An experimental study on small-sized specimens made of load bearing timber-glass composites

Binalar, toplumumuzun kültür, sosyal ve ekonomik boyutlarının yanı sıra kentsel ve kırsal çevrelerin görünümünü üzerinde de büyük ve uzun vadeli bir etkiye sahiptir. Mimarinin, bina formlarının, malzeme ve yapıların mühendislik kriterlerinin yanı sıra, binalarda çevre bilinci ile büyüyen ekolojik özellikler de dikkate alınmalıdır. Bu durum düşünülerek, bina ve yapılardaki ahşabın gelecekteki rolü yeniden incelenmelidir. Ahşap ilk zamanlardan beri inşaatta kullanılan doğal bir inşaat malzemesidir. Ahşabın dayanımının ağırlığına oranı, çelik ve betonarme gibi yapı malzemeleri ile kıyasla daha yüksektir. Aynı zamanda, ahşap doğa koşullarına diğer yapı malzemelerine oranla daha dayanıklıdır. Ahşap ısı geçirgenliği düşük olduğundan, değişik iklim koşullarında çok iyi ısı izolasyonu özelliğine sahiptir. Yangına karşı direnci yüksektir. Kolaylıkla yanmasına rağmen, yanan kısmında oluşan kömür tabakası ısıyı az naklettiğinden içeriye doğru yanma hızı azalır. Bu davranış tipi, genellikle büyük kesitli ahşap elemanlarda görülür. Yanısıra, ahşap organik bir malzeme olduğu için çeşitli bitkisel, mantar ve hayvansal parazitlerden zarar görür. Bu durumu önlemek için ahşap elemanları rutubetten korumak ve etrafından hava geçecek şekilde tasarlamak lazımdır. Ayrıca bazı zehirli sıvılarla ahşabı emprenye etmek yoluyla da mantarların ve parazitlerin etkisi önlenebilir. Dış etkenlerden doğru bir şekilde korunan ahşap elemanların kullanım ömürleri oldukça uzun olmaktadır. Ahşabın diğer dezavantajından biri rutubet alıp vererek çalışmasıdır. Çalışma şekil değiştirme ve hacim değişikliğine sebep olduğundan konstrüksiyon için olumsuz etki yapar. Saydamlık günümüz mimarisinde önemli rol oynamakta ve tasarımlara yön vermektedir. Bunun dışında, doğal güneş ışığının varlığı, binalarda yaşayan ya da çalışan kişilerin sağlığını olumlu etkilediği bilinmektedir ve bu nedenle binalarda cam yüzeyler artırılmaktadır. Bu gelişime paralel olarak, özellikle gelişen çevre bilinci ile ekolojik ve sürdürülebilir yapı teknolojileri, yapı sektöründe önem kazanmaktadır. Cam yapılarda ışık geçirme, ısı yalıtımı, görüntü gösterme, güvenlik sağlama, istenilen ışıkları geçirme ve benzeri daha birçok basit ve birden fazla işlevin aynı zamanda karşılanması gibi karmaşık işlevlerin çözülmesinde kullanılan nadir malzemelerden biridir. Cam, ahşap yapılarda cephe elemanı olarak sıkça kullanılmasına rağmen, cam ve ahşabın taşıyıcı kompozit sistem elemanı olarak yer alması geleneksel yapı yöntemleri arasında çok sık rastlanmamaktadır. Ahşap-cam kompozit taşıyıcı elemanlar olarak, doğal ve ekolojik bir malzeme olan ahşabı ve şeffaf bir malzeme olan camı bir arada kullanmak mümkündür. Ayrıca, tasarım ve yapıştırma bağlantılarının geliştirilmesi gerekmektedir. Bunun yanı sıra, ahşap ürünlerinin cam bileşenleri ile eşsiz kombinasyonu, arabirimleri ve uyumluluğu konusunda daha derin araştırmalara da ihtiyaç bulunmaktadır. Araştırmanın ana konusu, ahşap-cam kompozit yapı elemanının optimizasyonu ve geliştirilmesi amacıyla, her malzemenin en iyi özelliklerinin kullanılmasıdır. Yapıştırıcılarla yapıştırılan cam ve ahşap malzemenin ısı genleşme katsayılarının birbirine yakın olması birleşim kuvvetini arttırmakta, ömrünü uzatmakta ve malzemeler arasındaki yük aktarımını mümkün kılmaktadır. Ahşap ve cam kompozit elemanının üretimi için ağır sanayiye ihtiyaç olmaması da önemli bir özelliktir. Tam aksine bu kompozit elemanlar hızlı ve düşük enerji sarfiyatı teknikleri ile imal edilmektedirler. Kullanılan malzemelerin ekolojik yapı tarzına daha uygun olması ahşap-cam kompozit elemanların değerini daha da arttırmaktadır. Bu araştırma kapsamında, yenilenebilir kaynaklara dayalı, çevreye duyarlı taşıyıcı sistem modüllerinin yaratılması, düşük enerji ile üretilen malzemelerin kullanılması, geri dönüşümlü ve bina içerisinde değiştirilebilir yapı elemanlarının kullanımının geliştirilmesi hedeflenmiştir. Cam ve ahşap malzemenin kullanıldığı yapılarda, doğru tasarım iyi uygulama ile buluştuğunda dış enerji kaynaklarından bağımsız, kendi enerjisini üretebilen akıllı yapılar inşa edilebilmektedir. Ancak bu olumlu gelişmelerin tersine, malzemenin yanlış kullanılması durumunda, ortaya olumsuz sonuçların çıkması kaçınılmazdır. Sunulan bu tezde, uluslararası projenin kapsamında, ahşap-cam kompozit yapı malzemesinin özelliklerinin daha iyi kavrayabilmek ve davranışlarını özümseyebilmek amacı ile, öncelikle ahşap ve cam ayrı ayrı, sonrasında ise iki malzemenin beraber ve onları bir arada tutan yapıştırıcı incelenmiştir. Ayrıca bu malzemelerin gerek tek tek, gerekse kompozit olarak uygulanmasının, Türkiyedeki kullanılma durumları araştırılmıştır. Bu araştırmada, küçük ölçekli ve orta ölçekli numunelerin üzerine yapılan deneysel çalışmalar dikkate alınarak, ahşap-cam taşıyıcı elemanların geliştirilmesi planlamaktadır. Küçük ölçekli ve orta ölçekli deneylerde huş ağacından üretilmiş kontrplak, soda-kireç malzeme temperli cam ve Otto-Chemie markalı Ottocoll S-660 ahşap-cam yapıştırıcısı kullanılmıştır. Sunulan tez, camın taşıyıcı bir eleman olarak kullanılma olasılığını belirtmektedir. Bina yapısının bir parçası olarak kullanılan bu malzemenin, farklı sıcaklıklarda, çevresel etkiler veya yük süresi gibi çeşitli koşullarda uzun vadeli davranışını bilmek önemlidir. Bu amaç orta ölçekli deneyler ile elde edilmektedir. Ayrıca, küçük ölçekli deneyler durabilite ve mekanik dayanım testlerini içermektedir. Durabilite testleri, hızlandırılmış yaşlanma etkisi altında, malzemenin davranışını araştırmak amacıyla yapılmıştır. Ahşap-cam kompozit numunelerin mekanik mukaveeti, çekme-yapışma ve kayma deneyleri ile ölçülmüştür. Ahşap-cam kompozit küçük ölçekli numuneler üzerinde yapılan eskitme deneyleri kapsamında, donma-çözülme, ıslanma-kuruma, yüksek sıcaklığa dayanım, asitlere ve UV ışınlarına dayanım bulunmaktadır. Ayrıca, eskitme deneylerinden çıkan numuneler üzerinde tekrar mekanik deneyler uygulanarak, çevresel koşulların eskitici etkisinin numunelerin mevcut dayanımı üzerindeki etkisi de incelenmiştir. Durabilite deneylerinin yapılmasının amacı çevresel koşulların ahşap-cam kompozitlerin mekanik özelliklerine ve hacim sabitliğine etkisinin incelenmesidir. Türkiye'nin sert iklim koşulları binaların performansını etkilemektedir. Özellikle çevresel koşullar ahşap yapıları daha fazla etkilemektedir. Ahşap-cam kompozitleri açık havada kullanımı sonucu, çevresel koşullar ahşap kısımlarda deformasyon ve çürümelere sebep olmaktadırlar. Bundan dolayı, durabilite deneyleri ile ahşap-cam kompozitlerin performansı ölçülmüştür. Küçük ölçekli deneylerde suyun özellikle ahşabın üst yüzeyinde kalarak iç kısımlarda şişme-büzülme ile hasar oluşturması fark edilmiştir. Orta ölçekli deneylerde, sekiz adet orta ölçekli numune, deney düzeneğine monte edilmiş dış ortamda uzun süreli yükleme deneylerine maruz kalmıştır. Numunelerin üzeri bir sundurma ile örtülerek dış etkilerden kısmen korunması sağlanmıştır. Numunenin L-kesit kontrplak elemanlar ile üretilmiştir. Kontrplak kesitler camların düşey doğrultuda iki yanına yapıştırıcı ile yapıştırılmıştır. Numunelerin uzun süreli yüklemeleri için ahşaptan kutu şeklinde deney düzenekleri hazırlanmıştır. Yükleme, düzeneğin içerisinde bulunan ahşap hazneye, hedeflenen yüklemeye uygun miktarda kum doldurularak yapılmıştır. Numunelere yükleme iki farklı yük seviyesiyle yapılmıştır. Buna göre, camın iki yanında bulunan yapıştırıcı şeritleri, iki farklı gerilmeye maruz kalmış şekilde yüklenmiştir. Deney süresinde, günde bir kere camın rölatif düşey hareketi okunup ve kaydedilmiştir. Bu ölçüm, numunenin üzerinde orta seviyeye yerleştirilmiş olan mekanik yer değiştirme ölçerler ile yapılmıştır. Bunun yanı sıra her gün, havanın bağıl nemi ve ısısı otomatik ölçüm aleti ile ölçülüp kaydedilmiştir. orta ölçekli deneylerin sonucunda camın rölatif düşey hareketinin değeri küçük cıkmıştır ve bu iyi bir sonuçtur. Ürünün çok yönlü özellikleri ve mükemmel uyumuna, deneyler sonrası olumlu sonuçlara rağmen ilk hemen piyasada kabul gören ve eline geçiren bir ürün olması beklemek iyimser bir yaklaşım olabilir. Ancak projenin ana hedeflerinden biri, Türkiye'de yavaşta olsa örnekleri görülen ekolojik az enerji tüketen yapılar için olumlu bir yapı sistemi olması beklenmektedir. Ekolojik yapıların vazgeçilmez malzemesi olan ahşabın kullanım alanlarının arttırılması ve cam kullanımının, beton ve çelik ile beraber kullanılmasının dışında özendirilmesi beklenen sonuçlardan biridir. Böylece, Türkiye'de çok tanınmayan ahşap ve cam kompozit taşıyıcı elemanların daha yaygın olarak ve güvenle kullanılabilmesi için deneysel ve teorik çalışmalar yaparak, gerek ahşap-cam üzerinde daha fazla veri elde edilebilir. Ayrıca, tez, tasarım kavramlarını ve genel performansı artırmak amacıyla yapılan bileşenlerin performans değerlendirmelerini içermektedir. Ahşap-cam kompozit perde elemanları kullanılarak pilot projeler tasarlanmıştır. Bu projeler; dinlenme alanı, kiosk, turist bilgilendirme ofisi ve gölgeliktir. Doğal bir malzeme olan ahşabın yapıya kattığı sıcaklık ile camın şeffaflığı bu pilot projelerde bütünlük sağlamıştır. Sürdürülebilir ve ekolojik bir malzeme olan ahşabın yapısall eleman olarak tek başına kullanılması halinde diğer yapı malzemeleri ile beraber de kullanılmaktadır. Ahşap, diğer yapı malzemesi olarak cam ile beraber kullanılabilmesi için ahşap-cam kompozit yapı elemanın piyasaya tanıtılması ve diğer yapı sistemleri arasında yer alması için ahşap ve cam endüstrisiyle birlikte çalışılması yapılmıştır. Bu amaca yardımcı olmak ve genel eğilimi belirlemek için ahşap ve cam endüstrileriyle anket yoluyla iletişime geçilmiştir. Bu anketler, grafiksel olarak sonuçlandırılmıştır. Ahşap ve cam endüstrileri büyük oranda ahşap-cam kompozit yapı elemanının taşıyıcı özelliğinin iyi olabileceğini düşünmüştür. Ahşabın çalışması kontrol altına alınıp, camın olumsuz yönleri önlenebilirse yüksek mukaveetli bir yapı elemanı olacağı düşünülmektedir. Bu çalışmanın amacı, sanayiye ahşap-cam parçaları üretmek için gerekli bilgi katkısı sağlanmasıdır. Çalışmaya, ahşap, cam malzemeleri ve ahşap-cam kompoziti oluşturmak için malzemeleri bir araya getiren yapıştırıcıların özellikleri üzerine yapılan araştırma ile başlanmıştır. Bu çalışmanın ardından, deneyler, pilot projeler ve anketler anlatılmıştır.