Betonarme kirişlerde eğilme sonucu oluşan çatlak ve kırılmalar

Kirişlerde eğilme çok önemli bir konu olarak mühendislerin ele aldığı noktadır. Betonarme yapılarda önemli bir kısmı oluşturan ve yatay eleman olarak tasarlanan kirişler uygulanan yük doğrultusunda yatay ve düşey düzlemde eğilmeye çalışırlar. Bu kiriş elemanlarının kesitlerinde sadece eğilme kuvveti oluşmaz. Aynı zamanda eğilme kuvvetine ek olarak kesme kuvveti de oluşur. Yükleme biçimine ve elemanların tasarlanma şekline bağlı olarak eksenel kuvvet ve/veya burulma momenti de oluşabilir. Eğilme momenti yanında kuvvet olarak daha küçük boyutlarda kalan burulma momenti ve eksenel kuvvet gibi ek iç kuvvet tesirleri sadece basit eğilme olayı olarak ele alınır.

Beton, düşük çekme dayanımına sahip olduğu için eğilme etkisi altındaki kirişlerde çelik donatılar çekme bölgesine yerleştirilir, basınç bölgesine yerleştirilmez ve böylece basınç bölgesindeki betonun tam verimli çalışması sağlanır. Çekme gerilmelerini karşılayan çelik donatılar çekme bölgesindeki en dış life konulur ve böylece donatının etkili çalışmasına sebep olan moment kolu mesafesini arttırılır. Çekme bölgesinde bulunan donatı çubuğu ile beton dış lifi arasında beton örtü tabakası vardır. Bu beton örtü tabakası, kenetlenme veya aderansı sağlar. Aynı zamanda çelik donatıyı yangın ve pas gibi dış etkilerden korumak için zorunludur.

Herhangi bir betonarme eleman eğilme etkisi altında düşük seviyede zorlamaya maruz kalırsa çekme bölgesinde bulunan beton deformasyona uğramayabilir. Böyle durumlarda hem donatı hem de beton, kesitte meydana gelen bütün çekme kuvvetini ortaklaşa karşılar. Betonarme kirişler eğilme etkisi ile beraber çatlar, çatlaklar arasında bulunan beton az bir miktar da çekmeye katkıda bulunabilir. Bu katkı çok düşük seviyede olduğu için çatlakların meydana geldiği kısımlarda bütün çekme kuvvetinin donatı tarafından karşı koyulduğu kabul edilir. Bu sebeple donatının kesitteki görevi çekme gerilmelerine karşı koyma ve haliyle meydana gelecek olan çatlak genişliklerini asgari seviyede tutmaktır.

Betonarme kirişlerde dış kuvvetlerin etkisiyle ilk çatlakların oluşumu, en dış çekme bölgesinde oluşan birim uzamanın, betonun çekme dayanımındaki birim deformasyon sınırına erişmesiyle meydana gelir. Oluşan deformasyonla hesap elverişli olmadığı için, çatlağın meydana gelmesi, betonun en dış bölgesindeki liflerin eğilmede çekme dayanımına erişmesi olarak açıklanır. Bu sınır aynı zamanda donatısız bir kirişin kırılma momentinin çatlama momentine eşit olması durumudur.

Momentin maksimum olduğu kısımlarda ilk çatlaklar meydana gelir. Henüz kılcal seviyede oldukları için görülmeleri çok zordur. Yük seviyesinin artmasıyla çatlakların genişliği ve boyu da artar ve ayrıca ve yeni çatlaklar da meydana gelir. Kirişin kesme etkisi olmayan yani basınç bölgesinde oluşan çatlaklar kiriş eksenine dik yöndedir. Bunun sebebi ise, betondaki çatlakların asal çekme gerilmelerine dik yönde oluşmasıdır. Yük seviyesi arttıkça çatlama momentine ulaşır ve yük ile mesnet arasındaki bölgelerde yeni çatlaklar oluşur. Bu bölgede yani yük ile mesnet arasındaki bölgede kayma gerilmeleri bulunur ve asal çekme gerilmeleri kiriş eksenine paralel değildir.