HAFTALIK DERS PLANI
Hafta
Konular
Zeminle İlgili Problemler ve Zeminlerin Oluşumu
Zeminlerin Fiziksel Özellikleri
Zeminlerin Sınıflandırılması
Zeminlerin Kompaksiyonu
Zemin Hidroliği
Toplam ve Efektif Gerilme Kavramları
Zeminde Gerilmeler ve Deformasyonlar
Gerilme Altında Zemin Davranışı - Ara sınav
Zeminlerde oturma ve Sıkışma
Konsolidasyon Teorisi
Konsolidasyon Sürecinde Zaman
Zeminlerde Kayma Mukavemeti ve önemi
Kayma Mukavemeti Parametreleri
Kumların ve Killerin Kayma Mukavemeti
Kaynaklar
[1], s. 1-13
[1], s. 14-79; [23]; [24]; [25]
[2], s. 93-110; [22]
[1], s. 172-187; [23]
[1], s. 102-171; [23]
[2], s. 133-145
[1], s. 236-278
[2], s. 147-184
[1], s. 460-470, [2], s. 190-212
[1], s. 487-532; [23]
[2], s. 212-234
[1], s. 188-195
[1], s. 195-235; [23]
[2], s. 258-290; [25]
A
AY tu
İK o
VR s N
Sİ er
an I D
sm ği
O ni
r. ka
. D Me
of in
Pr m
Ze
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Zemin Hidroliği
n
Zemin Suyu
n
Zeminlerin Geçirimliliği
n
Zeminde Su Akımları
1
A- Zemin Suyu
A
AY tu
İK o
VR s N
Sİ er
an I D
sm ği
O ni
r. ka
. D Me
of in
Pr m
Ze
n
n
n
Giriş: Zeminde su türleri
Yeraltı Suyu
Kapiler Su
1- Giriş: zemindeki su türleri
n
n
Zemin içinde bulunan su miktarı (su muhtevası),
zemin suyundaki basınç (boşluk suyu basıncı) ve
suyun zemin içinde hareketi (zeminin geçirimliliği)
zeminlerin mühendislik özelliklerini büyük oranda
etkilemektedir.
Zeminlerin taşıma gücü, yük altında oturması,
şevler ve toprak barajlar gibi zemin yapılarının
stabilitesi, su yapılarının su tutma özellikleri ve
zeminlerin inşaat malzemesi olarak kullanma
karekteristikleri üzerinde zemin-su ilişkileri çok
önemli rol oynamaktadır.
2
n
n
n
A
AY tu
İK o
VR s N
Sİ er
an I D
sm ği
O ni
r. ka
. D Me
of in
Pr m
Ze
Zemin suyu, Serbest ve Tutulan (bağlı) olarak 2 ana grupta
tariflenebilir. Serbest su, zemin boşluklarında yer alan ve
yerçekimi etkisiyle hareket eden sudur.
Serbest su, durgun ve hareketli (akış durumunda) olabilir.
Tutuk su, zemin danelerinin boşluklarında bazı kuvvetlerce
tutulan suya denir.
Tutulan suda, adsorbe (özellikle killerin kristal yapısına bağlı
olarak etrafında bulunan su) ve kapiler (kılcal: zemin
boşluklarında, yüzey gerilim kuvvetleri tarafından tutulan su)
olmak üzere 2 ye ayrılır.
Adsorbe su su dane yüzeylerindeki elektriksel kuvvetler,
Kapiler su sıvılarda gözlenen yüzeysel çekme kuvveti, yeraltı
suyu ise yerçekimi kuvvetleri tarafından kontrol altında
tutulmaktadır.
n
Serbest YASS
Serbest Su
Zeminde Su
Tutuk Su
Durgun Su
Basınçlı YASS
Hareketli Su (Hidrolik dersin konusu)
Adsorbe (hidroskopik) Su
Kapiler (kılcal) Su
Durgun ve Hareketli yer altı suları
3
Serbest ve Basınçlı Akiferler
Kuyu
Doygun olmayan
geçirimli tabaka
Su
seviyesi
Geçirimli
tabaka
Doygun
geçirimli
tabaka
Piyozometrik
Yüzey
Basınç oluşturan
tabaka
Kuyu
Zemin
yüzeyi
A
AY tu
İK o
VR s N
Sİ er
an I D
sm ği
O ni
r. ka
. D Me
of in
Pr m
Ze
Geçirimsiz
tabaka
Geçirimsiz
tabaka
Akifer
Serbest
Akifer
Serbest
Akifer
Geçirimli
tabaka
Basınçlı
Akifer
Geçirimsiz
tabaka
Basınçlı
Akifer
Geçirimli tabaka
Serbest Akifer
Doygun Bölge
Geçirimli
Kum-Çakıl
tabaka
Geçirimsiz tabaka
YASS
Gözlem
Kuyu
Doygun
Bölge
Geçirimli tabaka
YASS
Serbest Akifer
Doygun Bölge
Geçirimsiz tabaka
Geçirimsiz tabaka
4
Basınçlı Akifer
Gözlem
Geçirimsiz tabaka
Geçirimli tabaka
Geçirimsiz tabaka
Kuyu
Geçirimsiz tabaka
A
AY tu
İK o
VR s N
Sİ er
an I D
sm ği
O ni
r. ka
. D Me
of in
Pr m
Ze
Piyozometrik
Yüzey
Kuyu
Piyozometrik Yüzey
Geçirimsiz tabaka
Geçirimsiz tabaka
Akifer
Geçirimli tabaka
Geçirimsiz tabaka
2- Yer Altı Suyu
n
n
n
Çöl oluşumları dışında tüm zeminler, su ile değişen
ölçekte temas halindedir. Yeryüzüne düşen su,
yüzeyden akarak yada zemine süzülerek hareketini
sürdürür.
Yer altında sürekli olarak birikmiş suya yer altı
suyu ve bunun üst seviyesine Yer Altı Su Seviyesi
(YASS) denir. YASS altındaki zemin tamamen suya
doygun haldedir.
YASS genellikle zemin yüzeyine paralel haldedir ve
yer altı suyu yerçekimi kuvvetlerin etkisi altında
yüksek kotlardan düşük kotlara doğru hareket
ederler.
5
Yağmur
Yoğunlaşma
Kar
Yağmur
Yoğunlaşma
Rüzgarla
taşınma
Birikme
Yağmur
İç akış
Buharlaşma
Sızma
Yüzey akışı
Yeraltı su seviyesi
Buharlaşma
Buz
Zemine sızma
İç akış
Yeraltı su seviyesi
Buharlaşma
Yüzey akışı
Yeraltı su akışı
Yeraltı su akışı
Okyanus
A
AY tu
İK o
VR s N
Sİ er
an I D
sm ği
O ni
r. ka
. D Me
of in
Pr m
Ze
Buharlaşma
Yağmur
Birikme
Yüzey akışı
Sızma
zemin
suyu
İç akış
Akasuların
kanal ağı
Doygun olm.
zemin suyu
yer su
beslemesi
Doygun
zemin suyu
Taban akışı
3- Kapiler (Kılcal) Su
n
n
n
YASS’nin üzerindeki zemin tabakaları zemin cinsine bağlı olarak
değişen kalınlıklarda, YASS’den yukarı doğru kapiler kuvvetlerin
etkisi altında tırmanan su tarafından beslenir.
Belirli bir yüksekliğe kadar zemin tamamen suya doygun hale
gelebilir, daha üst seviyelerde ise kısmen suya doygun
durumdadır.
Sıvılara batırılan küçük çaplı borularda, bu sıvıların yüzeysel
çekme gerilmeleri altında yükselmesi ile zeminlerde gözlenen bu
durum, aynı fiziksel nedenlere dayanmaktadır. Zemin daneleri
arasındaki boşluklar birbirine bağlı olduğu için, zemin içinde kılcal
boşluklar oluşmakta ve su, bu boşluklar (kanallar) boyunca yukarı
doğru tırmanmaktadır.
6
n
Tüp içindeki su, kolonunun ağırlığı ile yüzeyindeki çekme gerilemeleri
dengeleninceye kadar su, tüp yüzeyinde yükselecektir. Yüzey çekme
gerilmeleri, temas yüzeyindeki farklı malzemelerinin farklı çekim
kuvvetlerine sahip olması ile oluşmaktadır. Denge durumunda;
A
AY tu
İK o
VR s N
Sİ er
an I D
sm ği
O ni
r. ka
. D Me
of in
Pr m
Ze
n
n
n
Temiz bir cam borudan yükselen saf su için kapiler yükseklik (hc),
yaklaşık olarak hc=0.3/D (hc ve D cm cinsinden) bağıntısından elde edilir.
Görüldüğü gibi, kapiler yükselme, boru çapı yani zeminlerdeki boşlukların
çapı ile ters orantılı olarak artmaktadır.
Kaptaki su yüzeyinde etkiyen atmosferik basınç sıfır alınırsa, bu
seviyeden ölçülmek üzere kapiler su kolonunda yüksekliği boyunca
lineer olarak artan çekme gerilmeleri, kaptaki suda ise derinlikle
lineer olarak artan basınç gerilmeleri oluşmaktadır.
Zeminlerde kapiler yüksekliğin esas olarak küçük boşluklar
tarafından kontrol edildiği söylenebilir. Zeminlerde boşluk
büyüklüklerini doğrudan ölçmek pratik olarak mümkün değildir.
Fakat boşluk çaplarının, dane çaplarına ve zeminin sıkılık
derecesine bağlı olarak değişeceği söylenebilir. Ampirik bağıntı
kullanılarak; hc=C/e.D10 bulunabilir. Burada C efektif boşluk
çapını, efektif dane çapına bağlayan bir katsayıdır (doğal
zeminler için C = 0.1-0.2).
7
n
Kapilarite kaba daneli zeminlerde etkili olmadığı, killerde ise su
geçirimliliği çok düşük olduğu için donun zararlı etkileri pek
görülmemektedir. Bunun yanında siltlerde ve ince kumlarda
kapilarite ile permeabilite koşulları bir arada, don etkisinin
ortaya çıkması için en uygun koşulları oluşturmaktadır. Don
etkisine bağlı zararlardan en aza indirilmesi için yol kaplamaları
ve hafif yapılar altında ya suyun don bölgesine gelmesi önlenmeli
veya dondan etkilenmeyen zeminlerden (Çakıl, kum gibi)
yararlanılmalıdır.
A
AY tu
İK o
VR s N
Sİ er
an I D
sm ği
O ni
r. ka
. D Me
of in
Pr m
Ze
Yanda şekilde
Kapilaritenin zeminlerin mühendislik davranışları
üzerindeki etkileri
n
n
n
Zemin tabakalarının kapilarite yolu ile su muhtevaları ve suya
doygunluk dereceleri artmaktadır. Buna bağlı olarak, zeminin
b.h.ağırlığı ve alt tabakalara uyguladığı toplam basınçlar da
artmaktadır.
Kapiler sudaki çekme gerilmeleri, zemin danelerini birbirine
doğru çekmekte ve daneler arası temas yüzeyindeki
gerilmeler artmaktadır. Bu durum, zemindeki efektif
gerilmeleri (s’) artırmaktadır. s’, zemin davranışını büyük
ölçüde kontrol etmektedir.
Kapiler çekme gerilmeleri zeminde hacim değişmelerine
(büzülme) yol açmaktadır. Zemin kurudukça daneler arasında
oluşan menisküsün çapı azaltmakta ve çekme gerilmeleri
artmaktadır. Büzülme sonucu boşluklar küçülmekte ve kapiler
çekmeler daha da artmaktadır. Fakat boşluk oranı azaldıkça
zeminin hacim değişimlerine karşı direnci de arttığı için, belli
bir noktada sonra büzülme sona ermektedir (büzülme limiti).
8
n
A
AY tu
İK o
VR s N
Sİ er
an I D
sm ği
O ni
r. ka
. D Me
of in
Pr m
Ze
Kumlu zeminlerde daneler arasındaki kapiler su, onları oldukça
gevşek bir durumda iken bile stabil bir konumda tutabilir. Bu
yalancı kohezyon sebebi ile ıslak kumlarda geçici şevler
oldukça dik bir şekilde açılabilmektedir. Kumumun tamamen su
altında kalması yada kuruması durumda ise kapiler gerilmeler
ortadan kalkacağından şev göçebilmektedir.
Kapiler çekme gerilmeleri, zeminin hacim değiştirmeye karşı
direncini artırdığından kompaksiyon zorlaşmaktadır.
n
(yanda şekilde)
9
A
AY tu
İK o
VR s N
Sİ er
an I D
sm ği
O ni
r. ka
. D Me
of in
Pr m
Ze
Sizlere verilen
uygulamaları, yapmayı
unutmayınız !
10
Download

Prof. Dr. Osman SİVRİKAYA Zemin Mekaniği I Ders Notu