ONARIM YÖNTEMLERİ

Bu bölümde betonarme, yığma ve kırsal konutlardaki hasarın onarımı ve yapının güçlendirilmesinde kullanılacak yöntemler ile ilgili ayrıntılar ele alınacaktır. Önce genel olarak çatlak onarımı verilecek daha sonra betonarme yapı onarımında eski ve yeni betonun kaynaştırılması, yeni donatının mevcut donatı ile bağlanması ile yeni donatının ankrajı konuları incelenecektir. Betonarme kiriş ve kolonların en kesit genişletme yöntemi ile onarımı ve güçlendirilmesi ile betonarme çerçevelerin dolgu elemanları ile doldurulup güçlendirilmesi yöntemi de bunları izleyecektir. Betonarme yapı temellerinin güçlendirilmesi ile ilgili ayrıntılar da verilecektir. Daha sonra yığma ve kırsal konutların onarım ve güçlendirme yöntemleri verilecektir.

ÇATLAKLARIN ONARIMI

Çatlaklar durmuş ise onarılabilir. Çatlak onarımı, kendi başına bir olay değildir. Çatlak etkiyen bir kuvvetin ya da bir dayanım yetersizliğinin ifadesidir. Çatlağa yol açan etki ortadan kaldırıldıktan sonra çatlak onarımı yapılmalıdır. Çatlak onarımı bir bakıma bir "makyaj" görünüş düzeltilmesi olarak düşünülmelidir.

Öte yandan genellikle durmuş çatlak yoktur. Bütün çatlaklar açılır ve kapanır. Çatlakların genleşebilen stropor gibi esnek malzeme ile doldurulması oynamayı önleyebilir. Ancak bu malzemenin üzerine konulan sıva bu harekete uymayabilir. Dolgu ve örtü için çekomastik gibi daha elastik malzeme daha uygun olacaktır. Ancak çatlakların "dikilmesi" başka yerlerde yeni çatlakların oluşmasına engel olamayabilir.

Çatlakların onarımında genişliklerine göre değişen yöntemler kullanılabilir. Kılcal çatlaklar gözle ancak ayırt edilen çatlak ile 1-2 mm'ye kadar olan çatlaklardır. Bunların örtülmesinin nedeni zamanla bu çatlaklardan sızan nemin betonarme donatısında paslanmaya yol açabilmesi ve çatlamış kesitli betonarme elemanların rijitliklerinin azalması ve dolayısı ile yapının dinamik özelliklerinin değişmesini önlemektir. Çatlaklar, özellikle dış hava koşullarına açık taşıyıcı elemanların kısa zamanda güçlerini yitirmelerine yol açmaktadırlar. Çatlakların doldurulmasında çimento şerbeti, epoksi reçineleri, çok ince kumlu yüksek çimento oranlı harçlar ve başka özel katkı maddeli harçlar kullanılabilir. Çimento şerbeti ve epoksi reçinelerinin çok derinlere giden ince çatlaklara tam olarak içirilmeleri için basınç altında uygulanmaları gerekir. Genellikle uygulanması zor, zaman alıcı ve masraflı işlemlerdir. Gereken özen gösterilmezse istenilen amaç sağlanmayabilir. Kılcal çatlakların içine bağlayıcı maddelerin içirilmesi oldukça güçtür.

Epoksi Reçineleri

Epoksi reçineleri yapıştırma özellikleri çok iyi olan sentetik reçinelerdir. Bunların çekme gerilmeleri 50-110 kg/cm2 arasında değişir. Kopma birim uzamaları % 15-50 arasında olabilmektedir. Suya, aside ve alkaliye dirençleri çok iyidir. Zamanla özellikleri yitirmezler. Çatlağa doldurulmuş epoksi yapıştırıcısı, çatlağın yarattığı süreksizlik ortamını sürekli duruma dönüştürür. Çatlağın her iki yüzünü çatlak boyunca sürekli olarak birbirlerine bağlar ve gerilme birikimlerini önler. Sentetik reçineler kimyasal moleküler yapışma sağlarlar. Kimyasal moleküler yapışma yüzeylerin pürüzlülüğü ile artar, çünkü kuvvet aktarmada daha büyük bir alan çalışmaktadır. Genellikle ince bir tabaka yapıştırıcı madde daha güçlü yapışma sağlamaktadır. Epoksi reçinelerine polisülfit eklenmesi ile daha elastik bir yapıştırıcı oluşmaktadır. Polisülfitli epoksi reçinelerinin çekme dayanımları 200 kg/cm'ye kadar çıkabilmektedir. Epoksi reçinelerinin yüksek ısılara dayanım gücü azdır.

[ Şekil-1 ] 'de beton epoksi reçinesi ve harcının basınç gerilmesi altnıda birim deformasyon özellikleri verilmektedir (Tasai ve Akino 1991). Epoksinin basınç dayanımı 700-800 kg/cm2'ye kadar ulaşabilmektedir. Çekme dayanımı da 300 kg/cm2 kadar olabilmektedir. Epoksilerin basnç dayanımı 15x15x40 mm boyutundaki küpler yapılarak  ( [ Şekil-1 ] ) ölçülmektedir. Çekme dayanımı için ise [ Şekil-1 ] 'de görülen deney elemanları kullanılmaktadır. Epoksi ile onarımın etkinliğini belirlemek için yapılmış bir dizi deneylerde (Tasai ve Akino 1991) kullanılan epoksi reçine ve harcının mekanik özellikleri [ Tablo - 1 ]'de verilmektedir.

Tablo - 1 . EPOKSİ VE HARCININ MEKANİK ÖZELLİKLERİ

Kullanılan epoksi harcı ya da reçinesinin basınç dayanımı istenilen biçimde değiştirilebilir. Beton basınç dayanımına daha yakın dayanımlarda, düşük dayanımlı, epoksi reçinesi ya da harcı kullanılması daha uygundur. Epoksi reçinesi ve harcının elastik modülünün betona göre daha düşük olması daha elastik bir malzeme olduğunu göstermektedir. Epoksinin elastisite modülü de katkı maddeleri ile azaltılıp çoğaltılmaktadır.

Piyasada çeşitli ticari markalar altında satılan sentetik yapıştırma maddeleri bulunmaktadır. Bunların kullanış yerleri eski ve yeni beton arasında bağlantı sağlama, yeni betonda delik, çatlak ve köşelerin onarımıdır. Bu arada bazı katkı maddeleri ince kumlu harca katılarak çekme dayanımı yüksek harç yapılmaktadır. Genellikle 5 mm'ye kadar olan çatlaklara yalnız epoksi, daha geniş çatlaklarda ise dolgu maddesi katılmış epoksi harcı kullanılmaktadır.

Epoksi İle Onarım Yöntemleri

Epoksi onarım iki biçimde kullanılmaktadır.

1- Epoksi enjeksiyon yöntemi 0.2-0.3 mm genişliğindeki çatlakların onarımı için uygundur. Düşük viskositeli epoksi reçinesi sürekli bir düşük basınç altında içirilmektedir. Bu yöntemle betondaki ince ve kılcal eğilme çatlakları kapatılmakta ve çatlak yüzeyinden çekme kuvveti aktarımı gerçekleştirmektedir. Aynı zamanda epoksi reçinesi donatı ile beton arasında açılmaları doldurarak donatı ile beton arasındaki yapışmayı (aderans) artırmaktadır.

2- Epoksi harcı ile doldurma ezilmiş ve parçalanmış ve de dökülmüş betonları doldurmak için kullanılır. Epoksinin içine çok ince agrega katılarak bir tür "beton" elde edilir ve tahrip edilmiş betonun yerine konulmaktadır.

Düşük basınç altında epoksi enjeksiyonunda düşük viskositeli epoksi kullanılmaktadır. Enjeksiyon da düşük bir basınç altında yapılmakta ve uzun süre beklenmektedir. Bu işlemde önce çatlak üzerine belirli aralıklarla borular yerleştirilmekte ( [ Şekil-2 ] ) ve çatlak ve boruların çevresi epoksi harcı ile kapatılmaktadır. Daha sonra epoksi ile doldurulmuş tüpler borulara takılmakta. Tüplere diğer bilyalı uçlarından basınç uygulanmakta ve bu basınç altında tüpteki epoksinin çatlağın içine doğru yavaşça akması beklenmektedir.

Epoksi ile Onarımda Taşma Gücü Artışı

Epoksi doldurulmuş çatlak ara yüzeyinde oldukça yüksek bir çekme dayanımı sağlanmaktadır. Ancak onarılmış elemanın tekrar yüklenmesi ile, eski çatlakların hemen yanında yada onarılmış iki çatlak arasında bir yerde yeniden çatlak olduğu ve elemanın dayanımının hasar öncesi dayanım düzeyindekaldığı görülmektedir (Penzien ve Çelebi 1973 ve Tasai ve Akino 1991). Bunun nedeni epoksi doldurulmuş iki çatlak arasındaki betonun dayanımının onarım öncesi dayarınımın düzeyinde kalması ve en düşük dayanımlı kesit olduğu için yeniden yüklemede kırılmanın burada olmasıdır.

Ayrıca epoksi ile kiriş onarımı ile dayanım artışı olmamaktadır. Çünkü onarım öncesinde çatlak yakınındaki donatılarda akma gerilmesi aşılmıştır. İki çatlak arasında ise donatıda gerilme akma gerilmesinin altnıdadır. Ouarımdan sonraki yüklemede ise taşıma gücünün artması için daha önce akmış donatının pekleşme bölgesine daha çok girmesi gerekmektedir. Ya da donatıdaki pekleşmenin ilk yüklemede elastik kalan bölgede de olması gerekir. Ancak bu bölge epoksi ile onarılmadığı için yine aynı dayanımdadır. Bu nedenle de burada dayanım artışı olamaz.

Kirişlerde çekme bölgesindeki çatlakların onarımı aynı zamanda düz donatı ile beton arasındaki yapışmayı (aderans) da artırmaktadır. Bu durum ise donatıda daha yüksek akma ve pekleşme gerilmelerine ulaşılmasını sağlamaktadır. Kesitin bu yolla daha çok moment taşıyabilmesi, ancak bu artan moment altında oluşan daha büyük kesme kuvvetini taşıma gücünün de bulunmasına bağlıdır. Yoksa artan moment taşıma gücü sonucu eğilme kırılması yerine kesme kırılması oluşur. Epoksi harcı yada enjeksiyonu ile beton ile donatı arasındaki yapışmada büyük artışlar olabilmektedir: 27 kg/cm2'den 98 kg/cm2'ye (Tasai - 1991).

Çimento Şerbeti

Çimento standardı (TS-24)'e göre çimento tanelerinin % 95'i 200 ile 325 nolu eleklerden geçmelidir. Bu koşula göre çimento taneciklerinin 0.074 mm'den daha büyük olmaması gerekir. Diğer bir deyişle çimento şerbetinin O. l mm ve daha büyük çatlaklara girebilmesi olanaklı görünmemektedir. Ancak kılcal çatlaklara çimento şerbeti ancak basınç altında doldurulabilir.

Çimento şerbeti ya da harç yapımında ilk dayanımı yüksek portland çimentosu (IPÇ) ve genleşen (ekspansif) çimento kullanımı, onarımın hızlı yapılmasını sağlar. Genleşen çimento ise çatlakların içine giren harcın ya da şerbetin genişleyip bütün boşlukları doldurmasını sağlar. Genleşen çimento içine sülfoalüminat konulmuş bir çimentodur. Normal portland çimentosuna da çok ince öğütülmüş alüminyum tozu katılması ile genleşen çimento elde edilmektedir.

Çimento Enjeksiyonu

Çimento enjeksiyonu özellikle taşıma gücü zayıf olan moloz taş duvarlarda düşük basınçlar altında uygulanır. Bunun için duvarın içine kadar uzanan borular yerleştirilir. Duvarın iç ve dış yüzeyi 2-3 cm, kalınlığnıda sıva ile kaplanır ( [ Şekil-3 ] ). Daha sonra altlardaki deliklerden başlayarak düşük basınç altında çimento şerbeti enjeksiyonu yapılır. Herhangi bir borudan çimento pompalama, yandaki borulardan çimento şerbeti taşmaya başlayıncaya kadar sürdürülür. Çimento içirimi yapılmış delik kapatılır. Bu işlem herbir sıradaki delikler doluncaya kadar sürdürülür. Daha sonra aynı işlemler bir üst sıradaki enjeksiyon deliklerine uygnlanır. Delikler arasında 30-40 cm kadar aralık olabilir. Bu deliklerin duvardaki taş ya da tuğla ve benzeri malzeme arasındaki derz durumlarına göre yerleştirilmesi gerekir. Deliklere takılacak borular kullanılacak pompanın hortum ucu boyutuna göre seçilir.

Çimento enjeksiyonu yöntemi ile çok zayıf ve düşük dirençli moloz taş duvarların direncinin yükseltildiği ve daha sağlam bir duvar oluşturulduğu gözlemlenmiştir. Sağlam ve normal dayanımlı olan çimento ve kireç harçlı duvarlarda ise çimento içiriminin duvar dayanımında göze çarpıcı bir artış yapmadığı da bilinmektedir. Çimento içirimi kötü ve zayıf duvarları iyi duvar düzeyine çıkarmaktadır. Yöntem yavaş, zaman alıcı ve çimento pompalama donanımı gerektirmektedir. Kullanılan çimento genleşen ve ilk direnci yüksek çimento olmalıdır. Bu yöntemin çok eski yıllarda yapılmış tarihsel ve kültürel değeri olan kırsal alan yapılarının moloz taş duvarlı çamur harçlı duvarlarında kullanılmasının etkili olacağı sanılmaktadır. Taşları arasındaki çamur harcın zamanla dökülmüş olduğn bu tip yapılarda taşlar arasındaki boşluklara içinde az miktarda ince kum da bulunan çimentolu şerbetin içirimi ile güçlendirme çok etkili olacaktır.

Mekanik Bağlayıcılar

Çatlakların epoksi reçinesi, çimento şerbeti ya da harçla onanrımı genellikle artık genişlemeyen, durmuş çatlakların doldurulması amacı ile yapılmaktadır. Çatlakta genişleme sürüyorsa çatlağın mekanik bağlayıcılarla "dikilmesi" gerekir. Bu dikişler çatlağı kesen çubuklar ve çubukların uçlarının uygun bir biçimde bağlanması ile oluşur ( [ Şekil-4 ] ). Bu tür mekanik bağlayıcılar süreksiz olduklarından gerilim birikimi yapabilir. Uçlarındaki sıkıştırılrmş somunlar dayandıkları yerlerde yerel ezilme ve kırılmalara yol açabilir. Mekanik bağlayıcılar bağladıkları yüzeyler arasında oluşturdukları sürtünme kuvveti ile kuvvet aktarımı yaparlar. Mekanik bağlayıcılar ile çatlak yüzeylerine dik yönde bir knvvet uygulandığı zaman, diğer bir deyişle vidalar sıkıştırıldığı zaman etkili olarak çalışmaya başlarlar. Eğer çatlağın genişleme eğilimi varsa, çatlağa dik yöndeki çubuklarda ek gerilmeler oluşmağa başlar. Çatlak, çubuklarda oluşan ek gerilmelere karşılık olan birim uzama miktarları kadar açılabilir.

Çatlakların dikilmesinde [ Şekil-5 ] ve [ Şekil-6 ] 'daki yöntemler kullanılabilir. Bu onarım yönteminde kolon ya da kirişin hasarlı bölgesindeki parçalanmış ve ezilmiş beton temizlenmekkte, bu bölümler epoksi harcı ile doldurularak eksilmiş beton hacim doldurulmaktadır. Burkulmuş ya da deforme olmuş donatılara dokunulmamaktadır. Daha sonra epoksi ile yamanmış bölge en az 5 mm kalınlığında ve 50 mm genişliğinde metal şeritlerle sarılmaktadır. Şeritlerin altına betona yapışması için epoksi reçinesi sürülmekte ve metal şeritlere epoksi sertleşinceye kadar baskı uygulanmaktadır. Bu onarım yöntemi 1992 Erzincan depremi sonrasında perde duvarlarla takviye edilen kooperatif konutlarındaki hasarı onarmak için kullanılmıştır (İTU-1992).

ESKİ VE YENİ BETONU KAYNAŞTIRMA YÖNTEMLERİ

Betonarme yapı elemanlarının onarım ya da güçlendirilmesinde eğer beton en kesidinin büyütülmesi gerekiyorsa daha önce dökülmüş beton ile yeni dökülen betonun birlikte monolitik tek parça olarak çalışması gerekir. Bu bir anlamda eski ve yeni beton arasında süreklilik, kuvvet aktarımı sağlanması demektir. Eski ve yeni beton arasında kesme, basınç ve çekme kuvvetlerinin aktarılmasının gerektiği durumlar vardır.

Basınç Kuvvetlerinin Aktarımı

Bu aktarımın tam olarak sağlanması için eski betonun yüzünün pürüzlü bir duruma getirilmesi, yeni dökülen betonun eski betona iyi yapışması için taze betona hafif bir basınç (10 kg/cm2) uygulanması ya da özel bağlayıcı maddelerin kullanılması önerilmektedir (Chronopoulos-1989). Püskürtme beton ya da özel beton kullanılması ile hemen hemen tam süreklilik sağlanabilmektedir. [ Şekil-7 ] 'de çeşitli yöntemlerle kaynaştırılmış eski ve yeni betonun basınç altında şematik yük-deformasyon eğrisi verilmektedir.

Basınç kuvvetleri altında eski ve yeni betonun kaynaşmasının, özellikle şantiye koşulları altında tam olamayacağı ileri sürülmektedir ( [ Şekil-7 ] ). Betonun basınç dayanımının biraz daha küçük olacağı, elastisite modülünün daha küçük, en az % 50 kadar daha az ve birim kısalmanın da % 25 kadar daha fazla olabileceği ileri sürülmektedir (Chronopoulos-1989). Basınç etkisi altında eski ve yeni betonun kaynaşmasının verimlilik oranının % 90 gibi alınabileceği sanılmaktadır, basınç dayanımı % 10 kadar daha düşük gibi.

Kesme Kuvvetleri Etkisi Altında Kaynaşma

Eski ve yeni betonun kesme kuvvetleri etkisi altında kaynaşması çok daha önemlidir. Farklı zamanlarda dökülmüş iki betonun ara yüzeyinin kesme etkisi altında kuvvet aktarımı betonların birbirine yapışması (adhezyon) ve sürtünme ile gerçekleşmektedir. Uygulanan kaynaştırma yöntemleri bu iki işlevi sağlayacak özelliklerde olmalıdır. Eski betona yeni beton yapışmalı ve eski betonla yeni beton arasında sürtünme olabildiğince yüksek olmalıdır. Öte yandan bir önceki bölümde anlatıldığı gibi çatlakları bağlamada kullanılan mekanik bağlayıcılar da bu amaçla kullanılabilirler. Eski beton ile yeni betonun ara yüzeyleri, tıpkı betondaki çatlaklar gibi betonda bir süreksizliktir. Bu nedenle eski ve yeni betonda uzanan filiz donatısı kama etkisi ile kesme kuvveti aktarma işlevi görebilir.

Betondan betona kesme kuvveti aktarılmasında etkili olan faktörler ve etkinlikleri aşağıda Tablo-2'de verilmektedir (Chronopoulos-1989).

Eski ve yeni betonu kaynaştırmada yüzey pürüzlülüğünün artırılması yüzeyde en az >=3 mm'lik pürüzlerin olması ile gerçekleştirilir ( [ Şekil-8 ] ). Bir diğer kaynaştırma yöntemi ise betonda kesme kamaları oluşturacak yuvalar ve dişler yapılmasıdır ( [ Şekil-8 ] ). Eski ve yeni beton arasındaki sürtünme katsayıları yüzeyin düzgün, pürüzlü ve dişli olmasına göre önerilen adhezyon ve sürtünme değerleri aşağıdaki gibidir (Chronopoulos-1989):

Burada ft betonun çekme dayanımıdır.

Eski ve yeni beton arasında kaynaştırma yeni yapılan inşaatlarda da bir sorundur. Birçok betonarme yapıda özellikle kolonlarda döküm derzleri kolon uç momentlerinin en büyük olduğu yerlerde yapılmaktadır. En çok birkaç hafta gibi farklı zamanlarda dükülmüş betonların tam kaynaşmamış olması nedeni ile bu ara yüzeylerde en hafif depremlerde bile kolayca çatlak ve açılma oluşabilmektedir.

TABLO 2. ADHEZYON VE SÜRTÜNMEYE ETKİYEN FAKTÖRLER

Kama Donatısı ile Kaynaştırma

Eski ve yeni betonun ara yüzeyine dik yönde yerleştirilmiş filiz demirlerinin kama etkisi ile kesme kuvvetleri aktarabileceği bilinmektedir. Park vc Paulay (1975)'e göre donatının kama etkisi ile kesme kuvveti aktarması [ Şekil-9 ] 'da gösterilen mekanizma ile oluşmaktadır. Yalnız bu işlem için eski ve yeni beton arasında ötelenme oluşması ve kama donatısının deformasyonu gerekmektedir. Bu ise istenilen bir durum değildir. Ancak çok yüksek yükler altında oluşması ve enerji tüketimi ile birlikte oluşması durumunda olumlu görülebilir.

Kama etkisinden yararlanılacak filiz demirlerinin eski betonda ankraj için açılacak yuvalara yüksek dayanımlı ve genleşen çimentolu harç ile yerleştirilmesi gerekir Ankraj boylarının yeterli olması dagerekmektedir. Donatıların betona ankrajı bir sonraki bölümde incelenecektir. [ Şekil-9 ] 'da gösterilen eski beton ile yeni beton arasında kama donatıları ile kesme kuvveti aktarma yöntemi çerçeve açıklıklarına perde duvar yerleştirme ile güçlendirme yönteminde kullanılabilir. Kolonların mantolanmasında ise kolonda açılacak yuvalara kanca donatısı yerleştirerek kama donatısından kesme kuvveti aktarma işleminde yararlanılabilir ( [ Şekil-10 ] ).

Epoksi Reçineleri İle Kaynaştırma

Basınç altnıda eski ve yeni beton arasındaki yüzeyde kaynaşma hemen hemen yüzde yüz etkilidir. Eğer uygulanan basınç kuvveti ile ara yüzey arasındaki açı 90 dereceden küçük ise ulaşılabilen basınç dayanımı, beton basınç dayanımının % 25-50'si kadar daha düşük olabilmektedir. Eğer epoksi ile yapıştırılmış ara yüzeye dik yönde çekme kuvveti uygulanırsa, epoksi reçinelerinin çekme dayanımı her zaman betonun çekme dayanımından yüksek olduğu için kırılıma betonda olmaktadır. Ara yüzeye konulan epoksi tabakasının 2 mm'den ince olmasının dayanımı artırdığı gözlenmiştir. Ara yüzeye kesmee kuvveti geldiği zaman dayanım beton çekme dayanımı olarak alnıabilir. Sürtünme katsayısı olarak da kuru vc pürüzsüz yüzeyler için önerilen katsayı alınabilir. Bu sürtünme değeri, küçük kaymalar, 0.02 mm'den az, için geçerlidir.