Bazalt küptaş

Süneklik Nedir? Süneklik, Gevreklik, Rijitlik Tanımları

süneklik nedir

Süneklik, kapasite kaybı olmadan sistemin ya da elemanın taşıma gücünü esneme/şekil değiştirebilme özellikleri göstererek devam ettirmesidir. Bu kırılmaya kadar olan geçici şekil değiştirme kabiliyetine düktilite (ductility) de denir. Malzemenin plastik aşamada göçme, kopma durumuna varmadan yapabileceği deformasyonudur.

sünek davranış
Sünek davranış ve sünek olmayan gevrek davranış

Taşıyıcı sistemde kullanılan malzemeler elastik sınırları aştıktan sonra şekil ve yer değiştirmelerin artmasına rağmen dayanımlarını makul seviyelerde azaltarak sürdürürler.

Gevrek ve sünek (tok) iki malzemede tokluğun gösterimi
Gevrek ve sünek (tok) iki malzemede tokluğun gösterimi

Yukarıdaki görselde sünek olarak gösterilen eğrinin akma sınırını geçtikten sonra dayanım kaybına uğramadan plastik şekil değiştirme yapabildiği görülüyor. Gevrek olan malzemede ise akma sınırında kopmanın olduğu gözleniyor. Esasen her vakit böyle olmaz. Az biraz plastik şekil değiştirmeye uğrayıp kopma ya da ciddi dayanım kaybı da meydana gelebilir.

Gevrek ve sünek malzeme gerilme şekil değiştirme
Gevrek ve sünek malzeme gerilme şekil değiştirme

Malzemeler, oluşturabildiği plastik şekil değişimine bağlı olarak çeşitlilik gösterir. Bu çeşitliliğe göre gevrek, sınırlı sünek yahut yüksek sünek olarak yapı elemanlarını veya taşıyıcı sistemlerini sınıflandırırız.

Yapılarda Süneklik

Yapılarda süneklik 4 ana gruba ayrılır:

  1. Malzemede süneklik (Malzeme sünekliği, deformasyon sünekliği)
  2. Kesitte süneklik (Eğrilik sünekliği, enkesit sünekliği)
  3. Elemanda süneklik (Eleman sünekliği, dönme sünekliği)
  4. Taşıyıcı sistemde süneklik (Yapı sünekliği, deplasman sünekliği)

Süneklik Çeşitleri

Betonarmede 3 çeşit süneklik bulunur:

  1. Birim deformasyon sünekliği
  2. Şekil değiştirme sünekliği
  3. Birim eğrilik sünekliği (Detaylı bilgi için tıklayın.)

Yeterli Süneklik Nasıl Sağlanır?

Sargılı ve Sargısız Betonun Gerilme Birim Şekil Değiştirme Grafiği
Sargılı ve Sargısız Betonun Gerilme Birim Şekil Değiştirme Grafiği

(Detaylı bilgi için tıklayın)

İnşaat yapılarında sünekliği artırmak için yapılması gerekenler şu şekilde sıralanabilir:

  • Kolonlarda eksenel yük düzeyleri düşük tutulmalıdır
  • Kolonlara yeterince ehemmiyet göstermeli ve kolonları kirişlerden daha kavi (güçlü) tasarlamalıdır.
  • Potansiyel plastik mafsal noktaları olarak addedilen kolon ve kirişlerin uç kısımlarında etriye sıklaştırması yapmalıdır
  • İmalat ve dizayn aşamasında donatı gereğinden fazla konulmamalıdır (Gevrek kopmayı (failure) önlemek adına kapasite gereğinden kontrollü şekilde az koymak icap eder)
  • Dizayn sırasında mafsalları kolon yerine kirişlerde oluşacak şekilde tasarım yapılmalıdır
  • Sargı donatısı yanal deformasyonu engelleyip sünekliği fazlasıyla artırır
  • Plastikleşmenin çekme donatısında başlamasına zemin hazırlayacak donatı yüzdeleri kullanmalı ve kesit boyları uygulanmalıdır
  • Kiriş ve kolonlu düzgün çerçeveli sistemler çok fazla sayıda mafsal barındırdığı için diğer sistemlere göre nispeten daha sünek olur
  • Dairesel kolon ve imkan dahilindeyse spiral donatılı (fretli) kolonu, etriyeli kolona tercih etmelidir
  • Basit eğilme hesabında sünek kırılma şartına mutlaka uyulmalıdır
  • Bileşik eğilme hesabında aşırı gevrek kırılmaya fırsat tanınmamalıdır
  • Kirişlerde ve kolonlarda eğilme kırılmasının kesme kırılmasından evvel oluşacak şekilde tasarlanması gerekir
  • Sistemin taşıma gücünün sona ermesi mutlak surette eğilme momentinden dolayı çekme donatısının akmasıyla ulaşmalıdır (bu noktada kesitin kesme dayanımı hala yerinde olmalıdır).
  • Donatılarda ara mesafeye, kenetlenme ve bindirme boylarına, paspaylarına, düğüm noktalarına yakın etriye sıklaştırmalarına mutlaka dikkat etmeli ve özen göstermelidir
  • Bilinçsizce detaylandırılan donatı betonarmeye süneklik sağlamaz bilakis çok ani, tahripkar ve gevrek kırılmalara davetiye çıkarır
İlginizi Çekebilir:  İnşaat Mühendisi Maaşları

 

Bunlar dışında temel dizayn ve yapım kurallarına, abyyhy’ye (deprem yönetmeliğine) etraflıca uygun hareket etmek icap eder. Buradan hareketle en zayıf halka prensibini de göz önünde tutarak bütün maddeleri hesaplanan hedef seviyelere getirmenin de elzem olduğunu söyleyelim.

Kuvvet ve Davranışlar

Kuvvetler altındaki cisimler beş şekilde davranış gösterir. Bu davranışlar şöyle sıralanır: rijit, elastik, plastik, viskoz ve karışık.

Gerilme uzama eğrisi
Gerilme uzama eğrisi

Elastik Davranış

Elastik davranış yer değiştirme grafiği
Elastik davranış yer değiştirme grafiği

Fe kadar kuvvet etkisi altında Ue denilen bir yer değiştirme olur. Elastik davranışta kuvvet uygulandığında yapılan şekil değiştirmenin tamamı geri dönmektedir. Kalıcı şekil değiştirme olmaz. Buna doğrusal davranış adı da verilir.

Elasto-Plastik Davranış

Elasto Plastik Davranış Grafiği
Elasto Plastik Davranış Grafiği

Elastik davranışın tam tersidir. Fyk denilen kuvvet maksimum U2 yer değiştirmesi yapar. Kuvvet serbest bırakıldığı zaman U1 kalıcı yer değiştirme olur. Kuvvet uygulandığında yapılan şekil değiştirme U2, geri dönen şekilde değiştirme U2 – U1, geri dönmeyen şekil değiştirme U1 olur.

Ekonomik olması sebebiyle yapılarımızı genellikle elastik davranışa göre değil de elasto-plastik davranışa göre inşa ederiz. Burada elemanın plastik şekil değiştirme ve taşıyıcı sistemin yer değiştirme yapabilme yani enerjiyi yutabilme kapasiteleri oldukça önemlidir. Rijit bir bina, deprem karşısında, daha az sallanır ve daha az enerjiyi yutar. Bunlar bir süre sonra tehlike oluşturabilir. Onun için binayı belli ölçülerde sarsarak enerjiyi yutabilme olanağı tanıyacak yapıları oluşturmak gerekir.

Rijitlik ve Süneklik nedir?

Deprem kuvveti karşısında mukavemetini çok kaybetmeden elastik ötesi davranış göstererek mafsalların oluşmasını sağlayan ve böylece deprem enerjisinin emilmesini sağlayan yapılara, sünek yapı denir.

Deprem tesiri altında elastik davranışta bulunan, deprem yükleri altında az yer değiştirmeyle başlangıçtaki davranışına dönen yapılar, rijit yapılardır.

Süneklik ve Gevreklik düzeyi

Süneklik, malzemenin şekil değiştirme meylinin bir ölçüsüdür. Sünek malzemeler kopmadan evvel hem elastik hem de plastik şekil değişimine maruz kalır. Kırılmadan evvel yüksek miktarda enerji emerler ve plastik deformasyona uğrarlar.

Süneklik şu üç şeye bağlıdır:

1- Sıcaklık,

2- Şekil değiştirme hızı,

3- Gerilme.

Sünek bir malzeme, yeterince düşük sıcaklıklarda gevrek kırılma yaşayabilir. Çoğunlukla deformasyon hızının artış göstermesi halinde malzemenin sünekliliği o oranda azalır. Deformasyon hızı duyarlılık üssü oda sıcaklığında ekseriya düşüktür (m<0.1), ancak sıcaklık fazlalaştıkça m’in değeri de korelasyon hâlinde artış gösterir ve en yüksek 1 değerini alır. m= 1 olması durumunda ise malzeme cam gibi akar. Bu nedenle deformasyon hızı duyarlılık üssü aynı zamanda malzemenin sünekliğini de şekillendirir. Şu şekilde formüle edilir:

Gevrek malzemeler, sünek davranış gösteren malzemelerin tam tersi gibi düşünülebilir. Bunlar şekil değiştirmeye yatkın olmayan malzemelerdir Çok küçük plastik deformasyon sonucu hızlı çatlak ilerlemesi ile malzeme aniden kırılır. Bu malzemelere kuvvet uygulandığı takdirde küçük bir miktar şekil değiştirmeye uğrar ve kırılır.

İlginizi Çekebilir:  Arazöz Nedir? Kullanım Alanları ve Kullanmak İçin Gerekli Şartlar

Sünek Malzeme Nedir?

Gevrek ve Sünek Davranış
Gevrek ve Sünek Davranış

Kopmadan önce muayyen (belli) ölçülerde deformasyon geçirebilen malzemelere sünek malzeme denir. Yapının sünek olması için, yapı elemanlarının sünek olması gerekir, bunun için de sünek malzemeler kullanılmalıdır. Bilindiği üzere yapılarda en çok kullanılan malzemeler beton ve çeliktir.

Beton

Beton’un gerilme-birim şekil değiştirme grafiğine bakacak olursak akma sınırından sonra nasıl dayanım kaybı yaşadığını müşahede ederiz. Bu sebeple beton gevrek bir malzeme olmaktadır. Sargı donatısı ile sünekliği sağlanabilir.

Çelik

Çelik gerilme birim şekil değiştirme grafiği
Çelik gerilme birim şekil değiştirme grafiği

Yukarıdaki görsel çeliğin gerilme-birim şekil değiştirme grafiğidir. Burada çeliğin akma sınırından (yield strength/point) sonra dayanım kaybı yaşamadan plastik şekil değiştirme yapabildiği gösterilmiştir. Çelik bu hasleti sebebiyle sünek malzeme olarak tanımlanır. Çelik (doğal sertlikte işlem gören) çekme kuvveti altında sünektir. Çelikte basınç kuvveti altında burkulma hasıl olur, elemanlara zarar verir, enine donatı ile burkulma boyu küçültülür.

Betonarmede donatının uygun şekilde hesaplanması ve uygulanmasıyla sünek kırılma elde edilir. Aksi takdirde gevrek kırılmalar meydana gelir. Olabildiğince sünek yapılar yapılmalı ve yer değiştirme altında binaya biraz hasar vererek kalıcı yer değiştirmeler sağlamayı ve ekonomik çözümlerle binayı ayakta tutarak can güvenliğini emniyet altına almayı hedeflemelidir.

Süneklik ve Moment İlişkisi

Süneklik doğrudan momentle ilgilidir. Yapıların kapasitesinden biraz daha yüksek moment taşımasına elverişli olacak şekilde tasarımlar yapılmalıdır. Buna göre kırılma olursa moment kırılması olmalıdır. Moment kırılması olan yerlerde ancak süneklikten bahsedilebilir.

Moment Kırılması

Betonarmenin sünek olması için kirişlerde sünek kırılma esaslarına kesinlikle uyulmalı. Kirişlerde önce moment kırılması oluşması sağlanmalıdır (moment kırılması; sünek kırılmadır). Önce kesme kırılmasının meydana gelmesi önlenmelidir. (Kesme kırılması gevrek kırılmadır). Kolonlarda aşırı gevrek kırılma kesinlikle önlenmeli, kolonların ve kolon-kiriş birleşim bölgelerinin kesme güvenliği sağlanmalı, enine donatıya gereken önem verilmelidir. Detaylara gereken önem verilmelidir.

Normal kuvvetten bir kırılma olmazsa, kesme kuvvetinden bir kırılma olmazsa, zımbalamadan bir kırılma olmazsa süneklikten bahsedilemez. Süneklikten bahsedebilmek için momentten bir kırılma olmalıdır. Yapıların dizaynları moment kapasitesinin sonuna kadar kullanılacağı şekilde yapılmalıdır.

Deplasmanlar

Süneklikte deplasman ve şekil değiştirme olur ancak buna rağmen eleman taşıma gücünü sürdürür. Sistemde kolonların ayakta kalması oldukça mühimdir; hatta diyebiliriz ki kolonlar ayakta kalırsa sistem sünektir aksi durumda değildir. Hesaplamalar buna göre yapılmalıdır.

Kolon ve Kirişler

Tasarım depreminde kolonlar ayakta kalıyorsa kirişlerde ve döşemelerde büyük hasarlar oluşsa bile sistem sünektir. Kolonlarda göçme, çökme, eğilme varsa sistem sünek değildir. Süneklikten söz edebilmek için perde, kolon gibi düşey elemanların muhakkak ayakta kalması gerekir.  İyi bir süneklik için aranan olmazsa olmaz şu iki şeyi hatırdan çıkarmamalı:
1- Güçlü kolon kontrolü (Kolonların kirişlerden daha güçlü olması)

İlginizi Çekebilir:  Yapı Yaklaşık Maliyeti - 100 Metrekareye Ne Kadar Malzeme Gider?

2- Kolon-kiriş kesme güvenliği

Yüksek Sünek Sistemi

Bir projede güçlü kolon kontrolünü ve kolon kiriş kesme güvenliği her birleşim noktasında sağlanmış ise sistem sünektir. Bunların en az birinde kolon-kiriş güvenliği sağlanamamışsa sistem sünek olmaz. Deprem Yönetmeliklerinde de süneklik üzerinde yoğun bir şekilde durulmaktadır. Deprem kuvvetlerinin büyük çoğunluğunun bununla karşılanması, deprem enerjisinin bu vasıta ile yutulması talep edilir. Bunlar bizi yüksek sünek sistemlerin uygulanmasına yönlendirmektedir.

Süneklik Oranı

Süneklik sayısal olarak da toplam yer değiştirme bölü elastik yer değiştirme olarak tanımlanır. Örnek olarak yapı 2 cm elastik yanal deplasman yaptıysa ve toplam yanal deplasman 10 cm ise yapının süneklik oranı 10/2’den 5 bulunur. Buna İngilizce’de ductility ratio deniyor.

Süneklik Formülü

Süneklik formülü: μ= dmax / dy süneklik ölçüsü.

Süneklik Katsayısı

Süneklik katsayısı (μ): Azami ötelemenin, akma anındaki ötelemeye oranı.

Süneklik ve Deprem İlişkisi

Süneklik düzeyi yüksek sistemlerde deprem enerjisinin büyük bölümünün plastik bölgede tüketilmesi amaçlanmaktadır, böylece şiddetli depremler etkisi altında yapısal ve yapısal olmayan elemanlarda hasarların oluşacağı daha tasarım aşamasında kabul edilmektedir.

Bu yüzden süneklik, depreme dayanıklı yapı tasarımında sağlanması gereken temel kavramdır. Yapının güç kaybına uğramadan, büyük plastik deformasyonlara dayanabilmesi gerekir.

Sıradan bir yapı tasarlanırken, deprem yükleri altında elastik değil de plastik davranacak şekilde tasarlanır. Zira az önce de bahsettiğimiz üzere deprem yükleri altında elastik davranacak bir yapının maliyeti oldukça yüksektir.

Bu nedenle karşılaşacağı en büyük depremde plastik davranan bir yapı çatlar, patlar ama yıkılmaz ve içinde oturanlara zarar vermez. İşte plastik davranan bir yapının yıkılmamasının baş şartı ductility’dir. Brittleın (gevrek) ise tersidir.

Deprem süneklik ilişkisi nedir
Deprem süneklik ilişkisi

 

Önemli olan şudur ki yield strength (akma mukavemeti) malzemenin elastik deformasyona dayanıklı olduğu stress (basınç) seviyesini belirler. Stress, yield strengthi geçtiği an plastik deformasyon başlar ve malzemede düzeltilemeyecek hasarlar meydan gelir. Yine de ne kadar plastik deformasyon olursa olsun, stress ortadan kalktığında elastik deformasyon da ortadan kalkar; plastik deformasyon ise kalıcı olur.

Buna göre yapı elemanında, akmadan sonraki yük taşıma kapasitesi sünekliği belirler. Deprem itkileri gibi tersinir [geri alınabilir, geri dönüştürülebilir] yükler altında yapının sönümleyebileceği enerji miktarının en önemli ölçütüdür.

Binaya aktarılan deprem enerjisinin önemli bir bölümünün taşıyıcı sistemin sünek davraketilebilmesi için Deprem Yönetmeliği ‘nde betonarme yapılar için belirtilen sünek tasarım ilkelerine titizlikle uyulmalıdır.

Tasarım

Sadece malzemeler değil, kiriş, kolon, perde duvar vb. yapı elemanları da gevrek veya sünek olurlar. Yapı elemanlarının gevrek veya sünek oluşunu mühendisin tasarımı belirler. Tasarımı doğru yapılan betonarme veya çelik kiriş sünek davranır.

Tasarımı eksik yapılanlar ise gevrek davranış sergiler. Betonarmede donatı detaylandırması, çelikte bağlantı bölgeleri sünekliğe doğrudan etki eder.

Taşıyıcı sistemler de tasarımın doğru oluşturulup oluşturulmamasına paralel olarak gevrek veya sünek davranış arz ederler. Tasarım aşamasında oldukça sünek davranması gereken bir taşıyıcı sistemde yanlış uygulamalar sonucu gevrek davranış gösterebilir.

Bu Yazıyı Paylaş!

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir