MALZEME ÖZELLİKLERİ
Prof.Dr.Nabi YÜZER
Doç.Dr. Dilek EKŞİ AKBULUT
Tarihi Yapılarda Malzemelerin Sınıflandırılması
YAPI MALZEMELERİNİN SINIFLANDIRILMASI:
1. Kullanılış Yer ve Amacına Göre 1. Mekanik Özelliklerine Göre 1. Fiziksel Özelliklerine Göre 1. Kimyasal Özelliklerine Göre
1. Kullanılış Yer ve Amacına Göre : A) Taşıyıcı Malzemeler
(Taş, tuğla, ahşap, çelik, beton…) B) Koruyucu Malzemeler
(Taş, tuğla, ahşap, beton, bitüm, polistren…) C) Süsleyici Malzemeler
(Taş, tuğla, ahşap, cam, alçı…
Taşıyıcı Malzeme (taş) Koruyucu Malzeme (taş) Süsleyici Malzeme (taş)
Taşıyıcı malzeme olan doğal taş,
zamanla atmosfer etkileri ile hasara uğrar ve korunmaya muhtaçtır.
Doğal taş, aynı zamanda koruyucu (kaplama) ve süsleyici olarak
kullanılabilir.
Taşıyıcı Malzeme (ahşap) Koruyucu Malzeme (ahşap)
Süsleyici Malzeme (ahşap)
Taşıyıcı malzeme olan ahşap, aynı zamanda koruyucu
(kaplama) ve süsleyici olarak kullanılabilir.
Ahşap, nem, böcek hasarları,
mantarlaşma gibi etkilerle hasara uğrar, çürür, korunması gerekir.
Hasar görmüş taşıyıcı
malzeme
Taşıyıcı Malzeme (beton) Koruyucu Malzeme (beton)
Süsleyici Malzeme (beton) Taşıyıcı malzeme olan
beton, su, çözeltiler, donatı korozyonu, alkali- agrega reaksiyonu vb. nedenlerle hasara uğrar.
Hasar görmüş taşıyıcı malzeme
Taşıyıcı Malzeme (çelik)
Taşıyıcı malzeme olan çelik, korozyon ve yüksek sıcaklıktan korunmalıdır.
Yüksek sıcaklık etkisinde çelik yapı
Çelik yapıda korozyon hasarı
2. Mekanik Özelliklerine (şekil değiştirmesine) Göre : A) Elastik Malzemeler
Yük etkisinde şekil değiştirip, yük kalktıktan sonra eski haline dönen malzemelerdir (Kauçuk).
B) Plastik Malzemeler
Yük etkisinde şekil değiştirip, yük kalktıktan sonra eski haline dönemeyen malzemelerdir (Taze beton, kil hamuru vb.).
C) Elastoplastik Malzemeler
Yük etkisinde şekil değiştirip, yük kalktıktan sonra kısmen eski haline dönen malzemelerdir (Betonarme çelik çubuk).
Elastik Malzemeler
Elastomer mesnet (kauçuk): İçerisinde çelik plaka bulunan bu mesnetler, köprü ve viyadük ayakları üzerine veya bina temellerine yerleştirilir.
Mesnetler; köprüleri, titreşim ve benzeri olumsuz etkilerden korur.
Elastomer mesnetlerin, elastik davranışı sayesinde hem statik hem de dinamik yükleri dengeleme özellikleri vardır.
Plastik Malzemeler Taze Beton:
Betonu diğer taşıyıcı malzemelerden ayıran en önemli özellik taze halde plastik davranış göstermesidir. Bu sayede betona istenilen şekil verilebilir.
Betonarme Çelik Çubuk:
Elasto - Plastik Malzemeler
Elastik Davranış:
Bir cisme tatbik edilen gerilme yeteri kadar küçük ise gerilme-deformasyon diyagramı lineer (doğrusal) ve zamandan bağımsızdır. Zamandan bağımsız deformasyon yük kalktığı zaman yok oluyorsa böyle deformasyona elastik deformasyon denir
Plastik Davranış:
Zamandan bağımsız deformasyon yük kalktığı zaman yok olmuyorsa böyle deformasyona plastik deformasyon denir
Lineer Elastikliği İzleyen Plastik Davranış:
Kalıcı deformasyonların başladığı gerilmeye “elastik limit” denir. Yük kaldırıldığı zaman, zamandan bağımsız olarak kalan deformasyona plastik deformasyon denir.
3. Fiziksel Özelliklerine Göre : A) Homojen Malzemeler
Aynı cins ve özellikteki elemanlardan oluşan malzemelerdir (Çelik).
B) Heterojen Malzemeler
Farklı cins ve özellikteki elemanlardan oluşan malzemelerdir (Ahşap).
C) İzotrop Malzemeler
Özellikleri yönlere bağlı olarak değişiklik göstermeyen malzemelerdir (Çelik).
D) Anizotrop Malzemeler
Özellikleri yönlere bağlı olarak değişiklik gösteren malzemelerdir (Ahşap).
Genelleştirilmiş Hooke Kanunu:
Lineer-anizotrop-elastik cisimde bünye denklemi:
s
ij= C
ijkl.e
kls1 C11 C12 C13 C14 C15 C16 e1 s2 C21 C22 C23 C24 C25 C26 e2
s3 C31 C32 C33 C34 C35 C36 e3
s4 = C41 C42 C43 C44 C45 C46 . e4
s5 C51 C52 C53 C54 C55 C56 e5
s6 C61 C62 C63 C64 C65 C66 e6
6x1 6x6 6x1
Çeşitli malzemeler için rijitlik sabitler
Homojen-izotrop cisimde bünye denklemi:
l+2µ l l
0 0 0
l l+2µ l
0 0 0 l l l+2µ 0 0 0
[C
KM] = 0 0 0 µ 0 0
0 0 0 0 µ 0
0 0 0 0 0 µ
2 Elastik sabit E ve n olmak üzere, n
n l n
2 1 )(
1 (
. -
= + E
(Lame Sabiti),
) 1
(
2 n
µ = = E +
G (Kayma Modülü)
3. Kimyasal Özelliklerine Göre : A) Seramikler
Metal ve metal olmayan elementlerin iyon bağlar ile bağlanarak oluşturdukları inorganik malzemelerdir (Cam, beton,…).
B) Metaller
Metal bağlar ile bağlanıp, serbest elektronları ile ısıyı ve elektriği iyi ileten malzemelerdir (Demir, Alüminyum…).
C) Polimerler
Kovalent bağlar ile bağlanıp elektronları ortaklaşa kullanan, zincir şeklinde moleküllerden oluşan organik veya sentetik malzemelerdir (Bitüm,
Ahşap…).
D) Kompozitler
Yukarıda açıklanan iki veya daha fazla maddenin bir araya gelmesi ile oluşturdukları malzemelerdir (Çelik lif katkılı beton, lamine kompozitler…).
A) Seramikler
Seramikler, çok eski çağlardan beri insanoğlunun farklı amaçlar için ürettiği ve kullandığı malzemelerdir.
Arkeologlar, insan yapımı seramiklerin günümüzden 24000 yıl öncesinde var olduğuna işaret etmektedir.
Seramik sözcüğü tuğla kiremit gibi pişmiş toprak ürünlerinden başka cam, porselen, refrakter gibi çok geniş bir malzeme grubunu temsil eder.
Tüm seramiklerin hammaddesi kildir ve seramiklerin özelliği kilin bileşimine ve pişirme sıcaklığına göre değişir. Örneğin;
• Tuğla gibi gözenekli seramikler 800-1000 °C’de,
• Kiremit, künk gibi sırlı seramikler 1250 °C,
• Porselen gibi hemen hemen gözeneksiz seramiklerin 1300-1450 °C’de pişirilir.
Tuğla Uygulamalarından Örnekler
Metaller;
Yapılarda metal olarak; çelik, alüminyum, kurşun, demir, çinko gibi malzemeler kullanılır. Bunlardan;
• Çelik, taşıyıcı sistemde,
• Alüminyum, çoklukla doğrama olarak,
• Kurşun (Pb), kubbe, tonoz gibi gibi elemanlarda su geçirimsizliği sağlamak için,
• Demir (Fe), kemerlerde çekme gerilmelerini karşılamak için gergi elemanı olarak, taş duvarlarda kenet olarak, pencere ve kapılarda güvenlik unsuru olarak,
• Çinko (Zn), pencerelerin denizliklerinde ve yağmur oluklarında kullanılmıştır.
Mekanik mukavemeti diğer malzemelerden çok yüksek olan metallerin en önemli kusuru su, nem ve havanın oksijeninden etkilenerek korozyona uğramasıdır.
