Çelik Nedir?

Çelik, demir ve karbonun birleşmesiyle oluşan bir alaşımdır. Dövme, presleme ve haddeleme işlemleriyle kolayca şekil alır. Çeliğin ana bileşeni demirdir; karbon oranı ise düşük seviyededir. Ancak, karbon miktarı arttıkça çeliğin dayanımı yükselir. Bununla birlikte, malzeme gevrekleşir ve kaynaklanabilirliği azalır. Dolayısıyla, üreticiler hem dayanıklı hem de sünek çelik elde etmek için karbon yüzdesini dikkatle ayarlar.

Mühendisler, çeliğe fosfor, kükürt, azot, silisyum, manganez, bakır, krom ve nikel gibi elementler ekleyerek yüksek kaliteli alaşımlar üretir. Ayrıca, bu elementlerin çelik üzerindeki toplam etkisini karbon eşdeğeri (CE) formülüyle hesaplarlar:

CE = C + (Mn+Si)/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15

Çelik Üretimi

Çelik üreticileri, demir cevherini yüksek fırınlarda eriterek işe başlar. Daha sonra, alaşım elementlerini ekler, sıvı çeliği döker, haddeleme ve ısıl işlemlerle istenen özelliklere getirir. Sonuç olarak, üretim süreci boyunca yapılan kalite kontrolleri homojen ve güvenilir bir malzeme ortaya çıkarır.

Malzeme Olarak Çelik

Mühendisler, çeliğin mekanik özelliklerini çekme deneyi ile belirler. Gerilme–şekil değiştirme grafiğini inceler, özellikle akma sınırını dikkate alırlar.

St37 Karbon Çeliği: Akma gerilmesi yaklaşık 2.4 t/cm².
St52 Yüksek Dayanımlı Çelik: Akma gerilmesi yaklaşık 3.6 t/cm².

Özetle, karbon miktarı arttıkça çelik daha dayanıklı hale gelir. Fakat, sünekliği aynı oranda azalır.

Çeliğin Sakıncaları

1. Yorulma

Tekrarlayan yükler, çeliğin yüzeyinde mikro çatlaklar oluşturur. Zamanla, bu çatlaklar büyür ve gevrek kırılmalara yol açar. Özellikle köprülerde bu sorun sıkça görülür.

2. Korozyon

Çelik nem ve oksijenle temas ettiğinde paslanır. Bu nedenle, uzmanlar çeşitli yöntemler geliştirir:

Epoksi kaplamalar
Çinko ile galvanik kaplama
Paslanmaz çelik üretimi
Katodik koruma yöntemleri

3. Yangın

Çelik, yüksek sıcaklıkta hızla dayanımını kaybeder. Dolayısıyla, mühendisler yangına karşı ekstra önlemler almak zorunda kalır.

4. İşçilik

Çelik yapılar uzmanlık ister. Aksi halde, yanlış kaynak ya da montaj ciddi risk doğurur.

Çeliğin Avantajları

Homojen ve izotrop bir malzemedir.
Çekme ve basınç dayanımları birbirine yakındır.
Hafif olmasına rağmen çok güçlüdür.
Ayrıca, yüksek sünekliği sayesinde deprem güvenliği sağlar.
Atölyelerde üretilip şantiyede hızlıca monte edilir.
Defalarca sökülüp yeniden kullanılabilir.
Üstelik, hava koşullarından bağımsız olarak inşa edilebilir.

Çelik ve Deprem

Deprem bölgelerinde yapıların enerji yutabilmesi gerekir. İşte bu noktada, çelik büyük avantaj sağlar. Sünekliği sayesinde kopmadan büyük deformasyon yapabilir. Bu özellik, onu deprem bölgelerindeki en güvenilir malzemelerden biri haline getirir.

Çelik hafif olduğu için temele aktarılan yük azalır.
Böylece, daha ince kesitlerle ekonomik çözümler elde edilir.
Kolayca güçlendirilir ve onarılır.
İnşaat süresi kısalır ve hava koşulları çalışmayı engellemez.

Sonuç olarak, çelik yapı mühendisliğinde deprem güvenliği için en uygun malzemelerden biridir.

Resim 1- Çelik Yapı Elemanları

Kaynakça

Ersoy, U., & Özcebe, G. (2001). Betonarme ve Çelik Yapılar: Deprem Etkileri ve Tasarımı. İstanbul: Birsen Yayınevi.

Çelik, R. (2010). “Çelik Malzemelerin Mekanik Özellikleri ve Yapılarda Kullanımı.” İnşaat Mühendisliği Dergisi, 22(3), 45–58.

Bayülke, N. (2002). Çelik Yapıların Tasarımı ve Uygulamaları. Ankara: TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası Yayınları.

Steel Construction Institute (SCI). (2018). Structural Steel Design Handbook. London: SCI Publications.

Türk Standartları Enstitüsü (TSE). (2016). Yapısal Çelikler – Mekanik Özellikler ve Tasarım Esasları (TS EN 1993). Ankara: TSE Yayınları.

Budynas, R., & Nisbett, K. (2015). Shigley’s Mechanical Engineering Design. New York: McGraw-Hill.

Gültekin, A. (2014). “Çelik Yapıların Korozyon ve Yangına Karşı Korunması.” Mühendislik Bilimleri Dergisi, 6(2), 77–89.

American Institute of Steel Construction (AISC). (2017). Steel Construction Manual (15th Edition). Chicago: AISC.

Kalkan, E. (2009). “Deprem Bölgelerinde Çelik Yapıların Performansı.” Türkiye İnşaat Mühendisliği Kongresi Bildirileri, 3(1), 120–134.

Çelik Teknolojisi