Beton

Aderans Nedir? Aderansı Etkileyen Faktörler Nelerdir?

Bu yazımızda aderans, ankraj aderansı, eğilme aderansı, aderansı oluşturan sebepler, aderansı etkileyen faktörler hakkında bilgi verilecektir.

Betonarmenin en önemli özelliklerinden biri, beton ve çeliğin beraber çalışacak yani yük taşıyacak şekilde bir araya gelmesidir. Bu nedenle donatı ile onu saran beton arasında herhangi bir relatif yerdeğiştirmenin kaymanın olmaması gerekir. Donatının betondan sıyrılması veya ayrılması betonarmede çalışmayı önlediği gibi bazı durumlarda elemanın göçmesine sebep olabilir. Bu nedenle donatının tam kapasitesinin kullanılabilmesi için, göz önüne alınan kesite gelinceye kadar donatının betona tam kenetlenmesi gerekir (Celep ve Kumbasar, 2001).

Beton ve çelik arasındaki aderans düşünülerek, kenetlenmelerde ve ek yerlerinde donatı yerleşimlerine gereken özen gösterilmelidir.

Aderans

Betonarmede beraber çalışmayı sağlayan etken relatif kayma olmaması, iki malzeme arasında bir bağ kuvveti bulunması ve bu bağ kuvvetinin daimi olması sonucu oluşur. Bu bağ kuvvetine kısaca “aderans” adı verilmektedir.

Betonarme elemanlarda aderans, aşağıda belirtildiği gibi iki şekilde bulunmaktadır:

  1. Beton bloğa gömülmüş, ankre edilmiş çubukların çekme veya basınç kuvveti ile çıkmasına engel olan kenetlenme (ankraj) aderansı,
  2. İki malzemenin beraber çalışmasını sağlayan ve çatlama durumunun şekli üzerinde rol oynayan eğilme aderansıdır (Arda, 1968).

Ankraj Aderansı

Arda (1968)’de beton bloğa bir çelik çubuk yeterli boyda gömüldüğünde, beton sertleştikten sonra betonun içinden çıkmasının mümkün olamayacağı ve bu ankrajı sağlayan aderans gerilmelerinin kenetlenme aderansı olduğu belirtilmektedir.

Çelik çubuğun beton içindeki bir noktasında çelik uzaması, bu noktada çelikle temasta olan beton lifteki uzama ile aynı değerde olması, aderansın deformasyonlar cinsinden ifadesidir. Bu çekme bölgelerinde uzamanın belli değerine kadar doğrudur.

Kenetlenme Aderans Gerilmelerinin Değişimi
Şekil 3.1 Kenetlenme Aderans Gerilmelerinin Değişimi

Aderans hakkında yapılmış deneylerden biri olan çekip çıkarma deneylerinde, aderans gerilmelerinin ankraj boyunca Şekil 3.1’de gösterildiği gibi düzgün yayılmadığı ve dağılımının da Denklem 3.1, 3.2, 3.3’te gösterildiği gibi birçok parametreye bağlı olarak değiştiği gözlemlenmiştir.

Burada, Ta aderans gerilmesini, Ø donatı çapını, As donatı kesit alanını, f yd akma donatı gerilmesini, T uygulanan kuvveti, lb donatının betona gömüldüğü boyu göstermektedir.

Aderans ile yapılan birçok deneylerden elde edilen değişkenlerden en önemlisi betonun çekme dayanımıdır. Buna göre Denklem 3.3’ün düzenlenmesi sonucu betonun çekme dayanımına bağlı Denklem 3.4 elde edilir.

Burada f ctd beton çekme dayanımını, C0 ise deneysel bir parametreyi göstermektedir.

Kenetlenmenin yeterli olabilmesi için donatı akma gerilmesine eriştiğinde, çubuk betondan sıyrılmamalı veya betonu yarmamalıdır. Donatıların yüzey özelliklerine bağlı olarak aderansta oluşabilecek kenetlenme yetersizlikleri Şekil 3.2’de görüldüğü gibi farklı şekillerde olur.

Yetersiz Kenetlenmenin Aderans Etkileri
Şekil 3.2 Yetersiz Kenetlenmenin Etkileri

Düz yüzeyli çubuklarda çekip çıkarmaya yakın durumlarda aderans gerilmeleri boyun her noktasında meydana gelmektedir. Aderansın çözülmesi gömülme boyu uzun da olsa çubuğun beton içinden dışarı çıkmasıyla olur.

Nervürlü çubukların ankrajı için bütün gömülme boyu değil, onun ancak bir kısmı çalışmaktadır. Bu anlamda gömülme boyunu belli değerden fazla yapmak bir fayda sağlamaz. Aderansın bozulması ise dişler arasındaki betonun kırılması ile olmaktadır. (Ersoy, 1987).

Eğilme Aderansı

Arda (1968)’de beton uzama limitinin çeliğin uzama kapasitesi yanında çok küçük olması sebebiyle çelikteki uzamalar belirli bir değeri geçince beton çatlaması sonucu, malzeme uzamalarının eşitlik geçerliliğini yitireceği ve bu tip elemanlarda çatlak hizasındaki çatlak genişlikleri toplamının çubuk boyuna oranı ile çatlamamış betonun birim uzaması toplamının çeliğin uzamasını vereceği belirtilmiştir.

Bu aderans, eğilme etkisindeki betonarme elemanların çatlak durumlarında etkilidir. Şekil 3.3’te eğilme aderansının kayma gerilmeleriyle oluşumu gösterilmektedir.

Eğilme aderans oluşumu
Şekil 3.3 Eğilme Aderansının Oluşumu

Eğilmeye çalışan betonarme bir elemanda, kesitten kesite moment etkilerinin değişebilmesi için donatının gerilmesinin de değişmesi gerekmektedir. Denge şartı gereği ΔΧ uzunluğundaki çubuk çevresinde etkili olan aderans gerilmeleri toplamı çubuğun iki ucundaki çekme kuvvetlere farkına eşit olmalıdır. Eğilme aderans gerilmeleri Denklem 3.5 ve 3.6’da gösterildiği gibi elde edilebilir.

Denklemlerden momentin sabit olduğu aralıkta aderans gerilmeleri sıfır hesaplanırken, gerçekte aderans gerilmelerin varlığı deneylerle ispatlanarak bu denklemden bulunan eğilme aderansının güvenilir bir kısıt olmadığı belirtilmektedir (Ersoy, 1987).

Aderans Oluşturan Sebepler

Aderans olarak adlandırılan bu bağın oluşmasında aşağıda belirtildiği gibi temel olarak üç neden bulunmaktadır.

  1. Çelik ve beton arasında yapışma olarak adlandırılan moleküler ve kapiler bağ kuvvetleri bu bağın oluşmasında etkilidir. Bu kuvvet betonun çimento cinsine bağlıdır. Yapışma kuvveti oldukça küçük olup, çelik ve beton yüzleri arasındaki en ufak bir harekette kaybolduğu için göz önüne alınmaması uygundur.
  2. Beton ve çelik çubuk arasında oluşan sürtünme kuvvetleri diğer bir etkendir. Böyle bir kuvvetin meydana gelmesi için ortak yüzeye basınç gelmelidir. Böyle bir basınç dış yüklerle veya rötre gibi etkilerle meydana gelebilirken, çubuğun eğri eksenli olmasıyla da meydana gelebilir. Yalnız çubuğun eğri olması halinde bu kuvvete itimat edilebilir.
  3. Donatı ve beton arasındaki mekanik diş kuvvetleri ise aderansın oluşumunda en önemli etkendir. Aderansı geliştirilmiş çubuklarda dişlerin betona kilitlenmesiyle meydana gelir. Nervürlü çubuklarda dişler sebebiyle beton bloğa Şekil 3.4’de görüldüğü gibi helezon veya eğik kuvvetleri etkirken, çelik çubuğa bunların zıt yönleri tesir eder. Bu kuvvetlerin büyük değerler alması halinde eğik basınç gerilmeleri nedeniyle beton ezilir (Arda, 1968).
Şekil 3.4 Nervürlü Donatıda Betona Etkiyen Kuvvetler

Aderans Etkileyen Faktörler

Aderans etkilerinin anlaşılabilmesi bakımından aderans hakkında yapılan deney ve araştırmalar sonucunda aderansın birçok parametreye bağlı olduğu belirlenmiştir. Aderans konusunda yaptığı araştırmada Arda (1968) aderansı etkileyen bazı faktörleri şöyle belirtmektedir:

Donatının düz yüzeyli veya nervürlü olmasının aderans üzerinde etkisi

Çubuğun yüzey geometrisi yani donatının düz yüzeyli veya nervürlü olup olmaması aderansı etkilemektedir. Çapları aynı olan iki çubuktan nervürlü çubuğun aderans gerilmesi, düz yüzeyli çubuğun aderans gerilmesinin yaklaşık iki-üç katı kadardır.

Çelik çubuğun konumunun aderans üzerinde etkisi

Çelik çubuğun betonlama sırasındaki konumu da diğer önemli etkendir. Aderansın iyi olabilmesi için betonun çubuğu iyice sarması gerekir. Üst kısım betonunun iyice sıkıştırılamaması, üst çubukların altındaki beton oturmasının alt çubuklara nazaran daha fazla olması aderansının daha az olmasına neden olur.

Betonun cinsinin aderans üzerinde etkisi

Betonun cinsi, özellikle nervürlü çubuklarda daha da önem kazanmaktadır. Dişler arasındaki betonun kırılmasında beton dayanımı çok önemli rol oynamaktadır.

Yüklerin statik veya dinamik olması

Elemana etkiyen yüklerin statik veya dinamik oluşu başka bir etkendir. Dinamik yüklerin hakim olduğu yapılarda aderansın devamlılığı zamanla bozulabilmektedir. Buna meydan vermemek için kabul edilebilir en yüksek aderans gerilmesi statik yüklerin hakim olduğu duruma nazaran daha küçük tespit edilmelidir.

Donatının kenar veya iç çubuk oluşu

Donatının kenar veya iç çubuk oluşu da aderansı etkilemektedir. Bir kenar çubuğunun aderansı, kenardaki beton tabakasının ince olması dolayısıyla enine deformasyon yapması nedeniyle bir iç çubuk kadar olmaz. Paspayı özellikle nervürlü donatılarda donatılmış elemanlar için önemlidir.

Etriylerin aderans etkisi

Enine donatı özellikle nervürlü çubuklar kullanıldığında, çubuklar boyunca meydana gelebilecek çatlakların ilerlemesine ve genişlemesine engel olur. Boyuna bir çatlak meydana geldiğinde enine donatı bulunmadığı zaman aderansın sıfıra ineceği açıktır. Enine donatı halinde aderans küçülür, fakat ortadan kalkmaz. Bünye aderans gerilmelerinin mesnetler gibi büyük olduğu yerlerde özellikle kullanılması, beton örtü tabakasının yarılmasını önler. Etriyeler betona gelen kuvveti dengeleyerek aderansa olumlu katkı yapmaktadırlar.

Çelik çubuğun çapı

Çelik çubuğun çapı ne kadar büyürse aderans da o kadar büyür. Düz çubuklar için geçerli olan bu durum, aderansı geliştirilmiş çubuklara uymaz. Nervürlü çubuklarda çap arttıkça, aderans dirençlerinin azaldığı gözlemlenmiştir.

Çubuk yüzeyinin niteliği

Çubuk yüzeyinin niteliği de aderansı etkilemektedir. Bir çelik çubuk haddeden yeni çıkmış olsa bile yüzeyinde birtakım pürüzler gösterir. Zamanla paslanmanın da işe karışmasıyla yuvarlak düz demirler küçük bir mertebe de olsa aderansı geliştirilmiş çubuk kadar direnç göstermektedir. Pas genellikle kızıl bir görünüm taşıdığı ölçüde yararlı olmaktadır. İlerlemiş ve kabuk görünüşünü almış pas ise betonla demirin bağı yönünden aderansı azaltığı gibi hacmi arttırması dolayısıyla beton içinde çatlaklara yol açabilir. Benzer olarak topraklı, çamurlu, yağlanmış çubukların da aderansı bir hiç mertebesindedir.

Çubuklar arası mesafe

Çubuğun kesitteki diğer çubuklara konumu ve çubuklar arasındaki mesafesi de aderans açısından önemli olmaktadır. Bitişik çubukların dış ve iç aderans özellikleri, aynı kesitli büyük çaplı ayrık çubukların aderansından daha iyidir.

Çubuğu saran betonun çubuk eksenine dik noktadaki gerilme durumu aderansın değişmesinde rol oynamaktadır. Düz yüzeyli çubuklarda sürtünmenin yüzeye dik etkiyen zorlarla artması söz konusudur. Nervürlü çubuklarda ise çıkıntıların betonda oluşturdukları çekme gerilmeleri bir yan basınç sonucunda azalır ve belki basınç gerilmesine dönüşmesi aderans direncinin artmasına sebep olur.

Elektro kimyasal etken de aderansın üzerinde etkili bir parametredir. Çelikten başka çinko, aliminyum ve bakır gibi madenlerden yapılma kalıpların kullanılması halinde donatı çelikleriyle farklı madenden yapılma kalıp arasında potansiyel farkından dolayı bir pil oluşmakta ve donatı çevresinde aderansı önemli derecede azaltan gaz kabarcıkları meydana gelmektedir. Bu sebeble betonarmede kullanılan kalıpların ahşap, çelik saç veya plastik olması gerekir.

 

Kaynak

İnş. Müh. Tuncay YILMAZ

BETONARME YAPILARDA TAŞIYICI SİSTEM VE DONATI DÜZENLEME İLKELERİ

Paylaşmak Güzeldir

Bunlar da hoşunuza gidebilir...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir