6.3.2017 Malzeme Bilgisi Tanımlar Malzemenin Önemi Tarihsel Gelişimi Sınıflandırılması Yrd.Doç.Dr. Mert Ekşi İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Peyzaj Mimarlığı Bölümü Peyzaj Teknikleri Anabilim Dalı merteksi@istanbul.edu.tr yesilcatilar.weebly.com MALZEME VE YAPI BİLGİSİ Malzemelerin Diğer Özellikleri Kalite ve Standardizasyon 1
Malzemelerin Diğer Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Geçirimsizlik Örneğin, su deposunun geçirimsiz olması istenir. Depo geçirimsiz olduğu belirli koșullar altında kanıtlanmıș malzeme kullanılarak üretilmelidir. Binalarda rutubet istenmez. Suyla temas halindeki malzemelerin kapilarite katsayısı küçük olmalıdır Malzemelerin Diğer Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Dayanıklılık Yapılarda dona karșı dayanıklı malzeme kullanılmazsa yapı elemanı sıfırın altındaki sıcaklıklarda parçalanıp yapı stabilitesini veya görünümünü bozar. 2
Malzemelerin Diğer Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Genleșme Termik genleșme sonucunda genleșen bir malzeme içinde bulunduğu yapıda parazit gerilmeler olușturur. Statik ve mukavemet hesaplarında bu gerilmeler dikkate alınmalıdır. Malzemelerin Diğer Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Mekanik Davranıș Malzemelerin fiziksel özellikleri değiștirilerek mekanik davranıșları iyileștirilebilir. (renk/güneș ıșını) Hacim ağırlıkları Proje ve statik hesapların yapılabilmesi için malzemelerin birim hacim ağırlıkları bilinmelidir. Termik iletkenlik Isıtma projelerinde duvar ve döșemelerde kullanılan malzemelerin termik iletkenlik katsayıları bilinmelidir. 3
Birim Hacim Ağırlık, Yoğunluk, Özgül Ağırlık Birim hacim ağırlık: Malzemenin boșluklarını da içeren birim hacminin ağırlığıdır. (kg/l, g/cm³) Yoğunluk: Malzemenin boșlukları haricindeki birim hacminin ağırlığıdır. (kg/l, g/cm³) Boșluksuz malzemelerde eșittir. Birim Hacim Ağırlık, Yoğunluk, Özgül Ağırlık Özgül ağırlık: Bir malzemenin yoğunluğunun, aynı hacimdeki suyun +4C deki yoğunluğuna oranıdır. Birimsizdir. 4
Birim Hacim Ağırlık, Yoğunluk, Özgül Ağırlık Porozite-Kompasite Porozite: Boșluklu malzemelerde birim hacime karșılık gelen boșluk oranı. Dayanıklılık ile TO p= V-Vd = Vb V V Kompasite: Malzemenin birim hacmine karșılık gelen dolu hacmin oranıdır. Dayanıklılık ile DO p = Vd V 5
Su Emme ve Geçirimlilik Su emme; Suyun içinde bulunan malzemelerde boșlukların dolması Geçirimlilik; Yüzeysel olarak su ile temasta bulunan malzemelerin basınç farkı etkisiyle suyu bir taraftan diğer tarafa geçirme yeteneğidir. Su emme olayında malzemenin boșluk oranı ve içinde bulunduğu ortamın rutubet oranı önemlidir. Malzeme özelliklerine genelde olumsuz yönde etkiler. Su Emme ve Geçirimlilik Su emme yüzdesi Ağırlık olarak: Sa.100 Hacim olarak: Sh.100 P1: Malzemenin suya doymuș ağırlığı P0: Malzemenin kuru ağırlığı V: Malzemenin hacmi 6
Su Emme ve Geçirimlilik Doyma Derecesi; Malzemenin hacimce su emme değerinin malzemenin boșluğuna oranıdır. D / D < %80 ise, malzeme donmaya karșı dayanıklıdır. Suyun buz haline dönmesi hacmini %9 oranında artırır. Su Emme ve Geçirimlilik Suyla yüzeysel temasta bulunan malzemelerde basınçlı veya kapilar geçirimlilik söz konusudur. Basınçlı su geçirimliliği, malzemenin gözenekliliğine (porozite) göre değișim gösterir. Bu değer metallerde sıfır, plastik ve bitümlerde sıfıra yakındır. 7
Su Emme ve Geçirimlilik Kapilar geçirimlilik suyla temas halindeki malzemenin kılcal kanallarından suyun yükselmesidir. (binaların zemin katlarındaki rutubet) Su Emme ve Geçirimlilik Genellikle porozite küçük olunca geçirimlilik azalır. Tersi her zaman doğru olamayabilir. Örnek: süngerde porozite büyük ancak geçirgen değil. Geçirgenlik için boșluklar bağlantılı olmalıdır. 8
Su Emme ve Geçirimlilik Önlemler Tașlarda su emme değeri < %1 olmalı Pișmiș toprak malzemelerinin sırlı kullanılması Betonun katkılı veya yüzeyinin su geçirimsiz bir örtüyle yalıtılarak kullanılması Ahșap malzemede iğne yapraklıların tercih edilmesi Termik Genleșme Cisim ısısı artınca atomlar daha fazla titreșim yapar. Boyutları daha büyük değerler almaya bașlar. Termik genleșme katsayısı: (α) Sıcaklığın 1C artmasıyla cismin boyunda olușan artıș ΔL = αl1(t2-t1) Yapılarda kullanılan malzemelerin α katsayılarının yakın olmaması durumunda farklı uzamalar nedeniyle yapılarda çatlaklar olușabilir. İyi bir rastlantı sonucu çelik ve betonun α katsayıları birbirine yakındır. 9
Termik İletkenlik Bir cismin karșılıklı iki tarafında bir sıcaklık farkı varsa, sıcaklığı yüksek olan taraftan soğuk bölgeye doğru ısı akımı olușur. Termik iletkenlik: Birim zamanda birim alandan geçen ısı miktarıyla orantılıdır. Akustik Özellikler Malzemelerin ses yutması: Malzemeler belli bir șiddetle gelen ses dalgasının bir kısmını yutar, bir kısmını yansıtır, diğer bir kısmı ise, diğer yüzeye iletilir. Malzeme Ses Yutma Katsayısı Beton 0,02 Sıva 0,01-0,2 Cam 0,02-0,04 Tuğla 0,02 Çelik 0,01 Ahșap 0,1 Halı 0,3 Hava Boșluğu 1,0 10
İșlenebilme Mekanik ișlemler sonucunda malzemenin özelliklerinde önemli bir değișiklik olmaması halidir. Örnek: betonarmede kullanılan çeliğin betona yapıșmasını sağlamak için uçlarına kanca yapılması Standardizasyon ve Kalite Kalite: İhtiyaçların karșılanabilme oranıdır. Standart: Kalitenin sağlanması, sürdürülmesi ve iyileștirilmesine olanak sağlayan kuramsal ve matematiksel ölçütlerdir. 11
Standardizasyon ve Kalite Standart: İnsan sağlığını, can ve mal güvenliğini ön planda tutan, ürünlerin bir örnek, kaliteli, fonksiyonel ve ekonomik üretilmelerini öngören, bilimsel, teknik ve deneysel çalıșmaların kesinleșmiș sonuçlarını esas alan doğrulukları kanıtlanmıș dokümanlardır. Standardizasyon ve Kalite Standardizasyon: Belirli bir faaliyetle ilgili fayda sağlamak üzere, ilgili tüm tarafların yardım ve ișbirliği ile belirli kurallar koyma ve bu kuralları uygulama ișlemi 12
Standardizasyon ve Kalite Standartlar ikiye ayrılır: Temel Standartlar Terminoloji, birimler, semboller, ölçme yöntemleri, dokümantasyon, sınıflama ve kodlama Uygulama Standartları Boyutlar, malzeme kalitesi, mekanik, kimyasal, fiziksel deney yöntemleri, örnek alma ve kalite-kontrol metotları, kabul testleri, emniyet standartları, yapı malzemesi, teçhizat, bakım vs Standardizasyon ve Kalite Standartların amaçları; Çeșitlerin azaltılması, Boyutların birleștirilmesi, Kalite - kontrol yöntemlerinin konması 13
Standardizasyon ve Kalite Standartların Faydaları Üretimin belirli plan ve programlara göre yapılmasını sağlar. Uygun kalitede seri üretime imkan sağlar. Kayıp ve artıkları minimuma indirir. Verimliliği ve üretimi arttırır. Depolama ve tașımayı kolaylaștırır. Maliyeti düșürür. Can ve mal güvenliği sağlar. Karșılaștırma ve seçim kolaylığı sağlar. Ruh sağlığını korur, stresi önler. Tüketicilerin bilinçlenmesini sağlar. Standardizasyon ve Kalite Standardizasyon malzeme seçiminde önemlidir: Malzemelerin genel davranıșlarını saptamak, Yapı sağlığı ve insan konforuna uygun biçimde malzeme seçimini yapmak amaçlarıyla malzemeler sınıflandırılır. 14
Standardizasyon Tarihçe ASTM (ABD) 1898 BSI (İngiltere) 1901 JIS (Japonya) 1902 DIN (Almanya) 1917 AFNOR (Fransa) 1918 UNI (İtalya) TSE (Türk Standartları Enstitüsü) 1954 EN (AB Standartları) ISO(Uluslar arası Standartlar Organizasyonu) TSE tarafından hazırlanan standartlara TS (Türk Standardı denir) Standardizasyon Tarihçe TSE (Türk Standartları Enstitüsü) 1954 Dünyanın ilk standard kanunu 1502 yılında, Osmanlı padișahı, II. Bayezid tarafından çıkarılan Kanunnâme-i İktisâb-ı Bursa fermanıdır. 48 maddeden ibaret bu fermanda, Bursa da; yenilip-içilen, alınıp-satılan her șeyin standardı belirleniyor, ürünlerin hangi maddelerle yapılabileceği, nasıl yapılması gerektiği ve elde edilen maddenin maliyeti ve bazı temel malların satıș fiyatları tespit ediliyordu. Meselâ, bu fermanın ikinci maddesi ekmeklere, üçüncü maddesi alıșveriște yapılan usulsüzlüklere, dokuzuncu maddesi tatlılara, on üçüncü maddesi etlere, on beșinci maddesi de lokantalara dâir idi. Bu fermanda söz-konusu standardizasyona, Batı nın en az 250 300 yıl sonra gittiği göz önünde bulundurulursa, fermanın önemi biraz daha anlașılır. 15
1. DOĞAL MALZEMELER Peyzajda kullanılan doğal malzemeler: taș ahșap çakıl, kum gibi bazı agregalar 2.1. TAȘ Jeolojik açıdan yerkabuğu içinden çıkarılan, doğal, işlenmemiş maddelere kayaç denir. Ticaret ve yapı amacı ile doğadan kırılarak çıkarılan blok veya parçalara ise taş denir. Tümüyle doğa ürünü maddelerdir. Yapıya elverişli bulunanları peyzaj mimarlığında yapı ve kaplama malzemesi olarak kullanılır. İnşaatlarda yapısal destek ve perde duvarları, kaplama, zemin döşemesi veya süsleyici nitelikte kullanılan her türlü taşa, yapı taşı adı verilir. Taş ocaklarından, homojen atmosfer etkilerine dayanıklı teknolojık özellikleri bakımındanyapı işlerindekullanmayaelverişlitaşa"doğalyapıtaşı" denilmektedir. 16
Doğal tașların, Peyzaj mimarlığında sıkça kullanılma nedeni (Doğal tașların avantajı) Doğayla uyumu Mukavemeti yüksek Hava koșullarına (hava kirliliğine vb. dıș etkenlere) dayanıklı Estetik ve doğal görünüm Kullanıșlı Peyzaj elemanları ile uyumlu 17
6.3.2017 18
Doğal tașların kullanımını sınırlandırılan nedenler (Doğal tașların dezavantajı) Tașın çıkarılması ve kullanılması oldukça zordur. Ekip çalıșmasını gerektirir. (Taș ocakçısı, taș ișleyici, peyzaj mimarı ve uygulamacı) Maliyeti yüksektir. (maliyeti azaltma çalıșmaları ocaktan bașlayıp kesme, ișleme atelyelerinden döșemesine kadar devam eder.) 19
DOĞAL TAȘLARIN SINIFLANDIRILMASI Yeryüzü kaya kitlelerinden olușmaktadır. Kaya kitleleri içinde bulunan özellikleri değișmeyen inorganik kimyasal elementler veya kompleks bileșikler mineraller olarak adlandırılmaktadır. Yerkabuğunda 2000 den fazla mineral bulunmaktadır. Bu minerallerin sadece 20-30 tanesi taș yapıcı özelliktedir. Bir taș (kayaç) tek bir mineralden olușacağı gibi (ör: kireçtașı bir kayaçtır ve sadece kalsit mineralinden olușmuștur), bir kaç mineralin bir araya gelmesiyle de olușabilir (ör: granit bir kayaçtır ve kuvars, feldspat, mika, opak gibi minerallerden meydana gelmiștir). Kalsit, Dolomit, Kuvars, Ortoz, Plajioklas, Biyotit-Muskovit, Hornblend, Piroksen-Olivin tașların birleșimde bulunan önemli minerallerden bazılarıdır. 20
Doğal Tașların Sınıflandırılması 1.1. Jeolojik Olușumlarına GöreTașların Sınıflandırılması 1.1.1. Magmatik Tașlar (Püskürük Tașlar) 1.1.2. Tortul Tașlar (SedimanterTașlar) 1.1.3. Bașkalașım Tașları (Metamorfik Tașlar) 1.2. Tașların Kimyasal Özellikleri 1.2.1. Magma kökenli tașlar (silikat bileșimli). 1.2.2. Tortul kökenli tașlar (karbonat bileșimli) 1.3. Tașların Fiziksel özelliklerine göre sınıflandırılması 1.3.1. Birim Hacim Kütle 1.3.2. Özgül Kütle 1.3.3. Porozite (Gözeneklilik) 1.3.4. Yoğunluk 1.3.5. Su Emme 1.3.6. Geçirimlilik (Permeabilite) 1.3.7. Sertlik 1.3.8. Özgül Isı 1.3.9. Isı İletimi 1.3.10. Ses Absorbsiyonu 1.4. Tașların Mekanik Özellikleri 1.4.1. Basınç Direnci (Dayanımı) 1.4.2. Çekme Direnci (Dayanımı) 1.4.3. Eğilme Direnci (Dayanımı) 1.4.4. Așınma Direnci (Dayanımı) 1.4.5. Esneklik (Elastiklik) Modülü 21
Tașların Kimyasal Özellikleri Tașlar kimyasal özellikleri bakımından magma kökenli ve tortul kökenli olmak üzere 2 temel gruba ayrılır. Magma kökenli tașlar (silikat bileșimli) Atmosferik etkilere dayanımlarıyüksektir. Farklı tür minerallerden olușurlar, polijeniktirler. Zor ișlenir. Davranıș özelliği açısından heterojendir. Tortul kökenli tașlar (karbonat bileșimli) Atmosferik etkilere dayanımlarıdüșüktür. Tek tür minerallerden olușurlar, kolay ișlenirler. Davranıș özelliği açısından homojendir. Tașların Kimyasal Özellikleri Birim Hacim Kütle Birim hacim kütle; bir maddenin kütlesinin boșluklar dahil hacmine oranı ile ifade edilir. Birim hacim kütle değerinin küçük olması cismin gözenekli ve boșluklu bir yapıya sahip olduğunu gösterir. Doğal tașların birim hacim kütleleri karșılaștırılarak boșluklu gözenekli olma durumları değerlendirilebilir. Özgül Kütle Bir cismin içinde boșluların bulunmadığı haldeki birim hacim kütlesine özgül kütle denir. Birim hacim kütle ile özgül kütle değerinin eșit olması malzemenin boșluksuz olduğu anlamına gelir. Doğal tașların ve tuğla, kiremit, beton vb. yapay tașların özgül kütleleri ile birim- hacim kütleleri daima farklıdır. 22
Tașların Kimyasal Özellikleri Porozite (Gözeneklilik) Yapı elemanları, hem doğal tașlar hem de yapay yapı tașları (tuğla, kireç ve çimentolu harçlar) belli hacimde boșluklar içerir. Bu boșluklar kütlede hücre, kavite ve çatlak olarakçeșitli biçim ve boyutlarda olabilir. Yoğunluk Yoğunluk bir maddenin birim hacminin kütlesi olarak ifade edilir. TS EN 1936 Doğal tașlar - deney metotları gerçek yoğunluk, görünür yoğunluk, toplam ve açık gözeneklilik tayini Görünür yoğunluk (ρb):numunenin kuru kütlesinin görünür hacmine oranı. Görünür hacim:numunenin boșluklarının dahil olduğu dıș yüzeyiyle sınırlı hacmi. Katı kısmın hacmi:numunenin görünür hacmi ile boșlukların (açık ve kapalı gözenekler) hacmi arasındaki fark. Gerçek yoğunluk (ρr):kuru numune kütlesinin katı kısmın hacmine oranı. Açık gözeneklilik:numunenin açık gözeneklerinin hacminin görünür hacmine (yüzde olarak) oranı. Toplam gözeneklilik:numunenin toplam gözeneklerinin (açık ve kapalı) hacminin görünür hacmine yüzde olarakoranı.yoğun, düșük gözenekli kayaçlar için gerçek ve görünür yoğunluk arasındaki fark, açık ve toplam gözeneklilik arasındaki fark gibi çok küçüktür. 23
Tașların Kimyasal Özellikleri Su Emme Su etkisiyle tașlarda olușan korozyon ve donma etkisi gibi tahribatlar malzemenin mukavemetini etkiler. Dolayısı ile tașın su emme kapasitesi ve bünyesine giren suyun miktarı önemlidir. TS EN 13755 standardında belirtilen koșullar yerine getirilerek atmosfer basıncında su emme tayini yapılır. Geçirimlilik (Permeabilite) Bir doğal tașın ayırdığı iki ortam arasındaki farklı su düzeyleri; hidrolik basınç farkına neden olarak tașın içinde su akımı meydana getirir. Doğal tașın bu özelliği geçirimlilik katsayısı (k) (permeabilite) ile tanımlanır. Porozite küçükse, k nın değeri de küçük olacaktır. Doğal tașlarda k değeri 10-9 ile 10-12 cm/sn arasındadır. Sertlik Doğal tașların çizilmeye ve așınmaya karșı gösterdiği mukavemet sertlik olarak adlandırılır. Doğal tașların sertlik değeri Mohs Sertlik Cetveli ile belirlenir. Bu cetvelde bilinen bazı mineraller sertlik derecelerine göre sıralanmıștır. Mohs Sertlik Cetveli 24
Tașların Kimyasal Özellikleri Özgül Isı Bir cismin 1 kg kütlesinin sıcaklığının 14.5Cº den 15.5 Cº ye ulașabilmesi için gereken ısı enerjisi miktarı özgül ısıyı belirler. Isı İletimi Yüksek sıcaklıktaki enerji seviyesinden düșük sıcaklıktaki enerji seviyesine doğru olușan akıma ısı akımı denir. Isı enerjisinin, sıcaklıkları farklı iki ortam arasında birinden diğerine geçiși üç șekilde olușur; ısı iletimi (kondüksiyon), ısı tașınımı (konveksiyon), ısı ıșınımı (radyasyon).katı cisimlerde ısı enerjisinin geçiș șekli ısı iletimi olarak adlandırılır. Isı enerjisi moleküllerin titreșimi sonucu bir molekülden diğerine aktarılır. Ses Absorbsiyonu Küfeki çok iyi bir akustik malzemedir. Gözenekler arttıkça ses enerjisi kaybolur, gürültü olușmaz, aynen iletilir. Tașların Mekanik Özellikleri Tașların çeșitleri arasında mukavemet farklılıkları görüldüğü gibi, aynı tașın farklı parçası bile farklı özellikler verebilir. Mukavemet değerleri (kgf/cm2) farklı olabilir. Genelde tașlar sağlam ve statik yapı materyali olarak görünmelerine karșın, çekme ve gerilmeye karșı mukavemetleri azdır. Gerilmeye karșı mukavemet, basınç mukavemetinin ortalama 1/10 u, eğilme mukavemeti ise basınç mukavemetinin 1/7 si kadar olmaktadır. Mukavemeti azaltan faktörler Tașların su emme kabiliyeti ve miktarı (killi tașlarda bu durum çok önemli) Gözenekliliğin çoğalması Etki yönü 25
Tașların Mekanik Özellikleri Basınç Direnci (Dayanımı) bir malzemenin, yönü kesim yüzeyine doğru olan, tașıyabileceği en fazla basınç kuvvetidir. Bu sınır değer așıldığında malzeme kırılır. Tașların kullanım yerini belirleyici bir unsur olarak basınç dayanımı önemli bir mekanik özelliktir. Türk Standartları Enstitüsü tarafından belirlenen standart testler ile dayanım değerleri tayin edilir. TS EN 1926 ile belirtilen test prosedürlerine uygun olarak yapılan mekanik deneyler ile tașın (kayacın) düșey yükler altında mukavemetinin (kırılma dayanımının) ölçülerek, düșey yüklere karșı gösterdiği direnç belirlenir. 26
Tașların Mekanik Özellikleri Çekme Direnci (Dayanımı) bir malzemenin her iki ucundan çekme gerilmeleri ile çekildiğinde, kopma öncesi sahip olduğu maksimum çekme gerilmesidir. Eğilme Direnci (Dayanımı) Eğilme etkisi altındaki bir öğenin kırıldığı andaki eğilme momentini mukavemet momentine bölerek elde edilen gerilme. TS EN 13161 ile doğal tașların sabit moment altında eğilme dayanımı tayini deney metodu belirlenmiștir. Așınma Direnci (Dayanımı) Tașların sertlik değerine bağlı olarak değișkenlik gösteren bir özelliktir. Taș yüzeyinin așınma miktarı; mekanik deney yöntemleri ile belirli boyutlardaki taș numunelerinin yüzeyinin așındırılması ve bu süreçteki așınma miktarının ağırlıkça hesaplanması sonucu belirlenir. Kullanım yerine göre taș türünün belirlenmesi açısından așınma dayanımı önemli bir özelliktir. Așınma dayanımı yüksek olan tașların döșeme kaplaması ve tașıyıcı yapı elemanı olarak kullanılması mümkündür. Esneklik (Elastiklik) Modülü Bir cisme kuvvet uygulanması sonucu olușan gerilme; cisimde șekil değișikliğine neden olur. Deformasyon olarak adlandırılan șekil değișikliği cismin șekil değiștirdikten sonraki boyunun ilk boyuna oranıdır. Elastiklik modülü; cisimde olușan gerilmenin boy değiștirme oranına oranıdır. Young modülü olarak da adlandırılır. 27