OSMANİYE MESLEK YÜKSEKOKULU İnşaat Bölümü İnşaat Teknolojisi Programı INS103 YAPI MALZEMELERİ --GİRİŞ--
DERS İÇERİĞİ Yapı malzemesinin tanımı ve önemi Ahşap Yapı malzemesinin sınıflandırılması Kil ve kilden yapılmış malz. Malzemenin iç yapısı Harçlar Mekanik özellikler Kaplamalar Teknolojik özelikler Boyalar Fiziksel özellikler Yalıtım malzemeleri Termik özellikler Metaller Akustik özellikler Doğal taşlar Kimyasal özellikler Camlar Bağlayıcılar Plastikler Agregalar Beton Diğer
Sunum İçeriği Yapı malzemesinin tanımı ve önemi Yapı malzemesinin sınıflandırılması Malzemenin iç yapısı Mekanik özellikler Teknolojik özelikler Fiziksel özellikler Termik özellikler Akustik özellikler Kimyasal özellikler
Canlılar nelere ihtiyaç duyar? Barınma Eğitim Sağlık Güvenlik Beslenme
İnsanlık, varolduğu müddetçe geçmişte olduğu gibi gelecekte de yapı malzemesine ihtiyaç duyacaktır. İnsanların korunma, barınma ve depolama amaçlı yapılarda kullanacağı yapı malzemesinin teknik özellikleriyle beraber en iyi şekilde tanıması gereklidir.
Malzemenin herhangi bir özelliğin iyileştirilmesi mümkündür; ancak bir malzemeyi yalnız tek bir özelliği için seçmek mümkün değildir. Kullanılacak malzemelerin fiziksel, kimyasal, teknolojik ve mekanik özelliklerinin iyi belirlenmesi gerekir. Kullanıcı kişilerin malzemeyi iyi tanıması gerekir.
MALZEME Madensel (metal) Madensel olmayan (metalin dışındakiler) Demirsiz metaller Demirli metaller Organik İnorganik Doğal Ahşap Yapay Doğal Yapay Fontlar Çelikler Bakır ve alaşımları Alüminyum ve alaşımları Petrol Doğal gazlar Karbonlu Bileşikler Polimerler Kağıt Mineraller Kil Tuzlar Tuğla Diğer seramikler Camlar Reçine Kauçuk Selüloz Filizler Çimento
Yapı Malzeme Bilgisinin Önemi Gelişmekte olan ülkemizde, inşaat malzemesinin üretimi ve temini genellikle doğal kaynaklara dayanmaktadır. Sınırlı olan doğal kaynakların yerli yerince kullanılması gerekmektedir. Bu doğal kaynakları en ekonomik şekilde değerlendirmenin yanında yapının sağlam (dayanıklı), işlevsel ve estetik olmasını sağlamak her teknik elemanın amacı ve görevidir.
BS 7543: Guide to durability of building elements, products and component ENV 1991-1 = BS 7543 Minimum Sınıf servis ömrü (yıl) Örnek 1 1-5 Geçici yapılar 2 25 Değiştirilebilir taşıyıcı elemanlar; çatı makas ve kiriş 3 50 Binalar kamu yapıları 4 100 Anıtsal binalar, köprüler ve önemli yapılar
Proje ve mühendislik hizmeti %5-10 Genel olarak bir yapıda; Malzeme %65-70 İşçilik %25-40
Malzeme testlerinde uygulanacak test yönteminin ve uygulama ortamının herkes tarafından kabul edilebilir olmasıdır.
YAPI NEDİR? Tüm canlıların beslenme, barınma ve diğer doğal gereksinimlerini sağlamak için çeşitli yapı gereç ve yapım teknikleriyle oluşturulan yeryüzü, yeraltı ve sualtı tesislerine YAPI denir. Yapıların inşasında kullanılan malzemelere de Yapı Malzemeleri denir.
Malzeme 19.yy a kadar yapı karakteristiğini belirleyen en önemli etken olmuştur. 19.yy a kadar taş, ahşap ve tuğla gibi malzemeler sınırlı yapı sistemlerinin uygulanmasına imkan verirken 19. yy dan sonra keşfedilen beton, betonarme ve çelik türü malzemeler yapı sistemlerinin uygulanma sınırını büyük ölçüde genişletmiştir.
BETONARME YAPI
ÇELİK YAPI
AHŞAP YAPI
Yapı malzemesinin tercih nedenleri;
YAPI MALZEMESİNİN SINIFLANDIRILMASI Fonksiyon Şekil değiştirmeleri Fiziksel bünye Kimyasal bünye Taşıyıcı malzeme Elastik Homojen Metaller Detay malzeme Plastik Heterojen Seramikler Elosto-Plastik İzotrop Polimerler Anizotrop Kompozitler
1-Yapı malzemesinin fonksiyonuna göre sınıflandırılması Esas malzeme (taşıyıcı): Fiziksel, kimyasal özellikleri kullanım amacına uygun olan ve mekanik özellikleri yüksek, yapının yükünü taşıyan, çatı, döşeme, kiriş, kolon, duvar, temel gibi ana bölümlerinin yapımında kullanılan malzemeye denir. Özellikle mekanik etkilere dayanıklı olmalıdır.
Detay malzeme: yapıda kullanılan ve fonksiyonu açısından esas malzeme grubunun dışında kalan, yapıyı dış etkilerden koruyan ve dekoratif bir özellik sağlayan malzemeye detay malzemesi denir. Boya, badana, cam, alçı işleri vb. (estetik ön planda) 20
Kuvvet F Yapı malzemesinin şekillenmesine göre sınıflandırılması; Elastik Cisim: Cisme tesir eden dış yükler kaldırıldığı zaman, şekli değiştirmeler de ortadan kalkar ve cismin ilk haline geri dönerse, malzemenin bu davranışına elastik ve böyle cisme elastik cisim denir. (lastik, kauçuk) Şekil değiştirme
Kuvvet F Plastik Cisim: Yükler kaldırıldıktan sonra cisim ilk haline dönmez ve şekil değiştirmiş olarak kalırsa, bu davranışa plastik ve bu tür cisme plastik cisim denir. (kil) Şekil değiştirme
Kuvvet F Elasto-plastik cisim: Malzemenin pek çoğunda ise davranış bu iki ideal davranış arasındadır; yani yükler kaldırıldığı zaman şekil değiştirmelerin bir kısmı geri dönerken diğer kısmı kalır, buna elasto-plastik cisim adı verilir. (çelik) Şekil değiştirme
Yapı Malzemesinin bünye bakımından sınıflandırılması: Homojen: bir yapı malzemesinin aynı cins ve karakterdeki elemanlardan oluşmasıdır. (Tuğla, kiremit) Heterojen: bir yapı malzemesinin değişik cins ve karakterdeki elemanlardan oluşmasıdır. (Betonarme ve beton)
İzotrop: bir yapı malzemesinin bir noktasındaki özelliklerinin yönlere bağlı olmaması ve değişmemesidir. Çelik homojen ve izotroptur. Anizotrop: bir yapı malzemesinin bir noktasındaki özelliklerinin yönlere bağlı olması ve değişebilmesidir. Ahşap, iç ve dış yapısı farklıdır. Liflere dik ve paralel dayanımlar farklıdır.
Yapı Malzemesinin kimyasal bünye bakımından sınıflandırılması Metaller; elektron vererek metal bağı ile bağlanan, ısı ve elektriği iyi ileten elementlere metal denir. Işığı yansıtabilme ve düşük sıcaklıkta bile plastik deformasyon yapabilme yeteneğine sahiptir. Opak renktedir. Betonarme çeliği, kapı, pencere, çivi, bulon gibi malzemeler metallerden yapılır.
Seramikler; metal ve metal olmayan elementlerin oluşturduğu iyonik bağ ile bağlanmış bileşiklerdir. Elektrik direnci yüksek, çoğu zaman saydam, plastik şekil verilmez, sertliği ve korozyonu yüksektir. (fayans, cam)
Polimerler; Kovalent bağlar ile bağlanıp elektronları ortaklaşa kullanan zincir şeklinde moleküler meydana getirerek oluşan organik veya sentetik malzemelere denir. Ana elemanları karbondur. Sertlikleri ve yoğunlukluları çok düşüktür. Isıtıldıklarında sıvılaşır.
Kompozitler; Belirli bir amaca yönelik olarak, en az iki farklı maddenin yapay olarak bir araya getirilmesi ile üretilir. Elde edilen özelliğin bileşenlerinden daha üstün özelliklere sahip olan bir malzeme üretilmesidir. (sunta, sıva harcı, betonarme)
Malzeme türüne göre; Kagir malzeme (taş, tuğla, kiremit, kum, çakıl, beton ve seramik vb.) Birleştirici (bağlayıcı) malzeme (çimento, kireç, alçı, çivi, tutkal, kil) Ahşap malzeme (kereste, kontraplak, sunta vb.) Madeni malzeme (çelik donatı, font(dökme demir), alüminyum, bakır, çinko vb.) İzolan malzeme (ruberoit, katran, asfalt, keçe, keten, cam yünü vb.) Boyalar ( badana boyası, yağlı ve plastik boyalar vb. ) Camlar (renkli, saydam, yarı saydam, vb.) Çeşitli sanayi ve suni malzemeleri (plastik, polimer ve seramik malzemeler) Bitümlü malzemeleri ( asfalt ve yol katranları) Polimerler (PVC esaslı malzemeler vb.) ÖDEV 0-1 kagir 2- bağlayıcı 3- ahşap 4-madeni 5-izolan 6-boyalar 7-camlar 8-bitümlü 9-polimerler Öğr. Numaranızın son rakamına göre
MALZEMENİN İÇ YAPISI Yapı malzemeleri çeşitli boyutta parçacıklardan yapılmış katı cisimlerdir. Bu parçacıklar atomlar, kristaller, moleküller, lifler ve boşluklardan meydana gelir. Malzemenin iç yapısı; Makro yapı Mikro yapı
Malzemede Mikro yapı Atom elektronlar, protonlar ve nötronlardan oluşur. Atom, bir çekirdek ve etrafında dönen elektronlardan meydana gelmiştir. Birden fazla atomun, iyonik, kovelent türü bağlarla bir araya gelmesi neticesinde meydana gelen bileşiklere molekül denir.
Bileşik esnasında elektron verenler (+), elektron alanlar (-) değer alırlar. 273 derecede bütün atomlar nötürdür. Maddeler katı, sıvı ve gaz olmak üzere 3 farklı halde bulunlar. Malzemenin görünür özellikteki yapıları kristal şeklindedir. Moleküller arasındaki çekime kohezyon denir. Kohezyon farklı moleküller arasında olursa adezyon şeklini alır. Suyun aynı kap içinde durması kohezyon sayesindedir.
Malzemenin makro yapısı Makro incelemenin mikro incelemeden ana farkları incelenen numunenin boyutu ve inceleme yapılan büyütmedir. Makro inceleme numuneleri mikro inceleme numunelerinden daha büyüktür.
Atom Bağları Cisimlerin en küçük yapı birimi olan atomları, atomlar arası bağ kuvvetleri bir arada tutar. Bu bağ kuvvetleri cismin mukavemetinin esasını oluşturur. Kimyasal bağlar; İyonsal, Kovalent, Metalik
MALZEMENİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ Cisimlerin dış kuvvet altında, çeşitli zorlanmalar karşısında gösterdiği davranışlara mekanik özellikler adı verilir. Kesme Çekme Sertlik Eğilme Yorulma Burulma Basınç Çarpma Burkulma
Kuvvet Şiddeti (AB=F) Doğrultusu (α) Yönü ( ) Uygulama noktası (A) olan vektörel bir büyüklüktür. y B F AB=F A α x
Bileşke kuvvet F 1 R R = F 1 + F 2 F 2 Moment F d M=F.d
Üç denge şartı ΣF x = 0 ΣF y = 0 ΣM= 0
Eksenel çekme-basınç altında gerilmeler ve şekil değiştirmeler Birim alana isabet eden iç kuvvete gerilme denir. σ = kuvvet/br 2, kg/cm 2, N/mm 2, L/cm 2 Gerilme Kuvvet Alan
MALZEMENİN TEKNOLOJİK ÖZELLİKLERİ Aşınma, Çarpma, Sertlik, Yorulma, Sünme Şekil değiştirme ve kırılma vb.
AŞINMA Malzeme yüzünde sürtünmeden dolayı meydana gelen kopma ve parçalanmalara aşınma denir. Malzemenin aşınmaya karşı dayanıklı olması için yüzeyi sert ve pürüzsüz olması gerekir. Özellikle yol, havalimanı gibi sürekli aşınmaya ve sürtünme yüklerine maruz kalan malzemelerin seçiminde dikkat edilmesi gerekir.
Aşınma miktarı neye bağlıdır? Malzemenin türüne, Sürtünen yüzeylerin biçimine, Sürtünme koşullarına Çevrenin kimyasal etkilerine bağlıdır.
Aşınması söz konusu olan iki cismin, sertlik farklarının az olması durumunda meydana gelen aşınmaya Adezif aşınma denir. Aşınması söz konusu olan iki cismin, sertlik farklarının çok olması durumunda meydana gelen aşınmaya Abrezif aşınma denir. Cisimler arasında su ve kimyasal sıvıların bulunması halinde, bunların meydana getirdiği reaksiyon sonucu meydana gelen aşınmaya Korrozif aşınma denir. Birbirleriyle temas eden cisimler, çeşitli kuvvetler etkisinde kaldıklarından dolayı bir yorulma söz konusudur. İşte bu yorulmanın meydana getirdiği aşınmaya da Yorulma aşınması denir.
ÇARPMA Yüksek bir yerden kütle ağırlığı fazla olan cismin malzeme üzerine düşmesi veya aniden bir kuvvet uygulanması olayıdır. Ani bir şekilde yüklenmesi ve çarpması farklı gerilmeler oluşturur.
YORULMA Yapı elemanları sabit ve hareketli yükler altında kalır. Hareketli yüklerin malzeme elastik limiti altında meydana getirdiği gerilmenin belirli zaman aralığında tekrar tekrar oluşmasından dolayı malzemede meydana gelen gevrek kırılma olayına yorulma denir. (Genellikle ray, otobüs durağı, çelik köprü gibi.) Yorulma dayanımına etki eden faktörler: Sıcaklık, boyut, aşırı yükleme, delik çentik kaynak etkisi, yüzey pürüzlüğü korozyon
İŞLENEBİLME Herhangi bir yapıda kullanılan malzemenin yeterli derecede işlenebilme özelliğine sahip olması gerekir. Özellikle içindeki malzemeler kesilip bükülerek yerine yerleştirilebilmesi için yumuşak ve işlenmeye müsait olması gerekir. Eğer malzeme sertse işlenmesi zor olur.
SÜNME Malzemenin çoğu sabit veya kalıcı gerilme altında zamanla artan değiştirmeler gösterirler. Buna sünme denir. Ön görülen dayanımla önemli bir kayıp olmaksızın deformasyon yapabilme yeteneğidir. Sünme açısından malzemeler 2 ye ayrılır. Sünek (Düktil) malzeme Gevrek Malzeme (Kırılgan)
GEÇİRİMLİLİK Malzemenin basınç farkı etkisiyle suyun malzeme içinde artması olayına geçirimlilik denir. Malzemenin geçirimliliği malzeme boşluk oranıyla doğru orantılıdır. (permeabilite)
KAPİLARİTE Malzeme molekül bünyesinde bulunan kılcal damarlara (borulara) su emilmesi olayıdır. Özellikle kil gibi malzemelerde kapilarite önem taşır.
SERTLİK Malzemede sertlik malzeme yüzeyinin kalıcı şekil değiştirmeye karşı gösterdiği dirençtir. Sert bir cisim, genellikle yumuşak olmayan ve başka bir cismin kuvvet altında o malzeme içine girmesine büyük direnç gösteren bir malzemedir. Sertlik izafi bir ölçü olup sürtünmeye, çizmeye, kesmeye ve plastik deformasyona karsı direnç olarak da tarif edilir.
1. TALK 2. JİPS (ALÇI TAŞI) 3. KALSİT 4. FLORİT 5. APATİR 6. ORTOKLAZ 7. KUVARS 8. TOPAZ 9. KORONDEN 10.ELMAS MOHS SERTLİK SIKALASI Minarellerin sertliği Avusturyalı mineralog Friedrich Mohs tarafından 1812 yılında ortaya konulmuştur. Mohs sertlik skalası bir mineralin sertliğini ifade eder.
1. TALK 2. JİPS (ALÇI TAŞI) 3. KALSİT 4. FLORİT 5. APATİR 6. ORTOKLAZ 7. KUVARS 8. TOPAZ 9. KORONDEN 10.ELMAS
Cisimlerin sertliği ölçme yöntemleri üç gruba ayrılabilir: 1) Malzeme yüzeyini sert bir cisim ile çizerek yapılan sertlik deneyleri. 2) Malzemeye sert bir cismi kuvvet altında batırmak suretiyle yapılan sertlik deneyleri. 3) Sert bir bilyayı malzeme üzerine düşürmek ve sıçratmak suretiyle yapılan sertlik deneyleri.
Çizerek yapılan sertlik deneyleri Sert bir malzeme kendisinden daha az sert olan bir malzemeyi çizer. Bu faktörü göz önüne alarak bir seri mineral sertliğine göre sıralanarak, Mohs skalası olarak adlandırılan, yarıkantitatif bir cetvel elde edilmiştir.
Batırılarak yapılan sertlik deneyleri. Belirli bir sürede belirli bir yük altında deforme olmayan bir küre veya koninin metal içine batma derinliğinin ölçülmesiyle yapılır.
Düşürerek veya sıçratarak yapılan sertlik deneyleri. Brinell Sertlik Deneyi
MALZEMENİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ Yapının çeşitli dış tesirlere karşı yeterli ölçüde dayanıklı olabilmesi yapıyı oluşturan malzemenin dayanıklılığına bağlıdır. V b Vd G S K Vt
Porozite: Boşluk hacminin tüm hacme oranıdır. p=vb / Vt Kompozite: Malzemenin içindeki dolu hacmin tüm hacme oranıdır. k=vd / Vt p+k=1 Su emme yüzdesi: Malzeme içindeki su miktarının malzeme ağırlığına bölümüne denir. V b W= ((Wyaş - Wkuru) / Wkuru)x100 Vd G S K Vt
Birim ağrılık = Ağırlık / Bütün Hacim (gr/cm 3 ) Birim ağırlık = Ağırlık / Bütün hacim Malzemenin boşlukları dahil olmak üzere birim hacim ağırlığıdır Özgül ağırlık; Malzemenin boşlukları çıkartıldıktan sonra birim hacmine karşılık gelen ağırlığıdır. Özgül ağırlık = Ağırlık / Dolu Hacim (boşluk çıkartılmış)
TERMİK ÖZELLİKLER Malzemelerde Isı Genleşmesi ve Isı Gerilmeleri a 0 a 1 L 0 I. Durum L 1 II. Durum ΔL=L 1 - L 0 Δa=a 1 - a 0
Malzemelerde Isı Genleşmesi ve Isı Gerilmeleri Sıcaklık derecesinin artmasıyla atomlar denge konumları etrafında daha hızlı titreşim yaparlar. Bu durumda atomlar birbirlerinden uzak durmaya mecbur kalırlar ve neticede malzemenin boyutu artar. Isıl genleşme neticesinde malzemede şekil değişikliği meydana gelir.
AKUSTİK ÖZELLİKLER İnsanların yaşadığı yapılarda akustik yönünden konfor sağlamak için malzeme ve yapı düzeni ile ilgili iki önemli etken vardır; bunlardan birisi sesin yansıması veya yankı, diğeri de ses iletimi veya bunun tersi ses yalıtımıdır. Ses titreşimlerinin saniyedeki tekrar sayısına sesin frekansı denir.
İnsan kulağının algılayabileceği ses 20 Hz ile 20000 Hz arasındadır. Yaşla ve geçmişte maruz kalınan yüksek ses ile bu aralık daralır. Bu aralıkta kulak 1000 ile 5000 Hz aralığındaki sese, özellikle 4000 Hz civarına duyarlıdır. Ses kaynağı kesildikten sonra, ses şiddetinin başlangıçtaki değerinin milyonda birine inmesi için geçen süreye reverberasyon süresi denir.