İNŞAAT BİLGİSİ Prof.Dr.Murat DEMİR İ.Ü.Orman Fakültesi Orman İnşaatı ve Transportu Anabilim Dalı 1
YAPI MALZEMELERİ Yapı malzemeleri çok çeşitli (taş, ahşap, metal vb.) olup değişik amaçlar için inşaat çalışmalarında kullanılmaktadır. Yapı malzemelerinin kullanım amacına uygun olması gerekmektedir. Aynı zamanda yapı malzemeleri kullanıldığı süreç içerisinde hava koşullarına (sıcaklık, nem, yağış vb.) ve özellikle kimyasal ve fiziksel aşınmalara karşı yapı malzemeleri güçlü ve dayanıklı olmalıdır. Yapı malzemeleri, ucuz ve kolay sağlanabilir olması halinde yaygın olarak kullanılabilir. Malzemenin ucuz olması yanında yeterli sağlamlıkta ve uzun ömürlü olma niteliği de önemlidir. Kolay sağlanamayan, kolay taşınamayan yapı malzemelerinin kullanımı da kısıtlı olacaktır. Ayrıca ucuz ve kolay sağlanabilir yapı malzemelerinin kolay işlenebilir olması gerekmektedir. Kolay işlenebilme özelliği yapı malzemesinin kullanılış alternatiflerini çoğaltmakta ve yaygınlaştırmaktadır. Günümüzde yapı malzemelerinden beklenen diğer özellikler arasında; estetik bakımdan da bulunduğu ortama uyum sağlayabilen, suya, ısıya dayanıklı ve maliyetinin düşük olması sayılabilir. 2
DOĞAL MALZEMELER Doğal malzemeler olarak gördüğümüz özellikle taş, ahşap ve metal yapı malzemeleri inşaat çalışmalarında oldukça fazla kullanılmaktadır. Doğal malzemeler bulunduğu çevre içinde birçok materyalle uyumu kolay ve kullanışlı malzemelerdir. TAŞLAR İnsanoğlunun bilinen tarihinin başlarından beri inşaat işlerinde kullandığı taş, toprak ve ahşap en önemli yapı malzemeleridir. Bunlar arasında taş ilk ve en önemli sırayı almaktadır. İlk insanlar kendilerini korumak ve avlarını soymak için sert ve kesici taşları kullanmışlardır. Daha sonraları tekerleğin kullanılmaya başlaması ile önemli yolların yüzey kaplaması, köprü ve su kemeri gibi yapılarda taş kullanımı yüzyıllar boyunca İNŞAAT BİLGİSİ sürmüştür. - M.DEMİR 3
TAŞLAR Jeolojik açıdan yerkabuğu içinden çıkarılan, doğal, işlenmemiş maddelere kayaç; ticaret ve yapı amacı ile doğadan kırılarak çıkarılan blok veya parçalara ise taş denilmektedir. Taşlar tümüyle doğa ürünü maddeler olup inşaatta kullanılmaya elverişli olanları yapı ve kaplama malzemesi olarak kullanılmaktadır. İnşaatlarda yapısal destek ve perde duvarları, kaplama, zemin döşemesi veya estetik amaçlarla kullanılan her türlü taşa yapı taşı adı verilmektedir. Taşlar, doğal ve yapay olmak üzere iki şekilde elde edilmektedir. Doğal taşlar, isminden de anlaşıldığı gibi doğadan kütle olarak elde edilirler. Doğal taşlar döşemelerde, duvarlarda, bordür ve refüjlerde işlevsel ve estetik yönden kullanılmaktadır. Yapay (suni) taşlar ise, küçük boyuttaki taşların herhangi bir yapıştırıcı veya bağlayıcı ile birleştirilerek istenilen boyutta ve şekilde elde edilen taşlardır. 4
TAŞLAR Herhangi bir taşın inşaat işleri için uygunluğu taşın fiziksel ve kimyasal yapısına bağlı olmakla birlikte, ocaktan çıktıktan sonra gördüğü mekanik işlemlere de bağlı bulunmaktadır. Taşlar genellikle ocaktan alındıkları gibi hemen kullanılmazlar. Kullanış şekline, yerine ve yapı biçimine göre, yonu işçiliğine gerek gösterebilirler. Taşlar varyoz, çekiç, tarak, keski, çelik kalem, oluklu kalem, kama, kazma, mucarta, madırga, çarpacak ve dişli gibi taşçılık aletleri yardımıyla ustalar tarafından işlenmektedir. İşçilik oranı çoğaldıkça yapı maliyeti artmaktadır. 5
Taşların Teknik Özellikleri Yapılarda kullanılacak taşların homojen, sert, iyi oluşmuş, damarsız, çatlaksız ve yarıksız olması ve ayrıca soğuğa karşı dayanıklı olması zorunludur. Ayrıca yapı malzemesi olarak kullanılacak taşların topraktan, organik maddelerden arınmış olması gereklidir. Taşlar doğada bol miktarda bulunmakla beraber her taşın rengi, sertliği dış etkenlere karşı mukavemeti ve işlenebilirliği birbirinden oldukça farklı bulunmaktadır. Ayrıca taşların mekanik özellikleri, inşaat işlerinde kullanımlarını önemli ölçüde kısıtlayabilmektedir. Taşın Basınç Çekme Kayma Mukavemeti Cinsi (kg/cm²) (kg/cm²) (kg/cm²) Granit-Andezit 1200 85-155 125-290 Kalker 600 18-190 70-120 Mermer 500 60-160 70-120 Kumtaşı-Traverten 300 35-140 85-1755 6
Taşların Teknik Özellikleri Taşların ısı emme kabiliyeti ve miktarı, taşın basınca karşı mukavemetini olumsuz yönde etkilemektedir. Taşlarda gözenekliliğin çoğalması, hacim ağırlığını azalttığı gibi taşın mukavemetini de düşürmektedir. Değişik amaçlarla kullanılan taşların farklı özelliklerde olması, bu taşları oluşturan mineraller ve bu minerallerin oranları, oluşum biçimleri ve zamanla ilişkilidir. Taşlar kimya ve mineroloji bakımından belirli bir tek mineralden oluşabildikleri gibi çoğunlukla çeşitli minerallerin karışımından meydana gelebilmektedirler. Doğal taşların mekanik dayanımı, suyu geçirmemesi, ısı izolasyonu, yangına mukavemeti ve çeşitliliği aranılan özelliklerdir. Doğal taşların en büyük dezavantajı maliyetidir. Maliyeti azaltma çalışmaları ocaktan başlayıp kesme, işleme atölyelerinden döşemesine kadar devam etmektedir. Günümüzde doğal taşın kullanımında meydana gelen azalma daha ucuz malzemelerin rekabetinden kaynaklanmış olmakla birlikte, bu konuda etkili olan diğer bir faktörde inşaatlarda dış görünüm düzeninin sağlanabilmesi ve modüler birimlerin aynısının yapılması için oluşan doğal taleplerdir. 7
Yapı Taşlarında Aranan Genel Özellikler Tüm inşaat malzemelerinde olduğu gibi taşlarda da bazı özelliklerin bulunması istenmektedir. Bunlar: Taşların basınç ve çekmeye karşı dirençli olması Donmaya karşı dayanıklı olması Taşların boşluksuz olması ve iyi cila tutması Harca yapışma özelliğinin iyi olması Kolay işlenebilme Aşınmaya karşı dayanıklı olması olarak sayılabilir. 8
Taşların Sınıflandırılması Taşları, 1) Meydana geliş şekline (oluşum şartlarına ve kökenlerine), a) Volkanik (Püskürük -Magmatik) taşlar b) Tortul (Sedimanter) taşlar c) Metamorfik taşlar 2) Elde ediliş şekline a) Toplama taşlar b) Ocak taşları 3) İşleniş şekline ve sertliklerine a) Moloz taşlar b) Kaba yonu taşlar c) İnce yonu taşlar d) Kesme taşlar göre gruplara ayırmak mümkündür. 9
Meydana Geliş Şekline Göre Taşlar Taşları meydana geliş şekline göre üç grup altında sınıfladırmak mümkündür. Bunlar: a) Volkanik (Püskürük -Magmatik) taşlar b) Tortul (Sedimanter) taşlar c) Metamorfik taşlar dır. 10
Volkanik (Püskürük -Magmatik) Taşlar Yeryüzünün merkezinden erimiş halde bulunan lavların yeryüzüne çıkarak soğumasıyla oluşan taşlara volkanik (püskürük-magmatik) taşlar adı verilmektedir. Erimiş kütlelerden oluşan püskürük taşlar kristalli, sık dokulu, yoğun, sağlam ve sert olup bünyelerinde fosil bulunmaz. Bileşimlerinde oksijen (O), silisyum (Si), alimünyum (Al), demir (Fe), kalsiyum (Ca), magnezyum (Mg), sodyum (Na), potasyum (K) elementleri ile birlikte bir miktar su (H 2 O) ve karbondioksit (CO 2 ) bulunmaktadır. Volkanik taşlar çok sağlam ve dayanıklı olmalarına rağmen yontulma güçlüğü ve her yerde kolay bulunmamaları nedeniyle tortul taşlara göre daha az kullanılmaktadır. Özellikle çevreleme elemanları (duvarlar), basamak, kaplama, parke taşı olarak yapılarda çok kullanılmaktadır. 11
Volkanik (Püskürük -Magmatik) Taşlar Volkanik taşlar meydana gelme şekillerine göre: İç volkanik taşlar (Granit, siyanit, gabro, diyorit, peridotid vb.) Dış volkanik taşlar (Kuvars, diyabaz, riyolit, andezit, porfir, melafir, bazalt vb.) Damar taşları (Granit, siyanit, pegmetit, porfir vb.) 12
Tortul (Sedimanter) Taşlar Her çeşit taş parçalarının ve minerallerinin akarsu, buz ve rüzgâr yardımıyla sürüklenmesi ve nehir, deniz ve göllerde çökelmesi sonucu meydana gelen taşlara tortul (sedimanter) taşlar adı verilmektedir. Bu bakımdan en karakteristik özellikleri, tabakalar halinde meydana gelmiş olmalıdır. Bu taşlar oluşumu itibariyle olmak üzere iki çeşittir. Bunlar: - Organik tortul (sedimanter) taşlar (Organik klastik, kalker, kuvarsit, dolamit vb.) - Fiziksel tortul (sedimanter) taşlar (konglomera, puding, groak gre, kumtaşı, breş ve kayağan). 13
Metamorfik Taşlar Volkanik ve tortul taşlar, fiziksel ve kimyasal şartların değişmesi sonucu çeşitli reaksiyonlar göstererek metamorfik taşlara dönüşmektedir. Yerkabuğunda oluşmuş bir taşın yeryüzünün derinliklerinde sıcaklık, basınç, sürüklenme gibi etkiler altında şekil değiştirerek kristalize olması sonucu meydana gelen sık dokulu başkalaşmış taşlara metamorfik taşlar adı verilmektedir. Bu değişimde ısı ve basıncın etkisi büyüktür. Genellikle yapı ve kaplama işlerinde kullanılmaktadırlar. Metamorfik taşların inşaat işlerinde en çok kullanılanı gnays tır. Bunların dışında fillatlar ve mikaşistlerde inşaat işlerinde oldukça fazla kullanılmaktadır. Metamorfik taşlar, bünyelerinde granit bileşiklerini ve bunlar arsında birçok ara cisimleri içermektedir. Ayrıca, metamorfik taşlar içerisinde mermerler, yılantaşı ve billurlaşmış şistler yeralmaktadır. 14
Elde Ediliş Şekline Göre Taşlar Taşlar, doğadan iki şekilde elde edilmektedirler. 1) Yeryüzüne çıkmış, herhangi bir işleme tabi tutmaksızın istenilen boyutta serbest halde bulunurlar, bu taşlara toplama taşlar adı verilmektedir. 2) Büyük kütleler halinde toprak altında ya da toprak üstünde kırılarak veya kesilerek elde edilen taşlara ise ocak taşları adı verilmektedir. 15
Elde Ediliş Şekline Göre Taşlar Toplama Taşlar Zamanla büyük kütle halindeki taşların doğal olarak parçalanması sonucu meydana gelen taşlardır. Dağ yamaçlarında, kır ve dere yataklarında değişik büyüklüklerde, değişik amaçla kullanılabilecek nitelikteki taşlardır. Toplama taşlar, inşaat işlerinde bahçe duvarı, koruyucu duvarlar, blokaj, dolgu vb. yerlerde kullanılmaktadır. Toplama taşların duvarların yapımında kullanılması oldukça zordur ve bu taşlarla yapılan duvarın yük taşıma kapasitesi az bulunmaktadır. 16
Elde Ediliş Şekline Göre Taşlar Ocak Taşları Toprak altında bulunan kütlelerden veya dağ yamaçlarındaki büyük kütlelerden elde edilen taşlardır. Yapı taşlarının çıkarıldığı yere taşocağı adı verilmektedir. Ocaklarda taşlar kütle, damar ve tabakalar halinde bulunmaktadır. Taş ocakları açık ocak ya da tünelle girilen kapalı ocak biçiminde işletilmektedir. Ocak taşları çeşitli metodlarla toprak altından çıkarılır ve elle kabaca işlenerek taşıyıcı duvarlarda, kemerlerde, merdivenlerde, döşemelerde kaplama materyali olarak kullanılmaktadır. 17
İşleniş Şekillerine Göre Taşlar Yapıtaşları taş ocaklarından çıkarılarak, işleniş şekillerine göre: 1) Moloztaşı 2) Kabayonu taş 3) İnceyonu taş 4) Kesme taş olmak üzere önemli 4 sınıfa ayrılarak inşaat işlerinde kullanılmaktadır. 18
İşleniş Şekillerine Göre Taşlar 1) Moloz Taşlar Taşocaklarından parçalanarak çıkarılan taşların kullanılmadan önce çekiç veya kesici aletlerle kabaca sivri kısımlarının kırılmasıyla elde edilen taşlara moloz taşlar adı verilmektedir. Bu taşlar ocaktan ilk çıkarıldıklarında nispeten daha yumuşak olduğundan inşaat işlerinde kullanılmadan önce bir süre bekletilirler. Büyüklükleri bir işçinin kolaylıkla kaldırabileceği boyutlardadır. Moloztaşların kalınlıklarının 10-15 cm den az olmaması gerekmektedir 19
İşleniş Şekillerine Göre Taşlar 2) Kaba Yonu Taşlar Moloztaşların alın ve yan yüzlerinin kabaca keski, musç ve dişli tarak ile düzeltilmesiyle elde edilen dikdörtgen ya da çok kenarlı taşlara kaba yonu taşlar adı verilmektedir. - Görünen taş yüzeyinde kabarıklık 3 cm yi geçmemelidir. Çok kenarlı taş yüzeyinde köşe açısı 60º den küçük olmamalıdır. - Kaba yonu taşlar dörtgen yüzeyli olursa yükseklik en az 20 cm, genişlik en az 30 cm ve derinlik en az 25 cm olmalıdır. - Bu taşlar duvar, köprü ayakları, tünel ve yol bordürü yapımında kullanılmaktadır. 20
İşleniş Şekillerine Göre Taşlar 3) İnce Yonu Taşlar Moloztaşların alın yüzeylerinin girinti ve çıkıntılarının düzeltilerek düzgün geometrik şekillerde estetik bir görünüm sağlaması için çeşitli taşçılık el aletleriyle şekillendirilen taşlardır. Taşların işlenmiş olan yüzeyinde, kenarlardan daha çukur kısımlar olmamalı ve en dar kenar 20 cm den az olmamalıdır. Günümüzde yaygın olarak tarihi binaların tamirinde ve villa tipi konutlarda kullanılmaktadır. 21
İşleniş Şekillerine Göre Taşlar 4) Kesme Taşlar Bütün yüzeyleri birbirlerine dik veya proje ve detaylarına göre düzgün geometrik şekilde işlenmiş taşlardır. - Kesme taşların köşeleri düzgün ve iyi işlenmiş olmalıdır. Kırık köşeli taşlar örgüde kullanılmamaktadır. - Kesme taşlar, estetik ve mimari özellik arz eden tarihi binaların restorasyonunda kullanılmaktadır. Ayrıca kesme taşlardan, merdiven basamaklarında, kemer, kubbe, kapı ve pencerelerde, harpuşta, denizlik gibi yerlerin yapımında yararlanılmaktadır. 22
AGREGALAR Agrega, doğal ya da yapay veya her iki cins yoğun mineral malzemenin, genellikle 100 mm ye kadar çeşitli büyüklüklerdeki kırılmamış veya kırılmış tanelerin bir yığınıdır. En çok kullanılan agrega türleri, kum ve çakıldır. Agregaları ince ve iri agrega olmak üzere iki gruba ayırmak mümkündür. Çakıl, doğal bir iri agregadır. Bazı durumlarda iri agrega olarak çakıl yerine doğal taşların taş kırma makineleri (konkasör) ile parçalanması sonucu elde edilen kırma taşlarda kullanılmaktadır. 23
Agrega Çeşitleri Betonun ana iskeletini oluşturan agregalar, beton hacmi içinde yaklaşık olarak %60-80 oranında yer işgal etmektedir. Agregalar, suyun altında yumuşamamalı, dağılmamalı, çimentonun bileşikleri ile zararlı bileşikler meydana getirmemeli ve demir donatının korozyona karşı korunmasını tehlikeye düşürmemelidir. Agregalar, kullanma şekli ve amacına göre, granülometrik bileşim, tane şekli, tane dayanımı, aşınma direnci, donmaya dayanıklılık ve zararlı maddeler bakımından standartlar içerisinde olmalıdır. Belirtilen özellikleri sağlayabilmek amacıyla agrega çeşitlerini çok iyi tanımak gereklidir. Agregaları; Elde edilme şekillerine Birim ağırlıklarına Boyutlarına göre sınıflandırmamız mümkündür. 24
Elde Edilme Şekillerine Göre Agregalar Agregaları elde edilme şekillerine göre doğal ve yapay agregalar olmak üzere iki gruba ayırmamız mümkündür. a) Doğal Agregalar: Dere, deniz ve teras agregaları olarak gruplandırılmaktadır. Bu agrega grubu içinde en yaygın kullanılan akarsu yatağından elde edilen agregalardır. - Dere agregaları, akarsu yataklarındaki agrega ocakları en çok rastlanan ve en fazla arzu edilen kaynaklardır. Dere agragalarının taneleri yuvarlak, sert, kompasitesi yüksek sağlam ve dayanıklı olmaktadır. - Deniz agregaları, deniz ve göllerden elde edilmekte ve tuz, deniz canlılarının kabuklarını ve bileşiklerini içermektedirler. Agrega veya harç içerisinde tuzun aşırı miktarda bulunması çatlamaya ve parçalanmaya neden olmaktadır. Deniz canlılarının kabukları ise, agreganın yerleşmesini güçleştirmekte, dona dayanıklılığı azaltmakta ve düşük mukavemetli taneler oluşmasına neden olmaktadır. Deniz agregaları içerisinde istenmeyen maddelerden arındırıldıktan sonra beton üretiminde kullanılabilmektedir. Arındırma işlemi ayrı bir harcama gerektirdiği için ekonomik olmamaktadır. 25
Elde Edilme Şekillerine Göre Agregalar Teras agregaları, dik ve yüksek yamaçlardan kayan ve kopan kaya parçlarının yamaç dibinde birikmesiyle meydana gelmektedir. Teras agregaları köşeli tane yapısına sahiptir. Kırma ve eleme işlemlerinden sonra beton yapımında kullanılacak agrega içinde kullanılmaktadır. Rüzgârların sürüklemesi sonucunda meydana gelen birikinti malzemesi, çok ince tanelerden meydana gelmektedir. Teras agregaları, beton yapımında tek veya tane çapı dağılımında ince malzeme eksikliği gösteren agregaya karıştırılmak suretiyle kullanılmaktadır. 26
Elde Edilme Şekillerine Göre Agregalar b) Yapay Agregalar: Bu tip agregaların diğer adı da sanayi ürünü agregalardır. İkinci bir işlem sonucu beton yapımında kullanılır hale getirilebilir. - Yapay agregalar, gözenekli bir yapıya sahip olduklarından ses ve ısı yalıtımı amacıyla üretilen betonlarda kullanılmaktadır. -İyi kalite tuğlaların kırıklarıyla yapılan beton yangına karşı daha dayanıklı olmaktadır. Bu agregalar arasında kırılmış kiremit veya tuğla, rende talaşı, hızar talaşı vb. sayılabilir. 27
Birim Ağırlıklarına Göre Agregalar Agregaları birim ağırlıklarına göre hafif ve ağır agregalar olmak üzere iki gruba ayırmamız mümkündür. a) Hafif Agregalar: Betonun birim ağırlığını azaltmak ve betona ses ve ısı yalıtım özelliği kazandırmak için ya da atık maddeleri değerlendirmek amacıyla kullanılan agregalardır. - Genellikle gözenekli yapıya sahiptirler, su emme özellikleri ve boşluk oranları yüksektir. - Basınç, çarpma ve aşınma dayanımları oldukça düşüktür. Birim ağırlıkları 2,0 kg/dm³ den küçük olan agregalardır. - Bu agregalar sünger taşı (ponza, bims), volkan tüfleri, diyatomit, hızar talaşı, rende talaşı, kil, perlit, şist vb. olarak sayılabilir. Hafif agrega betonu, karışımında daha fazla çimento kullanıldığı için normal agrega betonuna göre daha pahalıya mal olmaktadır. 28
Birim Ağırlıklarına Göre Agregalar b) Ağır Agregalar: Bu agregalar ağır beton elde etmek amacıyla kullanılmaktadır. Birim ağırlıkları 3.2 kg/dm³ den büyük olmaktadır. - Genel olarak nükleer santral ve stratejik (askeri) özellik taşıyan inşaatların betonlarında kullanılmaktadır. - Doğal ağır agregalardan bazıları barit, manyetit, hematit, limonit vb. dir. - Yapay ağır agregalara örnek olarak çelik ve demir hurdası gösterilebilir. Ağır agregalarla üretilen betonların karıştırılması, yerleştirimesi ve sıkıştırılması ayrı bir işçiliği gerektirmektedir. 29
Tane Boyutlarına Göre Agregalar Agregaları boyutlarına göre: 1) İnce agrega (kum) 2) İri agrega (çakıl) 3) Mıcır (kırmataş) 4) Tuvenan (karışık) agrega olmak üzere dört gruba ayırmak mümkündür. 30
Tane Boyutlarına Göre Agregalar Kum (İnce Agrega) Kum, inşaat çalışmalarında ana malzemeyi oluşturduğundan ayrı bir yeri ve önemi bulunmaktadır. Kum, doğada bol miktarda bulunan bir yapı malzemesidir. Taş parçalarının akarsular tarafından taşınmasıyla ve deniz kenarındaki çakılların dalgalar tarafından sahile sürüklenerek aşınmasıyla ve karalarda ufak taşların rüzgarlarla savrulup birbirine sürtünmesi sonucu oluşmaktadır. Kumun özgül ağırlığı kuru halde iken 1600 kg/m³, nemli halde olduğu zaman 1800 kg/m³ tür. 31
Tane Boyutlarına Göre Agregalar Kum (İnce Agrega) İnşaatlarda kullanılan kum, 1 mm ile 7 mm büyüklüğündeki tanelerin biraraya gelmesinden oluşan bir malzemedir. Kumu tane büyüklüğüne göre üç kategoriye ayırmamız mümkündür. Bunlar: - İnce kum (perdah) kumu 0 1 mm - Orta kum 1 3 mm - İri kum (kaba) kum 3 7 mm olarak adlandırılabilir. - İnşaat işlerinde kullanılan kumun, mümkün olduğunca silisli ve dişli olması ayrıca avuç içine alınıp sıkıldığında, parmaklar arasında bir gıcırtı sesi vermesi, kir ve kalıntı bırakmaması istenmektedir. - İnce kum, yapılarda beton yüzeylerin şaplanmasında ve sıvanın perdahlanmasında kullanılmaktadır. - Orta ve kaba kum ise beton ve alt sıvaların yapımında kullanılmaktadır. - Kumun sertliği, oluştuğu anakayanın cinsine göre değişmektedir. Volkanik kayaların ufalanması ile meydana gelen kumlar, sert silisli bir yapıya sahip olması nedeniyle daha çok tercih edilirler. 32
Tane Boyutlarına Göre Agregalar Kum, elekten geçirilmediği durumlarda çeşitli tane büyüklüklerinde bulunur. Kumun agrega içinde az boşluk bırakacak şekilde dağılması gerekmektedir. Bu nedenle kum, hiçbir zaman aynı büyüklükteki tanelerden değil, irili ufaklı tanelerin biraraya gelerek oluşması tercih edilmektedir. Bu haliyle küçük taneler, iri tanelerin arasına girerek az boşluklu bir kitle meydana getirirler. Bu karışımı tesadüflere bırakmamak amacıyla, kum taneleri belli oranlarda bir araya getirilmeye çalışılmış ve kum granülometrisi adı verilen ideal bir grafik meydana getirilmiştir. 33
Tane Boyutlarına Göre Agregalar Bu grafiğin apsisinde eleklerin delik çapları, ordinatında ağırlık olarak eleklerden geçen yüzde miktarları belirlenmektedir. Her bir elek çapı kategorisinin dikleri üzerinde, o elekten geçen kum miktarları yüzde olarak alınıp işaretlenmiştir. Bu noktalar birleştirilerek A, B, C harfleriyle gösterilen üç eğri belirlenmiştir. Eğriler arası alan kısımlarında değerlendirme yapılmaktadır. Uygulamada granülometrisi saptanmak istenen örnek kumdan genellikle 2 kg alınmaktadır. Kum örnek eleklerden geçirilerek elde edilen değerler grafik üzerine taşınır. Taşınan değerle grafik üzerindeki eğrilerin B alanı içinde kalmışsa kum çok iyi, C alanı içinde ise kullanılabilir özelliktedir. Eğer değerler B ve C alanı dışında ise fazla boşluk veren agrega için uygun olmayan bir kum karışımı olarak değerlendirme yapılmaktadır. 34
Tane Boyutlarına Göre Agregalar Çakıl (İri Agrega) Çakıl, tane iriliği 7 mm den büyük, yuvarlak ve köşeli çeşitli minerallerden meydana gelmektedir. Çakıl betonun bir iskelet maddesi olmakla beraber harç imalatında da yararlanılmaktadır. Doğada uğradıkları ayıklanma nedeniyle genellikle dona dayanıklıdır. Çoğunlukla içinde sileks, kuvars, kuvarsit, kumtaşı ve kireçtaşı bulunmaktadır. İnşaat işlerinde kullanılacak olan çakıl, temiz olmalı, organik maddeler, kömür, kil gibi şişebilir maddeler ve kum gibi yıkanabilir maddeler hacim olarak %2 yi geçmemelidir. 35
Tane Boyutlarına Göre Agregalar Çakıl (İri Agrega) Çakıllar yıkanır ve eleklerden geçirilerek temizlenip, çaplarına göre sınıflandırılırlar. Çakıllar tane büyüklüklerine göre; - İnce çakıl 7 15 mm - Orta çakıl 15 30 mm - İri çakıl 30 mm den büyük olarak adlandırılmaktadır. Çakılın özgül ağırlığı 1500 kg/m³ ile 1800 kg/m³ arasında değişmektedir. Çakıl, inşat işlerinde beton yapımında kullanıldığı gibi, serbest olarak otoparklar ve yollar için yüzey kaplaması olarak kullanılmaktadır. Ayrıca beton ve polietilen havuzların yüzey kaplamalarında serbest olarak kullanımı oldukça fazladır. 36
Tane Boyutlarına Göre Agregalar Mıcır (Kırmataş Agrega) Mıcır, granit, kumtaşı, kalker, dolomit, bazalt, diorit gibi taşların makineler yardımıyla kırılmasıyla elde edilmektedir. Piyasada tane büyüklüğüne göre numaralandırılarak satılmaktadır. Örneğin 1 numaralı mıcır, 1 cm tane büyüklüğüne sahip olarak kırılmış malzeme anlamına gelmektedir. Mıcırın kullanım yerleri çakıl ile aynıdır. Mıcırın agrega ve tane dayanıklılığı elde edildikleri taşa göre 1000 kg/cm² den fazla olması gereklidir. Karışık Agrega Doğal agrega ocağından doğrudan doğruya elde edilen elenmemiş ince ve iri agrega karışımıdır. Standart ve şartnamelere göre zorunlu kalınmadıkça karışık agrega kullanılması istenmemektedir. 37
Agrega Granülometrisi Agregayı oluşturan taneler çeşitli boyutlarda bulunmaktadır. Granülometrik bileşim, boyutları belirli sınırlar arasında tanelerin ne miktarda agrega içinde bulunduğunu ortaya koymaktadır. Agreganın granülometrik bileşimi üretilecek betonun kompasitesi, yoğurma suyu miktarı, dayanıklılığı üzerinde etkili olmaktadır. Agrega tane boyutlarının ayarlanmasında, çimento kumun boşluklarını, kum da çakılın boşluklarını dolduracak şekilde olması sağlanmalıdır. Granülometri, beton dayanımını dolaylı şekilde etkilerken işlenebilmeyi doğrudan etkilemektedir. 38
Agrega Granülometrisi Agrega granülometrisi aşağıdaki amaçlara yönelik olarak yapılmaktadır. Bunlar; a) Maksimum kompasite sağlamak: Agrega düzenlenmesi sonucunda taneler arasındaki boşluklar minimuma indirilerek en yüksek doluluk oranı sağlanmaktadır. Böylece çok küçük çaptaki boşluklar daha az çimento hamuru ile doldurmak mümkün olmaktadır. b) En az su miktarı ile kalıba iyi yerleştirilebilecek kıvamı sağlamak: Agreganın özgül yüzey alanı küçüldükçe bu yüzeyleri ıslatmak için daha az suya ve bağlamak içinde daha az çimento hamuruna ihtiyaç duyulmaktadır. c) Taze betonda ayrışmayı önlemek ve yapışkanlığı sağlamak: Granülometri düzenlenirken, ayrışmayı önlemek için agrega içerisinde yeteri kadar orta ve ince büyüklükte malzeme kalacak şekilde düzenleme yapılmaktadır. Agrega içinde en küçük tane boyutu çok fazla olursa, tanelerarası boşlukların boyutu da oldukça fazla olmaktadır. Çimento bu boşluklardan geçmek suretiyle agrega kütlesinden ayrılmaktadır. 39
Agrega Granülometrisi d) Taze betonda terlemenin azalmasını sağlamak: Terlemeyi önlemek için granülometri düzenlemesi yapılırken, agrega içerisinde yeteri miktarda ince tane kalacak şekilde düzenleme yapılırsa, ince taneler yukarı doğru hareket eden bu suyu yüzeylerinde tutarak terlemeyi önlemektedir. Yukarıda sayılan hususlara uyulmadığında; İşlenebilmeyi sağlamak amacıyla gerekli olan su miktarı artmakta, dolayısıyla su / çimento oranı arttığından dayanım ve dayanıklılık yönünden zayıf bir beton ortaya çıkmaktadır. Maksimum kompasiteyi sağlamak güçleşmekte ve boşluklu bir beton meydana gelmektedir. Bunun sonucunda ekonomik yönden pahali bir üretim ortaya çıkmaktadır. Agregada ayrışma kolaylaşmakta ve kohezyonu zayıf bir beton elde edilmektedir. Terleme meydana gelmekte bunun sonucunda dayanımı düşük, geçirgenliği ve porozitesi yüksek dayanıksız bir beton elde edilmiş olmaktadır. 40
Agrega Yüzey Şekli ve Biçimi Agrega tanelerinin şekli olabildiğince yuvarlak (küresel, kübik) olmalıdır. Doğal agregalar, oluşumları gereği doğanın aşındırma etkisi ile yuvarlak halde bulunmaktadırlar. Yuvarlak doğal agreganın yığın olarak yerleşmesi, geometrik yapısı gereği daha kolay olup işlenebilirlik açısından daha az su gerektirmektedir. Kırmataş agregalar (mıcır), köşeli, kenarlı ve yüzeyleri pürüzlü olmaktadır. Bu agregalar, konkasörlerin (taş kırma makineleri) ayarsızlığına bağlı olarak yassı ve çivi türü vb. biçimsiz tanelerde içerebilmektedirler. Bunun zararı ise betonun yerleşmesi sırasında işlenebilirliğin güçleşmesi olmaktadır. İşlenebilirliği sağlamak için daha fazla su gerekmektedir 41
Agregada Bulunan Zararlı Madde ve Taneler Agrega içinde bulunan zararlı maddelerin bir kısmı, bağlayıcı maddenin ayrışmasına veya genişlemesine neden olarak betonun parçalanmasına yol açmaktadır. Ayrıca zararlı maddeler, betonun prizini geciktirici etki yapmaktadır. Nitrat gibi tuzlar, beton içinde kalacak demir donatının korozyonuna yol açarak olumsuz etkiler meydana getirmektedir. Yukarıda sayılan bu zararlı etkilerden korunmak için agregaların kullanılmadan önce zararlı madde ve tanelerden arındırılması gereklidir. 42
Agregaların Genel Özellikleri Agregalarda bulunması gereken genel özellikleri maddeler halinde sıralanmak istenirse bunlar; Sağlam olmalı aşınmamalı, suyun etkisiyle yumuşamamalı ve dağılmamalıdır. Tanelerin biçimi ve dokusu iyi ve sağlam olmalıdır. Tanelerin büyüklük bakımından dağılımı, amaca ve standartlara uygun olmalıdır. Agrega içinde zararlı maddeler bulunmamalıdır. Çimento bileşenleriyle zararlı bileşikler meydana getirmemeli ve donatının korozyona karşı korunmasını tehlikeye düşürmemelidir. 43
Agregaların Fiziksel Özellikleri Agregaların fiziksel özellikleri içerisinde incelememiz gereken başlıca özellikler; 1) Birim ağırlık 2) Özgül ağırlık 3) Kompasite 4) Boşluk oranı 5) Agreganın su emme kapasitesi 6) Donma-çözülme 7) Fiziksel etkilere karşı dayanıklılık 44
Agregaların Fiziksel Özellikleri 1) Birim Ağırlık: Belirli bir hacimdeki kaba doldurulan agrega tanelerinin toplam ağırlığının kabın hacmine bölünmesiyle elde edilir. - Agrega, kuru halde iken gevşek olarak bir kaba boşaltılarak bulunan birim ağırlığa gevşek birim ağırlık ve yine kuru iken belli sayıda çubuk darbesi ile sıkıştırılarak bulunan birim ağırlığa sıkışık birim ağırlık denilmektedir. - Birim ağırlığın belirlenmesiyle agrega içindeki boşluk miktarı hesaplanmakta ve ayrıca agreganın granülometri bileşimi kusurlu malzemenin varlığı hakkında bilgi vermektedir. - Agreganın sıkışma oranı ne kadar yüksek olursa, basınç dayanımı da o kadar yüksek olmaktadır. Beton yapımında kullanılacak agreganın birim ağırlığı 1300-1850 kg/m³ arasında değişmektedir. 45
Agregaların Fiziksel Özellikleri 2) Özgül Ağırlık: Maddenin yoğunluğunun suyun yoğunluğuna oranı özgül ağırlık olarak tanımlanmaktadır. - Deneysel olarak bulunan özgül ağırlık değerleri birimsiz olarak ifade edilmektedir. - Özgül ağırlık, agreganın uygunluğunu belirtir. Düşük özgül ağırlık sağlam olmayan malzemeyi, yüksek özgül ağırlık ise kaliteli betona uygun agregayı tanımlamaktadır. Düşük özgül ağırlık agreganın boşluklu ve zayıf olduğuna işaret etmektedir. - Beton yapımında kullanılacak agreganın özgül ağırlığının 2,2-2,7 kg/dm³ arasında olması istenmektedir. - Özgül ağırlık beton karışım hesabında ve bu hesapların düzeltilmesinde gerekli olmaktadır. 46
Agregaların Fiziksel Özellikleri 3) Agreganın kompasitesi: Agreganın kompasitesi ile birim hacimdeki agregada tanelerin işgal ettiği hacim toplamı anlaşılmaktadır. Agreganın özgül ve birim ağırlıkları bilinmek suretiyle kompasitesi hesaplanabilmektedir. Birim ağırlık her zaman için özgül ağırlıktan küçük olduğu için kompasite de 1 den küçük bir değer almaktadır. Kompasiteyi aşağıdaki denklemle ifade etmemiz mümkündür. Δa = ( Vh / Vt ) Δ = Δa / δ Δ = Kompasite Δa = Birim ağırlık (kg/m³) δ = Özgül ağırlık (kg/m³) Vh = Belirli hacim (m³) Vt = Tanelerin işgal ettiği hacim (m³) Agrega sıkıştırma işleminden önce kompasite 0,4-0,7 arasında değişmektedir. Agregaların kompasitesinin küçük olması şu zararları meydana getirmektedir. Üretilen betonun kompasitesi ve mukavemeti düşük olur. Kullanılan çimento miktarı artmaktadır. Kusurlu malzeme miktarı artmaktadır. Dış etkilere karşı dayanıklılık azalmaktadır. 47
Agregaların Fiziksel Özellikleri 4) Agregaların hava etkilerine (donmaçözülme) karşı dayanıklılığı: - Doğal olarak oluşmuş kum ve çakıl veya bunlardan kırılarak elde edilen agregalar, doğada uğradıkları ayıklanma olayı nedeniyle çok az miktarda dona duyarlı taneleri içermektedirler. - Boşluklu agrega, içine su alır ve donma sırasında su genişleyerek agregayı parçalar. - Dere ve nehirlerden alınan agregalar dona daha dayanıklıdır. - Beton yapımında kullanılacak agreganın su emme oranı %1 den az olmalı ve içerisinde çapı 5 mm den büyük ve sürekli boşluklar bulunmamalıdır. 48
Agregaların Mekanik Özellikleri Agregalarda aranılan en önemli özelliklerden biri, mekanik mukavemetlerinin bunların içinde özellikle basınç mukavemetinin yüksek olmasıdır. Agregaların basınç mukavemeti: Basınç mukavemetinin, malzemenin porozitesi (boşluk hacmi) ile yakın ilişkisi vardır. Porozitenin küçük olması agrega mukavemetini arttırmaktadır. Beton yapımında kullanılacak agreganın basınç mukavemetinin en az 600 kg/cm² olması istenmektedir. Agregaların aşınmaya ve çarpmaya karşı mukavemeti: Betonla kaplanmış yol yüzeyleri, araç trafiği nedeniyle çarpma ve aşınma etkisi altında bulunmaktadır. Betonla kaplanmış yol yüzeyinin bu etkilere dayanabilmesi için, betonun yapımında kullanılan iri agreganın aşınmaya ve çarpmaya karşı mukavemete sahip olması gerekmektedir. Aşınmaya karşı mukavemetleri yüksek olan agregaların, basınç mukavemetleri de yüksek olmaktadır. Basınç mukavemetinin 1000 kg/cm² den az olması durumunda agregalara basınç dayanıklılık deneyleri yapılmaktadır. 49
İNŞAAT BİLGİSİ Doç.Dr.Murat DEMİR İ.Ü.Orman Fakültesi Orman İnşaatı ve Transportu Anabilim Dalı 50