Ard Germe Beton Nedir? Yapıdaki Davranışları Nasıldır?

Ard Germe Beton Nedir? Yapıdaki Davranışları Nasıldır? (Ahmet Özürün-12.10.2014)

Ard Germe beton için bir tanım yapıcak olursak;
Betonun çekmeye karşı zayıflığının üstesinden gelmek için kullanılan uygulama yöntemidir. Yüklemeden önce betona uygulanan sabit bir basınç kuvveti sayesinde, betonda yükleme sonrası oluşacak çekme gerilmesinin sınırlandırılması esasına dayanır. Uygulanacak basınç kuvveti, beton içerisinde kılıfla korunan boşluklardan geçirilen yüksek dayanımlı çelik halatların gerilmesi ile elde edilir. Ön germeli sistemlerden farkı germe işleminin beton dökümünden Önce değil, beton döküldükden , sonra yapılmasıdır. Ön germe gibi, donatı çubukları yerine germe dayanımı çok yüksek olan halatların gerilerek betonarme elemanların taşıma kapasitelerini sağlayan bir sistemdir.
Ön germeli elemanlar nedir dersek; döşeme elemanı sanayide kiriş olarak, genelde büyük açıklıkları geçmek için ve köprülerde kullanılır. Bunlar, belli yerlerde ön germe halatları gerilir, beton dökülür, sonra bunlar yerine araçlarla taşınır. Ardından montaj yapılır.

Ard-germe’de ise; herhangi bir şekilde prefabrikasyon yapılmıyor. Binanın normal mimarisine herhangi bir değişiklik yapmadan, beton dökülmeden önce birtakım tedbirler alınmaktadır, genel olarak da ön germeden farklı olarak ard germede beton döküldükten sonra, germe işlemi yapılıyor, binanın monolotikliği bozulmuyor, prefabrikasyondan uzak bir teknikdir. Ard germeye geldiğimizde durum biraz daha farklı olmaktadır. Ön germeden farklı olarak ard germe halatı beton dökülmeden önce kalıbın içerisine istenilen formda konulabilir. Bu form, binanın açıklığı, ağırlık merkezinin yeri gibi birtakım faktörlere bağlı olarak ve gerekli hesaplamaların yapılmasının ardından en uygun form olacak şekilde bırakılır. Beton belli bir mukavemetini aldıktan sonra bu halatlar gerdiriliyor. Bu şekilde betona ters bir yük ve ters moment veriliyor. Zaten ön germenin gayesi, düşey yükler altında oluşan momentleri ve tesirleri azaltmaktır. Bu şekilde ön germe verilen bir eleman, ister ön germe, ister ard germe şeklinde olsun, bu elemanlarda momentler azalıyor. Kesit, basınç ve azaltılmış moment altında çalışan bir kesite indirgeniyor. Genelde de tam ön germe halinde, kesitte ya çok az çekme gerilmesi oluyor ya da hemen hemen hiç çekme gerilmesi olmuyor, bütün kesit basınca çalışıyor, çatlamamış bir kesit elde ediliyor. Sehimler azalıyor ve daha büyük açıklıklar geçilebilmesi mümkün oluyor.

Ard Germe nasıl yapılır?;
Ard germede genellikle kullanılan iki tür çelikle yapılır. Birincisi çelik çubuklar. (nevrürlü çubuklar), genelde büyük çaplarda, meselâ 32’lik, 36’lık çaplarda, ama kopma gerilmesi piyasada kullanılan
St-III’ün hemen hemen 2 katı, hatta daha fazla. 12300 kg/cm2 kopma mukavemeti var. Bu çok fazla kullanılmıyor. Aslında ilk ön germe denemeleri çubuklarla başlamıştır,işçiliği zor olduğu için daha sonra halatlar kullanılmaya başlanılmıştır. Daha pratik ve istenilen forma getirilebilinmesi dolayısıyla; Gelişen dünyada çelik halat kullanılıyor. Çubuklara istediğimiz formu veremiyoruz, her mesnette ve açıklıkta parabolik şekilde tasarlıyalım. Tam büküm noktasında bu parabolün eğimi, mesnete orta açıklıktan sağdan gelen, ile bu parabolün eğimi, mesnetin üzerine çıkan, eşit olacak ki buradan, büküm noktalarından, halatlar rahatça geçebilsin.. Çubuklara bu şekilde formlar veremiyorsunuz, çubuklar genelde düz olarak kullanılıyor. Halatlar mukavemet olarak da daha fazla, 18600 kg/cm2 mukavemete sahip. Bunun daha düşük mukavemette olanları var, ancak genelde bu düşük mukavemettekileri tercih edilmemelidir. Şu anda piyasada en çok bulunan ve kullanılan sistemdir. Ard germenin ya da ön germenin esas özelliği, yüksek mukavemetli çelikle bu işin yapılmasıdır. Normal bir çelikte eğilme altında bulanacak olan donatının 1/4 ü kadar donatı ile, ard germe donatısı ile, o kirişi, açıklığı geçiliyor.

Tabii bu, şöyle bir rahatlık da sağlıyor: Bazı çok büyük açıklıklı kirişlerde en büyük sorun, bazen kesite donatı sığmaması oluyor. Yani donatıların mesela 25-30 metre civarında bir açıklığı, betonarme ile geçmek istediğiniz zaman, birkaç yerde bindirme yapıyorsunuz. Kesite normal donatı sığmıyor zaten, bir de bindirmelerde artıyor.. Her ne kadar şaşırtmalı bindirseniz de, bezen kesite donatı sığdırmak mümkün olmuyor. Büyük sehimler çıkmaktadır. O sehimlerde projeyi zorlamaktadır. Ard germede tersine bir yük verildiği için sehim azalıyor, donatı sığması gayet rahat oluyor., Herhangi bindirme diye bir şey yok. Bu ard germe kabloları şantiyeye makaralara sarılı olarak geliyor. Birkaç yüz metre uzunluğunda olan bu makaralar, istenilen boyda kesiliyor, kullanılıyor, herhangi bir şekilde donatı sığmama sorunu olmuyor.

Ön Germe ve Ard Germe halatları:
Halatlar genelde, 1/2 inç, 0.6 inç ya da 5/8 inç,en çok kullanılan çaplar bunlardır. 1/2 inç, 130 mm2 ; 0,6 inç kesit alanı 1.4 cm2 , ve 0.625 inç 1.5 cm2 – 150 mm2 dir.. Bu halatlar 7 adet telden oluşuyor, burada bir soğan başı denilen kafaya dağıtılmış, ucu kitlenmiştir. İşte bu bir kör ankraj gibi ;Bu demetlerin içerisinden belirli sayıda halat geçiyor. Halatların bir ucu gerdirilmek için dışarıya çıkarken diğer uçları da betonun içerisinde kör ankrajlar yardımıyla tutunmak için bırakılıyor. Demetler halindeki halatlar belirli bir geometride beton dökülmeden önce sehpa diyebileceğimiz desteklerle kirişin, döşemenin ya da uygulanacak elemanın içerisine yerleştiriliyor.(Yukarıda şekilde görüldüğü gibi)
Bunun geometrisi projede belirtiliyor. Uzman olan personellerde , o projeye göre o kılıfları yerleştiriyorlar. Kılıfların içerisinden halatlar sürülüyor, bir miktar ucu çıkıyor, 75 cm civarında. Halatların öteki ucu bu bahsettiğimiz kör ankrajla betona iyice kilitleniyor. Sonra beton dökülüyor, beton yaklaşık % 75 mukavemetini aldıktan sonra, (bu da betonun hemen hemen betonun döküldüğü hava şartlarına bağlı) bazen 3 gün de, bazen 4 gün de oluyor. Bunlar özel aparatlarla gerdiriliyor, sonra kesiliyor. Kafaların bulunduğu halatların gözüken kısmı betonlanıyor ve kapatılıyor. Kısacası gizleniyor,herhangi bir şekilde mimari etkilenmiyor.

Burada bu kafaların etrafına dairesel donatılar konuluyor ,bunun adı spiral donatıdır.. Bu spiral donatı, germe esnasında ard germe kafalarına yakın yerlerde çok büyük germe kuvvetleri olduğu için, ard germe betonunun kafayı bastırıp betonu patlatmaması amacıyla konulmuştur. O yüzden buna patlatma donatısı denir.

Ard germede korozyona karşı hiçbir problem yoktur.. Her şey kapalı ve kutu içindedir.. Kör ankrajlar zaten beton içerisinde kalmaktadır .Ard germe depremde kesme kuvvetlerini kolonda kirişlerden alıyor ,yaptığınız hesap sonucu mesnet momenti azalıyor, ama tabii ki gelen deprem yükünü karşılayacak demirler yerleştirilmelidir. Germe , çok fazla yapıldığı takdirde , mesnette ters moment yaratılır, deprem yükünü de alabilir. Eksenel yük ve azaltılmış momentde vardır.. Çünkü ard germe yükü tersten momenti azaltıyor. Mesnet momentleri ard germe almıyor, sadece kirişi havaya kaldırıyor. Germe de sadece mesnet momentlerini azaltıyorsunuz. Fransız Freyssinet Firmasından Profesör Fucie “Deprem de köşeye moment geliyor ve köşe momentleri altında çeliğe ilave kuvvet geliyor. Hatta bazen çelik kopabiliyor da. Halbuki bu yağlı kılıf içerisinde rahatça halat hareket ettiği için, deformasyonu rahatça yayıp hiçbir şekilde kopma falan söz konusu olmuyor ve depreme çok dayanıklı binalar elde ediyoruz”

Ard çekme ve ön çekme ile ilgili bir yönetmeliğimiz TS EN 3233, 1979 yılında yazılmıştır. Bu şartnamede ön gerilimli ve ard gerilme beton emniyet gerilmeleri şöyledir;

Basınç için ;
Köprülerde …………….0.40xfck
Diğer yapılarda……….0.45xfck,
Çekme için ;1.6x √ fck

Hizmet verdiğim Alacalı A.Ş. Ar-Ge bölümüyle yaptığımız Ard Germe deney çalışması aşağıdadır.;

Deneyin kısaca tanımı;
Monolitik numunelerin ve kolonların üretimi şu aşamalarda gerçekleştirilmiştir: Monolitik numunelerin ve ön üretimli numunelerin kalıbı kolon kalıbı ön germe hattında ve hat doğrultusunda, yerleştirildi. Bu kolonlara ard germe işleminin gerçekleşebilmesi için enjeksiyon boruları ard germe donatısı kanalları fuga betonu için yerleştirildi ve donatılara sabitlendi. Daha sonra kolon kalıbı içerisine simetrik olarak dört adet 0.5 inç çapında K270 öngerme kabloları yerleştirildi. Yerleştirilmiş olan kabloların herbiri 8.000 kg öngerme kuvveti ile gerildikten sonra C-50 betonu, kalıp içine yerleştirildi. Daha sonra beton C-35 mukavementine ulaşıldığında ön germe kabloları uçlarından kesilerek kablolardaki çekme kuvvetinin betona basınç kuvveti olarak aktarılması sağlandı.

Ard germe kirişlerin üretimi aşağıdaki aşamalardan oluşmaktadır: Kiriş kalıbı içine ard germe
işleminin gerçekleşebilmesi için enjeksiyon boruları ard germe donatısı kanalları fuga betonu için
kanallar yerleştirildi ve donatılara sabitlendi. C-50 olarak hazırlanmış olan beton kalıp içine
yerleştirildi.

Yapılan deneyler sonucunda;
Ard germeli birleşimlerin, monolitik birleşimlerle karşılaştırıldığında, düğüm noktasında yeterli moment taşıma kapasitesine ve sünekliğe ulaştığı tespit edilmiştir. Yapılan deneylerde 0.6 inç kablo kullanılarak ve kopma mukavementinin % 50 si ile gerilen kolon-kiriş bileşimi moment kapasitesinin monolitik kolon-kiriş bileşiminin kapasitesinden daha yüksek olduğu görülmüştür.
Ard-germeli birleşimde çelik halatlarla hazırlanan betonun etkisi çok açık olarak gözlenmiştir. Özellikle tekrarlanmalı ,yükleme sırasında, yükün basınç gerilmeleri etkisinde kaldığı çevrimlerde diğer yüze göre daha yüksek taşıma kapasitesine ulaştığı gözlenmiştir.
Genel olarak uluslararası kullanılan deprem şartnamelerinin 1/50 lik maksimum dönmelere müsaade edildiği düşünülürse, deneylerin 1/15 dönme oranına kadar sürdürüldüğü halde, bu düzeyde bile ön üretimli birleşimlerde ciddi düzeyde hasarın meydana gelmediği ve taşıma gücünde bir kayıp olmadığı görülmüştür.

Sonuç;

Ard germe ile ne gibi uygulamalar yapılabilir ; Ard germe, betonarme ile hemen hemen geçilmesi imkânsız olan açıklıklarda uygulanan bir sistemdir. Çelikle çok büyük açıklıklar geçilebiliyor. Ancak ard germe ile geçebildiğiniz açıklıklarda, ard germenin konstrüksiyon kalınlığı çelikten daha az olduğu göze çarpıyor. İşçiliği daha kolay olan ve montaj aksesuarları olmayan bir sistemdir.

Büyük bir açıklık döşemeniz varsa ve üzerinde tekrar döşeme yapacaksak ve hareketli yükler mevcut ise çelik ya da ard germe arasında tercih yapmak biz mühendislerin tassaruffu olacaktır. Önce statik çözümler, ardından yapı maliyet analizi yapılarak karar verildikden sonra geriye işvereni ikna etmek kalacaktır.. Ard germe sistemin daha ekonomik olduğu avantajını şöyle açıklarsak; Ard germe için herhangi bir kalıp sistemi ve iskele kurulmuyor, hatta mobil vinç gibi aksesuarlara ihtiyaç duyulmuyor. Mevcut kalıbın üzerinde her türlü işlem yapabiliyorsunuz. Bu ard germenin artı bir avantajdır.

Türkiye’de ;Ard germe ile 16 metre ve üzeri açıklığı, 40 cm kirişsiz döşemeyle geçilebilen projelerde uygulanmıştır.

Ard germeli önemli projelere örnek verecek olursak ;
Ankara Sheraton Oteli. Mimari kat yüksekliği bağlı kalarak 23 metre açıklık geçilmiştir.
Kat yüksekliği sınırlı Ankara’da NTV Binası ard germe ile geçilmiştir.
Sakarya otobüs terminali ard germe ile geçilmiştir.
3.yol köprü şantiyesinin Yaklaşım viyadüğü ard germe ile geçilmiştir.
Sabiha Gökçen otopark havalanı,
Norveç’te 300 metre açıklığında bir köprü ve beton sınıfı C 80 dir.

Bazı mühendisler ise Ard germenin , halatlı köprülerin tersi olduğunu düşünür. ‘’ Halatlı köprü yükü alıyor, kenarlara taşıyor’’. Halatlı köprüde 1 km. açıklık geçiliyor. 1 km. açıklık geçerken, hiç moment oluşmamaktadır.. O halatlar nasıl o momentini azaltıyorsa, ard germe halatlarınında momentini azaltıyor ve yükü, halatlardan alıp, kenar mesnetlere taşıyor. ‘’Kısacası halatlı köprünün tersi oluyor..’’

ODTÜ Prof.Dr. Erhan Karaesmen’in ard germe sistemi için ile güzel bir sözünü paylaşmak isterim.

“Beyler; bu bina yönetmelik binası değil, mühendislik binasıdır.”

Bir video ile Ard Germe sistemini nasıl yapıldığını sizlere aktararak bitirmek istiyorum. Teşekkür ederim.

Kaynaklar;
-Ankara İMO,
-Alaca ARGE çalışmaları,
-Mesleki tecrübelerim.

Linkback: http://www.medeniyetmuhendisleri.com/makaleler-tezler/ard-germe-beton-nedir-yapidaki-davranislari-nasildir-ahmet-ozurun12102014-t725.0.html