Betonarme nedir? Avantajları ve betonarme yapının oluşturulması

Betonarme nedir? Avantajları ve betonarme yapının oluşturulması

Haziran 19, 2020 0 Yazar: Gürsoy Yurtalan

Betonarme; Betonun çekme dayanımının düşük olmasından dolayı, beton içerisine çelik eklenerek beton ve çeliğin birlikte çalıştığı dayanıklı yapılara denilir.

Betonun yüksek basınç dayanımı olmasının yanı sıra çekme dayanımının oldukça düşük olmasından dolayı, kullanım şekli basınç elemanı olarak sınırlanmıştır. Çekme dayanımı yüksek eğilmeye karşı dayanıklı yapı malzemesi olarak ahşap ve çelik kullanmak mecburiyetinde kalınmıştır. Ahşap ve çeliğin hava koşullarından etkilenmesi ve yangına karşı emniyetsiz olması gibi olumsuz özellikleri insanları başka yapı sistemlerine yöneltmiştir.

Betonarmenin tanımını yaparken beton ve çeliğin bir araya getirilerek birbirlerinin eksik yönlerini tamamladıklarından bahsetmiştik. Binlerce yıl öncesi insanlar taşı bir yapı malzemesi olarak kullanmaya başlamışlardır. Fakat taşı bağlayacak iyi bir bağlayıcı malzeme bilinmediği için yapılan uygulamalar sınırlı olmuştur. Büyük açıklıkları geçmek için tek parça taştan oluşan büyük kirişler kullanmak sorun oluşturmuştur. Taşların çekme dayanımlarının düşük olması ve ağır taşların yerine yerleştirmesinde güçlük yaşanmıştır. Bu sebepten ötürü büyük açıklıkları geçmede kemer sistemi kullanılarak yapı sistemi basınca çalıştırılacak şekilde yapılmıştır.

Betonarme

Betonarme Tarihi

İyi bir bağlayıcı malzeme olan çimentonun geçmiş tarihlerde Romalılar tarafından kullanıldığı sanılmaktadır. Romalılardan 18. Yüzyıla gelinceye kadar bağlayıcı konusunda önemli bir gelişme olmamıştır. Joseph Aspdin isimli bir duvarcı ustası 1824 yılında İngiltere’nin Leeds şehrinde dayanımı yüksek ilk çimentoyu keşfetmiştir. Joseph Aspdin yaptığı yoğun çalışmalar neticesinde 1 ölçek doğal kil, 3 ölçek kalkeri karıştırıp pişirdikten sonra öğütmüş ve çimento haline getirmiştir. Joseph Aspdin elde ettiği bağlayıcı madde için 1824 tarihinde paten almıştır ve ismini Portland Çimentosu olarak koymuştur. İngiltere’nin güneyinde Portland adasında bulunan yapı taşlarının, Joseph Aspdin’in bulduğu bağlayıcı malzemenin gri ve yeşil rengine benzerliğinden dolayı bu ismi almıştır.

Betonun çekme ve darbelere karşı dayanıksız oluşundan dolayı kum, çimento, agrega ve su ile elde edilen beton çelik çubuklar ile güçlendirilerek betonarme yapılar oluşturulmuştur.

Pek çok yapıda kullanılan betonarmenin diğer yapı malzemelerine göre avantajları şunlardır.

Betonarme avantaj ve dezavantajları

Betonarme avantaj ve dezavantajları

Betornarmenin Avantajları

  1. Diğer yapı malzemelerine göre betonarmenin basınç dayanımının yüksek olması daha küçük kesitli elemanlar ile narin yapıların yapılabilmesine olanak tanımıştır.
  2. Çelik yapı ile kıyaslandığında yatay deplasmanı küçük yüksek sönümlü rijit taşıyıcılı sistemlerdir.
  3. Yangın dayanımı diğer malzemelerden daha fazladır ve fazladan tedbir almaya gerek olmaz.
  4. İnşaat bakımı diğer malzemelere göre daha uygun yapılır.
  5. Taşıyıcı sistemi oluşturan yapı elemanlarının sürekli tekrarlanır olması, birbiriyle aynı veya benzerlik göstermesinden dolayı ekonomik kalıp sistemleri kullanılabilmektedir. Dolayısıyla maliyet yönünden daha uygun hale gelmektedir.
  6. İyi bakım yapıldığı takdirde dayanımı azalmaz ve kullanım süresi oldukça uzun olabilir.
  7. Şekil verilebilme imkânı olduğu için mimari estetik yapıların yapılmasına olanak sağlar.
  8. Maliyeti düşük bir sistemdir.
  9. Çelik yapılarla karşılaştırıldığında daha az kalifiye eleman ile imalat yapılabilir.
  10. Hiperstatiklik özelliğinin elde edilmesi daha kolaydır. Çelik yapıların birleşim yerlerinde daha dikkatli ve özenli olması gerekiyorken betonarme sistemde buna gerek kalmayabilir.

Betonarme yapının dezavantajları ise şunlardır.

  1. Çekme dayanımı düşük olduğu için çelik donatılar ile birlikte kullanılması gereklidir.
  2. Betonun prizini alması ve yeterli dayanımı kazanmasına kadar geçen sürede kalıpta tutulması ve iskeleye gereksinim duyar.
  3. Yapının istenilen dayanımı vermesi için zemine vereceği ağırlık fazladır.
  4. Çelik yapılara kıyas edildiğinde betonarme inşaatın yapım süresi daha fazladır.
  5. Sonradan kullanım değişikliğine gidilmesinde esnek davranmaz, düşey taşıyıcı elemanları boyut olarak büyüktür.
  6. İstenilen dayanımın sağlanması için donatıların çapı, adeti, ara mesafeleri, konumları ve projeye uygunluğu büyük önem taşımaktadır. Bundan dolayı beton dökülmeden evvel donatıların projeye göre uygunluğunun kontrolü önemlidir.
  7. Betonarme yapılarda güçlendirme işi zordur. Yeni yapılacak ilave yapı elemanlarının eski sisteme uyumu zor olur.

Betonarme Yapı Elemanın Oluşturulması

Tasarım kelimesi, yapısal bir problemin çözümün de farklı yöntemler belirlemek, bunları incelemek ve uygun çözüm yollarından birini seçme serbestliğidir. İyi bir tasarımcı bölgesel koşullara ve malzemeye göre seçim yapmalı ve ona göre tasarımını gerçekleştirmelidir. Endüstrisi gelişmiş bir ülkede tasarımcının kullanabileceği çok sayıda malzeme ve teknolojinin sağladığı yenilikler vardır. Uygun seçimin belirlenmesinde sosyal ortam ve çevre koşulları da önemlidir.

Betonarme yapının taşıyıcı sistem oluşturulmasında izlenen adımlara gereken itina gösterilmeli ve taşıyıcı sistem yapının karakterine göre yapılmalı, ekonomik ve teknik şartlar gözetilmelidir. Tasarımcının ilk yapması gereken işlerden birisi taşıyıcı sistemin türünü belirlemek olmalıdır. Yapıya hizmet ömrü boyunca etkiyen yükler, yüklerin büyüklüğü, etkidiği yer ve etki sıklığı dikkate alınmalıdır. Elverişsiz yükleme durumlarında şekil değiştirmelerin olmaması dikkate alınmalı ve bunlar göz önünde bulundurularak en kesit, biçim ve boyutları belirlenmelidir.

Betonarme yapının meydana getirilmesinde izlenecek olan adımlar aşağıda anlatılacaktır.

Ön Boyutlandırma

Çeşitli kıstaslar göz önünde bulundurularak yapıların boyutlarının önceden belirlenmesine ön boyutlandırma denilir.

Ön boyutlandırma yapılmasında takip edilecek sıralama şu şekildedir.

  • Yapının tüm fonksiyonlarını yerine getirecek şekilde taşıyıcı sistem belirlenir.
  • Taşıyıcı sistemin elemanlarının boyutları yönetmelik ve statik yapı kurallarına uygun olacak şekilde seçilir.
  • Statik sistem oluşturulur.
  • Gerçek taşıyıcı sistemin kesit ağırlık merkezinden geçen sistem çizgileri ile idealizasyonu yapılır.
  • Yükler oklarla, mesnetler ise sembollerle gösterilir.

Statik Hesap

Ön boyutlandırması yapılan elemanlara, etkiyen çeşitli yüklere göre her bir elemanın kesit tesirlerinin (Mx, My, T, Vx, Vy, N) ve taşıyıcı sisteme etki eden yüklerin bulunarak yapının kesit tesirlerinin hesaplanarak bulunmasına statik hesap denilir.

Bir yapıya etki eden yükler şunlardır.

  1. Düşey yükler
  2. Yatay yükler
  3. Sıcaklık değişimi ve rötre kaynaklı yükler
  4. Mesnet çökmeleri

Betonarme Hesap

Aşağıdaki konular betonarme hesap yapılmasına girmektedir.

  • Artırılmış ve birleştirilmiş dış kuvvetler altında meydana gelen kesit tesirleri yardımıyla betonarme elemanlarda iç kuvvetlerin bulunması,
  • İç kuvvetler yardımı ile donatının hesabının yapılması ve basınç bölgesinde kontrolünün sağlanması,
  • Kullanım yükleri altında çatlak genişliği ve sehim kontrolünün yürürlükte olan yönetmelikler göz önünde bulundurularak hesaplanması.

Yapısal çözümlemelerde genel olarak malzeme davranışı ile ilgili doğrusal ve doğrusal olmayan teori varsayımları yapılır. Doğrusal teoride, malzemenin doğrusal-elastik ve yer değiştirmeleri denge ve geometrik süreklilik denklemlerine tesirleri terk edilebilecek kadar küçüktür. Doğrusal olmayan teoride ise, malzemenin doğrusal elastik olmadığı, davranışın elastoplastik olduğu kabul edilir.

Doğrusal teoride iki farklı yöntem vardır.

Bu teorilerden ilkinde çelik ve betonun doğrusal elastik davrandığı varsayımı yapılır. Bu yönteme elastik yöntem veya emniyet gerilmeleri yöntemi adları da verilir.

İkinci yöntem daha gerçekçidir. Bu yöntem sınır durumlar yöntemi olarak adlandırılır.  Sınır durumlar yöntemi iki aşamalı olup, birincisi taşıma gücü ikincisi ise kullanılabilirlik sınırı durumda güvenliğin sağlanması amacını taşımaktadır. TS500’de Emniyet Gerilmeleri Yöntemi yönetmelikten çıkarılmış ve sadece Sınır Durumlar Yönteminin kullanılmasına izin verilmiştir.

Taşıma Gücü Yöntemi

Kesitin güç tükenme anındaki kapasitesinin belirlenmesi taşıma gücü yöntemi ile belirlenir. Bu yöntemde, işletme yüklerinden oluşan gerilme (σ), doğrusal elastik sınır gerilmesinin ( σs ) bir güvenlik katsayısına ( e )  bölünmesi sonucu çıkan değerden daha küçük olacak şekilde boyutlandırılmasıdır.

σ = İşletme yüklerinden meydana gelen gerilme

σs = Doğrusal – elastik sınır gerilmesi

e= Güvenlik katsayısı

σem= σs / e olmak üzere,

σ ≤ σem koşulu sağlanmalıdır.

TS500 ’de taşıma gücüne dayalı kesit hesabında, betonun çekme dayanımının ihmal edileceği, donatı ile betonun aynı şekil değiştirme yapacağını düzlem kesitin şekil değiştirmeden sonra da düzlem kalacağını, donatının elastoplastik davrandığını varsaymaktadır.

Emniyet Gerilmeleri Yöntemi

Emniyet gerilmeleri yönteminde beton ve çelik doğrusal elastik davrandıkları varsayımı ile yapılan kesit hesabıdır. Bu yöntemde temel ilke, bu varsayımla hesaplanan gerilmelerin, daha önce saptanan emniyet gerilmelerini aşmamasıdır. TS 500’ de betonarme hesabın taşıma gücü yöntemi ile yapılmasını öngörülmektedir.

Donatıların konstrüktif kurallarda göz önüne alınarak teşkili

Yürürlükte bulunan yönetmeliklerin belirlediği detaylara uygun olarak donatıların çizimsel olarak gösterimi, konstrüktif kurallar göz önüne alınarak teşkili olarak tanımlanabilir.

Statik olarak bu sistemlerin hesabının yapılmasında ön boyutlandırma önemli bir konudur. Hesaba başlarken en azından taşıyıcı sistem oluşturan yapı elemanlarının atalet momentleri bilinmelidir.

İç kuvvet dağılımları statik hesap sonunda belirlenir. İç kuvvet dağılımları kullanılarak kesitlerin beton basınç bölgelerin kontrolü ve donatı miktarları belirlenebilir. Yapılan kontrolde beton kesitin yeterli gelmediği sonucu çıkarsa kesit ebatları büyütülerek statik hesap mevcut duruma göre  yeniden yapılır. Yapılan bu işle tüm kesitlerde yapılan kontrollerin yeterli olduğu sonucu çıkana kadar devam ettirilir.

Kesit boyutlarının optimum seviyede olması için yapı elemanın kesitlerindeki donatı miktarı en az olmalıdır. Hesap sonucu ortaya çıkan donatı miktarı minimum donatı oranından daha küçük çıkması durumunda kesitin gereğinden büyük çıktığı kanısına varılır. Kesit ebatları küçültülerek tekrar hesaplanır. Hesap sonucu elde edilen donatı miktarı maksimum donatıdan fazla çıkarsa kesit ebatları büyültülür ve tekrar statik hesabı yapılır.

Çekme bölgesinde betonun çatlamış bir betonarme elemanda lineer olmayan davranış nedeniyle iç kuvvetlerin kesit tesirlerinden elde edilmesi olanaksızdır. Kiriş mesnet bölgeleri, tekil yükler civarı, öngerilmeli betonarme kirişlerde kablo kuvvetlerinin tatbik bölgeleri gibi statik süreksizlik bölgelerinde, çerçeve köşeleri, eleman boyut değişim bölgeleri gibi geometrik süreksizlik bölgelerinde ve inceltilmiş uçlar gibi hem geometrik hem de statik süreksizliğin bulunduğu bölgelerde çok eksenli gerilme durumu mevcut olup bu bölgelerde iç kuvvetlerin alışagelmiş yöntemlerle hesabı olanaksızdır. Açıklanan nedenlerle betonarme bir elemana, doğru donatının yerleştirilebilmesi için bu yapı elemanın kendisine etki edebilecek olası yüklemeler etkisinde (zati ağırlık, hareketli yükler, ısı değişimi vb.) şekil değiştirme durumunun bilinmesi gerekir. Diğer bir deyişle taşıyıcı sistemde özellikle betonun çatlamış konumu için kuvvet akışının bilinmesi önemlidir.

Betonarme beton ve çelikten oluşan kompozit bir yapı malzemesidir. Betonun çekme dayanımının az olmasından dolayı bu olumsuzluğu çelik donatı ile giderilmeye çalışıldığından bahsetmiştik. Fakat donatı çekme gerilmelerini taşımanın yanında başka görevler de yapmaktadır. Sargılama, basınç gerilmesi taşıma ve çatlak oluşumunu kontrol etmek gibi önemli fonksiyonları da vardır.

Sıvı tutucu yapılarda çatlaklar oldukça önemli bir konudur. Yönetmelikte verilen çatlakların sınır değeri geçildiğinde sıvı sızıntısı oluşacağından, yapının dayanım yönünden ayakta kalması çok bir şey ifade etmez. TS 500′ de eğilme etkisi altındaki elemanlarda aşağıdaki çizelgede izin verilen en büyük sehim değerlerine göre sehim kontrolü yapılması istenmektedir.

Eğilme etkisindeki elemanlarda sehim sınırları
Eğilme Elemanı ve Yeri Sehim Nedeni Açıklık/Sehim
Bölme Duvarsız Çatı Elemanları Hareketli yüklerden oluşan ani sehim ln/ 180
Bölme Duvarsız Normal Kat
Elemanları
ln/ 360
Bölme Duvarları çatı ve normal
kat elemanları ( büyük  sehimden etkilenebilecek elemanları olan)
Sürekli yüklerden oluşan toplam
sehim ile hareketli yüklerin
geri kalan bölümünden oluşan ani sehim toplamı
ln/ 480
Bölme Duvarları çatı ve normal
kat elemanları
ln/ 240

Donatının, yapı elemanlarında doğru hesabının yapılması kadar, doğru yer ve biçimde konulması da önemlidir. Yapının dayanımını sağlayan donatının miktarı ve yeterliliği etkin olarak kullanılmasına bağlıdır. Etkin donatı, donatının gerektiği yerde doğru biçimde ve kenetlenmiş olması olarak tanımlanır.

Bunların dışında donatıda korozyona neden olacak çatlakların önlenmesi için aşağıdaki çizelgedeki değerlere göre çatlak kontrolünün sağlanması gerekir.

Yada nervürlü donatı kullanıldığında betonarme elemanları çekme bölgelerinde minimum donatı koşulları sağlandığında ve donatı aralıklarının 200 mm’i aşmadığı ve zararlı çevre koşullarının bulunmadığı durumlarda, tüm bu koşulların sağlanması ile çatlak kontrolü yapılmayabileceği belirtilmektedir.

Çatlak genişliği sınırları.

Ortam wmax
Yapı İçi Normal Çevre Koşulları  0.4 mm
Yapı İçi Nemli ve Yapı Dışı Normal Çevre Koşulları 0.3 mm
Yapı Dışı Nemli Çevre Koşulları 0. 2 mm
Yapı İçi ve Dışı Agresif Çevre Koşulları 0.1 mm

Önceden bahsettiğimiz betonarme yapıların çelik yapılara göre avantajlarından birisi olan rijitliğin, yapılara hizmet süresi boyunca etkiyecek yatay kuvvetlerin yapılarda oluşacak yanal yer değiştirmelerin hesaplanabilmesi için önemi büyüktür.  Ayrıca yapının rijitliği arttırılarak katların birbirlerine göre rölatif kat ötelemeleri sınırlandırılabilmektedir.

Betonarme ile ilgili diğer bir kavram olan bir adı “düktilite” olan süneklik ise dayanımda önemli bir azalma olmadan, büyük deformasyonlar yapabilme yeteneği olarak tanımlanmaktadır.

Depremlerde hasar gören yapılarda gözlenen en büyük kusur yapılarda sünekliğin sağlanmamış olmasıdır. Sünekliğin sağlanması için kolon, betonarme kiriş ve perdelerde sargı bölgelerinde sık bir sargı oluşturmak gerekmektedir. Sünekliği etkileyen diğer faktörler ise çekme donatı yüzdesi (Artıkça süneklik azalmakta), aynı yükseklik için basınç donatısı (Artıkça süneklik artmakta) ve normal kuvvet oranıdır. (Artıkça süneklik azalmaktadır) (Özer, 2008).

Eğilmeye maruz bir betonarme elemanda kesitteki donatı miktarının çok fazla olması, çekme donatı gerilmesi akma sınırına ulaşmadan önce, basınç bölgesindeki beton liflerinin aniden ezilmesine böylelikle gevrek kırılmaya neden olmaktadır. Tehlikeli gevrek kırılma riskinin azaltılması için beton hesap basınç dayanımının küçük tutulması gerekmektedir.

Gevrek kırılmanın tersi olan sünek kırılmada ise; betonarme kesitin donatısı az tutulur ise beton basınç bölgesindeki beton lifleri ezilmeden çok önce çekme donatısı akmaya başlar. Kırılma çekme bölgesindeki çatlakların yayılması ve genişlemesi ile gerçekleşir. Sünek kırılma daha çok eğilme momentinin etkin olduğu hallerde görülmektedir. Sünek kırılma ile taşıma gücü sınırına ulaşan betonarme elemanlar büyük sehimler ve şekil değiştirmeler yaparak göçmektedir. Bu duruma “haberli göçme” denir (Ersoy ve Özcebe, 2001).

Konu İle İlgili Diğer Tavsiye Yazılar: