Betonun gevrek bir malzeme olup olmadığı konusuna geçmeden önce ilgili terimlerin üzerinde durulması faydalı olacaktır.
Süneklik: Bir malzemenin plastik şekil değiştirme kabiliyetine süneklik denir.
Gevreklik: Plastik şekil değiştirme kabiliyetinin olmaması durumunu ifade eder.
Tokluk: Malzemenin kopana dek absorbe ettiği (soğurduğu) toplam enerjiyi ifade eder. Sünek malzemelerin tokluğu yüksek, gevrek malzemelerin tokluğu ise düşüktür.
Şekil 1’de gevrek ve sünek kırılma şematik olarak gösterilmiştir.
Şekil 2’deki grafikte gevrek ve sünek malzemelerin davranışı görülmektedir.
Şimdi baştaki soruyu tekrar soralım: Beton gevrek bir malzeme midir?
Betona gevrek bir malzeme demek tam olarak doğru değildir. Beton kısmen gevrek özellik gösterse de kırılma mekaniği incelendiğinde yarı gevrek (quasi brittle) davranış sergilediği açıkça görülmektedir. Ayrıca, betona gevrek bir malzeme demek büyük bir haksızlık olacaktır. Beton, çelik gibi sünek bir malzeme olmadığı gibi cam gibi de gevrek değildir. Unutulmamalıdır ki mühendislik malzemenin sünek olmasını yani tokluk seviyesinin yüksek olmasını tercih eder.
Beton, üç fazlı heterojen bir malzemedir. Şekil 3’te betonun bu üç fazı gösterilmiştir. Bunlar;
- Agrega
- Çimento hamuru
- Agrega – çimento hamuru ara yüzeyidir.
Betonun kırılma mekaniği bu üç fazın özelliklerinin bir sonucudur. Şekil 4’te betonun gerilme-şekil değiştirme grafiği gösterilmektedir. Bu grafik incelendiğinde betonun farklı yük seviyelerinde farklı davranış sergilediği görülmektedir.
Beton, herhangi bir yüke maruz kalmasa bile içinde boşluklar ve mikro çatlaklar bulundurur. Bu mikro çatlaklar agrega-çimento hamuru ara yüzeyinde malzemelerin farklı mekanik özellikleriyle birlikte rötre ve termal gerilmeler nedeniyle oluşur. Bu çatlaklar betonun düşük çekme dayanımına sahip olmasının sorumlusudur.
Beton, tepe yükünün (fcu) %30’una kadar lineer elastik bir davranış sergiler. Bu süreçte agrega-çimento hamuru ara yüzeyinde çatlaklar oluşur ve mevcut çatlaklar aktif hale geçer. Bu çatlaklar stabil haldedir. Yük kaldırıldığında şekil değiştirme ilk haline yani “0” değerine geri döner.
Tepe yükünün (fcu) %70-90’ı kadar yüklemede ise elastik davranış kaybolur. Şekil 4’te görüldüğü gibi eğri lineerlikten sapmaya başlar. Bu aşamadan agrega-çimento hamuru ara yüzeyindeki çatlakların uzunluğu, genişliği, sayısı ve şiddeti artar. Tepe yüküne (fcu) yaklaştıkça çatlak oluşumu çimento hamuruna geçer ve çatlaklar uygulanan yük doğrultusunda birleşerek ilerlemeye devam eder. Bu aşamada çatlak ilerlemesi hızlanır ve yeni çatlaklar oluşur. Grafikte görüldüğü gibi eğri lineerlikten daha da uzaklaşır.
Tepe yüküne ulaşıldığında ise beton artık daha fazla yüke karşı koyamaz ve şekil değiştirme daha düşük yük altında devam eder. Çatlaklar ilerlemeye devam ettikçe şekil değiştirmeler artar ve yük taşıma kapasitesi azalır. Bu davranış betonun yük taşıma kapasitesinin aniden sıfırlanmasına engel olur. Tepe yükünden (fcu) sonra beton tokluk kazanır ve gevrek davranışın dışında yani “yarı gevrek” davranış sergiler. Tepe yükünden sonraki bölgede “şekil değiştirme yumuşaması” meydana gelir. Kırılma yani betonun göçmesi, betonun daha fazla şekil değiştiremediği noktada gerçekleşir.
