Betonarme manto ile güçlendirmede yeni ve mevcut beton arasındaki arayüz özelliklerinin belirlenmesi

Abstract

Türkiye'de beklenen depremlere karşı mevcut binaların depreme dayanıklı hale getirilmesi hem güvenlik hem de ekonomik açıdan büyük önem taşımaktadır. Ülkemizde, özellikle 2000 yılı öncesinde inşa edilen ve çoğunlukla yeterli mühendislik hizmeti almamış geniş bir yapı stoku bulunmaktadır. Bu mevcut yapıların deprem performansını araştırmak ve gerekliliği tespit edilen durumlarda iyileştirme çözümleri üretmek, bir zorunluluk haline gelmiştir. Yapıların yıkılması ve yeniden inşa edilmesi ekonomik açıdan her zaman uygun olmayabileceği gibi, çevresel açıdan da riskler taşımaktadır. Bu nedenle, mevcut yapıları güçlendirmek, daha sürdürülebilir ve maliyet etkin bir çözüm seçeneği olarak ön plana çıkmaktadır. Bilindiği üzere, hedeflenen faydanın gerçekleşmesi için, yapıların performansını artırmak üzere benimsenen güçlendirme yönteminin doğru şekilde tasarlanması ve uygulanabilir olması gerekmektedir. Betonarme mantolama, en çok tercih edilen kolon güçlendirme yöntemleri arasında yer almaktadır. Özellikle, mevcut kolonlardaki yetersiz kesitler ve düşük dayanımlı beton nedeniyle, kolonların eksenel yük taşıma kapasiteleri sınırda çalışmakta ve bu da sınırlı eğilme kapasitesine yol açmaktadır. Bu sorunu aşmak için, betonarme kolon mantolama yöntemi, kesitin büyütülmesini sağlayarak etkili bir çözüm sunmaktadır. Ancak, Türkiye'deki yapı stokunun büyük bir kısmı, düşük dayanımlı betonla inşa edilmiş ve bu durum, güçlendirme çalışmalarının uygulanabilirliğini zorlaştırmakta ve güçlendirme yönteminin etkin olmasını sağlamak için alınabilecek önlemlerin araştırılmasını zorunlu kılmaktadır. Betonarme mantonun düşük dayanımlı betonla (PIR: post-install reinforcement) çalışma mekanizması üzerine araştırma yapılması gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Bu araştırma konusu, İTÜ-Hilti iş birliği çalışmasının odağına alınarak kapsamlı bir deneysel çalışma yürütülmüştür. 6 adet tam ölçekli betonarme kolon düşük dayanımlı beton ve düz donatı ile üretilmiş; daha sonra yüksek dayanımlı beton ve nervürlü boyuna/enine donatıyla manto katmanı oluşturulmuştur. Çekirdek beton yüzeyinin pürüzlülüğü (pürüzlü, pürüzsüz) ile çekirdek beton ve manto betonunu yatay eksende birbirine bağlayan kayma elemanlarının durumu (var, yok) ve türü, deneysel değişkenler olarak ele alınmıştır. Bu kolon numuneler, deprem etkilerini temsil edeceği düşünülen çevrimsel yanal yükler altında test edilmiştir. Böylelikle, söz konusu değişkenlerin mantolanmış betonarme kolonların yanal yükleme altındaki performansına etkisi araştırılmıştır. Deneysel çalışma sonuçlarına dayanarak değişkenlerin etkilerinin anlaşılması ve mantolama için tasarım kriterlerini geliştirmek mümkün olabilmiştir. Bu tez çalışması, İTÜ–Hilti iş birliği kapsamında gerçekleştirilen deneysel programda test edilen iki adet kolon üzerinde odaklanmaktadır. Çalışma, söz konusu kolonların tasarımı, üretimi, test öncesi hazırlıkları, deneysel süreçleri ve elde edilen sonuçları kapsamaktadır. Birinci kolon, referans numunesi olarak monolitik beton dökümüyle üretilmiş olup, manto ve çekirdek betonun birlikte tam kompozit çalıştığı davranışı temsil etmektedir. İkinci kolon ise pürüzsüz yüzeyli bir arayüzde, başlıklı ankrajların mekanik bağlantı aracılığıyla kayma elemanı olarak kullanıldığı numunedir. Deney öncesinde, başlıklı ankrajların kayma elemanı olarak kullanıldığı beton kalınlaştırma (concrete overlay) uygulamalarında arayüz tasarımına ilişkin değerlendirmeler, EOTA TR066 teknik raporundaki tasarım esasları doğrultusunda yapılmıştır. Ayrıca, tam kompozit davranışın dikkate alındığı her iki numuneye ait kesitlerin, maksimum moment kapasiteleri ve beklenen göçme modları kesit analizi ile belirlenmiştir. Bu sayede analizlerden elde edilen sonuçlar ile deneysel bulgular karşılaştırılarak, tam kompozit davranışa ne ölçüde yaklaşılabildiği gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, TR066 tasarım metodunda sunulan tasarım kriterlerinin deneysel sonuçlar ile ne derece örtüştüğü de değerlendirilmiştir. Yanal yükleme altında gerçekleştirilen deney sonuçlarına göre, betonarme manto katmanı ile güçlendirilen ve manto betonu ile mevcut çekirdek betonu arasındaki aderansın mekanik ankrajlarla sağlandığı kolon, monolitik kolona benzer bir performans sergilemiştir.