ANDIRIN DOĞU KAYINI (Fagus orientalis L.) ODUNUNDA ELASTİKLİK ÖZELLİKLER İLE YOĞUNLUK ARASINDAKİ İLİŞKİ1
Cengiz GÜLER İbrahim BEKTAŞ
KSÜ Orman Fakültesi, Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü, Kahramanmaraş
ÖZET
Bu araştırma ile Andırın yöresi Doğu kayını (Doğu Akdeniz) odununun elastiklik özellikleri tespit edilmiş ve bu özellikleri ile yoğunluk arasındaki ilişkinin ortaya konması amaçlanmıştır. Denemelerde, test materyali olarak, doğu kayınının doğal yetişme ortamlarından Andırın yöresi’ den alınan deneme ağaçları kullanılmıştır.
Deneme ağaçlarından elde edilen örneklerde, eğilme direnci ve elastikiyet modülü belirlenmiştir.
Yapılan testlerle elde edilen bulgulara istatistik analizlerin uygulanması ile doğu kayını odununda; eğilme direnci 1204 kg/cm2, elastikiyet modülü 127500 kg/cm2 olarak tespit edilmiştir. Direnç-yoğunluk ilişkisi regresyon analizi ile araştırılmış ve aralarında doğrusal artan kuvvetli bir ilişkinin olduğu tespit edilmiştir.
THE RELATIONSHIP BETWEEN ELASTICITY PROPERTIES (MODULUS OF ELASTICITY AND STATIC BENDING STRENGHT) AND DENSITY OF
EASTERN BEECH WOOD NATURALLY GROWN IN ANDIRIN ABSTRACT
The purpose of this research was to define modulus of elasticity in bending and bending strengths of eastern beech (Fagus orientalis Lipsky.) wood naturally grown in Andırın.
The test materials, logs, taken from trees 2-4 m section, were obtained from natural grown area of Andırın region as a test material.
Average properties were determined via statistical analyses and these were modulus of elasticity 127500 kg/cm2, static bending strength 1204 kg/cm2. Relations of strengths with density were determined with regression analyses. As a result, a strong relationship between the elasticity properties and density was determined.
GİRİŞ
Doğu Kayınının (Fagus orientalis Lipsky.) en önemli coğrafi yayılış alanları, Bulgaristan, Türkiye, Kafkasya ve İran’dır. Türkiye’de en geniş yayılışını ve en iyi gelişimini Demirköy’den Hopa’ya kadar Karadeniz sahiline paralel uzanan dağların orta ve yüksek kısımlarında ve özellikle kuzey bakılarda kurduğu saf ve karışık ormanlar da
1 Bu çalışma Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Araştırma Fonu tarafından desteklenmiştir (proje no: 1998/6-11).
yapar. Marmara bölgesi ile Anadolu’da da yer yer görülür. Doğu Akdeniz’de, Adana’nın Pos ormanlarında, Amanos dağlarında ve Kahramanmaraş-Andırın yöresinde lokal olarak bulunur (1,2,3).
Ekonomik değeri çok yüksek olan bu türün, Türkiye’de kapladığı 614.615 ha.
alan ile tüm ülke ormanları içerisindeki payı % 17.8 ve geniş yapraklı koru ormanları içerisindeki payı ise % 40.8’dir. Doğu kayını, 153 milyon m3 ağaç serveti ve yıllık 3.33 milyon m3 etası (1) ile Türkiye ekonomisine önemli katkılar sağlamasının yanında, orman ürünleri sanayisinin de en temel hammaddeleri arasındadır.
Dünya’daki kayın türleri üzerinde yapılan araştırmalarda, botanik, anatomik ve odun özellikleri bakımından önemli benzerlikler olduğu vurgulanmış (4) ve tam kuru yoğunluk 0.640 g/cm3, hava kurusu yoğunluk 0.660 g/cm3 olarak belirlenmiştir (5).
Yoğunluk sınıflarına göre, hava kurusu yoğunluk 0.50-0.69 g/cm3 arasında olup, orta yoğunluktaki ağaçlar grubuna girdiği belirtilmektedir (6).
Doğu kayınının mekanik özellikleri ile ilgili araştırmalarda; eğilme direnci 870 kg/cm2 (4), 1052 kg/cm2 (7), 1123 kg/cm2 (5 ), elastikiyet modülü 125.000 kg/cm2 (8), 118200 kg/cm2 (9), 130822 kg/cm2 (5) olarak bulunmuştur.
Doğu kayını odunun sert ve ağır, kolay işlenebilir, kolay yarılabilir, eğilme direnci ve elastikiyet modülü genellikle yüksek ve özellikle son yıllarda çok geniş kullanım alanı olduğu ortaya konmuştur. Önemli kullanım alanları arasında; mobilya, kontrplak, araba, parke, ayakkabı kalıbı, ambalaj sandığı, oyuncak, sandal ve fırın kürekleri, alet sapları, iş ve marangoz tezgahları, maden direği, yakacak odun, emprenye edildiği takdirde travers imali sayılmaktadır (1, 3).
Bu çalışma ile Türkiye geniş yapraklı ağaç türler arasında önemli bir yeri olan ve odununun ekonomik değeri yüksek olan bu türün, elde edilen verilerin analizi ile odun özelliklerinin daha iyi bilinmesi ve orman ürünleri endüstrisinde daha iyi tanınması, amacına uygun kullanım alanlarında değerlendirilmesine katkıda bulunması amaçlanmıştır.
Yine bu araştırmada Andırın yöresinde (Kahramanmaraş, Doğu Akdeniz) lokal olarak yetişen doğu kayınının elastikiyet modülü ve eğilme direncinin belirlenmesi ve bazı kullanım alanları hakkında bilgiler verilmesi hedeflenmiştir.
MATERYAL VE METOT Materyal
Bu araştırmada. kayının mekanik özelliklerinden eğilme direnci ve elastikiyet modülünün tespit edilmesi ve bu özellikler ile yoğunluk arasındaki ilişkinin ortaya konması planlanmıştır. Bu amaç için, deneme ağaçları Andırın (Doğu Akdeniz) yöresinden alınmıştır. TS 4176/1984 (10)’ teki esaslara göre deneme alanlarının ve deneme ağaçlarının seçimi yapılmıştır. Seçilen iki ayrı deneme alanından göğüs çapına karşılık gelen 2 adet deneme ağacı alınmıştır. Tablo 1’ de deneme alanı ve deneme ağaçlarına ait bazı bilgiler verilmiştir.
Deneme ağaçlarının 2 ile 4. metreleri arasından alınan 1m uzunluğundaki gövde seksiyonlarından eğilme direnci ve elastikiyet modülü test örnekleri hazırlanmıştır.
Hazırlanan test örnekleri, TS 4176’a (10) göre klimatize edilerek, hava kurusu hale ( % 12 rutubete ) gelmeleri amaçlanmıştır.
Tablo 1: Deneme Ağaçları ve Yetişme Ortamlarına Ait Bazı Bilgiler.
Yetişme ortamı faktörleri Deneme ağaçları ve yetişme ortamına ait özellikler
DenemeAğacı No. 1 2 3 4
Yükselti (m) 1740 1740 1740 1740
Meyil (%) 30 25 20 17
Bakı Kuzey doğu kuzey doğu kuzey doğu kuzey doğu
Meşcere tipi Saf Saf Saf Saf
Kapalılık 2 2 2 2
Deneme ağacı yaşı 106 98 114 111
Deneme Ağacı Çapı (cm) 37 30 30 32
Deneme ağacı boyu (m) 17 18 21 20
Bağıl nem (%) 68 68 68 68
Yıl. Yağ. Mik.(ort. mm) 595.3 595.3 595.3 595.3
Yıllık Sıcaklık (ort. oC) 9.4 9.4 9.4 9.4
Metod
Eğilme Direnci
Eğilme direnci denemeleri TS 2474 (11)’e göre yürütülmüş ve denemelerde 2 x 2 x 36 cm boyutlarında örnekler kullanılmıştır.
Denemelerde, dayanak noktalarının açıklığı (2 x 15) = 30 cm olarak alınmış ve yük deney numunesinin radyal yüzüne (teğet yönde eğilme sağlamak üzere) ve tam ortadan uygulanarak, kırılma anındaki kuvvet (Pmax) okunmuştur.
Eğilme direnci (σE ) şu şekilde hesaplanmıştır (8).
σE = (3 x Pmax x I)/(2 x b x h2) .kg/cm2 (1) Burada;
Pmax = Kırılma anında uygulanan yük (kg) I = Dayanak noktaları arasındaki açıklık (cm)
b = Deney numunesinin genişliği (yıllık halkalara dik yönde, cm) h = Deney numunesinin kalınlığı (yıllık halkalara teğet yönde, cm)
Deneyin yapılmasını müteakip, numunelerin kırılma noktalarına yakın yerlerinden TS 2471’e (12) göre 3 cm uzunluğunda rutubet örnekleri alınarak rutubetleri tespit edilmiştir. %12’den sapma gösteren örneklere ait eğilme direnci değerleri rutubetteki %1’lik azalmaya karşılık, eğilme direncinde %4’lük bir artış olduğu (13) esasına göre % 12’ye dönüştürülmüştür.
σE12 =σE [1+0.004 (m – 12)] , kg / cm2 (2) Burada;
σE12 = %12 rutubetteki eğilme direnci değeri (kg/cm2) σE = M rutubetteki eğilme direnci (kg/cm2)
m = Rutubet miktarı (%)
Eğilmede Elastikiyet Modülü
Eğilmede elastikiyet modülünün belirlenmesinde eğilme direnci deney örneklerinden yararlanılmış ve deneyler TS 2478 (14) esaslarına göre yürütülmüştür.
Elastikiyet modülünün belirlenmesi için, eğilme direnci deneyleri yapılırken uygulanan her 20 kp kuvvete karşılık gelen eğilme miktarı makine üzerine yerleştirilmiş bir komparatör yardımı ile ± 0.01 mm duyarlılıkla ölçülmüştür. Ölçülen değerler kullanılarak eşitlik yardımıyla elastikiyet modülü hesaplanmıştır.
E = (F x Ls3 ) / (4 x f x b x h3) (3) Eşitlikte;
E = Elastikiyet modülü kp/cm2 F = Elastik bölgedeki kuvvet kp
Ls = Dayanak noktaları arasındaki açıklık cm b = Örnek genişliği cm (Teğet ölçü)
h = Örnek yüksekliği cm (Radyal ölçü) f = Eğilme miktarı cm
Rutubetleri % 12’den farklı deney örneklerinin elastiklik modülü, deney anındaki örnek rutubeti belirlenerek aşağıdaki eşitlik ile, % 12 rutubetteki değerlerine dönüştürülmüştür.
E12= E [1+0.02 (m-12)] (4) Formülde;
E12 = % 12 rutubetteki elastiklik modülü kp/cm2 E = % m rutubetteki elastiklik modülü kp/cm2 m = Deney anındaki örnek rutubeti (%)
Eğilme Direnci Ve Elastikiyet Modülü İle Yoğunluk Arasındaki İlişki Eğilme direnci ve elastikiyet modülü deneylerinde kullanılan numunelerin tam kuru yoğunlukları belirlendikten sonra, regresyon analizi yapılarak araştırılan özellikler ile yoğunluk arasındaki ilişki belirlenmiştir.
BULGULAR VE TARTIŞMA
Araştırmada eğilme direnci ve elastikiyet modülü için istatistiki analiz (15) yapılarak, elde edilen deney bulgularının numune sayıları (N), aritmetik ortalamaları (X), standart sapmaları (S), varyansları (S2), varyasyon katsayıları (V), minimum değerleri (Xmin ) ve maksimum değerleri (Xmax) ve değişim genişliği (R) Tablo 2 ‘de ve Andırın yöresi doğu kayını ile diğer bazı yöre doğu kayınlarına ait eğilme direnci (σE12), elastikiyet modülü (E12), tam kuru yoğunluk (Do) ve yıllık halka genişliği (YHG)’ne ait değerler Tablo 3’te gösterilmiştir.
Tablo 2. Araştırma Bulgularına Ait Değerler.
N X S S2 V Xmin Xmax R
E12 100 127500 8861.6 78517321 7 98247 155360 57113
σE12 100 1201 445 198025 37 464 2471 2007
Tablo 2 incelendiğinde, Andırın doğu kayınında eğilme direncinin (ortalama) değeri 1201 kg/cm2, elastikiyet modülünün (ortalama) 127500 kg/cm2 olduğu görülmektedir.
Bazı araştırıcılar tarafından yapılan eğilme direnci ve elastikiyet modülü değerlerine göre, yapılan ağaçların sınıflandırılması (6) dikkate alındığında, Andırın yöresi doğu kayını, eğilme direnci değerine göre (1201 kg/cm2) “yüksek”, elastikiyet modülüne göre (127500 kg/cm2) “orta” değerli ağaçlar arasında yer almaktadır.
Tablo 3. Andırın Yöresi Kayınının Bazı Mekanik Özellikleri İle Diğer Yöre Kayın Odunlarına Ait Değerlerlerin Karşılaştırılması
Ağaç türleri σE12* E12 Do* YHG* Kaynak
F.orientalis (Andırın) 1201 127500 0.637 1.51 -
F.orientalis (Karadeniz) 1123 130822 0.640 1.64 (5)
Fagus orientalis (Sinop) 870 0.633 - (4)
Fagus orientalis (İran) - 118200 0.632 1.46 (9)
Fagus orientalis (Tokat) 1052 - 0.589 - (7)
Fagus silvatica (Europe) 1230 160000 0.669 2.22 (16)
∗: σE12:Eğilme direnci (Kg/cm2), E12 :Elastikiyet modülü (Kg/cm2), Do :Tam kuru yoğunluk (g/cm3), YHG : Yıllık halka genişliği (mm)
Tablo 3’te yer alan diğer ağaç türlerine ait eğilme direnci ve elastikiyet modülü değerleri ile Andırın doğu kayınına ait aynı değerler karşılaştığında Andırın Doğu kayını eğilme direncinin tablodaki doğu kayınları eğilme dirençlerinden değerlerinden yüksek, batı kayınından düşük olduğu ortaya çıkmaktadır. Elastikiyet modülüne ait karşılaştırma sonuçları da eğilme direncine paralellik arz etmektedir. Aynı ağaç türleri arasındaki görülen bu farklılıkların yoğunluk, ağaç yaşı ve bunların sonucu olarak yıllık halka genişliği gibi faktörlerin farklılığından ileri geldiği düşünülmektedir. Tablo 3 incelendiğinde karşılaşılan ağaç türlerinde eğilme direnci ile elastikiyet modülü değerlerinin, yoğunluk ve yıllık halka genişlikleri ile paralel bir değişim gösterdiği anlaşılmaktadır.
Diğer yandan, aynı ağaç türünde mekanik özelliklerin farklılaşmasına, yetişme ortamı ve ekolojik faktörler de etki etmektedir. Özellikle bakı, yükselti, toprak özellikleri ve iklim farklılığı, mekanik özellikler üzerinde etkili olmaktadır (17). Ayrıca, deney örneklerinin diri odun- öz odun oranları, ilk bahar – yaz odunu oranları, lif ve yıllık halkaların uygulanan basınca göre konumlarındaki farklılaşmalar da direnç farklılığına neden olabilmektedir.
Yapılan denemelerde elde edilen eğilme direnci ve elastikiyet modülü değerleri ile yoğunluk arasındaki ilişki regresyon analizi ile ortaya konmuştur. Bu analizlerde eğilme direnci ile tam kuru yoğunluk arasındaki ilişki ve doğrunun denklemi Şekil 1, elastikiyet modülü ile tam kuru yoğunluk arasındaki ilişki ve doğrunun denklemi Şekil 2’de gösterilmiştir.
y =-1576 + 4501x r2 = 0,51
200 500 800 1100 1400 1700 2000 2300 2600
0,450 0,500 0,550 0,600 0,650 0,700 0,750 0,800 0,850 Yoğunluk (g/cm3)
Eğilme Direnci (kg/cm2)
Şekil 1 : Eğilme direnci ile yoğunluk arasındaki ilişki
Her iki ilişki için hesaplanan regresyon denklemlerinde ki regresyon katsayıları (b)’nin işaretinin pozitif (+) ve r (korelasyon katsayısı) > 0. 70 ve r2 (determinasyon katsayısı) > 0.50 olması, aralarında doğrusal artan kuvvetli bir ilişkinin olduğunu göstermektedir.
y =-1576 + 4501x r2 = 0,51
200 500 800 1100 1400 1700 2000 2300 2600
0,450 0,500 0,550 0,600 0,650 0,700 0,750 0,800 0,850 Yoğunluk (g/cm3)
Eğilme Direnci (kg/cm2)
Şekil 2 : Elastikiyet modülü ile yoğunluk arasındaki ilişki SONUÇ VE ÖNERİLER
Andırın Doğu kayını, eğilme direnci açısından yüksek, eğilmede elastikiyet modülüne göre orta derece değere sahip bir ağaç türüdür. Bu ağaç türü, eğilme ve
elastikiyetin ön plana çıktığı kullanım alanlarında bu tasnif dikkate alınarak kullanılmalıdır. Özellikle, eğilme direnci ve elastikiyet modülünün yüksek olduğu kullanım yerlerinde, örneğin; travers, palet, parke, kontrplak, kontrtabla, merdiven ve inşaatlarda bu türün kullanımında gerekli hassasiyet gösterilmelidir. Ayrıca, esneklik ve dayanıklılığın arandığı, binalarda ve köprülerde kiriş ve yatay bağlantı elamanı, masif büro mobilyası, okul dersliklerinde sıra ve oturak, masif raflı dolap ve kitaplıklar ve çatı elamanı gibi kullanım yerleri için Andırın doğu kayını düşünülebilir.
KAYNAKLAR
1. ANONİM, (1987) Türkiye Orman Varlığı, Ormancılık Araştırma Enstitüsü, Muhtelif Yayınlar Serisi No: 48.
2. ANŞİN, R. ve ÖZKAN, Z. C., (1993) Tohumlu Bitkiler, Odunsu Taksonlar, KTÜ Orman Fak. Yayın No: 167/19, Trabzon.
3. YALTIRIK, F., (1993) Dendroloji II (Ders Kitabı) İ.Ü. Yayın No: 3767, O.F. Yayın No 440, 2. Baskı Isbn : 975-404-0958, İstanbul.
4. BERKEL, A., (1941) Şark Kayını Teknolojik Vasıfları ve İstimali Hakkında Araştırmalar Yük. Ziraat Enst. Yay. Sayı:118, Ankara.
5. MALKOÇOĞLU, A., (1994) Doğu Kayını (Fagus Orientalis Lipsky.) Odununun Teknolojik Özellikleri KTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, Trabzon.
6. BOZKURT, Y. ve ERDİN, N., (1990) Ticarette Kullanılan Ağaçlarda Fiziksel ve Mekanik Özellikler, İ.Ü. Orman Fak. Dergisi, Seri B, 40, 1, 7-24, İstanbul.
7. GÜRSU, İ., (1960) Tokat Mıntıkası Kayınlarının Teknik Vasıfları Üzerine Yapılan Bir Çalışma, OAE Dergisi 6,1, 30-41, Ankara.
8. BOZKURT, Y. ve GÖKER, Y., (1987) Fiziksel ve Mekanik Ağaç Teknolojisi (Ders Kitabı) İ.Ü. Yayın No: 3445, O.F. Yayın No: 388, Isbn: 975-404-0109, İstanbul 9. POJOUH, P., (1974) Qualite Du Bois De Fagus Orientalis De I’elbourz-İran Revue
Forestiere Française 6, 464-471.
10. TS. 4176, (1984) Odunda Fiziksel ve Mekaniksel Özelliklerinin Tayini İçin Homojen Meşcerelerden Numune Alma ve Laboratuar Numunesi Alınması.
T.S.E., Ankara.
11. TS 2474, (1976) Odunun Statik Eğilme Dayanımının Tayini, T.S.E., Ankara.
12. TS 2471, (1976) Odunda Fiziksel ve Mekanik Testler için Rytubet Miktarı Tayini, T.S.E., Ankara.
13. AS, N., (1992) Pinus Pinaster A. Değişik Irklarının Fiziksel,Mekanik ve Teknolojik Özellikleri Üzerine Etkisi. İ.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi (Basılmamış), 328, İstanbul.
14. TS 2478, (1976) Odunun Eğilmede Elastikiyet Modülünün Tayini, TSE Ankara, 15. KALIPSIZ, A., (1988) İstatistik Yöntemler, Orman Fakültesi Yayın No: 394, İ.Ü.
Rektörlük No: 3522, Doyuran Matbaası, İstanbul.
16. CİVİDİNİ, R., (1969) Studio Tecnologico sulFaggio dell’Appennino Toscano, Roma, C.N.R., Istituto del Legno, 12, 22, 1-38.
17. BEKTAŞ, İ. ve GÜLER, C., (1999) Andırın Yöresi Doğu Kayını (Fagus Orientalis Lipsky.) Odunun Bazı Fiziksel Ve Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi ve Karadeniz Doğu Kayını Ile Karşılaştırılması, K.S.Ü. Araştırma Fonu Proje Sonuç Raporu (Proje No: 1998/6-11), 17, Kahramanmaraş.