T.C. ERZURUM TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK ve MİMARLIK FAKÜLTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESİ Anabilim Dalı Dr. Türkay KOTAN ERZURUM 2016 İÇERİK 1. Malzemenin Önemi 2. Malzeme Özelliklerinin Gerekliliği 3. Yapı Malzemesi Anabilim Dalı 4. Malzeme Nedir? 5. Malzemelerin Sınıflandırılması 6. Yaygın Bir Yapı Malzemesi Olarak BETON nedir? 7. Yaygın Bir Yapı Malzemesi Olarak YAPI ÇELİĞİ nedir? 8. Malzemelerin Mühendislik Özellikleri 2 Erzurum Teknik Üniversitesi 1
1. Malzemenin Önemi Genel anlamda mühendis; insanların beslenme, barınma ve enerji gibi toplumsal ihtiyaçlarını karşılamak için, bilimin ve fennin ışığında ekonomik ve fonksiyonel çözümler geliştirerek, bunların hayata geçirilmesinde hizmet veren kişidir. Nitekim inşaat mühendisleri de, insanların barınma, korunma, ulaşım ve enerji gibi doğal ihtiyaçlarına cevap verebilecek binalar, barajlar ve yollar gibi çok çeşitli mühendislik yapılarının tasarımı ve inşasından sorumludur. İnşaat mühendisleri, bu yapıları inşa etmek için çeşitli malzemeler kullanmaya ihtiyaç duyar ve dolayısıyla bu malzemelerin özelliklerini tanımak ve davranışlarını bilmek zorundadırlar. 3 Erzurum Teknik Üniversitesi 2. Malzeme Özelliklerinin Gerekliliği İşte tüm mühendislik dalları için geçerli olan bu durum, malzemelerin önemini ve malzeme biliminin gerekliliğini ortaya koymaktadır. Öyle ki, inşa etmekle sorumlu olduğumuz mühendislik yapılarında mutlaka olması istenen; güvenlik, ekonomiklik, işlevsellik, estetiklik ve kalıcılık nitelikleri, bu yapıların doğru tasarımı ile birlikte, inşasında amaca en uygun malzemelerin kullanılmasıyla sağlanabilir. Bu da, inşaat mühendislerinin yeterli düzeyde malzeme bilgisine sahip olması ve yapı malzemelerini yeterince tanımasıyla mümkündür. 4 Erzurum Teknik Üniversitesi 2
3. Yapı Malzemesi Anabilim Dalı Bu amaçla Yapı Malzemesi Anabilim Dalı, mühendislik yapılarında taşıyıcı veya detay amaçlı kullanılan çeşitli yapı malzemelerinin özelliklerini ve yeni yapı malzemelerinin üretimini araştıran bir bilim dalıdır. İnşaat Mühendisliği Bölümüzde, Yapı Malzemesi Anabilim Dalı kapsamında; Genel Kimya (1.yy) Malzeme Bilimi (3.yy) Yapı Malzemeleri (4.yy) zorunlu dersleri yanında, Betonarme Yapılarda Kalıcılık Beton Teknolojisi dersleri de teknik seçmeli dersler olarak yürütülmektedir. 5 Erzurum Teknik Üniversitesi 4. Malzeme Nedir? Genel anlamda malzeme, doğada canlıların ihtiyacına yönelik bir amaç için kullanılan, doğal yada yapay olarak üretilmiş katı maddelerdir. Örneğin; insanların enerji ihtiyacını karşılamak için inşa edilen bir dolgu baraj yapımında doğal toprak ve kaya malzemeleri kullanılırken, insanların barınma ihtiyacını karşılamak için inşa edilen bir bina inşaatında beton, çelik, ahşap, cam ve plastik gibi yapay olarak üretilen malzemeler kullanılabilir. 6 Erzurum Teknik Üniversitesi 3
5. Malzemelerin Sınıflandırılması Bu çok çeşitli olan ve farklı özellikler gösteren malzemeleri ayrı ayrı ele alarak incelemek imkânsızdır. Bu yüzden malzemelerin iç (atomik) yapılarını ve atomlararası bağ türlerini dikkate alarak, yapı ve özellikleri benzer olanları sınıflara ayırarak ortak yanlarını tanıtmak daha uygundur. 1. METALİK Malzemeler (yapı çeliği, çinko, bakır, alüminyum vb.) 2. SERAMİK Malzemeler (tuğla, seramik paklamalar, beton gibi) 3. PLASTİK (Polimer) Malzemeler a) Lineer Polimerleri (Termo plastikler), (PET, PVC, EPS, XPS gibi) b) Uzayağı Polimerleri Termo-set plastikler) (bakalit,epoksi gibi) 7 Erzurum Teknik Üniversitesi 6. Yaygın Bir Yapı Malzemesi Olarak BETON nedir? Beton ve çelik malzemeleri, inşaat endüstrisinde taşıyıcı elemanların üretiminde en yaygın olarak kullanılan malzemelerdir. Beton; agrega (kum ve çakıl), çimento, su ve gerektiğinde bazı katkı maddelerinin (mineral ve kimyasal) uygun oranlarda karıştırılmasıyla elde edilen, başlangıçta şekil verilebilir plastik bir kıvamda olup, zamanla katılaşarak dayanım kazanan kompozit türden bir malzemedir. Beton, iyi olan basınç dayanım özelliğinden dolayı, taşıyıcı yapı elemanlarında oluşan büyük basınç gerilmelerini taşıma amacına uygun bir malzemedir. 8 Erzurum Teknik Üniversitesi 4
6. Yaygın Bir Yapı Malzemesi Olarak BETON nedir? Ayrıca beton, taze iken şekil verilebilir olması dolayısıyla istenilen boyuttaki taşıyıcı elemanların üretimine elverişli olması, bileşenlerinin hemen her yerde kolay bulunabilmesi ve diğer yapı malzemelerine göre ekonomik ve dayanıklı olması avantajlarına sahiptir. Ancak betonun kendinden beklenen dayanım ve diğer performans özelliklerine sahip olabilmesi için, bileşimindeki malzemelerin ve miktarlarının doğru belirlenmesi, ayrıca dış etkilere karşı dayanıklılığını sağlayacak tedbirlerin alınması gerekir. İşte betonun tüm bu özelliklerinin sağlanabilmesi ve çok çeşitli beton türlerinin üretiminin gerçekleştirilmesi, yapı malzemesi anabilim dalının ilgilendiği konulardır. 9 Erzurum Teknik Üniversitesi 7. Yaygın Bir Yapı Malzemesi Olarak YAPI ÇELİĞİ nedir? Öte yandan yapı çeliği ise, dayanım özellikleri iyi ve sünek karakterli kırılma davranışıyla, yapı elemanlarında oluşan büyük çekme kuvvetlerinin taşıtılması amacına uygun bir malzemedir. Fakat, çeliğin bu dayanım özelliklerinin deterministik olarak belirlenmesi ve korozyon (paslanma) ve yangın gibi yıpratıcı dış etkilere karşı dayanıklılığının sağlanması yapı malzemesi anabilim dalının ilgilendiği bir diğer konudur. Nitekim, yapı malzemelerinin çeşitli özelliklerini belirlemek ve incelemek için, malzeme örnekleri üzerinde sıkça muayene deneyleri yapılır. Betonun basınç dayanımı tayini için beton basınç deneyi ve çeliğin dayanım ve diğer mekanik özelliklerinin tayini için çekme deneyi yapılır. 10 Erzurum Teknik Üniversitesi 5
8. Malzemelerin Mühendislik Özellikleri Malzemelerin mühendislik özellikleri 3 ana grupta incelenebilir. Bunlar; 1. ELEKTRİKSEL Özellikler (İletkenlik, manyetik, optik ve ısıi özellikler gibi) 2. FİZİKSEL Özellikler (Birim ağırlık, porozite, geçirimlilik ve akustik gibi) 3. MEKANİK Özellikler (Dayanım, E-modülü, şekildeğiştirme ve poisson oranı gibi) Yapı Malzemesi Anabilim Dalı, çeşitli yapı malzemelerinin özellikle fiziksel ve mekanik özelliklerini araştırır, ortaya koyar ve çeşitli mühendislik yapılarının inşasında, amaca en uygun olan malzemelerin seçilmesi ve kullanılmasını sağlamaya çalışır. 11 Erzurum Teknik Üniversitesi 8. Malzemelerin Mühendislik Özellikleri Öyle ki, birçok yapı türünden biri olan binaların taşıyıcı sistem tasarımında, kolon, kiriş, döşeme ve duvar gibi elemanların kendi ağırlığından kaynaklanan yükleri belirleyebilmek için, bu elemanların imal edildiği betonarme ve tuğla gibi malzemelerin birim ağırlıklarının bilinmesi gerekir. Öte yandan yapıların, yük etkileri altında kesit tesirleri (N, V, M) belirlenen taşıyıcı sistem elemanlarının boyutlandırılması noktasında, genel olarak σ = F/A σ em bağıntısı gereği, bu elemanların imal edileceği malzemelerin dayanım özellikleri bilinmesi gerekir. Ayrıca, yapı elemanlarının şekildeğiştirme ve dayanıklılık (kalıcılık) özellikleri de yine birçok mekanik ve fiziksel özelliklerine bağlıdır. Nitekim mühendislikte, malzeme özelliklerinin bilinmesi önemli bir gerekliliktir. 12 Erzurum Teknik Üniversitesi 6
TEŞEKKÜR Değerli öğrencilerimiz, sabırla dinlediğiniz için TEŞEKKÜR EDERİM Dr. Türkay KOTAN Erzurum Teknik Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü ERZURUM 13 Erzurum Teknik Üniversitesi 7