ZIMBALAMA ETKİSİNE KARŞI YAPI ELEMANLARININ GÜÇLENDİRİLMESİNDE HILTI ÇÖZÜM YAKLAŞIMLARI

Mevcut yapılarda güçlendirme ile elde edilebilecek bu potansiyel kazanımlar, büyük ölçüde yapı mühendisinin doğru çözümü seçebilmesine ve inşaat sektörünün tespit edilen yerel ve/veya global yetersizlikleri giderecek uygun güçlendirme yöntemlerini sağlayıp uygulayabilmesine bağlıdır. Çoğu güçlendirme projesi birden fazla çözümü bir arada gerektirir; ancak bazı yöntemler mimari, operasyonel veya geometrik kısıtlar, tasarım ve/veya uygulama konusundaki bilgi eksikliği ya da gerekli ekipmanın bulunmaması nedeniyle elenir. Bu durum, uygulanabilir çözüm seçeneklerinin sayısını doğal olarak azaltır.

Seçim süreci ayrıca her çözümün beraberinde getirdiği avantaj ve dezavantajlardan da etkilenir; hiçbir yöntem yapısal yetersizlikleri “mucizevi” şekilde ortadan kaldıran tek bir çözüm değildir. Buna ek olarak, yanlış uygulama riski de süreci karmaşıklaştırır. Yanlış uygulama, yapının bir bölümünü güçlendirirken başka bir bölümünü zayıflatma potansiyeline sahiptir. Aşağıdaki iki örnek bu durumu yerel ve global ölçekte göstermektedir:

• Yerel:

  Döşemeyi beton kaplama ile kalınlaştırmak ancak bu ek yükün taşıyıcı kirişlere etkisini göz ardı etmek.

• Global:

  Yapının bir tarafında yüksek yoğunlukta perde duvar kullanılması nedeniyle diğer tarafta yük talebinin artması ve istenenin tam tersi bir etki yaratılması.

Yerel ölçekte, yetersizlikler; kiriş, kolon, döşeme, duvar ve temel gibi bireysel beton elemanların çekme, basınç, eğilme, kesme, zımbalama kesmesi, burulma veya yeni yükleme koşullarının neden olduğu diğer etkiler karşısında yeterli dayanımı sağlayamaması şeklinde ortaya çıkabilir. Bireysel elemanlar için uygulanabilecek güçlendirme çözümleri arasında şunlar yer alır:

• Beton kaplama veya mantolama

  (Şekil 1’de gösterildiği gibi),

• Sonradan yerleştirilen donatı (post-installed rebar),

• Çelik mantolama,

• Yüzeye yakın yerleştirilen (NSM) veya yapıştırılmış çelik levhalar,

• Fiber takviyeli polimer (FRP) sarımlar ve şeritler,

• Harici öngerme sistemleri.

Şekil 1: Kolonlarda beton kaplama / mantolama uygulamasına bir örnek

Global Ölçekte Güçlendirme

Global ölçekte güçlendirme, genellikle yapının tamamını etkileyen deprem, yangın, yorulma ve rüzgâr gibi konuların ele alınmasını içerir. Bu tür etkileri karşılamak için aşağıdaki çözümler uygulanabilir:

• Perde dolgu duvarlar

  (Şekil 2’de gösterildiği gibi),

• Çelik çaprazlar (steel braces),

• Mikro kazıklar,

• Taban izolasyonu (base isolation),

• Enerji sönümleyici / sönümleme cihazları (damping devices)

Şekil 2: Kolonlar arasındaki perde dolgu duvar uygulamasına bir örnek

Bir binanın kullanım amacı değiştiğinde — örneğin daha önce ofis olarak kullanılan bir yapının mülkiyet değişimi sonrası ticari kullanıma dönüştürülmesi durumunda — artan insan yoğunluğu döşeme üzerinde daha yüksek yük oluşturur. Bu yük, döşeme, kolonlar ve temeller dâhil tüm taşıyıcı elemanlar tarafından karşılanmak zorundadır.

Yapılan kontroller sonucunda mühendis, düz döşemenin hem eğilme hem de zımbalama kesmesine karşı yeterli dayanımı sağlamadığını veya bazı durumlarda yalnızca zımbalama kesmesi açısından yetersiz olduğunu tespit edebilir. EN 1992‑1‑1:2004 [2] standardının 6.4. bölümünde belirtildiği üzere, bir beton elemanın zımbalama kesmesi dayanımı aşağıdaki beş parametreye bağlıdır:

1. Beton dayanımı

2. Basınç lifinin üstünden eğilme donatısına olan etkin yükseklik

3. Mesnet boyutu ve kontrol çevresi

4. Boyuna donatı miktarı

5. Zımbalama kesmesi donatısı miktarı

Bu parametrelerden bir veya birkaçını iyileştirmeye yönelik çeşitli “yerel” güçlendirme çözümleri uygulanabilir. Ancak her çözüm; müdahale seviyesi, maliyet, uygulanabilirlik ve ekipman gereksinimleri açısından belirli bir ödünleşim içerir. Bazı iyileştirmeler ise pratik olarak mümkün değildir — örneğin mevcut bir kirişin beton dayanımını artırmak. Diğer çözümler, örneğin zımbalama kesmesi talebini azaltmak için ek kolonlar eklemek, yükün temellere aktarılmasını gerektirir.

Bu nedenle Hilti’nin (1) ila (5) arasındaki parametreleri iyileştirmeye yönelik çözüm seçenekleri Tablo 1’de özetlenmiştir.

Tablo 1: Zımbalama kesmesi yetersiz beton elemanların güçlendirilmesine yönelik potansiyel çözümler

Doğrudan zımbalama kesmesi donatısı miktarının artırılması, zımbalama dayanımında orantılı bir artış sağlar. Günümüzde sektörde kullanılan bu tür çözümler genellikle minimum müdahale gerektirir ve diğer taşıyıcı elemanlarda oluşabilecek kesintiyi azaltır.

Diğer tüm güçlendirme yöntemleri ise, beton kaplama hariç, zımbalama dayanımında orantısız (daha düşük) bir artış sağlar. Beton kaplama yöntemi ise kendi içinde belirli ödünleşimler barındırır.

Son yıllarda, sonradan yerleştirilen ankraj teknolojisinin gelişmesi ve yeterli olgunluğa ulaşması, bu sistemlerin çelik‑beton bağlantıları ve beton‑beton birleşimlerinin ötesinde uygulamalarda da kullanılmasını mümkün kılmıştır. Güçlendirme uygulamalarından biri, mevcut beton ile yeni beton arasındaki aderans yüzeyinin hem yapıştırmalı hem de mekanik bağlantılarla güçlendirildiği beton kaplama (concrete overlay) çözümleridir. Beton kaplama ile güçlendirme hakkında daha detaylı bilgi Concrete-to-Concrete Handbook [3] ve ilgili Whitepaper [4] dokümanlarında bulunabilir.

Kimyasal ankraj sistemlerinin güçlendirmede bir diğer kullanım alanı ise, Hilti tarafından geliştirilen ve betonarme elemanların zımbalama kesmesi dayanımını doğrudan artıran HIT‑Punching Shear çözümüdür. Şekil 3’te gösterildiği gibi, bu sistem döküm sırasında yerleştirilen etriyelerin işlevine benzer şekilde çalışır ve zımbalama kesmesi yüklerine karşı elemanın kapasitesini artırır.

Şekil 3: Sonradan yerleştirilen zımbalama kesmesi donatısı olarak kullanılan Hilti HIT‑RE 500 V4, HAS(-U) çubukları ve dolgu seti

Bu çözüm, kimyasal ankraj uygulamasına oldukça benzer bir şekilde monte edilir: yani, beton yüzeyine dik olacak şekilde belirlenen gömme derinliğine kadar delme işlemi yapılır, deliklerdeki toz ve kırıntılar tamamen temizlenir, ardından harç enjekte edilerek çubuklar yerleştirilir. Harç kürünü tamamladıktan sonra somunlar, belirtilen maksimum tork değerine kadar sıkılabilir.

Not: Tasarımda açıkça dikkate alınmadığı sürece, eğilme donatısının delinmesi veya kesilmesi mümkün olduğunca kaçınılması gereken bir durumdur; aksi hâlde yapı daha da zayıflayabilir. Bu durumdan kaçınmak mümkün değilse — örneğin yoğun donatılı bölgelerde delme işlemini kolaylaştırmak için — eğilme donatısındaki kaybı telafi etmek amacıyla, tasarım sorumlusu mühendisin açık onayıyla ek önlemler alınması gerekir.

Yeni Hilti HIT‑Punching Shear güçlendirme çözümü aşağıdaki bileşenlerden oluşur:

Bu çözüm, HIT‑RE 500 V4 enjeksiyon harcının, M12, M16, M20 ve M24 boyutlarında sunulan Hilti HAS serisi dişli çubuklarla eşleştirilmesiyle oluşturulur. Bu çubukların her biri, iç veya dış mekân uygulamalarına uygun karbon çeliği ve paslanmaz çelik seçenekleriyle mevcuttur. Çelik bileşenleri tamamlayan Hilti Filling Set, bir sızdırmazlık pulu, küresel pul, somun ve isteğe bağlı kilit somunundan oluşur; tüm bu parçalar da her çubuk çapı için karbon ve paslanmaz çelik seçenekleriyle sunulur.

Bu sistemin sunduğu esneklik aşağıdaki parametreleri kapsar:

• 200–1100 mm arası döşeme kalınlıkları ve minimum 160 mm etkin yükseklik,

• Döşemenin üstünden veya altından montaj, çubuk boylarının döşeme kalınlığı ve çubuk çapına bağlı olarak tanımlanması,

• C20/25 ile C50/60 arası beton dayanımları,

• Kuru veya suya doygun beton ile su dolu deliklerde uygulama,

• Kısa vadede +40°C, uzun vadede +24°C maksimum sıcaklık koşulları,

• Statik ve yarı-statik yüklemelere maruz elemanlar.

Hilti’nin bulut tabanlı tasarım yazılımı PROFIS Engineering, zımbalama kesmesi açısından yetersiz beton elemanların değerlendirilmesi ve güçlendirilmesi için özel olarak geliştirilmiş yeni bir modül içerir. Bu modül, mevcut elemanların dayanımını analiz ederken ve güçlendirme tasarımı yaparken yapı mühendislerine daha güvenli, daha verimli bir çalışma akışı sağlar.

Yeni PROFIS Engineering Punching Shear Strengthening modülü şunları mümkün kılar:

• Döşemelerde dikdörtgen veya dairesel kolon, duvar ucu veya duvar köşesi seçimi ve bunların malzeme özellikleri ile geometrisinin tanımlanması,

• Mevcut betonun dayanımının EN 1992‑1‑1:2004

  standardına göre doğrulanması.

• aBG Z.15‑5.387 [5] ile DIN EN 1992‑1‑1/NA:2013 kapsamında güçlendirme tasarımı; karbon çeliği veya

  paslanmaz çelik seçenekleriyle dört farklı donatı çapı arasından seçim yapma imkânı ve donatı aralıkları ile kenar mesafelerinin serbestçe tanımlanması,

• Her bir çevrede (perimeter) radyal aralıkların ve güçlendirme elemanı sayısının serbest elle girilebilmesi,

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