MTG – MALZEME BİLİMİ / MALZEMENİN ÖZELLİKLERİ: MUKAVEMET, RİJİTLİK VE ESNEKLİK – 18

Özellikler

Her malzemenin, kuvvetlere çeşitli derecelere kadar dayanmasını ve farklı şekillerde tepki vermesinisağlayan bir iç yapısı vardır. Malzemeye kendine özgü yapısal özellikleri veren de kuvvetlere tepki davranışıdır. Örneğin bazı malzemeler çekilebilir fakat kolayca yırtılır (kağıt gibi), bazıları ise çekilebilir fakat sıkıştırılmaz (ip gibi). Bazıları, örneğin beton, basınca dayanıklı fakat çekmeye dayanıksızdır; çelik gibi diğer bazı malzemeler ise hem çekmeye hem de basınca dayanıklıdır.

Plastik – Elastik Davranış

Bir malzemenin kuvvetlere direnci, iç yapı biçimini bozarak verdiği tepkidir. Gerilme altındaki plastik malzemelerin iç yapısı hemen deformasyona uğrar ve yeni bir şekil alır. Plastik bir malzeme kolayca şekil değiştirir fakat kırılmaz (örneğin kurşun). Elastik malzemelerde ise iç yapı aynı kalır, fakat eğrilme veya esneme görülebilir; bu tür malzemeler, her zaman özgün şekillerini hafızada tutar ve ona geri dönmek ister. Bir elastik malzeme gerilme ortadan kalktığında özgün uzunluğuna (veya şekline) geri döner (örn. bambu).*

Mukavemet

Bir olta çubuğu güçlü değildir, fakat çok elastiktir yani kırılmadan önce çok fazla eğilme kapasitesine sahiptir. Bir elastik malzemenin mukavemetini belirleyecek olan faktör eğilmeye karşı koyma yetisidir (elastik deformasyon). Her malzemenin bir elastik sınırı vardır, bunun ötesinde uzatılmak istenirse elastikliği kaybeder: Eğrilir, burkulur veya çatlayarak ya da yırtılarak kırılır. Kırılma gerilmesi yüksek olan malzeme dayanıklı bir malzeme, kırılma gerilmesi düşük olan malzeme dayanıksız malzemedir. * *

Rijitlik ve Esneklik

Rijit bir malzemenin az miktarda uzama (deformasyon) göstermesi için büyük bir kuvvete ihtiyacı vardır, yani şeklini değiştirmek zordur. Esnek bir malzeme ise az miktarda gerilme ile oldukça uzayabilir, yani şekil değiştirmesi zor değildir.

*Plastiklik oranı düşük malzemeler gerilme altında -kırılgandır- kırılır veya çatlar. Sıcaklık azaldığında daha da kırılgan hale gelir. Yüksek plastiklik oranı olan malzemeler kırılma veya çatlama göstermeden deformasyona uğrar -sünektir- ve sıcaklık arttıkça bu özellikleri daha da artar. Metalleri ısıtmak plastikliklerini artırır.

* * Çelik yaklaşık 250 N/mm²’de koparken, beton en fazla gerilmesi 30 N/mm²’de ulaşır.

MTG – MALZEME BİLİMİ / KUVVETLER: GERİLME, DEFORMASYON – 16

Newton’un İkinci Hareket Yasası

İnşaat mühendisliği, taşıyıcı sistemlerin ve malzemelerin kuvvetlere karşı koyma yetisinin hesaplanmasını konu alır. Bir cismin ağırlığından bahsettiğinizde, aslında bu cismin kütlesi üzerine etkiyen yerçekimine karşı sarf ettiği kuvveti tanımlarsınız. Yerçekimi tüm cisimleri dünyanın merkezine çeker. 300 yılı aşkın süre önce, İsaac Newton bu yerçekimi “çekiminin” (aslında tüm kuvvetlerin) üzerine etkidiği sistem veya cisimlerde bir ivme yarattığını keşfetmiştir.
Buna göre:
KUVVET = KÜTLE (kg) x İVME (saniye başına metre, karesi alınarak)
Kuvvet, Newton ile ölçülür:
1 Newton = 1 kg x 1 m/sn²
Yerçekimi şöyle hesaplanır: g = 9,81 m/sn²

Yapısal Biçim

Her cisim, kuvvet uygulandığında kendi biçimini koruyan bir destek yapıya sahiptirç Kuvvetlerin cisme etkidiğinde cisim de yapılmış olduğu malzemelerin özelliklerine ve bu malzemelerin şekillendirilme ve birleştirilme biçimine göre tepki gösterir. Bir malzeme veya yapıya etkiyen kuvvete gerilme, bir malzmenin veya yapının bu kuvvete karşı verdiği tepkiye deformasyon adı verilir.

Gerilme

Kuvvetler malzemelere iki şekilde etkir:
Malzemeleri itenler basınç kuvveti, gerenler veya çekenler çekme kuvvetidir. Bu etkiyen kuvvetler fizikte  gerilme kuvvetleri olarak tanımalanır ve bir malzemenin belirli bir kesitinde birim alana etkiyen kuvvet olarak hesaplanır:
f(GERİLME) = P(KUVVET) / A(ALAN)

Deformasyon

Malzemeler kuvvetlere karşı koymak için kendi iç yapılarını kullanır. Gerilmeye karşı koyan her malzeme bu kuvveti eşit bir iç kuvvetler dengesi sağlayacak şekilde dağıtır. Sonuçta, yapısal biçimde değişiklik yaratan bir deformasyon ortaya çıkar ve enkesite dik olan kısmi uzama olarak ölçülür. Buna göre basınç bir cimin kısalmasına, çekme ise uzamasına neden olan gerilme olarak açıklanabilir.

MTG – YAPI FİZİĞİ – 15

    Yapısal biçimin temel ilkelerini içermektedir.

Malzeme Bilimi

    Binaların yapısal olarak nasıl çalıştığını anlayabilmek için, taşıyıcı biçimini şekillendiren doğa kanunlarını anlamak gerekir. Bunun için, malzemelere etkiyen kuvvetler ve malzemelerin sahip olduğu temel özelliklere göre bu kuvvetlere verdiği tepki anlaşılmalıdır. Malzeme Bilimi başlığı 3 ana konuyu içerir : Kuvvetler (yerçekimi nedeniyle malzemelerin gerilme ve deformasyon biçimleri), malzemelerin özellikleri (malzemelerin mukavemet ve rijitlik açısından analizi ve işlenmesi)  ve  tepkiler (yapı bileşenlerinin eğilme ve kesme kuvvetleri altındaki davranışı).

Malzeme Teknolojisi

    Malzeme bilimi, katı cisimlerin özellikleri, yapısı ve faz değişiklikleri arasındaki etkileşimin incelenmesidir. Malzeme teknolojisi ise bu bilginin, malzemelerin ve yapısal bileşenlerin üretimi ve fabrikasyonda kullanılmasıdır.  Fabrikasyon süreçlerinin çoğu malzemeler üzerinde çeşitli temel işlemlerin yapılmasını içerir: Kesme, biçme, bükme, kaynaklama ve benzeri işlemler. Bu işlemlerin doğası uygulanacağı malzemenin özelliklerine göre belirlenir. Hammaddelerin ve son ürünlerin genellikle fabrikalarda, şantiyede ve ya dünyanın her hangi bir yerinde taşınmaları gereği, prefabrike yapı bileşenlerinin boyutu, biçimi ve ağırlığı konusunda belirli kısıtlamalar getirir. Malzeme teknolojisi, yaygın olarak kullanılan çeşitli yapı malzemelerini araştırır: taş, ahşap, çelik, beton, cam, kumaş, elyaf takviyeli plastik ve levha malzemeler.

Yapısal Bütünlük

    Mimarın, taşıyıcı sistemleri oluşturacak malzemelerin ve bileşenlerin davranışlarını bilmesi, bunları tüm yapının yük altında rijit ve kararlı olacağı şekilde düzenleyebilmesini sağlar. Yapısal Bütünlük başlığının konusu, önce yapıya etkiyen hareketli ve ölü yüklere, yanal ve çapraz yüklere ve burulmaya dayanıklı taşıyıcı sistemlerin, üçgen oluşturma ve çapraz bağlama yöntemleriyle inşa edilmesi, sonra da sistemin bütünündeki kararlılığın, bir ağacın kök salmasına benzer şekilde, ağırlık merkezi ve konsol yapma (veya dallanma) ilkesi bağlamında incelenmesidir.