Kesme dayanımı yetersiz olan betonarme elemanları güçlendirmek için en etkili yöntemleri mi arıyorsunuz? Hilti sizin için çözüme sahip.

Güçlendirmeye genel bir bakış

1.0 GİRİŞ

Son yirmi yılda inşaat sektörü, çevresel etkisini azaltmak ve mevcut yapı stokunu yeniden kullanarak artan sosyo‑ekonomik talepleri karşılamak konusunda giderek artan bir baskı altında kalmıştır. Bu durum özellikle, hizmet ömrünün sonuna yaklaşmış ve yenileme ya da yıkım gerektiren çok sayıda betonarme bina ve köprünün bulunduğu kentsel alanlarda daha belirgindir.Hizmet ömrünün sona ermesinin yanı sıra, mevcut yapıların güçlendirilmesini gerektiren bazı diğer nedenler şunlar olabilir:

• Kullanım amacı veya işlev değişikliği,
• Yapının taban alanının genişletilmesi,
• Yatay genişlemenin mümkün olmadığı yoğun kentsel alanlarda ek kat ilavesi,
• Yeni yapı yönetmeliklerinin yürürlüğe girmesi,
• Orijinal yapım sırasında yapılan hatalar veya diğer yetersizliklerin varlığı,
• Yangın ve deprem gibi bilinen tehlikelerin neden olduğu dayanıklılık sorunlarının giderilmesi gerekliliği.

Mevcut bir yapının güçlendirilmesi ya da yıkılıp yeniden inşa edilmesi kararı her zaman kolay değildir ve yapının mevcut durumu, işverenin beklentileri ile yapının kültürel, tarihsel ve toplumsal önemi gibi faktörlere bağlıdır. Eğer yapı mühendisi tüm yapının güçlendirilebileceğini belirlerse, mevcut bulgular güçlendirmenin; yapının kullanımının durdurulması ile yeniden hizmete alınması arasındaki süre açısından, yıkım ve yeniden inşa sürecine kıyasla %15 ila %70 oranında daha hızlı tamamlanabildiğini göstermektedir. Zaman tasarrufunun yanı sıra, yapının güçlendirilmesi işçilik ve malzeme tasarrufu sayesinde kaynak kullanımında %10 ila %75 oranında azalma sağlayarak yapının çevresel etkisini ve karbon ayak izini doğrudan azaltabilir [1]. Daha hızlı yeniden kullanıma dönüş ve daha düşük başlangıç maliyeti de işverenler açısından kritik öneme sahiptir.

2.0 MEVCUT YAPILARIN GÜÇLENDİRİLMESİNE YÖNELİK ÇÖZÜMLER VE SEÇİM SÜRECİ

Bununla birlikte, bu potansiyel tasarruflar büyük ölçüde yapı mühendisinin uygun güçlendirme çözümlerini seçme becerisine ve inşaat sektörünün tespit edilen yerel ve/veya genel yetersizlikleri giderebilecek doğru çözümleri sağlayıp uygulayabilme kapasitesine bağlıdır. Çoğu güçlendirme projesi birden fazla çözümü bir arada gerektirse de, bazı yöntemler mimari, operasyonel veya geometrik kısıtlar; tasarım ve/veya uygulama konusundaki bilgi eksikliği; uygun ekipmanın bulunmaması gibi nedenlerle elenerek potansiyel çözüm seçeneklerini daraltır. Bu seçimi ayrıca her çözümün beraberinde getirdiği avantajlar ve dezavantajlar da etkiler; zira bu yöntemlerin hiçbiri yapısal yetersizlikleri mucizevi biçimde ortadan kaldıran “sihirli değnekler” değildir. Durumu daha da karmaşık hale getiren bir diğer unsur ise, bu çözümlerin hatalı uygulanma ihtimalidir. Yanlış uygulama, yapının belirli bir bölümünü güçlendirirken başka bir bölümünü zayıflatma riski taşır. Bu durum, biri yerel düzeyde, diğeri ise küresel düzeyde olmak üzere aşağıdaki iki örnekle açıklanabilir:

1. Yerel düzeyde: Döşemeyi beton bir kaplama ile kalınlaştırmak ancak bu ek yükün taşıyıcı kirişler üzerindeki ilave etkilerini göz ardı etmek.
2. Küresel düzeyde: Yapının bir tarafında yüksek yoğunlukta kesme duvarı (dolu duvar) kullanılması nedeniyle diğer taraftaki yük talebinin artması ve böylece beklenenin tam tersi bir etki yaratılması.

Yerel düzeyde, yetersizlikler; kirişler, kolonlar, döşemeler, duvarlar ve temeller gibi bireysel betonarme elemanların, yeni yük taleplerinin neden olduğu çekme, basınç, eğilme, kesme, delme kesmesi, burulma ve diğer etkiler karşısında yeterli dayanımı sağlayamaması şeklinde ortaya çıkabilir. Bireysel elemanlara yönelik güçlendirme çözümleri arasında şunlar yer alır (ancak bunlarla sınırlı değildir):

• Beton kaplama veya mantolama uygulamaları (Şekil 1’de görüldüğü gibi),
• Sonradan yerleştirilen donatı uygulamaları,
• Çelik mantolama,
• Yüzeye yakın yerleştirilen (NSM) veya yapıştırılan çelik/FRP plakalar,
• Lif takviyeli polimer (FRP) sarımlar ve şeritler,
• Harici öngerme sistemleri.

Şekil 1: Kolonlarda beton kaplama / mantolama uygulamasına bir örnek

Küresel düzeyde güçlendirme ise genellikle yapının tamamını etkileyen sismik, yangın, yorulma ve rüzgâr gibi sorunların ele alınmasını içerir. Bu kapsamda uygulanabilecek çözümler arasında şunlar yer alır:

• Şekil 2’de gösterildiği gibi kesme dolgu duvarları,
• Çelik çaprazlar (çelik diyagonaller),
• Mikro kazıklar,
• Taban izolasyonu (base-isolation),
• Enerji sönümleme / sönümleyici cihazlar.

Şekil 2: Kolonlar arasındaki kesme dolgu duvarına bir örnek

3.0 KESME DAYANIMI YETERSİZ BETONARME ELEMANLARIN GÜÇLENDİRİLMESİ

Bir binanın daha önce ofis olarak kullanılırken mülkiyet değişikliği sonucunda ticari kullanıma dönüştüğünü varsayalım. Bu durumda artan insan yoğunluğu, döşeme üzerinde daha yüksek bir yük oluşturacak ve bu yükün döşeme, kirişler, kolonlar ve temeller dâhil tüm taşıyıcı elemanlar tarafından karşılanması gerekecektir. Genellikle yapılan kontroller sonucunda mühendis, kirişlerin hem eğilme hem de kesme dayanımı açısından yetersiz olduğunu ya da bazı durumlarda yalnızca kesme dayanımının yetersiz kaldığını tespit edebilir. Çoğu tasarım standardında — örneğin EN 1992‑1‑1:2004 [2] standardının 6.2. bölümü — betonarme bir elemanın kesme dayanımının aşağıdaki altı parametreye bağlı olduğunu hatırlayalım:

.Beton dayanımı,
2.Kesit genişliği ve yüksekliği,
3.Basınç lifinin üstünden eğilme donatısına olan etkin derinlik,
4.Mesnet uzunluğu,
5.Boyuna donatı miktarı,

6.Kesme (veya enine) donatı miktarı.

Mevcut olan “yerel” düzeydeki çeşitli çözüm seçeneklerinin kullanılması, yukarıdaki parametrelerden bir veya birkaçını iyileştirerek kesme dayanımını farklı oranlarda artırabilir; ancak bu durum müdahale düzeyi, maliyet, uygulanabilirlik ve benzeri başka etkenler açısından bir ödünleşmeyi de beraberinde getirir. Bazı değişiklikler pratikte mümkün bile değildir; örneğin mevcut bir kirişin beton dayanımını artırmak çoğu durumda uygulanabilir bir yöntem değildir. Diğer bazı çözümler — örneğin bir kirişteki kesme talebini azaltmak için ek kolonlar ekleyerek mesnet sayısını artırmak — bu kez başka bir kirişi daha fazla yükleyecek ve yükün temellere doğru yeniden aktarılmasını gerektirecektir. Dolayısıyla, (1) ila (6) numaralı parametreleri iyileştirmeye yönelik potansiyel çözüm aralığı Tablo 3.1’deki gibi özetlenebilir:

Table 3.1: Potential solutions to strengthen concrete deficient in shear

Kesme donatısı miktarının doğrudan artırılması, kesme dayanımında buna orantılı bir artış sağlar ve günümüzde sektörde mevcut olan çözümler genellikle minimum düzeyde müdahale gerektirir; bu da diğer taşıyıcı elemanlarda oluşabilecek kesintileri azaltır. Buna karşılık, betonun kendi kesme dayanımını artırmaya yönelik çözümler — beton kaplama hariç — genellikle orantısız (daha düşük) bir dayanım artışı sağlar ve beton kaplama uygulamasının da kendine özgü bazı dezavantajları ve ödünleşimleri bulunmaktadır

4.0 KESME DAYANIMINI ARTIRMAYA YÖNELİK SONRADAN YERLEŞTİRİLEN KESME DONATISI

Şekil 3: Sonradan Yerleştirilen Kesme Donatısı Olarak Kullanılan Hilti HIT‑RE 500 V4, HAS(-U) Çubukları ve Dolgu Seti

Bu çözüm, yapıştırma tipi ankrajların uygulanmasına benzer bir yöntemle monte edilir. Yani, beton yüzeyine dik olacak şekilde belirlenen gömme derinliğine kadar deliklerin açılması, deliklerdeki toz ve kırıntıların tamamen temizlenmesi, ardından harcın enjekte edilmesi ve çubukların yerleştirilmesi adımlarını içerir. Harcın kürünü tamamlamasının ardından, somunlar belirtilen maksimum tork değerine kadar sıkılabilir.

Not: Tasarımda açıkça dikkate alınmadığı sürece, betonarme elemanlarda eğilme donatısının delinmesi veya kesilmesi, yapının daha fazla zayıflamasına yol açabileceğinden mümkün olduğunca kaçınılmalıdır. Bu durumun kaçınılmaz olduğu — örneğin yoğun donatılı bölgelerde delme işlemini mümkün kılmak için — durumlarda, eğilme donatısındaki kaybı telafi etmek amacıyla tasarımdan sorumlu mühendisin açık onayıyla ek önlemler alınması gerekir.

5.0 HILTI'NİN YENİ SONRADAN YERLEŞTİRİLEN KESME GÜÇLENDİRMESİ ÇÖZÜMÜ: “HIT‑Shear”

Yeni Hilti HIT‑Shear güçlendirme çözümü aşağıdaki bileşenlerden oluşmaktadır:

Şekil 4: Hilti HIT‑RE 500 V4, HAS(-U) Çubukları ve Diğer Montaj Ekipmanları

Bu çözüm, HIT‑RE 500 V4 enjeksiyon harcının, M12, M16, M20 ve M24 boyutlarında sunulan Hilti HAS serisi dişli çubuklarla birlikte kullanılmasına dayanır. Her bir çubuk boyutu, iç veya dış mekân uygulamalarına uygun olacak şekilde karbon çelik ve paslanmaz çelik seçenekleriyle mevcuttur. Çelik elemanları tamamlayan Hilti Dolgu Seti (Filling Set), bir sızdırmazlık pulu, küresel pul, bir somun ve isteğe bağlı bir kilit somunundan oluşur. Bu bileşenlerin tümü, her çubuk çapı için yine hem karbon çelik hem de paslanmaz çelik seçenekleriyle sunulmaktadır.

Bu sistemin çok yönlülüğü, yüksek performanslı bir harç kullanılmasına dayanır ve böylece çözümün beton içinde uygulanabilmesini sağlar:

• 200–2200 mm arasındaki her türlü beton kalınlığında,
• C20/25 ile C50/60 arasındaki tüm beton dayanımlarında,
• Kuru veya suya doygun betonlarda ve su dolu deliklerde,
• Kısa ve uzun vadede sırasıyla +60°C ve +43°C’ye kadar olan sıcaklıklarda,
• Statik, yarı-statik (quasi-static) ve yorulma etkisi altındaki elemanlarda kullanılabilir.

Betonarme elemanın her iki tarafından — örneğin bir kiriş veya döşemede üstten aşağıya ya da alttan yukarıya — montaj yapmak mümkün olmakla birlikte, sistemin temel özelliklerinden biri, dişli çubukların belirli bir montaj boyuna, l_sw, yerleştirilmesidir. Bu montaj boyu, eleman kalınlığının hve delme işlemi sırasında karşı yüzeyde betonun kopmasını (spalling) önlemek amacıyla bırakılan artık örtünün c_resbir fonksiyonudur. Şekil 5’te gösterildiği üzere, artık örtü değeri kullanılan çubuk çapına bağlı olarak değişmektedir.

Tasarım açısından bakıldığında, sabit montaj boyunun kullanılması, döküm sırasında yerleştirilen etriyelerin oluşturduğu kafes (truss) modelinin davranışını yeniden oluşturacak şekilde çubukların güvenli bir şekilde ankrajlanmasını sağlar.

Şekil 5: HIT‑Shear Güçlendirme Çözümünde Montaj Derinliği ve Artık Örtüyü Gösteren Kesit

6.0 ALMAN ULUSAL ONAYI KAPSAMINDA ÇÖZÜMÜN GEÇERLİLİK ALANI

Avrupa Değerlendirme Dokümanı (EAD) veya uyumlaştırılmış bir Avrupa standardı (hEN) bulunmadığından, Hilti HIT‑Shear güçlendirme çözümü bu güçlendirme uygulaması için uygunluğunun doğrulanması amacıyla Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt) tarafından değerlendirilmiş ve “genel yapı tekniği izni” (aBG) Z‑15.5‑383 [4] ile onaylanmıştır. Bu onay, Almanya’da federal düzeyde uygulanan İdari Düzenlemeler – Teknik Yapı Kuralları’nın temelini oluşturan MVV TB (Muster‑Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen) kapsamındaki ulusal gereklilikleri karşılamaktadır.

7.0 ESNEKLİK SİZİN ELİNİZDE – PROFIS ENGINEERIN'İN GÜCÜNDEN YARARLANIN

Hilti’nin bulut tabanlı tasarım yazılımı PROFIS Engineering, kesme kapasitesi yetersiz olan betonarme elemanların değerlendirilmesi ve güçlendirilmesi için özel olarak geliştirilmiş yeni bir modül içermektedir. Bu modül, mevcut elemanların dayanımının incelenmesi ve güçlendirilmesi süreçlerinde yapı mühendislerine destek sağlayarak daha güvenli ve verimli bir çalışma akışı sunar. Yeni PROFIS Engineering Kesme Güçlendirme modülü aşağıdaki olanakları sağlar:

•                  Kiriş, kolon, döşeme ve perdeler arasında seçim yapılması ve bu elemanların malzeme özellikleri ile geometrisinin tanımlanması,
•                  Mevcut betonun dayanımının EN 1992‑1‑1:2004 + Ulusal Ek veya SIA 262:2017 [5] hükümlerine göre doğrulanması,
•                  Karbon çelik veya paslanmaz çelik seçenekleriyle sunulan dört farklı donatı çapı arasından seçim yapılarak, donatı aralığı ve kenar mesafelerinin serbestçe tanımlanması,
•                  Elemanın bireysel bölgelere ayrılması ve Değişken Basınç Çubuğu Eğimi Yöntemi (Variable Strut Inclination Method) kullanılarak en az donatıyla en yüksek kesme dayanımının elde edilmesi,

•                   Tüm doğrulamaları, donatı detaylandırmasını ve montaj talimatlarını içeren kapsamlı bir tasarım raporunun oluşturulması.

Şekil 6: PROFIS çözümü

8.0 SONUÇ

Mevcut yapıların dönüştürülmesi ve yeniden kullanılması, yeni yapı inşasına kıyasla birçok avantaj sunabilir; ancak her yapı, güçlendirme sürecinde belirli hedeflerin karşılanmasını gerektirir. Seçilen tasarım felsefesine bağlı olarak, yapı mühendisi doğrusal veya yüzeysel betonarme elemanlardaki kesme yetersizliklerini, bazıları diğerlerine göre daha az müdahaleci olan çeşitli yöntemlerle giderebilir. HIT‑RE 500 V4 harcı ile kullanılan HAS(-U) dişli çubuklardan oluşan Hilti çözümü gibi sonradan yerleştirilen kesme donatılarının kullanımı, yapısal bir elemanın kesme dayanımını önemli ölçüde artırabilen, minimal müdahale gerektiren yenilikçi bir yöntem niteliğindedir.

DIBt tarafından bir sistem olarak kapsamlı şekilde değerlendirilip genel yapı tekniği izni (aBG) ile onaylanan bu çözüm, mühendislerin Eurocode 2 tabanlı tanıdık bir tasarım yaklaşımını Hilti’nin PROFIS Engineering Suite yazılımı içinde entegre biçimde kullanmalarına olanak tanır. Böylece çap, aralık ve değişken eğimli basınç çubuğu gibi temel tasarım parametreleri arasından seçim yaparak uygulanabilir bir çözüm elde edilebilir. Sezgisel arayüzü sayesinde yeni Kesme Güçlendirme modülü, tasarım aşamasında mühendislerin zaman kazanmasına yardımcı olur; müşterilerine daha fazla değer sunmalarını sağlarken aynı zamanda daha güvenli ve dayanıklı bir yapı stokuna katkıda bulunur.

Tasarım yapmaya başlamak için https://profisengineering.hilti.com/ adresini ziyaret edebilirsiniz.