» Zeminlerin Sınıflandırılması

Yayınlanma Zamanı: 2007-12-12 16:37:00



Sponsorlu Bağlantılar

1.2.3.4. Zeminlerin Sınıflandırılması

 

Zeminler için farklı mühendislik uygulamalarına yönelik olarak çeşitli sınıflandırmalar önerilmiştir.bunların arasında birleşik zemin sınıflandırma sistemi inşaat mühendisliği uygulama alanlarında en yaygın kabul görenidir.tablo 1 de verilen sınıflandırmaya göre ağırlıkça %50 den fazlası 200 no.lı elek üzerinde kalan kaba taneli zeminler, %50 den fazlası 200 no.lı elekten geçen zeminler ince taneli zeminler ana gruplarını oluşturmaktadır. Sınıflandırmada granülometrik ve plastisite özellikleri kullanılmakta ve iki harfli grup sembollerinin ilki esas zemin tipini ikincisi gradasyon ve plastisite özelliklerini belirtmektedir.(tablo 2)örnek olarak GP kötü derecelenmiş çakıl, CL düşük plastisiteli kildir.

Tablo 2. birleşik zemin sınıflandırılmasında kullanılan semboller

 

İlk harf

İkinci harf

G: çakıl

W: iyi derecelenmiş

S: kum

P: kötü derecelenmiş

M: silt

M: plastik olmayan ince taneli

C: kil

C: plastik ince taneli

O: organik kil

L: düşük plastisiteli(WL<50)

Pt: turba

H yüksek plastisiteli (WL>50)

 

İnce taneli zeminlerin sınıflandırılmasında şekil 2verilen “plastisite diyagramı” kullanılır. Denklemi Ip = 0,73 (WL- 20) ile verilen “A” hattı organik inorganik killeri ayırır. “U” hattı çeşitli zeminler için bulunan Ip ve WL değerlerinin bir zarfını vermekte olup U hattı üzerinde bir değer bulunda tayin edilmiş kıvam limitlerinin doğruluğunun kontrolü tavsiye edilmektedir.(Bowles,1984)

1.2.3.5. Zeminlerde Ağırlık – Kütle – Hacim İlişkileri

 

Zemini üç fazını teşkil eden unsurların arasındaki ilişkiler blok diyagramı kullanılarak verilebilir.   

Şekil 1.3 Zeminlerde daneler, su ve havanın hacim kütle ve ağırlık ilişkilerini gösteren blok diyagramı

1.2.3.5.1. Hacimle İlgili İlişkiler

 

Zeminin toplam hacmi (V), katı tanelerin hacmi (Vs), hava hacmi(Va), ve su hacmi (Vw)’nin toplamı olan boşluk hacminden (Vv)oluşur. Boşluk oranı “e” ve porozite “n” aşağıdaki gibi ifade edilebilir:

            Vv                   Vv   

e  =  --------  .  n  =  --------  x  100 (%)

            Vs                        V

 

              n                        e

e  =  ----------     n  =  -----------

          1  -  n                  1  +  e

 

 

 

Doygunluk derecesi S boşlukların ne kadarının  suyla dolu olduğunu belirler ve

            Vw

S  =  --------  x  100 (%)

            Vv

olarak tarif edilir. S = %100, suya doygun zemini, S = %0 kuru bir zemini gösterir. Kısmen suya doygun zemin için %0 < S < %100’dür.

Hava muhtevası A, aşağıdaki ifadeden bulunur.:

             Va

A  =  --------  x  100 (%)

             V

 

 

1.2.3.5.2. Kütle ve Ağırlıkla Olan İlişkiler

 

Zeminlerin kütle yoğunluğu(veya kısaca yoğunluk) ρ, birim hacim ağırlığı γ sembolleri ile gösterilirler ,ve aşağıdaki gibi tarif edilirler:

          Kütle              M

ρ  =  -----------   =  ------

          Hacim            V

 

          Ağırlık (kuvvet)            W         M . g

γ  =  ----------------------   =  -------  =  -------     (g = yer çekimi ivmesi)

            Hacim                         V             V

su muhtevası w ise,

             Mw                       Ww

w  =  --------  x  100  =  ---------  x  100 (%)

             Ms                        Ws

ifadesinden bulunur.

Zeminlerin dane özgül ağırlığı Gs ,katı dane katı dane yoğunluğu   (veya birim ağırlık γs = Ws / Vs )ile suyun yoğunluk (veya birim ağırlığı)arasındaki oran olarak ifade edilir:

             ρs           γs             Ms                 Ws

Gs  =  ------  =  ------  =  -----------  =  -------------

            ρw           γw           Vs   ρw          Vs    γw

 

Blok diyagramı, boşluk aranı e = Vv / Vs tarifi kullanılarak Şekil 3’deki gibi basitleştirilebilir. Bu diyagram kullanılarak zeminin yoğunluk ve birim hacim ağırlıkları için kuru(ρk , γk)ve suya doygun (ρd , γd) durumlara tekabül eden hacim/kütle/ağırlık ilişkileri aşağıdaki gibi bulunabilir:

 

                                                    Vw         w . Gs

Suya doygunluk derecesi,  S = ------- = -----------

                                                    Vv             e

 

         Se = w . Gs

 

 Suya doygun halde S = %100 = 1 olacağından

          e = w . Gs  ‘ dir.

 

1.2.3.5.3. Yoğunluk İfadeleri

 

        M        Mw + Ms       Gs (1 + w)              Gs + Se

ρ = ----- = ------------- = --------------- . ρw = ------------ . ρw

        V             V                  1 + e                     1 + e

 

         Gs + e

ρd = ---------- . ρw

          1 + e 

 

          Ms           ρ            Gs

ρk = ------ = --------- = -------- . ρw

          V         1 + w      1 + e

1.2.3.5.4. Birim Hacim Ağırlık İfadeleri

              Gs + Se                                                                                                    Gs + e

      γ = ----------- . γw                                                                      γd = ---------- .γw

               1 + e                                                                                                           1 + e

                                                                                                 Gs

                                                              γk = ---------- . γw

                                                                                              1 + e

Zeminin su altındaki efektif birim hacim ağırlığı     suyun kaldırma kuvveti göz önüne alındığından,

                       Gs - 1

γ' = γd – γw = --------- . γw

                        1 + e

olarak bulunur. Ancak bu su akımı olmadığı durumda değerli olup zemin içinde akım söz konusu ise akım yönü de göz önüne alınarak hesaplanması gerekir.

Kohezyonsuz zeminlerde davranımı belirleyen en önemli parametre “relatif sıkılık Dr” derecesidir aşağıdaki ifade ile verilir:

          emaks – e                      γk maks       γk – γk min

Dr = ---------------- x 100 = ---------- . ------------------- x 100 (%)

          emaks – emin                    γk           γk maks – γk min

burada emaks ve γk min zeminin en gevşek durumuna; emin ve γk maks en sıkı durumuna tekabül eden boşluk oranı kuru birim ağırlık değerleridir. e ve γk ise zeminin tabii haldeki boşluk oranı ve kuru ağırlığı göstermektedir.

Sıkılık sınırları

                               0 ≤ Dr < %33                         gevşek

                               %33 ≤ Dr < %66   ortasıkı

                               %66 ≤ Dr ≤ %100 sıkı

olarak tarif edilir (Kumbasar ve Kip, 1972)

 

1.2.3.6. Zeminlerin Sıkıştırılması

 

Zemin (toprak) bir inşaat malzemesi mesela bir dolgu malzemesi olarak kullanılacaksa önce laboratuarda sıkıştırma şartları incelenir. Tipik bir kompaksiyon eğrisi Şekil 4’te gösterildiği gibi sıkıştırma su muhtevalarına karşı kuru birim ağırlık (veya yoğunluk) çizilerek bulunur. Maksimum kuru birim ağırlık (γk maks ) optimum su muhtevasında (wopt ) elde edilir. Pratikte elde olunamayan ve boşluklarda hiç hava kalmayacak şekilde yapılan ideal sıkıştırma şartlarında bulunacak γk – w ilişkisi de (S = 100% eğrisi) aynı şekilde verilmiştir. Aynı zeminin daha fazla enerji ile sıkıştırılınca bulunan kompaksiyon eğrisi , daha yüksek bir sıkışmanın daha düşük bir wopt değerinde elde edilebileceğini göstermektedir. Farklı zemin türlerine ait tipik kompaksiyon eğrileri Şekil 5’te verilmektedir. Görüldüğü gibi zeminin plastisitesi  arttıkça sıkıştırma zorlaşır ve maksimum kuru birim hacim ağırlık azalır.

Çok sayıda deney sonuçları Atterberg limitleri ile kompaksiyon parametreleri , wopt ve γ,    

γk ve kompaksiyon enerjisi arasında istatiksel ilişkilerin varlığını ortaya koymuştur (Ülker, 1985). Plastik limit ve optimum su muhtevası arasında

                               wopt = wp – 4 %

gibi bir bağıntının kabul edilebileceği önerilmiştir.

Arazide sıkıştırmanın yeterli olup olmadığı arazi kuru birim ağırlığın laboratuarda elde edilen maksimum kuru birim ağırlığın belli bir yüzdesi (genellikle %95) olması şartının istenmesi şeklindedir (Şekil 4).

Şekil 1.5 Sıkıştırma deney klavuzu

1.2.3.7. Zeminlerin İndeks Özelliklerinin Mühendislik Özelliklerine Işık Tutması

 

Herhangi bir göçme, oturma veya şev kayması analizi yapmak için çok detaylı arazi, laboratuar ve bilgisayar çalışması gerekebilir. Ancak, bir zemin veya temel probleminde ne tip bir sorun çıkabileceğini hissedebilmek, görebilmek; bir mühendislik sezi ve duyarlılığına ulaşabilmek mühimdir. Bazen zeminin indeks özellikleri bile mühendise bazı uyarmalar yapabilir. Aşağıdaki kısımlarda indeks özelliklerine göre sınıflandırılan zeminlerin genel davranımlarına değinilecek, indeks özellikleri ve mühendislik özellikleri arasında bulunan korelasyonlardan bazı örnekler verilecektir. Ancak bunların sadece bir fikir vermek amacını taşıdığını sağlıklı çözümler için her zemin ve her problem için hakiki parametrelerin bulunması gerektiği açıktır.

Zeminlerin gradasyon ve plastisite özelliklerini içeren indeks özelliklerinin , benzer mühendislik özelliklerini taşıyan zemin türlerini gruplandırmak amacıyla sınıflandırmada kullanıldığına değinilmişti. Ana grup olarak belirlenen kaba ve ince daneli zeminlere örnek olarak kum ve kilin davranımını kabaca aşağıdaki gibi karşılaştırabiliriz (Capper ve Cassie, 1969):

                               KUM                                                                                       KİL

Boşluk oranı düşük                                                                 Boşluk oranı yüksek

Kuru olunca kohezyonsuz                                                           Su muhtevasına bağlı olarak            

                                                                                            yüksek kohezyonlu

İçsel sürtünme yüksek                                                         İçsel sürtünme düşük

Plastik değil                                                                          Plastik

Sıkışabilirliği az                                                                     Sıkışabilirliği fazla

Sıkışma yük tatbik edilir edilmez                                           Sıkışma (konsolidasyon) uzun sürede

 meydana gelir                              meydana gelir

Geçirimli                                                                    Pratik olarak geçirimsiz

 

Kaba daneli zeminlerde gradasyon ve sıkılığın mühendislik özelliklerini belirleyen en mühim faktörler olduğu ve iyi derecelenmiş, sıkı zeminlerin yüksek dayanım, yüksek taşıma gücü, düşük sıkışabilirlik, düşük geçirgenlik gibi aranılan davranımları gösterdiği anlatılmıştı. Rutin zemin tanımlama deneyleri arasında dane şeklini (küresellik ve yüzey pürüzlülüğü) belirleyen yöntemler yer almamakla birlikte, kaba daneli zeminlerde dane şekli de önemlidir. Örneğin, danelerin köşeli veya yuvarlak olması kohezyonsuz zeminlerde içsel sürtünmeyi dolayısı ile kayma dayanımını etkileyen faktörlerden biridir.

Zemin içerisindeki plastik ince daneler zemin davranımını büyük ölçüde etkiler ve bazen kaba daneli bir zeminin % 10-20 kadar yüksek plastisiteli kil minerali içermesi zeminin ince daneli zemin gibi davranmasına sebep olabilir (Sowers, 1979).

Zeminin jeolojik geçmişi, yapısındaki fisür ve çatlaklar gibi süreksizlikler de davranımını etkiler. Jeolojik geçmişi açısından zeminler iki gruba ayrılırlar. Zemin oluşumu ile günümüze kadar geçen zaman içinde bugünkünden daha fazla (efektif) gerilmeler altında kalmamışsa “normal yüklenmiş veya normal konsolide” zeminler denir. önceden bugünkünden fazla bir yüklenmeye maruz kalma erozyon, kuruma ve yer altı su tablasının yükselmesi gibi nedenlerle ortaya çıkar ve bu tip zeminler “aşırı konsolide zeminler” olarak adlandırılabilir. Normal konsolide killer genelde yumuşak normal konsolide kumlar ise gevşek veya orta sıkıdır. Önceden yüklenmiş killer daha serttir. Bu bakımdan normal konsolide zeminler yükler altında çok daha fazla oturma gösterir ve kayma dayanımı ve taşıma gücü daha düşüktür. Türkiye’deki zeminlerin büyük bir kısmı önceden yüklenmiş durumdadır. Aşırı konsolide killerde tabii su muhtevası plastik limit civarında normal konsolide killerde likit limite yakındır. Görüldüğü gibi tabii su muhtevasının Atterberg Limitleri ile kıyaslanması zeminin jeolojik geçmişi ve buna bağlı olarak beklenilen davranımı hakkında fikir vermektedir.

Zeminin sıkışabilirl


Duyuru
Sitemizde güncelleme çalışmaları devam etmektedir.
Görüş ve önerilerinizi bizimle paylaşabilirsiniz !