Onarım ve Güçlendirmelerde Temel İlkeler
Deprem Gerçeği -26- Onarım ve Güçlendirmelerde Temel İlkeler
07 Aralık 2011, 21:12
1. BETONARME YAPILARIN ONARIM VE GÜÇLENDİRİLMESİNDE TEMEL İLKELER
Amacım; deprem bölgesinde olan ülkemizin mevcut yapı stokunun depreme karşı dayanımı bakımından değerlendirilmesinin önemini belirtmek ve değerlendirmenin ilkelerini ortaya koymaktır. Son on yılda yaşanan depremler mevcut yapılarımızın yeterli deprem dayanımına sahip olmadıklarını açık ve dramatik biçimde ortaya koymuştur. Gelecekte oluşması kaçınılmaz depremlere karşı mevcut yapılarımızı yeniden inceleyerek, yeterli olmayanları bilinçli bir şekilde ve hızla güçlendirmek zorunda olduğumuz ortadadır.
1992 Erzincan depremi, ülkemiz için büyük önem taşıyan, yapıların onarımı ve güçlendirilmesi konusunu gündeme getirmiştir. Ardından Dinar ve Adana depremleri konuyu güncel tutmuş ve inşaat mühendisliği camiasının ilgisini bu noktaya çekmiştir.
Son olarak 12 yıl önce yaşadığımız Marmara ve Düzce depremleri yerleşimin yoğun bulunduğu çok geniş bir alanı etkileyerek mühendislik hizmeti gören çok sayıda yapıyı hasara uğratmıştır. Bunlardan ayakta kalmış olan on binlerce yapının onarılması ve güçlendirilmesi gerekmiştir. Ayrıca yaşanan son depremlerle mevcut yapı stokunun yeniden sorgulanması, yeterli deprem güvenliğine sahip olmayanların acilen güçlendirilmesi gerektiği olgusu tüm kamuoyunda gelişmiştir.
Onarım/Güçlendirme uygulamaları depremin sıkça yaşandığı ülkelerde çok yaygın bir uygulamadır. Ancak konu ile ilgili, güvenilir deneysel araştırma sonuçlarının yanı sıra yapı ve yapı elemanların onarımından sonraki davranışları ile ilgili bilgi birikimi de çok yeterli değildir. Bu nedenle onarım /güçlendirme uygulamaları mühendislik önsezisine ve monolitik yapı davranışı beklentisine dayanmaktadır. Deprem nedeniyle hasara uğramış yapıların onarılmalarının yanı sıra, ileride oluşacak depremlere karşı yeterli güvenliğe sahip olmadığı belirlenen yapıların mutlaka güçlendirilmesi gereklidir. Ayrıca güçlendirme ve onarım; mühendislik kusurları, kötü işçilik, yapım hataları ve yapı kulanım amacının değişikliği gibi nedenlerle de gerekli olabilmektedir.
Onarım, hasarlı bir yapı ya da elemanlarının hasar öncesi dayanım düzeyine ulaştırılması için yapılan işlemler olarak tanımlanabilir. Hasar görmüş yapılarda onarımın yanı sıra güçlendirme işlemleri de yapılabilir.
2. ONARIM/GÜÇLENDİRME İÇİN TEMEL İLKELER
Onarım/Güçlendirme işlemleri; yapının özelliklerine sorunlarının niteliklerine ve sorunlarının yapı içerisindeki dağılımlara bağlı olarak büyük çeşitlilik göstermektedir. Bu nedenle tüm yapılar için kullanılabilir genel bir yöntem önerilmesi temel ilkeler hariç mümkün bulunmamaktadır. Sorunlu yapıların her biri kendine özgü problemler taşımakta, dolayısıyla çözümlerinin de özgün olması gerekmektedir. Dolayısıyla yapıda sorunun belirlenmesi, nedenlerinin anlaşabilmesi ve sağlıklı çözümler üretebilmesi sağlam bir davranış bilgisi gerektirir.
Hasar görmüş bir yapıda onarım/güçlendirme yapılmadan önce hasar nedeni ile ilgili gerçekçi bir teşhis yapılmalıdır. Doğru bir teşhis yapılmadan gerçekleştirilen onarımın yararlı olacağı çok kuşkuludur. Deprem sonrasında yapılan incelemeler sırasında kusurlu onarım görmüş yapıların büyük hasarlar aldıkları ve göçtükleri gözlenmiştir. Onarım/güçlendirme çalışmaları üç temel aşamada gerçekleştirilebilir.
A) Değerlendirme
Bu aşamada yapı, mevcut durumu ve gelecek için yapıdan beklentiler göz önünde bulundurularak değerlendirilir. Bu aşama sonunda yapının geleceği belirlenerek onarılmasına/güçlendirilmesine ya da yıkılmasına karar verilir. Değerlendirme aşamasında yapılabilecek işlemler aşağıda özetlenmiştir.
- Taşıyıcı Sistemin Belirlenmesi
- Taşıyıcı sistem türü
- Geometrik özellikler (boyutlar, donatı, detaylar)
- Malzeme özellikleri (beton, donatı)
- Sorunlu Elemanların Belirlenmesi (Hasar Rölevesi)
- Çatlaklar (Türü, yeri, yönü, genişlik, sayısı)
- Ezilme
- Deformasyon
- Zorlanma sırasındaki iç kuvvetler
- Teşhis
· Sezgi düzeyinde teşhis; sorun mekanizmasının belirlenmesi ve gözlemlerle karşılaştırma
· Analiz düzeyinde teşhis Mevcut yapı için analiz (gerçek boyutlar, malzeme özellikleri)
· Sorun mekanizmasının kanıtlanması
· Yapı güvenliği değerlendirmesi
Ø Sonuç
Yapı yeterli (güvenlikte)
Yapı yetersiz (önlemler alınmalı)
Yapı yetersiz (onarılmalı)
Yapı yetersiz yıkım
B) Onarım/Güçlendirme Tasarısı
Yapının değerlendirme aşamasında onarılıp/güçlendirmesine karar verilmiş ise, yapının zafiyetlerine göre güçlendirme ilkeleri belirlenerek tasarım yapılır. Onarım/güçlendirme tasarım aşamasında yapılacak işlemler aşağıda özetlenmiştir.
- Değerlendirme Sonucuna Göre
· Yapı yeterli güvenlikte
· Sorunları önlemlerle çözümlenebilir.
Kullanım biçiminin değiştirilmesi
Yük sınırlamaları
Kat sayı azaltılması
· Yapının sorunları önemli, onarım / güçlendirme gerekli
- Onarım Güçlendirme Tasarımı
- İlke düzeyinde seçenek getirilmesi
Güvenlik, Kullanım, Uygulanabilirlik
- Yapısal Analiz
· Seçilen onarım / güçlendirme yönetiminin hedeflenen yapısal güvenlik düzeyini sağladığının belirlenmesi
4. Onarım / Güçlendirme Projesinin Hazırlanması
C) Yapım
Onarım/güçlendirme işlemleri, yeni yapımdan oldukça farklı, özen gerektiren çok sakıncalı hatta tehlikeli olabilecek durumları içeren bir uygulama sürekli yetkili mühendisin gözetimi ve danışmanlığında yürütülmelidir.
3. ONARIM/GÜÇLENDİRME İÇİN BAZI UYGULAMA İLKELERİ
Taşıyıcı sistem güçlendirmesindeki temel ilke yapı deplasmanlarının sınırlandırılmasıdır.
Çevre türü betonarme yapılar ülkemizde en yaygın yapı türüdür. Yönetmeliklerin gerektiği gibi uygulanmaması ve yapım aşamasını gerektiği gibi denetlenmemesi nedeniyle bu tür yapıların çoğunda çeşitli kusurlar bulunmaktadır. Yapıların depreme karşı davranış ve dayanımı açısından önem taşıyan kusurlar genel anlamda; a) Tasarım hataları, b) donatı detaylandırma hataları, c) Yapım hataları olmak üzere 3 temel başlıkta toplanabilir. Bu türde kusurlu yapıların onarılıp/güçlendirilmesinde yapı güvenliğini gerektiren dayanım, süneklik ve sınırlı yanal öteleme koşullarının sağlanması ve bu koşulların koşulların kanıtlanması gerekmektedir. Bu amaçla güçlendirilecek bir yapıda;
· Yapı taşıyıcı sisteminin güçlendirilmesi
· Eleman bazında onarım / güçlendirme
· Sistem güçlendirmesi ve eleman güçlendirmesi temel anlatışı benimsenir.
3.1 Yapı Taşıyıcı Sisteminin Güçlendirilmesi
Taşıyıcı sistem güçlendirilmesindeki temel ilke yapı deplasmanlarının sınırlandırılmasıdır. Yapı taşıyıcı sisteminin güçlendirilmesi; a) onarılacak ve güçlendirilecek eleman satısının çokluğu, b) yapının yeterli yanal rijitliğe sahip olmaması, c) yapı taşıyıcı sistemde yumuşak kat, kısa kolon, elemanlarda süreksizlik gibi zayıflıkların bulunması gibi durumlarda gerekmektedir.
Betonarme perdeler bir taşıyıcı sistemin deprem yükleri altındaki davranışını büyük ölçülerde iyileştirmektedir. Bu elemanların sahip oldukları büyük yanal dayanım ve rijitlik nedeniyle yapıda yanal deplasmanları sınırlamakta, yapının çerçeve elemanlarının iç kuvvetlerinin deplasmanlarını önemli oranlarda azaltmaktadır. Böylece çerçeveli kolonlarında deprem nedeniyle oluşan zorlamalar önemli oranlarda düşük düzeylere çekilmektedir. Bu amaçla ve kolay uygulanabilir olabilmesi bakımından, yapı taşıyıcı sisteminde uygun çerçevelerin arasına betonarme duvarların yerleştirilmesiyle bazı çerçevelerin temelden başlayıp yapı yüksekliği boyunca devam eden uç elemanlı betonarme perdelere dönüştürülmesi, sistem güçlendirilmesi için el verişli bir yöntemdir. Bazı durumlarda, çerçeve içerisinde parçasal betonarme olan duvarda düzenlenebilir. Bu oluşumlarda, dolgu duvarların yan kenarlarında perde uç elemanları düzenlenmelidir. Bu uygulamada parçasal perde elemanlarının ankre edildiği alt ve üst kat kirişlerinin de güçlendirilmeleri ve sünekliklerini arttırılması sağlanmalıdır.
Taşıyıcı sistem içersinde yeni oluşturulan betonarme perdelerde, minimum donatı koşulunu sağlayan donatı yerleşimi düzenlenir. Mevcut taşıyıcı sistem ile bağlantı, perde donatısına eş değer dayanım sağlayacak epoksi ankrajlı filizlerle sağlanır. Mevcut çerçeve ile yeni perde arasındaki bağı sağlayan bu filizlerin yerleştirilmesine özen gösterilmelidir. Sistem güçlendirilmesi amacıyla oluşturulan perdenin yeterli bir temele oturması ve tam bir ankrajın sağlanması büyük önem taşımaktadır.
Taşıyıcı sistem güçlendirilmesi sırasında yapı rijitliğindeki önemli ölçülerdeki artışlar yapının tüm dinamik özelliklerini değiştirecek ve yapı için gerekli dayanım gereksinimi de artıracaktır. Bu etkileşimi yapıda çok dikkatli incelenmesi gereklidir.
3.2 Eleman Bazında Onarım/Güçlendirmesi
Deprem sonrasında yapıda yalnızca bazı elemanlar hasar almışsa ancak yapı taşıyıcı sistemi yeterli yanal rijitliğe sahipse eleman bazında onarım/Güçlendirme yeterli olabilir.
- Kolonlar
Betonarme kolonların güçlendirilmesinde kullanılan en yaygın yöntem mantolama tekniğidir. Bu teknik ile mevcut kolonun çevresinde yeni bir kolon oluşturularak kolon kesiti büyütülür. Güçlendirme amacına olacak biçimde çelik manto, betonarme
manto olmak üzere iki ayrı türde mantolama tekniği uygulanabilir.
Çelik manto; çelik manto uygulamasının temiz ve kolay oluşu nedeniyle tercih edilebilir. Çelik manto sistem güçlendirilmesiyle birlikte ve yalnızca elemanın eksenel yük kapasitesini arttırmak için düşünüldüğünden elverişli bir teknik olarak görülebilir. Çelik manto ile katlar arası moment aktarımı sağlanamaz.
Betonarme manto; mevcut kolonu saran yeni bir betonarme katmanıdır. Betonarme mantoda boyuna donatı katlar arası süreklilik sağlayabilecek biçimde detaylandırılabilirse moment aktarımı mümkün olacaktır. Donatıda süreklilik mekanik ve epoksili kenetleme, sürekli donatı gibi tekniklerle sağlanabilir.
Taşıyıcı sistem güçlendirmesi ile birlikte kullanıldığında betonarme mantolama genellikle eksenel yük kapasitesinin arttırılmasına yönelik kullanılır. Mantonun eski kolonu bağlanması ve ortak davranış sergilemelerini sağlamak amacıyla eski ve yeni
boyuna donatılarının Z veya U donatıları ile birbirlerine kaynaklamaları uygun olacaktır. Betonarme manto uygulamasında sık sık sargılama tavsiye edilir.
- Kirişler
Deprem davranışı bakımından döşeme plağı ile birlikte çalışan kirişleri onarımı ya da güçlendirilmesi bazen çok önemli olmayabilir. Ancak yapı taşıyıcı sisteminin güçlendirilmesi sırasında kirişlerinde eğilme ve kesme kapasitelerinin arttırılması için güçlendirilmeleri gerekebilir. Kirişlerin onarım ve güçlendirilmesinde amaca yönelik çeşitli yöntemler kullanılabilir. Kirişin hem eğilimi hem de kesme dayanımını arttırmaya yönelik güçlendirme yöntemi mantolama yöntemidir. Bu yöntemde manto donatısını sürekliliği, eski ve yeni boyuna donatılar arasındaki bağ Z çubuklarını kaynaklanması ile sağlanabilir.
4. ÖNERİLER
Hatalı tasarımlar ve imalatlar amaçlanan onarımı ve güçlendirmeyi etkisiz hale getireceğinden büyük özen ve dikkat gerektirmektedir. Çoğu zaman proje düzenlenirken yapının temel özellikleri tam olarak bilinemez ve projenin uygulaması sırasında gözden geçirilmesi bazen yenilenmesi veya yeniden düzenlenmesi gerekebilir.Bu nedenle onarım ve güçlendirme mutlaka uzman bir mühendis tarafından tasarlanmalı ve özenle denetlenmelidir.
Depremsiz günler dilerim...
Mustafa DEMİR
Uzman İnşaat Mühendisi
Proje Müşaviri
Yorumlar