Güçlü Yapı İçin Güçlü Dost “FRP”
Bir malzeme düşünün ki kullanıldığı yapının dayanımını %70 oranında artırsın ve bazı noktalarda hayat kurtarsın. Bu malzemenin adı fiber takviyeli polimerdir. FRP donatı, levha ve kumaş şeklinde olabilmektedir. En yaygın kullanılanı kumaş şeklinde olandır. Bu yazımızda güçlendirme ve onarım çalışmalarında sıkça kullanılan FRP kumaştan bahsedeceğiz.
Yapılara kullanım süreleri boyunca etkiyen servis yükleri, deprem yükleri, rüzgar yükleri gibi etkiler nedeniyle yapının dayanımının düşmesi, binanın başka bir amaçla kullanılacak olması, sisteme daha farklı yüklerin gelecek olması gibi durumların sonucunda ya da sadece bina performansını artırmak amacıyla yapılan tüm çalışmalara/müdahalelere “güçlendirme” adı verilir. Betonarme yapı elemanlarında, farklı tasarım hataları ve yapısal düzensizliklerden dolayı, birçok hasar meydana gelmektedir. Betonarme binalarda genellikle kötü işçilik ve yapım hatalarından kaynaklı hasarlar gözlenmiştir. Bu tür yapıların taşıyıcı sistemlerinde; yetersiz etriye kullanımı, kısa kolon, güçlü kiriş zayıf kolon gibi birçok düzensizlikten dolayı ağır hasarlar meydana gelmiştir. Deprem kuvveti bu tarz eksikliklerden dolayı yıkıcı bir sonuç doğurabilir. Yapım yılı eski olan bir yapıyı güçlendirmek, tasarımsal veya düzensizlik hatalarından dolayı güçlendirmek veya sağlam olup depremde hasar almış bir binayı güçlendirmek için kullanılan bir malzemedir.
FRP ilk olarak 1975 yılında Rusya’da FRP takviyeli donatı çubukları olarak kullanılmıştır. Japonya’da, FRP 1990’lı yıllarda betonarme yapıların güçlendirilmesinde kullanılırken, Amerika Birleşik Devletleri’nde ise bu kompozitler yaklaşık son 25 yıldır güçlendirme çalışmalarında kullanılmaktadır. Ülkemizde bir süredir güçlendirme çalışmalarında yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır.
FRP yüksek mekanik mukavemeti, hafifliği, yalıtımı, pürüzsüz iç yüzey, karmaşa şekiller oluşturma kolaylığı, tamir kolaylığı gibi avantajlara sahiptir. Bunlar haricinde bazı dezavantajları da vardır. Yüksek maliyete sahip olması, yüksek sıcaklıklarda zayıf performans göstermesi ve ıslak yüzeylere uygulanamamasıdır.
FRP malzemelerin yüksek eğilme ve çekme mukavemetleri gibi mekanik özelliklerinden dolayı, güçlendirme çalışmalarındaki yapısal davranışları oldukça önemlidir. Astar, epoksi ve yüksek dayanımlı tamir harçlarıyla birlikte uygulanmaktadır. Kumaşın uygulanacağı yüzeye öncelikle astar uygulanıyor. Daha sonra tamir harcı yapılarak yüzey düzleniyor. Ve en son aşama FRP kumaş epoksi ile yüzeye yapıştırılıyor.
FRP hakkında birçok deneyler yapılmakta ve bu deneyler sonucunda malzemenin yapıya olan katkısı analiz edilmektedir. Temellerde, kolon kiriş birleşimlerinde, döşemelerde, köprülerde, tünellerde, bacalarda, silolar ve borular bazı kullanım alanlarıdır. Kolon, kirişler ve donatıya sarılarak yapılan deney çalışmalarında görülmüştür ki; yapı elemanlarında farklı yükler altında özellikle yetersiz etriye kullanılmasından dolayı; Düşük kesme kuvveti kapasitesi, düşük süneklik ve enerji tüketme kapasitesi değerleri elde edilmekte ve bu elemanlar gevrek özelliğe sahip davranışlar sergilemektedirler. FRP ile güçlendirilen yapı elemanları ise, sünek davranış göstererek, hasar oluşumları engellenmiş ve böylece bu elemanların sismik yükler altında yapısal davranışı gelişmiştir. Sünek davranış ile hasar alarak gevrek davranışın önüne geçilmesine katkı sağlıyor. Böylece yapı ayakta kalarak enerji tüketmeye devam ediyor. Kısacası binanın deprem esnasında boşaltılmasına imkan sağlıyor.
Ülkemizde de son yaşadığımız deprem felaketinde Hatay’da ikiz binalardan biri yıkılmıyor. Yıkılmayan bu bina incelendiğinde daha öncesinde FRP kumaş ile güçlendirme çalışması yapıldığı tespit edilmiş. Faydasını bu örnekte görmüş oluyoruz. Ayrıca, bu kompozitler, plastik şekil değiştirme esnasında, birçok kılcal çatlak oluşmasını engellemiş ve ilk çatlak oluşumundan sonra yük taşıma kapasitesi artarak şekil değiştirmeye devam etmiştir.
FRP’nin 4 farklı türü vardır. Bunlar; CFRP, GFRP, AFRP, BFRP’dir.
- CFRP, karbon fiberler son derece hafif ve güçlü bir FRP kompozit malzeme türüdür. Bu kompozit son derece yüksek gerilme mukavemetine sahiptir ve ayrıca çeliğe benzer şekilde ultra sünek bir davranış gösterir. Bu malzemeler en yüksek çekme dayanımına ve güçlendirmelerde geniş kullanım alanına sahip olan kompozitlerdir.
- GFRP, Cam elyafı olarak da bilinir. GFRP yüksek mukavemete sahiptir ve ayrıca; mükemmel ısı yalıtımı, yüksek ısı direnci ve düşük maliyete sahip olma özelliğiyle köprülerde, tarihi yapılardave betonarme yapı elemanlarında güçlendirme malzemesi olarak kullanılmaktadır.
- AFRP, Aramid elyaflar yapay yüksek performanslı, orta derecede sert polimer zincirler ile üretilmiş ve ısıya dayanıklı olarak sınıflandırılmış, güçlü sentetik elyaflardır. Aramid elyaf, genelde savunma ve otomotiv sanayisinde etkili bir şekilde dayanıklı kumaşlar olarak kullanılır. En pahalı FRP türüdür.
- BFRP, Bazalt lifleri, ince liflerden yapılmış kompozit malzemelerdir. BFRP, inşaat sektörü için yeni kompozit malzeme olarak tasarlanan alternatif polimerik kompozittir. Üretiminin az olması sebebiyle maliyeti yüksektir.
Ülkemizde en çok kullanılan karbon fiber takviyeli elyaftır. Doğru uygulamalar ile oldukça başarılı sonuçlar alınan bu malzemenin, üniversitemdeki laboratuvar çalışmalarında deney hazırlıkları aşamasında az süreyle görme fırsatım olmuştu. Malzemeyi deney için makasla kestiğimizde çok ince saç gibi bir yapısı olduğunu gördük. Bu tek yönlü ve iki yönlü %100 karbon liflerinden oluşan malzeme deprem kuvvetine karşı sağlam durmakta. Her yapının FRP gibi onu sarıp sarmalayan, zorlu anlarda koruyan bir arkadaşı olmalı ?
İTÜ’nün bu malzemeyi kullanarak yapmış olduğu deneyin videosu malzemenin önemini gözler önüne sermekte. İzlemenizi tavsiye ederim. İzlemek isteyenler için videonun linki;
Okuduğunuz için teşekkürler.
kullanılan kaynaklar:
Süleyman Demirel Üniversitesi- Yapı Anabilim Dalı Araştırma Görevlisi Abdullah Gündoğay
https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/1299960
https://afzir.com/tr/what-is-frp/