YAPI MALZEMESİ
Hafta 01
Öğr. Grv. Dr. Muhsin YALÇIN
•
Herhangi bir yapının projelendirilmesi ve inşaatı aşamasında, inşaat mühendisinin görevi ve amacı, aşağıda belirtilen koşulları bir arada gerçekleştirmektir:a) Yapı, istenilen işlevi/fonksiyonu yerine getirmelidir.
b) Yapı, değişik iç ve dış etkilere (kuvvetlere) servis ömrü boyunca dayanıklı olmalıdır.
c) Malzemeler, yapının özelliklerine ve yapım tekniklerine göre uygun olarak seçilmeli ve uygulanmalıdır.
d) Yapı estetik ve ekonomik olmalıdır.
•
Malzemenin özellikleri bilinmeden yukarıdaki koşulların sağlanabilmesiolanaksızdır. 2
Yapı Malzemesi Bilim Dalı;
•
Yapı malzemelerinin fiziksel, kimyasal, mekanik özelliklerini,•
Üretimşekillerini,•
Kullanım sırasındaki davranışlarını,•
Amaca uygun malzeme seçimini ve geliştirilmesini araştıran ve öğreten bilim alanıdır.Yapı Malzemelerinin tarihsel gelişimi;
•
İlk insanlar malzemeleri doğadakişekilleri ile olduğu gibi kullanmışlardır.•
Ağaç dalları ve çamurdan yapılan barınaklar, taşyığınlarından oluşturulan yapıtlar bunlara en iyi örneklerdir.•
İkinci aşamada insanlar basit araç ve gereçlerle malzemelerişekillendirerek kullanmışlardır.•
Üçüncü aşama ise doğadaki malzemelerin fiziksel ve kimyasal değişikliklere uğratılarak kullanıldığı devirdir.•
Bu devirde madenler eritilerek metaller, metal eriyikleri karıştırılarak alaşımlar, killer şekillendirilip pişirilerek tuğla vb. malzemeler üretilmiştir.•
19. yüzyıldan sonra malzeme üretim yöntemlerinin gelişmesi ile çelik, beton ve plastik yapı malzemeleri ortaya çıkmıştır.•
Yapı malzemesi bugün için sürekli yeni ürünlerin ortaya çıktığı, çok hızlı gelişen bir bilim dalıdır.Yapı malzemelerinin yapı maliyetindeki yeri/önemi:
•
Bir yapının servis ömrü yalnızca projesinin iyi olmasına ve işçiliğine bağlı değildir.•
En önemli faktör, yapıda kullanılacak olan malzemelerin iyi seçilmesi, denetlenmesi, iyi işçilikle yerine konması ve bakımıdır.5
•
Yapı fiziği sorunları olan mekanik deformasyonlar, ısı, ses, su, yangın, korozyon ve çeşitli atmosfer etkileri gibi faktörler karşısında malzeme seçiminde hatalı kararlarla ortaya çıkan üretim ve uygulama hataları sonucu yitirilen yapı ömrü de maliyetin sürekli artışının bir nedeni olmaktadır.•
Günümüzde yapı malzemesi seçim ve kullanma bilgisinin yapı fiziği sorunları ile de birleştirme gerekliliği ortaya çıkmıştır.•
Genelde bir yapının inşaat bedelinin yaklaşık %65-75'ini malzeme giderleri oluşturur.6
•
Yapı maliyetinin büyük çoğunluğunu yapı malzemesi giderleri oluşturmaktadır.•
Malzeme giderlerindeki yüksek oran nedeniyle amaca uygun ekonomik malzeme seçiminde; ilk maliyet, kullanım süresi, bakım sıklığı, bakım maliyeti ve konfor gibi faktörler dikkate alınmaktadır.•
Mühendis tasarlamış olduğu yapıyı gerçekleştirmek için değişik özelliklerdeki malzemeye ihtiyaç duyar.•
Her bir mühendislik dalı için farklı malzemeler önem kazanmaktadır.Malzemelerden beklenilen en önemli özellikler:
•
Gerilmelere karşı dayanıklı olması•
Aşındırıcı etkilere karşı dayanıklılığının (durabilite) yüksek olması•
Yüksek sıcaklık dayanımı•
Hafiflik•
Kolay üretilebilme veşekillendirilebilme özelliği.9 Malzeme Genel Sınıflaması
Madensel (metal)
Demirli metaller
Demir (Font) Çelik, Demir ve
çelik alaşımları
Demirsiz metaller
Bakır ve alaşımları Alüminyum ve alaşımları
Madensel olmayan (metalin dışındakiler)
Organik
Doğal -Ahşap(ağaç)
-Petrol -Doğal gazlar
-Karbonlu Bileşikler
-Reçine -Kauçuk
Yapay -Polimerler
-Kağıt -Selüloz
İnorganik
Doğal -Mineraller
-Kil -Tuzlar
Yapay -Tuğla -Diğer seramikler
-Camlar -Çimento
1) Şekil değiştirme özelliklerine göre:
a) Elastik malzemeler:
•
Yük etkisi altında şekil değiştirip, yük kalkınca yeniden ilk şekline dönen malzemelerdir.•
Elastik davranışı en iyi simgeleyen malzeme yaydır. Lastik ve kauçuk elastik malzemelere örnek olarak verilebilir.10
b) Plastik Malzemeler:
•
Yük etkisi altında şekil değiştirip, yük kalkınca yeniden ilk şekline dönmeyen, kalıcı şekil değişimi gösteren malzemelerdir.•
Bu davranışı gösteren en iyi örnek kildir.c) Elasto-plastik malzemeler:
•
Maruz kaldığı yükün/gerilmenin büyüklüğüne bağlı olarak hem elastik hem de plastik davranış gösterirler.•
Çelik, beton gibi bir çok yapı malzemesi bu tip davranış gösterirler.2) Bünye (yapı) durumuna göre;
a) Fiziksel yapı:
•
Fiziksel yapı özelliklerine göre malzemeler; homojen, heterojen, izotrop ve anizotrop malzemeler olarak gruplandırılabilir.Kaolin kili Ahşap 13
b) Kimyasal yapı:
•
Kimyasal yapı özelliklerine göre malzemeler; kristal ve amorf yapı olarak olarak gruplandırılabilir.•
Kristal yapıya sahip malzemeler örnek olarak demir, bakır, çinko verilebilir.14
•
Amorf yapıya sahip malzemeler örnek olarak cam verilebilir.3) İç yapı ve kimyasal sınıflarına göre:
•
Metaller, polimerler, seramik ve kompozit malzemeler olarak dört gruba ayrılır.a) Metaller:
•
Demir, çelik (alaşım)•
Alüminyum, bakır, çinko, kurşun (element) Metallerin genel özellikleri:•
Element olarak veya bunların alaşımlarının kristal yapıya sahip olmaları•
Isıyı ve elektriği iyi iletmeleri•
Diğer malzemelere göre daha dayanıklı olmaları•
Sünek ve plastik şekillenebilir olmaları ve darbelere dayanıklı olmaları şeklinde sayılabilir.b) Polimerler:
•
C,H,O,N moleküllerinin uzun zincirler formunda kovalent bağlanması ile oluşan malzemelerdir.•
Polimerlerin elektrik ve ısı iletkenlikleri düşüktür ve yüksek sıcaklıklarda bulunmaları malzeme özelliklerini etkiler.•
Kimyasal oluşumlarına ve özeliklerine göre genel olarak iki gruba ayrılırlar.1) Termoplastik polimerler:
•
Uzun molekül zincirine sahip olup sünek malzemelerdir.•
Şekil verilebilir.•
Polietilen, naylon gibi malzemelerdir.17
2) Termoset polimerler:
•
Daha dayanıklı olmakla beraber kırılgan malzemelerdir.c) Seramikler:
•
Tuğla, cam, yüksek sıcaklığa dayanıklı refrakterler ve aşındırıcı (zımpara taşları) malzemelerdir.•
Seramikler, metaller gibi kristal yapıya sahip olabilirler. Fakat kristal yapıya sahip olmayan pek çok seramik de vardır.•
Kristal yapıya sahip olmayan seramiklere genellikle cam denilmektedir.•
Seramiklerin elektrik ve ısı iletkenlikleri düşüktür; bundan dolayı elektrik izolatörleri seramiklerden yapılır.•
Seramikler dayanımı yüksek, sert ve kırılgan malzemelerdir. 18Bazı metal ve seramiklerin kullanım yerleri ve özellikleri:
d) Kompozit malzemeler:
•
İki veya daha fazla farklı malzeme kullanılarak elde edilen malzemelerdir.•
Kompozit malzemeler genel olarak iki gruba ayrılır.a) Suni kompozit malzemeler: Portland çimentosu, beton
b) Donatılı kompozit malzemeler: Betonarme, takviyeli plastikler.
