Betonarme elemanların çelik lamalarla güçlendirilmesi

Betonarme yapım sistemi, en çok tercih edilen yapı teknolojilerinden biridir. Bu sistemin tercih nedeni, ana malzemesi olan betonun olumlu özellikleridir. Dünyada ve ülkemizde betonarmenin yoğun olarak kullanımının başlıca nedenleri; • Kolay bir üretim evresine sahip olması, • Bir takım ek önlemler almak ve katkı maddeleri kullanmak şartı ile aşırı olmayan her türlü çevre koşulunda standart kalitede üretim yapılabilmesi, • Maliyetinin düşük olması, • Hammadde temini ve kalitesi açısından, tükenmekte olan önemli doğal kaynaklara bağımlı olmaması şeklinde sıralanabilir. Betonarme yapı sistemine olan bu yoğun talep, betonarme yapı miktarının önemli oranda artmasını beraberinde getirmiştir. Bu anlamda üretilen büyük miktardaki yapı için çeşitli nedenlerle ihtiyaç duyulan, onarım, iyileştirme veya güçlendirme adı verilen rehabilitasyon çalışmaları da önem kazanmıştır. Son yıllarda, özellikle ülkemizde üretilen betonarme yapıların, projelendirilmesi, uygulanması ve kullanılması esnasında yapılan bir takım hatalar veya verilen yanlış kararlar, yapıya taşıyıcı eleman ve malzeme açısından yapılması gereken bir takım müdahale ve değişiklikleri gerektirmektedir. Betonarme taşıyıcı sistemde yapılan bu tür değişiklik ve eklemeler, yeri ve amacına göre onarım, güçlendirme, iyileştirme adları ile tanımlanarak uygulanmaktadır. Taşıyıcı sisteme müdahale işleminin, sınırlı bir hasarın giderilmesi için yapılmasına veya depremde hasar görüp taşıma gücü azalmış elemanlara deprem öncesi taşıma gücü değerlerini yeniden kazandırma işlemine“onarım” denir. Onarım, güçlendirme ve yenileme iç içe girebilen işlemlerdir (Özgen, 1990). Hasar olsun veya olmasın, taşıyıcı sistemin tümünün ya da belli elemanlarının taşıma gücünü artırmak veya ekonomik ömrü boyunca muhtemel bir depremde hasar gören yapının, aynı boyutta depremlerin birçok kez yinelenmesi beklentisi karşısında aynı hasarın tekrarlanmaması için eski durumundan daha güçlü duruma getirilmesi için yapılan müdahale işlemlerine genel olarak “güçlendirme” denir. Diğer bir tanıma göre; tekrar kullanılmak üzere hasarlı binanın onarım uygulamaları restorasyon (restoration), hasar görmüş yapıların taşıyıcı kısımlarının performanslarını orijinal haline yükseltmek amacı ile yapılan iyileştirme uygulamaları onarım (repair), hasar görmüş yapıların taşıyıcı kısımlarının performanslarını orijinalinden daha yukarıya çıkarmak için yapılan/uygulanan işlemler de güçlendirme (strengthening) diye tarif edilmektedir (Fukuyama vd., 2000). Ülkemiz nüfusunun önemli bölümü (%95) yüksek derecede deprem riski olan bölgelerde yerleşmiş durumdadır. Ayrıca mevcut deprem tehlikesinden başka yapı ömrünün ortalama 50 yıl olduğu dikkate alındığında, taşıyıcı sistemleri onarım ve güçlendirme uygulaması gerektiren büyük miktarda yaşlı bina yığınının bulunduğu bir gerçektir. Bu bağlamda yapılan onarım ve güçlendirme işlemlerinde, yöntem ve malzemelerin etkin kullanımları açısından bir takım bilgi eksiklikleri olduğu görülmektedir. Bu eksikliklerden dolayı hatalar içeren güçlendirme uygulamalarında büyük ekonomik kayıplar meydana gelmektedir. Ülkemizde bu konuyu anlaşılır ve standart bir işlem dizisi ile ortaya koyan, uygulama kriterleri ve sınırlarını belirleyen, ayrıca alternatif yöntemler ile karşılaştırmayı mümkün kılan çalışmalara ihtiyaç olduğu açıktır. Bu anlamda söz konusu yöntemlerden biri olarak günümüzde yoğun talep gören bir güçlendirme işlemi olan; “betonarme elemanların dış yüzeylerinden epoksi reçinesi ile yapıştırılan çelik lamalar ile betonarme kirişlerin güçlendirilmesi ve birleştirilmesi” uygulaması, bu çalışmada deneysel olarak incelenmiştir. Betonarme yapılarda onarım, güçlendirme gibi çoğu zaman yapı hizmet halindeyken bile kolaylıkla uygulanması istenen işlemleri veya çeşitli nedenlerle yapılacak taşıyıcı sistem değişikliklerini gerçekleştirmek için kullanılabilecek çeşitli yöntemler vardır. Bu tür yöntemlerden elde edilmesi öngörülen performans kriterleri aşağıda verilmiştir; Çelik lamalarla güçlendirme • Taşıyıcı sistemin taşıma gücü değerlerinin güvenlik sınırlarına yükseltilmesi, • Uygulama sonunda ulaşılan değerlerin zaman ve ortam şartlarından etkilenmeden korunabilmesi, • Hizmet halinde olan bir yapıda uygulanabilecek basit bir işlem dizisine sahip olması, • Uygulandıktan sonra kısa sürede yüksek taşıma gücü değerlerine ulaşarak hizmete verilebilmesi, • Maliyet-performans oranının uygun olması Çelik elemanlarla güçlendirme Betonarme taşıyıcı elemanların dış yüzeylerine yapıştırılan çelik lamalar ile yapılan güçlendirme işlemi, uzun bir geçmişi olan ve halen yoğun talebin gözlendiği yöntemlerden biridir. Bu yöntem ile taşıyıcı sistem bir bütün şeklinde ele alınarak yapı güçlendirmesi yapılabildiği gibi, eleman ölçeğinde uygulama yapmak da mümkündür. Betonarme elemanların dış yüzeylerinden yapışkan bağ aracılığı ile güçlendirilmesi işlemi, taşıyıcı yapı sisteminde yapışma ile birleştirme tekniğinin ve buna bağlı olarak yüksek taşıma gücü değerlerine sahip yapı kimyasallarının ortaya çıkmasını sağlamıştır. Taşıyıcı sistemde bu tür yapıştırıcıların kullanılmaya başlanması sayesinde, kısa sürede güvenli iyileştirme ve güçlendirmelerin yapılabilmesi mümkündür. Ayrıca bu tür malzemelerin, basit makina ve aletler ile uygulanabilen bir işlem dizisi gerektirmeleri, bu alanda uygulama açısından da kolaylıklar sağlamaktadır. Asıl olarak taşıyıcı sistemde yapıştırıcı kullanımı hakkında olumlu ve olumsuz bir çok görüş vardır. Bu görüşler genellikle, fizikokimyasal yaklaşımlar kapsamında ele alınarak değerlendirilmektedir (Mouton, 1999). Genel olarak yapısal bir yapıştırıcı ile gerçekleştirilen birleştirme uygulaması, yüksek taşıma gücü değerleri sağlanması, kolay bir işlem dizisi ile hızlı bir şekilde hizmete alınabilmesi ve yapı ile ilgili diğer problemlere etkili çözümler getirmesi nedeni ile geniş bir kullanıcı kitlesi tarafından tercih edilen yaygın bir birleştirme tekniği olarak kabul edilmektedir. Konu ile ilgili firmaların bünyesindeki yapımcılar tarafından üretilen yapıştırıcı formülleri, bina onarım ve güçlendirme teknolojilerinin gelişmesini sağlamaktadır. Ancak yapıştırma tekniği bazı ülkelerde, bir çok mimar ve mühendis tarafından yeterli derecede güvenilir bulunmamaktadır. Bunun başlıca nedenleri şunlardır: • Yapıştırılmış birleşimler titreşimler, yorulma direnci, çevrenin bozucu etkileri ve sürekli yüksek gerilmelere maruz kalma gibi nedenlerle zaman içinde fiziksel kararlılıklarını kaybedebilir. • Yapıştırılmış birleşimlerde taşıma gücü tespiti yapılması normal şartlarda tahribatlı deney yöntemleri ile mümkündür. Tahribatsız bir kontrol mekanizması ise pahalı cihazlar ve zahmetli bir işlem dizisi ile sağlanabilir. Dolayısı ile yapışkan bağın kullanımdayken sürekli kontrol altında tutulması mümkün değildir. • Yapışma tabakasını gerektiğinde ayrıştırmak için kullanılan cihazlar karmaşık ve pahalıdır. • Yapıştırıcı bağ yüksek sıcaklık derecelerinden ve ısınma–soğuma döngüsünden olumsuz etkilendiği için, sahip olduğu taşıma gücü değerlerini koruması mümkün olmayabilir. Bu olumsuz nedenlerden çoğunun kısmen veya büyük oranda, bazı ek detay önlemleri ve farklı formül ve katkı kullanımı ile üstesinden gelinmesi mümkündür; ancak bu yoldan maliyetin yükselmesi kaçınılmazdır. Dolayısı ile karar aşamasında maliyet-performans oranı dikkate alınmalıdır. Bu tekniğe mimar veya mühendisler açısından bakıldığında, mevcut olan en uyumlu, kolay uygulanabilen ve düşük maliyetli kombinasyonları bulmak önemlidir. Bu nedenle, betonarme elemanları yapıştırarak birleştirme uygulaması, bu isteklerin tümünü karşılayabilen bir güçlendirme tekniği olarak değerlendirilebilir. Çelik lamaların epoksi reçinesi ile betonarme taşıyıcı sistem elemanlarına dış yüzeylerinden bağlanması tekniği, Avrupa’da 1960’ lardan beri betonarme yapıların güçlendirilmesi ve elemanlarının onarılması işlemlerinde, etkin olarak kullanılmaktadı