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 ÷ 0,601000 − 
+ 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