Geri dönüşümlü agregadan üretilmiş tam ölçekli kolonların yangın etkisi altındaki deprem performansı

Abstract

Artan endüstrileşme dikkate alındığında, sınırlı doğal kaynakların etkin kullanımı yenilenebilir enerji konusunu gündeme getirmiştir. Yapı mühendisliği perspektifinden bakıldığında, yapılar deprem, kentsel dönüşüm vb. nedenlerle yıkıldığında ekonomi ve çevre için ağır bir yük olan atık malzemeler ortaya çıkmaktadır. Örneğin, atık miktarı Amerika Birleşik Devletleri (ABD) için 2003 yılında 170 milyon ton, Kanada için 2008 yılında 17.3 milyon ton olarak rapor edilmiştir [Cree vd, 2013]. Ülkemizde ise 6306 sayılı `Afet Riski Altındaki Alanların Dönüştürülmesi Hakkındaki Kanun`un yürürlüğe girmesi ile kentsel dönüşüm projeleri kapsamında önümüzdeki 20 yıl içinde yaklaşık 6.5 milyon konutun yıkılarak yeniden inşaası planlanmakta ve sonuç olarak yaklaşık 500 milyon ton yıkıntı atığının ortaya çıkması beklenmektedir [www.csb.gov.tr].Atıkların çevre ve insan sağlığı için bir risk oluşturmadan, yerel ekonomi için değer kazandıracak bir girdiye dönüştürülmesini amaçlayan atık yönetim planlarının oluşturulması, temel bir milli politika haline gelmektedir. Son yıllarda, ABD, Japonya ve Avrupa Birliği'nin de içinde olduğu endüstrileşmiş ülkeler, yapı malzemelerinde karbon ayak izinin azaltılması gibi sürdürülebilirlik temasına dayanan nedenlerle, inşaat ve yıkıntı atıklarının beton yapımında kullanımı konusundaki çalışmaları teşvik etmektedirler. Bu yüzden gelecek yıllarda, yeni binaların yapımında inşaat ve yıkıntı atıklarının geri dönüştürülerek kullanımı ekonomik ve çevresel sürdürülebilirliğin sağlanabilmesi açısından önemli bir alan haline gelecektir. Türkiye'de de atık yönetimi, giderek artan bir şekilde çevre koruma politikaları arasında ağırlıklı bir öneme sahip olmaktadır. Yürürlüğe giren `İnşaat ve Yıkıntı Atıklarının Değerlendirilmesi` projesi inşaat ve yıkıntı atıklarından kaynaklanacak olan çevre sorunlarının giderilmesi, kısıtlı depolama sorununa katkı sağlanması ve bu atıkların ekonomik faydaya dönüştürülmesini amaçlamaktadır [Resmi Gazete 12.01.2013-28586]. Son yıllarda yapılan çalışmalar, inşaat ve yıkıntı atığı betonun geri dönüştürülmesi ile elde edilen agreganın (GDA) yeniden beton üretiminde kullanımı ile ilgili standartlar oluşmasını sağlamıştır [EN 1262, BS 8500-2, DIN 4226-100]. İlgili standartlar, GDA'nın yapısal betonda kullanımını içermemektedir, ancak, GDA'nın kullanımının yaygınlaşmasına katkıda bulunmaktadır. Literatürde, GDA ile üretilmiş betonların, doğal agregalar (DA) ile üretilmiş betonlarla benzer performansa sahip olabileceklerini ortaya koyan çalışmalar bulunmaktadır. Ancak, GDA'nın sürdürülebilir şekilde kullanımı konusunda da zemin hazırlamak önemlidir. Bir yapının servis ömrü boyunca deprem ve yangın geçirme riski bulunmaktadır. 2015 yılında, İstanbul Büyükşehir Belediyesi İtfaiye Daire Başkanlığı tarafından yayınlanan rapora göre, 2010-2015 yılları arasında İstanbul'da meydana gelen yapısal yangın sayısı yaklaşık 60.000'dir. Benzer durumlar dünyanın birçok ülkesinde de görülmektedir [Hall, 2001]. Yangınların büyük çoğunluğunda, yapı elemanlarının beton, yapı çeliği gibi malzemelerinde bozulmalar ve termal genişlemelere bağlı olarak yapısal hasarlar gözlenmekte ve bu değişiklikler yapıların deprem performansını olumsuz yönde etkilemektedir. Kısa dönem içerisinde kullanılmaya başlaması ekonomik ve çevreye olacak olan katkısı dolayısıyla büyük bir kazanım olacak olan GDA ile inşaa edilen yapıların yangın güvenliği ve dayanımı konusunda literatürde yeralan çalışmalar çok sınırlı sayıdadır. Bu durum, GDA ile inşaa edilen yapıyı kullananların can güvenliğini ve yapısal elemanların hasar görmeden güvenli şekilde çalışmaya devam etmesini riske atabilecektir. Ülkemiz, dünyanın en aktif faylarından birisi olan Kuzey Anadolu fay hattı üzerinde yer almaktadır ve her yıl irili ufaklı çok sayıda deprem meydana gelmektedir. Bu nedenle, GDA kullanılarak imal edilmiş olan yapılarda can güvenliğinin sağlanması için, her yangından sonra yapısal hasarın tespit edilmesi ve hasar tespiti safhasında, yapının kalıcı performansının gerçekçi bir şekilde belirlenmesi, yapının tamir edilmesi, güçlendirilmesi veya yıkılıp yeniden yapılmasına karar verilmesi gerekmektedir. Tezin amacı, literatürde daha önce az sayıda araştırmaya konu olmuş olan, GDA ile üretilen, depremde birincil derecede öneme sahip betonarme kolonların yangın sonrası deprem davranışını deneysel olarak ortaya koymak ve yangın sonrası hasar tespiti esnasında yapının onarım, güçlendirme veya yıkılıp yeniden yapılması işlemlerinden en güvenli ve ekonomik olanının tespit edilmesine katkı sunmaktır.

Considering the ever-increasing industrialization, efficient use of limited natural resources has raised the issue of effective use of renewable energy. Even from the perspective of structural engineering, the demolition of structures due to earthquakes, urban transformation etc. results in waste materials, imposed on the economy. This sort of waste was reported as 170 million tons in United States of America (US) in 2003 [Cree et al, 2013]. and 17.3 million tons in 2008 in Canada [Canada Ministry of Industry, 2008]. In Turkey, for the next 20 years, approximately 6.5 million apartments are planned to be demolished within the scope of Urban Transformation Law (06/05/2012 - 6306). At the end of this process, it is assumed that approximately 500 million tons of debris [www.csb.gov.tr] will emerge.Planning for waste management becomes an important national policy, aiming to convert the waste materials as in input to create value-added products for the local economy, without creating a risk to the environment and human health. In recent years, developed countries such as US, Japan and the European Union, promote research on the use of concrete production with demolition waste, based on the theme of sustainability and reducing the carbon footprint of building materials. Therefore, in the next few years, the use of recycled waste in the construction of new buildings will be useful to ensure the economic and environmental sustainability. The waste management in Turkey is among the environmental protection policies, with increasing importance. In the scope of the project `The Assessment of Building and Demolition Waste`, it has been aimed to eliminate environmental problems that will result from construction and demolition waste, contribution to the limited waste storage problems, and conversion of the waste to an economical benefit [Official Gazette, 12.01.2013-28586]. Studies on utilization of Recycled Aggregates (GDA) from demolition waste in new constructions led to the development of standards on this subject [EN 1262, BS 8500-2, DIN 4226-100]. In literature, there are studies demonstrating that the performances of reinforced concrete members constructed with GDA and DA are similar. However, it is also important to ensure the sustainability of GDA usage in concrete. During the service life of a structure, there might be risks such as, earthquake and fire. The number of structural fires between 2010 and 2015 was reported as 60.000 by Istanbul Metropolitan Municipality Fire Department. A similar situation is observed in many countries in the world [Hall, 2001]. In the majority of these fires, it is known that structural damage may be observed depending on the deterioration and thermal expansion of the materials such as concrete and steel rebar of the reinforced concrete structural elements, thereby adversely affecting the seismic performance of the structures. Research on post-fire performance of GDA which may risk the life of the residents and the fire safety of the structures is very limited. Turkey is located on one of the world's most active faults, and thus at high risk of earthquakes and fires caused by earthquakes. Therefore, for the life safety of the residents, who are living at the structures incorporating GDA, after fire, damage assessment must be immediately carried out by experts, the residual performance of the structure must be obtained and decisions should be given whether to repair, strengthen or demolish the entire structure. The purpose of the thesis, which has been the subject of very limited research in literature, is to investigate the post fire seismic behavior of reinforced concrete columns, constructed using GDA, by experimental techniques, and to contribute to the identification of the safest and the most economical process (repair, strengthen or reconstruct the structure) after fire.