Donatı Çeliği Nedir? Mekanik Özellikleri Nelerdir?

Donatı Çeliği Nedir? Mekanik Özellikleri Nelerdir?

Haziran 18, 2020 0 Yazar: Gürsoy Yurtalan

Donatı Çeliği

Betonarme yapı elamanlarının tasarımı ve analizleri yapılıp meydana gelecek iç kuvvetler belirlendikten sonra, kesitler bu yük altında tüm yönleriyle incelenip donatı çeliği ile donatılır.

Donatı Çeliği Amaç ve Görevleri

  • Betonarme yapı elemanlarında çekmeye karşı mukavemeti zayıf olan betonun çatlama nedeni ile kesitte meydana gelebilecek çekme gerilmelerini donatı çeliği karşılamaktadır.
  • Kesitlerde meydana gelen kayma gerilmelerinin beton tarafından karşılanmasının yetersiz olduğu durumlarda etriyeler kesme kuvvetlerini karşılayarak bu işi üstlenirler.
  • Betonarme çeliği bazı hallerde basınç gerilmesinin karşılanmasında da işe yararlar. Özellikle büyük açıklıkların geçildiği kirişlerin mesnetleri çift donatılı olarak dizayn edilebilir. Donatılar, yetersiz kalan basınç bölgesinin güçlendirilmesine katkı sağlarlar.
  • Betonda meydana gelebilecek çatlak genişliklerini azaltır. Rötre ve sünmeden dolayı meydana gelen etkilerin bir bölümünü karşılar.

Donatı Çeliği Gruplandırılması

İmalat şekillerine ve dayanımlarına ve yüzey özelliklerine göre sınıflandırılması

Betonarme yapılarda yukarıda maddeler halinde sıralanan görevleri yerine getiren donatı çeliği farklı sınıflara ayrılmıştır.

İmalat Şekillerine göre;

  • Soğukta işlem görmüş,
  • Doğal sertlikteki çelikler.

Dayanımlarına Göre;

  • BÇ I (S220),
  • BÇ III (S420),
  • BÇ IV ( S500).

Yüzey Özelliklerine Göre;

  • Düz yüzeyli,
  • Profilli ve
  • Nervürlü olarak gruplara ayrılırlar.

Soğukta gördüğü işlemlerle dayanımı arttırılan çelik rölatif olarak düşük sıcaklıkta çekilmesi veya burulması ile üretilirler. Soğukta işlemlerle mukavemeti artan çelik özel beton çelikleri olarak adlandırılmaktadır. Bu çeşit çelikler ısıtıldıkları taktirde mukavemetini kaybederek eski durumlarına geri dönerler. Bu sebepten ötürü kaynak yapılırken oldukça dikkatli olunmalı ve gerekli önlemler alınmalıdır. Karbon eşdeğeri doğal sertlikteki çeliklerde 0.4 değerini aşmamalıdır.

Akma Dayanımı ve Yüzey Özellikleri

Ülkemizde akma dayanımı olarak sınıflandırılan çelikte S220 kullanımı düşüş göstermiştir. Buna karşılık S420 sınıfı çeliğin kullanımı artmış ve bugün en çok kullanılan çelik türü olmuştur. Yüzey özelliklerine göre yapılan sınıflandırmaya göre düz yüzeyli donatılarda akma gerilmesine ulaşıldığında beton ile donatı arasında aderansı sağlamak oldukça güçtür.

Düz donatıların olumsuz diğer bir yönü ise süneklik kazanmalarının güç olmasıdır. Betonla düz donatı arasında aderans yok olabilmekte ve donatı betondan akma gerilmesine ulaşmadan sıyrılabilmektedir. Düz donatıların kullanımı ancak etriye gibi ankraj ve büklümün uygun kanca ile sağlandığı yerlerde kullanılabilir. (Günümüzde düz demir fazla kullanılmamaktadır.)

Aşağıdaki şekilde yanal etki altındaki betonun etriyelerle sargılama etkisi görülmektedir.

Betonarme elemanlarda sargılama etkisi.

Yüzey özelliklerine bakılmaksızın çeliğin betonarme taşıyıcılara konulmasında doğru sonuçlar elde etmek ve betonda oluşan çatlaklar neticesinde oluşacak iç gerilmelerin durumunu anlamak için lüzumlu olan deney ve çalışmaları yapmak lazımdır. Fakat tartışılmayacak bir konu zamanla çok şeyin değişmiş olmasıdır. Bugün büyük açıklıklar kullanılmakta ve çok büyük emniyet gerilmeleri ile çalışılmaktadır.  Mörsch, usulüne uygun tarzda çalışmak sureti ile demir koyma tekniğinde gelişmeler sağlamıştır. Bu nedenle taşıyıcıların içine nüfuz etmek, iç kuvvetlerin betonda yüklendiği noktaları hissetmek ve buralarda demirin yardımını sağlayarak betonun görünür yara almasını önlemek lazımdır (Leonhard, 1975). Leonhard’a göre,

Betonun içine demir, çelik ağ veya hasır konulmasının başlıca nedenleri

1.      Dış yüklere maruz kalan betonarme taşıyıcı elemanlarda tehlike oluşturacak çekme gerilmelerini karşılamak ve betonu bu yönde çalıştırmamaktır. Böylece betonarme taşıyıcının taşıma gücü ve dış etkenlere karşı dirençli olma emniyeti sağlanmış olur.

2.      Hareketli yüklerin etkisi altında betonda oluşabilecek çatlaklar en az seviyeye gelmesi sağlanır ve böylece korozyona karşı önlem alınmış olunur.

3.      Kirişin kendi yükünden kaynaklı oluşabilecek gerilme çatlakları belli bir sınır içerisinde tutulmuş olur.

4.      Basınç etkisi altında olan boyuna donanım genellikle burkulma güvenliğini veya bilinen bilinmeyen ağırlık merkezinden farklı noktalarda etkiyen moment ile oluşan çekme gerilmelerinin karşılanmasını sağlar. Fakat betonun kesiti yükü taşımaya yeterli değilse, basınç gerilmelerini karşılamak için de donatı çeliği kullanılabilir.

Yangın olması durumunda çelik hasırlar kullanılarak, esas demirlerin üzerindeki beton kabuğun kavlaması engellenir. (Leonhard, 1975).

Betonarme bir taşıyıcıya donatı yerleştirilirken, betonarme hesabın yanı sıra, konstrüktif kurallara da uyulması gerekmektedir (Altan, 2001). TS 500 ve D.B.Y.B.H.Y(2007) ülkemizde yapılacak, betonarme yapılar için gerekli konstrüktif kuralları içermektedir.

Mekanik özellikleri

TS 500 (2000)’de donatı çeliklerinin mekanik özellikleri aşağıda verildiği gibi belirtilmiştir.

Akma dayanımı ve karasteristik akma dayanımı

Eksenel çekme altında denenen donatı çeliğinin akma sınırına ulaştığı anda taşıdığı gerilme değerine “akma dayanımı”, istatiksel verilere dayanılarak belirlenen ve bu değerden daha düşük dayanım değeri elde etme olasılığı belirli bir oran olan akma dayanım değerine ise “karakteristik akma dayanımı” denir. Bu dayanım donatı sınıfını tanımlamak için kullanılmaktadır Aşağıdaki çizelge de donatı çeliklerinin mekanik özellikleri bir arada gösterilmektedir.

Donatı çeliklerinin mekanik özellikleri
S220a S420a S500a S420b S500bs S500bk
Minimum akma dayanımı fyk ( MPa) 220 420 500 420 500 500
Minimum kopma dayanımı fsu (MPa) 340 500 550 550 550 550
Minimum kopma uzaması €su 0< 32 0.18 0.12 0.12 0.10 0.08 0.05
Minimum kopma uzaması €su 0< 32<50 0.18 0.10 0.10 0.10 0.08 0.05


Donatı çekme dayanımı

Donatı çekme dayanımı” ise eksenel çekme altında denen donatı çeliğinin kopmadan önce taşıyabileceği en büyük gerilme değeridir. Donatı olarak kullanılan çeliklerin tipik gerilme- şekil değiştirme eğrileri, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi verilebilir. Ülkemizde kullanılan 3 tür çeliğin başlangıçta aynı eğimle doğrusal elastik davranış gösterdiği ve bu bölgenin sonunda gerilmenin az değiştiği bir akma sahanlığı görülür (Celep ve Kumbasar, 2004).

Degisik çelik türlerinde sekil degistirme egrisi.

Akma gerilmesi, yaklaşık olarak elastik bölgenin sınırı olarak kabul edilebilir ve bu donatı çubukları daha evvel belirtildiği gibi bu gerilmeye bağlı olarak sınıflandırılır. Akma bölgesi olmayan çeliklerde %0,2’ ye karşılık gelen birim uzaması esas alınır. Akma bölgesinden sonra gerilmenin belirgin şekilde arttığı pekleşme bölgesi görülür. Yüklemeye devam edilirse, donatı koparak dayanımını kaybeder.

Elastisite, kayma modülü ve ısıl genleşme katsayısı

Çeligin elastisite modülü 2.105 N/mm2 olarak alınırken kayma modülü 8,1.104  N/mm2 olarak alınmaktadır. Bunun dışında çeliğin bir mekanik özelliği olan ısıl genleşme katsayısı 1,2. 10-5 / C olarak verilmektedir. Çelik ve beton genleşme katsayılarının birbirine çok yakın olması, betonarmeyi meydana getiren beton ve çelik malzemelerinin birlikte çalışması açısından son derece önemli bir özelliktir (Doğangün, 2002).

Kir, yağ ve pastan arındırılması

Donatı çeliği her türlü pislik, yağ, kir gibi yabancı maddelerden ve yüzeyden ayrılabilen paslardan temizlenmelidir. Pas olayının önün geçmek için donatılar mümkün olduğu kadar üstü kapalı sundurma altında depolanmalıdır.

Donatının taşıyıcı elemanlarda kullanımından sonra da zararlı sıvılara karşı korunmalıdır. Bu sıvılar donatı da korozyona neden olarak donatının kesitini ve dayanıklılığını düşürmektedir. Donatıyı korozyona karşı korumak, betonun donatı kenetlenmesini sağlamak ve hatta yangına karşı korumak için çelik çubuklarla donatı arasında beton örtüsü bulunmalıdır (Doğangün, 2002).

Çelik – Donatı ile Okunması Tavsiye Edilen Yazılar: