METAL YAPI MALZEMELERİ

METAL YAPI

MALZEMELERİ

METALLER

İnşaat mühendisliğinde kullanılan metaller, bileşimlerine göre iki gruba ayrılır.

a) Demirli metaller, b) Demirsiz metaller.

D

Demirli metaller, bileşiminde demir bulunan metallerdir.

Bunlara örnek olarak demir, çelik ve çeşitli demir ve çelik alaşımları gösterilebilir. Bu metal malzemeler yapıda taşıyıcı eleman olarak kullanılır.

D EMIRSIZ METALLER

Demirsiz metaller, bileşiminde demir bulundurmayan tüm diğer metallerdir. Bunlara örnek olarak alüminyum, bakır, çinko, kurşun ve bunların alaşımları gösterilebilir. Bu metaller yapıda genellikle taşıyıcı görevi olmayan veya çok az olan elemanların yapımında kullanılır. Bu nedenle bu metaller detay malzemeleri sınıfına girer.

D ^EMIRLI M ^ETALLER

Pik Demir

Bileşiminde % 2-4 karbon ile bir miktar silis, kükürt, fosfor ve manganez bulunan bu demir, fırından alınarak pik adı verilen kalıplara dökülür ve buna pik demir denir.

Dökme Demir

Dökme demir, pik demirinin tekrar ergitilerek kalıplara dökülmesiyle elde edilir.

Dökme demir inşaat sektöründe köprü mesnetlerinde, yollarda rögar ve tesisat bacalarının kapaklarında v.b. yerlerde kullanılır.

Ç ^ELIK

Bileşiminde % 2-0.05 arasında karbon bulunduran demirlere çelik denir.

Çelikler kullanıldıkları yere göre perçin çeliği, yapı çeliği, ray çeliği, yay çeliği gibi isimler alırlar.

Yapıda kullanılan çelikler dört grupta incelenebilir.

1. Çelik yapılarda taşıyıcı malzeme olarak kullanılan çelikler,

2. Betonarme yapılarda donatı çubuğu olarak kullanılan çelikler,

3. Çelik gergi teli ve çelik kablo olarak kullanılan çelikler,

4. Detay (ayrıntı) malzemesi olarak kullanılan çelikler.

Ç ^ELIK Y ^APıLARDA T ^AŞıYıCı M ^ALZEME O ^LARAK K ^ULLANıLAN Ç ^ELIKLER

Çelik yapılarda kullanılan malzemeler profiller, lama çelikleri, levhalar, dökme çelikten elemanlar ile bulon, perçin gibi birleştirme elemanlarıdır. Profiller I, U, L, T ve Z diye kesitlerine göre tanımlanan uzun elemanlardır. Bunlara uzun hadde ürünleri de denir. Lama çelikleri dik dörtgen kesitli yassı ürünlerdir. Kalınlıkları 100 mm’ye, genişlikleri 1250 mm’ye ulaşabilir. Saç levha, kalınlığı diğer iki boyuta oranla çok küçük olan bir yassı üründür.

Genel yapı çeliklerinin sınıflandırması ve mekanik özellikleri TS 2162 de verilmektedir. Ülkemizdeki yapı çelikleri Fe37 sınıfı çeliklerdir. Bu nedenle yukarıda sıralanan çelik yapı elemanları da Fe37 sınıfı çelikten üretilmektedir. Bu çeliğin minimum akma sınırı 22 kgf/mm², minimum çekme mukavemeti 37 kgf/mm² dir.

B ^ETONARME Y ^APıLARDA D ^ONATı Ç ^UBUĞU O ^LARAK K ^ULLANıLAN Ç ^ELIKLER

Betonarme donatı çubukları beton yapı

elemanlarında, betonun taşıyamadığı kayma ve

çekme gerilmelerini taşımak üzere kullanılan

çubuklardır. Bu görevi tam olarak yerine

getirebilmeleri için çubukların geniş bir yüzey

alanına ve yüzeylerinin ise, betona tutunmayı

kolaylaştıracak bir pürüzlülüğe sahip olması

gerekir. Hafif paslanmış çubuklar bu bakımdan iyi

olmakla birlikte betona tutunmasını kolaylaştırmak

için bu çubukların yüzeylerine bazı girinti ve

çıkıntılar da yapılır. Yüzeyinde çıkıntılar bulunan

çubuklara nervürlü, yüzeyinde girintiler bulunan

çubuklara da profilli çelik çubuk denir.

B ^ETONARME Y ^APıLARDA D ^ONATı Ç ^UBUĞU

O ^LARAK K ^ULLANıLAN Ç ^ELIKLER

G ^ERGI T ^{ELI VE} Ç ^ELIK K ^ABLO O ^LARAK K ^ULLANıLAN Ç ^ELIKLER

Ön gerilmeli veya ard gerilmeli betonarme yapılarda gergi teli olarak kullanılacak çelik tel ve kablolarda öncelikle yüksek mukavemet aranır. Bu nedenle bu tellerin karbon yüzdesi daha yüksek, sünekliği daha azdır. Bu teller, tel çekme yöntemiyle üretilir. Hadde denilen bir başlığın bir tarafından kalıp olarak giren tel diğer taraftan kesiti incelmiş ve uzamış olarak çıkar.

İncelen tel soğuk işlem görmüş olduğundan, kesit alanı azaldığı halde, eskisine oranla daha çok yük taşır. Bu tellerle ilgili bir Türk Standardı olmamakla birlikte bunlar yurt içinde üretilmektedir. Bu tellerle ilgili yabancı standartlar, tellerin karbon yüzdeleri, çekme dayanımları, minimum uzama oranları ve özellikle zamanla gevşeme miktarına ilişkin sınırlamalar getirmektedir.

G

T

Ç

K

O

K

Ç

Ön gerilme tellerinde % 0.6 – 0.9 karbon ve aynı oranda mangenez bulunur. Bunların çekme mukavemeti 150 kgf/mm², binde ikilik akma sınırı 130 kgf/mm² dolayındadır.

Ard gerilme işlerinde teller veya kablolar (7 ve 9 telli demetler) kullanılır. Bunların bileşimi yukarıdaki gibidir.

Çekme mukavemetleri 180 kgf/mm2, binde birlik akma sınırı 125 kgf/mm2 dolayındadır. Gerek tellerde ve gerekse kablolarda zamanla gevşeme sonucu gerilme azalması 30 sene sonunda bile % 20’yi aşmaz.

Bazı özel işlerde (örneğin temeller) tel veya kablo yerine soğuk işlem görmüş çubuklardan (çap 20-40 mm) da yararlanılır. Bunlarda karbon ve manganeze ek olarak bir miktar silikon bulunur. Çekme mukavemetleri 100 kgf/mm2 dolaylarındadır.

G

T

Ç

K

O

K

Ç

Asma köprü telleri de ön gerilme tellerine benzer bileşim ve özelliklere sahiptir. Çekme mukavemeti 150 kgf/mm2 olup ayrıca, galvanize edilerek korozyona karşı korunmuştur.

 Öngerilme Teli : Yüksek dayanımlı çeşitli çaplarda üretilen (Genelde 7-8 mm) düz satıhlı yada nervürlü çeliklerdir.

 Öngerilme Toronu : Türkiye’de çelik halat da deniyor.

 Bir telin etrafında bir yada birden fazla telin yada enaz iki telin birbirine sarılmasıyla elde edilmiş belirli özelliklere sahip bir örüktür. Bunlardan en yaygın kullanılanı (7) telden meydana gelmiş toronlardır. Tellerin çapı 2-4 mm dir. Bir telin çapı (D) ile gösterilirse 7 telli toron’un çapı 3.06 D değerini almaktadır.

G ^ERGI T ^{ELI VE} Ç ^ELIK K ^ABLO O ^LARAK K ^ULLANıLAN Ç ^ELIKLER

Öngerilme Çubuğu : Yüksek dayanımlı belirli özelliklere sahip çeşitli çaplarda üretilen özel alaşımlı çelik donatılardır.

Öngerilme Kablosu : Birçok öngerilme telinin, birçok öngerilme toronu yada öngerilme çubuğunun bir grup olarak kullanılması halidir. Bunlar ard çekme yönteminde kullanılmaktadır.

Öngerilme Donatısı : Öngerilmeli elemanlarda donatı olarak kullanılan belirli özelliklere sahip tel toron, çubuk yada bunlardan meydana gelen kablolardır.

D ^ETAY ( ^AYRıNTı ) M ^ALZEMESI O ^LARAK K ^ULLANıLAN Ç ^ELIKLER

Detay (ayrıntı) malzemesi olarak galvanize saclar kullanılır.

Galvanize sac levhalar düz, oluklu ve trapez kesitlidir. Düz sacların genişlikleri 100-120 cm, oluklu ve trapez kesitli saç levhaların genişlikleri kıvrımlar nedeniyle 80-90 cm kadardır. Levhalar istenilen uzunlukta üretilebildiği halde, genellikle 2m’ lik boylarda satılır. Bunların kalınlığı 0.3-1.5 mm arasında olabilir. Levhaların ağırlığı kalınlığına bağlı olarak 2.5 ile 15 kg/m arasında değişir. Düz olmayan levhaların taşıyıcı özelliği de vardır. Bu özelliği nedeniyle ahşap ve çelik fabrika yapılarının çatılarının kaplanmasında kullanılır.

D ^ETAY ( ^AYRıNTı ) M ^ALZEMESI O ^LARAK K ^ULLANıLAN Ç ^ELIKLER

Diğer çelik malzemeler ise, çeşitli çelik saç profillerdir. Bunlar kapalı veya açık kesitli olabilir. Yapıda daha çok kapı kasası, çelik doğrama gibi işlerde kullanılır.

Galvanize çelik borular da yapıda kullanılan bir diğer çelik malzemedir. Boru çapları bir İngiliz ölçü birimi olan “inch” cinsindendir. Ancak piyasada “inch”

yerine “parmak” deyimi kullanılır. 1 parmak = 1 inch = 25.4 mm. En ufak çap yarım parmak (15 mm) en büyük çap ise, 6 parmak (150 mm) dir. Boruların birim ağırlıkları çapa göre değişir. Uygulamada en çok kullanılan yarım, üç çeyrek ve bir parmaklık galvanize boruların ağırlıkları sırasıyla 1.3, 1.7, 2.6 kg/m dir. 6 parmaklık borunun metre ağırlığı 20 kg dolayındadır.

Başka bir diğer çelik malzeme de çelik lifleridir. Çelik lif, yaklaşık 0.2- 0.5 mm çapında telin, 25-50 mm boylarda doğranmasıyla elde edilen bir malzemedir. Beton bileşimine katıldığında donatı vazifesi görerek beton elemanın darbelere, eğilmeye karşı dayanıklılığını artırır. Özellikle, aşınma etkisine maruz betonlarla (beton yollar) patlama etkisine maruz kalabilen betonlar (sığınak) için ideal bir malzemedir. Bu gibi yerlerde normal donatıya ek olarak beton bileşimine çelik lif katılır.

Ç ^ELIK M ALZEMELERIN B ^IRLEŞTIRME U ^SULLERI

Yapıda kullanılan çelik malzemeler iki şekilde birleştirilebilir.

a) Sökülebilir birleşimler: Gerektiğinde sökülerek başka yerlerde kullanılabilecek şekilde birleştirilen elemanlardır. Birleştirme malzemesi olarak civata, bulon vb. malzeme kullanılır.

b) Sökülemeyen birleşimler : Bunlar sökülmesi gerektiğinde kesilerek sökülen malzemelerdir. Birleştirme malzemesi olarak kaynak, perçin vb.

malzeme kullanılır.

Ç ^ELIK M ALZEMELERIN B ^IRLEŞTIRME U ^SULLERI

Perçinler yuvarlak kesitli yumuşak demirden yapılmıştır. Bir ucu küresel başlı, diğer ucu düz çiviye benzeyen elemanlardır.

Birleştirilecek parçalarda açılan deliklerden geçirilen perçinin delikten taşan düz olan ucu dövülerek bu uçta bir kapak oluşturulur. Perçinin gövdesi de deliği iyice doldurur ve sıkışır.

Kaynak, aynı veya benzer alaşımlı madenlerin ısı etkisiyle birleştirilmesidir. İki türü vardır.

1. Ergitme kaynağı : Gaz kaynağı, asetilen kaynağı, elektrik kaynağı ile birleştirilecek parçaların birbirlerine kaynayacak kenarları ısı etkisiyle ergime derecesine kadar ısıtılır.

Ergimiş metal birleşmeyi sağlar. Birleştirme için bir üçüncü parça da ergitilerek kullanılır.

 2. Basınç kaynağı : Birleştirilecek parçalar akkor hale gelinceye kadar ısıtıldıktan sonra kuvvetle birbirine bastırılır. Örneğin, nokta kaynağı, kordon kaynağı, küt kaynak vb. kaynaklardır.

D ^EMIRSIZ M ^ETALLER

İçerisinde demir (Fe) olmayan metallere demirsiz metaller denir.

Demirsiz metallerden yapıda kullanılanlar alüminyum,

kurşun, bakır, çinko ve bunların alaşımlarıdır. Bu

metallerin ortak bir özellikleri havayla temasları

sonucu yüzeylerinde bir oksit tabakasının oluşması

ve bu tabakanın metalin daha fazla oksitlenmesini

önlemesidir. Bu nedenle bunlar daha çok kaplama

malzemesi olarak kullanılır.

A ^LÜMINYUM

Tabiatta en fazla boksit halinde bulunur. Elde edilişinde fazla enerji gerektirdiği için pahalı bir malzemedir. İçindeki yabancı maddeler ayrıldıktan sonra 1000 dereceye kadar ısıtılıp kristal suyu uçurularak saf olarak alüminyum oksit elde edilir. Kalınlıkları 1,5-5 mm. arasındadır. Çatı kaplaması, kapı, pencere ve vitrin doğraması imalatında kullanılır.

Havayla temas edince yüzeyinde koruyucu oksit tabakası oluştuğundan atmosfer etkisine karşı dayanıklıdır. Daha iyi bir dayanıklılık isteniyorsa alüminyum anodize (elektrik akımıyla zorunlu oksitlendirme) edilir. Deniz suyun da klor iyonları çok olduğundan alüminyum ile temas ettirilmemelidir..

Alüminyum ıslak tuğla, toprak ve ahşaptan da etkilenebilir.

Saf alüminyum sağlam bir malzeme değildir. Bununla birlikte, iyi elektrik iletkenliği ve hafifliği nedeniyle yüksek gerilim kablolarında kullanılır.

Alüminyum alaşımları alüminyuma oranla çok daha sağlam ve hemen hemen onun kadar hafiftir. Ayrıca korozyona karşı da dayanıklı olurlar.

A ^LÜMINYUM

Alüminyumun hafifliği (çeliğin üçtebiri), atmosfer etkisine dayanıklılığı onu taşıyıcı sistemler için uygun kılarken, elastiklik modülünün düşük ve ısıl genleşme katsayısının büyük olması (çeliğin 2 katı) bu kullanımı sınırlamaktadır.

Alüminyumun tipik özellikleri :

 Özgül ağırlık : 2.70 kg/ı

 Elastik modülü : 0.7 x 106 kgf/cm²

 Çekme mukavemeti : 50 kgf/mm²

 Poisson oranı : 0.34

 Isıl gen katsayısı : 24 x 10-6 l/^oC

 Isıl iletken katsayısı : 1.8 kcal/m.h.^oC

B

Bakır korozyona karşı oldukça dayanıklı bir metaldir.

Asitlerden ve deniz suyundan etkilenmez. Nemli bir ortamda bırakılacak olursa yüzeyinde yeşil renkli bir bakır sülfat tabakası oluşur.

Bakırın çekme dayanımı yüksek değildir. Daha çok elektriksel ve ısıl iletkenliğinden ve kolay işlenebilirliğinden yararlanma amacıyla kullanılır.

Alaşımsız halde çatı kaplaması olarak kullanılırlar ve bakır levhaların tutturulmasında bakır çivi kullanılır. Bakır boru olarak da yapılarda kullanılabilir.

B

Bakırın alaşımlarından en çok kullanılan ikisi pirinç ve bronzdur. Pirinç, bakır-çinko alaşımıdır. Çinko, bakır içinde

%50’ye varan oranlarda çözünebilir. %36’ya kadar çinko içeren alaşımlar daha çok süs eşyası, pirinç mobilya yapımında kullanılır. %46’dan fazla çinko içeren alaşımların kullanımı oldukça sınırlıdır. %36-46 arası çinko içeren alaşımlar musluk, vana ve benzeri sağlık malzemesi ve vida, menteşe, çekmece kulpu gibi nalburiye üretiminde kullanılır.

Bronz, bakır-kalay alaşımı olup diğer bir ismi de tunçtur.

Kalay miktarı %6 dolayında olup, bronzlar pirinçlere oranla daha sert ve sağlamdır. Daha çok heykel, kapı tokmağı gibi süslemelerde kullanılır.

B AKıRıN TIPIK ÖZELLIKLERI

Özgül ağırlık :8.96 kg / l

Elastik modülü :1.000.000 kgf / cm2

Isıl genleşme katsayısı :2.000 kgf / cm2 (saf metal) Çekme mukavemeti :16.5 x 10-6 lloC

Isıl iletkenlik katsayısı :3.4 kcal / m.h.oC

K

Tabiatta saf olarak çok az bulunan kurşun, içerisinde %86 kurşun bulunan ve kurşun glansı adı verilen filizlerden elde edilir. Havayla temas halinde yüzeyinde bir karbonat tabakası oluşur. Bu tabaka onu dış etkenlere karşı korur. Kurşun bu özelliğiyle çatı kaplaması olarak kullanmaya uygundur.

Tutturma işinde bakır çivi kullanılır. Bu tür uygulamalarda ısıl genleşme payı çok önemlidir. Kurşun yüksek yoğunluğu nedeniyle zararlı ışınların geçişine engel olur. 1 cm kalınlığında kurşun ışınların geçişine karşı 10-15 cm kalınlığında beton kadar etkilidir.

Eski yapılarda, su tesisatında kurşun borular yaygın olarak kullanılmıştır. Kurşun, kolay eğilip bükülmesi nedeniyle günümüzde daha çok su sayaçlarının, termosifon, şofben gibi su ısıtıcılarının su şebekesine bağlanmasında ara eleman olarak kullanılmaktadır. Saf ve yumuşak sular kurşunu çözebildiğinden bu gibi yerlerde suya kurşun karışma ihtimali vardır. Kurşun, özellikle küçük çocuklar için çok zehirli bir maddedir. Kurşun ayrıca yağlı boya , üstübeç ve lehim üretimi gibi diğer alanlarda da kullanılır.

K URŞUNUN TIPIK ÖZELLIKLERI

 Özgül ağırlık :11.34 kg/l

 Elastik modülü :200000 kgf/cm

 Çekme mukavemeti :2140 kgf/cm

 Isıl genleşme katsayısı :229.5 x 10-6 l/oC

 Isıl iletkenlik katsayısı :2.9 kcal/m.h.oC

Ç

Tabiatta saf olarak bulunmaz. Blent, kalamin ve

kırmızı çinko filizi halinde bulunur. Filizler yıkanır

ufalanır ve daha sonra kavrularak karbondioksit ve

kükürt ayrılır. 1100-1300 oC sıcaklıkta ve özel

fırınlarda ısıtılan çinko gerekli işlemler sonunda sıvı

hale getirilir. Böylece elde edilen ham çinko alev

fırınlarında tekrar eritilerek temizlenmek suretiyle

saf çinko haline getirilir.

Ç

Yağmur borusu, dere ve olukların üretiminde ve çatılarda kaplama malzemesi olarak kullanılır. Isıl genleşme katsayısı oldukça yüksektir (40 x 10-6 l/oC’ye kadar çıkabilir).

Çelik saçların ve boruların kaplanmasında da

kullanılır. Ergimiş çinkoya daldırılan çelik saçların ve

boruların yüzeyleri çinko ile kaplanır ve bu saçlara

galvanize saç, borulara da galvanize boru denir. Bu

kaplama işlemi malzemelerin paslanmasını önler.