Daha fazla öngerilme her zaman daha fazla dayanım anlamına gelmez!

Muhtemelen bildiğiniz gibi, Taşıma Gücü Sınır Durumu kontrolü, bir yapının göçmeden önce ne kadar yük taşıyabileceğini gösterir. Yük etkilerinin bir kaldıraç kolu üzerindeki iç kuvvet çifti tarafından karşılandığı kabul edilir.

Öngerilmeli beton mu yoksa donatılı beton mu olduğu önemli değildir. Aynı akma dayanımına sahip aynı miktarda çelik ile öngerilmeli ve donatılı yapılar, taşıma kapasitesine ulaşmadan önce aynı yüke dayanır. Öngerilmeli betondaki ek basınç gerilmesi, yapının daha uzun süre dayanmasına yardımcı olmaz. Peki tüm bu ilgi neden?

Daha yakından inceleyelim

Öngerilme ile betona basınç gerilmesi ekleyerek malzemenin davranışını önemli ölçüde değiştiririz. Çatlak oluşumu, gerilme rezervi ilk yüke karşı koyduğundan gecikir. Diğer yük artışlarıyla beton, basınç giderme durumuna ulaşır. Daha sonra beton, çekme dayanımı aşılana kadar çekmeye karşı koyar.

Bu nedenle çatlak oluşumu, donatılı betona kıyasla çok daha geç gerçekleşir. Ayrıca öngerilmeli betonda aynı yük altında çatlak gelişimi daha yavaş olup çatlak genişlikleri daha küçüktür. Bu durum, donatının korozyonu açısından önemlidir. Aynı zamanda yapının rijitliğiyle de ilgilidir. Öngerilmeli yapıların daha yüksek rijitliği, daha küçük deformasyonlara yol açar.

Aşağıdaki şekilde, dışsal eksenel çekme kuvveti ile yüklenen öngerilmeli ve donatılı elemanların teorik karşılaştırmasını görebilirsiniz. Çelik demetlerin ve donatının aynı akma dayanımına sahip aynı çelikten yapıldığını varsayın. Miktarlar da birbirine karşılık gelmektedir. Tek fark, demetlerin gergin olmasıdır.

• Durum 1 - İlk yük artışı uygulanır. Öngerilmeli beton gerilme rezervini kullanır. Donatılı beton da çekme dayanımı aşılana kadar karşı koyar. 
• Durum 2 - Donatılı betonda çekme dayanımı aşıldığında çatlaklar oluşur. Bu noktada donatının kullanım oranı ve şekil değiştirme artar. Öngerilmeli betonda ise gerilme rezervi etkilere karşı koymaya devam eder.
• Durum 3 - Öngerilmeli betonda çekme dayanımı aşıldığında çatlaklar oluşur. Bu noktada donatılı betonda olduğu gibi donatının kullanım oranı ve şekil değiştirme artar.
• Durum 4 - Çeliğin akma dayanımı aşılır.

Bu durum, teorik olarak her iki yapı için göçmelerin eş zamanlı gerçekleşeceğini ima eder. Başka bir deyişle, ek basınç gerilmesi TGS kontrollerini etkilemez.

Buna karşın, donatılı yapıda aynı yük altında öngerilmeli yapıya kıyasla çok daha erken önemli çatlaklar ve şekil değiştirmeler meydana gelir. Dolayısıyla tasarım, Kullanılabilirlik Sınır Durumu kontrollerini sağlayamaz.

Öngerilmeli betonun yukarıda belirtilen avantajlarına ek olarak, öngerilmeli elemanların konumu sayesinde iç kuvvetlerin dağılımını etkileyebildiğimizi de belirtmek gerekir. Bu durum özellikle sonradan öngerilmeli yapılarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Teorinin pratikte uygulanması

Mantığın IDEA StatiCa uygulamasındaki sonuçlarla nasıl örtüştüğünü kontrol edelim. IDEA StatiCa Detail'de iki örnek inceleyeceğiz. İlk örnek önceden öngerilmeli kiriş, ikincisi ise öngerilme dışında aynı kirişdir.

Teorik durumun aksine, eleman artık bir eğilme momentiyle de yüklenmektedir. Göçmeden hemen önce çok daha büyük bir deformasyon yaşanır. Bunun dışında prensip aynı kalmalıdır.

IDEA StatiCa Detail

Aşağıdaki şekil, beton, donatı ve demetlerin kullanım oranlarını göstermektedir. Her iki yapı da uygulanan yükü aktarabilmektedir. Beklediğimiz gibi, donatılı kiriş için bile TGS kontrolleri benzer kullanım oranlarıyla sağlanmıştır. 

KSD kontrollerinde ise önemli bir fark ortaya çıkmaktadır.

Donatılı betonda çatlaklar daha fazla gelişmiş olup daha önce belirtildiği gibi bu durum yapıların rijitliğini ve dolayısıyla deformasyonu etkiler.

Bunu neden bilmem gerekiyor? 

Bunun teorik bir örnek olduğunu belirtmek önemlidir. Pratik uygulamada, elemanı aynı özelliklere sahip donatıyla donatmak mümkün olmazdı. Ayrıca Kullanılabilirlik kriterleri nedeniyle de işe yaramazdı. Peki neden önemlidir?

Öngerilmeli betonun davranışının doğru anlaşılması, kullanımını kolaylaştırır. Öngerilme kuvveti mi yoksa daha fazla öngerilmeli demet/sonradan germe kablosu mu ekleneceğine ya da tasarımın değiştirilmesi gerekip gerekmediğine karar verebilmek son derece önemlidir.

Doğru bilgiyle öngerilme, daha az malzeme kullanarak ve daha zarif formlarla daha büyük açıklıkların aşılmasını sağlar. İnşaat mühendisliğinde köprüler (çoğunlukla sonradan öngerilmeli beton tasarımları) veya yapı mühendisliğinde önceden öngerilmeli kirişler ve sonradan öngerilmeli döşemeler bunun örnekleridir.

Öngerilme tasarımı için hangi uygulama uygundur?

Genel öngerilmeli elemanların (önceden veya sonradan öngerilmeli) tasarımı için IDEA StatiCa Beam uygulamasını kullanabilirsiniz. İnşaat aşamaları ve kayıp hesabı dahil çözüm sunar.

Süreksizlik bölgeleriyle sınırlı kalmaksızın IDEA StatiCa Detail uygulamasını kullanmanızı öneririz.