Süneklik Nedir?

Süneklik; kesitte, elemanda ve taşıyıcı sistemde belirli bir yükleme biçimi ve buna karşı gelen şekil değiştirme ve yerdeğiştirme gözönüne alınarak, elastik ötesi şekil değiştirme ve yerdeğiştirme kapasitesi olarak tanımlanır.

Sistem süneklik oranı ise; göçme sırasındaki toplam şekil değiştirmeler ile lineer şekil değiştirmelere oranlanarak tanımlanmaktadır. Sistem süneklilik oranının büyük değerler alması sonucu, yapı göçmeden önce yeterli düzeyde lineer olmayan şekil değiştirme yapabilmesini sağlamaktadır.

Süneklik, sistemi elastik sınırın ötesinde zorlayan etkiler altında, enerji tüketimini ve taşıyıcı elemanların karşılıklı etkileşerek yardımlaşmasını sağlamak için, düşey yükler altındaki davranıştan daha çok dinamik deprem etkilerin karşılanmasında önem kazanır.

Yapıda büyük hasarların ve tümden göçmenin önlenmesi, taşıyıcı sistemin yatay yük dayanımının büyük bir kısmını büyük elastik ötesi yerdeğiştirmelerde de devam ettirebilmesi ile mümkündür. Taşıyıcı sistemin veya elemanlarının veya kullanılan malzemenin elastik ötesi davranışta da, şekil ve yer değiştirmeler artarken, dayanımın önemli bir kısmını azalmadan sürdürme özelliği süneklik olarak isimlendirilir. Sünek kavramı aynı zamanda büyük şekil ve yer değiştirme yapabilme, tekrarlı yüklemede enerji tüketebilme özelliğini de içerir. Şekilde sünek olan ve sünek olmayan (gevrek) davranışa ait yük-yer değiştirme eğrileri gösterilmiştir.

Eğrinin yataya yakın olarak devam etmesi durumunda, göçme olmadan yapı yük taşımaya devam edecektir. Bu durumda sisteme giren enerjinin bir kısmı doğrusal olmayan davranış sebebiyle tüketilirken, büyük şekil değiştirmeler elemanlar arası yardımlaşmaya imkan verecek ve taşıma kapasiteleri olan elemanların devreye girmesi sağlanacaktır. Depremde en büyük hasar nedeni sünekliğin sağlanamaması olarak gözlenmiştir. Matematiksel olarak süneklik, ulaşılabilecek toplam yerdeğiştirmenin (şekil değiştirmenin) elastik sınıra erişildiğindeki yerdeğiştirmeye (şekil değiştirmeye) oranı olarak tarif edilebilir.

μ=Δ_u/Δ_y

Deprem etkisi altında yapı tasarımında süneklik kavramı, ekonomi ve can güvenliği açısından ele alınan temel kabullerdendir. Süneklik, belirli hasarların kabul edilmesi ilkesine dayandığından, kesit ve sistemlerin davranışlarının sınırlandırılması gerekmektedir. Bu amaçla tüm deprem yönetmeliklerinde süneklik ile ilgili tanım ve koşullara geniş açıklamalar getirilmiştir. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği ve Deprem Yönetmeliğinin Eğitim El Kitabında da bu koşullar açık bir dille şu şekilde ifade edilmiştir;

Depreme dayanıklı olarak tasarlanmış bir yapının tersinir yükler altında yeterli deprem performansını gösterebilmesi yatay yük taşıyıcı elemanların enerji tüketme kapasitelerine bağlıdır. Taşıyıcı elemanların ve dolayısıyla da yapının sünekliğini artırarak ve plastik mafsalların oluşmasına izin vererek yapıya etkiyecek olan deprem kuvveti sınırlandırılmakta ve enerji tüketim kapasitesi arttırılabilmektedir.

Süneklik deprem yüklerinin doğrusal olmayan davranışla karşılanmasında önemli bir yer tutar. Süneklik, dayanımda kayda değer bir azalma olmadan elastik ötesi şekil değiştirmeler yapabilme yeteneği ve kararlı çevrimsel davranışla deprem enerjisini tüketebilme yeteneği olarak tanımlanabilir. (Süneklik İngilizcesi; Ductility)

Seyrek meydana gelecek şiddetli deprem etkisini, yapının elastik davranışının üzerinde şekil değiştirerek (kontrollü hasar ile) karşılaması öngörülür. Böyle bir durumda, elastik olmayan davranış önem kazanır. Kesitin, elemanın veya taşıyıcı sistemin, elastik sınırı geçip, etkilerde önemli değişiklik olmadan sünerek şekil değiştirme yapması beklenir. Böylece depremin dinamik etkisi, elastik enerji türüne dönüştürülür veya tüketilir. Artan yükleme durumunda sünme bölgesinin uzun olması ile ve tekrarlı yön değiştiren yükleme durumunda ortaya çıkan çevrimlerin geniş olması ile süneklik artar. Süneklik ölçüsü, μ= dmax / dy olarak tanımlanır.

Süneklik, güç tükenmesi sırasında, elastik olmayan büyük şekil veya yerdeğiştirmelerin ortaya çıkması olarak da kabul edilebilir. Donatının akmaya erişmesini sağlamak için, kesitteki donatı oranına bir üst sınır getirilir. Bir yapı sünekse, deprem sırasında zeminden yapıya iletilen enerjinin büyük bir kısmı, elastik sınırın ötesindeki büyük genlikli titreşimlerle, yapının dayanımı önemli bir kayba uğramadan tüketilir. Süneklik sayesinde, yüklemenin aşırı artması durumunda akmaya ulaşan kesitlerde plastik şekil değiştirmelerle enerji tüketilirken, iç kuvvetlerin daha az zorlanan kesitlere dağılması sağlanır. Ancak, sünekliğin müsaade edilen hasarla orantılı olduğu unutulmamalıdır. İyi düzenlenmiş sünek bir taşıyıcı sistemde, deprem enerjisi, kontrolü hasarlarla, göçmeden uzak kalınarak karşılanır. Sünekliğin gereği olan plastikleşme bölgelerinin meydana gelebilmesi için, sistemin yüksek mertebeden hiperstatik olması gerekir. (Rijitlik ve Dayanım Kavramları Nelerdir?)

Yapıda büyük hasarların ve toptan göçmenin önlenmesi, taşıyıcı sistemin yatay yük dayanımının büyük bir kısmını elastik ötesi büyük yerdeğiştirmelerde de devam ettirebilmesi ile mümkündür. Taşıyıcı sistemin, elemanlarının ve malzemesinin elastik ötesi davranışta da, şekil ve yerdeğiştirmeler artarken, dayanımının önemli bir kısmım sürdürme özelliği de sünekliğe bağlıdır.

Taşıyıcı sistemin sünek davranış göstermesi için, kullanılan malzemelerin sünek olması gerekir. Donatının basmç gerilmeleri altında da sünek davranış gösterebilmesi için burkulmaya ve betona olan kenetlenmesi sonucu oluşacak sıyrılmaya karşı korunmuş olması gerekir.

Betonarme kesitlerin eğilme momenti etkisinde, donatının akma gerilmesine erişmesi sonucu meydana gelen güç tükenmesi sünektir. Buna karşılık kesme kuvveti altında eğik basmç gerilmelerinin betonda oluşturduğu güç tükenmesi sünek olmayan biçimde meydana gelir. Bunun gibi, donatı ile beton arasında kenetlenmenin sağlanmaması sonucu donatının betondan sıyrılması ile ortaya çıkan güç tükenmesi de sünek değildir.

Depreme dayanıklı yapı tasarımında genel eğilim sünek taşıyıcı sistemlerin teşvik edilmesi şeklindedir. Bunun yanında, planda ve düşey kesitte düzenli taşıyıcı sistenim seçimi ve elemanların birleşim bölgelerinde gösterilecek özen önemlidir. Ayrıca, taşıyıcı sistemde yatay yerdeğiştirmeleri sınırlandıracak rijitliğin oluşturulması ve bu suretle taşıyıcı olmayan elemanlarda meydana gelebilecek hasarların azaltılması diğer önemli bir husustur.

Deprem etkisine karşı tasarımda kesitler tasarım depreminin ve diğer öngörülen etkilere karşı koyacak şekilde taşıyıcı sistem tasarlanırken, tasarım depreminin üzerindeki depremde özellikle düşey taşıyıcıların dayanımlarını kaybederek tüm sistemin toptan göçmesinden veya burkulma gibi sünek olmayan ani güç tükenmesinden uzak kalınması istenir. Bu amaçla, kuvvetli bir deprem durumunda, sistemin elastik ötesi davranışı gözönüne alınarak Güç Tükenme Biçimi’nin incelenmesi gerekir. Bu amaçla elemanlarda güç tükenmesinin sünek türden oluşması ve güç tükenmesinin birleşim bölgelerinde değil, elemanlarda sünek biçimde ortaya çıkması sağlanır. Bu durumun ancak sınırlı sağlandığı yapılarda elastik deprem yüklerinin daha düşük bir deprem yükü azaltma katsayısı ile azaltılır. Nitekim TBDY’de deprem yönetmeliklerinin sünekliği göreli olarak yüksek olmayan sınırlı sünek sistemlerde daha küçük taşıyıcı sistem davranış katsayısı, dolayısıyla daha küçük deprem yükü azaltma katsayısı öngörülmesi bu düşüncenin sonucudur. (Plastik Mafsal Nedir?)

Kesit, kesitlerin oluşturduğu eleman ve elemanların oluşturduğu taşıyıcı sistem için ayrı ayrı süneklik tanımlanabilir. Taşıyıcı sistemin sünek davranış göstermesi için kullanılan malzemeler sünek olmalıdır. Donatının kopma gerilmesinin öngörülen değeri sağlaması yanında kopma uzamasının da yönetmelikte verilen sınırın altına düşmemesi gerekir. Bunun yanında donatının basınç gerilmeleri altında da sünek davranış gösterebilmesi için burkulmaya karşı korunmuş olması önemlidir. Beton, esas olarak basınç gerilmelerini taşır ve en büyük kısalması sınırlı bir değere sahiptir. Betonda sıklaştırılmış etriye düzeni ile yanal basınç oluşturarak, betonun basınç dayanımını ve özellikle ulaşabileceği en büyük birim kısalma değerini artırmak mümkündür.

Betonarme elemanların eğilme momenti altında donatının akma gerilmesine erişmesi sonucu meydana gelen güç tükenmesi sünektir. Buna karşılık kesme kuvveti altında eğik çekme gerilmeleri veya eğik basınç gerilmelerinin betonda oluşturduğu güç tükenmesi gevrek olarak meydana gelir. Bunun gibi, donatıile beton arasında aderansın sağlanmaması sonucu donatının betondan sıyrılması ile ortaya çıkan güç tükenmesi de gevrektir. Kirişsiz döşemelerde ortaya çıkan zımbalama güç tükenmesi de gevrek türdendir.

Bir sistemin süneklik düzeyinin artırılması, yüksek olabilmesi için özellikle şu hususların sağlanması gerekir;

• Kiriş ve kolonlarda sık etriye düzeni kullanılarak, betonun hem dayanımı ve hem de sünekliği arttırılmalıdır. Örneğin, depremde en çok zorlanması beklenen kolon-kiriş birleşim bölgelerine yakın kiriş ve kolon kesitlerinde etriye sıklaştırılmasının yapılması gibi,
• Betonarme elemanlarda sünek güç tükenmesinin, gevrek olandan daha önce ortaya çıkması sağlanmalıdır. Örneğin, kiriş ve kolon gibi elemanlarda ve birleşim bölgelerinde gevrek güç tükenmesi ortaya çıkaran kesme kuvveti kapasitesinin, sünek güç tükenmesi ortaya çıkaran eğilme momenti kapasitesinden yüksek tutulması gibi.

Seçilen bir deprem etkisine karşı taşıyıcı sistemin gerekli dayanıma sahip olması boyutlandırmanın esasını teşkil eder. Dayanımın sağlanması sadece kesitte gerekli donatının bulunması olarak kabul edilmemelidir. Donatının aderansının sağlanması, gerekli kenetlenme boyuna sahip olacak şekilde başlangıç ve bitiş yerlerinin seçilmesi ve betonun yerleştirilmesini zorlaştıracak donatı düzenlerinden kaçınılması da dayanımın oluşması için gereklidir. Ayrıca konstrüktif kurallara uyulması da öngörülen dayanımın oluşmasında önemlidir.

Kaynaklar; TBDY-2018 , TBDY 2018 Eğitim Elkitabı, Zekai Celep Ders Notları