Ön germe yöntemleri, beton ve çelik üzerine etkileri

Ön germe yöntemleri beton ve çelik için son derece önemli bir konudur. Beton ve çelik malzemelerinin uyum içerisinde kullanımları, yapı mühendisliğinde en sık kullanılan sistemdir. Betonun çekme dayanımı konusunda yetersiz olduğu bilinmektedir. Çelik kullanımı ile desteklenmemiş beton kütlelerinde, çok düşük yükler altına bile çatlaklar meydana gelmektedir. Çelik ile güçlendirilmemiş beton davranışı gevrek olacaktır ve bu durumda, kesit üzerinde ani hasarlar meydana gelebilmektedir. Beton içerisine kullanılan çelik, yüksek çekme gerilme mukavemeti ile çatlak oluşumu engelleyecek ve tesirleri kesit içerisinde dağıtacaktır.

Betonarme sistemini bir adım daha öteye götürmek adına bir çok teknolojik yenilik geliştirilmiştir. Ön germe teknolojisi bu alanda geliştirilen öncü teknolojilerden birisidir. Ön germe sayesinde, betonun sahip olduğu yüksek basınç mukavemeti ön plana çıkartılır. Çelik çubuklar veya çelik halatlar yardımıyla verilen ön germe kuvveti sayesinde, beton kesiti basınç kuvveti altında tutularak, betonun çekme kapasitesi zaafı gizlenmiş olur. Aynı zamanda, verilen ters sehim ile birlikte, kesitin öz ağırlığı altında yaptığı sehimler dengelenmiş olur.

Ön germe çeliği, betonarme çeliğine kıyasla çok daha yüksek dayanımlı üretilmektedir. Ön germeli beton tekniğini de, germe sırasında ve sonrasında% 20 mertebelerinde kayıplar meydana gelmektedir. Halatlar kopma mukavemetinin %75’ine kadar gerdirilir ve %25 emniyet payı olarak bırakılır. Kayıplar ve güvenlik payları düşünülerek, ön germe çeliği kopma dayanımı, betonarme çeliğinin dayanımının yaklaşık 4,5 katı kalitesinde kullanılmaktadır.

Standart bir ön germe halatı (tendon) 3 ana bölümden meydana gelmektedir; çelik teller (steel wires), çelik halatlar (strand) ve ön germe halatı (tendon). En küçük parça olarak 10 mm çapında çelik teller kullanılmaktadır. Birkaç çelik telin (2, 3, 7 veya 19) bir araya getirilmesi sonucu çelik halatlar meydana getirilir. Genellikle 7 adet çelik tel kullanılır ve beton ile iyi bir bağlantı kurması amacıyla 1 telin etrafına diğer 6 tel örgü şeklinde çevrilir. En sık kullanılan çelik halat kesit alanları 130 mm² , 140 mm² ve 150 mm² ’dir. Sistemin en büyük parçası ise ön germe halatıdır. Bir adet veya birden fazla çelik halatın bir araya getirilmesi ile oluşan ürüne ön germe halatı denir.

Ön germe yöntemleri uygulama yöntemlerine göre ön çekim ve ard çekim olmak üzere iki ana kategoriye ayrılmaktadır.

Ön çekim (pre-tensioning)

Ön-çekim tekniği, beton içerisine yerleştirilen çelik halatların, beton dökümünden önce gerdirilmesiye hazırlanır. Genellikle kısa açıklı köprü üst yapı sistemlerinde, I ve T gibi geometrik kesitlere sahip kirişlerde kullanılır. Bu tip kirişler çoğunlukla fabrika ortamında hazırlanır ve yapım sahasına hazır bir şekilde iletilir. Yapım tekniği olarak, hazır kalıplar içerisinde, proje verileri doğrultusunda ön germe halatları yerleştirilir.

Halatlar çoğu zaman doğrusal olarak yerleştirilir ancak özel aparatlar yardımıyla gerilme dağılıma göre farklı şekillerde de yerleştirmek mümkündür. Mesnet bölgelerindeki oluşması muhtemel çekme gerilmelerini azaltmak adına, halat merkezi ile kiriş merkezi arasındaki eksantirise azaltılabilir. Böylece; mesnet bölgelerinde kesit ağırlık merkezine yakın, açıklık bölgelerinde kesit alt yüz lifine yakın geçen bir halat yerleşimi hazırlamak da mümkündür.

Uygun halat yerleşimi hazırlandıktan sonra halatlara ön çekme kuvvetleri uygulanır ve halatlar gergin durumda köşe plakalarına sabitlenir. Beton dökümünden sonra ve genellikle beton 28 günlük silindir basınç dayanımının %75’ine ulaştığında, çelik halatlar ve beton birlikte çalışmaya uygun hale gelirler ve kayıplardan sonra kalan tüm ön çekme kuvveti betona aktarılır. Çelikteki çekme gerilmeleri ile betondaki basınç gerilmeleri denge konumuna gelerek, iki malzemenin birlikte çalışması tamamlanmış olur.

Ard çekim (post-tensioning)

Ön germe ard çekim tekniğinde, beton döküldükten ve bir miktar pirizini aldıktan sonra ön germe halatları gerdirilir. Ön germe halatları, boruların (duct) içerisinde betona yerleştirilir. Halatların yerleştirilmesi genellikle beton dökümünden önce yapılır çünkü döküm sonrası borularda ezilmeler meydana gelebilir ve bu durum halat sürülmesi operasyonunu zorlaştırabilir.

Beton dökümü ve ön germe halatlarının gerilmesi sonrasında, boruların içerisine enjeksiyon yapılır. Bu sayede, ön germe halatları ile beton arasında etkileşim kurulmuş olur. Beton kesiti ve içerisinde planlanan ön germe halatları fabrika ortamında hazırlanıp sahaya iletilebilir. Kalıp yerleşimi tamamlandıktan sonra ön germe halatları gerdirilebilir. Enjeksiyon yapılmamış borular içersindeki ön germe halatlarını korozyon etkilerinden korumak adına, çeliğin hava ile temasını enjeksiyon aşamasına kadar olabildiğince önlemek önemlidir.

Halatlara germe kuvveti uygulamak için betonun 28 günlük silindir basınç dayanımının yaklaşık %75’ine ulaşmış olması beklenmektedir. Germe işlemi hidrolik krikolar yardımıyla ve genellikle tek uçtan yapılır. Diğer uç ise kör ankraj yapılarak çelik kurşunlar yardımıyla plakaya sabitlenir. Ancak, özellikle uzun açıklıklı yapılarda, kuvvetin daha düzenli yayılması istendiğinde, her iki uçtan da eş zamanlı germe işlemi yapmak mümkündür. Germe işlemi; istenilen ön germe kuvvetine ve uzama miktarlarına ulaşana dek yapılır. Daha sonra, halatlar her iki uçtan kilitlenir ve enjeksiyon ve boruların içerisine enjeksiyon yapılır.

Ön çekim tekniği ile kıyaslandığında, ard çekim sisteminde ön germe halatlarına istenilen geometriyi vermek daha mümkündür. Genellikle parabolik bir halat yörüngesi izlenerek, kesitlerde oluşacak zati yük moment grafiği takip edilir. Gerilme ve çatlak oluşacak bölgelerde, kesit yüzeylerine yaklaştırılarak, eksantirisite artırılır.

Yukarıda anlatılan ön germe ard çekim tekniğinde ön germe halatları betonun içerisinden yürütülmektedir ve beton-çelik aderansı söz konusudur. Ard çekime ait bir diğer teknikte ise ön germe halatları beton kesiti ile doğrudan etkileşimde olmadan (external prestressing) yapılır. Ön germe halatları boşluklu beton kesiti içerisinden betona bağlanmadan (unbonded) yürütülür. Halatlar dışarından görülebilir ve olumsuz bir durumda müdahale edilebilir ancak bahsi geçen sistem çok fazla tercih edilen bir sistem değildir. Halatların açıkta olması korozyona sebebiyet vermektedir ve belirli noktalarda, beton kesitinin içerisinden geçmesi sonucu lokal gerilme birikimelerine sebep olmaktadır.

Prefabrik yapılar: https://volkanatabey.com.tr/prefabrik-yapilar-ve-uretiminde-kullanilan-yapi-elemanlari