Yığma yapılarda taşıyıcı tuğla duvarların hasır donatılı horasan harcı ile güçlendirilmesinin deneysel olarak incelenmesi

Abstract

İnsanlık tarihinin başlangıcından beri insanların yerleşim ihtiyacı, yaşamsal gerekliliğin en önemli unsurlarından birini oluşturmaktadır. Bu gereklilik pek çok yapı tekniğinin gelişmesine ön ayak olmuştur. Mağaralardan ağaç evlere, kerpiç evlerden taş evlere, tuğla yapılardan betonarme yapılara uzanan bu yolculukta, taşıyıcı sistemlerine ve estetik olgulara göre gittikçe gelişen yapı teknikleri oluşmuştur. Bu yapı teknikleri incelendiğinde, modern çağlarda bulunan çelik ve betonarme sistemlerden önce, en yaygın kullanılan metotlardan biri çeşitli geleneksel malzemelerden yapılan modüllerin bir bağlayıcı aracılığıyla birleştirilerek düşey ve yatayda taşıyıcı bir yapı oluşturulmasıdır. Bu çeşit yapılara yığma yapılar adı verilir. Topraktan yapılan kerpiç tuğlalar, çeşitli boyutlarda kesilen taşlar, kalıplara dökülerek pişirilen kil tuğlalar yığma yapım sisteminde kullanılan geleneksel malzeme örneklerindendir. Dolu gövdeli yığma tuğla yapılar taşıyıcılık açısından güçlü ve uygulama açısından da nispeten daha kolaydır. Yığma tuğla sistemleri, bir bağlayıcı harçla birleştirilen, çeşitli kalınlıkta tuğla duvarlardan oluşur. İstanbul gibi tarihi yapılar açısından zengin bir şehirde, bu sistemle yapılmış pek çok bina bulunmaktadır. Bu yığma yapılar zamanın, insanları ve doğanın yıpratıcı etkilerinden kaynaklanan hasarlara uğramaktadır. Gelecek kuşaklara tarihi değerlerin ulaştırılması sorumluluğu ile bu binaları koruma, güçlendirme ve yeniden kullanıma açma konuları önemli hale gelmektedir. Yığma yapıların yatay yükler sonucu oluşan çekme gerilmelerini alacak çekme elemanlarına sahip olmamaları ve bu yükler karşısında ağır hasarlara uğramaları nedeniyle güçlendirilmeleri önemli olmaktadır. Bu bağlamda, tez çalışmasının amacı, tarihi yığma yapıların güçlendirilmesinde, çimento ve modern puzolonlar içermeyen harçlar kullanılarak bir güçlendirme sisteminin geliştirilmesidir. Bu çeşit bir güçlendirme tarihi yapılardaki mevcut tuğla ve harçlara zarar verebilecek çimento gibi malzemelerin kullanımın önüne geçilmesini ve güçlendirilen yapıların daha uzun ömürlü olmasını sağlayabilir. Bu çalışmada tarihi yığma yapıların güçlendirilmesinde, çimento ve modern puzolonlar içermeyen harçlar kullanılarak bir güçlendirme sisteminin geliştirilmesi için yığma tuğla duvarlara yönelik deneysel bir çalışma yapılmıştır. Horasan harcı ile örülmüş yığma tuğlalı duvar örnekleri hazırlanmış ve üzerine hasır çelik donatılı bir güçlendirme harcı uygulaması yapılarak bu duvarlar için özel olarak tasarlanan ve kurulan bir deney düzeneğinde test edilmiştir. Güçlendirilen ve güçlendirilmeyen duvarlar arasındaki dayanım farkı gözlemlenmiştir. Çalışmada öncelikle yapılması tasarlanan duvarlara yatay yük altında statik yükleme uygulanarak kırılmasını sağlayacak reaksiyon çerçevesi şeklinde bir deney düzeneği tasarlanmış ve yaptırılmıştır. Sonrasında dokuz adet yığma dolu tuğla ve horasan harcı ile 150 x 150 cm boyutlarında ve farklı kalınlıklarda yığma duvarlar örülmüştür. Dokuz duvar toplam altı ay laboratuvar ortamında bekletilmiştir. Altı aylık bekleme süresinin sonunda bu duvarların üç tanesi güçlendirilmeyip yalın halde inşa edilmiş, üç tanesi tek taraflı güçlendirilmiş ve üç tanesi de çift taraflı güçlendirilmiştir. Güçlendirmede puzolan, kireç, tuğla tozu, kum karışımından oluşturulmuş çimento içermeyen bir güçlendirme harcı ve hasır çelik kullanılmıştır. Duvarlar ilk yapıldığı zamandan toplam 24 ay sonra reaksiyon çerçevesinde statik yüklemeye maruz bırakılarak kırılma yükleri ve yerdeğiştirmeler ölçülmüştür. Çalışma sonucunda, tek taraflı güçlendirilmiş duvarlarda güçlendirilmemiş duvarlara göre ortalama tepe yükünde %215,73 ve ortalama yer değiştirmede %48,82 oranında artış sağlamıştır. Çift taraflı güçlendirilmiş duvarlarda güçlendirilmemiş duvarlara göre ortalama tepe yükünde %470,86 ve ortalama yer değiştirmede %203,10 oranında artış sağlamıştır. Güçlendirilmemiş duvarlarda bu çalışmadan elde edilen deneysel kesme kuvvetinin Eurocode-6'ya göre %41,23, TBDY-2018'e göre ise %1,41 daha düşük olduğu bulunmuştur. Tek taraflı güçlendirilmiş duvarlarda bu çalışmadan elde edilen deneysel kesme kuvveti Eurocode-6'dan %9,94 ve TBDY-2018'den %6,16 daha düşüktür. Çift taraflı güçlendirilmiş duvarlarda bu çalışmadan elde edilen deneysel kesme kuvveti Eurocode-6'ya göre %3,13 daha yüksek, TBDY-2018'e göre %0,33 daha yüksek bulunmuştur. Kesme gerilmeleri açısından incelendiğinde tek taraflı güçlendirilmiş duvarlar, güçlendirilmemiş duvarlara göre ortalama %118,58 daha yüksek maksimum kesme dayanımı artışı göstermiştir. Çift taraflı güçlendirilmiş duvarlar, güçlendirilmemiş duvarlara göre ortalama %202,22 daha yüksek maksimum kesme dayanım artışı göstermiştir. Çift taraflı ve tek taraflı çelik hasır takviyeli horasan harcı ile güçlendirilmiş numuneler, güçlendirilmemiş numunelere göre önemli bir dayanım artışı göstermiştir. Bu bulgu, kireç harcı kullanılarak yapılan benzer güçlendirme çalışmaları ile tutarlıdır. Güçlendirilmemiş duvarlar daha gevrek bir kırılma davranışı sergilerken, güçlendirilmiş duvarlar daha sünek bir kırılma davranışı sergilemiştir. Yığma duvarların donatısız yüzeylerinde diyagonal kırılmalar gözlenirken, hasır donatı hatlarında da ızgara çatlakları oluştuğu gözlemlenmiştir. Bu çalışmanın sonuçları çelik hasır takviyeli kireç harcı ile güçlendirilmiş duvarların, takviyesiz duvarlara göre hem daha sünek davranış gösterdiği hem de daha yüksek dayanım değerlerine ulaştığını ortaya koymaktadır. Bu çalışma ve literatürde yapılan diğer çalışmalar incelendiğinde genel olarak hasır donatılı horasan harcı ile yapılan güçlendirme sisteminin çeşitli tekstil kumaş veya elyaf kompozitlerle yapılan güçlendirmelere kıyasla daha büyük dayanım artışı sağladığı fakat kısmen daha gevrek bir kırılma yolu izlediği sonucuna varılabilir. Çelik hasır takviyeli horasan harcı duvarla güçlü bir bağlantı oluşturmakta ve etkili bir şekilde etkileşime girmektedir. Takviye harcı ile duvar arasındaki arayüzde duvar kırıma uğrayana kadar önemli bir delaminasyon oluşmamış, kırılma sonrasında dahi yükün uygulandığı yerde ufak parçalanma dışında herhangi bir ayrılma olmamıştır. Deney düzeneği düzlem dışı hareketleri mümkün olduğunca önleyecek şekilde tasarlanmıştır. Fakat bazı numunelerin yükleme yapılan taraftaki alt köşelerinde kısmi dönme ve temel duvar ara yüzünde kısmi ayrışma gözlemlenmiştir. Özellikle yığma duvarların tek tarafına uygulanan güçlendirme sistemleri, ikincil düzlem dışı eğilme deformasyonları oluşturarak duvarların ön ve arka yüzeylerinde farklı kırılma şekilleri oluşmasına sebep olmuştur. Güçlendirilmemiş ve çift taraflı güçlendirilmiş duvarlar iki yüzeydeki dengeli yapılarından dolayı daha düzlem dışı hareket oluşturmuştur. Bu çalışmanın sonuçları mevcut literatürle karşılaştırıldığında, çimentolu harç veya puzolan katkılı kireç esaslı harç kullanılmasının dayanım artışı açısından birbirine yakın değerler sağlayabileceği görülmektedir. Ancak takviye için kullanılan kireç bazlı harçlarda puzolan ve yüksek kaliteli kireç kullanılmasının bu tez çalışmasında mukavemeti etkili bir şekilde arttırdığı görülmüştür. Numune büyüklüğüne göre test yönteminin seçimi uygulama kolaylığı açısından önemlidir. Diyagonal basınç testi tekniği, kurulumunun hızlı olması, deneylerin daha hızlı yapılması ve düzlem dışı dönüşlerin engellenmesi nedeniyle tercih edilebilmektedir. Ancak numune büyüklüğü arttıkça, daha büyük örneklerin diyagonal olarak yerleştirilmesi ve veri toplanması için yeterli sayıda yerdeğiştirme ölçer yerleştirilmesinin daha zor olması çalışmayı güçleştirebilir. Öte yandan basınç altında kesme testi düzeneği kurulumu daha büyük numuneler için daha uygundur. Büyük boyutlu numunelerin test edilmesine ve çeşitli yönlerde birden fazla yerdeğiştirme ölçerin yerleştirilmesine olanak tanır. Ancak bu düzenekte düzlem dışı hareketlerin engellenmesi daha zordur ve üretim maliyetleri daha yüksektir. Bu nedenle uygun deney düzeneği seçilirken bu faktörler dikkate alınmalıdır. Malzeme bilimindeki ilerlemeler, kimyasal ayak izi azaltılmış yeni, çevre dostu malzemelerin geliştirilmesine yol açmakta ve mevcut yığma yapıların güçlendirilmesi için uygun maliyetli yöntemlere yönelik araştırma fırsatları sunmaktadır. Gelecekteki çalışmalar, çeşitli yığma duvar güçlendirme yaklaşımlarını kategorize etmek için kapsamlı literatür taraması yaparak en etkili ve ekonomik güçlendirme yöntemlerinin belirlenmesine yol gösterebilir.