Deprem Yönetmeliği’ne Uygun Mekanik Dübel Seçimi ve Tasarımı

2018 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği'nde dübellerin (ankrajların) yeri nedir ?

“Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği” özel veya kamusal farketmeksizin tüm yapıların deprem etkisi altında tasarımı ve yapımı için gerekli olan kural ve koşulları belirtmektedir. Yeni yönetmelikle birlikte gelen çok sayıdaki yeniliğin içerisinde, “1.2. Genel ilkeler” başlığı altında yapılarda kullanılacak malzemelerin “Türk Standartları” ile “Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Genel Teknik Şartnamesi”’ne, 10.07.2013 tarihli “Yapı Malzemeleri Yönetmeliği’ne, 26.06.2009 “Yapı Malzemelerinin Tabi Olacağı Kriterler Hakkında Yönetmelik” kurallarına uygun olacağının belirtilmesi de yer almaktadır.

Günümüzde, farklı çeşitlerdeki binalarda kimyasal ve mekanik dübeller yapı malzemesi olarak sıklıkla kullanılmaktadır. Sonradan uygulama imkanı veren bu malzemeler ile beton-beton (filiz ekimi) ve çelik-beton birleşimleri (ankraj) gerçekleştirilmektedir. Yapısal veya yapısal olmayan her türlü çelik kolon, kiriş, cephe elemanı, makine ve ekipmanın montajı çelik-beton birleşimlerine örnektir. “Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği” kimyasal/mekanik dübellere ve bu dübellerin kullanımlarına dair koşullar için “Türk Standartları”na ve “Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Genel Teknik Şartnamesi”ne atıfta bulunmaktadır. 

Alıntı 1: Türkiye Deprem Yönetmeliği (2018). T.C. Resmî Gazete. 30364. 18 Mart 2018

Türk Standartları’na göre; “TS EN-1992-4:2018: Beton yapıların tasarımı – Bölüm 4: Betonda kullanılan sabitleme tertibatlarının tasarımı

2018 yılının Kasım ayında ankraj (dübel) bağlantılarının sismik etkiler altında seçim ve tasarımı detaylarını da içerisinde bulundurarak ve yenilenerek EN-1992-4:2018: Design of concrete structures - Part 4: Design of fastenings for use in concrete standartı  yayınlanmıştır. Bu standart, Türk Standartları Enstitüsü (TSE) tarafından da Türkçe’ye çevirilmiş ve TS EN-1992-4:2018:Beton yapıların tasarımı – Bölüm 4: Betonda kullanılan sabitleme tertibatlarının tasarımı ismiyle 06.01.2020 tarihinde yürürlüğe girmiştir.

Ankraj (dübel) bağlantılarının sismik etkiler altında seçim ve tasarım kriterleri ise bu standart içerisinde TS EN 1992-4 Ek C: Sismik etkiler altındaki sabitleme tertibatlarının tasarımı başlığı altında yer almaktadır.

“Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Genel Teknik Şartnamesi”'ne göre dübel seçimi ve tasarımı

Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Yüksek Fen Kurulu Başkanlığı tarafından hazırlanan “Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Genel Teknik Şartnamesi”, bina yapımında kullanılan farklı malzeme ve işçilik uygulamaları için ayrı ayrı teknik kısımlar içeren bir şartnamedir. Kimyasal ve mekanik dübeller ile ilgili konular ise 18 Ağustos 2018 tarihinde 30513 Sayılı Resmi Gazete’de yayınlanan ve 1 Ocak 2019 tarihinden itibaren yürürlükte olan “6. Betonarme İşleri Genel Teknik Şartnamesi” başlığı altında yer almaktadır. Bu teknik şartname ise kimyasal ve mekanik dübel ile beton-çelik bağlantılarını iki ana başlık altında değerlendirmektedir:

• 6.10.2. Mekanik Dübel Kullanılarak Sağlanan Beton-Çelik Bağlantıları İşleri Genel Teknik Şartnamesi
• 6.10.3. Kimyasal Ankraj (Dübel) İle Beton-Çelik Bağlantı İşleri Genel Teknik Şartnamesi

“6.10.2. Mekanik Dübel Kullanılarak Sağlanan Beton-Çelik Bağlantıları İşleri Genel Teknik Şartnamesi”, yapısal veya yapısal olmayan her türlü çelik kolon, kiriş, cephe elemanı, makine ve ekipmanın betona sabitlenmesinde kullanılan mekanik dübellerin uygulamasına ait esas ve standartları kapsamaktadır. Bu şartnameye göre kullanılacak olan mekanik dübel, statik durum için; ETAG 001’in (Avrupa Teknik Onay Klavuzu) ilgili bölümüne göre test edilmiş, ETAG 001 Ek C veya CEN/TS 1992-4'e göre tasarlanmış beton-çelik bağlantı detaylarında kullanılması ilgili Avrupa Teknik Değerlendirmesi’ne (ETA) veya bu şartlara uygun Ulusal Teknik Onay’a (UTO) sahip olmalıdır. Deprem durumu için ise; EOTA TR045'e (teknik rapor) göre tasarım yapılmalı ve malzeme deprem durumuna uygun ETA veya UTO belgesine sahip olmalıdır.

Alıntı 2: 6. Betonarme İşleri Genel Teknik Şartnamesi, Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Genel Teknik Şartnamesi.

T.C. Resmî Gazete. 30513. 18 Ağustos 2018

ETA (Avrupa Teknik Değerlendirmesi), bir inşaat malzemesinin performans değerlendirilmesini o ürünün temel karakteristikleri ile yapan teknik bir belgedir. ETA belgelerinde; üretici ve ürün tipi ile ilgili genel bilgiler, ürünün tanımı ve kullanım amaçları, ürünün performansı ve bu değerlendirme için kullanılan metodların detayları, uygulanan performansın sürekliliğinin değerlendirilmesi ve doğrulama sistemleri gibi bilgiler yer almaktadır. Dübellerin farklı koşullar altında yük taşıma performansları da ETA belgelerinde yer almaktadır ve tasarım yapılırken bu değerler kullanılmaktadır.

EOTA TR045 ankraj (dübel) bağlantılarının sismik etkiler altında seçim ve tasarım kriterlerinin belirtildiği bir teknik rapordur. Teknik raporlar EOTA (Avrupa Teknik Değerlendirme Kuruluşu) tarafından yayınlanmaktadır ve henüz standartlarda yer almayan teknik yönergeleri içermektedir. Ancak, 2018 yılının Kasım ayında ankraj (dübel) bağlantılarının sismik etkiler altında seçim ve tasarımı detaylarını da içerisinde bulundurarak ve yenilenerek yayınlanan EN-1992-4:2018: Design of concrete structures - Part 4: Design of fastenings for use in concrete standartı EOTA TR045’in yerini almıştır. EN-1992-4 yürürlüğe girdiğinde yaşanan değişim EOTA TR045 teknik raporunun “1.Introduction” başlığı altında da belirtilmiştir.

Alıntı 3: 1. Introduction . EOTA TR045 “Design of Metal Anchors For Use In Concrete Under Seismic Actions. Şubat 2013

TS EN 1992-4 Ek C: Sismik etkiler altındaki sabitleme tertibatlarının tasarımı

2020 yılının Ocak ayında TSE tarafında yürürlüğe konan ve “Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Genel Teknik Şartnamesi”’nde de dolaylı yoldan atıfta bulunulan “TS EN 1992-4:2018 Ek C”, deprem durumunda dübel seçimi ve hesaplarının yapılması için kullanılması gereken standarttır.  Mekanik dübellerde de deprem durumu için hesaplar TS EN 1992-4 Ek C’ye göre yapılmalıdır ve hesaplarda dübelin statik durum kapasiteleri kullanılmamalıdır. Bina tipi, kullanım amacı, zemin faktörü ve deprem durumunda etkin zemin ivmesi değerleri göz önüne alınarak, çözülen detaya uygun olarak “TS EN 1992-4 Ek C” 'de belirtilen C1 veya C2 sismik kategorisi belirlenmektedir.

Alıntı 4: Çizelge C.1 TS EN 1992-4 Ek C: Sismik etkiler altındaki sabitleme tertibatlarının tasarımı 6 Ocak 2020.

TS EN 1992-4 Ek C Çizelge C.1’e göre C1 veya C2 sismik kategori seçminde aşağıdaki 4 etken dikkate alınmaktadır:

1. Önem sınıfı (EN 1998-1:2004, 4.2.5’e göre)
2. Bağlantının kullanım amacı  (yapısal veya yapısal olmayan)
3. Deprem durumunda tasarım zemin ivmesi (ag)
4. Zemin faktörü (S) (EN 1998-1:2004 3.2.2.’ye göre)

1. Yapı önem sınıfı; EN 1998-1:2004 standartında 4.2.5 başlığında yer alan Tablo 4.3’e göre belirlenmektedir.

Alıntı 5: Tablo 4.3 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. 23 Nisan 2004.

2. Bağlantının kullanım amacı, “TS EN 1992-4 Ek C”’de Tip A ve Tip B bağlantılar olmak üzere ikiye ayrılmıştır.

Alıntı 6:  TS EN 1992-4 Ek C: Sismik etkiler altındaki sabitleme tertibatlarının tasarımı 6 Ocak 2020

3. Deprem durumunda tasarım zemin ivmesi (ag) değeri 18 Mart 2018 tarihinde Resmi Gazete’de yayınlanan ve AFAD tarafından yönetilen “Türkiye Deprem Tehlike Haritası”’ndan proje koordinatı seçilerek bulunabilmektedir (https://tdth.afad.gov.tr/TDTH/main.xhtml).

Alıntı 7:  Türkiye Deprem Tehlike Haritaları İnteraktif Web Uygulaması. Mart 2020.

4. Zemin etki faktörünün (S) belirlenebilmesi için öncelikle EN 1998-1:2004 standartı “3.1.2 Identification of ground types” (Zemin tiplerinin tanımlanması)  başlığı altında yer alan Tablo 3.1’e göre zemin tipinin seçilmesi, sonrasında ise “3.2.2 Basic representation of the seismic action” başlığı altındaki Tablo 3.2 veya Tablo 3.3’e göre zemin tipine karşılık gelen zemen faktörünün bulunması gerekmektedir.

Alıntı 8:  Tablo 3.1, Tablo 3.2 ve Tablo 3.3 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. 23 Nisan 2004.

Türkiye’nin içerisinde bulunduğu yüksek sismik hareketlilik dolayısıyla Konya/Karaman bölgesi haricinde neredeyse tüm lokasyonlarda etkin deprem yer ivmesi (ag) değeri 0.10g değerinden yüksektir (Konya/Karaman bölgesinde 0.09g ile 0.10g arasındadır).

Zemin etki faktörü (S)  ise en iyi zemin tipi olan A Tipi (Kaya veya kaya benzeri zemin) durumunda minimum değer olan 1, ikinci en iyi zemin tipi olan B Tipi (çok sert kil, çakıl veya çok yoğun kum) durumunda 1.2 değerini almaktadır.

Türkiye’nin neredeyse tamamında, sismik seviyenin belirlendiği ag.S değeri, 0.10g değerinden büyüktür ve TS EN 1992-4 Ek C Çizelge C.1’e göre “>düşük” (düşük olmayan) seviyesindedir. Bu durumda da Önem sınıfı “I” olan yapılar (Tarımsal binalar gibi toplum için düşük önem arz eden yapılar) haricinde tüm yapılarda C2 performans kategorisi dikkate alınmalıdır.

Alıntı 9: Çizelge C.1 TS EN 1992-4 Ek C: Sismik etkiler altındaki sabitleme tertibatlarının tasarımı 6 Ocak 2020.

Ankraj tasarımında C2 performansını dikkate alabilmek için tercih edilen mekanik dübelin ETA belgesinde yer alan C2 sismik kategorisine ait kapasite değerleri yapılan hesaplarda kullanılır. Bunun gerçekleşebilmesi için de deprem durumu gözetilerek uygulanacak mekanik dübellerin deprem onaylı olması, yani ETA belgelerinde C2 deprem durumuna ait kapasite değerlerinin bulunması gerekmektedir.

C2 deprem onayı olan bir dübelin ETA onayı içerisinde aşağıdaki koşullar altında kapasite değerleri bulunur:

• Çatlaksız beton (non-cracked concrete)
• Çatlaklı (cracked concrete)
• C1 sismik performans kategorisi (C1 seismic performance category)
• C2 sismik performans kategorisi (C2 seismic performance category)

C2 sismik performans kategorisi en zorlayıcı koşulları içermekte olduğundan dolayı, kapasite olarak en düşük olan durum da budur. Örneğin; HILTI HST3 ve HST2 mekanik dübellerin ETA belgesinde yer alan dört farklı koşulda ve C20 betonda çekme yükleri altında sıyrılma dayanımları aşağıdaki gibidir.

Alıntı 10: ETA-98/0001: Hilti metal expansion anchor HST, HST-R, HST-HCR, HST3, HST3-R. 2 Ekim 2019

Alıntı 11: ETA-15/0435: Hilti metal expansion anchor HST2 and HST2-R. 21 Aralık 2017

Örnek olarak, karakteristik sıyrılma dayanımları paylaşılan iki mekanik dübelin maruz kaldıkları deprem durumunda dayanımlarında düşüş yaşandığı görülmektedir. Bu düşüş HST3 mekanik dübelde %52 oranında olurken HST2 mekanik dübelde %79 oranında olmaktadır. Aynı üreticinin imal ettiği bu iki dübel bile deprem yükleri altında oldukça farklı performanslar göstermektedirler. C2 sismik kapasitesi ETA belgesinde yer almayan bir dübelin ise C2 deprem durumunda göstereceği performans bilinememektedir.  Bu sebepten dolayı TS EN 1992-4 Ek C’ye  ve C2 sismik kategorisine göre tasarım yaparken mutlak suretle ETA belgesinde yer alan C2 sismik kategorisine ait kapasite değerleri kullanılmalıdır.

Yakın geçmişte yayınlanan “Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği”, yapılarda kullanılacak malzeme ve işçilik detayları için farklı ulusal yönetmelik ve şartnamelere atıfta bulunmaktadır. Bu atıflar içerisinde yapı malzemesi olarak kimyasal ve mekanik dübellerin kullanım koşulları ve şartları ise “TS EN-1992-4:2018:Beton yapıların tasarımı – Bölüm 4: Betonda kullanılan sabitleme tertibatlarının tasarımı” standartında ve “Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Genel Teknik Şartnamesi” içerisinde “6. Betonarme İşleri Genel Teknik Şartnamesi” kısmı altında yer almaktadır.

TS EN-1992-4:2018 standartında deprem durumunda dübel tasarımı ile alakalı konular “TS EN 1992-4 Ek C: Sismik etkiler altındaki sabitleme tertibatlarının tasarımı” başlığı altında yer almaktadır.

“Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Genel Teknik Şartnamesi, 6. Betonarme İşleri Genel Teknik Şartnamesi”’nde ise deprem koşullarında tasarım için EOTA TR045 teknik raporuna yönlendirme yapılmaktadır. 2018 yılı sonunda yayınlanan  EN-1992-4:2018 ise EOTA TR045 teknik raporunun içeriğini kapsamına almış ve yerine geçmiştir. EN-1992-4:2018  standartı Türk Standartları Enstitüsü tarafından 6 Ocak 2020 tarihinde Türkçe’ye çevirilmiş ve “TS EN-1992-4:2018:Beton yapıların tasarımı – Bölüm 4: Betonda kullanılan sabitleme tertibatlarının tasarımı”  adı ile yürürlüğe alınmıştır. Dübellerin (ankrajların) seçim ve tasarım kriterleri ise bu standart içerisinde “TS EN 1992-4 Ek C: Sismik etkiler altındaki sabitleme tertibatlarının tasarımı” başlığı altında yer almaktadır.

“TS EN 1992-4 Ek C” içerisinde yer alan yönergelere göre Türkiye’nin neredeyse tamamında C2 sismik duruma uygun dübel kullanımı ve buna uygun tasarım yapılması gerekmektedir. C2 sismik kategorisine göre seçim ve tasarım yapabilesi için de seçilen dübelin ETA belgesinde yer alan C2 sismik kategorisine ait kapasite değerleri yapılan hesaplarda kullanılmalıdır.

Bu doğrultuda, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği’nin atıfta bulunduğu EN 1992-4 (TSEN 1992-4)’e göre ankraj tasarımı yapabilmek için Profis Engineering ankraj tasarım programına aşağıdaki linkten ulaşabilirsiniz.

https://profisengineering.hilti.com/