Aderans ve Donatı Kenetlenmesi Nedir?

Betonarme tasarımın en kritik ancak en çok ihmal edilen konularından biri, donatı ile beton arasındaki aderans (donatı kenetlenmesi) mekanizmasıdır. Bir yapının kapasite tasarımı ne kadar mükemmel olursa olsun, eğer donatı betona yeterince kenetlenmemişse, çelik akma dayanımına ulaşamadan betondan sıyrılır. Bu durum, sistemin tüm süneklik kabiliyetini yok eden gevrek bir göçme ile sonuçlanır.

Bu yazıda, Donatı Kenetlenmesi ve Bindirme Boyu kavramlarını, mekanik altyapısı ve yönetmelik sınırlarıyla teknik bir mercekle inceliyoruz.

1. Aderans Mekanizması: Çelik ve Beton Nasıl Kenetlenir?

Betonarme bir elemana yük bindiğinde, çelik ve betonun birlikte çalışabilmesi için aralarında bir gerilme aktarımı olması gerekir. Bu aktarımı sağlayan üç temel bileşen vardır:

1. Kimyasal Yapışma (Adhezyon): Betonun donatı yüzeyine mikroskobik düzeyde yapışmasıdır. Çok düşük yüklerde etkilidir.
2. Sürtünme Kuvveti: Donatı yüzeyindeki pürüzlülük ve betonun büzülmesi (rötre) sonucu donatıyı sıkmasıyla oluşur.
3. Mekanik Kenetlenme (Diş Etkisi): Nervürlü donatılarda, nervürlerin beton içine bir “kama” gibi girmesidir. Modern betonarme tasarımının ana dayanağı budur.

2. Kenetlenme Boyu (l_b​) Hesabı ve Fiziksel Parametreler

Kenetlenme boyu, bir donatının üzerine binen çekme kuvvetini, betondan sıyrılmadan tamamen betona aktarabilmesi için gereken minimum mesafedir. Hedefimiz, donatının sıyrılmadan önce akma dayanımına (f_yd​) ulaşmasını sağlamaktır.

Aderans Dayanımı (f_bd​)

TBDY 2018 ve TS 500’e göre karakteristik tasarım aderans dayanımı şu formülle belirlenir:

f_{bd} = 0.35 \cdot \eta \cdot f_{ctd}

• f_ctd​: Betonun tasarım çekme dayanımı.
• η: Donatı konum katsayısı. Beton dökümü sırasında donatının konumu aderansı etkiler. Örneğin, kiriş üst donatılarında betonun altında biriken su ve hava boşlukları nedeniyle aderans %30’a kadar düşebilir (η=0.7).

Temel Kenetlenme Boyu (l_b,rqd​)

Gerekli olan temel kenetlenme boyu, donatının üzerindeki kuvvetin aderans alanına bölünmesiyle elde edilir:

l_{b,rqd} = \frac{\phi}{4} \cdot \frac{f_{yd}}{f_{bd}}

Burada ϕ donatı çapıdır. Formülden anlaşılacağı üzere; donatı çapı büyüdükçe veya çelik dayanımı arttıkça, gereken kenetlenme mesafesi de doğrusal olarak artar.

3. Bindirmeli Ekler ve Kuvvet Aktarımı

Betonarme elemanlarda donatı boyları sınırlıdır (genellikle 12 metre). Donatıların sürekliliğini sağlamak için yapılan bindirmeli eklerde kuvvet, bir çubuktan diğerine doğrudan geçmez. Kuvvet, donatıdan betona, betondan da diğer donatıya bir “basınç diyagonali” mantığıyla aktarılır.

Bindirme Boyu (l₀​) Hesabı

Bindirme boyu, temel kenetlenme boyunun belirli katsayılarla (a1​) artırılmasıyla bulunur:

l_{0} = \alpha_{1} \cdot l_{b}

• Kritik Bölgeler: Çekme bölgesindeki donatıların ek yerlerinde a1​ katsayısı artırılır.
• Şaşırtmalı Ekler: Tüm donatıların aynı kesitte eklenmesi, betonda büyük çatlaklara yol açar. Bu yüzden eklerin “şaşırtmalı” yapılması hayati önemdedir.

4. Kenetlenmeyi Etkileyen Sınır Durumlar

Yarılma ve Sıyrılma

Kenetlenme yetersizliğinde iki tip kırılma görülür:

• Sıyrılma: Beton çok güçlü ancak kenetlenme boyu çok kısaysa donatı yerinden “çıkar”.
• Yarılma: Donatı etrafındaki beton örtüsü (paspayı) yetersizse, donatının yarattığı yanal basınç betonu dışarı doğru patlatır.

Paspayı ve Etriye Etkisi

Paspayının kalın olması, yarılma kırılmasını engeller. Ayrıca, kenetlenme ve bindirme bölgelerindeki etriye sıkılaştırması, betonu bir sargı gibi tutarak donatının betondan ayrılmasını fiziksel olarak zorlaştırır.

5. Uygulamada Yapılan Teknik Hatalar

1. Plastik Mafsal Bölgelerinde Ek Yapmak: Kiriş uçları ve kolon alt/üst bölgeleri (sarılma bölgeleri) plastik mafsalların oluştuğu yerlerdir. Bu bölgelerde bindirmeli ek yapmak, deprem anında “sigortanın” tam ortasından kopmasına neden olur.
2. 90 Derece Kanca Yanılgısı: Kenetlenmeyi sağlamak için yapılan kancalar, beton çekirdeğinin içine doğru (135 derece) bükülmelidir. Dışa bakan veya yetersiz bükülen kancalar, beton çatladığı an yük taşıma özelliğini kaybeder.
3. Donatı Sıklığı: Çok fazla donatının bir araya geldiği bindirme bölgelerinde betonun donatı aralarına girememesi, aderansı sıfıra indirir.

Özet: Mühendislik Notu

Kapasite tasarımı ile belirlediğiniz “Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş” mekanizmasının çalışabilmesi için, donatının betonla olan bağının asla kopmaması gerekir. Kenetlenme boyu bir detay değil, yapısal güvenliğin ön şartıdır. Hesaplarda çıkan l_b​ değerlerini “yuvarlayarak” azaltmak, binanın süneklik kapasitesinden doğrudan çalmaktır.