
Doğal Taşa Kimyasal Ankraj Uygulaması

Doğal taştan imal edilen yığma elemanlar medeniyetin başlangıcından itibaren bir yapı formu olarak var olmuştur. Örneğin, dünyaca bilinen Mısır'daki antik piramitler M.Ö. 2. ve 3. binyıllarda alçı harçları ile döşenmiş doğal taşlarla inşa edilmiştir (Smith, Bingel, & Bown, 2016). Taşın bir yapı malzemesi olarak kullanılması tarih boyunca devam etmiştir. Günümüzde, betonarme yapıların yaygınlaşması ile kullanım sıklığı azalmış olsa dahi, halen kullanılmaya devam edilmektedir.
1. Doğal Taşa Kimyasal Ankraj Uygulama Alanları
Binlerce yıldır bir yapı malzemesi olarak kullanılmakta olan doğal taş ile beton veya çelik malzemelerinin yapısal bütünlük içerisinde olması gereken durumlar oluşabilmektedir. Bu bütünlük ankrajlama işlemi ile sağlanabilmektedir. Ankrajlama yapılacak taş malzemesi iki farklı formda olabilir.
· Şekillendirilmiş, bir form oluşturmuş taş malzeme (Ör: yığma taş duvar)
· Şekillendirilmemiş, doğal yatağında yer alan taş malzeme
1.1. Yığma Taş Elemanlara Kimyasal Ankraj Uygulaması
Taş ve bağlayıcı harç malzemesinden oluşan yığma taş duvarların basınç dayanımı mertebece yüksektir. Bu olgu taş malzemesinin basınç dayanımının yüksek olması kaynaklıdır. Yığma yapıların, iç basınç etkisi yaratan zati ve servis yükleri altında, yüz yıllarca varlığını sürdürebildiği bilinmektedir.
Çekme etkileri altında ise basınç dayanımı mertebesinde bir dayanımından bahsetmek mümkün değildir. Çekme etkisi altında sistemin zayıf halkası bağlayıcı olan harç malzemesi olmaktadır. Taş bloklar tekil geometrilerini büyük ölçüde korurken, harç malzemesinin çekmeye karşı yenilmesi ile sistem geometrisinde göçme meydana gelebilmektedir. Bu durum Şekil 1’de görsel olarak tariflenmiştir.
Şekil 1 : Yığma taş duvarın yanal kuvvetler (deprem) altında göçme mekanizması (Pulatsu, 2016)
Yığma yapılarda göçmeye sebebiyet verecek düzeyde büyük yatay kuvvetler genellikle ‘deprem’ kaynaklı meydana gelmektedir. Yüz yıllarca varlığını sürdürebilen yığma yapılar, etkisi bir kaç dakika sürecek, olası bir depremde yıkılabilmektedir. Can ve mal kaybı meydana gelebildiği gibi tarihi önemi olan yapılarla kültürel miras kaybı da yaşanmaktadır.
Deprem yükleri altında yığma elemanlarda oluşabilecek iç gerilmeleri ve hareketleri (yer değiştirmesini) kısıtlamak için yapı çelik elemanlar (profiller) ile desteklenebilmektedir (Şekil 2). Düşey ve yatay doğrultuda ilave edilen çelik profiller ile duvar eğilmeye (çekmeye) karşı güçlendirilmiş olur.
Şekil 2 : Yığma taş duvarların çelik elemanlarla desteklenmesi bağlantı detayı örneği
Çelik profiller ile taş duvar arasındaki bağlantı Şekil 2’de yer verildiği gibi “kimyasal ankraj” (epoksi) ve ankraj rotları ile sağlanmaktadır.
Şekil 3 : Yığma taş duvarlara çelik kiriş bağlantı detayı örneği
Taşıyıcı sistemin karma olduğu, başka bir deyişle çelik ve yığma yapı elemanların birlikte kullanıldığı, tasarımlar sıklıkla kullanılmasalar dahi mevcuttur. Yatay taşıyıcıları çelik elemanların, düşey taşıyıcıları ise yığma elemanların oluşturuduğu karma yapılarda da çelik-taş birleşimleri söz konusu olmaktadır (bkz. Şekil 3).
1.2. Doğal Taş Zemine Kimyasal Ankraj (Pasif Kaya Ankrajı)
Doğal taşa ankraj uygulamasına ihtiyaç duyulan bir diğer uygulama “Pasif Kaya Ankrajı” uygulamasıdır. Pasif kaya ankrajları, kaya ve kayanın temas yüzeyinde inşa edilecek betonarme yapı elemanları arasında ‘öngerme’ uygulanmayan bağlantı elemanlarıdır. Sıklıkla uygulanan pasif ankraj uygulamaları Şekil 4’de verilmiştir.
Şekil 4 : Pasif kaya ankrajları kullanım alanları
Yapının yer aldığı lokasyonda mevcut ve olası su seviyesi yükseklikleri yapıya kaldırma kuvveti uygulayacaktır. Suyun kaldırma kuvvetinin yapı toplam ağırlığına baskın gelmesi durumunda yapının yerçekimine aksi yönde hareketlenmesi söz konusudur. Konunun anlatıcılığına yardımcı olacak abartılı grafiksel görselleştirme Şekil 5’de verilmiştir.
Şekil 5 : Suyun kaldırma kuvvetinin yapı ağırlığına baskın gelmesinin abartılı görselleştirmesi
Yapı temelinin altındaki zemin kaya ise, yapıyı olası ‘yüzme’ durumuna karşı ana kayaya uygun bir tasarımla ankrajlaşmak mümkündür (bkz. Şekil 4a). Bağlantı detayı örneği Şekil 6’da verilmektedir.
Şekil 6 : Kaya zemin ile betonarme temelin pasif kaya ankrajı ile birleşimi
2. Doğal Taşa Kimyasal Ankraj Uygulama Prosedürü
· Yapılacak hesaplamalar/testler sonucu ihtiyaç duyulan ankraj boyu uzunluğunda, belirlenen donatı çapı ve ankraj deliği çapına uygun delim işlemi kaya malzemede gerçekleştirilir.
· Delim işlemi mümkünse matkapla, yeterli delik derinliği matkap ile sağlanamıyor ise karot makinesi yardımıyla yapılır. Matkap uçlarının pürüzlü bir delim yapması ve bu pürüzlü yüzeylerin kimyasalın tutunmasını iyileştirmesi sebebi ile matkapla delim tercih sebebidir.
· Yüksek basınçlı kompresör (min. 6 bar) ile delik içerisindeki toz tamamen temizlenir. Delirk içerisi çelik telli fırça (harbi) ile fırçalanır ve delik yüzeyindeki tozların ayrışması sağlanır. Kompresörle tekrar delik tozdan arınana kadar basınçlı hava uygulanır. Kompresörün delik içerisine yağ püskürtmüyor oluşundan emin olunmalıdır.
· Deliğin içerisine yeterli miktarda (delik derinliğinin 2/3’ü kadar) kimyasal ankraj enjekte edilir.
o Çelik plaka bağlantıları için; ankraj rotu,
o Pasif kaya ankrajı uygulaması için; üst bölümü betonarme elemana (temel, istinat duvarı vb.) kenetlenme sağlayacak şekilde gönyelenmiş inşaat demiri
...ankraj deliğine yerleştirilir.
· Bu uygulamalarda kullanılacak kimyasal ankrajın;
o reçine esaslı
o su altı uygulamalara uygun ve
o doğal taşa uygulamalara uygun olması gereklidir.
· Kimyasal ankrajın kürlenmesi için yeterli süre (ankraj bilgi föylerinde yer almaktadır ve her ankraj için değişkenlik göstermektedir) sonrasında;
o Çelik plaka bağlantıları için; ankraj plakası yerleştirilir, somunlar takılır ve torklama yapılır.
o Pasif kaya ankrajı uygulaması için; temel donatıları ve betonu ile ilgili işlemler gerçekleştirilir.
3. Ankraj Tasarımında Dayanıma Etken Hususlar
Kimyasal bağlantıların tasarımında üç ana bileşenin dayanım değerlerine, davranış mekanizmalarına ve sistemin göçme modlarına hakim olmak gereklidir. Üç ana bileşen; ana malzeme (bağlantı yapılan malzeme), bağlantı elemanı (ankraj rotu veya inşaat demiri) ve bağlayıcı malzemedir (kimyasal ankraj) (bkz.Şekil 7).

Şekil 7 : Kimyasal ankraj tasarımında etken hususlar
Kimyasal ankraj bağlantısı yapılacak ana malzemeleri (bkz. Şekil 7a) ‘doğal malzeme’ ve ‘üretilmiş malzeme’ olarak iki ana başlık altında değerlendirmek mümkündür (bkz. Şekil 8).
· Üretilmiş malzemeler de; beton, dolu tuğla ve boşluklu tuğla olmak üzere üç farklı sınıfta değerlendirilir (bkz. Şekil 8b-c-d). Bileşenleri doğada yer alan malzemeler olsa dahi nihai ürün bir üretimin sonucudur ve yapaydır. İhtiyaca yönelik üretilen bu malzeme türleri için dayanım değerleri üretici tarafından belirlenebilmektedir. Özetle üretilmiş malzemeler belirlenmiş sınıflarda üretilirler ve karateristik davranışları genellenebilmektedir.

Şekil 8 : Kimyasal ankraj uygulanabilen ana malzeme türleri
· Ana malzeme olarak tanımlanan ‘doğal malzeme’, ‘doğal taş’ (bkz. Şekil 8a) ise insan üretimi olmaksızın doğrudan kullanımı söz konusudur. Şekillendirme gerekebilmektedir. Buradaki kritik husus; ‘doğal taş’ ana başlığı yüzlerce türdeki taş malzemeyi tariflemektedir ve bu durum yüzlerce farklı karakteristik davranış anlamına gelmektedir. Ayrıca bilinmektedir ki aynı türdeki taş malzemeler dahi oluşum süreçleri, maruz kaldıkları etkiler, çatlak durumları gibi etkenlerden dolayı farklı karakteristik özellikler gösterebilmektedir. Sonuç olarak doğal malzemeleri dayanım değerleri açısından genellemek, dayanım sınıflarına ayırmak oldukça güçtür.
Bağlantı elemanları da (bkz. Şekil 7b) (rot, inşaat demiri) belirlenen dayanım sınıfları için üretilebilmektedir. Örneğin “8.8” kalitesindeki çelik rotun karakteristik kopma dayanımı 800 MPa, karakterisitik akma dayanımı 640 MPa; “S420” kaltesindeki donatı çeliğinin karakteristik akma dayanımı 420 MPa’dır. Taşıma kapasiteleri bu değerler baz alınarak hesaplanabilmektedir.
Bağlayıcı malzeme, kimyasal ankraj – epoksi, dayanım değerlerini etkileyen ana unsur reçetesinde yer alan malzemelerdir. Bu içerik üretici firmaların AR-GE süreçlerinin bir sonucudur ve çoğunlukla üretici firmalarda saklı bir bilgidir.
· Kimyasal ankrajların dayanım değerleri, çeliğin akma dayanımı gibi, sabit bir değer değildir. Aşağıdaki etkenlere göre değişiklik göstermektedir.
o Bağlantı yapılan ana malzeme (taş, beton, tuğla) ve ana malzemenin dayanım değeri
o Ana malzeme çatlak durumu (mevcut veya servis ömrü boyunca olası)
o Delim yöntemi (matkapla delim, karotla delim, tozsuz delim)
o Uygulama esnasında ortamdaki su mevcudiyeti
o Kullanılan bağlantı elemanı tipi (ankraj rotu, inşaat demiri) ve çapı
Kimyasal ankrajlar, yukarıda yazan kombinasyonları içerecek şekilde ilgili test prosedürlerine göre, farklı ‘ana malzemeler’ için testlere tabi tutulurlar. Elde edilen dayanım değerleri söz konusu ankraj ürününe ait ETA (European Technical Assesment – Avrupa Teknik Mamül Şartnamesi) belgesi olarak yayınlanır. Ankraj tasarımı yapılırken ankraj ürünlerin ETA belgesinde yer alan, testler sonucu elde edilmiş, dayanım değerleri kullanılır.
Yukarıda daha önce belirtildiği gibi, ankraj elemanları beton ve çelik gibi genellenebilir dayanım sınıflarında (örn: C30, S275 vb.) üretilmezler ve her kimyasal ankraj elemanı için farklı dayanım değerleri mevcuttur.
4. Farklı Ana Malzemeler için Kimyasal Ankrajların ETA Belgesi Bulunurluğu
Kimyasal ankrajların ETA belgeleri üretilmiş ana malzemeler; beton, dolu tuğla ve boşuklu tuğla (bkz. Şekil 8b-c-d) için ilgili test süreçlerinden sonra elde edilebilmektedir. EOTA (European Organisation for Technical Assesment – Avrupa Teknik Değerlendirme Kuruluşu) ankraj performanslarının değerlendirilecekleri düzenekleri ve prosedürleri farklı ana malzemeler için yayınladığı EAD (European Assesment Document – Avrupa Değerlendirme Dokümanları) belgelerinde tariflemektedir. Ankraj malzemelerinin farklı ana malzemeler için EAD belgeleri aşağıda verilmiştir.
· Beton : EAD 330499-01-0601
· Yığma yapı elemanları (dolu-boşluklu tuğla) : EAD 330076-00-0604
Doğal taş (bkz. Şekil 8a) ana malzemesi için hazırlanmış EAD dokümanı (test prosedürü) mevcut değildir.
Dolayısıyla ankrajların, tasarım aşamasında kullanılmak üzere, doğal taşlarda dayanım değerlerini içeren ETA belgeleri mevcut değildir.
5. Doğal Taşlarda Kimyasal Ankraj Tasarımı İçin Öneriler
Doğal taşa kimyasal ankraj uygulaması için ‘uygulama sahasında ankraj çekme testleri’ ile projeye özgü dayanım değerleri elde edilmesi önerilmektedir. Doğal taşa uygulanacak ankraj elemanına özel bir tertibat ile çekme yükü uygulanır ve dayanımı test edilir. Ankraj çekme testi düzeneğine örnek bir görsel Şekil 9’da verilmiştir. (Şekil 9’daki ana malzemenin boşluklu tuğla olmasının özel bir nedeni yoktur. Her ana malzeme de çekme testi aynı formatta gerçekleştirilmektedir.)
Şekil 9 : Ankraj çekme testi
Beton ve dolu-boşluklu tuğla ana malzemelerine yapılan ankraj uygulaması tasarımında göçme modları ilgili tasarım standarlarına ve ürün ETA belgelerine göre tek tek tahkik edilmektedir. Değerlendirilen sistemin geometrik ve malzemesel özelliklerine göre her bir göçme modunun kapasitesi belirlenmekte ve uygulanan yükler ile mukayese edilmektedir. Geometri ve malzeme değiştikçe aşağıda yer alan göçme modlarının kapasiteleri artış-azalış gösterebilecektir.
Beton ve dolu-boşluklu tuğlaya ankraj tasarımındaki göçme modlarından yola çıkarak doğal taşa ankraj uygulaması için elde edilen olası göçme modları Şekil 10’da verilmiştir. Söz konusu göçme modları için referans alınan ilgili standart ve tasarım kılavuzları aşağıda verilmektedir.
· TS EN 1992-4:2018 : Eurocode 2 - Beton yapıların tasarımı – Bölüm 4: Betonda kullanılan sabitleme tertibatlarının tasarımı
· ETAG 029 – Annex C : Guideline for European Technical Approval of Metal Injection Anchors for Use in Masonry - Design Methods for Anchorages

Şekil 10 : Doğal taşa ankraj uygulamasında olası göçme modları
Detayları bir sonraki bölümde verilecek olan ‘çekme testi’ detayları ile Şekil 10’da ‘çekme yükleri göçme modları’ (a.1. Çelik kopması, a.2. Taş konik kopması, a.3. Ankraj sıyrılması, a.4. Blok taşın çıkması) bir arada tahkik edilmiş olur.
· Ankraj rotu/inşaat demiri çapı ve ankraj derinliği
· Ana malzeme (taş) dayanımı,
· Kullanılan kimyasal ankrajın mevcut ana malzeme ile gösterdiği yapışma dayanımı
· Blok taş boyutları,
· Taşlar arası harç malzemesi kalitesi ve
· Duvardaki basınç yükü, zati yük (Duvar ise, zemine ankraj değilse)
... değişkenlerine bağlı olarak sistem çekme yükü kapasitesi kontrol edilir.
Saha koşullarında yapılacak testlerde kesme yüklerini uygulayabilecek düzeneği sağlamak oldukça zor, çoğu zaman imkansızdır. Dolayısıyla Şekil 10’da verilen ‘kesme yükü göçme modlarını’ için test gerçekleştirmek sıradan bir süreç değildir. Kesme yüklerinin değerlendirilmesi ile ilgili öngörüler ve öneriler aşağıda verilmektedir.
· b.1. Çelik kopması : Tasarım hesapları yapılabilir. (İlgili standard : TS EN 1992-4 : Betonda kullanılan sabitleme tertibatlarının tasarımı)
· b.2. Taş kenar kopması : Yüksek dayanımlı taş malzemesinden sıklıkla beklenen bir davranış değildir. Önlem olarak, ankraj deliklerinin taş blokların merkezine açılması önerilmektedir.
· b.3. Lokal taş göçmesi : Lokal göçme (ezilme) tuğla elemanlarda meydana gelebilmekltedir. Yüksek dayanımlı doğal taşlarda gözlemlenmeyeceği öngörülmektedir. Önlem olarak, ankraj deliklerinin taş blokların merkezine açılması önerilmektedir.
· b.4. Blok taşın çıkması : Kenar taş blokların harç malzemesinden ayrışması sonucu bütün halde sistemden çıkması durumudur. Duvar üzerindeki basınç kuvveti (zati yük) arttıkça bu göçme modunun gerçekleşmesi güçleşir. Önlem olarak, yığma taş duvarlardaki uç taş bloklara ankraj uygulaması yapılmaması, ankrajların daha içte yer alan taş bloklara yapılması önerilmektedir.
6. Ankraj Çekme Testi ile Dayanım Tahkiki
Doğal taşa yapılacak ankraj uygulamalarının sistem dayanımını tespit etmek için ‘ankraj çekme testleri’ yapılması önerilmektedir. Herhangi bir örnek prototip üzerinde değil, doğrudan uygulama sahasında yapılacak testte doğal taş, bağlantı çeliği (rot veya inşaat demiri) ve bağlayıcı malzemenin (kimyasal ankraj – epoksi) bir arada çalışma durumu tahkik edilmektedir.
Çekme testleri prosedürü için geçerliliği dünyaca kabul görmüş “The British Standards Institution” kuruluşuna ait “BS 8539 : Code of practice for the selection and installation of post-installed anchors in concrete and masonry” standardının kullanılması önerilmektedir.
Test uygulanacak ankraj sistemi için ankraj çapı ve derinliği proje müellifince belirlenir. Ayrıca, ankraj üretici firmaların mühendislik ekiplerinden de bu konuda destek alınabilir.
Bir veya birden fazla ankraj çapı ve/veya derinliği için test gerçekleştirilebilmektir. Bağlantı elemanı (rot veya inşaat demiri) çapının 10, 15 veya 20 katı gibi derinlikler için testler gerçekleştirilebilir.
6.1. Proje Yükünün Test Edilmesi ve İlgili Prosedür (BS 8329 – Annex B.2.3.1)
Ankraj yerleşimi ve yapısal modelden ankrajlara etkiyen yükler belirlenir. Elde edilen yük değerlerinin uygulama sahasında yapılacak testlerden geçmesi yeterli olacaktır. Başka bir deyişle, sistemin kapasitesini tespit etmek ve tahribatlı test yapmak (ankraj elemanını koparmak, sıyırmak ya da taşı koparmak) gerekli değildir.
Çap ve/veya ankraj derinliğinin değiştiği her tip bağlantı için aşağıda yer alan çekme testi prosedürü ayrı ayrı gerçekleştirilir.
Çekme testinde sisteme uygulanacak çekme yükü ( Ntest) Denklem 1 ile tayin edilir. Test için belirlenen her tip ankraj (farklı çap ve/veya derinlik) için, minimum 5 adet test gerçekleştirilir.
Ntest = Nsk x Vtest Denklem 1
Nsk: İhtiyaç duyulan karakteristik çekme yükü
Vtest: Test yükü katsayısı (Tablo 1’den alınır).
Tablo 1 : Çekme testi katsayıları
Test Sonuçlarının Değerlendirilmesi
· Eğer tüm ankrajlar test yükünü sağlayabilirse (Şekil 11), tasarım dayanım değeri ( Nr,all ) karakteristik çekme yükü ( Nsk) olarak alınır (Denklem 2).
Nr,all = Nsk Denklem 2

Şekil 11 : Tüm ankrajların çekme yükünü sağlaması durumu
· Ankraj elemanlarının bir tanesi dahi çekme testi yük değerine ( Ntest ) yakın bir değer ( 0.8Ntest ) sağlayamaz ise ankraj çapı ve/veya ankraj derinliği yeniden tayin edilerek test prosedürünün başlangıcına dönülür. Eğer ankraj derinliği ve çapı değiştirilemiyorsa ankraj adedi, ankrajlar arası mesafe azaltılarak, artırılır. Böylece ihtiyaç duyulan karaktersitik çekme yükü Nsk azaltılır.
· Eğer ankraj elemanlarından bir tanesi dahi çekme testi yük değerine ( Ntest ) ulaşamadan hata verirse, fakat yaklaşık bir kapasiteye ( 0.8Ntest ) ulaşırsa (Şekil 12a) farklı bir yaklaşım uygulanır.
o Tüm ankraj elemanları (Ntest çekme yükünü sağlamışlar dahil) tek tek dikkatlice yüklenmeye (çekilmeye) başlanır.
o Ankraj elemanının hareketi 1.0 mm’ye ulaştığında test durdurulur. (Daha fazla yükleme gerçekleştirmek yapıyı tahrip edecektir.)
o 1.0 mm deplasman sağlayan yük değeri, o ankraj elemanı için ‘göçme yükü’ ( Nu ) olarak alınır.
Göçme yükleri tayini gerektiren durum ve yapılan göçme yükü testlerini gösterir örnek grafikler Şekil 12’de verilmektedir.
Şekil 12 : Örnek çekme testi verilerinin değerlendirilmesi
Yukarıdaki prosedür uygulandıktan sonra elde edilen veriler doğrultusunda, tasarım dayanım değeri ( Nr,all ) Denklem 3’e göre tayin edilir.
Denklem 3
Nu,ave: Göçme yükü değerlerinin aritmetik ortalaması
Vu,ave: Ortlama değer katsayısı (Tablo 1’den alınır.)
Nu,low: Minimum göçme yükü değeri
Vlow: Minimum değer katsayısı (Tablo 1’den alınır.)
Örnek test sonuçlarının değerlendirildiği Şekil 13’den de gözlemlenebildiği gibi; Nu,ave / Vu,ave değeri (2) ve Nu,low / Vlow değeri (4) hesaplanmış ve küçük olan değer (2) değerlendirme için seçilmiştir. Bu değer (5) ihtiyaç duyulan karakteristik çekme yükü değerini sağlamadığı için projedeki ankraj adedinin artırılarak ihtiyaç duyulan karakteristik çekme yükü değerinin azaltılması önerilmektedir.
Şekil 13 : Göçme yükü test verilerinin değerlendirilmesi
7. Doğal Taşa Kimyasal Ankraj için Önerilen Hilti Ankrajı
Bu metnin 2. Bölüm’ünde tariflenen doğal taşa kimyasal ankraj için uygunluk kriterlerini sağlayan ve dünyadaki muhtelif projelerde de uygunluğu test edilmiş olanHilti çözümü “HILTI HIT-RE 500 V3” kimyasal ankrajıdır (bkz. Şekil 14).
Şekil 14 : HILTI HIT-RE 500 V3 kimyasal ankrajı görseli
8. Kaynakça
BS 8539:2012 Code of practice for the selection and installation of post-installed anchors in concrete and masonry, The British Standards Institution, Londra, Birleşik Krallık
TS EN 1992-4:2018 Eurocode 2 - Beton yapıların tasarımı – Bölüm 4: Betonda kullanılan sabitleme tertibatlarının tasarımı, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye
European Organisation for Technical Assessment. (2013). ETAG 029 - Annex C : Guideline for European Technical Approval of Metal Injection Anchors for Use in Masonry - Design Methods for Anchorages. Brüksel: EOTA.
Pulatsu, B. (2016). Discrete element modeling of masonry structures: Validation and application. Earthquakes and Structures, 563-582.
Smith, A., Bingel, P., & Bown, A. (2016). Sustainability of Construction Materials. Elsevier Ltd.