Ρίκα Δεληγιαννίδου Νίκος Κ. Μπάρκας

Παρουσίαση με θέμα: "Ρίκα Δεληγιαννίδου Νίκος Κ. Μπάρκας"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ρίκα Δεληγιαννίδου Νίκος Κ. Μπάρκας e-mail : nbarkas@arch.duth.gr
ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ Δ.Π.Θ. ΤΜΗΜΑ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ : ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Ι - κτίριο και υλικά 4. Δομικά μέταλλα - Ξυλεία Διδάσκοντες Ρίκα Δεληγιαννίδου Νίκος Κ. Μπάρκας Οι σημειώσεις βρίσκονται αναρτημένες στην ιστοσελίδα : http : // eclass.duth.gr ΤΜD127 1

2 ΔΟΜΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΑ Χρησιμοποιούνται στα δομικά έργα, σε φέροντα ή μη δομικά στοιχεία και διάφορα δομικά στοιχεία όπως σωλήνες και εξαρτήματα. Τα κυριότερα μέταλλα είναι ο χάλυβας, το αλουμίνιο, ο ψευδάργυρος, ο κασσίτερος, ο χαλκός και τα διάφορα κράματα από προσμίξεις μετάλλων. Κυριότερα χαρακτηριστικά μετάλλων και κραμάτων Μεγάλη αντοχή σε θλίψη, εφελκυσμό, κάμψη, διάτμηση, στρέψη, φθορά Μεγάλη ελαστικότητα Υψηλή θερμική αγωγιμότητα Υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα Είναι ελατά, δηλαδή είναι ικανά να μετατρέπονται σε ελάσματα και λεπτότατα φύλλα Είναι όλκιμα, έχουν την ιδιότητα να μετατρέπονται σε σύρμα Συγκολλούνται μεταξύ τους σε υψηλές θερμοκρασίες (συγκολλητικότητα) Είναι εύτηκτα, τίκτονται σε υψηλές θερμοκρασίες και μπορούν να πάρουν οποιοδήποτε σχήμα

3 Φυσικές ιδιότητες των κυριότερων δομικών μετάλλων

4 Μέτρο ελαστικότητας (Ε)
Μηχανικές και τεχνολογικές ιδιότητες των μετάλλων Ελαστικότητα Εκφράζεται με το μέτρο ελαστικότητας το οποίο λαμβάνεται από το διάγραμμα τάσεων – μηκύνσεων (σ-ε) κατά τη δοκιμή του μετάλλου σε εφελκυσμό. Μέτρο ελαστικότητας (Ε) Ε=σ/ε (kp/cm2)

5 Όριο διαρροής Όριο θραύσεως
Είναι η τάση πάνω από την οποία ο χάλυβας αρχίζει να διαρρέει (παραμορφώνεται). Όταν η φόρτιση αυξηθεί πέραν του ορίου ελαστικότητας, εκτός από ελαστικές παραμορφώσεις, έχουμε και παραμένουσες παραμορφώσεις (πλαστικές παραμορφώσεις). Όριο θραύσεως Οι παραμορφώσεις είναι διαφορετικές, ανάλογα με το είδος του χάλυβα.

6 Μήκυνση θραύσεως Ερπυσμός και χαλάρωση
Είναι ομοιόμορφη καθ’ όλο το μήκος, μέχρι τη μέγιστη τάση Κατά τη φόρτιση πέραν του ορίου διαρροής, μειώνεται η διατομή της ράβδου και στην περιοχή της φόρτισης επέρχεται επιμήκυνση μεγαλύτερη από ο υπόλοιπο μήκος της. Στο σημείο αυτό η ράβδος σπάει (θραύση). Η παραμένουσα παραμόρφωση ονομάζεται «μήκυνση θραύσεως». Χαρακτηρίζεται με δ10 όταν το μήκος της ράβδου είναι Lo=10do και δ5 όταν το μήκος της ράβδου είναι Lo=5do. Ερπυσμός και χαλάρωση Παρουσιάζεται στους χάλυβες προεντεταμένου σκυροδέματος Ερπυσμός είναι η βραδεία αύξηση του μήκους μιας εφελκυόμενης ράβδου, πέραν της αρχικής επιμήκυνσης που προήλθε κατά τη στιγμή της φόρτισης. Χαλάρωση είναι η πτώση τάσης μιας για μεγάλο χρονικό διάστημα εφελκυόμενης ράβδου, που τα άκρα της έχουν σταθεροποιηθεί έτσι ώστε να μην είναι δυνατή η επιμήκυνσή της.

7 Hb=P/F=δύναμη/επιφάνεια ίχνους
Σκληρότητα Είναι η αντίσταση που προβάλλει η επιφάνεια ενός υλικού στη χάραξη του από ένα άλλο. Μέτρηση σκληρότητας Μέθοδος BRINELL Με πίεση στην επιφάνεια του μετάλλου μιας χαλύβδινης σφαίρας ορισμένης διαμέτρου. Hb=P/F=δύναμη/επιφάνεια ίχνους Σκληρότητα διαφόρων μετάλλων κατά Mohs και Brinell

8 όπου: Ηv ο βαθμός σκληρότητας P η δύναμη F η επιφάνεια
Μέθοδος ROCKWELL Με πίεση στην επιφάνεια του μετάλλου μιας χαλύβδυνης σφαίρας διαμέτρου 1,59mm, με δύναμη 100kp ή κώνου από αδάμαντα με δύναμη 150kp. Ο βαθμός σκληρότητας γίνεται με απ’΄ευθείας ανάγνωση στην αριθμημένη κλίμακα του οργάνου Μέθοδος VICKERS Με πίεση αδαμάντινης πυραμίδας με τετραγωνική βάση και γωνία εδρών 136˚. Το φορτίο που εφαρμόζεται κυμαίνεται από 1-120kp. Μετά τη δοκιμή μετριέται η διαγώνιος του ίχνους με μικροσκόπιο και από αυτήν προσδιορίζεται η επιφάνεια F. Hv=P/F=1,854*P/d² όπου: Ηv ο βαθμός σκληρότητας P η δύναμη F η επιφάνεια

9 Αντοχή σε δυναμικές φορτίσεις (αντοχή σε κόπωση)
Αντοχή σε κρούση ο έλεγχος του εύθραυστου των υλικών γίνεται με δοκιμή στην κρούση όπου η δύναμη κρούσεων επιβάλλεται με ένα εκκρεμές Αντοχή σε δυναμικές φορτίσεις (αντοχή σε κόπωση) Τα μέταλλα γενικά παρουσιάζουν υψηλή αντοχή στις δυναμικές φορτίσεις. Κατά τη δοκιμή του ελέγχου στην κόπωση, το δοκίμιο υποβάλλεται σε εναλλασσόμενη καταπόνηση. Η δοκιμή γίνεται σε ειδικές μηχανές δυναμικής καταπονήσεως. Ελατότητα Είναι η ικανότητα των μετάλλων να μεταβάλλουν το σχήμα τους υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων, χωρίς να υποστούν ρήγματα ή θραύση. Η μεταβολή του σχήματος γίνεται εν θερμώ ή εν ψυχρώ.

10 σφυρηλάτηση εν ψυχρώ ή εν θερμώ : το μέταλλο παίρνει διάφορες μορφές
Η ικανότητα μεταβολής του σχήματος των μετάλλων επιτρέπει την κατασκευή διαφόρων μεταλλικών υλικών και γίνεται με τους ακόλουθους τρόπους. σφυρηλάτηση εν ψυχρώ ή εν θερμώ : το μέταλλο παίρνει διάφορες μορφές ψυχρή ή θερμή έλαση : τα μέταλλα μετατρέπονται σε λεπτές λαμαρίνες, ράβδους διαφόρων διατομών, σωλήνες κλπ εξέλαση : οι λεπτές λαμαρίνες μετατρέπονται σε κοίλες, κυματοειδείς, κυρτά αντικείμενα κλπ εξέλκυση : παράγονται ελάσματα τυποποιημένης μορφής

11 Ο σίδηρος είναι γνωστός από πολύ παλιά, με περιορισμένη όμως χρήση
Σίδηρος Ο σίδηρος είναι γνωστός από πολύ παλιά, με περιορισμένη όμως χρήση Ελεύθερος σίδηρος βρίσκεται σε μικρές ποσότητες, ενώ η βιομηχανική παραγωγή του γίνεται από σιδηρομεταλλεύματα που περιέχουν τα ορυκτά του σιδήρου Ο σίδηρος δεν χρησιμοποιείται στη καθαρή χημική μορφή του επειδή έχει χαμηλή αντοχή. Με διάφορες προσμίξεις (άνθρακα C,πυριτίου Si, φωσφόρου P, θείου S) και ως κράμα με άλλα μέταλλα αποκτά υψηλές αντοχές. Τα κράματα του σιδήρου που προέρχονται από τις προσμίξεις των μεταλλευμάτων, σχηματίζουν μικτούς κρυστάλλους, η ποσότητα και το είδος των οποίων επηρεάζει τις μηχανικές και χημικές ιδιότητες του κράματος Ο σχηματισμός των μεικτών κρυστάλλων εξαρτάται από την ταχύτητα ψύξεως του τήγματος

12 Μεταλλουργία του σιδήρου- διαδικασία παραγωγής σιδήρου και χάλυβα
Σιδηρομετάλλευμα & Άνθρακας (κωκ) & ασβεστόλιθος Μεταλλουργική υψικάμινος κοινός χυτοσίδηρος κοινός χυτοσίδηρος χυτήριο Χαλυβοποίηση του χυτοσιδήρου (μεταλλουργικοί κάμινοι) μεταλλουργική σκουριάς Χυτοσίδηρος δευτέρας τήξεως (μαντέμι) Επεξεργασία σκουριάς Χαλυβουργικές βιομηχανίες (κυλίνδρωση) Σκωριακά τσιμέντα Σκωριοκίσσηρις Σκωριοβάμβακας Αδρανή υλικά κλπ. Δομικός χάλυβας, χάλυβας σκυροδέματος κλπ.

13 Το μαντέμι ή χυτοσίδηρος
Είναι κράμα σιδήρου και άνθρακα με περιεκτικότητα σε άνθρακα 2,7-4,2% και λαμβάνεται με δεύτερη τήξη από κοινό χυτοσίδηρο. Το μαντέμι τύπο GG δεν συγκολλείται, ενώ το μαντέμι τύπου GGG είναι ελαστικότερο και κατά κάποιο τρόπο μπορεί να συγκολληθεί. Χρησιμοποιείται συνήθως σε έργα πολιτικού μηχανικού, σωλήνες υδραγωγείων, καπάκια φρεατίων, σχάρες ομβρίων κλπ. Ο χάλυβας Είναι όλα τα είδη κραμάτων του σιδήρου με κύριο στοιχείο τον άνθρακα, εκτός από το μαντέμι. Ανάλογα με τις απαιτήσεις χρήσεων του χάλυβα μπορούν να μεταβληθούν ορισμένες ιδιότητες κατά την παραγωγή του. Ο χάλυβας λαμβάνεται από κοινό χυτοσίδηρο (χαλυβοποίηση του χυτοσιδήρου) με διάφορες μεθόδους.

14 - μορφοποίηση του χάλυβα
γίνεται στις χαλυβουργικές βιομηχανίες με πρώτη ύλη τον χάλυβα ο οποίος διατίθεται σε σχήμα πρίσματος, ή κόλουρου κώνου (χελώνα). γίνεται με χύτευση, σφυρηλάτηση, κυλίνδρωση και εξέλκυση ή διέλκυση. - θερμική επεξεργασία του χάλυβα γίνεται σε υψηλή θερμοκρασία με ρύθμιση της ταχύτητας ψύξεως. κατά τη μέθοδο αυτή βελτιώνονται ορισμένες ιδιότητες του χάλυβα. - επεξεργασία του χάλυβα εν ψυχρώ γίνεται σε θερμοκρασίες κατώτερες από τη θερμοκρασία αποκρυσταλλώσεως και συνήθως σε θερμοκρασίες χώρου κατά την επεξεργασία γίνεται μια πλαστική παραμόρφωση και επιτυγχάνεται η βελτίωση ορισμένων ιδιοτήτων του υλικού, όπως αντοχή και σκληρότητα - χάλυβες οπλισμένου και προεντεταμένου σκυροδέματος στα προεντεταμένα σκυροδέματα χρησιμοποιούνται χάλυβες υψηλής αντοχής

15 Αλουμίνιο εισήλθε στην τεχνολογία με μορφή κραμάτων προ 70ετίας περίπου με κύριο πλεονέκτημά του το χαμηλό ειδικό βάρος και την υψηλή αντοχή σε διάβρωση και συνθήκες περιβάλλοντος. χρησιμοποιείται στην οικοδομική για κατασκευή στεγών, πάνελ, πλαισίων παραθύρων, θυρών, διαχωριστικών, διακοσμητικών εσωτερικών και εξωτερικών επιφανειών. η μεταλλουργία του αλουμινίου γίνεται σήμερα σε βιομηχανική κλίμακα από βωξίτη και απαιτεί μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας. κάτι που ανεβάζει την τιμή του σε σχέση με το χάλυβα. σπάνια χρησιμοποιείται στα δομικά έργα καθαρό αλουμίνιο. Η ευρεία χρήση του γίνεται υπό μορφή κραμάτων (Mn μαγγάνιο, Mg μαγνήσιο). για τη μορφοποίηση του αλουμινίου και των κραμάτων του εφαρμόζονται οι γνωστές μέθοδοι μορφοποίησης του σιδήρου

16 Μόλυβδος ήτανε γνωστός από τους αρχαιότατους χρόνους και εξάγεται εύκολα από τα μεταλλεύματά του, επειδή είναι πολύ μαλακός και εύκαμπτος το κυριότερο ορυκτό από το οποίο εξάγεται είναι ο γαληνίτης (PbS) παρουσιάζει μεγάλη αντοχή έναντι των οξέων και λόγω της υψηλής πυκνότητάς του χρησιμοποιείται στη θωράκιση κατά των ακτίνων γ. στα δομικά έργα χρησιμοποιείται κυρίως στην κατασκευή σωλήνων αποχέτευσης και γενικά σε μικροκατασκευές αποχετεύσεων των ομβρίων υδάτων. δεν χρησιμοποιείται σε καμία περίπτωση στα δίκτυα υδρεύσεως πόσιμου νερού.

17 Χαλκός ήταν γνωστός από την αρχαιότητα, είτε καθαρός, είτε υπό τη μορφή κραμάτων και είναι το πρώτο μέταλλο που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος. ο χαλκός βρίσκεται υπό μορφή ορυκτών (κυρίως θειούχα) και η μέθοδος μεταλλουργίας εξαρτάται από τη σύστασή τους. η μεταλλουργία του χαλκού γίνεται με τη μέθοδο ξηράς οδού και τη μέθοδο υγρής οδού. τα κυριότερα κράματα του χαλκού είναι ο ορείχαλκος και ο μπρούντζος, χρησιμοποιείται στα δομικά έργα για την κατασκευή φύλλων επιστεγάσεως και σωλήνων. υπό μορφή ορείχαλκου κατασκευάζονται συνήθως χυτά υλικά

18 Ψευδάργυρος (Zn), Κασσίτερος (Sn), Νικέλιο (Ni)
χρησιμοποιούνται κυρίως στην κατασκευή κραμάτων. ο ψευδάργυρος παλιότερα χρησιμοποιούνταν στην κατασκευή φύλλων επικαλύψεως στεγών κλπ. Χρησιμοποιείται ευρέως σήμερα στη κατασκευή σιδηρών φύλλων και ελασμάτων. ο κασσίτερος χρησιμοποιείται στην επικασσιτέρωση λεπτών φύλλων σιδήρου και στην παρασκευή συγκολλητικών κραμάτων. το νικέλιο έχει μεγάλη αντοχή στη διάβρωση και χρησιμοποιείται για την επικάλυψη διαφόρων μετάλλων.

19 ΔΟΜΙΚΗ ΞΥΛΕΙΑ το ξύλο αποτελεί ένα από τα παλαιότερα υλικά που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος και χρησιμοποιείται ως σήμερα σε φέροντα ή μη δομικά στοιχεία. είναι οργανικό υλικό που παίρνουμε από τα δέντρα και στη συνέχεια επεξεργάζεται και μορφοποιείται. αποτελείται από άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο, άζωτο και ανόργανες ουσίες καθοριστικό ρόλο στις ιδιότητες του ξύλου παίζει η αναλογία των χημικών ενώσεών του, όπως η κυτταρίνη, η ημικυτταρίνη, η λιγνίνη κλπ. στην εύκρατη ζώνη η ανάπτυξη του κορμού είναι περιοδική, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ετήσιων δακτυλίων - στην τροπική ζώνη η ανάπτυξη είναι συνεχής. η ποιότητα του ξύλου εξαρτάται από την ηλικία και είναι καλύτερη στο τμήμα της καρδιά, με μεγαλύτερη σκληρότητα και μηχανική αντοχή

20 Τα ελαττώματα του ξύλου
Τα ελαττώματα που εμφανίζονται κατά την ανάπτυξη του δέντρου, καθορίζουν την ποιότητα και την καταλληλότητα του ξύλου που παράγεται. μη ομαλή ανάπτυξη του κορμού στριμμένα νερά οι ρόζοι οι ρωγμές έκκεντρη καρδιά ελαττώματα από πληγές Ρόζοι Ρωγμές κορμών (κατά König) ομαλή και μη ομαλή ανάπτυξη δέντρου (κατά König) Έκκεντρη καρδιά Ελαττώματα από πληγές(κατά König)

21 Είδη δέντρων δομικής ξυλείας
Γενικά η δομική ξυλεία εξάγεται από δύο κατηγορίες. τα βελονόφυλλα κωνοφόρα, είναι μαλακή ξυλεία τα πλατύφυλλα που είναι σκληρή ξυλεία και χρησιμοποιείται κυρίως για εσωτερικές κατασκευές. Κατεργασία του ξύλου Η κατεργασία του ξύλου ξεκινάει με την υλοτομία (κοπή δέντρων). στη συνέχεια γίνεται έκπλυση και ξήρανση. Κατά την πρώτη απομακρύνονται όλοι οι χυμοί και οι αμυλώδεις ουσίες, κατά τη δεύτερη απομακρύνεται η υγρασία. Διατίθενται τρία είδη ξυλείας: η πριονιστή, η στρογγυλή και η πελεκητή.

22 Ιδιότητες Τα ξύλα χαρακτηρίζονται από την πυκνότητα και το φαινόμενο βάρος. Η πυκνότητα κυμαίνεται από 1,5-1,6 (g/cm³), το φαινόμενο βάρος είναι διαφορετικό για κάθε ξύλο. Το ξύλο είναι υγροσκοπικό υλικό. Προσλαμβάνει και αποδίδει υγρασία ανάλογα με την υγρασία του περιβάλλοντος. Το γεγονός αυτό προκαλεί συστολή και διαστολή. Όλα τα είδη ξύλου καίγονται στη φωτιά, πράγμα που το κάνει υλικό ακατάλληλο για πυρίμαχες κατασκευές. Έχει υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό, η οποία μειώνεται στις κατασκευές, λόγω των διαφόρων ελαττωμάτων του ξύλου. Σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή του είναι το πορώδες, η περιεκτικότητα σε υγρασία, και η αρνητική επίδραση στην αύξηση της θερμοκρασίας. Η αντοχή του ξύλου είναι σχετικά χαμηλή για φόρτιση διάρκειας και μειώνεται επίσης σε επαναληπτική φόρτιση.

23 Μέτρο ελαστικότητας, ερπυσμός
Στην περίπτωση του ξύλου δεν υπάρχει η αναλογία στο διάγραμμα σ-ε όπως στο χάλυβα. Με μικρές επιπονήσεις προκαλούνται παραμένουσες παραμορφώσεις. Το φαινόμενο βάρος, η υγρασία και η θερμοκρασία έχουν αρνητική επίδραση στο μέτρο ελαστικότητας. Το φαινόμενο του ερπυσμού εμφανίζεται και στο ξύλο, αλλά επειδή είναι σχετικά μικρές σε σχέση με τις παραμορφώσεις συστολής-διαστολής, σπανίως λαμβάνονται υπόψη στους στατικούς υπολογισμούς. διάγραμμα σ-ε ξύλου

24 Χρήση και διαστάσεις δομικής ξυλείας
Οι τύποι δομικής ξυλείας που χρησιμοποιούνται στα δομικά έργα είναι: στρογγυλή ξυλεία τα ξύλα με διάμετρο μέχρι 20cm ονομάζονται "στρογγυλά", ενώ αυτά με διάμετρο μεγαλύτερη από 20cm "βουβά". Η στρογγυλή ξυλεία χρησιμοποιείται κυρίως για στύλους ηλεκτρικών δικτύων, πασσάλους θεμελιώσεων, στύλους ορυχείων και στοών. πελεκητή ξυλεία, διατίθεται σε ορθογωνική ή τετραγωνική διατομή. το μήκος τους κυμαίνεται μεταξύ 4 και 13 μέτρων. πριονιστή ξυλεία, διατίθεται σε μεγάλη ποικιλία διαστάσεων και σε πέντε βασικές μορφές δοκοί με ορθογωνική ή τετραγωνική διατομή καδρόνια και μισοκαδρόνια με ορθογωνική η τετραγωνική διατομή σανίδες με ορθογωνική διατομή πλάκες με μεγάλο πάχος και διάφορα μήκη-πλάτη αντικολλητικά φύλλα (κόντρα πλακέ) Προϊόντα τεχνητής ξυλείας, είναι τα προϊόντα που έχουν σαν πρώτη ύλη το ξύλο και η παραγωγή τους έγινε κατόπιν ειδικής κατεργασίας. Με τα προϊόντα αυτά αντιμετωπίζονται τα ελαττώματα του υλικού και αξιοποιούνται οι μεγάλες ποσότητες απορριμμάτων ξύλου.

25