Silaj Asitinden Doğan Bozulma

Betonarme silolar, uygun bir şekilde korunmadıkları durumlarda, silolanan malzeme özellikleri ve çevre koşulları etkisinde bazı hasarlara maruz kalabilmektedir (Şekil 1.24). Bu bozulmaların en sık karşılaşılan nedeninin silaj asitleri olduğu söylenebilmektedir. Hasarın oranı, silo boyutu, stok malzemesinin nem içeriği, beton üzerinde sağlanan koruma miktarı gibi birçok etmene bağlı bulunmaktadır. Büyük hacimli silolar, artan yatay basınca bağlı olarak, küçük hacimli silolara göre silaj asitlerinden daha fazla etkilenmektedirler. Nemli hayvan yemleri silo içine konulduğunda laktik ve asetik olarak adlandırılan silaj asitlerini üreten bir süreçten geçmektedir. Bu asitler, silo cidarlarıyla temasa geçince agregaları bir arada tutan çimentoyla tepkimeye girmekte ve zamanla derinlikle artan dayanım azalmalarına neden olmaktadır. Bu etkilerin betonun hasara uğramasını hızlandıracağı açıktır (Bellman 1996).

Silaj asidi etkisiyle oluşan hasarlara bir örnek Şekil 1.24.

(Doğangün vd., 2009)

Silolar Konusunda Daha Önce Gerçekleştirilen Bazı Çalışmalar 1.6.

19. yüzyılda zemin mekaniğindeki önemli gelişmeler ve içsel sürtünme, cidarlarla sürtünme gibi kavramların daha iyi anlaşılması, silo tasarımında da önemli gelişmelerin önünü açmıştır. Bu ilerlemeler, ancak 1985 yılında Janssen’ın çalışmalarıyla ortaya atılan silolarda basınçları tahmin etmeye ilişkin silo tasarımı teorisi ile genel kabul görmüştür.

Yüzyılın üzerinde bir pratik tecrübenin sonucunda ortaya çıkan bu teori, silo tasarımı için çok basitleştirilmiş bir yaklaşımdır ve bu nedenle yıllar boyunca düzeltmelere uğramıştır. Özgün teori, stok malzemesi ve silo cidarı arasındaki sürtünmeyi tanımlamakta, düşey basınçların ve böylece yatay basınçların elde edilebildiği iki boyutlu basit bir yöntem önermektedir. Taneli malzemelerde gerilmelerin tespit edilmesi ise Rankine tarafından gerçekleştirilen basitleştirmelerin kullanılması ile başlamıştır. Gerçekte Janssen teorisi (1895) o güne kadar silo davranışı için öngörülen davranış kabullerinin düşünülenden çok farklı olduğunu göstermektedir. Bu nedenle kısa zamanda bütün siloların tasarımı bu çalışmadan esinlenerek gerçekleştirilmeye başlanmış ve bu çalışma halen birçok yönteme de temel teşkil etmektedir.

20. yüzyılın başlarında, dünyanın her yerindeki silolar modern ve güvenilir bir yapı malzemesi olan betonarmeden yapılmaya başlanmıştır. Tuğla, çelik ve ahşap gibi diğer malzemelerin de ancak su depolarındaki inşa teknikleri kopyalanarak kullanıldığı daha önce ifade edilmişti. Ancak, birkaç büyük kaza Janssen teorisinin son şeklinin düzenlenmesi fikrini hızlandırmış, 1940’larda ise küçük silo modelleriyle deneyler yapılmaya başlanmıştır. Bu konudaki öncüler zemin mekaniği konusunda çalışan Reimbert kardeşlerdir. Bu mühendisler, Janssen teorisinin eksikliklerini vurgulamış ve benzer temellere dayalı bir bağıntı önermişlerdir. İki bağıntı basınçların en büyük ve en küçük olduğu yerler bakımından birbirinden biraz farklılık göstermesine rağmen sonuç bağıntılar oldukça benzerdir. Bununla beraber, bu yazarlar ilk kez yatay basınçların boşaltma esnasında arttığını göstermiştir. Bu olayı açıklayamamış olmalarına karşın, bunun birçok silo kazasının sebebi olabileceğini ileri sürmüşlerdir. O zamandan itibaren siloların boşaltılması uluslararası silo araştırmalarında önemli bir konu olmuştur.

Reimbert kardeşlerin bağıntısı 1970’lere kadar Janssen’ın bağıntısının yanında var olmuştur. Bu sırada Fransa, Almanya ve Rusya’da hem model hem de gerçek silolar üzerinde çeşitli deneyler yapılmıştır. Bu deneylerin temel amacı, boşaltma durumu için güvenlik katsayısı değerlerini belirlemekti. Bununla beraber, Jenike ve Johanson (1968), ABD’de ilk kez boşaltma sırasındaki aşırı basınçlar için bir teori önermiştir. Bu teoriye göre, stok malzemesi hareket bölgesinde Rankine dengesindeki değişiklikten ve statik ile dinamik durumdaki stok malzemesi arasındaki geçiş bölgesindeki aşırı basınç dalgasından kaynaklı basınç artmaktadır. Geniş ölçüde kabul görmesine rağmen Jenike ve Johanson teorisinin (1968) karmaşıklığından dolayı silo tasarımında pratik etkisi az olmuştur.

Jenike ve Johanson (1968), stok malzemesinin boşaltma sırasında değişik şekillerde hareket edebileceğini ve değişik akış şekilleri oluşabileceğini açıklamıştır. Bu özellikler de silo kullanımı konusunda büyük önem verilen bir araştırma konusu haline gelmiştir.

Birkaç yıl sonra Reimbert kardeşler ve Reimbert bağıntısının matematiksel zayıflığını gösteren Yunan araştırmacı Briassoulis (1991) arasında bilimsel bir tartışma meydana gelmiştir. Bunun sonucu olarak Reimbert teorisinin kullanımından vazgeçilmeye başlanmış ve mühendisler Janssen bağıntısının kullanımına geri dönmüştür.

1970’li yıllarda sonlu elemanlar yöntemi silo araştırmalarında ilk kez Kanadalı araştırmacılar Jofriet vd. (1977) tarafından kullanılmıştır. Bu çalışma alanı, bilgisayar teknolojilerindeki gelişmeler ve ayrıntılı ticari sonlu eleman programlarının ortaya çıkması ile hızla genişlemiştir. Bu süreç, araştırmacıların genellikle çok basit olan klasik yöntemlere ilişkin temel hipotezlerin dışına çıkmalarına izin vermiştir. Doğal olarak bu yöntemlerin kullanımı, silo cidarı ile stok malzemesi arasında oluşan sürtünme biçiminin modellenmesinin gelişmesine paralel olarak, stok malzemesi davranışının modellenmesine de izin verecektir. Bu, silolanan malzemenin fiziksel özeliklerinin araştırılması alanını da genişletmiştir. ABD’de Bucklin vd. (1996), Thompson ve Ross (1983) ve Puri (2002) tarafından gerçekleştirilen çalışmalar bu konuda belirleyici olmuştur.

Sonlu elemanlar yöntemi, stok malzemesinden kaynaklanan yüklerin belirlenmesinin yanı sıra silo cidarlarının yapısal davranışının incelenmesine de izin vermektedir. Diğer birçok silo problemi konusunda çalışmalarına rağmen Rotter vd.’nin (1998) bu alandaki çalışması öne çıkmıştır. Böylece üç boyutlu, elastik, elastoplastik gibi stok malzemesinin davranış modellerinin kullanımına izin veren çok ayrıntılı tasarım işlemleri ortaya çıkmıştır. Bu modeller geçici bir etki olarak boşaltmayı da dikkate almaktadır. Eibl ve arkadaşları (1982) ve Rombach (1995) gibi onun çalışmasını takip eden diğer araştırmacılar bu konuda çalışmalar gerçekleştirmişlerdir.

1970’ler ve 1980’ler boyunca küçük ölçekli silo modellerinin kullanımı farklı etkilerin araştırılması için kullanılmıştır. Nielsen’in (1977) makalesi gibi, bu konuda çalışılmış ilginç makaleler vardır. 1980’lerde de Askegaard ve Brown, 1995, ve daha sonra Munch-Andersen ve Nielsen, 1986; Enstad, 1983; Rotter vd., 1989; Kmita, 1991 ve diğer araştırmacılar tarafından gerçek silolar üzerinde önemli deneyler gerçekleştirilmiştir.

1990’ların başında siloların boşaltılması konusunda yeni bir bilgi ortaya çıkmıştır. Zhang (1993), Smith ve Lohnes (1983)’ın fikirlerini temel alarak, aşırı basınçların oluşmasında düşey doğrultudaki yerdeğiştirmede, stok malzemesinin genleşmesinin

anahtar etken olarak dikkate alınmasını önererek bu konuda bir teori geliştirmiştir. 1990’lar boyunca ayrık eleman yönteminin silo araştırmalarında kullanılması üzerinde durulmuştur. Jofriet (1997) ve Rotter (1989)’ın ekipleri bu alanın öncüleri olmuştur. Bu yöntemle stok malzemesi, doldurma ve boşaltma çözümlemelerinin birçok basitleştirme yapılmadan gerçekleştirilmesine imkân veren, kendine özgü hareket kabiliyetine sahip bir eleman haline gelmiştir.

Silolarda doldurma ve boşaltmadan kaynaklanan dinamik yüklerin yanı sıra rüzgâr ve deprem yükleri gibi dinamik yükler konusunda da çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Silo gibi silindirik yapılardaki rüzgâr basıncında etkili olan birçok faktörün kapsamlı irdelemesi Esslinger (1971), Kwok (1985) ve Macdonald vd. (1988) tarafından gerçekleştirilmiştir. Johns (1983) dairesel kabukların kararlı rüzgar yükü altında statik göçmesi üzerine bir çalışma gerçekleştirmiştir. Greiner and Derler (1995) ve Pircher (2004a,b) gibi araştırmacılar rüzgâr yüklemesi durumunda siloların burkulmasında farklı kusur şekillerinin etkisini incelemişlerdir. Pircher vd. (2001) rüzgâr yüklemesi ve taban oturması durumunda elastik olarak mesnetlenmiş silindirik kabuklardaki gerilmeleri araştırmışlardır. Briassoulis ve Pecknold D.A. (1986), Schneider ve Zahlten (2004) çelik ve Patra vd. (2010) ise betonarme ayaklı silonun rüzgar yüklerine karşı davranışını incelemişlerdir.

Silolardaki ısıl etkiler de çeşitli çalışmalara konu olmuştur. Bunlardan başlıcaları Blight (1992), Li vd. (1991), Zhang vd. (1993), Pruisel (1998), Lapko ve Prusiel (2001), Lapko vd. (2003) ve Mora´ n vd. (2006) şeklinde sıralanabilmektedir.

Son zamanlarda önceden dikkate alınmayan boşaltma sırasında oluşan titreşimler ve gürültüden kaynaklanan sorunlar gibi diğer konular üzerinde çalışılmaktadır. Tejchman (1993) ve Wensrich (2002)’ın bu konudaki çalışmaları öne çıkmaktadır. Bir diğer ilginç fakat çok az dikkate alınan konu, tozdan kaynaklı patlamalardır. Silo kazalarının büyük bir bölümü toz patlamalarından kaynaklanmaktadır. Eibl vd. (1982)’nin bu konudaki çalışmaları, bu alandaki önemli çalışmalardandır.

Ayrıca siloların ince silindirik kabuk cidarlarında en sık rastlanan hasar biçimlerinden biri burkulmadır. Bu nedenle bu konuyla ilgili de literatürde pek çok çalışma mevcuttur. Bunlardan başlıcaları Pircher ve Bridge (2001), Khelil (2002), Croll (2006), Sadowski ve Rotter (2011) olarak sıralanabilmektedir.