Öngerilmeli Beton Teorisi

Öngerilme, betonun güçlendirilmesi için kullanılan teknolojik bir yöntemdir. Dışarıdan uygulanan yükler, bir betonarme elemanın imalatı ve ömrü boyunca betonda iç gerilmeleri (kuvvetleri) tetikler. Beton, öngörülen bu streslere karşı öngerilir.

Ön-Germe ve Ard-Germe olmak üzere iki temel ÖNGERİLME yöntemi vardır.

Öngerilmiş Öngerilmeli Beton

Ön Germe, genellikle Prekast beton ile ilişkilidir. "Pre" öneki beton dökülmeden önce gerilmiş ön germe çeliği anlamına gelir. Bu yöntemde, önce yüksek mukavemetli çelik şeritler veya teller payandalar arasına sıkıştırıp gerilir, sonrasında ise beton çelik etrafına dökülür.

Beton belirli bir mukavemete ulaştığında, öngerme kuvvetlerini betona aktarmak için çelik elemanların uçları payandalar arasından kesilir. Bu süreç tipik olarak prekast tesislerinde gerçekleştirilir ve tamamlanan öngermeli beton eleman iş alanına taşınarak montajı gerçekleştirilir.

Ard-Gerilmiş Öngerilmeli Beton

Betonun ön gerilmesinin diğer bir yöntemi ise Ard Germe olarak adlandırılır. "Ard" önekinden de anlaşılacağı üzere, ön germe çeliğinin beton dökülmesinden ve betonun yeterli mukavemete ulaşmasından sonra gerilmesi anlamına gelir. Ön germe de olduğu gibi yüksek dayanımlı çeliğin payandalar arasında prekast tesisinde hazırlanıp gerilmesi yerine, çelik elemanın montajı yüklenicinin imalat sahasında, kalıp, beton ve demir imalatının tamamlanmasından sonra yapılır.

Yüksek mukavemetli öngerme çeliği, kılıf veya kanallar içerisine yerleştirilir ve yük aktarımını yapabilmek için, özel olarak tasarlanmış ankraj ekipmanları öngerme çeliği uçlarındaki beton üzerine yerleştirilir. Beton yeterli mukavemete ulaştığında (niahi mukavemetinin min %75’i), çelik betonda öngerilme oluşturması için gerilir.

Ard germe, ön gemenin tüm avantajlarına sahiptir ve yapıdaki son konumu da dahil olmak üzere (yerinde dökme de dahil) imalatın her yerde yapılmasına imkan tanır. Öngerme den üstün olduğu birçok yönü bulunmaktadır.

Öngerilmeli betonun esaslarını anlamak için çelik ve betonun yapısal özelliklerinin farkında olmak önemlidir. Beton, basınç da çok güçlüdür ancak çekme de nispeten zayıftır.

Yük altındaki bir beton eleman sapar (Dönmeye çalışır). Basitçe desteklenen bir kirişle (Şekil 1.3'de gösterildiği gibi) bu sapma üstte basınca ve destekler arasındaki beton elemanın orta bölgesinin (Desteksiz bölge-açıklığın ortası) altında ise gerilmelere neden olur. Sürekli kirişlerde (yani, betonun ve çeliğin bir veya daha fazla iç destek üzerinde sürekli olduğu) gerilme, genellikle elemanın orta bölümünde (Desteksiz bölüm)altta ve destek elemanlarının(kolon) üst kısmında oluşur (Şekil 1.5)

Beton çekmeye fazla dayanamayacağından, çekmelerin oluştuğu bölgelerde kırıklar(çatlaklar) meydana gelebilir.

Eğer betona hiçbir donatı koyulmaz ise, beton bu çekme-gerilme noktalarında yenik düşer ve kırılır (Şekil 1.4).

Klasik betonarme imalatlarında gerilmelere karşı koymak ve kırılmayı(Çatlamayı) kontrol etmek için bu bölgelere güçlendirici çelik çubuklar yerleştirilir, bakınız Şekil 1.5. Öngerilmemiş betonarme imalatlarda yapı, betonun çatlayacağı ve gerilmelerin çoğunun çelik çubuklar(Donatılar) tarafından taşınacağı varsayımıyla tasarlanmıştır.

Yüklemeyle oluşan gerilmelere karşı koyacak kuvveti oluşturmak için, betondaki gerilme kuvvetinin bir bölümünü karşılayacak şekilde, bir yapıya veya elemanına öngerme çeliği ilave edilebilir. Bu karşı koyma kuvveti, öngerme çeliğinin bir kesit boyunca kiriş veya döşeme içerisine yerleştirilmesi ile gerçekleştirilir.

Çeliğin profili tipik olarak, mesnetlerin (sütun veya duvar) üzerinde yüksek noktada ve yayılma alanının merkezinde veya yakınında düşük bir noktadadır. (Şekil 1.6) Bu şekilde yerleştirilen öngerilme çeliğine bir ön germe kuvveti uygulandığında, tendon uzunluğu ve hattı boyunca bir kaldırma kuvveti oluşturur ve böylece yüklemeden kaynaklanan hareketi önler. Buna ek olarak, ankraj elemanının bulunduğu bölgelerde öngerme kuvveti uygulanmasıyla da gerilen tendonların oluşturduğu basınç beton eleman üzerindeki, gerilmenin bir kısmını karşılar.

Kaldırma kuvveti miktarı, kullanılan öngerme çeliğinin miktarı ve tendonların yerleşim profiline(hattına) göre değişiklik gösterir. Tasarımcı istenen kaldırma kuvveti seviyesini elde etmek için her iki faktörden de (miktar ve profil) yararlanabilir.