YAPILARDA HASAR TESPĐTĐ-II VII.Bölüm BETONARME YAPILARDA HASAR Konular 7.2. KĐRĐŞ 7.3. PERDE 7.4. DÖŞEME KĐRĐŞLERDE HASAR Betonarme kirişlerde düşey yüklerden dolayı en çok görülen hasar şekli açıklıkta eğilme kırılmasıdır (Şekil 2.37). Bu kırılma kirişte boyuna donatının yetersiz miktarda oluşu sonucu kiriş ortasındaki çekme bölgesindeki çatlakla belirlenmektedir. Bu çatlak buradaki donatının akma bölgesine girdiğini de göstermektedir. Aslında düşey yükler altında ankastre kiriş uç momentleri daha da büyüktür. Ancak kiriş uçları döşemenin üst donatısı ve beton en kesit alnını daha geniş olması nedeni ile kirişin üst yüzeyinde çekme çatlakları ile belirgin eğilme kırılma pek görülmez. 1
Şekil2.38-de Bir başka kirişin sapladığı bir yerde moment den dolayı betonda çatlak gözükmektedir. Ancak bu noktada ana kirişin pilyeleri nedeni ile moment kolu kısaltıldığından kesitin moment kapasitesi düşüktür ve de çatlak oluşmaktadır Deprem sırasında kirişteki moment dağılımı farklıdır. Özellikle şiddetli bir depremin yatay yüklerinin kirişlerde oluşturduğu eğilme momentleri büyük değerlere ulaşa bilmektedir. Şekil 2.39da Bir çerçevenin kirişlerinin düşey yükler, deprem yükleri bu iki yükün birlikte etkimesi altında moment dağılımı verilmektedir. 2
Kirişin ankastre ucunda pozitif ve negatif momentlerin etkisi altında oluşan mafsallaşma başarı şekil 2.40de gösterilmektedir. Bu olayın daha ayrıntılı ve daha ileri aşamalarda oluşumun şekil 2.41 de verilmektedir. 3
Yalnız düşey yükler karşı hesaplanmış bir kirişte mesnetlerde negatif moment daha büyük olduğu kiriş uçlarında alt düzeyde boyuna donatı konulur. Boyuna donatılar pilye gibi bükülerek kirişin üst yüzüne geçirilir. Oysa deprem sırasında oluşan pozitif uç momentlerini taşımak için kirişin alt ucunda da donatı olmak zorundadır. Kiriş mesnetlerde görülen yeterli pozitif moment kirşin alt yüzeyinde donatı, donatısı yoksa depremde 2.36 da görülen çatlaklar oluşabilir. Afet bölgelerinde yapılacak yapılar hakkında yönetmelik te dikkate alınarak mesnetler negatif moment kapasitesinin ½ kadar pozitif moment kapasitesi oluşturacak donatı konulması zorunluluğu getirilmiştir. Şekil 2.42 de de kirişlerde düşey yükler altında eğik çekme çatlaklarının görünüşü verilmektedir. Eğik çekme çatlakları kirişin kesme kuvveti taşıma gücünün yetersiz olduğunu gösteren bir hasar şeklidir. Şekil 2.43-d Kirişlerde donatı aderansı yetersizliği sonucunda çatlakların görünüşü verilmektedir. 4
Başka kirişlerde mesnet olan kirişlerde de şekil 2.38 deki hasara benzeyen bir başka hasar şekil 2.44 de verilmektedir. Kirişten ana kirişe aktarılan tekil yük etriyeler yardımı ile ana kirişin basınç bölgesine aşılmaz ise ana kirişte, ikincil kirişin saplandığı yerin her iki tarafında çatlaklar oluşmaktadır. PERDE DUVARLARDAKĐ HASAR BĐÇĐMLERĐ Perde duvarları hasarı yapının kat sayısına göre değişmektedir. Bir kaç katlı alçak yapıların perde duvarlarında Şekil-2.45 de görülen kesme çatlakları oluşur. Çünkü gelen yatay deprem kuvvetlerini yapı yüksekliği ve ile çarpımı ile oluşan eğilme momenti etkileri yapı alçak olduğu için duvarın moment taşıma kapasitesi daha az olur ve kırılması oluşmaz. Çatlak düzeyi ve yatay ile 45 dereceye yakın bir açı yaparlar. Eğer düşey yük miktarı önemli ise daha dik açılı çatlaklar oluşabilir. 5
Çok katlı perde duvarlı yapılarda ise zemin ve zemine yakın katlarda Şekil-2.46 da görülen cinsiden eğilme çatlakları olur. Bu tür hasar pencere veya kapı boşluğu olmayan perde duvarlarda görülmektedir. Şekil 2.47 de kolon uç elamanları olan perdelerin hasar örnekleri verilmektedir. Eğer bir kesitli perde duvar kesme dayanımı yetersizse ve perde yüksek değilse şekil 2.47-a de ki eğik çekme kırılması olur. Eğer perdede zayıf ve kolon uç elamanları güçlü ise gövdede kesme kırılması olur. Şekil2.47-b Uç elamanı olan kolonlar zayıfsa ve etriye sıklaşması yoksa kolonlardan perde dönmesi ile oluşan büyük basınç kuvvetleri kolonun boyuna donatılarının burkulmasına ve betonun basınçta ezilmesi biçiminde kırılma olur. Şekil2.47-c Đdeal olan Şekil2.47-d deki gibi eğilme momenti altında kırılma biçimidir. Depremde gelen momentler perdenin temelinde dönmesine de yol açabilir şekil 2.47-e. 6
Perde duvarların yapı içinde simetrik bir konumda olmamaları onarlın depremde burulma etkilerine maruz kalmamalarına yol açar. Şekil 2.48 de burulma momenti altında çatlamış bu perde duvar görülmektedir. Boşluklu perde duvarların deprem hasarı değişiktir. Boşluklu perde duvar birbirine kat düzeyinde bağ kirişleri ile bağlanmış iki dolu perde duvar gibi davranmaktadır(şekil-2.49) Önce iki dolu perde birbirine bağlayan bağ kirişin uçlarında kesme yada eğilme kırılması olmaktadır. Daha sonra her bir dolu perdenin tabanına şekil 2.46 gösterilen eğilme kırılması oluşabilmesi beklenir. 7
Bağ kirişlerin kırılma biçimi içindeki donatıların yerleşme biçimine bağlı olunmaktadır. Bağ kirişlerin derin kirişi gibi donatılmış ise eğik çekme çatlaklı kesme hasarı olur. Şekil 2.50-a. Bağ kirişine sık aralıklarla etriye konulması eğik çekme çatlarını önlemekte, kuruş ucunda kesme hasarını engel olmamaktadır şekil2.50-a. Bağ kirişine eğik yerleştirilmiş boyuna donatılar hasarın sünek olan eğilme kırılması biçimde olası sağlanmaktadır şekil2.50-c. Perdeli çerçeveli yapılarda ise önce perde duvar hasarı beklenir. Perde duvarın hasarından sonra yaptığı ötelemeler artacağından çerçeve elemanlarında da hasar başlar. Şekil 2.51 de perdeli çerçeveli bir yapıda perde duvar hasarının sonucu kolonlarda oluşacak hasar biçimleri verilmektedir. Perdeli çerçeveli yapılarda perdenin yaptığı büyük ötelenmeler kolonlarda bu ötelenmeyi karşılayabilme gücü yoksa uçlarında mafsallaşamaya neden olabilir. 8
DÖŞEME HASARI 1-Döşemelerde hasar çoğunlukla döşeme ortasında aşırı sehim ve döşemenin kenarlarında kirişlerle birleştiği yerde, üst yüzeyde, çatlak olarak ortaya çıkmaktadır (şekil-2.52). Döşemenin zayıfladığı bir başka kanıtı ise üzerinde dolaşırken fazla titreşim yapması yada üzerinde normal ağırlıklı (70 kg) bir kişinin 25 cm kadar yüksekten sıçramasıyla oluşturduğu titreşimlerin aşırı bir biçimde hissedilmesidir. Bu belirtiler döşemenin açıklığına göre ince olması betonun tam sertleşmeden yüklenmesi bir diğer değişle erken kalıp sökümü döşeme beton dayanımı projede öngörülen dayanımdan düşük olası ve donatı yetersizliğinden dolayı olabilir. Döşeme ortasındaki sehim açıklık/200cm den fazla olursa sehim aşırı olarak kabul edilmelidir. 2- Döşemlerin deprem yüklerinin düşey elemanlara, kolon ve perde gibi, dağıtımında önemli rolleri vardır. Yapıya kat düzeyinde etkidiği kabul edilen yatay deprem yükleri döşemelerin düzlemlerine dik yönde etiler. Döşemeler bu tür yüklemelere karşı oldukça yüksek rijitlikleri nedeni ile deformasyon yapmazlar ve yatay yükler kolon ve perde düşey elamanlara rijitlikleri ile orantılı olarak aktardıkları kontrol edilir. 9
3-Bazı büyük yapılarda yapının planda uzun kenar /kısa kenar oranları büyükse, diğer bir deyişle yapı, planda çok narin ise döşemler düzlemleri içinde yeterli rijitlikte olmayabilirler ve yatay kuvvetleri düşey elamanlara rijitlikleri ile orantılı dağıtılmayabilirler. 4-Döşemelerin depremlerde bazı durumlarda hasar gördükleri bilinmektedir. Örneğin perde duvarlı yapılarda perdelerin yatay yükler altında dönmesi döşemeye moment aktarılmasına ve döşemede dönmeye yol açar. Bu durum şekil 2.53 de şematik olarak gösterilmektedir Perde duvarın dönmesi ile döşemeler de oluşabilecek çatlaklara örnek 2.54 de verilmektedir. Bu tür çatlaklar perde duvara yatay yükler altında dönmesi sonucu bağlandığı döşemelerin zorlanması ile oluşmaktadır ve şekil 2.53 de sistematik olarak verilen davranış sonucu oluşmaktadır. 10
5-Tuğla yığma yapıların betonarme döşemlerini üst yüzünde gözlenmiş bir başka hasar Şekil-2.55 de gösterilmektedir. Bu yapıda yaklaşık 4.80 x 5.00 boyutunda bir döşeme 50 cm genişlikte bodrum kat taş duvarların oturacak biçimde hesaplanmıştır. Ayrıca döşemenin 4 kenarında süreksizdir. Bu durumda döşeme kalınlığı TS500 deki açıklık/35 oranı ile hesaplanınca 13 cm olmak zorundaydı. Ancak döşeme 12 cm olarak hesaplanmıştır Bir olasılık ile döşemenin kenarları bir ankastre kabul edilerek açıklığın 4-5 alınarak hesap yapılmıştır. Oysa döşemenin 4 kenarında süreksiz olduğu için açıklığın tümü alınması gerekirdi. Son yıllarda uygulamada yığma yapılarda bodrum kat duvarları taş yerine daha ucuz olduğu için betonarme perde olarak yapılmaktadır. Bu durum 50 cm taş duvar yerine 20 cm betonarme perde yapılmaktadır. Bu tadilat ile ; Döşeme açıklığı 60 cm artmıştır ve 4.80 + 0.60=5.40 metre olmuş ve döşemenin oturduğu mesnet 50 cm den 20 cm e inmiştir. Mesnet genişliğinin azalması döşeme davranış bakımından kenarları basit mesnetlerle bir döşemeye daha yaklaşmıştır. Açıklığın artması ile döşemenin esnekliği daha da artmıştır. Bu durumda döşeme kalınlığı 540/35=15.5cm olmalıdır. 11
6-Betonarme döşemlerde temel tasarım kıstası aşırı sehim ve titreşimlerin önlenmesidir. Hesap yükleri gerçekte gelen yüklerin çok üzerindedir. Örnek olarak konut döşemelerde hesap yükü gerçek yükün en az 2 katıdır. Ancak bu miktar yüklere göre hesap ve tarsım yapılırsa aşırı sehim ve titreşim önlene bilmektedir. Minimum kalınlık limitleri de aynı amaç için gösterilmiştir. Çatlağı olmasa bile aşırı sehim ve titreşimler nedeniyle kullanıcıları rahatsız eden döşemeleri hasarlı döşeme olarak nitelemek gerekir. Döşemelerde aşırı sehim ve çatlağa neden olan diğer faktörler; a)beton dayanımını projede öngörülen den küçük olması b)kalıpların erken sökülerek betona tam dayanımı ulaşmadan yüklenmesi ile zamana bağlı sünme sehimlerinin daha büyük olması c)donatıların eksik konulması ve özellikle mesnetler deki üst donatıların beton dokumu sırasında basılarak bunların moment kolonların küçülmesi yada donatı basınç bölgesine itelenmesi olarak da sıralanabilir. 12
7-Yığma yapıların döşemelerinin hesabında döşemenin mesnet durumunun ne ölçüde basit ya da ankastre karar verilirken şekil 2.55 deki durumların incelenmesi yerinde olur. Döşemenin mesnetlenmesin de duvarda gelen basınç yükü miktarının da etkisi olabilir. Yığma yapılarda özellikle üst katlarda duvar ile gelen düşey yük çizgisel olarak kat başına 3-4 ton/m kadardır. Bu miktar döşemenin uçları dan dönmesine engel ve sonuçta döşeme ile duvarın birleştiği yerde yatay çatlaklar olabilir. Bu tür çatlaklar özellikle balkon ve parapet duvarların altında sık sık görülür. 8- Gamble 1969 dan büyük ölçekli döşeme deneylerinde, döşemelerin hesap yüklerinin 3-4 katı yükler altında aşırı sehim ve çatlaklı bir durumda yük taşımaya devam ettikleri gözlenmiştir. Şekil 2.56 ve 2.57 de bu deneyler sırasında BA döşemelerin alt ve üst yüzeylerinde olan çatlaklar verilmektedir. Döşemelerin üst yüzeylerinde negatif moment nedeni ile kenarlarda, kirişlerde birleşme bölgelerinde çatlak olurken, alt yüzeylerde ise açıklıkta en büyük olan pozitif moment nedeni ile çatlaklar olmaktadır. Ayrıca alt yüzeyde momentle zorlanan donatıları bulunduğu yerlerin hemen altıdan betonda çatlak olmaktadır. 13
9-Kirişsiz döşemeli betonarme yapılarda döşemeden kolona kesme kuvveti aktaran alanın az oluşu sonucu son derece gevrek ve ani bir şekilde gelişen zımbalama kırılması olur. Şekil 2.58 kolonların çevresinde kat döşemeler kesilerek üst üste yığılırlar. Kesme kırılma başlangıcı kolon çevresindeki döşemede örümcek ağı biçimindeki çatlaklarla belirlenmektedir. 14
10- Kenarları sürekli olmayan ve yığma duvara oturan döşemelerin köşeleri Şekil 2.59 da gösterildiği gibi yukarıya kalkma eğilimindedir. Bunun sonucu özellikle yığma yapı köşelerinde döşemenin duvara oturduğu yerde yatay çatlaklıklar olabilir. 11- Şekil-2.60 da döşemelerde ve kirişlerde burulma nedeni ile oluşmuş çatlaklar verilmektedir. 15
Şekil 2.60 a da 2 no lu kirişte saplanan 1 no lu kirişin uc momenti 2 no lu kirişte burulma momenti oluşmaktadır 2 nolu kiriş bu durum dikkate alınmadan tasarlanmış ise kirişte burulma çatlakları olmaktadır. Şekil 2.60-b de ise 3 no lu kirişin 4 no lu kirişte yarattığı burulma momenti döşemedeki mesnet momentinin daha büyük olması ve daha geniş olmasına ve daha geniş bir alana yayılmasına, büklüm noktasının döşemenin ortasına kaymasına yol açmakta, bu noktada negatif moment donatısının (üst donatı) olmaması nedeni ile döşemenin üzerinde çatlaklar olmaktadır. 16