak sağlanabilmesi için gerekli çimento miktarı 176/0,53=332 kg olur. Bu duruma göre agrega hacmi şu şekilde bulunur. 332 0 / 4 ÷ 0,40 ≥ 1000 − + 176 + 10 = 0,40 * 709 = 284dm 3 3,15 332 4 / 32 ÷ 0,601000 − + 176 + 10 = 0,60 * 709 = 425dm 3 3,15 Agrega miktarı ise, 0/4 : 284*2,80 = 795 kg 4/32 : 425*2,80 = 1190 kg olarak bulunur. Böylece ayarlanmış deney karışımı Çizelge 3’deki gibi olacaktır. Çizelge 3. 1m3 yerine dökülmüş ve sıkıştırılmış beton için hesaplanan sonuç malzeme miktarı Malzeme adı Ağırlığı (kg) Hacmi (dm3) Çimento 332 105 Su 176 176 Hava - 10 0/4 795 284 4/32 1190 425 Agrega 8 Şekil 2. Maksimum tane büyüklüğüne göre karışık agrega granülometri eğrileri 9 Çizelge 4. Beton agregasının tane sınıflarına ayrılması 8 Beton Sınıfı 1 C14 C16 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 KARIŞIMDAKİ EN BÜYÜKTANE BÜYÜKLÜĞÜ (mm) 16 32 TANE SINIFI ADEDİ 2 3 0/4 4/8 - 1 2 0/4 4/16 0/2 2/4 4/8 0/2 2/8 3 - 1 2 3 0/4 4/32 4 - 63 1 2 3 0/4 4/32 32/63 4 0/4* 4/16* 16/32* 0/4* 4/16* 16/32 32/63 * * 0/2 8/16 0/2* 2/8 8/32 0/2 2/8 8/32 32/63 2/8* 8/16* 16/32 0/2* * 2/8* 8/16* 16/32 32/63 * * Tane şekil sınıfı ve/veya su emmesi çok farklı olan agregalar bu şekilde bir fazla sayıda tane sınıfına ayrılabilir. Çizelge 5. Beton Sınıflarına Göre Karışım Hesabına Esas Alınacak Hedef Basınç Dayanımları (fcm) İle Deney Numunelerinin Sahip Olması Gereken Basınç Dayanımları (fc, fcm) fck, karakteristik basınç dayanımı Beton Sınıfı silindir Küp 5 fcm, ortalama silindir basınç dayanımı (N/mm2) Standard sapma biliniyorsa Standard sapma bilinmiyorsa N/mm2 N/mm2 C14 14 16 19 C16 16 20 21 20 25 C20 27 C25 25 30 32 fcm= fck +1,48 C30 30 37 37 C35 35 45 44 C40 40 50 49 C45 45 55 54 C50 50 60 59 Not: Bu çizelge ile ilgili daha fazla bilgi için TS 500’e bakılmalıdır. Deney numunelerinin silindir basınç dayanımları (N/mm2) fc fcm tek ortalama numune en az en az fck-4 fck+ 4 10 Çizelge 6. Çeşitli yapı tipleri ve dış etkilere göre izin verilen en büyük su-çimento oranı, E/C (ağırlık esasına göre) Dış etkiler1 Pek az donma etkisinde kalan Sıcaklık farklarının çok olduğu veya sık sık donma ve çözülme ılımlı sıcaklıkta, yağmurlu veya kurak bölgelerde etlisinde kalan bölgelerde Su seviyesinde veya Su seviyesinde veya su etkisinde kalan su etkisinde kalan Yapı tipi kısımlarda kısımlarda Deniz Havada Havada Deniz suyunda Tatlı Tatlı suyunda veya veya sülfat suda sülfat etkisi suda etkisi altında2 altında2 Korkuluk, bordür, eşik, çıkıntı gibi ince veya pas payı 2,5 cm den az olan elemanlarda, betonarme kazıklarda, borularda kullanılacak betonlar, görünür betonlar 0,49 0,44 0,40 (3) 0,53 0,49 0,40 (3) İstinat duvarı, köprü kenarı ve orta ayakları, kirişler gibi orta kalınlıklı elemanlarda ve kolonlarda kullanılacak betonlar 0,53 0,49 0,44 (3) (4) 0,53 0,44 (3) - 0,44 0,44 - 0,44 0,44 0,53 0,50 0,50 (4) 0,50 0,50 (4) - - (4) - - 0,53 - - (4) - - Su altında dökülecek betonlar Zemin üzerindeki döşeme betonlarında Hava etkilerine karşı korunacak, bina içi veya zemin altındaki betonlar Uzun yıllar korunmadan donma çözünme etkisi altında kalacak veya arkası toprakla doldurulacak yapılarda kullanılacak betonlar 1 Sert hava koşullarına açık tüm betonlarda hava sürükleyici katkı maddesi kullanılması uygundur. Beton karışımının işlenebilme özelliğini arttırmak için ılımlı hava koşullarında da hava sürükleyici katkı kullanılabilir. 2 Toprak veya yer altı suyunun 0,2!den fazla sülfat konsantrasyonu bulundurması. 3 Sülfatlara dayanıklı çimento kullanıldığı durumlarda, su-çimento oranı 0,05 kadar arttırılabilir. 4 Su-çimento oranı, istenilen dayanım ve işlenebilme özelliği esaslarına göre seçilmelidir. 11 Çizelge 7. 28 günlük basınç dayanımlarına göre su/çimento oranları (E/C) 28 Günlük beton basınç dayanımları Su çimento oranı (Ağırlık esasına göre) (E/C) kgf/cm2 N/mm2 Hava katkısız beton Hava katkılı beton 450 45 0,38 - 400 40 0,43 - 350 35 0,48 0,40 300 30 0,55 0,46 250 25 0,62 0,53 200 20 0,70 0,61 150 15 0,80 0,71 Not 1) Çizelgede verilen basınç dayanımları 28 günlük basınç dayanımı 325 kgf/cm2 olan çimento kullanılarak hazırlanmış, en büyük tane büyüklüğü 32 mm, tane dağılımı uygun betonların 150x300 mm silindir dayanımlarıdır. Küp dayanımları bu değerden yaklaşık 20 kadar daha büyük olarak kabul edilebilir. 2) Aynı su-çimento oranı için elde edilecek basınç dayanımları 28 günlük basınç dayanımı 325 kgf/cm2’den büyük çimento kullanıldığında çizelgede verilen değerlerden fazla, en büyük tane büyüklüğü büyüdükçe, çizelgede verilen değerlerden az olacaktır. Çizelge 8. Çeşitli yapı elemanları için uygun çökme değerleri (cm) Yapı elemanları Betonarme yapı temelleri Çökme değerleri Maksimum Minimum 8 3 7 2 10 5 Yol kaplama betonları, köprü ayakları 5 3 Tünel taban kaplama betonları 5 2 Donatısız beton temeller, kesonlar ve alt yapı duvarları, kanak kaplama betonları Döşeme, kiriş, kolon, betonarme perdeler, tünel yan ve kemer betonları 12 Çizelge 9. Karışım suyu miktarı Tane Dağılımı Çökme Değerleri (cm) Belirtilen tane dağılımı için yoğurma suyu miktarı (litre) Hava katkısız beton A B C A B C A B C A B C 8 8 8 16 16 16 32 32 32 63 63 63 2 158 177 196 138 158 182 132 151 172 122 139 162 4 160 180 200 140 160 185 135 155 175 125 140 165 6 168 186 207 147 166 190 138 159 178 127 146 170 7 168 190 208 147 167 191 138 160 179 128 147 171 12 175 195 215 165 175 200 145 165 190 135 155 175 10 188 207 231 166 188 213 155 177 202 145 165 193 13 190 210 233 168 190 215 157 181 205 147 168 193 15 195 215 240 175 195 220 165 185 215 150 175 200 17 202 224 248 179 203 229 169 194 221 157 180 209 Önerilen hapsolmuş hava (%) 3 2 1 0,5 130 140 144 157 166 163 107 110 112 124 124 131 147 147 155 2 4 6 123 135 133 162 145 161 Hava katkılı beton 171 118 138 162 117 175 120 140 165 120 182 127 140 170 123 7 143 165 183 127 147 171 123 145 164 113 132 156 12 150 170 190 135 155 180 130 158 175 120 140 160 10 163 182 206 146 188 203 140 162 187 136 150 178 13 165 185 208 148 170 195 142 166 190 132 153 168 15 170 198 215 155 175 200 150 170 200 146 160 185 17 177 199 223 159 183 209 154 179 218 147 165 194 Önerilen hapsolmuş + sürüklenmiş hava (%) 8 6 4,5 4 İncelik 3,64 2,89 2,27 4,61 3,66 2,75 5,48 4,20 3,30 6,15 4,92 3,72 modülü (1) : Çizelgede verilen karışım suyu miktarları, doğal ufalanmış agrega içindir, kırmataş kullanıldığı taktirde aynı çökmeleri elde edebilmek için karışım suyu miktarları deneysel olarak belirlenecek oranda arttırılmalıdır. 13 Deney No: 2 Deney Adı: Taze Betonun Üretimi ve Bazı Deneyleri Deney Yürütücüsü: Doç. Dr. İbrahim TÜRKMEN Deneyin yapıldığı yer: Yapı Malzemeleri ve Tatbiki Mekanik Laboratuarı İstenilen özeliklerdeki betonun üretilmesi için, (a) Standartlara uygun kaliteye sahip yeterli miktardaki malzemenin önceden depo edilmiş olmaları, (b) beton karışımına girecek malzemelerin hassas olarak ölçülerek kullanılmaları ve (c) karılma işleminin uygun tarzda ve yeterli süre içerisinde yapılması gerekmektedir. 1. Taze Betonun Özelikleri Çimentonun, suyun, agreganın (ve gerektiğinde, katkı maddelerinin) birlikte karılması sonucunda elde edilen beton karışımı, şekil verilebilir, yumuşak bir karışımdır. Ancak, çimento ve suyun birleştiği anda başlayan hidratasyon devam ettikçe, çimento hamuru (ve beton)giderek daha katı bir durum almakta ve bir süre sonra şekil verilemez olmaktadır. Taze beton, henüz tamamen katılaşmamış, şekil verilebilir durumdaki betondur. Betonun taşınıp kalıplardaki yerine yerleştirilmesi, sıkıştırılması, yüzeyinin düzeltilmesi gibi işlemler, beton şekil verilebilir durumdayken yapılabilmektedir. Sertleşmiş durumdaki betondan istenilen büyüklükteki dayanımın, dayanıklılığın ve hacim sabitliğinin elde edilebilmesi için, taze betonun aşağıda sıralanan özelikleri göstermesi gerekmektedir: (1) Beton üretimi için bir araya getirilen malzemeler, betonun içerisinde üniform bir dağılım gösterecek tarzda, "kolayca karılabilir" olmalıdır. (2) Taze beton, üniformitesi bozulmadan, "kolayca taşınabilir" olmalıdır. (3) Kalıplardaki yerine yerleştirilecek taze beton, üniformitesi bozulmadan, kalıp içerisindeki her noktaya ulaşabilecek tarzda,"kolayca yerleştirilebilir" olmalıdır, (4)Yerine yerleştirilen taze beton, üniformitesi bozulmadan, "kolayca sıkıştınlabillr" olmalıdır. (5) Yerine yerleştirilip sıkıştırılan taze betonun içerisinde bulunan su, hidratasyonun devam edebilmesi için, mümkün olabildiği kadar betonun içerisinde kalmalı, yüzeye çıkarak kaybolmamalıdır. (Suyun beton yüzeyine çıkma eğilimi, terleme olarak adlandırılmaktadır.) Taze beton, "mümkün olabildiği kadar az terleme göstermelidir". (6) Kalıbına yerleştirilen ve sıkıştırma işlemi yapılan taze betonun "yüzeyi kolayca düzeltilebilir" olmalıdır. (7) Taze betonun "priz süresi, betonun kullanılacağı ortama uygun uzunlukta olmalıdır". (Malzemelerin karılmasıyla şekil verilebilir bir durum kazanan taze betonun, karıldığı andan katılaşmaya başladığı an’a kadar geçen süre, priz süresi olarak adlandırılmaktadır.) 1. 1. İşlenebilirlik ve Kıvam 1. 1. 1. İşlenebilirlik Taze betonun kolayca karılabilmesi, segregasyon yapmadan taşınabilmesi, yerleştirilebilmesi, sıkıştırılabilmesi ve yüzeyinin düzeltilebilmesi, betonun ne ölçüde işlenebilir olduğunu göstermektedir. O nedenle, bu özeliklerin tümü. "işlenebilirlik" adı altında tek bir özelik olarak ifade edilmektedir. İşlenebilirlik taze betonun katılaşma göstermeden önceki durumuyla ilgili bir özellik olduğundan, betonun karılma işleminden itibaren ne kadar süre içerisinde katılaşma göstereceği (yani, priz süresi), betonun kullanılacağı yapı tipi için oldukça önemli olmaktadır. Çimento ve su arasındaki kimyasal reaksiyonların yer alma hızı 14 (hidratasyon hızı), priz süresinin kısalığını veya uzunluğunu etkileyen önemli bir faktördür. İşlenebilirlik, taze betonun en önemli özeliğidir. Yeterli işlenebilirliğe sahip olmayan taze beton, sertleştiğinde, yeterli dayanımı ve dayanıklılığı gösteremez, işlenebilirlik özeliği, betonun yapısından kaynaklanan şu özelikler ile ilgilidir • Taze beton kütlesinde akma başlatacak kuvvete karşı betonun göstereceği direnç (kayma dayanımı), • Akma başladıktan sonraki hareketlilik (akıcılık), • Betonu oluşturan malzemelerin birbirine ne ölçüde bağlandıkları, böylece, segregasyona karşı göstereceği direnç (kohezyon), ve • Yerleştirilmeyi ve yüzeyinin düzeltilmesini etkileyen yapışkanlık. 1. 1. 2. Kıvam "Kıvam'', taze beton karışımının ıslaklık derecesi anlamına gelmektedir. Kıvam teriminin taze betondaki su miktarı olarak tanımlanması yanlıştır. Kıvam, betonun ne ölçüde ıslak veya kuru olduğunu tanımlamaktadır. Kıvamı çok yüksek olan bir taze beton, düşük kıvamdaki bir betona göre daha rahat karılabilmekte, daha rahat pompalanabilmekte ve çoğu kez daha rahat yerleştirilebilmektedir. Ancak, beton kıvamının çok yüksek olması, betonun işlenebilirliğinin mutlaka yeterli olduğu anlamına gelmemektedir. Zira aşırı derecede sulu bir beton karışımının kalıplara yerleştirilmesi ve sıkıştırılması işlemlerin betondaki çimento harcı ile iri agregalar kolayca segregasyon gösterebilmektedir, yani, bu tür betonlar yeterli işlenebilmeye sahip olamamaktadırlar. 1. 2. İşlenebilmeyi ve Kıvamı Ölçme Yöntemleri Taze betonun kıvamının ve işlenebilirliğinin araştırılabilmesi için kullanılan deney yöntemleri arasında gerek çeşitli ülke standartlarında yer alan ve gerekse beton teknolojisi ile ilgili olan kişiler tarafından kullanılan deney yöntemleri şunlardır: a. Çökme deneyi, b. Vebe deneyi, c. Sıkıştırma faktörü deneyi, d. Akıcılık deneyi (Sarsma Tablası Deneyi) a-Çökme Deneyi Yöntemi: Çökme deneyi yöntemi ile ilgili standartların bazıları şunlardır: TS 2871, ISO 4109, ASTM C 143 ve BS1881. Türk standardına göre, çökme deneyi için metalden yapılmış, alt ve üst uçları açık olan kesik koni şeklindeki bir huni ile huninin içerisine yerleştirilecek betonu şişlemek için ucu yuvarlatılmış bir çelik çubuk kullanılmaktadır. Çökme hunisinin tabanının çapı 20 cm, üst ucunun çapı 10 cm ve yüksekliği 30 cm'dir. Betonu şişlemek için kullanılan çelik çubuğun boyu 60 cm, çapı 1.6 cm'dir. Huninin dış yüzeyinde karşılıklı yerleştirilmiş iki adet kulp ile alt ucuna yakın kısımda huniye dış yüzeyden bağlantılı karşılıklı iki adet melal çıkıntı bulunmaktadır Bu metal çıkıntılar, huninin içerisine beton doldurulurken huninin yere tamamen yapışmasını ve böylece alttan herhangi bir sızıntı olmamasını sağlamak üzere, ayakla basmak için konulmuştur. Deney başlamadan önce huninin içi nemli bir bezle silinmekte ve huni, düz ve su emmez bir yüzey üzerine yerleştirilmektedir. Hazırlanan taze beton, mala yardımı ile huninin içerisini dolduracak beton hacminin yaklaşık üçte bir bölümleri halinde, yani üç tabaka halinde, yerleştirilmektedir Her tabaka, şişleme çubuğu ile ayrı ayrı 25'er kez şişlenmektedir. En üst tabakanın şişlenmesi işlemi bittikten sonra kalıbın üstü mala veya şişleme çubuğu ile tesviye 15 edilmektedir. Bütün bu işlemlerden hemen sonra, huni, yandaki saplarından tutularak, yavaşça, düşey olarak yukarı çekilmektedir. Kalıbından kurtulan beton, sululuk derecesine bağlı olarak, az veya çok miktarda bir çökme göstermektedir. Boş huni hemen çökme yapan beton yığının yanma konularak ve şişleme çubuğu huninin üzerine yatay olarak yerleştirilerek, çubuğun alt seviyesi ile çökme yapmış olan betonun üst yüzünün ortalama yüksekliği arasındaki mesafe, en yakın 0.5 cm ye kadar, cetvelle ölçülmektedir. Ölçülen değer, betonun çökme değeri olarak ifade edilmekledir. Şekil 1.1'de çökme hunisi ve çökme deneyi yöntemi ile betonun kıvamının ölçülmesi gösterilmektedir. Şekil 1.1. Çökme hunisi 1. 3. Segregasyon (Ayrışma) Beton karışımı içerisinde yer alan malzemelerin homojen bir tarzda dağılmış olmaları ve betonun yeterli kohezyona sahip olması istenir. Taze betonun içensinde yer alan iri agrega ile çimento harcının herhangi bir nedenle ayrışma göstermesi "Segregasyon" olarak adlandırılmaktadır. Taze betonun segregasyon yapması, beton yapısının heterojen olmasına yol açar; aynı beton karışımının bazı bölgelerinde daha iri agregalar ve çimento hamuru birikmiş olur, bazı bölgelerde ise ince agrega ve çimento hamurundan oluşan çimento harcı yer almış olur. Bu durum, aynı beton karışımının değişik bölgelerindeki dayanım dayanıklılık gibi önemli özelliklerin farklı olmasına neden olur. Betonun segregasyonuna yol açan nedenler şu şekilde sıralanabilir. 1. Malzeme oranları ve özellikleri, 2. Beton üretiminde kullanılan malzemelerin karılma işleminin yeterince yapılmamış olması, 3. Taze betonun taşınması, yerleştirilmesi ve sıkıştırılması işleminin uygun tarzda ve uygun süre ile yapılmaması. 1. 4. Terleme Taze betonun yerine yerleştirilmesinden hemen sonra, katı parçacıkların yerçekimi etkisi ile dibe doğru ve suyun yukarı doğru hareket etme eğilimi bulunmaktadır. Taze betonun üst yüzeyine kadar erişebilen bir miktar su bazen çok sığ bir su birikintisi oluşturarak buharlaşmaktadır. Bazen de doğrudan doğruya buharlaşarak kaybolmaktadır. Beton üst 16 yüzeyine erişemeyen bir miktar suda, yüzeye yakın bir bölgede toplanmış olmakta ve bu bölgenin su/çimento oranı yüksek ve dolayısı ile zayıf bir betondan oluşmuş olmasına yol açmaktadır. Taze betonun içerisindeki suyun beton yüzeyine çıkma eğilimine terleme denilmektedir. Bu olay kanama ve su alma veya kusma olarak da anılmaktadır. Terlemeyi azaltacak faktörler aşağıdaki gibi sıralanabilir. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Kullanılan çimentonun inceliğinin yüksek olması Çimento kompozisyonu, İnce öğütülmüş mineral katkılar, Karma suyu miktarının azaltılması, Beton içerisine sürüklenmiş olan hava miktarı, Betonun tabakalar halinde yerleştirilmesi ve tabaka derinliğinin mümkün olduğunca az olması. 1. 5. Birim Ağırlık Taze betonun birim ağılığının ölçülmesi ile ilgili Türk ve ASTM standartları TS 2941 ve ASTM C 138 dir. Taze betonun birim ağırlığını bulabilmek için 7.5 cm veya daha yüksek çökme değerine sahip olan taze beton hacmi bilinen bir kap içerisine yaklaşık üç eşit kademede doldurulmaktadır. Her kademedeki beton, 1.6 cm çaplı bir çelik çubuk ile 25’er kez şişlenmektedir. Şayet, betonun çökme değeri 7.5 cm’den az ise, kap içerisine doldurulan beton iki eşit kademede yerleştirilmekte ve her kademedeki beton, dahili vibratör ile sıkıştırılmaya tabi tutulmaktadır. Hacmi bilinen bir kap içerisine yerleştirilen ve sıkıştırılma işlemi yapılan betonun yüzeyi düzeltildikten sonra kap içerisinde bulunan betonun net ağırlığı bulunmaktadır. Birim ağırlık değeri aşağıdaki ilişkiye göre hesaplanmaktadır. Birim Ağırlık=Betonun ağırlığı/Kabın iç hacmi Laboratuar Çalışması Daha önceden karışım hesabı yapılmış olan beton için gerekli miktarlarda malzeme alınarak laboratuar tipi mikser içine konulacak ve en az 3 dakika karıştırılacaktır. Sertleşmiş beton deneylerinde kullanılmak üzere 4 adet silindir (15x30cm) ve 2 adet dikdörtgen prizması (7x7x14cm) beton numunesi hazırlanacaktır. Elde edilen taze beton üzerinde çökme hunisi (slump) ve birim ağırlık deneyleri yapılacaktır. Daha sonra taze beton, önceden hazırlanmış ve yağlanmış olan kalıplara yerleştirilecektir. 24 saat sonra kalıplar sökülecek ve numuneler kür edilmek üzere 20±2 0C’de kirece doygun suda kür edilecektir. Sertleşmiş beton deneylerinden 1 gün önce, numuneler havuzdan çıkarılarak kurumak üzere laboratuar şartlarında saklanacaktır. 17 Deney No: 3 Deney Adı: Sertleşmiş Beton Deneyleri (Basınç, Yarmada-Çekme ve Eğilmede Çekme Deneyleri) Deney Yürütücüsü: Yrd. Doç. Dr. Remzi ŞAHİN Deneyin yapıldığı yer: Yapı Malzemeleri ve Tatbiki Mekanik Laboratuarı Bu deney; betonun en önemli iki mekanik özelliği olan basınç ve çekme dayanımlarının belirlenmesine yönelik olan, sertleşmiş beton deneylerini içermektedir. Aşağıda bu deneylerle ilgili teorik ve deneysel bilgiler verilmiştir. A. BETONUN BASINÇ DAYANIMININ BELİRLENMESİ (STANDART DENEY YÖNTEMİ) 1. GİRİŞ Betonun basınç dayanımı, "eksenel basınç yükü etkisi altındaki betonun kırılmamak için gösterebileceği direnme kabiliyeti (eksenel basınç yükü etkisiyle, betonda oluşan maksimum gerilme)" olarak tanımlanmaktadır. Betonda araştırılan değişik dayanım türleri arasında mühendislik uygulamalarında en çok kullanılanı (ve en popüler olanı) "basınç dayanımı"dır. Bunun nedenleri; • Basınç dayanımının bulunabilmesi için uygulanan deney yöntemleri diğer dayanım türlerinin bulunabilmesi için uygulanan yöntemlerden daha basittir. • Hemen hemen tüm yapıların tasarımında, betonun basınç dayanımı değeri esas alınmaktadır. Birçok yapıda, betonun önemli miktarda çekme, eğilme, yorulma gibi değişik yüklere maruz kalmayacağı varsayılmakta ve betonun üzerine gelen en önemli yüklerin basınç yükleri oldukları kabul edilerek hesap yapılmaktadır. • Betonun basınç dayanımı ile çekme ve eğilme dayanımları arasında, yaklaşık da olsa, bir korelasyon bulunmaktadır. Bu nedenle, basınç dayanımı bilindiği takdirde, diğer türdeki dayanımların büyüklükleri hakkında da bir fikir elde edilebilmektedir • Basınç dayanımının bilinmesi, betonun diğer (dürabilite ile ilgili) özelikleri hakkında kalitatif bilgi sağlamaktadır. Örneğin, basınç dayanımının yüksek olması, betondaki su geçirimliliğin az olduğunu ve dayanıklılığın yüksek olduğunu işaret etmektedir. Beton basınç dayanımını ölçebilmek için değişik deney yöntemleri kullanılmaktadır. Bunlar arasında en çok kullanılanlar şunlardır: 1. Taze betondan hazırlanan standart boyutlu numunelerin standartlarında belirtilen süre ve koşullarda kür edildikten sonra kırılmaya tabi tutuldukları "standart deney yöntemi", 2. "hızlandırılmış küre tabi tutulan numunelere uygulanan basınç dayanımı yöntemi", 3. "karot numunelere uygulanan basınç dayanımı yöntemi", 4. "beton test çekici uygulayarak basınç dayanımının bulunduğu deney yöntemi", 5. "ultrasonik test cihazı uygulayarak basınç dayanımının bulunduğu deney yöntemi". Basınç dayanımını belirlemek için uygulanan değişik deney yöntemleri sonucunda birbirinden farklı değerler elde edilmektedir. Herhangi bir deney yöntemi özel olarak belirtilmediği takdirde, ve betonun basınç dayanımından söz edildiğinde, böyle bir değerin, bu föyde açıklanan "standart deney yöntemi" ile elde edilen değer olduğu anlaşılmaktadır. 2. STANDART DENEY YÖNTEMİ Bu yöntemin uygulanmasında beton standartlarında belirtilen boyutlara sahip standart silindir (veya küp) numuneler kullanılmaktadır. Bu numuneler beton taze iken silindir veya küp şekil kalıplara, beton standartlarının belirttiği tarzda, yerleştirilmekte ve bir gün sonra kalıplarından çıkartılmaktadır. Kalıplarından çıkartılan sertleşmiş beton numuneleri, deney tarihine kadar 18 (genellikle betonun yaşı 28. güne gelinceye kadar) beton standartlarının belirttiği kür ortamında saklandıktan sonra, deney presi olarak adlandırılan bir alet vasıtasıyla üniform basınç yükü altında kırılmaya tabi tutulmaktadır. 2.1. DENEYİN AMACI Basınç dayanımının "standart deney yöntemi" ile elde edilmesindeki amaçlar; • Yapıların tasarımında, betonun belirli bir basınç dayanımı değerine sahip olacağı varsayılmakta ve hesaplar ona göre yapılmaktadır. Yapıların tasarım hesaplarına esas oluşturan basınç dayanımı değerinin, standart yöntemin uygulanması ile elde edilen basınç dayanımı değeri olduğu kabul edilmektedir. • Yapıda kullanılmak üzere üretilecek olan betonun basınç dayanımının, tasarım hesaplarında kullanılmış olan değerden daha az olmaması gerekmektedir. Bunun için, önce, beton karışım hesapları yapılarak istenilen basınç dayanımını elde edebilmek için betonu oluşturacak malzemelerin hangi oranlarda karılmaları gerektiği araştırılmaktadır. Karışım hesaplarında hedeflenen basınç dayanımı değeri, standart deney yöntemine göre bulunacak olan beton basınç dayanımıdır. Karışım hesaplarına uygun olarak laboratuarda üretilmiş olan betonun istenilen basınç dayanımında olup olmadığının araştırılması, standart deney yöntemiyle yapılmaktadır • Yapıda kullanılacak olan beton, karışım hesaplan sonunda saptanmış olan malzeme oranlarına uygun olarak üretilmektedir. Ancak, bazen, beton santrallerinde üretilerek yapıya taşınan betonun kalitesi, elde edilmek istenen beton kalitesinden farklılıklar gösterebilmektedir. (Bu farklılıklara yol açan bazı nedenler; kullanılan malzemelerin cinsinde herhangi bir değişiklik olması, beton santralındaki karılma süresinin gereğinden daha az veya çok fazla olması, üretimden hemen sonraki beton kıvamı ile betonun teslim edildiği andaki kıvam arasındaki değişiklik veya başka bir nedenle beton karışımına su eklenmesi, beton karışımının sıcaklığı, vb). Bu nedenle, yapıda kullanılmak üzere teslim alınan betonun istenilen kalitede bir beton olup olmadığının mutlaka kontrol edilmesi gerekmektedir. Betonun kabul veya reddedilmesi için teslim alınan betonun basınç dayanımının araştırılması da standart deney yöntemine uygun olarak yapılmaktadır. • Betonun üretildiği yöntem, saklandığı kür ortamı, numunelerin farklı şekil ve boyutta olması, uygulanan deney yükünün hızındaki farklılık gibi birçok faktör, deney sonunda elde edilen basınç dayanımı değerinin farklı olabilmesine yol açmaktadır. Bu faktörlerin her birinin, elde edilen basınç dayanımı değeri üzerindeki etkisini bulabilmek için, Standart deney yöntemi kullanılmaktadır. Başka bir ifadeyle, beton üzerinde yapılan bilimsel çalışmalarda genelde bu yöntem kullanılmaktadır. 2.2. DENEYİN YAPILIŞI Betonun basınç dayanımının elde edilebilmesi için uygulanan "standart deney yöntemi" ile ilgili Türk standardı TS EN 12390-3 (Beton-Sertleşmiş Beton Deneyleri-Bölüm 3: Deney Numunelerinde Basınç Dayanımının Tayini)’dır. 2.2.1. Silindir Şekilli Numunelere Başlık Yapılması Beton numunesinin alt ve üst yüzeylerine üniform dağılımlı eksenel yük uygulanabilmesi için, deney presinin başlıklarıyla temas eden beton numunesinin alt ve üst yüzeylerinin mükemmel düzgünlükte olmaları gerekmektedir. Beton numunesinin alt ve üst yüzeylerinde çıkıntılar veya çukurlar bulunduğu takdirde, eksenel yükün üniform dağılımlı tarzda uygulanabilmesi mümkün olamamaktadır. 19 Beton silindir numunelerinin üst (gerek duyulması durumunda alt) yüzeyini pürüzsüz düzgünlükteki bir duruma getirebilmek amacıyla, deneyden önce, bu yüzeylerde, kükürt veya kükürt-grafit tozu karışımı bir malzemeden veya çimento hamurundan veya çimento-alçı karışımından oluşan ince fakat yüzeyi çok düzgün bir tabaka oluşturulmaktadır. Başlık kalınlığı ortalama 5mm olmalı ve başlıklama özel olarak yapılmış kükürt potasında yapılmalıdır. 2.2.2. İşlemin Yapılışı Deney numuneleri kür odasından çıkartıldıktan boyutları, 1 mm hassasiyetle ikişer yerden ölçülür ve bu boyutlar kullanılarak hesaplanan basınç alanı 0,1 cm2 'ye yuvarlatılır ve ortalaması alınarak cm2 cinsinden kuvvetin tesir ettiği kesit ortalama alanı bulunur (A). Gerekli görülenlere yukarıda belirtildiği şekilde başlık yapıldıktan sonra deneye başlanır. Deney presinin çelik yükleme plakaları (blokları) ve bunlarla temas edecek numune yüzeyleri iyice temizlenir. Silindir deney numunelerinin alt yüzü, küp deney numunelerinin dökme yönüne dik yüzlerinden biri alt plaka üzerine düşey olarak yerleştirilir. Deney numunesi yavaş yavaş oynatılarak deney numunesi düşey ekseninin pres küresel üst başlık plakasının merkezi ile çakışması sağlanır. Merkezleme hatası; numunenin çapının, ya da bir kenarının 0,01'inden fazla olmamalıdır. Yüklemeye, sabit bir hızla ve darbe tesiri yapmayacak tarzda, deney numunesi kırılıncaya kadar devam edilir. Yükleme hızı; 1,5 kgf/cm2/s - 3,5 kgf/cm2/s arasında olmalıdır. Numune kırılana kadar yükün uygulanmasına devam edilmeli ve deney numunesinin kırıldığı anda presin gösterdiği yük (kırılma anındaki maksimum yük) kaydedilmelidir (P). 2.2.3. Hesaplama Deney numunesinin basınç mukavemeti, aşağıdaki formülle, tam sayıya yuvarlatılarak hesaplanır: σg = P/A………………………………………………………………………………………(1) Burada; σ = Basınç dayanımı (maksimum basınç gerilmesi, kgf/cm2), (g indisi kırılma gününü gösterir) P = Numunenin kırılmasına yol açan maksimum yük miktarı (kgf) A = Numunenin yük uygulama yönüne dik kesit alanı (cm2) 'dır. 3. DENEY RAPORU Raporun hazırlanmasında en az aşağıdaki bilgilerin bulunmasına dikkat edilecektir: - Numunenin alınış tarihi ve deney zamanındaki yaşı, - Deney numuneleri bakım tarzı, - Deney numunesi kırılma kesit ortalama alanı, - Deney numunesi boyutları (numunenin tanıtılması), - Kırılma yükü, - Gerçek yükleme hızı, - Deney numunelerinin alındığı karışımın kıvamı (çimentonun cinsi ve su/çimento oranı, kullanılan katkı maddelerinin cinsi (eğer mevcut ise), vb, - Basınç mukavemetleri her numune için) ve mukavemetlerinin aritmetik ortalaması, - Numune kırılma şekli ve betonun görülen karışım durumu,. 20 - Karışım hesabı yapılırken hedeflenen dayanım sınıfının yakalanıp yakalanmadığının nedenleriyle birlikte analiz edilmesi. B. BETONUN ÇEKME DAYANIMI 1. GİRİŞ Betonun çekme dayanımı, "betonda çekme etkisi yaratacak kuvvetlerin neden olacağı şekil değiştirmelere ve kırılmaya karşı, betonun gösterebileceği direnme kabiliyeti" olarak tanımlanmaktadır. Genellikle, yapıdaki betona doğrudan çekme kuvveti uygulanmamaktadır. Ancak, beton elemanların üzerlerine gelen basınç ve/veya eğilme kuvvetleri betonun içerisinde dolaylı olarak çekme kuvvetlerinin oluşmasına neden olmaktadır. (Betonda büzülme olması durumunda yer alacak şekil değiştirmelerin agrega taneleri ve betondaki donatı tarafından engellenerek serbestçe yer almaması nedeniyle de betonun içerisinde çekme kuvvetleri oluşmaktadır). Betondaki çekme kuvvetlerinin nasıl oluştukları Şekil 1.1, 1.2 ve 1.3’de gösterilmiştir: Şekil 1.1. Basit Kirişteki Kayma Kuvveti ve Eğilme Momenti Şekil 1.2. Basit kirişin bir A elemanı üzerindeki çekme ve eğik çekme kuvvetleri Şekil 1.3. Basınç yükü nedeniyle oluşan çekme kuvveti 21 Şekil 1.1'den görülebileceği gibi, basit bir kirişin üzerindeki eğilme yükleri, kiriş kesitinde kesme kuvveti ve eğilme momenti yaratmaktadır. Eğilme momenti, kirişteki tarafsız eksenin üstünde kalan bölgede basınç gerilmesi, altında kalan bölgede ise, çekme gerilmesi meydana getirmektedir. Yani, Şekil 1.2'de gösterildiği gibi, tarafsız eksenin altındaki bölgede bulunan küçük bir A elemanının üzerinde hem çekme hem de kayma gerilmeleri bulunmaktadır, Kayma gerilmelerine diagonal olan düzleme (eğik düzleme) dik olarak "eğik çekme" kuvveti oluşmaktadır. Eğik çekme kuvveti, eğik düzlem üzerinde "eğik çatlak" olarak adlandırılan çatlakların yer almasına neden olmaktadır. Şekil 1.3'den görülebileceği gibi, betonun üzerine basınç yükü uygulanması durumunda da, betonun içerisinde dolaylı olarak çekme kuvvetleri oluşmaktadır. Betonda oluşan çekme kuvvetleri, betonun çatlamasına ve kırılmasına yol açan en önemli neden olarak kabul edilmektedirler. 1.1. Çekme Dayanımının Önemi Betondaki basınç ve çekme dayanımları birbiriyle yakından ilgilidir. Genel olarak betonun çekme dayanımı, basınç dayanımının %9 - %10'u kadar olmakla birlikte betonun kalitesine ve yaşına bağlı olarak, bu oran %7 ile %17 arasında da değişebilmektedir. Yapıların tasarım hesaplarında genellikle kullanılmakta olan dayanım türü, betonun basınç dayanımıdır. Ancak, oldukça gevrek bir malzeme olan betonun çekme kuvvetlerine karşı direnme kabiliyeti çok düşük olduğundan, çekme dayanımının değeri betonun içerisindeki çatlakların oluşmasında önemli rol oynamaktadır. Betonarme kirişlerde oluşan eğik çekme kuvvetleri çok büyük sorun yaratmaktadır. Betonda büyük çatlakların oluşması, kırılmaya neden olmaktadır. Betonun kırılmasına yol açabilecek kadar büyük çatlakların oluşmadığı durumlarda dahi, karşılaşılacak sorunlar ortadan kalkmamaktadır. Şöyle ki; çatlakların oluşması ile, betonun içerisine dışarıdan su ve bu sularla birlikte sülfat, asit, klor gibi maddelerin girebilmesi daha kolay olmaktadır; betonarme elemanlardaki demir donatı korozyon göstermektedir; betonun içerisine giren yabancı maddelerin yarattığı kimyasal olaylar betonun büyük hasar görmesine, dayanıklılığının azalmasına yol açmaktadır. Betonun çekme dayanımının bilinmesi, çatlakların ve yapıyla ilgili analizlerin yapılabilmesi bakımından büyük önem taşımaktadır. 1.2. Doğrudan Çekme Dayanımı, Yarmada Çekme Dayanımı ve Eğilmede Çekme Dayanımı Betonun çekme dayanımı, üç değişik deney yöntemiyle bulunabilmektedir : 1. Çekme yüklerinin doğrudan uygulanması ile çekme dayanımının elde edildiği yöntem (Doğrudan Çekme Dayanımı Deneyi) 2. Çekme yüklerinin dolaylı olarak uygulanması ile çekme dayanımının elde edildiği yöntem (Yarmada Çekme Dayanımı Deneyi), ve 3. Beton kirişlere eğilme yüklerinin uygulanması ile eğilme dayanımının ve böylece çekme dayanımının elde edildiği yöntem (Eğilmede Çekme Dayanımı Deneyi). Doğrudan çekme yüklerinin etkisiyle bulunabilen çekme dayanımı, betonun sahip olduğu gerçek çekme dayanımıdır. Ancak, herhangi bir düzenleme ile dahi, betona doğrudan çekme 22 yükleri uygulayabilmek hem zahmetli hem de zordur. O nedenle, betonun çekme dayanımının bulunabilmesi için doğrudan çekme deney yöntemi nadiren kullanılmakta ve standart bir deney yöntemi bulunmamaktadır. Betondaki çekme dayanımı değerinin elde edilebilmesi için genellikle aşağıda Bölüm 2 ve 3' de açıklanan ve Dolaylı Dayanım Yöntemleri olarak bilinen yöntemler kullanılmaktadır 2. YARMADA ÇEKME DAYANIMI Dolaylı çekme yükleri altında betonun çekme dayanımının elde edilebilmesini belirleyen deney yöntemi bütün ülke standartlarında yer almaktadır. Bu konudaki Türk standardı TS EN 12390-6 (Beton - Sertleşmiş Beton Deneyleri - Bölüm 6: Deney Numunelerinin Yarmada Çekme Dayanımının Tayini ). Deneyin uygulanmasında, Şekil 2,1’den görülebileceği gibi, numune, deney presinin üzerine, numune ekseni presin alt tablasına paralel olacak tarzda yatırılmaktadır. Numunenin yan yüzünün alt ve üst kısımlarına 25 mm eninde ve yaklaşık 3 mm kalınlığında kontraplak çıtalar yerleştirilmektedir. Deney presi vasıtasıyla uygulanan basınç yükü numune kırılıncaya kadar devam ettirilmekte ve kırılma yükü (P) ölçülmektedir. Böyle bir yükleme altında, silindir numunenin kırılma tarzı, numunenin ortadan yarılarak iki parçaya ayrılması şeklinde gerçekleşmektedir. Şekil 2.1. Yarma deneyi uygulama düzeni Silindir şekilli beton numuneye Şekil 2.2'de görüldüğü tarzda basınç yükünün uygulanması durumunda, beton, yük ekseninde kısalmaya ve yük eksenine dik olan yatay eksende ise uzamaya maruz kalmaktadır. Betonun içerisinde küçük bir eleman incelenecek olursa, bu elemanın üzerinde basınç gerilmeleri ve basınç gerilmeleri nedeniyle ortaya çıkmış olan çekme gerilmeleri bulunmaktadır. Şekil 2.2. Yarma Deneyi 23 Şekil 2.2'deki elemanın üzerinde oluşan basınç gerilmesi ve çekme gerilmesi aşağıda belirtilen değerlere eşittir: ………………………………….………………….(2) Yukarıdaki formülde, P = Kırılmaya neden olan basınç yükü (kgf), L = Silindir numunenin boyu (cm), D = Silindir Numunenin çapı (cm)’dir. Betonun içerisinde oluşan basınç gerilmesinin değeri çekme gerilmesininkinden daha yüksektir. Beton kesitinin ortasında, yani D/2 noktasında, betonda oluşan basınç gerilmesi, çekme gerilmesinden 3 kat daha fazladır. Ancak, betonun çekme yük lerine karşı gösterebileceği direnç yüksek olmadığından, betondaki kırılma, çekme yükleri nedeniyle yer almış olmaktadır. Basınç yükü uygulanarak, beton numunelerin dolaylı çekme etkisi altındaki dayanımlarının ölçüldüğü bu yöntem, ilk olarak 1953 yılında, Brezilyalı Carnerio ve Barcellas tarafından önerilmiştir. Bu nedenle "Brezilya yöntemi" olarak da anılmaktadır. Dolaylı çekme dayanımı yönteminin uygulanması sonucunda beton numune yarılarak iki parçaya ayrıldığı için, bu yöntem, genellikle "yarma deneyi yöntemi" olarak anılmaktadır. 2.1. Deneyin Yapılışı Deney numunesi paralel iki düzlem içine konarak eksene göre simetrik iki doğrultmanı çizilir. Bu doğrultmanlar üzerinde uçlara yakın iki yerden ve bir de ortadan olmak üzere 0,1 mm duyarlıkta üç çap ölçümü yapılır. Sonra tam üç çap ölçümünün arit met ik ortalaması alınarak ortalama çap bulunur (D). Deney numunesi uzunluğu ise 0,1 mm duyarlıkla aritmetik ortalaması alınarak bulunur (L). Deney silindiri pres tablasına yerleştirilirken, çizilmiş bulunan silindir çap çizginin tam düşey olmasına dikkat edilir. Deney silindiri alt ve üst yan yüzüne kontrplak bandlar konarak deneye başlanır. Deney yükü deney presinin yükleme hızı devamlı ve darbesiz olarak saniyede 1,5-3,5 kg/cm2 olacak tarza deney silindiri kırılıncaya kadar artırılır ve kırılma anında deney presi ekranında görülen en büyük değer (P) kaydedilir. 2.2. Hesaplama Deney numunesinin silindir yarma metoduna göre silindir yarma çekme dayanımı (σyç ) değeri yukarıda verilen 2 no.’lu formülle hesaplanır. 2.3. Deney Raporu Deney sonuçlarının belirtileceği raporlarda en az aşağıdaki bilgiler bulunmalıdır • Deney numunelerinin tanıtılması ve boyutları, • Deney numunesi yaşı, • Deney numunesinin kırılma yükü, • Deney numunesinin kırılma şekilleri, • Deney numunesinin kırık yüzeylerinin görünüşü, 24 • • • • Deney numunelerinin yarmada çekme dayanımı ve bunların aritmetik ortalaması, Deney numunelerinin ait olduğu taze betonun kıvam değeri, Deney numunelerinin bakım koşulları, Deney sonuçlarının yorumlanması 3. EĞİLME DAYANIMI (EĞİLMEDE ÇEKME DAYANIMI) Betonun eğilme dayanımının bulunabilmesi ite ilgili Türk standardı TS EN 12390-5 (Beton Sertleşmiş Beton Deneyleri - Bölüm 5: Deney Numunelerinin Eğilme Dayanımının Tayini)’dir. Betonun eğilme dayanımının bulunabilmesi için beton kiriş numuneler hazırlanmakta ve Şekil 3.1’de görüldüğü gibi beton kirişin oturtulduğu mesnetlerin arasındaki mesafenin orta noktasından (L/2 mesafesinden) yüklenme yapılarak deney gerçekleştirilmektedir. Gerçekte, betonların eğilme dayanımının araştırılmasında genellikle kullanılan yükleme yöntemi, yükün mesnetlerden L/3 uzaklıktaki iki noktadan uygulandığı Şekil 3.2’de verilen yöntemdir. Ancak numune boyutlarının kısa olmasından dolayı bu föyde sadece orta noktasından yüklenen basit kiriş yöntemi anlatılacaktır. Şekil 3.1. Kirişin orta noktasından yüklenmesi durumunda eğilme deneyi yöntemi Şekil 3.2. Mesnetlerden L/3 uzaklıktaki yükleme durumunda eğilme deneyi yöntemi 25 Beton kiriş numunelerde kırılmaya neden olan yük deney presinin göstergesinde okunduktan sonra, eğilme dayanımının hesaplanabilmesi için aşağıdaki formül kullanılmaktadır: ……………………………………………………………………………………………….(3) Burada; σe : Eğilme dayanımı (kgf/cm2) M : Maksimum moment, c : Tarafsız eksen ile kiriş yüksekliğinin en uç noktası arasındaki uzaklık, (yani d/2), d : Kiriş kesitinin yüksekliği (cm), b : Kiriş kesitinin eni (cm), I : Atalet momenti (dikdörtgen kesitler için I = bd3/12; kare kesitler için I = d4/12) Orta noktadan yüklenen dikdörtgen kesitli beton kiriş numunelerde oluşan kesme kuvvetleri ve momentler Şekil 3.3’de verilmiştir. (kesme kuvvet diyagramı) (moment diyagramı) Şekil 3.3. Orta noktasında yüklenen kirişteki kesme ve Moment diyagramı Bu moment değerleri 3 no.’lu formülde yerine konulacak olursa orta noktasından yüklenen basit kirişte eğilme dayanımı için aşağıdaki formül elde edilir: …………………………………………………………………….……(4) 3.1. Deneyin Yapılması Yükleme tablasındaki mesnet silindirleri, deney uygulanacak numunenin boyuna uygun gelen yataklara oturtulur. Daha sonra beton deney numunesi yükleme tablası üzerindeki mesnetlere mesnetlerden en az 2.5 cm taşacak şekilde uygun olarak yerleştirilir. Numunenin kalıp içinde 26 iken üste gelen yüzünün, deney sırasında uygulanacak yüklemenin yönüne paralel olarak konmuş olmasına dikkat edilmelidir. Numunenin yatay olması sağlanmalı, yükleme yönü numunenin yükleme uygulanan yüzeyine dik olmalıdır. Yükleme, kırılma yaratacak yük değerinin yarısına kadar hızlı olarak yapılabilir. Bundan sonra yüklemeye çekme gerilmelerinde meydana gelecek artımlar dakikada 10 kgf/cm2 (100 N/cm2) den fazla olmayacak şekilde ve numune kırılıncaya kadar devam edilmelidir. Darbeli yüklemeye izin verilmemelidir. 3.2. Ölçme Deney numunesi kırıldıktan sonra, kırılma kesitinin genişliği ve yüksekliği kenarlarda ve ortada 1 mm duyarlıkla yapılan üç ölçünün aritmetik ortalaması alınarak bulunur. 3.3. Hesaplama Orta noktasından yüklenmiş basit kiriş metodu ile yapılan eğilmede çekme dayanımı tayini deneyi sonucu eğilmede çekme dayanımı yukarıdaki 4 no.’lu formül ile hesaplanır. 3.4. Deney Raporu Deney raporunda en az aşağıdaki bilgiler bulunmalıdır. • Deney numunesinin yaşı, • Numunenin tanıtılması ve boyutları, • Deney numunesinin kırılma yükü, • Deney numunesinin kırılma şekli, • Deney numunesinin bakım koşulları, • Deney numunesinde kırık yüzeylerin görünüşü, • 0.5 kgf/cm2 ye yuvarlatılmış eğilmede çekme dayanımı değerleri ve aritmetik ortalamaları, • Eğilmede çekme dayanımı ile yarmada çekme dayanımının karşılaştırılması NOTLAR: 1. RAPORLAR BİLGİSAYARDA YAZILACAK 2. SONUÇLAR YA DA NUMUNELERLE İLGİLİ BİLGİLER ÇİZELGELER HALİNDE VERİLECEK 3. RAPOR TESLİM SÜRESİ DENEY YAPILDIKTAN SONRA BİR HAFTADIR. 4. SONUÇLAR ÖZGÜN OLARAK YORUMLANACAKTIR 27 Deney No: 4 Deney Adı: Kablo Deneyi Deney Yürütücüsü: Yrd.Doç. Dr. Habib UYSAL Deneyin yapıldığı yer: Yapı Malzemeleri ve Tatbiki Mekanik Laboratuarı AMAÇ: Yayılı yük etkisi altındaki kabloda, kablo uç kuvvetlerinin deneysel olarak ölçülmesi ve analitik çözümlerle karşılaştırılması. ARAÇLAR: Bisiklet zinciri, 100 g.lık ağırlıklar, iki yay, iki rulman mesnet, düzeneği bağlamak için 110 cm* 100 cm boyutlarında ahşap pano, bir miktar misina, milimetrik kâğıt, cetvel. a b B h A f TB TA Şekil 1. Deney düzeneği. TEORİ: Asma köprüler, iletim hatları, teleferik sistemleri gibi mühendislik yapıları kablo sistemlerle karşılaşırız. Kablo en etkin taşıyıcı sistemdir, zira eğilme rijitliği olmayan kabloda yalnızca çekme kuvvetleri meydana gelir ve burkulma problemi söz konusu olmadığından malzeme tam kapasitesinde çalıştırılabilir. Çekme kuvveti her noktada kablo eğrisine teğettir. Kablolar tekil veya yayılı yüklenmiş olabilir. Bu deneyde düzgün (üniform) yayılı yüklenmiş bir kablo incelenecektir. Yayılı yüklenmiş kablolar iki grupta incelenir: a) Yatayda düzgün yayılı yüklenmiş kablolar (Şekil 2) b) Kablo boyunca düzgün yayılı yüklenmiş kablolar (Şekil 3) 28 L q B y TB A C x TA Şekil 2. Parabolik kablo. Yatayda düzgün yayılı yük q. L y B f2 A f1 C TA yC TB x Şekil 3. Kendi ağırlığı ile yüklenmiş kablo. Kablo boyunca düzgün yayılı yük w. 29 Kabloların statiği için ihtiyaç duyacağınız formüller aşağıda verilmektedir. Daha fazla bilgi için kaynaklara başvurabilirsiniz. Parabolik Kablo: ( )= = + = = = = 2 + 2 = . 2. + + +( . ) ℎ 2. + ℎ . . 2 2. s=sCA+sCB (toplam kablo boyu) Zincir Eğrisi: (w → birim boyun ağırlığı, L → mesnetler arası açıklık) + = + = + = ℎ ℎ ( )= ℎ .............. (*) ............. (**) .............................. (***) (*), (**), (***) → ortak çözümü yC verir. = . = − 30 YÖNTEM: Zincirin boyunu ve ağırlığını ölçüp kaydediniz. Zincirin birim boy ağırlığı ne kadardır? Amacımız, kablo mesneltlere asıldığında uçlarında oluşan çekme kuvvetlerini ölçmektir. Oto parçacılarından temin edilen gaz yayının uzaması ile bu kuvvetleri ölçebilirsiniz. Yayın uzamasından kuvveti hesaplamak için ne bilmeliyiz? Bir yay için elde edilen kuvvet-deformasyon grafiğine kalibrasyon eğrisi denir. Yayların için kalibrasyon eğrisi çizmek üzere veri oluşturunuz. Her iki yay için ayrı kalibrasyon grafiğine ihtiyaç var mıdır? Rulman mesnetleri ahşap panoda bulunan kanallara sabitleyiniz; mesnetler farklı düzeylerde bulunsun. Zinciri mesnetlerden geçirerek uçlarını pano üzerinde bulunan vidalara iliştirdiğiniz yaylara bağlayınız. Bunun için misina kullanabilirsiniz. Balıkçı ağları için hazırlanmış 100 g’lık kurşun ağırlıklar bir av malzemeleri mağazasından temin edilmiştir. Üretim hatalarını düşünerek kurşun ağırlıkları, kancaları (olta kancası) ile birlikte, teker teker tartınız. Kablo mesnetlerden asılı iken ağırlıkları zincire takınız. Ağırlıklar takıldıkça zincirin sarkması artacaktır. Tüm ağırlılkları taktıktan sonra son ağırlıkla rulman mesnet arasında kalan serbest kısmı zincirin düzgün yayılı yüklendiği kabulüne uygun olacak şekilde ayarlayınız. Şu ölçmeleri yapınız: 1) Kablonun açıklığı (A-B mesnetleri arası), L=? 2) Kablonun A mesnetinden ölçülen en büyük sakması, f=? 3) A ve B mesnetleri arasındaki düşey uzaklık, h=? 4) A ve B mesnetlerine bağlı yayların uzamaları, δA=?, δB=? 5) Zincirin A ve B mesnetlerinden sarkan kısımlarının uzunlukları, L1=? ve L2=? Bu veriler kablo uçlarında meydana gelen TA ve TB kuvvetlerini deneysel ve teorik olarak hesaplamak için yeterlidir. Sizce kablonun şekli parabolik midir? Yükleme yatayda düzgün yayılı mı, yoksa kablo boyunca düzgün yayılı bir yükleme midir? HESAPLAMALAR: Mesnetler arasındaki kablo boyunu s, kablo uçlarındaki çekme kuvvetleri TA ve TB yi, a ve b uzunluklarını (en sarkık nokta “C”nin mesnetlere uzaklıkları) deneysel ve teorik yolla hesaplayınız. Hesaplarınızı parabolik kablo ve zincir eğrisi kabullerinin her ikisi için de yapınız. İRDELEME: Teorik hesaplamalar ile deneysel ölçümler birbiri ile ne kadar uyumludur? Uyumsuzluk hangi kabullerden ve ölçme hatalarından kaynaklanıyor olabilir? Zincirin mesnetlerden dışarı sarkan kısımlarının ağırlıklarını hesaplamalarda göz önüne aldınız mı? Kurşun yüklerin ağırlıklarındaki farklılıklar sonucu ne kadar etkileyebilir? Başka neler söyleyebilirsiniz? KAYNAKLAR: 1) Beer-Johnston, Mühendisler için Vektör Mekaniği: Statik, 7. Baskı, Çev. Ömer Gündoğdu, Güven Kitabevi, İzmir, 2007. 2) Omurtag, Mehmet, Statik-Mukavemet, Nobel Yayın, İstanbul, 2007. 31 Deney No: 5 Deney Adı: Su Etkisine Karşı Dayanıklılık (Soyulma) Deneyi Deney Yürütücüsü: Doç. Dr. Sinan HINISLIOĞLU Deneyin yapıldığı yer: Ulaştırma Laboratuarı Deneyin Amacı: Bir asfalt kaplamasının ömrü geniş ölçüde agreganın suyun etkisine karşı yapışma kabiliyetine bağlıdır. Bu deneyde, suyun ve trafiğin bir arada etkimesiyle bağlayıcı maddenin agrega üzerinden ayrılma kapasitesi belirlenecektir. Deneyin Yapılışı: Deneye kırılmış agrega numunesi'nin 9,5-4,75mm ya da 4,75-3,35mm'lik elekler arasında kalan kısımda yaklaşık 200gr.alarak, iyice yıkayıp saf suyla birkaç kez çalkaladıktan sonra 110 °C'lik etüve konularak başlanır. Yıkanmış kurumuş agregadan 30 ±0,5gr. alınarak 1 saat 110 °C 'lük etüvde bekletilir. Öte yandan l,5±0,l gram bitümlü malzeme 250 cm3 beher içine 110 °C 'lik kum banyosuna yerleştirilerek ısıtılır. Bitümlü malzeme eritici etüvde ısıtılmış agrega behere dökülür ve bir cam bagetle bitüm agrega tanelerinin üzeri üniforma bir bitüm filmiyle kaplanıncaya kadar iyice karıştırılır. Bundan sonra bitümlü agrega beher içinde kür işlemini uygulamak için 24 saat 60 °C'lik etüvde tutulur. Bu surenin sonunda beher etüvden çıkarılıp, kum banyosunda hafifçe ısıtıldıktan sonra 10cm çapında petri kabına aktarılır. Kaplanmış agregaların üzeri bagetle çok hafif darbelerle düzeltilir. 10 dakika laboratuar sıcaklığında bekletilir; sonra petri kabı suyla doldurulur ve üzeri bir camla kapatılarak yeniden 24 saat bekletilmek için 60 °C 'lik etüve konur. Bu sürenin sonunda petri kabı dışarıya alınarak suyu değiştirilir. Yandan gelen bir ışık altında karışımın özellikle üst yüzeyi gözle incelenir. Teorik Bilgiler: Soyulma; Suyun ve trafiğin bir arada etkimesiyle bağlayıcı maddenin agrega üzerinden ayrılması demektir. Soyulma genelde satıh tipindeki kaplamalarda yüksek oranda gözükmektedir. Suyun ve rutubetin kaplama içerisine nüfuz etmesi, kaplamamanın hızlı bir şekilde bozulmasına neden olmaktadır. Kullanılan bitümün soyulmaya karşı dirençli olması gerekir. Bu direncin arttırılması içinde asfalt betonunun içerisine farklı kimyasal maddeler katılarak yağmur ve kar yağışıyla oluşan rutubetin kaplama tarafından emilmesini engelleyerek kaplamanın donma ve çözülme dönüşümüne girmesine izin vermemesi sağlanılır. Soyulmaya Etki Eden Etkenler: 1. Asfalt kaplamasının aşırı derecede suyla teması.(doğu bölgelerinde kar suyunun soyulmaya büyük bir etkisi olmaktadır.) 2. Taşıt yükünün etkisi. 3. Yolun proje hızı.(firen yapma hızından kaynaklanan soyulmalar) 4. Bitüm ve agreganın fiziksel ve kimyasal özellikleri Soyulma Sonucu Oluşan Olumsuz Şartlar: • Asfalt kaplamasının stabilitesi azalır. • Konforluk ve güvenlik derecesi düşer. • Asfalt kaplamasından kopan parçalardan dolayı kaplamanın havayla teması artarak erken yaşlanmasına sebep olur. • Asfalt kaplamasının ömrü azalır. Bahsedilen olumsuzlukların oluşmaması için asfalt kaplamasının içerisinde bulunan bitümün olumsuz koşullara rağmen soyulmalara dirençli olması gerekir. 32 Agrega İle Bitüm Arasındaki Bağın Çözünme Şekilleri: Bitümlü karışımlarda bitümün çözünme mekanizmasını saptamak amacıyla çok sayıda araştırma yapılmıştır. Bitümlü karışımlarda adezif ve kohezif olmak üzere iki tür çözünme söz konusudur. Agrega temiz ve kuru, karışım sızdırmaz özellikte ise çözünme kohezif olacaktır. Ancak, su varlığı altında,, bozunma türü hemen hemen her durumda, bitümün agrega üzerinden soyunması sonucu adezyon kaybı şeklinde gerçekleşecektir. Çeşitli çözünme mekanizmaları aşağıda verilmiştir. 1. Yerdeğiştirme: Yer değiştirme teorisi, üç fazlı bitüm / agrega / su sisteminin termodinamik dengesi göz önüne alınarak oluşturulur. Bir bitüm / agrega ara yüzeyine girmesi durumunda ortaya çıkan yüzey enerjileri ele alındığında, bitümün agrega yüzeyi boyunca geri çekildiği görülmektedir. 2. Ayrılma: Bitüm ve agrega, bitüm tabakası üzerinde açık bir kırılma yada süreksizlik görülmemesine karşın, ince bir su tabakası veya toz ile birbirlerinden uzaklaştırıldığında ayrılma ortaya çıkmaktadır. Bitüm tabakası agregayı tamamen kuşatmasına karşın ortada yapışkan bir bağ olmadığından bitüm agrega yüzeyinden kolayca soyulabilmektedir. Bu işlem tersine de olabilir, yani su ortamdan çıktığında bitüm agregaya agrega yüzeyinin negatif yüzey yükü taşımasına sebep olur. Bu durumda, iki negatif yükün etkileşimi sonucunda itme kuvveti ortaya çıkar. Agrega yüzeyine daha fazla su geldikçe bitüm tabakasının agregadan çözülmesi de hızlanır. Sonuç: Deney sonunda soyulmamış sathın bütün satha oranı, soyulmaya karşı dayanıklılık olarak verilir. Asfalt kaplamasının içerisine konulan asfalt çimentosunun (bitüm) soyulma konusunda belirli standartlara uygun olması gerekir. 33 Deney No: 6 Deney Adı: Viskozite Deneyi Deney Yürütücüsü: Yrd. Doç. Dr. Osman Ünsal BAYRAK Deneyin yapıldığı yer: Ulaştırma Laboratuarı VİSKOZİTE Viskozite deneyinin amacı, asfaltların uygulama sırasında ısıtıldıkları sıcaklık sınırları içerisindeki akma özelliklerini tayin etmektir. Viskozite, kıvamlılığı ifade için kullanılan bir genel terimdir. Esas itibariyle akmaya karşı olan direncin bir ölçüsüdür. Şu halde kıvamlılık arttıkça yani asfalt yarı - katı hale yaklaştıkça viskozite değeri de yükselecektir. Asfaltın viskozitesi sıcaklığa bağlı olarak değişir. Sıcaklık yükseldikçe viskozite değeri küçülür, sıcaklık düştükçe viskozite değeri artar. Viskoziteyi ölçmek için çeşitli deney yöntemleri ortaya konmuştur. Sıvı petrol asfaltları için genel olarak iki yöntem uygulanır: 1 — Kinematik viskozite deneyi 2 — Saybolt viskozite deneyi Metrik sistemde viskozite (mutlak viskozite) birimi gr/cm.sn dir. Poise olarak adlandırılır ve p harfi ile gösterilir. Genellikle viskozite birimi olarak santipoise (cp) = 1/100 poise kullanılır. Mutlak viskozitesi p, yoğunluğu d olan bir akışkanın kinematik viskozitesi µ = p/d dir. Stoke olarak adlandırılır ve St simgesi ile gösterilir. Genellikle kinematik viskozite birimi, olarak santistok (sSt) = 1/100 stoke kullanılır. Saybolt viskozite ise, akışkanın saybolt viskozimetresinden akması için geçen akma zamanıdır ve birimi saniyedir. Bunları anlatmaktaki amacımız, gerçek viskozitenin mutlak viskozite olduğu, bunun da kinematik viskozite deneyi ile tespit edilebileceği hususudur. Bugüne kadar bizde ve birçok ülkede bağlayıcıların akışkanlığa karşı direnç derecesini göstermek için Saybolt viskozitesi kullanılırdı. Artık bütün dünya özel bir viskozite deneyi olan Saybolt deneyinden vaz geçmektedir. Fakat ülkemizde Türk Standartlarınca hem Saybolt, hem de Kinematik viskozite deneyi esas olarak alınmaktadır. Çeşitli deney yöntemlerine göre bulunan viskozite değerlerinin birbirine dönüşümü Çizelge - 12 de verilmektedir. Sıvı petrol asfaltlarının, Saybolt-Furol Viskozitesi esas alınarak yapılan sınıflandırılmasında kıvamlılık, sınıfı belli eden RC, MC, SC simgelerinden sonra konulan 0, 1, 2, 3, 4, 5 sayıları ile gösterilirdi. Yeni sistemde sıvı petrol asfaltları için kinematik viskozitenin alt sınırı esas alınarak bir sınıflandırma yapılmıştır. Çizelge - 13 de yeni ve eski sınıflandırmalar, 60°C daki viskozitelerine göre karşılaştırmalı olarak verilmektedir. 34 35 36 SAYBOLT VİSKOZİTE DENEYİ Saybolt viskozitesi sıvı asfaltların viskozitelerini ölçmeye yarayan özel bir deney olup, 60 cm3 sıvı asfaltın, belirli çaptaki bir delikten belirli bir sıcaklıktaki akma süresinin saniye cinsinden değeridir. Viskozite sıcaklıkla değiştiğinden her sınıf sıvı asfalt için, en uygun akma süresini verecek sıcaklık seçilmiş ve tespit edilmiştir. Viskozimetrede standart tüp olarak Universal delikli tüp kullanılırsa Saybolt Universal Viskozite, Furol delikli tüp kullanılırsa Saybolt Furol Viskozite adını alır. (Şekil 22) Deneyin Yapılışı : Saybolt Universal viskozimetresi ancak akma süresi 32 saniyeden fazla olan yağlar ve damıtma ürünleri için kullanılır. Saybolt Furol viskozitesi ise akma süresi 1000 Saybolt Universal saniyeden fazla olan akışkanlara uygulanır. Saybolt Universal viskozitesi ile ölçülecek viskoziteler için bir üst sınır bulunmamakla beraber, akma zamanı 1000 saniye Saybolt Universal veya daha yukarı olan sıvıların viskozitelerini Saybolt Furol Viskozimetresi ile tayin etmek daha doğru olur. Çünkü 1 furol viskozitesi Universal viskozitenin onda birine eşittir. Bir numunenin Furol ve Universal viskozitelerinin birbirine dönüşümü aşağıdaki şekilde yapılabilir. Universal Viskozitesi Furol Viskozitesi = -----------------------------10 37 Universal Viskozitesi = 10 x Furol Viskozitesi Yani deneyi yapılan numunenin furol viskozitesi 125 saniye ise üniversal viskozitesi 1250 saniyedir. Viskozimetrenin yağ banyosunda bu amaçla standart bir yağ kullanılmalıdır. Viskozite tayinleri hava akımları ve ani sıcaklık değişmeleri olmayan bir odada yapılmalıdır. Önce numunenin içine konulacağı viskozimetre tüpü bir çözücü ile temizlenir. Viskozitesi tayin edilecek numune viskozimetre tüpüne konmadan önce 160 mikrometre elekten süzülür. Tüpün alt deliğine hava ve sıvının sızmasına engel olacak şekilde ve kolayca girip çıkabilen mantar tapa takılır. Mantarın hava kaçırmadığı çekip çıkarıldığında üzerinde hiç bir yağ izinin bulunmamasıyla anlaşılır. Süzülmüş numune, tüpün galeri düzeyini biraz geçecek şekilde tüpe doldurulur. Tüp içindeki numune, bir cam baget ile sürekli karıştırılır ve sıcaklık kontrol edilir. Banyo sıcaklığında gerekli ayarlamalar yapılarak numune istenen deney sıcaklığına getirilir. Bagetle bir dakika karıştırıldığı halde numunenin sıcaklığı değişmiyorsa termometre ve baget tüpten çıkarılır. Bir pipetle galerideki fazla madde alınır. Yalnız galerideki fazla madde pipetle çekilirken pipetin ucu galerinin bir tek noktasına daldırılmalıdır, galeride gezdirilmemelidir. Eğer pipetin ucu taşma kenarına değerse deneye yeniden başlamak gerekir. Toplama kabı, deney tüpünün altına ve ilk damla kabın kenarına değecek şekilde veya özel yerine konur. Tüpün altındaki mantar çekilir ilk damla toplama balonunun kenarına değdiği anda kronometre çalıştırılır ve kap işaretli yere kadar numune ile dolunca, kronometre durdurulur. Aradan geçen zaman, saniye cinsinden Saybolt viskozitesini verir. 38 Deney No: 7 Deney Adı: Yersel Yük Kayıpları Deney Yürütücüsü: Doç. Dr. Reşat ACAR Deneyin yapıldığı yer: Hidrolik Laboratuarı 1. GİRİŞ Boru sistemleri dirsek, vana gibi elemanlara sahip olabilmektedir. Akış doğrultusundaki daralmalar ve genişlemeler boru cidarındaki sürtünmeye ek bir dirence neden olurlar. Bu elemanlardan dolayı oluşan kayıplar boru sisteminde mevcut kayıplara önemli bir artış getirirler. 2. DENEY SİSTEMİNİN TANITIMI Şekil 1’de gösterilen deney sisteminde,boru boyunca aşağıdaki elemanlar bulunmaktadır. 90° ’lik keskin dirsek 90° ’lik küçük yarıçaplı dirsek 90° ’lik büyük yarıçaplı dirsek Boru çapında ani genişleme Boru çapında ani daralma Şekil 1. Deney sisteminin şematik olarak gösterimi Her elemanın memba ve mansabında piyezometre bağlantıları yerleştirilmiştir Bir pompa ile enerji verilen sistemdeki elemanlar manometreye bağlanmıştır. 3. BİR BORU SİSTEMİNDEKİ TOPLAM YÜK KAYBININ ÖLÇÜLMESİ Şekil 2'de dirsek veya vana gibi elemanlara sahip Du çapında bir boru boyunca Vu hızında akan akışkan görülmektedir, ancak burada kolay anlaşılması açısından akışın bir kesiti gösterilmiştir. 39 Şekil 2. Bir boru sisteminde meydana gelen kayıplar Kesitte, mansapta Vd hızına sahip Dd çaplı diğer bir boru boyunca su akmaktadır. Şekil, boru cidarına yerleştirilmiş olan basınç tüpleri yardımıyla boru boyunca akış olması durumunda basınç yükünün değişimlerini göstermektedir. Su, herhangi bir elemandan geçerken (vana,dirsek,daralma,vb.) suyun hızındaki ve yönündeki ani değişimler nedeniyle elemana yakın yersel rahatsızlıklar oluşur. Mansap bölgesinde bu rahatsızlıklar azalmaya başlar ve bununla birlikte piyezometre yükü hafif lineer bir eğime sahip olur. Lineer sürtünme gradyanının memba ve mansap hatları, eleman boyunca çizildiğinde bu elemandan ileri gelen piyezometrik yük kaybı ( ∆h ) bulunur. Buna karşılık gelen toplam yük kaybım ( ∆H ) elde etmek için boru boyunca memba ve mansap hız yüklerini de bulmak gerekir. Vu2 pu V2 p + + Z u = d + d + Z d + ∆H 2g γ 2g γ ; Z u =Z d Vu2 Vd2 p d pu − = − + ∆H 2g 2g γ γ ; Pu f Pd Vu2 Vd2 − = − ∆h + ∆H 2g 2g ; ∆h = Piyezometre kotları arasındaki fark ∆H = ∆h + Vu2 Vd2 − 2 g 2g (1) ∆H borunun memba veya mansap hız yüküne bölünerek boyutsuz kayıp katsayısı (K) ile ifade edilebilir. K= ∆H Vu2 2 g K= ∆H Vd2 2 g (2) Du=Dd durumunda memba ve mansaptaki akış hızları aynıdır. Böylece tanım şu şekilde basitleştirilebilir. K= ∆H V 2 2g K= ∆H V 2 2g Burada V, boru boyunca memba ve mansaptaki akış hızını göstermektedir. (3) 40 4. DİRSEKLERDE VE ÇAP DEĞİŞİMLERİNDE AKIM ALANI Şekil 3. Dirsekte, ani genişlemede ve ani daralmada akış Ani genişlemede akış dar borunun çıkışında ayrılır, bir jet oluşturarak büyük çaplı borunun içinde yayılır ve mansapta belli bir mesafe sonra cidarla yeniden birleşir. Akışın ayrılması ve yeniden birleşmesi ile oluşan şiddetli türbülans yük kaybına neden olur Genişlemedeki toplam yük kaybı aşağıdaki gibi gösterilir. ∆H = (Vu − Vd ) 2 / 2 g (4) Piyezometrik yükteki artış şu şekildedir. ∆H = 2Vd (Vu − Vd ) / 2 g (5) Kayıp katsayısı K bu dununda memba tarafındaki hıza bağlıdır. K= (Vu −Vd ) 2 / 2 g Vu2 / 2 g = (1 − (Vd / Vu )) 2 = (1 − ( Au / Ad )) 2 (6) Ani daralmada ise akışın daralan kesiti küçük çaplı boruya yönelirken, cidardan ayrık ve daralma bölgesinde daha küçük alana sahip bir jet oluşur. Jetin, mansap tarafındaki borunun cidarında dağılıp yeniden cidarla birleştiği bir türbülanslı bölge vardır. Kayıplar hemen hemen tümüyle bu türbülanslı bölgede meydana gelir. Daralmadaki toplam yük kaybı şöyledir. ∆H = (Vc − Vd ) 2 / 2 g (7) Kayıp katsayısı K şu hale gelmektedir. K = [(Vc − Vd ) − 1] 2 = [( Ac − Ad ) − 1] 2 (8) 41 5. DENEY SİSTEMİNDEKİ BORULARIN VE ELEMANLARIN BOYUTLARI Küçük çaplı boru Büyük çaplı boru Keskin dirseğin merkez çizgisine yarıçap Küçük yarıçaplı dirseğin merkez çizgisine yarıçap Büyük yarıçaplı dirseğin merkez çizgisine yarıçap Aı=3.97x10–4 m2 A2=6.88x10–4 m2 D1=22.5 mm D2=29.6 mm Rm= mm Rc=35.05 mm Rb=69.08 mm 6.DİFERANSİYEL PİYEZOMETRE ÖLÇÜMLERİ VE TOPLAM YÜK KAYBI Ölçülen akış debisi Q (lt/s) ise Aı ve A2 m2 alanlı borular boyunca oluşan akım hızları (Vı ve V2) şöyledir. Vı=10-3 Q/A1 (m/s) V2=10-3Q/A2 (m/s) (9) Deneyler sırasında yapılan ölçümlerden elde edilen piyezometrik kotlar Tablo 1'deki gibi kaydedilir (genişlemede ölçümler negatif okunur). Tablo 1 Çeşitli akım oranlarında piyezometrik yük kayıpları Qty (lt) 35 Zaman Q (s) 80 (lt/s) 0.44 Diferansiyel piyezometre Okumaları (mm) Büyük Keskin Küçük Genişleme Daralma yarıçaplı dirsek yarıçaplı dirsek dirsek 5-6 7-8 9-10 1-2 3-4 140 60 -18 66 32 Daha sonra her bir akış debisinde hızlar ve hız yükleri hesaplanır. Toplam yük kaybı sadece genişleme ve daralma durumunda farklılık göstermektedir. Örneğin ani genişleme durumunda şu şekilde hesaplama yapılır (Tablo 2 hazırlanır). ∆h = −18mm (piyezometrik yük artışı) Vu2 / 2 g = 62.5mm (mansap tarafı hız yükü) Vd2 / 2 g = 20.8mm (mansap tarafı hız yükü) Böylece; ∆H = ∆h + Vu2 Vd2 − = -18+62.5-20.8=23.7 mm elde edilir. 2 g 2g Tablo 1 Çeşitli akış debilerinde toplam yük kaybı Toplam Yük Kaybı (mm) Q V1 V2 (lt/s) (m/s) (m/s) 0.44 1.108 0.639 2 1 2 2 V / 2g V / 2g (mm) (mm) 62.5 20.8 Keskin dirsek 1-2 Küçük yarıçaplı dirsek 3-4 140 60 Genişleme Daralma 5-6 7-8 Büyük yarıçaplı dirsek 9-10 23.7 24.3 32 42 7. KAYIP KATSAYISININ (K) HESABI Her bir elemanın kayıp katsayısını elde etmek için Tablo 2’de gösterilen toplam yük kaybı değerleri küçük çaplı boradaki hız yükü olan V12 / 2 g değerlerine karşılık çizilmiştir. Orijinden geçen çizgilerin eğimleri her elemanın K değerini verir. Buna göre her bir elemanda toplam yük kaybına ( ∆H ) karşılık hız yükü V12 / 2 g çizilerek K değerleri elde edilir. Sekil 4. 90o ’lik dirseklerde toplam yük kayıpları 43 Şekil 5. Ani genişleyen ve ani daralan borularda toplam yük kayıpları DİFERANSİYEL PİYEZOMETRE OKUMALARI OKUMALAR(mm) 1.OKUMA 2.OKUMA 3.OKUMA 4.OKUMA 5.OKUMA 6.OKUMA Hacim(lt) Zaman(s) 1 2 Piyezometre Noktaları 3 4 5 6 7 8 9 10 44 Deney No: 8 Deney Adı: Kuyularda Girişim Deneyi Deney Yürütücüsü: Yrd.Doç. Dr. İbrahim CAN Deneyin yapıldığı yer: Hidrolik Laboratuarı Hidroloji yer küresinde (yeryüzünde, yeraltında ve atmosferde) suyun çevrimini, çevreyle ve canlılarla karşılıklı ilişkilerini inceleyen temel ve uygulamalı bir bilimdir. Suyun kullanılması, miktar ve kalitesinin belirlenmesi amacı ile su kalitesinin geliştirilmesi çalışmalarında hidrolojinin büyük önemi vardır. Yerküresindeki tatlı suyun büyük bir kısmı yeraltında bulunur. Yeraltındaki su, akarsularda bulunan suyun 7500 katı kadardır (Tablo I, Tablo 2). Yeraltında ve yeryüzündeki suların sürekli ilişki halinde bulunmaları yeraltı suyunun önemini artırır. Özellikle kurak bölgelerde akarsular ancak yeraltından beslendikleri takdirde yazın kurumazlar. Akarsulardaki toplam akımın yaklaşık %30 u yeraltından beslenir. Yeryüzündeki bitkiler gerekli suyu yeryüzünün hemen altındaki zemin neminden sağlarlar. Kuyularla yeraltındaki hazneden çıkarılan su insanlar tarafından geniş ölçüde kullanılmaktadır. Yeraltından elde edilen suyun iyi bir özelliği de tabi bir şekilde filtrelenmiş olduğundan genellikle bakterilerden, organik maddelerden, koku ve tatlardan arınmış, kimyasal bileşimi ve sıcaklık derecesi fazla değişmeyen, iyi kalitede bir su olmasıdır. Yerüstü su kaynaklarının tükendiği kurak mevsimlerde insanlar su ihtiyacını kuyularla yeraltından sağlayabilirler. Bugün yeryüzünde kullanılan suyun %40 kadarı yeraltından sağlanmaktadır. Gelecekte yeni biriktirme hazneleri inşa etmek olanağının giderek azalacak olması, buna karşılık yeraltında büyük bir doğal hazne bulunması ve dengeleme süresinin uzun olması nedeniyle bu yüzdenin artması beklenebilir. Bu deneyde kullanılacak sistem, hidrolojinin doğadaki uygulamasının küçük bir örneğidir. Burada yeraltısuyu akımının en önemli konularından biri olan kuyularda girişim olayının laboratuar şartlarında denenmesi işlemi yapılacaktır. TABLO 1. YER KURESİNIN SU KAYNAKLARI Hacim(106km3) Denizler Buzullar Yeraltı soyu Göller, akarsular Atmosfer Toplam TABLO 2. 1348 27,82 8,062 0,225 0,013 1384,12 % 97,39 2,01 0,58 0,02 0,001 100 YER KURESINDE TATLI SUYUN DAGILIMI % Buzullar Yüzeye yakın Derin yeraltı Zemin nemi Göller Akarsular Canlılar Atmosfer yeraltı suyu suyu 77,23 9,86 12,35 0.17 0,35 0,003 0,003 0,04 45 DENEY SİSTEMİNİ TANITILMASI Şekil 1' de deney düzeneğinin genel bir görünümü görülmektedir. Bu şematik gösterimin daha anlaşılır olabilmesi için Şekil 2 ve Şekil 3 verilmiştir. 46 Şekil 2. Cihazın yandan görünümü 47 48 49 Cihazda "B" vanası kapalı "C" ve "D" vanaları açık ise, su rotametreden geçerek cihazın her iki tarafında bulunan savakların arkasındaki iç bölmeye ulaşır. Su, savakların ana girişleri yardımıyla havzadaki gözenekli ortama girer ve yer altı su seviyesi her iki uçta bulunan ve su seviyesini yükseltip düşürebilen savaklar vasıtasıyla kontrol edilebilir. Böylece, su cihazda kuyular tarafından drene edilmektedir. Şayet kuyulardan çekilen debi ölçülmek isteniyor ise "G" ve "I" vanaları açılarak dikdörtgen savak vasıtasıyla su seviyesi okunabilir. Ancak kuyudan gelen su ölçülmek istenmiyorsa, o halde "F" ve "H" vanaları açık tutularak suyun direk olarak depoya drene edilmesi sağlanır. "B" ve "D" vanaları kapalı, "C" vanası açık iken deney düzeneğinin sadece üst kısmındaki kenarına (membasına) su akacaktır. Bu durumda "F", "G", "H" ve "I" vanaları kapalı tutulursa membadan mansaba doğru bir akış olacaktır. Bu akış, havzanın kenarındaki taşkın akışı boruları ile tanka veya ölçülmek üzere keskin kenarlı savağa verilebilir. Model havza, 2 m uzunluğunda, 1 m genişliğinde ve 180 mm derinliğinde granüler malzemeden oluşmuştur. DENEYİN YAPILIŞI Gözlemlerin yapılabilmesi için deney cihazım tam yatay hale getirmek gerekir. Ayrıca sistemin her iki ucunda bulunan kapaklar havzaya su girişini sağlayacak şekilde kaldırılmalıdır. Havzanın her iki ucunda bulunan ayarlanabilir savaklar kum içerisinde su seviyesini kontrol edecek biçimde uygun bir seviyeye (genellikle kum üst seviyesinin biraz altında) ayarlanmalıdır. Bundan sonra, "B" vanası kapatılır ve "A", "C", ve "D" vanaları açılır. Pompa çalıştırılır, yukarıda anlatıldığı gibi akım oluşmaya başlar. Piyezometreler vasıtasıyla kuyu etrafındaki su seviyeleri okunabilir. Bu su seviyeleri zamanla sabit bir değere ulaşacaktır. Bu durum dengeli akımın oluştuğunu gösterecektir. 20 adet piyezometre tüplerinden su seviyeleri ayrı ayrı okunarak Tablo 3 de ilgili sütuna kaydedilir. Sonra ikinci kuyununda vanası açılarak her iki kuyununda çalışması sağlanır. Yine su seviyeleri zamanla sabit bir değere ulaşacaktır. Bu durum dengeli akımın oluştuğunu gösterecektir. 20 adet piyezometre tüplerinden su seviyeleri ayrı ayrı okunarak Tablo 3 de ilgili sütuna kaydedilir. Sonuç olarak her iki durum, yani tek kuyunun çalışması hali ve iki kuyunun aynı anda çalışması hali için gözlenen yeraltısuyu seviyeleri aynı grafik üzerinde gösterilecektir. Elde edilen grafik yorumlanarak yeraltısuyu işletmeciliğinde nelere dikkat edilmesi gerektiği gerekçeleri ile birlikte deney raporunda yazılacaktır. 50 Tablo 3: Gözlenen yeraltısuyu seviyeleri Piyezometre No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1. Kuyudan Uzaklık (mm) 2. Kuyudan Uzaklık (mm) Gözlenen Su Yüksekliği (mm) (Tek kuyu çalışırken) Gözlenen Su Yüksekliği (mm) (İki kuyu çalışırken) 51 Deney No: 9 Deney Adı: Kesme Kutusu Deneyi Deney Yürütücüsü: Prof . Dr. Temel YETİMOĞLU Deneyin yapıldığı yer: Zemin Mekaniği Laboratuarı AMAÇ Bu deney zeminlerin kayma direnci parametrelerini (c ,∅) belirlemek için yapılan deneylerden biridir. Kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminler için yapılır. Deney örselenmiş ve örselenmemiş zeminlere yapılır. TEORİ Deney değişik düşey sabit yükler altında birkaç kez tekrarlanır. Deney sonuçları τ ve σ eksen takımında işaretlenerek, bir doğru geçirilir. Buradan kayma mukavemeti değerleri (c ve ∅) belirlenir. ARAÇ VE GEREÇLER: 1. Kesme kutusu deney aleti 2. Kronometre 3. Tokmak 4. Spatula DENEYİN YAPILIŞI: 1. Kesme kutusunun iç çapını ölçünüz. 2. Kesme kutusunun üst parçasını düz bir cam plak üzerine koyup üst vidalan bu plağa yalnızca değinceye kadar sıkınız. 3. Alt gözenekli taş yerinde iken kutunun her iki parçasını sabitleme vidaları ile birbirine tutturup alt gözenekli taşa olan derinliği bir kumpasla ölçünüz. Vida deliklerine kum kaçmamasına dikkat ederek, kutu içerisine üst gözenekli taş yerine konulduğunda kutunun üst seviyesi ile aynı düzeyde olacak şekilde yeterince kum doldurunuz. Üst gözenekli taşın yüksekliğini, kum örneğinin başlangıçtaki yüksekliğini belirlemek için ölçerek kaydediniz. 4. Baskı plağını üst gözenekli taş üzerine koyarak kesme kutusunu yükleme cihazına yerleştirin ve yan vidalan sıkarak kutuyu sabitleştirin. Boyunduruğu ayarlayıp düşey strain gauge’i boyunduruk üzerine yerleştirip sıfırlayın. 5. Yükleme askısına gerekli normal gerilmeyi verecek kadar yük (örneğin, 2kg. 4kg ve 6kg) yerleştirin. Numunenin yüksekliğindeki değişmeyi kaydedin ardından, numuneyi suya doyurmak için konteyneri kesme kutusunun üzerine kadar su ile doldurun ve eğer ek bir sıkışma meydana gelirse bunu kaydedin. (Kuru ve gevşek bir zeminin ıslatılması sonucu meydana gelen sıkışmaya “konsolidasyon” veya "zemin çökmesi (soil collapse)" denir ve ilk su muhtevası düşük olan hemen her zeminde problemlere yol açabilir.) 6. Kesme kutusunun alt ve üst parçalarını birbirine tutturan vidalan gevşetip düşey vidalan yarım tur çevirerek üst parçayı alt parçadan hafifçe ayırın; ardından düşey vidalan bir tur çevirerek geri çekin. 7. Sabitleştirme vidalarını çıkarmayı SAKIN UNUTMAYIN. 8. Yük halkası deformasyonunu ve düşey deplasmanı ölçen strain gauge’leri sıfırlayın. 9. Yükleme hızını ayarlayıp yüklemeyi başlatın. Uygun aralıklarla saat okumalarını numune kesinceye kadar kaydedin. Motora durdurun. 10. Yukarıdaki işlemleri farklı düşey gerilmeler için tekrarlayın. (Gerçekçi değerler elde etmek için en az üç farklı düşey gerilme için deney tekrarlanmalıdır. Alternatif bir uygulama olarak, numune göçtüğü anda yük artırılarak ikinci bir göçmeye ulaşıncaya kadar yüklemeye aynı numune ile devam edilebilir. Bu alternatif yöntem çok safhalı bir prosedür olup çabuk fakat daha az hassas sonuçlar almak için kullanılabilir.) 52 HESAPLAMALAR: 1. 2. 3. 4. 5. Örneğin alanının deney boyunca sabit kaldığını kabul ediniz ve yük halkası kalibrasyon değerini kullanarak, deneyin her safhası için kesme gerilmesini, τ hesaplayınız. Bu değerleri yatay deplasmana karşılık çizerek en yüksek kesme gerilmelerini elde ediniz. τmax değerlerini σ’ya karşı çizerek kayma mukavemeti zarfını ve dolayısıyla c ve ∅ kayma mukavemeti parametrelerini (c, ∅ ) elde ediniz. Ayrıca örneğin yüksekliğindeki yüzde değişimi yatay deplasmana karşı çiziniz. Ekli veri tablosunu okumalar ve hesaplamalar için kullanınız. Sonuçlar üzerinde yorum yapınız. KESME KUTUSU DENEYİNDE KAYMA DİRENCİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER 1. Numunenin boyutu (yüksekliği ve kesiti) Zeminler üniform olmadığından numune boyutu küçüldükçe zeminin temas özelliği de azalır. Deney sırasında numunenin üzerine ve yanlarına uygulanacak basınç doğal şartları sağlamalıdır. 2. Yükleme şekli: İki şekilde uygulanabilir: a. Gerilme Kontrolü b. Deformasyon Kontrolü Deformasyon kontrollü deneylerde deformasyon hızı sabittir ve kırılmaya kadar numunenin katı veya as katlarında okunur. Buna karşılık gelen gerilme değerleri belirlenir. Deformasyon kontrollü uygulananlar tercih edilir. 3. Yükleme Hızı: Yükleme hızı arttıkça killi zeminlerde mukavemet ve deformasyon oranı artar. Bu artış zeminin viskoz (sünme) davranışıyla açıklanır. Kumda bu fark çok küçüktür. Hızın düşük olduğu deneylerde suya doygun zeminlerde azalan hız iyi drenaja izin verir. 4. Drenaj Durumu: Suya doygun zeminde su çıkışına ne kadar çok izin verilirse mukavemet o kadar artar. Çünkü efektif gerilmeler ve drenaj nedeniyle konsolide olan zeminde boşluk hacminin azalmasına bağlı olarak kayma mukavemeti artar. 53 Şekil 1. Kesme kutusu deney aletinin şematik görünümü (a), tipik deney sonuçları (b), τ-σ eğrisi (c) 54 Deney No: 10 Deney Adı: Konsolidasyon Deneyi Deney Yürütücüsü: Doç. Dr. Suat AKBULUT Deneyin yapıldığı yer: Zemin Mekaniği Laboratuarı KONU: Efektif gerilme artışı sonucu boşluk suyunun zaman içerisinde dışarı atılması nedeniyle boşluk oranının azalıp hacmin küçülmesi olayına konsolidasyon denir. Bu nedenle oluşacak oturmaya konsolidasyon oturması denir. Zeminlerde meydana gelen oturmalar; konsolidasyon oturması, ani oturma, plastik oturma, birincil konsolidasyon oturması, ikincil konsolidasyon oturması, sünme, viskoz v.b. ifadelerle adlandırılır. DENEY DÜZENEĞİ • Konsolidasyon deney aleti (ödometre ve yükleme birimlerinden oluşmaktadır, şekil 1) • Tartı aleti • Cam kap • Etüv • Kronometre • Filtre kâğıdı Şekil 1 Konsolidasyon deney aleti DENEYİN METODU • • • • Deneyde kullanılacak olan ödometre halkasının (ring) ağırlığını belirleyiniz (W1). Örselenmemiş zemin numunesini boyutlarını belirlediğiniz ödometre halkasına örselenmeden yerleştiriniz. Numunenin alt ve üst yüzeyini filtre kağıdı ile kaplayınız. Ödometre halkası + numune, ağırlığını belirleyiniz (W2). Deney başı su muhtevasını belirlemek üzere tüpten bir miktar numune alarak etüve kurumaya bırakınız. Dane birim hacim ağırlığını belirlemek üzere yeterli miktarda numune ayırınız. Ödometre biriminde alttaki poroz taşı suya doygun hale getirerek içinde numunenin bulunduğu ödometre halkasını poroz taşın üzerine yerleştiriniz. Daha sonra numunenin üzerine üst poroz taşını koyunuz. 55 • • • • • • • • Deney numunesinin suya doygun hale getirilmesi için su haznesini uygun bir yüksekliğe getirip, su borusunun ödometre girişini kontrol ediniz. Bu şekilde, numune deney süresince suya doygun halde olacaktır. Yükleme birimi ile ödometre birimi bağlantısını sağlayınız. Numunede oluşacak deformasyonların ölçülmesi için ödometre aletinin üst kısmına deformasyon saati yerleştirerek t=0 okumasını kaydediniz. Numunenin üzerine 0.25 kg/cm² basınç gelecek şekilde yükleme işlemine başlayınız. Yüklemenin başladığı andan itibaren t=15 sn., 30sn., 1dk., 2dk., 4dk., 8dk., 16dk., 30dk., 1sa., 2sa., 4sa., 8sa., ve 24sa. Düşey deformasyon okumalarını kaydediniz. 24 saat okumasından sonra numunenin üzerine 0.50 kg/cm² basınç gelecek şekilde yüklemeyi 2 katına çıkarınız ve bir önceki adımda bahsedilen sürelerde oluşacak oturma değerlerini (saat okumalarını) kaydediniz. Bir önceki adımda yapılan işlemleri, numune üzerindeki basıncı 2 kat artırarak ve her yükleme kademesinde 24 saat bekleyerek 8 kg/cm² gerilme seviyesine kadar deneye devam ediniz. Yük boşaltma aşamasında ise, yine 2 kat olacak şekilde gerilmeleri azaltarak deneyi tamamlayınız. Deney sonu su muhtevasını belirlemek üzere numuneyi tartarak etüve kurumaya bırakınız. HESAPLAMALAR 1. Yükleme kademelerine ait okuma- zaman verilerini kullanarak her gerilme seviyesi için birincil konsolidasyon oturmalarının % 90 ının gerçekleşmesi için gerekli süreyi (t 90) belirleyiniz. t 90 değerinin belirlenmesi için Taylor (1942) tarafından geliştirilen karekök-t yöntemi kullanılmaktadır. Yatay eksende okuma zamanlarının karekök değerlerinin, düşey eksende ise deformasyon okumalarının yer aldığı eksen takımı üzerinde söz konusu yükleme kademesine ait değerler işaretlenerek okuma- karekök zaman eğrisi çizilir. Bu eğrinin doğrusal olan başlangıç kısımlarından geçirilecek olan teğet doğrusu 1.15 birim ötelenerek elde edilecek ikinci bir doğrunun okuma t eğrisini kestiği nokta belirlenir. Bu noktaya karşılık gelen yatay eksen değeri t 90 değerini vermektedir. Elde edilen değerin karesi alınarak oturmaların % 90 ının oluşması için gerekli süre bulunmuş olacaktır. 2. Belirlemiş olduğunuz t 90 değerini kullanarak her yükleme kademesi için konsolidasyon katsayısını Cv’ yi hesaplayınız. 3. Her yükleme kademesi için sıkışma sayısı ve hacimsel sıkışma katsayısı değerlerini belirleyiniz. 56 57