Beton gerilme

Beton Gerilme Şekil Değiştirme Davranışı

Herhangi bir malzemeye etki eden bir yük malzemeyi gerilme olayına zorlar, gerilmenin sonucunda da malzemenin şekil değiştirmesine yol açar. Bu yazımızda beton gerilme olayının hesapları ve çatlak oluşumları gibi davranışlarını inceleyeceğiz. Şekil değiştirme yükleme dışında diğer faktörlerden de kaynaklanabilir. Malzemenin gerilme-şekil değiştirme ilişkisi, yapısal tasarım bakımından önemli bir parametredir. Belirli bir dayanıma ulaşan beton elastik davranış gösterir.

Örneğin, rötre olayları da şekil değiştirmeye sebep olur. Yük altında belirli mertebede şekil değiştirme gösteren ve yük kaldırıldığında ilk haline dönem malzemelere elastik malzemeler denilmektedir. Bu tür davranış malzemenin elastik davranışı olarak adlandırılır. Bu tür davranışta Hooke Kanununa uygun olarak gerilmelerle şekil değiştirmeler oranıdır. Bu durumda malzemede oluşan gerilmenin büyüklüğü aşağıdaki bağıntı ile hesaplanabilmektedir.

σ = ε × E

Burada;

σ: Gerilme (MPa, kgf/cm² vb.)

ε: Birim şekil değiştirme E: Elastisite modülünü (MPa, kgf/cm²) ifade etmektedir.

Birim şekil değiştirme ise ε = ∆L / L formülü ile hesaplanabilir. Burada; ∆L: Toplam şekil değiştirme (uzama veya kısaltma) L: Şekil değiştirme öncesindeki orijinal boyudur.

Beton gerilme davranışı

Agrega ve çimento hamurunun tipik gerilme-şekil değiştirme eğrileri büyük ölçüde doğrusal iken, eksenel basınç altında betonun davranışı doğrusal değildir. Betonun doğrusal olmayan davranışında agrega çimento matrisi ara yüzeyinin önemli etkisi vardır. Araştırmalar bize betonun ani yüklenmesi ile oluşan birim deformasyonunun, uygulanan gerilme ile tam olarak doğru orantılı olmadığını göstermektedir. Aslında, oluşan deformasyon gerilmenin kaldırılması ile tamamen geri dönebilir de değildir.

Betonun ve beton bileşenlerinin gerilme-şekil değiştirme ilişkileri
Betonun ve beton bileşenlerinin gerilme-şekil değiştirme ilişkileri

σ-ϵ ilişkisinin lineer olmaması, yükleme nedeniyle betonda mikro-çatlakların oluşmasıyla açıklanmaktadır. Bağlayıcı matris ile agrega arasındaki geçiş bölgesinde dış yük uygulamadan önce mikro çatlaklar vardır. Bu çatlakların sayısı ve büyüklüğü diğer faktörlerden başka geçiş bölgesinin dayanımına, betonun termal büzülmesine ve kürüne bağlıdır. Normal koşullar altında matris ile iri agreganın elastisite modüllerinin farklılığından dolayı geçiş bölgesinde çatlamalara sebep olan farklı deformasyonlar oluşmaktadır.

Betonun tek eksenli basınç altında gerilme-birim deformasyon davranışı ve gerilme seviyesine bağlı olarak farklı aşamalarda çatlak oluşması
Betonun tek eksenli basınç altında gerilme-birim deformasyon davranışı ve gerilme seviyesine bağlı olarak farklı aşamalarda çatlak oluşması

Gerilmeler basınç dayanımının %30’u aştığında mikroçatlakların genişliği, uzunluğu ve sayısı artmaya başlar. Bu sebeple, gerilme arttıkça deformasyon gerilmeye oranla daha çok artar ve davranış doğrusallıktan uzaklaşmaya başlar. Fakat basınç dayanımının %50’sine kadar geçiş bölgesinde bulunan mikroçatlaklar kararlı kabul edilebilir, matristeki çatlama ihmal edilebilir düzeydedir. Gerilmeler basınç dayanımının %50-60’ına ulaştığı zaman matris çatlamaya başlar. Yükün daha artmasında geçiş bölgesindeki çatlak sistemi kararsız duruma geçer ve bağlayıcı matristeki çatlakların yayılması artar. %30’un altında kaldığında çatlaklar kararlı eğri doğrusaldır.