Yeni nesil hızlı inşaat teknikleri için atık bazlı sürdürülebilir yeşil yapı elemanlarının kapasitesini tahmin etmeye yönelik matematiksel modellerin geliştirilmesi

Son yıllarda doğal afetler küresel ölçekte ciddi bir sıklık ve şiddetle artış göstermektedir. 1998'den 2017'ye 20 içinde gerçekleşen depremler, yaklaşık 750.000 ölüme neden oldu, 125 milyonu aşkın insanı etkiledi. Türkiye, 500'den fazla aktif fay hattı bulunan kritik bir deprem kuşağındadır ve nüfusun %92'si, aktif fay hatlarına yakın konumlanmış kentsel alanlarda yaşamaktadır. Ne yazık ki, 2023'te Türkiye'nin Kahramanmaraş kentinde meydana gelen 7.8 büyüklüğündeki deprem, binlerce binaya ciddi zarar vermiş, hükümet yetkililerini acil yıkım ve yeniden inşa çabalarına zorlamıştır. Bu felaketler milyonlarca insanı yerinden etmiş, temel ihtiyaçlarını karşılayamaz hale getirmiş ve ciddi ekonomik problemlere sebep olmuştur. Doğal afetlerin yanı sıra, birçok bölgede siyasi istikrarsızlıklar barınma sorunlarını kötüleştirmekte; hızlı, güvenli ve sürdürülebilir kentleşme çabalarını zorunlu kılmaktadır. Bu zorlukların üstesinden gelmek için, istenilen konumlara hızlı bir şekilde taşınabilen, uygun maliyetli ve adapte edilebilir yapı sistemleri geliştirmek gerekmektedir. Atık azaltımı için esas olan döngüsel ekonomi prensipleri, malzeme kullanımının ötesinde üretim uygulamalarını da kapsamaktadır. Sürdürülebilir yapı, bina yaşam döngüsü boyunca ve değer zincirinin tamamında çevresel etkileri azaltmalı, döngüsel ekonomi prensipleriyle uyumlu olmalıdır. Tasarım ve İmalat için Dizayn (DfMA) ve Dekonstrüksiyon için Dizayn (DfD) yaklaşımları, modüler yapı sistemlerinin faydalarını maksimize etmekte ve dezavantajları minimuma indirmekte önemli bir rol oynamaktadır. Bu zorlukların üstesinden gelmek, döngüsel ekonomi prensiplerine entegre, atık geri dönüşümünü üst noktalara taşıyan ve yapısal elemanların yeniden kullanımına izin veren bir yapı sistemi tasarlamaya odaklanan mevcut tezin temel motivasyonunu oluşturmaktadır. Bina yapısal elemanlarının kapasitelerini tahmin etmek için matematiksel modeller geliştirmek için İnşaat ve Yıkıntı Atıkları (İYA) temelli jeopolimerlere derinlemesine bir analiz içerir. Geniş bir parametre aralığını kapsayarak, çalışma farklı türlerdeki jeopolimerler için geçerli olan yeni bir gerilme-şekil değiştirme modelini geliştirmeyi amaçlamakta, sürdürülebilir yapı uygulamalarını kolaylaştırmayı hedeflemektedir. Bu amaçla, bir gerilme-şekil modeli başlangıçta basınç davranışı üzerine geliştirilmiş ve ardından deneysel bulgulara dayanarak jeopolimerin eğilme davranışının formülasyonu oluşturulmuştur. Nihai moment kapasitelerini başarılı bir biçimde tahmin eden önerilen gerilme-şekil değiştirme modeli literatürden elde edilmiş 36 eğilme testi ile doğrulanmış ve ACI318'e göre hafif sapmalar ve artan doğruluk göstermiştir. Mekanik özellikleri ve donatı detayları değişen 50 kiriş numunesi için bir veritabanı oluşturularak ve tüm olası parametre kombinasyonları için sayısal modeller oluşturularak yük kapasiteleri belirlenmiştir. Önerilen modelin performansı, literatürden gerilme-şekil modelleri ve ACI318 prosedürü ile incelenmiş ve hataların mutlak ortalama yüzdesel hatası %5.13 olarak hesaplanmış, hata yapma biçiminden bağımsız olarak umut verici sonuçlar elde edilmiştir. Jeopolimer betonun matematiksel modellemesine devamı olarak, Kent ve Park'ın sargılı beton modelinden esinlenerek, jeopolimer kolanların eğilme kapasitelerini tahmin etmek için kapsamlı bir performansa dayalı malzeme modeli geliştirilmiştir. Önerilen gerilme-şekil değiştirme modeli, 41 numunenin test sonucuyla doğrulanmış ve moment kapasitesini doğru bir şekilde tahmin etmiştir. Ek olarak altı numunenin testinden elde edilen moment-eğrilik eğrileriyle karşılaştırılarak, modelin performans temelli tasarım hesapları için doğruluğu ortaya konmuştur. Ayrıca, dört uluslararası koddan (ACI318, BS8110-97, TS500 ve AASHTO) gelen eğilme kapasitesi hesaplarıyla karşılaştırıldığında, önerilen modelin deneysel verilerle güçlü bir korelasyon sergilediği ve geopolimer kolonlar için doğru tahminler sağladığı görülmüştür.