BETONARME PROJELERİMİZDE EN DÜŞÜK BETON SINIFI NEDEN C30 SEÇİLMELİ?

Bülent BARADAN
Prof. Dr. DEÜ Müh. Fak.
İnşaat Mühendisliği Bölümü
Bir yapının projelendirilmesi ve yapımı; beş ana ilkenin (dayanım, dayanıklılık, işlevsellik, ekonomi ve estetik) birlikte ele alındığı bir optimizasyon problemi olarak tanımlanabilir. Yapı servis yüklerini ve deprem gibi etkilerden kaynaklanan yükleri belirli bir güvenlikle taşıyabilmeli, planlanan hizmet ömrü süresince dıştan ve içten kaynaklanan yıpratıcı etkilere karşı dayanıklı (kalıcı) olmalı, kaynak israfına yol açmayacak şekilde ekonomik olmalı, ihtiyaca cevap verebilmeli (işlevsel, fonksiyonel), özgün ve estetik bir görünüşe sahip olmalıdır. Tüm bu özellikleri sağlayan yapıların inşası ise ancak, projelendirmeden başlayarak yapım aşamalarının tümünün iyi bir şekilde planlanması ve denetim altında tutulması ile mümkündür.
Yapay bir malzeme olan betonarmenin olumlu özelliklerini sürdürebilmesi kalıcı olmasına bağlıdır. Beton veya betonarme elemanların deprem veya aşırı yüklemenin etkisi dışında da zamanla bozulmaları söz konusudur. Bu nedenle günümüzde, tasarım yükleri için yeterli dayanımı sağlayan betonun aynı zamanda dayanıklı olacağı görüşü terk edilmiştir. Yükler açısından istenen dayanımı sağlayan kaliteli bir betonarme eleman bile tasarım aşamasında dikkate alınmamış şiddetli etkiler altında umulmadık kısa sürede bozularak kullanılmaz hale gelebilir ya da büyük bakım, onarım masraflarına yol açabilir. Bu konunun önemi son yıllarda gittikçe ön plana çıkmaktadır. Nitekim İMO tarafından son düzenlenen Ulusal Beton Kongresinin konusu Dayanıklılık (Durabilite) olarak belirlenmişti. Ayrıca, Yapı Malzemesi lisansüstü eğitim programlarında “Betonarme Yapıların Dayanıklılığı” konusu ayrı bir ders olarak yer almaya başlamıştır.
Son yıllarda arka arkaya yaşadığımız deprem felaketleri, birçok betonarme yapıda betonun proje dayanımını sağlamakta ne kadar yetersiz kaldığını ortaya koymuştur. Ayrıca söz konusu yapıların birçoğunda korozyon olayı sonucu çelik donatı-beton aderansının yok olduğu, çelik donatının kesit kaybı nedeniyle taşıma gücünü büyük oranda kaybettiği, paspayı tabakasının çatladığı veya döküldüğü görülmüştür.
Aslında, doğru dizayn edilmiş, geçirimsiz, kaliteli bir beton, çeliği korozyondan koruyarak yapının dayanımını ve dayanıklılığını istenen düzeyde sağlar. Kimyasal koruma betonun alkalinitesi sayesinde, fiziksel koruma ise ortamda bulunan ve korozyona yol açan maddelerin yapı elemanı içine difüzyonunun önlenmesi ile gerçekleşir. Betonun bu olumlu özelliğine rağmen, uygulamada yapılan hatalar nedeniyle korozyon günümüzde betonarme yapıların servis ömürlerini belirleyen en önemli faktör olarak kabul edilmektedir. Örneğin, pas payı tabakası yetersiz kalınlıkta, geçirimli ve kalitesiz bir betonarme eleman içindeki çelik donatı kısa sürede paslanabilir. Çünkü böyle bir elemanda karbonatlaşma cephesi, klorür iyonları veya asidik sıvılar kolaylıkla çeliğe ulaşabilir. Ayrıca sülfat vb. zararlı maddeler betonu zamanla tahrip edebilir.
Bu hasarlar çoğunlukla yıllar sonra oluşmaktadır. Ancak bazen yapı hizmete girmeden kısa sürede oluşanları da vardır. Bölgemizde de alkali-silika reaksiyonu, sülfat etkisi ve klorür korozyonu gibi nedenlerle hasar görmüş çok sayıda riskli yapı mevcuttur.
Betona ve donatıya zarar veren fiziksel, kimyasal ve biyolojik kökenli etkenler hakkındaki bilgiye [1] No’lu referansla
ulaşılabilir.
Yeni deprem yönetmeliğinin deprem bölgelerinde kullanılacak, asgari beton sınıflarını C16 ve C20’ye çıkarması olumlu değişikliklerdir. Ancak, durabilite, özellikle donatı korozyonu açısından değerlendirildiğinde bu beton sınıflarının yeterli geçirimsizlik sağlamadığı gözlenmektedir. Beton sınıfının yalnızca yapısal kaygılar dikkate alınarak seçilmesi oldukça hatalı bir yaklaşımdır. Örneğin, deniz suyuna ıslanma-kuruma şeklinde maruz kalan bir iskele yapısında C20 sınıfı bir beton kullanılması başlangıçta ekonomik ve uygun bir çözüm gibi görünebilir. Fakat, geçmiş tecrübeler ve saha gözlemleri göstermiştir ki deniz suyundaki klorür iyonlarının yol açtığı donatı korozyonu sebebiyle böyle bir iskele yapısı 5-10 yıl içinde tamamen kullanılamaz hale gelebilmektedir. Bu sebeple beton sınıfı seçiminin, yapının servis ömrü boyunca maruz kalacağı yıpratıcı etkilerin ve yapısal ihtiyaçların birlikte değerlendirilerek yapılması en doğru yaklaşımdır. Uluslararası standartların çoğunda böyle bir ortamda inşa edilecek betonarme bir yapıda betonun en az çimento içeriği 340 kg/m3 ile en büyük Su/Çimento oranı 0.45 ile sınırlandırılmakta ve beton sınıfının C35 ve üzerinde olması zorunlu tutulmaktadır.
Aslında, benzer sınıflandırma, TS 11222 Hazır Beton Standardında ve 08.03.2004’te yürürlüğe girecek ve TS11222’nin yerini alacak Avrupa standardı TS EN 206-1 “Beton, özellik, performans, imalat, uygunluk” Standardında da verilmiştir. İMO İzmir Şubesi Aralık 2003 Yıl: 19 Sayı: 114 44
Ancak, bu koşullar ne betonarme projelerinde aranmakta, ne de bu projelerin denetiminde göz önüne alınmaktadır. TS 500’ün bu konuda bu standartlara zorunluluk içeren bir atıf yapması uygun olacaktır. Standartlarımızın genellikle farklı disiplinlerden gelen kişilerce danışma mekanizması yeterince işletilmeden hazırlanması bazı uyumsuzluklara yol açmaktadır. Bu sorunun biran önce giderilmesi gerekmektedir. Avrupa Birliği uyum çalışmaları kapsamında tüm standartlarımızın Avrupa Normları ile değiştirilmesi bu konuda iyi bir fırsat olarak algılanabilir.
Deprem yönetmeliğimizde verilen en düşük beton sınıfı C16-C20, TS EN206-1 standardında zararlı yıpratıcı hiçbir etkiye maruz kalmayacak ve donatı korozyonu riskinin hiç bulunmadığı yapılarda kullanılmasına izin verilen beton sınıfıdır. Bir çok durumda, yıpranma koşulları dikkate alınarak betonun su/çimento oranına ve çimento dozajına sınırlama getirilmesi beton sınıfını kendiliğinden C30 düzeyine çıkmaktadır. Betonun su/çimento oranını ve çimento dozajını denetlemek kolay değildir. Oysa betonun basınç dayanımı kolayca denetlenebilmekte ve toplumda da bu konuda genel bir alışkanlık oluşmaya başlamaktadır. Bu nedenle özellikle deprem bölgelerinde kullanılacak betonlarda, donatı korozyonu yolu ile donatı – beton aderansının yok olmasını önlemeye yönelik olarak en düşük beton sınıfı sınırlamasının düzeyi yükseltilmelidir ve en az C30 olmalıdır. Ayrıca, betonun geçirimliliğini etkileyen en önemli parametreler S/Ç oranı ve bağlayıcı miktarı olduğu için, sınıf dayanımının yanı sıra bunlarla ilgili sınır değerlerin de sağlanmasına özen gösterilmelidir.
Değişik üniversitelerimizin Yapı Malzemesi Profesörleri yeni yapılacak yapıların olası bir depreme karşı dayanıklı olabilmesi için gerekli asgari koşulları ve en düşük beton sınıfının C30 olması gerektiğini 17 Ağustos 2001 tarihinde yayınladıkları bir deklarasyon ile kamuoyuna duyurmuşlardır.
Yeni TS EN206-1 standardında söz konusu beton sınıfı C30/37 olarak verilmektedir. (30 MPa silindir, 37 MPa 15 cm’lik küp basınç dayanımı). Günümüzde Türkiye’de bu kalitede beton üretimi, gelişen malzemeler ve teknoloji sayesinde çok kolay olmasına karşın, 25-35 MPa kalitesindeki beton üretimi tüm kayıtlı üretimin yalnızca % 5’i dolayındadır (C20 üretimi % 46.9). Buna karşılık girmeye çalıştığımız Avrupa Birliğindeki bazı ülkelerin bu sınıftaki beton üretimlerinin tüm üretime oranları Tablo 1’de görülmektedir [2].
Tablo 1 Avrupa Birliği üyesi bazı ülkelerde ve Türkiye’de C30 sınıfı beton üretiminin tüm üretime oranları
Almanya % 63.2
İspanya % 80.0
Avusturya % 40.0
Finlandiya % 85.0
Belçika % 70.0
İsveç % 65.0
İngiltere % 46.0
Türkiye % 5.0
Yapılarda C20 yerine C30 kullanımı başlangıçta bir miktar maliyet artışına yol açıyor gibi görünmesine rağmen, bu miktar tüm yapı maliyeti yanında çok düşük mertebede kalmaktadır. Projenin C20 sınıfı beton yerine C30 sınıfı bir betonla çözülmesi halinde donatıdan, kesit boyutlarından ve yapı ağırlığından sağlanan ekonomi, genellikle beton sınıfının değiştirilmesinden kaynaklanan, maliyet artışını dengelemekte hatta toplam maliyeti azaltabilmektedir. Yapılan bir bilimsel çalışma sonucu, beton sınıfı yükseldikçe deprem bölgesi ve yapı kat adedine bağlı olarak kaba inşaat maliyetinden %5 civarında bir tasarrufun sağlanmasının mümkün olduğu belirlenmiştir [3].
BU NEDENLERLE DAHA GÜVENİLİR, KALICI, KALİTELİ EKONOMİK YAPILAR ÜRETMEK İÇİN EN DÜŞÜK
BETON SINIFINI C30 OLARAK SEÇELİM.
KAYNAKLAR
1. Baradan, B., Yazıcı, H., Ün, H. (2002): “Betonarme Yapılarda Kalıcılık (Durabilite) ” D.E.Ü. Müh. Fak. Yayını No. 298, 282 s., İzmir.
2. Arıoğlu, E., Girgin, C. (2003). “ Avrupa Hazır Beton Birliği (ERMCO) Üyesi ve Belli başlı Ülkelerdeki Beton Üretiminin İstatistiksel
Değerlendirilmesi”. Hazır Beton, Mayıs 2003, THBB, İstanbul.
3. Koca, C., Karaesmen, E., Erkay, C. (1998). “Beton Basınç Mukavemetindeki Değişikliklerin Yapı Maliyetine ve Kalitesine Etkileri”.
Hazır Beton, Temmuz 1998, THBB, İstanbul.

Bu makaleye statiker müh. olarak cevap vermek gerekirse elime 1987 de (yanlış hatırlamıyor isem)  samsunda yapılan bir cami projesi geldi ve projeyi incelediğimde şok oldum kolonlarda %0.5 donatı vardı ve temelde BÇI donatı kolonlarda ve kirişlerde BÇIII donatı kullanılmıştı. (O zamanlar sanırım temele hiç önem verilmiyordu.) Bir de beton sınıfı c16 idi. Şimdi bunları neden söylüyorum makaleyi okudum güzel hoş ama biz 15-20 yıl önceki projelere bakış açımızla şimdiki arasında oldukça olumlu yönde değişim varken bir de C30 olsun min. beton sınıfı demek oldukça acımasız bir istek olur. Birde biz konutta C30 kullanırsak hastanelerde ve I:1.5 (kullanım amacı) olan binalarda ne kullanacağız merak etmiyor değilim.

Saygılarımla

Yukaridaki makaleyi yazan Baradan lisans egitimimde malzeme derslerini aldigim ve cok sevdigim bir hocamizdi, saygin bir akademisyendi. Bununla beraber bu minimum C30 slogani gorus belirten diger arkadaslarimiz gibi bana da biraz abartili geliyor. Beton kalitesindeki artışın inşaat maliyetine etkisinden bahseden 3 numaralı kaynağı da görmek isterdim, cunku ben de Volkan Bey gibi tasima gucuyle birlikte minimum boyutlarin belirleyici oldugunu dusunuyorum. "Ilk maliyeti cok etkilemiyor, o yuzden C30 kullanalim" cumlesine ben de "yeterliyse C25 kullanalim, C30 ile aradaki farkla isi izolasyonunun (ya da en azindan bir bolumunun) maliyetini karsilariz, yakit tasarrufu yapariz" diye cevap veririm.

Cimento Mustahsilleri Birligi ise gayet tabii ki daha fazla cimento tuketimi saglamak icin bu yondeki kongreleri, calismalari finanse edecektir.

Aydın

Ben çelik sınıfı ile ilgili bir arge çalışması yapmıştım. Bizim yönetmeliklerimizdeki koşullara takıldığı için yüksek mukavemetli malzeme kullanımının çokta fazla karı olmadığını da gördüm.

Kar değil güvenlik ve kullanım süresi içerisinde dayanımın azalmaması için daha kaliteli malzeme kullanımını destekleyenlerdenim.

Daha önceden de yayınladım diye hatırlıyorum 2003 yılında İmo Ankara da yapılan semineri de okuyun daha kapsamlı bilgi öğrenilebilir.Dosya ektedir.

Bir de olaya maliyet üzerinden bakarsak;

Maliyet olarak C20 - C25 ve C30 betonlarının güncel fiyatlarını bilmiyorum ama 2007 fiyatlarını karşılaştırırsak;

http://www.yapirehberi.net/Fiyatguncel.htm adresinden alınan veriler ışığında

Hazır Beton (Mikserli) (KDV hariç)    YTL/m3
Gro1                                      96
Gro2                                     97
C 14                                     98
C 16                                     99
C 18                                            101
C 20                                        104
C 25                                            106
C 30                                            110
C 35                                            111
Şap Betonu                            119
Pompa Ücreti                            8

1000 m3 lük hazır beton ihtiyacı olan bir binada;

C20 olması halinde toplam maliyet: 104 x 1000=104000 TL

C25 olması halinde toplam maliyet: 106 x 1000=106000 TL

C30 olması halinde toplam maliyet: 110 x 1000=110000 TL

4000 TL lik fark zaten beton dayanımından dolayı donatılardan tasarruf edilerek kapatılabilir hatta kâra bile geçilebilir.

Saygılarımla...

Arkadaşlar dün Kırıkkale Üniversitesindeki hocam ile görüştüğümde proje dizaynında betonu c30 secerseen kolon kiriş ebatlarını minimum seviyelerde,donatılarında daha da az çıktığını söyledi.Kalıp beton demir işlerini beraber düşündüğünde maliyeti baya ucuz oluyor dedi.Elinde önemli materyal olduğunu düşünmekteyim.Bi aksilik çıkmazsa hafta sonu büyük olasılıkla görüşeceğim ve daha fazla bilgi alarım. Aldığım bilgileri de buraya yansıtırım

Aydın bey bence çok haklı.

Eğilme etkisi altındaki elemanlarda beton sınıfının yüksek olmasının çok fazla bir etkisi olmaz.

Bu nedenle, olsa olsa kolonlarda faydası olur desek.... pratikte zaten sadece eksenel yüklü kolon bulamazsınız. Hatta, kolonların tümü eksenel yük ve çift yönde eğilme momenti etkisi altındadır.

Aydın beyin eklediği resimlerdeki tarafsız eksenin mesafesini gösteren (c) değerleri incelendiğinde, konu daha iyi anlaşılır. (c) değeri kolon ebadına göre zaten az, bir de basınç bölgesi için k₁ katsayısıyla çarpıyorsunuz ki, bu değer daha da azalıyor.

C20 için k₁ değeri 0,85 C30 için 0,82 ve örneğin C40 için 0,76 dır.

Yapının daha kaliteli bir betonla daha uzun yaşaması, mimari zorluklardan dolayı kesitlerin ufaltılması, statik tesirlerden dolayı .... gibi nedenler yüzünden kullanılabilir ama durup dururken her tarafa C30, C35 yapmanın da lüzumu yok diye düşünüyorum.