DEPREMDE HASAR GÖREN BETONARME YAPILARDA MANTOLAMA YÖNTEMİYLE GÜÇLENDİRME YAPILMASI Korkmaz YILDIRIM* ve Mansur SÜMER** * Sakarya Üniversitesi, Hendek MYO, Sakarya ** Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Sakarya ÖZET 17 Ağustos 1999 Kocaeli depremi ansızın gelen doğal afet olarak bölgemizde büyük can ve mal kaybına neden olmuştur. Yapısal hasarı az olan binalarda, çeşitli onarım ve güçlendirmeler ile yapının deprem öncesi eski mukavemetinin kazandırılması amaçlanmaktadır. Bu çalışmamızda; 17 Ağustos depremi sonrası Düzce de bulunan bodrum+4 katlı betonarme karkas yapıda oluşan deprem hasarları tespit edildi. Edinilen verilerin değerlendirilmesi sonucu yapının betonarme örtü (Mantolama) yöntemiyle güçlendirilmesine karar verildi. Buna binaen; projelendirme ve uygulama çalışmalarına başlanıldı. Çalışmamız sonucu yapının stabilitesi ve durabilitesinin arttığı, yapısal hasarların zayıf olan üst katlara taşındığı gözlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Mantolama, Durabilite, Hasar, Onarım MAKİNG STRONG WITH CONCRETE COATING METHOD ON DAMAGED BUILDING FROM EARTHQAKE ABSTRACT September 17, 1999 Kocaeli s Earthquake caused many lives and properties on our region, suddenly. On buildings which have little structural damage ; ıt has been aimed at to be acquired their old endurance via various repair and making strong. İn this study, there was stabilizede earthquake damages on building of ferro-concrete Frame With basement + 4 floor after September 17.After assessment of datas gotten, it was decided to support building with the method of concrete coating.in addition,designing and application works were started. After our working ; it was seen that endurance and
resistance of the building increased and structural damages were carried to upper floors which were weak Key Words: Concrete Coating, Endurance, Damage, Repair 1. GİRİŞ Depremler ülkemizin kaçınılmaz gerçeği olup, depremlerle yaşamayı öğrenmek zorunluluğu her geçen gün kendini biraz daha hissettirmektedir. Can ve mal kayıplarına yol açan depremler sonrası genellikle binalar kullanım durumuna göre; 1. Depremden hasar görmeyen ve kullanılabilir yapılar, 2. Onarım ve güçlendirme sonrası kullanılabilecek yapılar, 3. Çökme tehlikesi olup hemen yıkılması gereken yapılar olmak üzere üç sınıfa ayrılırlar. Deprem sonrası bir çok binanın yıkılması, yeniden yapılması çok fazla milli kayıp olmaktadır. Yapısal hasarı az olan binaların deprem öncesi durumuna getirilmesi için daha şiddetli depremlerin olabileceği dikkate alınarak gelişen teknolojiler kullanılarak binaların dayanımlarının kazandırılması milli kayıpların azalması yönünden önemlidir. Yapısal hasarı az olan yapılarda çeşitli onarım ve uygulamalar ile yapının deprem öncesi fiziki görüntüsünün ve mukavemetinin kazandırılması amacıyla uygulanan onarım çalışmalarının önem sırasına göre; süratli, güvenilir, ekonomik, estetik olması üzerinde durularak takviye ve onarımların yerinde yapılması amaçlanmalıdır. 2. BETONARME YAPILARDA GÖZLENEN HASAR TÜRLERİ VE NEDENLERİ Ülkemizde meydana gelen 1992 Erzincan, 1995 Dinar, 1998 Adana-Ceyhan ve son olarak 17 Ağustos 1999 Kocaeli depremleri sonrasında yapılan gözlemlerde binalarda görülen yapısal hasarları şu başlıklar altında toplamak mümkündür. a-mimari tasarım ve taşıyıcı sistem seçimi hatası b- Statik sistemin yetersizliği c- Yapım ve imalat hataları Bu çalışmalarımızın konusunu teşkil eden binalarda 17Ağustos Kocaeli depremi sonrası yaptığımız hasar tespitlerinde betonarme sistemde çatlama ve ezilme olayının daha ziyade gerçekleştiği gözlendi. Çatlakları ve kesmeyi irdeleyecek olursak; betonarme bir elemanda en dış çekme lifindeki birim uzama 0.0001~0.00015 büyüklüğüne ulaştığında beton çatlar. Betonda çatlak asal çekme gerilmelerine dik yönde oluşur. Donatı çatlamayı önlemez. Ancak bilinçli ve doğru yerleştirilmiş donatı çatlağın genişlemesini önleyerek kılcal düzeyde kalmasını sağlar. Donatı mümkünse asal çekme gerilmeleri doğrultusunda yerleştirilmelidir. Çatlama betonun çekme dayanımının düşük olması nedeniyle doğal bir olaydır. Çekme gerilmelerinin yeterli donatı ile karşılandığı durumlarda asal basınç gerilmeleri doğrultusunda birim kısalma büyük değerlere ulaşarak betonun ezilmesine neden olabilir. Betonun birim ezilme kısalması birçok değişkene bağlıdır. Bunlardan en önemlilerinden biri sargı etkisidir. Sargı betonun ezilme birim kısalmasını yükseltir. Ezilme birim kısalması sargısız betonda 0.002 dolaylarında iken, sargılı betonda bu değer 0.004 veya daha yüksek olur. Beton basınç altında ezildikten sonra o bölgedeki boyuna donatı daha kolay burkulur, sık yerleştirilmiş etriye donatısı burkulmayı geciktirir. Betonun çatlaması
ve bu çatlakların kılcal düzeyde kalması doğaldır. Ancak mevcut bina elemanları üzerinde gözlenen genişliği 0.2 0.3 mm yi geçen çatlaklarda bir sorun var demektir. Şekil.1 de basit bir kirişde eğilme çatlağı gösterilmiş olup bu çatlak asal çekme gerilmelerine dik yönde oluştuğundan, momentin sabit olduğu bölgede kiriş eksenine diktir. Şekil 2 de kolonda eğik kesme çatlaklarını görüyoruz. Bu tür çatlaklar eğiktir, kiriş ve kolon eksenine 45 lik bir açı yapar. Kesme çatlağı genişliğinin fazla olması kesme donatısının eksikliğini gösterir. Kesme çatlağı kolon veya kirişin diğer tarafına geçmiş ise tehlikelidir. Eğilme çatlağının neden olacağı kırılmanın sünek olmasına karşın, kesme çatlağının neden olacağı kırılma son derece gevrek olabilir. Böyle durumlarda biran önce önlem alınmalıdır. Buna göre kirişlerde eğilme ve kesme çatlak hasarları deprem sonrası betonarme yapılarda gözlenmiş olup çatlağın 1-2 mmyi geçtiği durumlarda donatının aktığı kanaatine varırız. Kiriş ve kolonlarda oluşan eğilme ve kesme çatlakları genişlememiş yani donatıda akma olayı oluşmamış ise bu yerlerde yapılacak onarımlar sonunda yapının tekrar eski güvenliğine kavuşturulması arzulanan bir olaydır. Şekil : 1 Kirişlerde Eğik ve Dikey Kılcal Çatlaklar Şekil : 2 Kolonda Tek ve Çift Taraflı Kesme Çatlağı Betonarme yapı elemanlarında görülen yapısal hasarlarda değişik onarım uygulamaları olarak şunlar sayılabilir. 1. Tamir harçları ile onarım ve güçlendirme 2. Püskürtme beton ile onarım ve güçlendirme
3. Epoksi reçinesi ile onarım ve güçlendirme 4. Çelik şeritlerle ile onarım ve güçlendirme 5. Karbon lifleri ile onarım ve güçlendirme 6. Mantoloma (Betonarme Örtü) ile onarım ve güçlendirme 2.1. Teorik Olarak Mantolama Yöntemi Betonarme taşıyıcı yapı elemanlarından kirişler, kolonlar, perdeler ile yapıların taşıyıcı sistemleri yeni deprem yönetmeliğine ve güçlendirme tekniklerine göre yapıya kullanılabilirlik sağlaması amacıyla önemlidir. Hasar görmüş kolonun deprem etkilerini taşıyabilir hale gelmesi, taşıma kapasitesinin artması için kolonların güçlendirilmesi gerekir. Kolonun eğilme dayanımı, kesit alanının büyütülmesiyle, yeni boyuna donatılar ilave edilerek sağlanır. Kesme kuvveti dayanımı ve süneklik ise enine donatı(etriye) sıklaştırılmasıyla gerçekleşir. 3. BETONARME MANTOLAMA YÖNTEMİ İLE BİNADA ONARIM YAPIMI 3.1. Yapının Tanıtılması Çalışmamıza konu olan Çetinkaya apartmanı 11.40*14.90 mt. ebadında bir alana sahip olup bodrum kat + zemin kat + üç normal katlı olarak 1975 deprem yönetmeliğine göre yapılmıştır. Kat yüksekliği 2.80 mt., beş katta da aynıdır. Bodrum katın sadece dış duvarları mevcut olup,bodrum kat duvarları üç taraftan zemin itkisine maruzdur. Proje üç tarafı konsol olarak hazırlanmış fakat uygulamada dört tarafı da konsol olarak yapılmıştır. Mimari planın gereği sürekli çerçevelerden oluşan bir taşıyıcı sistem seçilememiş, kolonlar dengeli dağıtılamamıştır. Kirişler konsollarda dışa alınmış, çerçeveler kesilmiştir. Bazı konsol kirişleri kenar kirişe saplama haldedir. Kolon boyutları 30*50ve 30*60 şeklinde olup, beton kalitesi 140 kg/cm2 (test çekicine göre) ve BÇ I çeliği kullanılmıştır. Şekil : 3 Hasarlı Bina Mevcut Kolon Aplikasyon Planı 3.2. Yapının Değerlendirilmesi Ve Onarımın Uygulanması 17 Ağustos depremi sonrası binada yapılan gözlemlerde ; zemin kat ve birinci kat aks düğüm noktalarında kolonlarda sargı bölgesi içinde eğilme ve kesme çatlaklarına rastlandı. Çatlak bölgelerinde beton ezilmesi ve donatı akması yani tam mafsallaşma tespit edilmemiştir. Kirişlerin alt kısımlarında kılcal çatlaklara rastlandı. Merdiven kovasında oluşan kısa kolonlarda her iki yönde kesme çatlakları meydana gelmiştir. Binanın arkasına proje harici yapılan 1.40 mt. genişlikli konsol nedeniyle konsolu tutan kirişlerde kesme çatlağına rastlandı. Zemin kat ve birinci kat duvarlarında ağır hasar, üst katlarda tedrici olarak azalan hafif hasarlar meydana gelmiştir. Bina düzensiz bir taşıyıcı sistemden oluşmaktadır. Proje 3 tarafa konsol çıkma şeklindedir. Proje dışı olmasına rağmen 4. tarafa yapılan konsolun faydalı olduğu düşünülmektedir. Mevcut bina projesi 1998 deprem yönetmeliğine göre çözümlediğimizde; bina düzensizliklerini, deprem hesabı, bina doğal periyodu, kolon ve kiriş hesapları, yeniden çıkarıldı. Mevcut planda (A1) burulma düzensizliği mevcut olup ηc burulma katsayısı her iki yönde 1.2 den büyük olup, max. ηc 1.524 olarak hesaplanmıştır. (B2) Katlar arası rijitlik düzensizliği ( yumuşak kat) vardır. Kolon pursantajları BÇ I (düz demir) kullanıldığı için ve boyutlarının yetersiz oluşu nedeniyle % 2 civarında çıkmıştır.
Ayrıca S9 kolonunun basınç dayanımının eksik olduğu görülmüştür. Bina yatay yük taşıma kapasitesi yaklaşık yöntemle hesaplandığında 194.250 ton bulunmuştur. Yapıya gelen max. deprem yükü 116 ton hesaplanmıştır. Emniyet katsayısı 194.250/116=1.67 2.5 olduğundan bina güvenli değildir. 2.5 emniyet katsayısı için taşıma kapasitesi 116*2.5 = 290 ton olmalıdır. 290 ton taşıma kapasitesi için taşıyıcı yeterli kolon alanı 3.99 m2 olmalıdır. 3.99 m2 alan için 5 cm mantolamanın yetmesine rağmen, mantolama betonunun etkinliğinin %50-60 civarında olması nedeniyle mantolamanın 10 cm olmasına karar verilmiştir. Şekil : 4 Kolon Mantolaması Yapılan Kalıp Planı Şekil : 3 Hasarlı Bina Mevcut Kolon Aplikasyon Planı
Şekil : 4 Kolon Mantolaması Yapılan Kalıp Planı
Mantolama uygulaması ile 2 kat gibi çok büyük bir kesit artışının meydana gelmesi rijitlik merkezinin yerini değiştireceğinden, mevcut dengeyi bozmamak, düşeyde düzensizlik meydana getirmemek ve kolon filizlerinde kenetlenme problemi olmaması için ilk üç kattaki tüm kolonların mantolama yöntemi ile güçlendirme yapılmasına karar verildi ve uygulamaya geçildi. Şekil :5-6 İlgili detaylar Şekil : 5 Mantolama Boy kesit Planı Şekil : 6 Kolon Mantolama Kesiti ve Detaylar
Önce kolon kenarlarındaki duvar ve sıvalar, demir donatı konması ve beton dökümünün kolay olması nedeniyle döşemelerdeki beton kırılarak temizlendi. Bodrum kat kolonları hazır olunca A-A detayındaki gibi filiz ekme işlemi gerçekleştirildi. Etriye ve kalıp imalatına binaen bodrum kat kolonlarının betonu 7 Kasım günü döküldü. Zemin kat kolonlarının betonu ise 12 Kasım günü döküldü. Beton içinde iki tür katkı maddesi kullanılarak priz süresinin kısaltılması amaçlandı. 13 Kasım ve 18 Kasım tarihlerindeki çekilen fotoğraflarda binamızı görüyoruz. Fotoğraf:1-2 Bodrum kat ve Zemin kat Kolon Mantolama Fotoğrafı (Karşıdan) Fotoğraf : 3-4 Kolon Mantolama Fotoğrafları (Üstten, Karşıdan)
4. SONUÇ Betonarme mantolama yapılan binamızda, bodrum kat ve zemin kat kolonlarının imalatının bittiği akşam deprem olmuştur. İmalat tam bitmediğinden dolayı, fiili bir düşey düzensizlik durumu mevcuttu. Buda ilk depremde birinci kattaki kılcal çatlakların büyümesine, başka bir ifadeyle hasarın zayıf olan katlara taşınmasına yol açmıştır. Bu nedenle yapılması düşünülmeyen 3 ve 4. Katlarda da mantolamanın faydalı olacağı kanaatine varılmıştır. İki katta bulunan imalatımız olan betonlarda ise hiç bir kılcal çatlağa rastlanmamıştır. Perde ile yapılacak bu husus gözardı edilmemeli, çalışma anında olası bir depreme karşı gerekli tedbirler alınmalı, mümkünse imalat simetrik olarak aynı anda yapılmalıdır. KAYNAKLAR 1. Z.Celep and N.Kumbasar, 2000, Deprem Mühendisliğine Giriş ve Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı Sema Matbaacılık İstanbul,480,550 2. N.Bayülke, 1990, Depremlerde Hasar Gören Yapıların Onarım ve Güçlendirilmesi İ.M.Odası İzmir Şubesi Yayını. 3. Türk Standartları, Betonarme Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları, TS 500 TSE, Ankara 4. Kurs Notları, 1999, Betonarme Binaların Onarım ve Güçlendirilmesi TÜBİTAK. 5. Türkiye İnşaat Mühendisleri Odası 12. Teknik Kongre Bildiriler Kitabı Ankara.1993 6. Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik Bayındırlık Bakanlığı, 1998 7. K.Yıldırım, 1992, Deprem Parametreleri ve13 Mart 1992 Erzincan Depremi Yüksek Lisans Semineri, Fırat Üniversitesi. 8. K.Yıldırım, 1994, Deprem Bölgelerinde Dişli Döşeme Sistemlerinin Optimum Uygulama Şartlarının araştırılması Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi. 9. Türkiye Müteahhitler Birliği,1996, Deprem ve Sonrası, Ankara.