ΦYΣIKEΣ KAI MHXANIKEΣ I IOTHTEΣ

Transcript

1 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 17 KEΦAΛAIO 3 ΦYΣIKEΣ KAI MHXANIKEΣ I IOTHTEΣ 3.1 Γενικά Κάθε δομικό υλικό χαρακτηρίζεται από συγκεκριμένες ιδιότητες. Από αυτές, οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες είναι ιδιαίτερα σημαντικές για το μηχανικό, γιατί είναι καθοριστικές για την ποιότητα, την ασφάλεια και τη διάρκεια των τεχνικών έργων. Η σχετικά συνοπτική περιγραφή βασικών ιδιοτήτων των δομικών υλικών αποτελεί το αντικείμενο του παρόντος κεφαλαίου. 3.2 Φυσικές Iδιότητες Παρακάτω ορίζονται οι εξής ιδιότητες: πυκνότητα, πορώδες, απορροφητικότητα, διαπερατότητα, υγροσκοπικότητα, θερμική διαστολή ή συστολή και θερμική αγωγιμότητα (π.χ. Wendehorst 1975, Taylor 1983, Σίδερης 1984, Λεγάκις 1992) Πυκνότητα και Πορώδες Ως φαινόμενη πυκνότητα (συνήθως ονομάζεται απλώς πυκνότητα) ορίζεται ο λόγος της μάζας m ενός υλικού προς τον φαινόμενο όγκο V που καταλαμβάνει. Στη μελέτη των δομικών υλικών μερικές φορές ενδιαφέρει η πραγματική πυκνότητα ή πυκνότητα στερεών ρ σ, που ορίζεται ως ρ σ = m/(v-v κ ), όπου V κ = όγκος των κενών. Eπίσης συχνά γίνεται χρήση του πορώδους α (=V κ /V). Οι παραπάνω ορισμοί συνοψίζονται στο Σχ. 3.1, ενώ ενδεικτικές τιμές πυκνότητας διαφόρων υλικών και προϊόντων δίνονται στον Πίνακα 3.1.

2 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 18 μάζα Ì Ý m, m, όγκος ¼ÁÎÔ V σ V Û όγκος ¼ÁÎ Ô V κ V Î m ρ Ú= m Vκ V VÎ +VÛ σ m ρ ÚÛ= σ V m VÛ σ α = V VÎκ V VÎ κ V +VÛ σ Σχ. 3.1 Πυκνότητα και πορώδες Aπορροφητικότητα, ιαπερατότητα, Yγροσκοπικότητα Οι ιδιότητες αυτές εμφανίζονται κυρίως στα πορώδη υλικά (π.χ. σκυρόδεμα) και εξαρτώνται από την πυκνότητα, το πορώδες και το είδος, μέγεθος και βαθμό επικοινωνίας των πόρων. Απορροφητικότητα είναι η ιδιότητα που έχουν τα δομικά υλικά να απορροφούν (χωρίς εξωτερική πίεση) κάποιο ρευστό, το οποίο συνήθως είναι νερό (οπότε και η αντίστοιχη ιδιότητα λέγεται υδαταπορροφητικότητα). Η ιδιότητα αυτή μετράται συνήθως με τη μάζα επί τοις % που απορροφά η μονάδα μάζας του υλικού μετά από εμβάπτιση (έως ότου σταθεροποιηθεί το βάρος, π.χ. για 24 ώρες) σε νερό. Oρίζεται ως Y = 100(m υ - m ξ )/m ξ, όπου m υ = μάζα μετά την εμβάπτιση του υλικού και m ξ = ξηρή μάζα (που προσδιορίζεται σε θερμοκρασία μέχρι 100 ο C). ιαπερατότητα είναι η ιδιότητα που χαρακτηρίζει την αντίσταση που προβάλλει ένα υλικό στη δίοδο ενός ρευστού όταν βρίσκεται σε επαφή με αυτό υπό ορισμένη πίεση. Στην περίπτωση που το ρευστό είναι νερό η παραπάνω ιδιότητα ονομάζεται υδατοπερατότητα, και μετράται συνήθως με τη μάζα του νερού που διαπερνά στη μονάδα του χρόνου, υπό ατμοσφαιρική πίεση, μοναδιαία επιφάνεια μιας πλάκας μοναδιαίου πάχους από το εξεταζόμενο υλικό. Την υδατοπερατότητα επί το πάχος του υλικού ονομάζουμε συντελεστή υδραγωγιμότητας. Συχνά στην πράξη χρησιμοποιείται το αντίστροφο της υδατοπερατότητας, που ονομάζεται υδατοστεγανότητα. H διαπερατότητα γενικά ποσοτικοποιείται με το συντελεστή διαπερατότητας k, βάσει του νόμου του Darcy: dq ha k (3.1) dt Lμ όπου dq/dt = ρυθμός ροής του ρευστού, μ = ιξώδες, h = διαφορά πίεσης, A = επιφάνεια και L = πάχος στοιχείου. Η παραπάνω ιδιότητα στην περίπτωση υδρατμών ονομάζεται υδρατμοδιαπερατότητα, και προσδιορίζεται π.χ. βάσει της Aμερικάνικης Προδιαγραφής ASTM E96. Υγροσκοπικότητα είναι η ιδιότητα που έχουν τα δομικά υλικά να απορροφούν υγρασία από την ατμόσφαιρα, όταν η σχετική υγρασία αυτής είναι δεδομένη, και μετράται

3 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 19 με τρόπο ανάλογο προς αυτόν της υδαταπορροφητικότητας. Η παραμένουσα υγρασία σε ένα υλικό μετά την εξισορρόπηση με την υγρασία του περιβάλλοντος λέγεται υγρασία ισορροπίας Θερμική ιαστολή και Συστολή H μεταβολή θερμοκρασίας κατά T (σε ο C) έχει ως αποτέλεσμα τη μεταβολή των διαστάσεων δομικών στοιχείων με βάση το νόμο l = αl T, όπου l = μεταβολή διάστασης, l = αρχική διάσταση στοιχείου και α = συντελεστής θερμικής διαστολής ή συστολής. O συντελεστής α είναι μερικές φορές συνάρτηση της αρχικής θερμοκρασίας του στοιχείου, αλλά για το συνηθισμένο φάσμα θερμοκρασιών σε τεχνικά έργα μπορεί να θεωρηθεί (κατά πολύ καλή προσέγγιση) σταθερός Θερμική Aγωγιμότητα Eίναι η ικανότητα που έχουν τα υλικά να επιτρέπουν τη θερμική ροή (διέλευση της θερμότητας) μέσω της μάζας τους και περιγράφεται από το συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας λ (μονάδες: W/mK στο σύστημα SI, μερικές φορές και kcal/mh ο C = 1.16W/mK). O συντελεστής αυτός εκφράζει το ποσό θερμότητας Q λ που διαφεύγει στη μονάδα του χρόνου (συνήθως μία ώρα) μέσω επιφάνειας 1 m 2 υλικού πάχους 1 m, όταν η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο επιφανειών του εν λόγω υλικού είναι 1 ο C (Σχ. 3.2). T o C (T+1) o C Q λ Q λ 1m 1m 2 Σχ. 3.2 Σχηματική παράσταση του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας.

4 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 20 H συνολική θερμότητα Q που διέρχεται μέσω σώματος επιφάνειας A και πάχους d σε χρόνο t, όταν η θερμοκρασιακή διαφορά των δύο παράλληλων επιφανειών του είναι T, προκύπτει από τη σχέση T Q λ At (3.2) d O συντελεστής λ μειώνεται με την αύξηση του πορώδους, ενώ αυξάνεται με το ποσοστό υγρασίας που περιέχει ένα υλικό, με την αύξηση της θερμοκρασίας (λόγω διαστολής των πόρων) και συνήθως με την αύξηση των διαστάσεων. Επίσης υλικά με κλειστούς και μικρούς πόρους έχουν μικρότερο λ από εκείνα με ανοικτούς και μεγάλους πόρους. Ενδεικτικές τιμές για το συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας διαφόρων υλικών δίνονται στον Πίνακα 3.1. Tο αντίστροφο του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας κ = 1/λ ονομάζεται συντελεστής θερμικής αντίστασης. H θερμική αντίσταση (ή αντίσταση θερμοδιαφυγής) σώματος πάχους d είναι R = κd = d/λ. Aν το στοιχείο αποτελείται από n διαδοχικά στρώματα διαφόρων υλικών (π.χ. τοιχοποιίες με θερμομόνωση, στοιχεία τύπου "σάντουϊτς") με συντελεστές λ i (i = 1, 2,..., n) και πάχη d i, αντίστοιχα, η θερμική αντίσταση θα είναι R n i 1 di λ i (3.3) Στην αντίσταση αυτή θα πρέπει να προστεθούν οι αντιστάσεις εισόδου, R i = 1/α 1, και εξόδου, R a = 1/α 2 (αντιστάσεις θερμικής μετάβασης), δηλαδή οι αντιστάσεις των στρωμάτων (π.χ. αέρας) που βρίσκονται σε επαφή με τις δύο παρειές του σώματος. Έτσι, η συνολική θερμική αντίσταση δίνεται από τη σχέση 1 R α 1 n i 1 d λ i i 1 α 2 (3.4) Οι τιμές των αντιστάσεων θερμικής μετάβασης επιφανειακού στρώματος αέρα (και των αντιστοίχων συντελεστών θερμικής μετάβασης) εξαρτώνται από την κατεύθυνση της θερμικής ροής (οριζόντια, προς τα άνω, προς τα κάτω) και από τον τύπο δομικού στοιχείου, σύμφωνα με τον Πίνακα 3.2 (ΕΛΟΤ 6946). Τέλος, για τη θερμομονωτική αξιολόγηση δομικών στοιχείων συνήθως χρησιμοποιείται η ποσότητα U=1/R (W/m 2 K), που ονομάζεται συντελεστής θερμοπερατότητας. Η μέτρηση του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας στο εργαστήριο γίνεται συνήθως βάσει της μεθόδου "προστατευμένης θερμικής πλάκας", η οποία περιγράφεται λεπτομερώς από το Πρότυπο ΕΝ Εναλλακτικά μπορεί να εφαρμοστεί και η

5 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 21 μέθοδος "μέτρησης ροής θερμότητας", η οποία αποτελεί συγκριτική μέθοδο ταχείας μέτρησης, που εφαρμόζεται κυρίως σε ινώδη, κυψελωτά και κοκκώδη μονωτικά υλικά, η οποία επίσης περιγράφεται στο Πρότυπο ΕΝ και στην Aμερικάνικη Προδιαγραφή ASTM C518. Περισσότερες λεπτομέρειες για τις μεθόδους υπολογισμού των θερμικών ιδιοτήτων δομικών στοιχείων μπορούν να βρεθούν σε συγγράμματα "Oικοδομικής", καθώς επίσης και στην ΤΟΤΕΕ (2010). Στο παραπάνω σύγγραμμα δίνονται και αρκετές από τις σχετικές με τη θερμομόνωση και ιδιαίτερα με τα θερμομονωτικά υλικά Eυρωπαϊκές προδιαγραφές. Παράδειγμα Υπολογισμού της Θερμικής Αντίστασης Τοίχου Ο εξωτερικός τοίχος του Σχ. 3.3 αποτελείται από δύο στρώσεις οπτοπλινθοδομής πάχους 80 mm με διάτρητες οπτοπλίνθους πυκνότητας 1200 kg/m 3, ενδιάμεσο υλικό θερμομόνωσης διογκωμένη πολυστερίνη με πάχος 50 mm και λ = W/mK, και επίχρισμα ασβεστοτσιμεντοκονιάματος πάχους 20 mm και πυκνότητα 1800 kg/m 3 στην εξωτερική και στην εσωτερική όψη. Να εκτιμήσετε τη θερμική αντίσταση και το συντελεστή θερμοπερατότητας του τοίχου. Εφαρμογή της εξ. (3.4) για τη θερμική αντίσταση δίνει: R = =2.31 m 2 K/W, (mm) Σχ. 3.3 Τομή τοίχου. ενώ ο συντελεστής θερμοπερατότητας είναι U = 1/R = 0.43 W/m 2 K.

6 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 22 ΠΙΝΑΚΑΣ 3.1 Τιμές συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας για διάφορα υλικά. 1. Ανόργανα δομικά υλικά Yλικά και προϊόντα 1.1 Φυσικοί λίθοι και γαίες Συμπαγείς λίθοι Ιζηματογενή πετρώματα (σκληρά) Ομογενής βράχος Βασάλτης Γνεύσιος Γρανίτης Μάρμαρο Σχιστόλιθος Ασβεστόλιθος πολύ σκληρός σκληρός ημίσκληρος Πορώδεις λίθοι Ασβεστόλιθος μαλακός πολύ μαλακός Ψαμμίτης Ιζηματογενή πετρώματα (μαλακά) Κίσσηρη υπό μορφή πέτρας, λάβα, πορώδης λάβα Κίσσηρη, θηραϊκή γη Πλάκες τύπου Μάλτας (μαλτεζόπλακες) 1.2 Γαιώδη υλικά και υλικά πλήρωσης διακένων δαπέδων, ορόφων, τοίχων κλπ Χώμα συμπαγές Άργιλος / ιλύς Ιλυώδης άργιλος (υγρή) Τύρφη σε ξηρή κατάσταση σε υγρή κατάσταση Άμμος διαμέτρου κόκκου <5mm Αμμοχάλικο Χονδρόκοκκη κίσσηρη ιογκωμένος περλίτης Ψηφίδες διαμέτρου κόκκου 5-10 mm Θραύσματα οπτοπλίνθων και κεραμιδιών 1.3 Πηλός Ελαφρός πηλός (κίσσηρη και πηλός) Πηλός μπαγδατί Πηλός, λάσπη Ωμόπλινθοι συμπαγείς Ωμόπλινθοι με πρόσμιξη άχυρου Πυκνότητα ρ (kg/m 3 ) Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας λ (W/mK)

7 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ Επιχρίσματα, κονιάματα στρώσεων και συνδετικά κονιάματα αρμών Ασβεστοκονίαμα Ασβεστοτσιμεντοκονίαμα Τσιμεντοκονίαμα, επίστρωση τσιμέντου Ασβεστογυψοκονίαμα Γυψοκονίαμα χωρίς συμπλήρωμα άμμου με συμπλήρωμα άμμου Θερμομονωτικό επίχρισμα (εξωτερικά) Συνθετικά κονιάματα Επίστρωση χυτής ασφάλτου 1.5 Σκυροδέματα Σκυρόδεμα άοπλο ή ελαφρώς οπλισμένο μέσης πυκνότητας υψηλής πυκνότητας Οπλισμένο σκυρόδεμα χαμηλής ποιότητας Οπλισμένο σκυρόδεμα (1% χάλυβας) Οπλισμένο σκυρόδεμα ( 2% χάλυβας) Γαρμπιλοσκυρόδεμα, γαρμπιλόδεμα Κισσηρόδεμα, ελαφροσκυρόδεμα Ελαφροσκυρόδεμα με διογκωμένη πολυστερίνη Κυψελωτό σκυρόδεμα σκληρυμένο με ατμό Περλιτόδεμα Περλιτόδεμα χωρίς τη χρήση αφρογόνου Περλιτόδεμα με τη χρήση αφρογόνου Ελαφροβαρείς πλάκες Πλάκες από κισσηρόδεμα Πλάκες από ελαφροσκυρόδεμα με ανάμικτα αδρανή Πλάκες μικρού πάχους, σανίδες Γυψοσανίδες Τσιμεντοσανίδες Ινοπλισμένες τσιμεντόπλακες

8 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ Λιθοσώματα Τεχνητοί λίθοι Τοιχοποιίες (1) Τοιχοποιία από πλίνθους τσιμεντοειδούς βάσης Τσιμεντόλιθοι από ασβεστολιθικά αδρανή Ελαφροβαρείς τσιμεντόλιθοι ιάτρητες πλίνθοι από κυψελωτό σκυρόδεμα Κισσηρόλιθοι Οπτοπλινθοδομή, ανεπίχριστη Οπτοπλινθοδομή με πλήρεις οπτοπλίνθους Οπτοπλινθοδομή με διάτρητες οπτοπλίνθους (2) Πορώδεις αργιλικές οπτόπλινθοι Οξύμαχες οπτόπλινθοι Υαλότουβλα Κεραμίδια Κεραμίδια Αργιλικά πλακίδια επιστέγασης Ξύλα 2.1 Συμπαγής ξυλεία Κατεργασμένη και ακατέργαστη ξυλεία, γενικώς Κωνοφόρα (πεύκο, έλατο κλπ) Οξιά ρυς (βελανιδιά) Ξύλινα τεμάχια παρκέτου

9 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ Προϊόντα ξύλου Μοριοσανίδες Αντικολλητά φύλλα ξυλείας (κόντρα πλακέ) Σκληρές πλάκες ινώδους ξύλου, ινοσανίδες 3. Μέταλλα και γυαλί 3.1 Γυαλί Γυαλί, υαλοπίνακας Ψηφιδωτό γυαλί, υαλογράφημα 3.2 Μέταλλα Χυτοσίδηρος Χάλυβας Ανοξείδωτος χάλυβας Χαλκός Ορείχαλκος (κράμα χαλκού και ψευδάργυρου) Μπρούντζος (κράμα χαλκού και κασσίτερου) Μόλυβδος Ψευδάργυρος Αλουμίνιο, κράμα αλουμινίου Φύλλο αλουμινίου των 125 kg/m 3 (ως φράγμα υδρατμών) Φύλλο λαμαρίνας 4. Υλικά υποστρωμάτων και επιστρώσεων Λινέλαιο Υποστρώματα Υπόστρωμα από τσόχα, πίλημα Υπόστρωμα από κυτταρίνη, καουτσούκ ή πλαστικό Υπόστρωμα από λινάτσα Υπόστρωμα φελλού Υαλοϋφασμα, υαλόνημα, γεωύφασμα Πεπιεσμένες ορυκτές ίνες < > Πλακίδια φελλού Απλά πλακίδια φελλού Πλακίδια φελλού οπλισμένα με ψαθωτή ύφανση > Μοκέτα Καουτσούκ, λάστιχο Φυσικό καουτσούκ Νεοπρένιο (συνθετικό καουτσούκ) Βουτυλικό καουτσούκ ιογκωμένο καουτσούκ (αφρώδες, σπογγώδες, λατέξ) Σκληρυμένο καουτσούκ (εβονίτης) Μονομερές αιθυλένιο-προπυλένιο-διένιο (EPDM) Πολυισοβουτυλένιο Πολυσουλφίδια Βουταδιένιο

10 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ Ασφαλτικά υλικά Καθαρή άσφαλτος, μαστίχη ασφάλτου, πίσσα Ασφαλτικά μίγματα με αδρανή, ασφαλτικό σκυρόδεμα Επίστρωση χυτής ασφάλτου Ασφαλτικά φύλλα (ασφαλτόχαρτα) Ασφαλτικά φύλλα (ασφαλτόπανα) 4.7 Κεραμικά Πλακίδια επίστρωσης τοίχων Κεραμικά πλακίδια δαπέδου Κεραμικά πλακίδια με εφυάλωση / πορσελάνες Μωσαϊκό Συνθετικά (πλαστικά) πλακίδια Πλάκες πεζοδρομίου Συνθετικά υλικά, ρητίνες, σιλικόνες 5.1 Πλαστικά Πολυκαρβονικά φύλλα Φύλλο πολυαιθυλενίου (υψηλής πυκνότητας) (χαμηλής πυκνότητας) Φύλλο χλωριούχου πολυβινυλίου (PVC) Πολυπροπυλένιο (PP) Πολυστυρένιο (PS) Ακρυλικά Πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTFE) Πολυακετόνη Πολυαμίδιο Πολυουρεθάνη (PU) Αφρός πολυουρεθάνης (ως σφραγιστικό υλικό) 5.2 Ρητίνες Εποξειδική ρητίνη Φαινολική ρητίνη Πολυεστερική ρητίνη 5.3 Σιλικόνες Καθαρή σιλικόνη Γέμισμα σιλικόνης Σιλικονούχος αφρός Κόκκοι οξειδίου του πυριτίου, πήγμα πυριτίου (silica gel) 6. Θερμομονωτικά υλικά 6.1 Ινώδη ανόργανα υλικά Υαλοβάμβακας Υαλοβάμβακας σε μορφή παπλώματος Υαλοβάμβακας σε μορφή πλακών Πετροβάμβακας Πετροβάμβακας σε μορφή παπλώματος Πετροβάμβακας σε μορφή πλακών Ορυκτοβάμβακας Ορυκτοβάμβακας σε μορφή παπλώματος Ορυκτοβάμβακας σε μορφή πλακών 6.2 Ανόργανα υλικά κυψελωτής δομής Αφρώδες γυαλί Τρίμματα θηραϊκής γης

11 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ Συνθετικά οργανικά υλικά κυψελωτής δομής Πλάκες ξυλόμαλου με ανόργανο συνδετικό d<25 mm d 25 mm Φελλός Σκληρά πλακίδια από φελλό Φύλλα και πλάκες από φελλό ιογκωμένη πολυστερίνη ιογκωμένη πολυστερίνη σε κόκκους ιογκωμένη πολυστερίνη σε πλάκες ιογκωμένη πολυστερίνη με γραφίτη, σε πλάκες Αφρώδης εξηλασμένη πολυστερίνη Αφρώδης εξηλασμένη πολυστερίνη σε πλάκες Αφρώδης εξηλασμένη πολυστερίνη με άνθρακα, σε πλάκες Πολυουρεθάνη με κλειστές κυψέλες (σε αφρό ή πλάκες) Φαινολικός αφρός 6.4 Υλικά φυτικής και ζωϊκής προέλευσης Πλάκες ή μπάλες πεπιεσμένου άχυρου Φύκια θαλάσσης Πλάκες από καλάμια Κυτταρίνη (κολλώδης) (ινώδης) Λινάρι Βαμβάκι Μαλλί προβάτου 7. Αέρια > (3) Ξηρός αέρας (στους 20 ο C) ιοξείδιο του άνθρακα Αργό Κρυπτό Ξένο Νερό 8.1 Νερό σε υγρή φάση Νερό στους 10 ο C Νερό στους 40 ο C Νερό στους 80 ο C 8.2 Νερό σε στερεά φάση Πάγος στους -10 ο C Πάγος στους 0 ο C Φρέσκο χιόνι (πάχος στρώσης <30 mm) Χιόνι, μαλακό (πάχος στρώσης mm) Χιόνι, ελαφρώς συμπιεσμένο (πάχος στρώσης mm) Χιόνι, συμπιεσμένο (πάχος στρώσης <200 mm) (1) (2) (3) Οι ιδιότητες που αναφέρονται σ αυτή την κατηγορία αναφέρονται στα στοιχεία και όχι στον τοίχο. Η πυκνότητα αναφέρεται στο υλικό κατασκευής του στοιχείου και όχι σε ολόκληρο το στοιχείο. Η αναγραφόμενη τιμή του λ της πολυουρεθάνης αντιστοιχεί σε πολυουρεθάνη 40 kg/m 3. Όμως με την πάροδο του χρόνου αυτή η τιμή αυξάνεται και τότε σταδιακά μπορεί να πλησιάσει την τιμή των συνηθισμένων αφρωδών θερμομονωτικών υλικών αντίστοιχης πυκνότητας.

12 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 28 ΠΙΝΑΚΑΣ 3.2 Τιμές συντελεστών θερμικής μετάβασης και αντιστάσεων θερμικής μετάβασης επιφανειακού στρώματος αέρα (ΕΛΟΤ 6946). ομικό στοιχείο Συντελεστές θερμικής μετάβασης (W/m 2 K) Αντιστάσεις θερμικής μετάβασης (m 2 K/W) 1/R i 1/R a R i R a Εξωτερικοί τοίχοι και παράθυρα (προς εξωτ. αέρα) Τοίχος που συνορεύει με μη θερμαινόμενο χώρο Τοίχος σε επαφή με έδαφος Στέγη, δώμα (ανερχόμενη ροή θερμότητας) Οροφή που συνορεύει με μη θερμαινόμενο χώρο (ανερχόμενη ροή θερμότητας) άπεδο πάνω από ανοικτή διάβαση (πυλωτή) (κατερχόμενη ροή θερμότητας) άπεδο πάνω από μη θερμαινόμενο χώρο (κατερχόμενη ροή θερμότητας) άπεδο σε επαφή με το έδαφος Mηχανικές Iδιότητες Οι μηχανικές ιδιότητες είναι εκείνες που προσδιορίζουν τη συμπεριφορά των υλικών σε καταπονήσεις λόγω φορτίων ή περιβαλλοντικών επιδράσεων. Η συμπεριφορά αυτή εξαρτάται από τον τρόπο που δρούν οι καταπονήσεις, αποτέλεσμα του οποίου είναι η ανάπτυξη εσωτερικών δυνάμεων στα υλικά που ονομάζονται τάσεις. Τάση σε ένα "σημείο" υλικού ορίζεται η εσωτερική δύναμη που αναπτύσσεται στην περιοχή του σημείου ανά μονάδα επιφάνειας γύρω από αυτό. Ανάλογα με το αν οι τάσεις δρούν κάθετα ή εφαπτομενικά στην επιφάνεια διακρίνονται σε ορθές (σ) και διατμητικές (τ), όπως δείχνεται παραστατικά στο Σχ Οι ορθές τάσεις που τείνουν να απομακρύνουν τα άτομα του υλικού προκαλούν εφελκυσμό και ονομάζονται εφελκυστικές, ενώ αυτές που τείνουν να τα πλησιάσουν μεταξύ τους προκαλούν θλίψη και ονομάζονται θλιπτικές. Αποτέλεσμα των τάσεων που αναπτύσσονται σε ένα στοιχείο είναι η μεταβολή των διαστάσεών του, δηλαδή οι παραμορφώσεις. O ορισμός των ορθών (ε) και διατμητικών (γ) παραμορφώσεων δίνεται παραστατικά στο Σχ. 3.5.

13 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 29 P 2Q σ = P A A A Q Q τ = Q A (α) (β) Σχ. 3.4 (α) Oρθές και (β) διατμητικές τάσεις. σ τ b?? +? h γ σ ε =?? γ = b h ( t a n γ γ ) ( α ) (β) Σχ. 3.5 (α) Oρθές και (β) διατμητικές παραμορφώσεις. Η λεπτομερής ανάλυση των τάσεων και παραμορφώσεων που αναπτύσσονται στα υλικά ξεφεύγει από το σκοπό του παρόντος βιβλίου. Παρακάτω περιγράφονται συνοπτικά οι ελαστικές ιδιότητες καθώς και η μηχανική αντοχή και συμπεριφορά γενικότερα των υλικών σε διάφορες καταπονήσεις, ενώ για πλήρη κάλυψη του θέματος ο αναγνώστης παραπέμπεται στη σχετική βιβλιογραφία (π.χ. Cottrell 1964, Timoshenko

14 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 30 and Goodier 1970, Illston et al. 1979, Kερμανίδης 1980, John 1983, Gere and Timoshenko 1990, Mαστρογιάννης 1994, Τριανταφύλλου 2010) Eλαστικές Iδιότητες Όταν οι παραμορφώσεις που αναπτύσσονται σε ένα υλικό είναι μικρές και δεν ξεπερνούν ορισμένα όρια, τότε είναι ανάλογες με τις αντίστοιχες τάσεις (γραμμική ελαστικότητα). Για την απλή περίπτωση εφελκυσμού (ή θλίψης) η αναλογία αυτή εκφράζεται από το νόμο του Hooke σ = Eε (3.5) όπου το μέτρο ελαστικότητας (ή μέτρο Young) E έχει μονάδες τάσης. H αντίστοιχη σχέση για την περίπτωση διάτμησης είναι τ = Gγ (3.6) όπου G = μέτρο διάτμησης. Για υλικά ομοιογενή (δηλαδή με τις ίδιες ιδιότητες σε κάθε σημείο) και ισότροπα (που έχουν τις ίδιες ιδιότητες σε κάθε διεύθυνση) τα μέτρα E και G αποτελούν χαρακτηριστικές ιδιότητες. Συχνά χρησιμοποιείται και μια τρίτη σταθερά για κάθε υλικό, ο λόγος Poisson (ή συντελεστής εγκάρσιας παραμόρφωσης) ν, που ορίζεται ως ο αρνητικός λόγος της παραμόρφωσης κάθετα στη διεύθυνση φόρτισης προς την παραμόρφωση παράλληλα με τη διεύθυνση φόρτισης για δοκίμια υλικών σε μονοαξονική καταπόνηση (εφελκυσμός ή θλίψη). Mάλιστα, μεταξύ των τριών παραπάνω ελαστικών σταθερών ισχύει η σχέση G E 2 1 ν (3.7) Tα ανισότροπα υλικά παρουσιάζουν διαφορετική συμπεριφορά σε διαφορετικές διευθύνσεις και χαρακτηρίζονται από περισσότερες από δύο ανεξάρτητες ελαστικές σταθερές Aντοχή (ή Αντίσταση), άλλες Mηχανικές Iδιότητες Ως αντοχή (ή αντίσταση) ενός υλικού ορίζεται γενικά η ικανότητά του να μεταφέρει φορτία. Η ιδιότητα αυτή εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως είναι η γεωμετρία του δομικού στοιχείου που είναι κατασκευασμένο από το υλικό αυτό, ο τρόπος φόρτισης και το ίδιο το υλικό. Μερικοί απλοί τρόποι φόρτισης δίνονται στο Σχ Σε κάθε τύπο φόρτισης αντιστοιχεί και μια συγκεκριμένη ανάπτυξη και κατανομή τάσεων και

15 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 31 παραμορφώσεων. Το υλικό αστοχεί όταν οι τάσεις (ή παραμορφώσεις) φθάσουν μερικές κρίσιμες (ή οριακές) τιμές, χαρακτηριστικές για κάθε υλικό και τύπο φόρτισης. Σχ. 3.6 Aπλοί τρόποι φόρτισης υλικών: (α) εφελκυσμός, (β) θλίψη, (γ) διάτμηση, (δ) κάμψη και (ε) στρέψη. Aντοχή σε Θλίψη, Eφελκυσμό και ιάτμηση Για τις απλές περιπτώσεις εφελκυσμού, θλίψης και διάτμησης, η αντοχή ενός υλικού καθορίζεται (συνήθως) από τη μέγιστη τάση του διαγράμματος τάσεωνπαραμορφώσεων που αντιστοιχεί στις φορτίσεις αυτές (Σχ. 3.7). f σ ή τ ε ή γ Σχ. 3.7 Eνδεικτικά διαγράμματα τάσης-παραμόρφωσης και αντίστοιχη αντοχή για (α) μονοαξονική φόρτιση (εφελκυσμός, θλίψη) και (β) διάτμηση. Kαμπτική Aντοχή ή Mέτρο Θραύσης ή Aντοχή σε Eφελκυσμό από Kάμψη Ορίζεται ως η μέγιστη εφελκυστική τάση που υπολογίζεται σε δοκίμιο υπό κάμψη (δοκός) σύμφωνα με την τεχνική θεωρία της κάμψης (δηλαδή υποθέτοντας γραμμική κατανομή των τάσεων καθ' ύψος της διατομής), κατά τη στιγμή της θραύσης του δοκιμίου. Σχετικό είναι το Σχ. 3.8.

16 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 32 P max σ max Σχ. 3.8 Oρισμός καμπτικής αντοχής. Aντοχή σε Πολυαξονική Φόρτιση Η φόρτιση στα δομικά υλικά είναι πολλές φορές πολυαξονική, δηλαδή οι τάσεις μετασχηματίζονται σε δύο (διαξονική ένταση) ή τρεις (τριαξονική ένταση) ορθές τάσεις, οι οποίες ενεργούν σε κάθετες μεταξύ τους διευθύνσεις απουσία διατμητικών τάσεων και ονομάζονται κύριες τάσεις (Σχ. 3.9). σ 2 σ 2 σ 1 σ 1 σ 3 σ 2 σ 1 (α) (β) Σχ. 3.9 Kύριες τάσεις σε (α) διαξονική και (β) τριαξονική εντατική κατάσταση. O συνδυασμός των κυρίων τάσεων κατά την αστοχία ενός υλικού ορίζει ένα σημείο στο λεγόμενο τασικό χώρο (ορθογώνιο σύστημα αξόνων στο επίπεδο, για διαξονική ένταση, και στο χώρο, για τριαξονική ένταση, με άξονες τις κύριες τάσεις), ενώ όλα τα δυνατά αυτά σημεία ορίζουν την περιβάλλουσα αστοχίας, που είναι καμπύλη ή επιφάνεια, για διαξονική ή τριαξονική ένταση, αντίστοιχα. H περιβάλλουσα αστοχίας περιγράφεται συνήθως από εξίσωση της μορφής F(σ 1, σ 2, σ 3 ) = 0 (3.8) που εκφράζει και το κριτήριο αστοχίας.

17 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 33 Tα Φαινόμενα Eρπυσμού και Xαλάρωσης Ερπυσμός είναι το φαινόμενο που χαρακτηρίζει την ιδιότητα ορισμένων υλικών (π.χ. σκυρόδεμα, ξύλο, κονιάματα) να εμφανίζουν συνεχή αύξηση των παραμορφώσεων με το χρόνο, ενώ οι αντίστοιχες τάσεις παραμένουν σταθερές. Στο φαινόμενο αυτό οφείλεται η αύξηση των παραμορφώσεων σε κατασκευές που καταπονούνται σε μακροχρόνια φορτία (π.χ. υποστυλώματα φορτιζόμενα από το ίδιο βάρος κτιρίων). Συνέπεια του φαινομένου του ερπυσμού είναι η αστοχία υλικών μετά πάροδο ορισμένου χρόνου υπό σταθερή τάση που είναι μικρότερη από την αντίστοιχη αντοχή σε βραχυχρόνια φόρτιση. Αντίθετο με τον ερπυσμό είναι το φαινόμενο της χαλάρωσης, που χαρακτηρίζει την ιδιότητα ορισμένων υλικών να εμφανίζουν συνεχή μείωση των τάσεων με το χρόνο, ενώ οι αντίστοιχες παραμορφώσεις παραμένουν σταθερές. Tα φαινόμενα αυτά περιγράφονται παραστατικά στο Σχ σ = σταθερή σ Παραμόρφωση, ε Xρόνος, t ε = σταθερή (εξαναγκασμός παραμόρφωσης) Tάση, σ Xρόνος, t (α) (β) Σχ Tα φαινόμενα (α) του ερπυσμού και (β) της χαλάρωσης. Kόπωση Η καταπόνηση ενός υλικού σε εναλλασσόμενη δυναμική φόρτιση καθορισμένης συχνότητας με τάση που δεν ξεπερνά συγκεκριμένα όρια (ελάχιστη-μέγιστη τάση) ονομάζεται κόπωση. Παραδείγματα κόπωσης έχουμε σε γέφυρες, όπου τα δομικά στοιχεία (π.χ. δοκοί, καλώδια ανάρτησης) υποβάλλονται σε περιοδική καταπόνηση λόγω των φορτίων κυκλοφορίας. Η φόρτιση ενός υλικού σε κόπωση δείχνεται παραστατικά στο Σχ Ως αντοχή ενός υλικού σε κόπωση ορίζεται συνήθως ο αριθμός Ν f των κύκλων φόρτισης (δεδομένης συχνότητας) πριν από την αστοχία για δεδομένες ακραίες

18 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 34 τάσεις (σ min, σ max ), ή η μέγιστη τάση σ max που αντιστοιχεί σε δεδομένο αριθμό N κύκλων φόρτισης (καθορισμένης συχνότητας) και δεδομένη ελάχιστη τάση σ min. σ min, σ max Tάση, σ σ max σ min σ min, σ max 1ος κύκλος 2ος κύκλος Xρόνος, t Σχ Φόρτιση υλικού σε κόπωση (η συνάρτηση της φόρτισης είναι ενδεικτική). Aντοχή σε Kρούση Η αντίσταση που προβάλλει ένα υλικό σε θραύση λόγω τοπικής κρούσης (π.χ. κρούση οχήματος σε βάθρο γέφυρας από σκυρόδεμα) ονομάζεται αντοχή σε κρούση. Η μέτρηση της ιδιότητας αυτής γίνεται συχνά με τη συσκευή Charpy. Η δοκιμή περιλαμβάνει ένα εκκρεμές που ανυψώνεται σε ορισμένο ύψος και κατόπιν αφήνεται να πέσει ελεύθερο σε επίμηκες δοκίμιο που φέρει εγκοπή στο μέσο και στηρίζεται στα δύο άκρα. Μετά τη θραύση του δοκιμίου η μάζα του εκκρεμούς συνεχίζει την κίνηση μέχρι κάποιο άλλο ύψος, οπότε μπορεί να μετρηθεί η διαφορά των δυναμικών ενεργειών στην αρχική και τελική θέση του εκκρεμούς, η οποία ισούται με την ενέργεια που απορροφά το δοκίμιο κατά τη θραύση. Η ενέργεια αυτή διαιρούμενη με την επιφάνεια θραύσης του δοκιμίου δίνει την ενέργεια που απορροφάται κατά την κρούση ανά μονάδα επιφάνειας, και αποτελεί ένα μέτρο σύγκρισης της αντοχής ενός υλικού σε κρούση. Σημειώνεται ότι καθοριστικοί για τα αποτελέσματα της δοκιμής παράγοντες είναι η ταχύτητα κρούσης, η θερμοκρασία του δοκιμίου, και το σχήμα και οι διαστάσεις της εγκοπής. Θερμική Aντοχή και Aντοχή σε Πυρκαϊά Θερμική αντοχή ονομάζεται η ικανότητα των υλικών να διατηρούν σχεδόν αμετάβλητες βασικές μηχανικές τους ιδιότητες (π.χ. αντοχές, μέτρο ελαστικότητας) σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες. Πολλά υλικά ουσιαστικά αχρηστεύονται σε θερμοκρασίες πολύ χαμηλότερες από το σημείο ανάφλεξης (π.χ. ξύλο, ορισμένα πολυμερή) ή από το σημείο τήξης (π.χ. μέταλλα, ορισμένα πολυμερή, γυαλί).

19 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 35 Με τον όρο αντοχή σε πυρκαϊά αποδίδεται η ικανότητα των υλικών να μην παραμορφώνονται σημαντικά και να διατηρούν σημαντικό ποσοστό της αντοχής τους όταν υποβάλλονται σε πυρκαϊά και στο συνδυασμό πυρκαϊάς και νερού πυρόσβεσης (που έχει ως αποτέλεσμα την απότομη ψύξη του υλικού) για σημαντικό χρονικό διάστημα. Με βάση το ενδεχόμενο ανάφλεξης τα υλικά διακρίνονται σε μη αναφλέξιμα (π.χ. κεραμικά, μέταλλα) και αναφλέξιμα, τα οποία με τη σειρά τους ταξινομούνται σε υποκατηγορίες, με βάση την ευκολία που γίνεται η ανάφλεξη και η καύση τους. Λεπτομέρειες για την ταξινόμηση των υλικών στις σχετικές κατηγορίες δίνονται στο Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΝ Aνθεκτικότητα σε ιάρκεια Ανθεκτικότητα σε διάρκεια είναι η ικανότητα των υλικών να αντιστέκονται στην αλλοίωση των φυσικών, μηχανικών και χημικών χαρακτηριστικών τους υπό τη δράση κλιματικών συνθηκών της ατμόσφαιρας και εν γένει περιβαλλοντικών επιδράσεων (π.χ. υγρασία, ηλιακή ακτινοβολία, άνεμος, θερμοκρασιακές μεταβολές, παγετός, χημικές ουσίες). Βάσει του παραπάνω ορισμού η ανθεκτικότητα σε διάρκεια συμπεριλαμβάνεται μόνο εν μέρει στις μηχανικές ιδιότητες των υλικών. Ειδικά για την περίπτωση του παγετού αναφέρεται ότι κατά την πήξη του το νερό που είναι ενδεχομένως εγκλωβισμένο στους πόρους ενός υλικού αυξάνεται σε όγκο, με αποτέλεσμα την άσκηση ισχυρών δυνάμεων στα τοιχώματα των πόρων και γενικά στη μάζα του υλικού. Έτσι αντοχή σε παγετό είναι η ικανότητα ενός κορεσμένου με νερό υλικού να υποστεί διαδοχικούς κύκλους (μερικές δεκάδες) ψύξης - απόψυξης του νερού χωρίς να παρουσιάσει εμφανή σημεία βλάβης (η απώλεια βάρους λόγω απότριψης να μην ξεπερνά π.χ. το 5% του αρχικού βάρους) και χωρίς να μειωθεί η μηχανική του αντοχή άνω π.χ. του 25% περίπου της αρχικής της τιμής. Από τα πορώδη υλικά ανθεκτικότερα σε παγετό είναι εκείνα που έχουν κλειστούς πόρους και τα υλικά με μεγάλους και σχετικά ευθύγραμμους πόρους (σε αντίθεση αυτών με μικρούς και δαιδαλώδεις). Ένα άλλο φαινόμενο που σχετίζεται άμεσα με την ανθεκτικότητα των υλικών σε διάρκεια αφορά την επιφανειακή φθορά (π.χ. σε οδοστρώματα, δάπεδα, πεζοδρόμια, ή άλλες κατασκευές που υφίστανται τη μηχανική δράση ανέμου, νερού κ.τ.λ.). Το φαινόμενο της επιφανειακής φθοράς σχετίζεται με τη σκληρότητα ενός υλικού, δηλαδή την αντίσταση που προβάλλει η επιφάνειά του στη χάραξη από άλλο σώμα. Η σκληρότητα ενός υλικού καθορίζεται συνήθως από τη σκληρομετρική κλίμακα του Mohs. Η κλίμακα αυτή έχει 10 βαθμίδες, σε κάθε μια από τις οποίες αντιστοιχεί ένα γνωστό ορυκτό που χαράζει το αμέσως προηγούμενο και χαράζεται από το αμέσως επόμενο (Πίνακας 3.3).

20 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 36 Επειδή η μέθοδος Mohs είναι κατάλληλη κυρίως για πετρώματα και προϊόντα τους και γενικά δίνει χονδρικά αποτελέσματα, συνήθως χρησιμοποιούνται ακριβέστερες μέθοδοι, που ποικίλουν ανάλογα με το είδος της σκληρότητας της οποίας επιδιώκεται προσδιορισμός. Έτσι, σε υλικά όπως το σκυρόδεμα, οι λίθοι (π.χ. αδρανή) και οι πλίνθοι (π.χ. τούβλα), στα οποία ενδιαφέρει ιδιαίτερα η αντίσταση σε απότριψη, μια συνηθισμένη δοκιμή είναι η δοκιμή Los Angeles. Αυτή συνίσταται στην τοποθέτηση ορισμένης ποσότητας υλικού μέσα σε περιστρεφόμενο χαλύβδινο τύμπανο που περιέχει σφαίρες από χυτοσίδηρο. Μετά από ορισμένο αριθμό περιστροφών (με ορισμένη επίσης ταχύτητα) υπολογίζεται η % απώλεια βάρους λόγω απότριψης, και το ποσοστό αυτό αποτελεί δείκτη σκληρότητας. ΠINAKAΣ 3.3 Σκληρομετρική κλίμακα του Mοhs. Oρυκτό Στεατίτης Γύψος Aσβεστίτης Φθορίτης Aπατίτης Άστριος Xαλαζίας Tοπάζιο Kορούνδιο ιαμάντι Σκληρότητα Άλλες μέθοδοι, που εφαρμόζονται κυρίως σε μεταλλικά υλικά, περιλαμβάνουν μέτρηση του ίχνους που αφήνει στην επιφάνεια του υπό εξέταση υλικού ένα σώμα ορισμένων διαστάσεων και ποιότητας όταν υποστεί ορισμένη πίεση. Τέτοιες μέθοδοι μέτρησης της σκληρότητας είναι οι μέθοδοι Brinell (χρησιμοποιείται χαλύβδινη σφαίρα), Rockwell (χρήση χαλύβδινης σφαίρας ή κώνου από διαμάντι) και Vickers (χρήση τετραγωνικής πυραμίδας από διαμάντι). υσθραυστότητα, Πλαστικότητα και Πλαστιμότητα υσθραυστότητα ονομάζεται η ικανότητα ενός υλικού να απορροφά ενέργεια κατά την παραμόρφωσή του μέχρι τη θραύση, και ποσοτικοποιείται υπολογίζοντας το εμβαδόν της επιφάνειας που περικλείεται από την καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης (Σχ. 3.11). Το

21 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 37 εμβαδόν αυτό (όχι κατ' ανάγκη μέχρι τη θραύση) ονομάζεται γενικά και ειδική ενέργεια παραμόρφωσης, η ολοκλήρωση της οποίας στο συνολικό όγκο του υλικού δίνει τη συνολική ενέργεια παραμόρφωσης. υσθραυστότητα Tάση Παραμόρφωση Σχ Oρισμός της δυσθραυστότητας. Ως πλαστικότητα ενός υλικού ορίζεται η ικανότητά του να αναπτύσσει πλαστικές παραμορφώσεις, δηλαδή σημαντικές μόνιμες παραμορφώσεις υπό σχεδόν σταθερή τάση, χωρίς να θραύεται. H πλαστικότητα ποσοτικοποιείται με την πλαστιμότητα ή καλύτερα με το δείκτη πλαστιμότητας μ ε, που για υλικά υπολογίζεται διαιρώντας την παραμόρφωση κατά τη θραύση προς αυτήν κατά τη διαρροή, μ ε = ε u /ε y, όπως αυτές ορίζονται στο Σχ T ά σ η ι α ρ ρ οή Θραύση ε y Παραμόρφωση ε u Σχ Πλαστιμότητα υλικού. Τόσο η μεγάλη δυσθραυστότητα όσο και η μεγάλη πλαστιμότητα είναι ιδιαίτερα επιθυμητές ιδιότητες των υλικών, διότι σχετίζονται με την ικανότητά τους να απορροφούν ενέργεια κατά τη διάρκεια έντονης καταπόνησης, όπως είναι π.χ. ο σεισμός.

22 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 38 Aπόσβεση Όταν ένα υλικό καταπονείται σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, οπότε αλλάζει το πρόσημο των τάσεων και παραμορφώσεων κατά τη διάρκεια κύκλων φόρτισηςαποφόρτισης-επαναφόρτισης, μέρος της ενέργειας παραμόρφωσης χάνεται με τη μορφή π.χ. θερμότητας. Η ιδιότητα αυτή των υλικών ονομάζεται απόσβεση. H απόσβεση ποσοτικοποιείται μέσω του συντελεστή απόσβεσης ή απώλειας η, που ισούται με D η (3.9) 2πU όπου D είναι η απώλεια ενέργειας σε έναν πλήρη κύκλο φόρτισης-αποφόρτισηςεπαναφόρτισης και U είναι η μέγιστη ενέργεια παραμόρφωσης αν η συμπεριφορά του υλικού ήταν γραμμικά ελαστική μέχρι τη μέγιστη παραμόρφωση. O ορισμός αυτός εξηγείται στο Σχ Σχ Oρισμός του συντελεστή απόσβεσης η. Τυπικές τιμές του η είναι x10-2 για σκυρόδεμα, 2x x10-3 για χάλυβα και για ελαστομερή υλικά (π.χ. νεοπρένιο, καουτσούκ). Η απόσβεση εκφράζει την ικανότητα του υλικού να απορροφά ενέργεια κατά τη διάρκεια επαναλαμβανόμενης φόρτισης, όπως αυτή λόγω σεισμού, ανέμου κ.τ.λ., και αποτελεί ιδιαίτερα επιθυμητή ιδιότητα για τέτοιου είδους φορτίσεις.

23 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 39 Bιβλιογραφία Kερμανίδης, Θ. (1980). Mαθήματα Aντοχής Yλικών I, II, Eκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών. Λεγάκις, A. A. (1992). ομικά Yλικά, τόμ. 1, Ίδρυμα Eυγενίδου, Bιβλιοθήκη του Tεχνικού, Aθήνα. Mαστρογιάννης, E. (1994). Παραδόσεις Mηχανικής των Yλικών, τόμοι A, B, Eκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών. Πρότυπο ΕΛΟΤ Κτηριακά Μέρη και Στοιχεία Θερμική Αντίσταση και Θερμοπερατότητα Μέθοδος Υπολογισμού. Σίδερης, K. Κ. (1984). Tεχνολογία ομικών Yλικών, τόμ. A', ημοκρ. Πανεπ. Θράκης, Ξάνθη. ΤΟΤΕΕ (Τεχνική Οδηγία Τεχνικού Επιμελητηρίου Ελλάδας) (2010). Θερμοφυσικές Ιδιότητες ομικών Υλικών και Έλεγχος της Θερμομονωτικής Επάρκειας των Κτηρίων, Αθήνα. Τριανταφύλλου, Αθ. Χ. (2010). Μηχανική των Υλικών, Αυτοέκδοση. ASTM E96. Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials. ASTM C518. Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus. Cottrell, A. H. (1964). Mechanical Properties of Matter, Wiley. European Standard EN (2001). Thermal Performance of Building Materials and Products - Determination of Thermal Resistance by Means of Guarded Hot Plate and Heat Flow Meter Methods - Products of High and Medium Thermal Resistance, European Committee for Standardization. European Standard EN (2007). Fire Classification of Construction Products and Building Elements, European Committee for Standardization. Gere, J. M. and Timoshenko, S. P. (1990). Mechanics of Materials, 3rd edition, PWS- Kent Publishing Company, Boston.

24 ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ 40 Illston, J. M., Dinwoodie, J. M. and Smith, A. A. (1979). Concrete, Timber and Metals, Van Nostrand Reinhold, London. John, V. B. (1983). Introduction to Engineering Materials, 2nd edition, MacMillan Education, London. Taylor, G. D. (1983). Materials of Construction, 2nd edition, Construction Press, London. Timoshenko, S. P. and Goodier, J. N. (1970). Theory of Elasticity, 3rd edition, McGraw Hill, New York. Wendehorst, R. (1975). Baustoffkunde, Verlag, Hannover.