botas petrol platformunda meydana gelen yapısal hasarlar

KSÜ Fen ve Mühendislik Dergisi, 10(1), 2007 KSU Journal of Science and Engineering, 10(1), 2007

48

Botaş Petrol Platformunda Meydana Gelen Yapısal Hasarlar

Hanifi B ĐNĐCĐ1, Đsmail H. ÇAĞATAY 2, Salih YILMAZ 3, Hasan KAPLAN3 1KSÜ, Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi, Đnşaat Mühendisliği Bölümü, Kahramanmaraş

2ÇÜ, Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi, Đnşaat Mühendisliği Bölümü, Adana 3PAÜ, Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi, Đnşaat Mühendisliği Bölümü, Denizli

ÖZET: Kerkük-Ceyhan boru hattıyla taşınan petrol ile Türkiye’de üretilen petrol Dörtyol ve Ceyhan’da bulunan BOTAŞ işletmesinden dünyaya dağıtılmaktadır. Buradaki betonarme platformda çok önemli yapısal ve korozyon problemleri bulunmaktadır. Platformu taşıyan dörtlü kolonlardan bazılarının taşıma kapasitelerini kaybettikleri tespit edilmiştir. Yapılan incelemelerde, özellikle kirişlerde ve kolonlardaki paspayı tabakası ve göbek betonunda gözlenen dağılmaların sülfat ve tuz etkisinden olduğu ve yapının yeterince bu etkilere karşı dayanıklı olmadığı görülmüştür. Çok kısa zamanda gerekli önlemler alınmaz ise yakın gelecekte yapı servis ömrünü tamamlayacaktır. Mevcut haliyle yapının güçlendirme gereksinimi bulunmaktadır. Problemin çözümü için öneriler sunulmaktadır. Anahtar kelimeler: Korozyon, betonarme yapı hasarı, deniz suyu etkisi

Failure in Reinforced Concrete Structure of Botaş Petroleum Platform ABSTRACT: Petroleum produced in Turkey and transported by Kerkük–Ceyhan Pipeline is exported to World at BOTAŞ Plant. Reinforced Concrete (RC) platform in that plant has severe structural and corrosion problems. It is found out that some RC pile columns losses their bearing capacity. Observations made show that due to sulfate and salt attack covering conrete and some part of core of columns and beams broke up. As concrete used in platform is not designed to resist such affects. If the necessary precautions are not taken as soon as possible the structure will complete its economical life in the near future. Structure needs to be repaired and strengthened. Some suggestions are made to solve the problem. Keywords: Corrosion, RC damage, sea water attack

GĐRĐŞ Çimento bileşiminde fazla miktarda serbest kireç

(CaO) veya serbest magnezi (MgO) bulunması hacim değişikli ğine (genleşmeye) yol açar. Betonda çimentonun C3A bileşeni ile alçı taşı arasındaki veya sülfatlı ortamlarda betonun içerisine sülfatlı sularla sızabilecek sülfatlar arasındaki kimyasal reaksiyonlar, genleştirici özelliği olan kalsiyum-sülfo-alimino-hidrat ürünlerinin oluşmasına neden olabilmektedir. Bu ürünler betonun genleşmesine ve çatlayıp, kırılmasına yol açabilmektedir (Erdoğan, 1995). Amonyum sülfat, kalsiyum sülfat, magnezyum sülfat ve sodyum sülfat, Portland çimentosuna karşı en çok tehlike arz eden kimyasallardır (Özkan, 1992).

Bu zararlı etkileri önlemek için trikalsiyum aliminat oranı düşük çimentoların veya uygun puzolanik katkıların kullanılması gerekir. Kısmen çimento yerine puzolan katıldığında dolaylı olarak ortamdaki trikalsiyum alüminat miktarı azalmakta ve kireç ile birleşerek gözenekleri dolduran yeni bağlayıcı bileşenler oluşmaktadır (Park ve ark, 199).

Kalsiyum, sodyum, magnezyum ve amonyum sülfatları, betonda önemli genleşme, dayanım kaybı gibi etkilere neden olmaktadır (Taylor, 1974).

Deniz suyunda, önemli oranda sülfatlar bulunur ve bu ise beton korozyonuna neden olmaktadır (Tokyay ve Erdoğdu, 2001).

Kerkük-Ceyhan boru hattıyla taşınan petrol ile Türkiye’de üretilen petrol Dörtyol ve Ceyhan’da bulunan BOTAŞ işletmesinden dünyaya dağıtılmaktadır. Bölge çok yakın gelecekte önemli

enerji dağıtım merkezi olacaktır. Buradaki betonarme platformda çok önemli yapısal ve çok ciddi korozyon problemleri bulunmaktadır. Çok kısa zamanda gerekli önlemler alınmasa yakın gelecekte yapı servis ömrünü tamamlayacaktır. Yapılan incelemelerde, özellikle kiriş ve kolon kabuk betonlarındaki ve göbek betonunun bir kısmında gözlenen dağılmaların sülfat ve tuz etkisinden kaynaklandığı ve yapının bu etkilere karşı yeterince dayanıklı olmadığı görülmüştür. Ayrıca betonarme çeliklerindeki korozyon da önemli boyutlara ulaşmıştır. Mevcut haliyle yapının onarım ve güçlendirme gereksinimi bulunmaktadır. Problem, hem durabilitesi yüksek hem de korozyona karşı daha güvenli olan bazalt katkılı beton kullanılması ile çözülebilir. Deniz suyu ile temas halinde olan betonların üretiminde özel çimento ve katkı maddeleri kullanılmalıdır.

Bu çalışmada, söz konusu bölgede mevcut bulunan betonarme platformun yapısal bozulmaları ve betonarme donatılarındaki korozyon araştırılmıştır.

CEYHAN BÖLGE ve DÖRTYOL ĐŞLETME

MÜDÜRLÜĞÜ YAPILARI Botaş-Dörtyol platform yapısı 1320 m dir. Đskelenin

iki bölümü bulunmaktadır. Birinci bölüm yükleme ve raylı ulaşım yolu, ikincisi ise 65000 DWT’ luk tankerlerin yanaştığı dolum tesisleridir. Bölgenin haritası Şekil 1’de, iskelenin genel görünümü Şekil 2’de verilmiştir.


49

Şekil 1. Bölgenin haritası.

Şekil 2. Đskelenin Genel Görünümü.

YAPISAL HASARLAR Yapıların hasar görmelerinin nedenleri arasında

teknik kuralların göz ardı edilmesidir (Kaplan ve ark,

2003). Dörtyol petrol yükleme iskelesinin betonarme elemanlarında önemli yapısal hasar meydana gelmiştir. Yapısal hasarlar Şekil 3-7 arasında verilmiştir.


50

Şekil 3. Taşıyıcı kirişte önemli oranda hasar görülmektedir

Şekil 4 Taşıyıcı kirişteki betonarme donatısı tamamen ortaya çıkmış durumda


51

Şekil 5. Betonarme ayaklarda hem korozyon hem de önemli yapısal hasar oluşmuştur.


52

Şekil 6. Betonarme ayakların suya yakın kısımlarında hem korozyon hem de önemli yapısal hasar oluşmuştur. (a), (d) ve (e)’de boyuna yarıklar oluşmuştur. (b)’de ayak büyük hasar görmüştür. (c)’de enine yarıklar meydana gelmiştir. (f)’de bir çok bölgede beton donatıdan tamamen ayrılmıştır.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)


53

Şekil 7. Betonarme ayakların suya yakın kısımlarında hem korozyon hem de önemli yapısal hasar oluşmuştur. (a)’da iki ayak ta büyük hasar görmüştür. (b)’de ayağın betonu büyük ölçüde erimiş ve donatı önemli miktarda korozyona uğramıştır. (c)’de kirişte boyuna çatlaklar oluşmuştur. (d), (e) ve (f)’de betonarme kirişlerde önemli hasarlar meydana gelmiştir.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)


54

Betonarme yapılarda genellikle betonun çekme dayanımı ihmal edilir ve çekme bölgesinde (kirişlerin alt bölgesi) gerilmeler bu bölgelere konan çelik çubuk donatılarla karşılanmaktadır. Dolayısıyla, bu bölgedeki donatıların servis süresince korunması gerekmektedir. Ancak, incelenen yapıdaki kirişlerde Şekil 3-5’ten de görüldüğü gibi çekme bölgesindeki donatılar korozyona uğramıştır. Bu donatıların kesitte oluşan çekme gerilmelerini karşılaması beklenemez. Kirişler, deprem gibi herhangi bir dinamik bir etkiye gerek kalmadan servis ömrünü tamamlayabileceklerdir.

BETONARME DONATI LARDA KOROZYON

OLUŞUMU Korozyon, metallerin içinde bulundukları ortamla

kimyasal veya elektrokimyasal reaksiyonlara girerek metalik özelliklerini yitirmesi olayıdır. Özellikle demir, su ve atmosfer etkisine dayanıklı değildir. Dörtyol petrol yükleme iskelesinin betonarme elemanlarında önemli donatı korozyonu meydana gelmiştir. Korozyona uğramış yapı elemanları Şekil 8-11 arasında verilmiştir.

Şekil 8. Betonarme ayaklarda çok ciddi korozyon.

Şekil 9. Betonarme kirişlerde donatı betondan tamamen

ayrılmış ve ciddi korozyona uğramış.

Şekil 10. Betonarme kirişlerde donatı betondan ayrılmış.


55

Şekil 11. Betonarme kirişlerde donatı betondan tamamen ayrılmış ve ciddi korozyona uğramıştır.(a), (b), (c) ve (d)’de ayaklarda hem önemli korozyon hem de yapısal hasar görülmektedir.(e) ve (f)’de kirişlerde (dolfen) hem betonarmede hasar hem de donatıda korozyon görülmüştür.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)


56

BETON BASINÇ DAYANIMLARI Yapıların beton basınç dayanımları yapının ayak,

platform ve kirişlerinden alınan karotlarla belirlenmiş ve bulunan değerler Tablo1’de verilmiştir. Tablo 1. Yapı elemanlarının beton basınç dayanımları Yapı Elemanı Basınç

Dayanımı ( MPa )

Ayak 1 30 2 42 3 50 4 35 Ortalama 39.2 Platform 1 40 2 45 3 50 4 42 Ortalama 44.3 Kiri ş 1 50 2 52 3 48 4 55 Ortalama 51,2 Genel Ortalama 44.9

Ölçülen beton basınç dayanım değerlerinin değişimi incelendiğinde bu değerin 30 ile 55 MPa arasında değiştiği görülmektedir. Ortalama basınç dayanımı 44.9 MPa’dır. Dolayısıyla yapıda beton basınç dayanımı normal değerlerdedir. Eğer bu değerler daha düşük olsaydı yapının servis ömrü şimdiye kadar tamamlanmış olabilirdi.

pH ve KLOR ĐÇERĐKLER Đ Deniz suyunun pH ve klorür içeriği belirlenmiş ve

bulunan değerler Tablo 2’de verilmiştir Tablo 2. pH ve klorür miktarı

Yer Numune ağırlığı

Su miktarı

pH değeri

% klorür miktarı

Dörtyol MD7W Dolfen

3 14 9.2 0.406

Dörtyol MD7E Dolfen

2.6 14.2 11.1 0.560

Dörtyol MD2E Dolfen

3.5 15 11.6 0.650

Ortalama 3.03 14.3 10.7 0.538

Ölçülen pH değerlerinin değişimi incelendiğinde bu değerin 9.2 ile 10.7 arasında değiştiği görülmektedir. pH değerinin 10’dan düşük olduğu yerlerde donatıda korozyon devam etmektedir. pH değerinin 10’dan büyük olduğu yerlerde ise korozyon henüz başlamıştır.

Ölçülen klorür değerlerinin değişimi incelendiğinde bu değerin 0.406 ile 0.650 arasında değiştiği görülmektedir. Oysa zararlı klorür limiti % 0.2 civarındadır (Özdemir, 1981). Korozyonun nedenleri arasında klorür oranının yüksek olması da sayılabilir.

SONUÇLAR Çalışmadan aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir.

1. Ölçülen beton basınç dayanım değerlerinin değişimi incelendiğinde bu değerin 30 ile 55 MPa arasında değiştiği görülmektedir. Ortalama basınç dayanımı 44.9 MPa’ dır. Dolayısıyla yapıda beton basınç dayanımı açısından bir problem bulunmamaktadır. 2. Betonarme ayakların donatı çelikleri büyük miktarda korozyona uğramıştır. Ayrıca, korozyon artarak devam etmektedir. 3. Betonarme ayakların denizin içinde kalan kısımlarındaki betonarme donatılarındaki korozyon muhtemelen daha fazladır. 4. Betonarme ayakların üzerindeki betonarme kirişlerin yaklaşık %50’inde korozyon devam etmektedir. 5. Ölçülen pH değerleri ayak ve kirişlerde ortalama 10, ancak yapı elemanlarının üst kısımlarında bu değer daha düşüktür. Bu durum korozyonun devam ettiğini göstermektedir. 6. Donatıda oluşan hacim genleşmesi (korozyon) betonda geniş çatlaklara neden olmuştur. 7. Gerekli önlemlerin alınmaması ve takviye çalışmaları yapılmaması durumunda; yapı yakın gelecekte servis ömrünü tamamlayabilir.

ÖNERĐLER Beton yüzeyler özellikle basınçlı su ile yıkanarak

temizlenmelidir. Beton içerisine nüfuz etmiş olan klor iyonları bulunmaktadır. Bu zararlı iyonların elektrokimyasal yöntemlerle alınması gerekir. Yapısal elemanların hasar düzeyi belirlenmelidir. Hasar derecesine göre donatılara ulaşılmalı ve bunlar temizlenmelidir. Temizlenmiş donatılar için; korozyona karşı daha dayanıklı ve beton ile donatı aderansını sağlayabilen özel epoxy ile kaplanmalıdır. Epoxy’ler kurumadan betonarme donatı üzerine yapılacak tamir harcı üzerine granüle ince bazalt kumu serpilmelidir. Temizlenmiş ve ilk sırlanması yapılmış betonarme donatısı ve beton harcının üzerine korozyona ve sülfat etkisine karşı dayanıklı olan özel çimento bazalt mineral katkılar kullanılmalıdır. Betonarme korozyon oranı ile donatı alanındaki azalma, kesit kapasitesini yük etkilerinden aşağıya düşürmüşse bu elemanlara yeni donatılar ilave edilerek kesit kapasitesi yeterli hale getirilmelidir. Yapılacak onarım ve güçlendirme çalışmasında, yeterli paspayı tabakası da oluşturulmalıdır.


57

KAYNAKLAR Erdoğan, T. 1995. Betonu Oluşturan Malzemeler,

Çimentolar, Türkiye Hazır Beton Birliği Yayını, Đstanbul, 120s.

Kaplan, H., Yılmaz, S., Binci, H., Yazar, E. Çetinkaya, N., 2003.1 May 2003 Turkey Bingöl Earthquake; Damages in Reinforced Concrete Structures, Engeneering Failure Analysis, 11 (20): 279-291.

Taylor, G.D. 1974. Materials of Construction, Longman, Great Britian, 265s.

Tokyay, M., Erdoğdu, K. 2001.Cüruflar ve Cüruflu Çimentolar, TÇMB/ AR- GE /Y97-2, Ankara, 35s.

Özkan, S.B. 1992. Türkiye Doğal Puzolanları Đle Üretilen Çimentoların Sülfata ve Nitrata Dayanıklılığı, Yüksek Lisans Tezi (ĐTÜ), Đstanbul, 72s.

Özdemir, H.Đ. 1981. Genel ve Anorganik Teknik Kimya, Đstanbul Üniversitesi Yayınevi, Đstanbul, 1046s.

Park,Y.S., Suh, J.K., Lee, J.H., Shin, Y.S. 1999. Strength deterioration of high strength concrete in sulphate environment, Cem.Conc. Res. 29(12): 1397–1402.

botas petrol platformunda meydana gelen yapısal hasarlar

Documents