Güçlendirme Projelerinde Filiz Ekimi Tasarımında Güncel Gelişmeler

ÖZET

Güçlendirme; mevcut yapı stoğumuzun hızlıca depremlere karşı hazır hale getirilmesi ve ekonomik kaynaklarımızın doğru kullanımı açısından son yıllarda “yıkıp - yeniden yapmaya” göre daha öne çıkmaya başlamıştır. Gerek düşey taşıyıcı elemanlarda mantolama ve yapısal sisteme perde ekleme gibi konvansiyonel yöntemler, gerekse yapısal sönümleyiciler gibi yenilikçi yaklaşımların ortak noktası; mevcut yapıya filiz ekimi yapılmasıdır. Ülkemizde filiz ekimi tasarımı için TS EN 1992-1-1 standartı kullanılmaktadır. Ancak bu standart, pratikte çok karşılaşılan bir durum olmayan, sonradan ekilen filizin gelen yükü mevcut betonarme içerisindeki donatıya aktardığı kabulü üzerine bir tasarım anlayışı izlemekteydi. Ekim 2019’da EOTA tarafından yayınlanan TR069 teknik kılavuzu yükün aktarılabileceği mevcut donatının olmadığı durumlarda filiz ekimi tasarımının önünü açtı.

Anahtar Kelimeler: Güçlendirme, Filiz Ekimi, Kimyasal Ankraj, EOTA TR069

ABSTRACT

Developments in Post-Installed Rebar Design Methods in Retrofitting Projects

Retrofitting of structures has started to stand out more than demolishing and rebuilding of buildings, in terms of getting our existing building stock ready for earthquakes quickly and using our economic resources correctly in recent years. Post-installed reinforcement (PIR) is inevitable in retrofitting applications even it is a conventional method like column jacketing or adding structural walls to the structural system, or an innovative method such as using dampers and isolators. EN 1992-1-1 is used for PIR design in Turkey. However, this standard followed a design approach based on the assumption that the PIR transfers the load to the existing reinforcement, which is not a common practice. Technical report “TR069”, published by EOTA in October 2019, paved the way for PIR design in cases where there is no available existing rebars to transfer the load.

Keywords: Retrofitting, Post-installed rebar, Chemical anchors, EOTA TR069

GİRİŞ

Ülkemizin yapı stoğunun yüzde 80’i 2000 yılı öncesinde inşa edilmiş ve büyük çoğunluğu mühendislik hizmeti görmemiş yapılardır. [1] Bu yapıların en yaygın ortak sorunları arasında yetersiz sargı donatısı, yapısal sistemde perde olmaması, standart altı beton kalitesi, korozyon, denetim eksikliği ve kapasitesine yakın düşey yük etkisi altında olan kolonlar sayılabilir. [2] Bu ve buna benzer nedenlerden dolayı bu yapılar yatay dinamik yük etkilerine karşı zayıftırlar.

Sonradan ekilen inşaat demiri bağlantıları, son yıllarda güvenilir ve günlük bir çözüm haline gelmiştir. Yeni inşa edilen yapılarda özellikle rampa ve merdiven donatılarında çokça kullanılan bu yöntem, güçlendirme projelerinde; yukarıda bahsi geçen sorunları bertaraf etmek amaçlı yapılan mevcut temel ya da döşeme kalınlaştırılması, temele boyuna donatı filizi ekilmesi ve döşeme/temel uzatılması gibi çeşitli uygulamalar için kullanılırlar.

Genel olarak filiz ekimi uygulamaları 3 ana grupta incelenebilir. Bunlar; mevcut donatıya sonradan ekilen donatının bindirme yaptığı durumlar, ilk duruma uymayan yapısal ekler ve beton kalınlaştırma uygulamaları. (Şekil 1-2-3)

Şekil 1- Bindirme Uygulamaları

Şekil 2- Yapısal Ekler

Şekil 3 - Beton Kaplama Uygulamaları

1. Tasarım Metodları

Ülkemizde ve Avrupa’da tasarım 2019 yılına kadar sadece TS EN 1992-1-1 standardı kullanılarak yapılıyordu. [3] Bu standart TS500’deki gibi “yerinde bırakma” donatılar için bindirme ve kenetlenme koşullarını içermektedir. Sonradan ekilen donatı tasarımında, yerinde bırakma donatılar için geçerli olan bu standardın kullanılmasının sebebi; önceki adı EOTA TR023 olan, şimdiki adı EAD 330087-00-0601 olarak değişen “Systems for post-installed rebar connections with mortar” malzeme değerlendirme dökümanında, sonradan ekilecek donatılar için tasarım kriterlerinin TS EN 1992-1-1’de belirtilen yerinde bırakma donatılarla aynı olduğunun belirtilmesidir. Doğal olarak bu dökümanda filiz ekimi uygulamaları bindirme yapılan ya da moment aktarmayan uygulamalar olarak toplamda 5 farklı tiple sınırlandırılmıştır. [4] (Şekil-4) 

Şekil 4- EAD330087’ye göre izin verilen filiz ekimi uygulama tipleri

Bu 5 tip ve uygulama alanlarına örnekler aşağıdaki gibidir:

1.1   Mesnet bölgesinde yapılan bindirmeli filiz ekimi uygulaması: Genelde konsol uzatma veya döşeme ekleme gibi durumlarda uygulanır. Mevcut donatıya bindirme yapılması gerekir.

1.2   Temele bindirmeli kolon boyuna donatısı bağlantıları: Boyuna donatının bindirme yapıldığı uygulamalar ancak temelde yerinde bırakılan filizlerin sonradan kopması gibi durumlarda karşımıza çıkabilir, pratikte karşılığı çok yoktur.

1.3   Düşey betonarme taşıyıcı elemanlara mafsallı döşeme ya da kiriş bağlantıları: Tasarımda moment aktarmayan düğüm noktası kabulü yapılsa dahi gerçekte böyle bir durum oluşmamaktadır. Ayrıca eurocode’a göre mafsallı düğüm noktası tasarımı yapılsa dahi açıklık momentinin %’sinin mesnet bölgesi tasarımında dikkate alınması istenmektedir.

1.4   Sadece basınç etkisi altında olan ve mevcut betonarmede bindirme yapılacak donatı bulunmayan durumlar: Pratikte sadece basınç etkisi altında olan, moment etkisi altında olmayan kolona pek rastlamamaktayız.

1.5  Bindirme yapılmamasına rağmen, ekilen filizin betonarme elemanın basınç bölgesine kadar gömüldüğü moment aktaran bağlantılar: Bu bağlantı tipinde ise gömü derinlikleri basınç bölgesine kadar ulaşması gerektiğinden uygulaması oldukça zordur.

Özetle, 2019’a kadar filiz ekimi tasarımında moment aktaran bağlantılar için bindirme yapılması şarttı. Bindirme yapılmadığı durumlarda moment aktaran “yapısal ek” kapsamına giren bağlantıların yönetmelik kapsamında yapılması mümkün değildi. “Beton kaplama” uygulamalarında ise Avrupa’da EOTA TR066 tasarım kılavuzu kullanılmaktadır.

2. EOTA TR069 Tasarım Metodu

Yukarıda bahsi geçen uygulama tiplerinin pratikte karşılığının az olmasından dolayı yapısal ekler için bir tasarım metodu ihtiyacı oluşmuştur. EOTA, 2019 Ekim ayında TR069 tasarım metodunu yayınlamıştır. Buna göre mevcut betonarmede bindirme yapılmadan moment aktaran bağlantılar için tasarım yapılabilmekte ve böylelikle filiz ekimi uygulamalarındaki eksik olan tasarım metodu ihtiyacı karşılanmıştır. 2021 Haziran ayında ise bu tasarım metodu sismik etkiler altında tasarım için güncellenmiştir. [5]

Şekil 5- EOTA TR069 Tasarım Kılavuzu

Bu tasarım metoduyla birlikte Şekil-6 görülen tüm uygulama tipleri moment aktaran bir şekilde tasarlanabilmektedir.  

Şekil 6- EOTA TR069 Uygulama Tipleri

Avrupa mevzuat yapısına göre bir yapı malzemesinin uygun bir değerlendirme dökümanına (EAD) göre test edilmiş olması ve teknik değerlendirme dökümanına (ETA) sahip olması gerekmektedir. Tasarım metodlarında kullanılan formülasyonlardaki parametreler genel olarak kullanılacak ürünlere ait ETA dökümanlarında yazılıdırlar. Örnek vermek gerekirse bindirmeli eklerde tasarım yapmak için EAD330087’ye göre test edilmiş ETA’sı olan ürünlerle birlikte TS EN 1992-1-1 tasarım metodu kullanılabilir. Yapısal eklerde ise TR069 ile tasarım yapabilmek için EAD332402’ye göre test edilmiş ETA’sı olan ürünler gereklidir. (Şekil-7)

Şekil 7- TR069 tasarım metodu için EAD332402’ye göre test edilmiş ürün gerekliliği

3. Yenilme Modları

TR069, 3 adet yenilme modunu ele alır. Bunlar; donatının akması (steel yielding), beton konik kopması (concrete cone break-out) ve ayrılmadır (bond-splitting). TS EN 1992-1-1’e göre en dikkat çekici farklardan birisi beton konik kopmasının ele alınmasıdır. TS EN 1992-1-1’de ekilen filizin mevcut donatıya bindirme yaptığı durumda konik kopma olmayacağı kabulüne göre ilerlenmekteydi. Ancak doğal olarak donatısız betonda filiz ekiminde beton-çelik birleşimlerinde kullanılan ankraj teorisine paralel olarak konik kopma kontrolü yapılmaktadır.

Tasarım momenti donatı başına düşen çekme kuvvetine çevrilir. Tüm yenilme modları çekme yüküne karşı yapılmaktadır. Kesme kuvveti için TS500 ya da TS EN 1992-1-1’deki sürtünme kesmesi kontrolleri yapılmalıdır.

Tüm yenilme modları hem statik hem sismik durum için kontrol edilebilmektedir

3.1. Akmaya (Yielding) Karşı Dayanım

Akmaya karşı dayanım (NRd,y) donatı çapı ve donatı sınıfına bağlıdır. Donatının gelen çekme kuvvetine göre akıp akmadığı kontrol edilir. (Şekil-8)

Şekil 8- Donatının akması yenilme modu

3.2.   Beton Konik Kopma (Concrete Cone) Tasarım Dayanımı

Beton konik kopması dayanımı (NRd,c) beton-çelik birleşimlerindeki ankraj tasarımındaki formülle birebir aynıdır. (Şekil-9) Geometrik ve malzemesel (beton) faktörlere bağlıdır. Bunlar;

Çatlak genişliğine göre a kat sayısı değişmektedir. Ülkemiz yüksek ivmelerin etkili olduğu deprem bölgesi olduğu için çatlak genişliği daima wk= 0.8 mm; dolayısıyla a kat sayısı da 0.85 olarak alınmalıdır. 

Şekil 9- Beton konik kopması yenilme modu

3.3 AYRILMA (SPLİTTİNG) TASARIM DAYANIMI 

Ayrılma dayanımı (NRd,sp) kullanılan kimyasal ankrajın yapışma performansına, donatı çapına ve yerleşimine bağlıdır. (Şekil-10)

Burada ͳRk,sp hesabı için, kullanılan kimyasal ankraja ait ETA dökümanındaki parametrelerden faydalanılır.

Şekil 10- Ayrılma yenilme modu

4. Sonuç

Güçlendirme projelerinin önümüzdeki yıllarda artacağı öngörülmektedir. Tasarımda mevcut yapıyı güçlendirmek için hangi yöntem tercih edilirse edilsin, uygulamada bu yöntemin işe yaraması için filiz ekimi tasarımı hayati bir öneme sahiptir. Güvenli bir tasarım yapılması için doğru tasarım yöntemi seçilmesinin yanısıra, doğru ürün kullanımı ile optimizasyon yapılıp ekonomik kaynaklarımızı doğru yönetebiliriz. Bindirmeli ve yapısal ekler için kullanılması gereken tasarım metodu özet tablosu aşağıdadır. (Şekil-11)

Şekil 11- Filiz ekiminde uygulama tipleri ve kullanılması gereken tasarım metodları

KAYNAKLAR

1.     Ilki, A., T. Kahraman, S. Ozkan, H.H. Aydogdu, C. Demir, M. Comert, “Seismic risk assessment of building stock in Istanbul,” ACE 2020-21, 14th International Congress on Advances in Civil Engineering, Istanbul, 6-8 Sep, 2021.

2.     Türkkan, Sinan, “Tüm yönleriyle yenileme ve güçlendirme”, 51. Türkiye İmsad Gündem Buluşmaları, www.deguder.org.tr

3.     Çevre Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı Yüksek Fen Kurulu Başkanlığı, “İnşaat Genel Teknik Şartnamesi, Betonarme İşleri” https://yfk.csb.gov.tr/sartnameler-i-330

4.     European Organization for Technical Assessment (EOTA), EAD 330087-01-0601 “Systems for post-installed rebar connections with mortar” https://www.eota.eu/eads

5.     European Organization for Technical Assessment (EOTA), EOTA TR069 “Design method for anchorage of post-installed reinforcing bars (rebars) with improved bond-splitting behavior as compared to EN 1992-1-1” https://www.eota.eu/technical-reports

 Çağdaş Ilgaz, ŞENEL

İnş. Müh.

İTÜ – senelc@itu.edu.tr

İstanbul, Türkiye