Surfside Champlain Towers South Condo Çöküşü ve Beton Bilimi [Video]
Beton binalar birdenbire yıkılmaz. Depremler bile onları yıkmamalı. Öyleyse, 1981’de inşa edilen modern bir yapı olan Surfside, Florida’daki Champlain Towers South binası neden başarısız oldu?
Video Transkript:
[NEWS BROADCAST] Sörf kenarındaki apartman çöküntü alanına, çalışan araştırmacılara ve mühendislere yeni bir bakış atıyoruz—
[GEORGE] Nasıl?
[NEWS BROADCAST]- Champlain Tower South’un öylece çökmesine neden olur.
[GEORGE] Nasıl yani?
İlkbaharda beton kimyası hakkında bir video üzerinde çalışıyorduk ve sonra sahildeki apartman çöküşü oldu ve bu işleri biraz değiştirdi. Beton binalar kendiliğinden yıkılmaz, depremler bile onları yıkmamalıdır. Peki 1981’de inşa edilen modern bir beton bina nasıl başarısız oldu?
Bu soruyu cevaplamak için bazı somut temellerle başlamamız gerekiyor. Birincisi, beton çimento değildir. İnsanlar bu kelimeleri her zaman birbirinin yerine kullanırlar, ancak bunlar iki farklı şeydir. Çimento, betondaki bir bileşendir.
Beton, kayalar çimento ve sudan yapılır. Binaların, kaldırımların ve diğer her türlü şeyin yapıldığı malzemedir.
Ve çimento, betonu bir arada tutan yapıştırıcı gibidir, tek fark en tuhaf ve en mantıksız yapıştırıcıdır.
Bu ne anlama geliyor? Yeni dökülmüş bir beton kaldırım gördüyseniz ve belki de içine bir avuç izi koymuş ya da koymamışsanız, beton kurumasına benzeyen şeyi görmüşsünüzdür. Islak kaldırım kurudukça beton sertleşiyor.
Ancak görünen o ki, olan şey hiç de öyle değil. Beton, kurumadan değil, “kürleme” adı verilen bir işlemle sertleşir. Aslında, kurumaması beton mukavemeti için daha iyidir.
Peki gerçekte ne oluyor? Şey, çimento çoğunlukla kalsiyum silikatlar ve kalsiyum alüminatlardır. Bu karışıma su ekleyin ve kalsiyum silikat hidrat denilen şeyi üreten bir kimyasal reaksiyon elde edin.
Şimdi size burada tüm reaktantlarla ve bundan elde ettiğiniz kesin ürünlerle tam kimyasal reaksiyonu göstermeyi çok isterim, ama her seferinde farklı! Sabit bir stokiyometri yok, sabit bir kristal yapı yok—
Ancak bunun kısa versiyonu, çimento artı suyun kalsiyum oksit, silikon dioksit, su, kalsiyum hidroksitten oluşan kalsiyum silikat hidrat oluşturmasıdır, her biri, bilirsiniz, değişen miktarlarda.
Kalsiyum silikat hidratın oluşması için suyun mevcut olması gerekir, hidrat kelimesinin orada yaptığı şey budur, su içerir anlamına gelir.
Yani beton buharlaşma yoluyla kurudukça, aslında reaktanlarınızdan birini kaybediyorsunuz. Ve eğer bu çok hızlı olursa, reaksiyonun tam olarak tamamlanması için yeterli zamanı olmayacaktır.
Bu neye benziyor? Gidip öğrenelim.
Bu yüzden bir yığın çimentoyu karıştırıyorum ve onu alt çekmecemde tupperware olarak da bilinen iki çimento kabına bölüyorum.
Birini suyun buharlaşmaması için streç filmle kapatıyorum, diğerini ise mümkün olduğunca fazla suyun buharlaşmasını sağlamak için bir fanın önüne koyuyorum.
Yani bunlar yan yana iki beton tupperware. Bu plastik sargının altında ve bu da fanın altında kürlendi. Buradan çok farklı görünmüyorlar ama çok yakından bakarsanız bu tür ince kılcal çatlakları görebilirsiniz. Bu çatlaklar, çamur düzlüklerinin kurudukça çatlaklar oluşturmasıyla tamamen aynı nedenle meydana gelir.
Tamam, vantilatör altında kürlenen betonu, plastik altında kürlenen betonla karşılaştıralım. Şimdi, buna çok yakından baktım ve temelde tek bir çatlak göremedim.
Bakılması gereken diğer şey, bu parçaların her birinin ne kadar güçlü olduğu. Şimdi inşaat halindeki beton, her türlü fantezi ekipman kullanılarak düzenli olarak test edilmektedir. Bunların hiçbiri bende yok, ama bu silahlara sahibim… ve bir balyoz. Öyleyse, um, hadi bunları kullanalım.
Bu yüzden, iki test parçamı tamamen aynı kuvvetle parçalamak için küçük bir balyoz test teçhizatı yaptım. Ayrıntıları size bırakacağım ve açıkçası buradaki DIY teçhizatımın bu iki beton parçasının güçlerindeki herhangi bir farkı ölçmek için yeterince hassas olmadığını söyleyeceğim.
Neyse ki, beton aslında laboratuvarda bu şekilde test edilmez. Laboratuarda beton silindirlere baskı yapan ve beton bozuluncaya kadar basıncı yavaşça artıran dev bir makine var.
Ve bu testlerden biliyoruz ki, bol suda kürlenen beton, her ikisi de yaklaşık bir yıl kürlendikten sonra açık havada kürlenen betondan yaklaşık iki kat daha güçlüdür.
Tüm bu çimentonun kalsiyum silikat hidratları üretmesine yetecek kadar betonda kalmak için suya ihtiyacınız var. Bazen inşaat ekiplerinin betonun üzerine su püskürttüğünü veya kürlenmeye yetecek kadar uzun süre ıslak kalmasını sağlamak için muşamba ile kapladığını bile görürsünüz.
Aslında betonu suyun altına dökebilirsiniz ve yeterli su olduğundan daha güçlü hale gelebilir, bu nedenle asla sınırlayıcı bir reaktan değildir.
Peki tüm bunların Surfside Condo Collapse ile ne ilgisi var?
Pekala, buna geri dönüyordum ve bana atlayan bir alıntıya rastladığımda kendime aynı soruyu soruyordum. Bir somut uzmanın bana baharda söylediği bir şeydi.
Altyapı malzemeleri mühendisliği okuyan Dr. Maria Juenger ile konuşuyordum ve nehir üzerindeki köprülerdeki betonun doğrudan suya mı döküldüğünü sordum.
[DR. JUENGER] Bazen suyun altına dökülürler, bazen de bilirsiniz, dövülürler. Yine de not edeceğim bir şey, okyanusta değil de nehir demenize sevindim, çünkü beton okyanusta çoğunlukla mutludur, um, deniz suyunu sevmeyen yapısal betonda kullandığımız bu takviye çeliğidir.
[GEORGE] Betonu sıkıştırırsanız gerçekten güçlüdür, ancak çekme dayanımı çok iyi değildir. Yani uzatır veya bükerseniz kırılma eğilimi gösterir.
Bina yapılarının yalnızca kendi ağırlıklarının değil, aynı zamanda rüzgar, fırtına ve hatta depremlerle de başa çıkma gücü olduğundan, bu bir sorundur.
Bunu telafi etmek için, genellikle çelikle yapısal betonu güçlendiriyoruz. Ancak çelik ve deniz suyu anlaşamaz, bu nedenle okyanusun içinde veya yakınında inşaat yaparken çok dikkatli olmalısınız.
[DR. JUENGER] Betonunuzu yeterince yoğun ve yeterince iyi yaparsanız, aslında içindeki çeliği deniz suyuna erişimden koruyabilir ve korozyondan koruyabilirsiniz, çünkü betonun yüksek pH’ı çeliği pasifleştirir ve paslanmasını önler.
[GEORGE] Deniz suyu betona nüfuz edebilir ve çeliğe ulaşabilirse oksidasyon reaksiyonlarını katalize edebilir. Çelikteki demir, oksijen veya hidroksit iyonlarıyla reaksiyona girerek pas oluşturur. Çelik donatıdan daha fazla demir çekilip pasa dönüştüğü için çelik mukavemet kaybeder.
Ve bu çelik çubukların yüzeyinde giderek daha fazla pas biriktikçe, betona doğru iter ve bu betonu çatlatabilir ve ayrıca mukavemetini kaybetmesine neden olabilir.
Şimdi, tüm bunlar betonun içinde gerçekleştiği için, çok geç olana kadar korozyonun boyutunu fark etmeyebilirsiniz.
Surfside’da olan bu mu? Bu noktada kesin olarak bilmiyoruz. Yıllar sürecek. Ancak ilk işaretler, takviye çeliği ile ilgili sorunlara işaret ediyor.
Geçtiğimiz birkaç yıl içinde, surfside’daki müfettişler ve bakım işçileri, inşaatta suyun sızmasına ve bina ile temas halinde kalmasına izin veren, inşaat çeliğini aşındırarak tüm yapıyı zayıflatabilecek teklifler, büyük hatalar, teklifler bildirdi.
.