Zımbalama Etkisine Karşı Güçlendirme

1. Betonarmede Zımbalama Etkisi

Kirişsiz döşemeler ve temeller, kolonlarla birleştikleri bölgelerde, küçük alanlarda yüksek yük ve reaksiyonlara maruz kalırlar (Reynolds, Steedman, & Threlfall, 2008). Kolon etrafında yoğunlaşmış, kesme yükleri ve momentten oluşan, kayma gerilmeleri kirişsiz döşeme ve temel betonarme kesitinde, konik ya da piramit geometride, kopmaya sebep olabilir (bkz. Şekil 1). Bu durum “zımbalama” olarak adlandırılır. Zımbalama gevrek, ani bir göçmedir, tüm yapının 5-10 saniye içinde göçmesine neden olur (Topçu, 2019). Belirtileri fark etmek ve yapıyı tahliye etmek mümkün değildir.


Şekil 1: Betonarmede zımbalama davranışı
 
Hesap kolaylığı için çatlağın kolon yüzünden (d/2) mesafe başladığı ve dik yırtıldığı kabulü yapılır (bkz. Şekil 2). Bu izdüşüm zımbalama çevresidir. 

Şekil 2: Zımbalama çevresi gösterimi 

Kolon yüzünden d/2 uzaklığında oluşan zımbalama çevresi up olarak, zımbalama alanı Ap olarak tariflenmektedir. Zımbalama çevresinin etkili derinlik [d] ile çarpımı zımbalama alanını vermektedir (Denklem 1).

Ap = Up x d Denklem 1

Zımbalama alanı Ap zımbalama dayanımıyla Vpc doğrusal olarak ilişkilidir. Zımbalama alanı arttıkça zımbalama dayanımı da artış gösterir. Başka bir deyişle, kolon-döşeme/temel birleşim kesit boyutları  (var ise başlık boyutları) [h] ve [b], etkili derinlik [d] değerlerini artırarak zımbalama dayanımını artırmak mümkündür. Zımblama çevrelerinin döşeme ve temellerdeki gösterimi Şekil 3’de verilmiştir.

Şekil 3: Zımbalama çevresi gösterimi (Ersoy, Özcebe, & Canbay, 2019)

Zımbalama hesap kuvveti V pd alt ve üst yönlerden etki eden eksenel yüklerin Fd ve Fa farkı olarak ifade edilir (Denklem 2).

Vpd = Fd-Fa Denklem 2
 
Tasarım ilkesi gereğince, kullanılan tasarım standardına göre hesaplanan zımbalama dayanımı Vpc beton kesitin hesaplanan zımbalama hesap kuvvetinden Vpd büyük olmalıdır (Denklem 3). Bu durumun sağlanamadığı durumlarda “zımbalama donatısı” kullanılarak kapasite artırılmaktadır.

Vpc > Vpd  Denklem 3

2. Tasarım Aşamasında Zımbalama Önlemleri

Zımbalama etkisinin tasarım yükleri altında tahkik edilmesi ve tasarım aşamasında gerekli önlemlerin alınması gereklidir. Kolon başlıklarının yapılması veya kalın döşeme/plak kullanılması ile beton üzerinde oluşan kayma gerilmeleri azaltılabilir. Zımbalama etkisine maruz kalan beton kesiti artırmadan, oluşacak tesirleri zımbalama donatısı ile karşılamak da alternatif bir yaklaşımdır.
Kirişsiz döşemeler için tasarım aşamasında zımbalama etkisine karşı alınabilecek alternatif önlemler Şekil 4’de verilmektedir.

Şekil 4 : Kirişsiz döşeme tasarım aşaması zımbalama önlemleri (Topçu, 2019)
 
Tekil veya kirişsiz radye plağı için tasarım aşamasında zımbalama etkisine karşı alınabilecek alternatif önlemler de Şekil 5’de verilmektedir.

Şekil 5 : Tekil veya kirişsiz radye plağı tasarım aşaması zımbalama önlemleri (Topçu, 2019)
 

3. Zımbalama Etkisine Karşı Mevcut Yapının Güçlendirilmesi
3.1. Geleneksel Yöntemler

Bölüm 1’de zımbalama etkisine maruz kalan betonarme kesitin boyutlarının (zımbalama alanı - ) betonun zımbalama dayanımına katkısından bahsedilmiştir. Bu bilgiden yola çıkarak, mevcut yapılarda zımbalamaya karşı güçlendirme ihtiyacına karşılık,  kolonun döşeme veya temel ile birleştiği yerlerde başlık ilavesi yapılması zımbalama çevresini, dolaylı olarak da zımbalama dayanımını artıracaktır.
İlave edilecek kolon başlıkları betonarme (Şekil 6a) ya da çelik (Şekil 6b) olabilmektedir. İlave edilecek betonarme ya da çelik başlıkların mevcut betonarme ile bağlantıları çelik elemanlar (inşaat demiri, ankraj rotu) ve kimyasal ankraj (epoksi) ile sağlanmaktadır.


Şekil 6 : Zımbalama çevresini genişletme uygulamaları (Canbay, 2015)

Piramit (ya da konik) veya panel başlık ilavelerinde revize olan (artırılan) zımbalama çevresine görsel olarak Şekil 7’de yer verilmiştir.

Şekil 7 : Kolon başlıkları ile zımbalama çevresi artırılmış kesit (Ersoy, Özcebe, & Canbay, 2019)
 
Zımbalama dayanımını artıracak bir diğer yöntem ise yapıya zımbalama donatısı ilave etmektedir. Döşeme tüm derinliğince delinir. Ankraj rotu, delik ile arasındaki boşluk kimyasal ankraj ile doldurulacak şekilde yerleştirilir ve takılacak pul-somunun torklanması ile uygulama tamamlanır (Şekil 8). Böylece zımbalama çevresinde ‘kopma’ eğilimi gösterecek beton kesitin kopmaya karşı dayanımı artırılmış olur. Unutulmamalıdır ki bu uygulama sadece döşemelere yapılabilmektedir, temellere uygulanamaz. Fiziksel olarak temellerin alt bölümüne erişim ve torklama (öngerme) işlemi mümkün değildir.

Şekil 8 : Geleneksel yöntem ile zımbalama donatısı ilave etme uygulaması

3.2. Hilti Çözümü
Zımbalama etkisine karşı güçlendirme konusundaki Hilti çözümü ‘zımbalama donatısı ilavesi’ yönündedir
(Şekil 9). Betonarme kesitine eğimli yerleştirilen zımbalama donatıları ile kolon başlıkları ilave edilmeden zımbalama dayanımı artırılmış olur. Zımbalama donatı ilave etmede geleneksel yöntemden (Şekil 8) farklı olarak Hilti çözümü temellere de uygulanabilmektedir.

Şekil 9 : Hilti çözümü ile zımbalama donatısı ilave etme uygulaması
 
Uygulamada kullanılacak zımbalama donatısı (Şekil 10b) özel tasarlanmış hibrit bir elemandır. Beton içerisinde kimyasal ankraj (Şekil 10a) yardımıyla aderans sağlayacak bölümü nervürlü inşaat demiri (rebar) yapısında iken, uç kısmı pul ve somunun yerleştirilip torklanmasına uygun şekilde yivli bir yapıdadır.

Şekil 10 : Hilti çözümünde kullanılan malzemeler
 
Zımbalama donatılarının eğimli ankre edilmesinin temel nedeni, zımbalama yüzeyine dik yerleştirilerek betonun kopma eğilimine karşı daha verimli çalışmasını sağlamaktır (Şekil 11).

Şekil 11 : Hilti çözümünde zımbalama donatısının kopma yüzeyine dik yerleştirilmesi
Uygulamanın daha net anlaşılmasına yardımcı olacak ‘uygulama adımları ve detayları’ aşağıda sıralı halde verilmiştir.
 



 
Şekil 12’de uygulama sonrasında betonarme yüzeyinde ve kesitinde güçlendirme detaylarını içeren görsellere yer verilmiştir.

Şekil 12: Hilti çözümü (HIT-RE 500 V3 & HZA) ile zımbalama güçlendirmesi uygulama sonrası (HILTI, 2019)

4. Hilti Çözümünün Geleneksel Yöntemlere Göre Avantajları

Mevcut yapıların zımbalama etkisine karşı güçlendirilmesinde Hilti çözümünün geleneksel yöntemlere göre sağladığı avantajlar aşağıda karşılaştırmalı olarak verilmiştir.
Hilti Çözümü
(Zımbalama Donatısı Eklenmesi)



5. Hilti Çözümü Tasarımı
Tasarım detayları için aşağıda yer alan teknik dokümanı inceleyebilir ve Hilti Mühendislik Ekibi ile iletişime (444 45 84) geçebilirsiniz.

HILTI ZIMBALAMA DONATISI TASARIM ESASLARI

6. Kaynakça
Canbay, E. (2015). Betonarme Yapıların Onarımı ve Güçlendirilmesi. 2020 tarihinde İnşaat Mühendisleri Odası: http://www.imo.org.tr/resimler/dosya_ekler/0f124ec125d030b_ek.pdf?tipi=1&turu=X&sube=10 adresinden alındı
Ersoy, U., Özcebe, G., & Canbay, E. (2019). Betonarme. İstanbul: Evrim Yayınevi.
HILTI. (2019). Post-Installed Punching Reinforcement Hilti HZA-P. HILTI.
Reynolds, C. E., Steedman, J. C., & Threlfall, A. J. (2008). Reynolds’s Reinforced Concrete Designer's Handbook (11 b.). Londra: Taylor & Francis.
Topçu, A. (2019). Betonarme II Sunu Ders Notları. http://mmf2.ogu.edu.tr/atopcu/index_dosyalar/Dersler/Betonarme2/Sunular/Betonarme_2_9.pdf adresinden alındı