B - Zeminlerin Geçirimliliği n 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 Giriş Darcy Kanunu Geçirimliği Etkileyen Etkenler Geçirimlilik (Permeabilite) Katsayısnın (k) Belirlenmesi * Ampirik Yaklaşımlar ile * Laboratuvar deneyleri ile * Arazi deneyleri ile Tabakalı zeminlerde k nın belirlenmesi n 1- Giriş n Geoteknik mühendisliğinde geçirimlilik (permeabilite) büyük önem taşımaktadır: q q q q Permeabilite, suya doygun zeminlerde yük altındaki oturma miktarını etkiler. Toprak dolgu baraj tasarımında kullanılan zeminin permeabilitesi, çok büyük önem taşır. Zeminlerin permeabilitesi, şevlerin ve dayanma yapılarının stabilitesini de etkiler. Zeminlerden yapılan filtreler, permeabilitelerine göre tasarlanır. 1 n Zeminlerin permeabilite değerlerinin (permeabilitenin kullanımı): q q q belirlenmesi Yeraltından (palplanj perdesi) ve toprak dolgu barajdan sızan su miktarını belirlemek. Kazı esnasında yer altı suyunun uzaklaştırılmasında kaynaklanan problemlerin çözümü için. Dayanma yapıları ve zemin yapılarının stabilite analizlerinde sızıntı kuvvetlerin hesaplanmasında. 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 2- Darcy Kanunu n Zeminde serbest suyun akımı, genel hidrolik yasalarına uygun olarak sürer. Suyun bir boru içerisinde hareket ettiği düşünülürse, benzer boyutta bir zeminde su tüm kesit yerine sadece zemin boşluklarında hareket eder. A kesit alanındaki bir zeminden q debisinin geçirildiği durumda çıkışta suyun filitre hızı (Vf) Vf= q/A olacaktır. Kesitin önemli bir kısmının danelerle kaplı olduğu düşünülürse, suyun daneler arasından ortalama değerden daha hızlı geçmesi gerekecektir. Bu halde suyun sızıntı hızı (Vs) Vs= Vf/n dır. Burada n, porozitedir. Vs Vf Vs 2 n Suyun zemin ortamında hareketi ilk kez Darcy tarafından incelenmiştir. Darcy Kanunu olarak bilinen çalışmada filtre hızı (Vf) ve hidrolik eğim (i) arasındaki lineer bir bağıntı belirlenmiştir. 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 3 n n Darcy kanunu, düzgün laminer akım durumlarında geçerli olmaktadır. Akım hızı arttıkça, akım düzgün akım olmaktan uzaklaşmakta ve bu durumlarda kanun geçerliliğini yitirmektedir. Akım hızının çok yüksek olduğu iri çakıllarda ve çok düşük olduğu killerde yapılan deneyler, akım hızı ile hidrolik eğim arasındaki lineerlikten sapmalar olduğunu göstermiştir. Darcy kanunundaki sabit katsayı k, zeminin geçirgenlik (permeabilite) derecesini göstermektedir. 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 v = k i 4 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 Geçirgenlik, boşluklu bir ortam (örneğin zemin) bir sıvıyı (örneğin su) geçirebilme özelliğinin ölçüsüdür. Su Gevşek Zemin Sıkı Zemin - Geçirgenlik kolay - Geçirgenlik zor - Yüksek Permeabilite - Düşük Permeabilite 5 3- Geçirimliliği etkileyen etkenler Geçirimlilik, zeminin içerisinden suyun akışını ifade eden bir zemin özelliği olup hız boyutundadır. Geçirimlilik, akım koşulları yanında zeminin mekanik özelliklerini de etkiler. Zeminlerin geçirimliliğini etkileyen başlıca faktörler şunlardır: * Dane boyutları * Dane yapısı * Dane dağılımı (D10) * Boşluk oranı (e) * Zeminin suya doygunluk derecesi (Sr) * Yeraltı suyunun özellikleri (yoğunluk, vizkozite) n e yada Dr 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 20oC de permeabilite (k, cm/sn) n Geçirimlilik (k), 20oC deki değeri ile verilir. Başka sıcaklıkta hesap için suyun değişen vizkozitesi için düzeltme yapılır. kT=k20η20/ ηT n Sıcaklık arttıkça suyun vizkozitesi azalmakta ve geçirimlilik katsayısı (k) ve akış hızı artmaktadır. Bu nedenle k, 20oC deki değerine ve suyun vizkozitesine bağlı olarak tanımlanmıştır. 6 Zeminler için tipik k değerleri c 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 4- Geçirimlilik katsayısının (k) Belirlenmesi q Ampirik Yaklaşımlar ile: Zeminin diğer özelliklerinden yaralanarak, hesapla dolaylı yoldan bulunur. q Laboratuvar deneyleri ile: Sabit ve düşen seviyeli permametre, yatay kılcallık ile 3 eksenli deneyden direk bulunur. q Laboratuvar konsolidasyon deneyi sonuçları ile dolaylı yoldan bulunur. q Arazi deneyleri ile: Arazi pompalama ve sondaj kuyusu deneylerinden direk bulunur. *** Kullanılacak yöntemin seçimi; geçirimlilik (k) katsayısına, zemin yapısının özelliğine, deneyi yapanın tecrübesine bağlıdır. 7 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 q Ampirik yaklaşımla 8 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 10-7 Kil 10-5 Silt İnce Daneli 100 Kum Çakıl Kaba Daneli ü Dolaylı yollardan da permeabilite hesaplanabilir ; n Dane dağılımı yardımıyla; Hansen; k = c* (D10)2 Terzaghi Üniform Kumlar İçin; k = 200*e2* (D10)2 n Konsolidasyon deneyinden; k = g w * mv * cu 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 q Laboratuvar Deneyleri ile 10 Sabit Seviyeli Permametre Deneyi Düşen Seviyeli Permametre Deneyi Geçirimli zeminler (k>10-4 cm/s) Düşük geçirimli zeminler (k<10-4 cm/s) Qgir h0 A H A hf Qçık Area, a Soil L 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 Soil Qin = Qout k= Q× L H×A L k= a × L æç h0 ö÷ ln A× t çè hf ÷ø 11 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 12 q Konsolidasyon deney sonuçları ile n Konsolidasyon deneyi ile permeabilite katsayısı (k) dolaylı yolla bulunabilir. Killi zeminlerde çoğunlukla bu yola başvurulur. . . 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 = cv: Konsolidasyon katsayısı (cm2/sn) mv: Hacimsel sıkışma katsayısı (cm2/gr) gsu: Suyun b.h.ağırlığı (gr/cm3) k: Permeabilite katsayısı (cm/sn) Serbest ve Basınçlı Akiferler Kuyu Su seviyesi Geçirimli tabaka Doygun olmayan geçirimli tabaka Doygun geçirimli tabaka Geçirimsiz tabaka Piyozometrik Yüzey Kuyu Akifer Serbest Akifer Serbest Akifer Basınç oluşturan tabaka Basınçlı Akifer Zemin yüzeyi Geçirimsiz tabaka Geçirimli tabaka Geçirimsiz tabaka Basınçlı Akifer Su içeren geçirimli tabakaya akifer denir. Akiferler iki türlü olabilir: Serbest (sınırlanmamış) akiferde, YASS doygun bölgenin üst sınırı olup atmosfer basıncındadır. Basınçlı (sınırlanmış) akiferde yer altı suyu, üstten geçirimsiz bir tabaka ile sınırlanmış olup atmosfer basıncından daha büyüktür. 13 Kuyu Statik su seviyesi Sınırlanmamış Akifer Serbest Akifer Doygun Bölge Sınırlanmış tabaka Geçirimli tabaka 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 Kuyu Statik su seviyesi Piyozometrik yüzey Sınırlanmış tabaka Geçirimsiz tabaka Basınçlı Akifer Akifer Sınırlanmış tabaka Geçirimsiz tabaka Serbest Akifer Geçirimli Kum-Çakıl tabaka YASS Gözlem Kuyu Doygun Bölge Serbest Akifer Geçirimsiz tabaka Geçirimli tabaka Doygun Bölge Geçirimsiz tabaka 14 Gözlem kuyusu Kuyuda su yok Doygun Bölge 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 Sınırlanmamış Akifer Sınırlanmış tabaka Gözlem kuyusu Kuyudaki su seviyesi, YASS dedir. Statik su seviyesi Sınırlanmamış Akifer Doygun Bölge Sınırlanmış tabaka 15 Geçirimli Kum-Çakıl tabaka Su Su YAS aynı seviyede (h1 = h2) ise, yer altı suyu akışı. Başka bir ifadeyle, hidrolik yükseklik her yerde aynı ise (h de eğim yoksa), akış olmaz. Sınırlanmamış akifer Geçirimsiz tabaka Geçirimli Kum-Çakıl tabaka Su Su 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 Akış şartları altında sınırlanmamış akifer Geçirimsiz tabaka Sınırlanmamış akifer Geçirimli Kum-Çakıl tabaka Su Su Geçirimsiz tabaka Su seviyesinde fark varsa (h1 > h2) ise, yer altı suyu yüksek kottan (h1) alçak kota (h2) doğru akar Sınırlanmamış akifer Basınçlı Akifer Gözlem Kuyu Geçirimsiz tabaka Piyozometrik Yüzey Geçirimsiz tabaka Akifer Geçirimsiz tabaka Geçirimli tabaka Geçirimsiz tabaka 16 Gözlem kuyusu Kuyudasu su seviyesi, yok Kuyudaki YASS dedir. Sınırlanmış 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 Akifer Sınırlanmış tabaka Gözlem kuyusu Kuyuda su, statik su seviyesinin üzerine yükselir. Sınırlanmış tabaka Akifer Sınırlanmış tabaka 17 Geçirimsiz tabaka Su Su Geçirimsiz tabaka Sınırlanmış akifer Geçirimsiz tabaka Su Su YAS aynı seviyede (h1 = h2) ise, yer altı suyu akışı. Başka bir ifadeyle, hidrolik yükseklik her yerde aynı ise (h de eğim yoksa), akış olmaz. 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 Sınırlanmış akifer Geçirimsiz tabaka Su Su Geçirimsiz tabaka Hidrolik yükseklikteki fark, akışa sebep olur; h’daki eğim (h1 - h2) akışa geçmesini sağlar. Sınırlanmış akifer Serbest ve Basınçlı Akiferler için Karşılaştırılma 18 q Arazi Deneyleri ile q Büyük projelerde zeminin permeabilite arazide yerinde belirlenmesi gerekir. katsayısının q Arazi deneyleri olan Arazi pompalama (zeminden su çekerek) ve sondaj kuyusu deneylerinden (zemine su vererek) direkt olarak geçirimlilik bulunabilir. 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 q Zeminden su çekerek yapılan deneyler için, kum zeminlerde geçirimsiz bir zemine kadar inen bir kuyu açılır. Ayrıca deney kuyusu merkezinden geçen iki doğrultuda gözlem kuyuları açılır. Piyozometrik yüzeyin değişimi Piyozometrik yüzey Zemin yüzeyi Su çekilen kuyu R= Etki yarıçapı Su çekilen kuyu Komşu kuyulardaki su seviyeleri Dinamik Su Seviyesi Sınırlanmamış tabaka Doygun Bölge Sınırlanmış tabaka 19 Komşu kuyulardaki su seviyeleri Dinamik Su Seviyesi Sınırlanmış 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 Akifer Sınırlanmış tabaka Su çekilen kuyu Komşu kuyulardaki su seviyeleri Dinamik Su Seviyesi Sınırlanmış tabaka Akifer Sınırlanmış tabaka 20 A- Zeminden su çekerek (pompaj) deney (Su çekilen kuyu) R=Etki yarıçapı 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 Serbest Akifer Basınçlı Akifer q Sondaj kuyusundan zemine su vererek yapılan deneylerde, açılan bir sondaj kuyusunun dibinden veya sızdırmazlık elemanları kullanılarak, sondaj deliğinin kaplanmamış belli bir uzunluğunun yan yüzünden, sabit seviyeli veya düşen seviyeli düzenlerle zemine su gönderilerek yapılır. q Deney sonuçlarından ampirik bağıntılarla k belirlenir. q Zemine su vererek, açık uç deneyleri ve Packer (tıkaç) deneyleri ile k belirlenebilir. q Açık uç deneylerinde, zemine indirilen bir borunun ucundan, sabit seviyeli bir düzenle zemine su gönderilerek deney yapılır. Zemin gönderilen sabit debi ölçülür. Packer (tıkaç) deneylerinde, bir sondaj kuyusunun kaplanmamış veya delikli kaplama borusunun belli bir uzunluğunun yanlarından, zemine sabit seviyeli bir düzenle su gönderilerek gerçekleştirilir. Belli bir uzunluk, tek veya çift tıkaç (sızdırmazlık elemanı) ile sağlanır. Verilen suyun debisi ölçülür. 21 B- Zemine su vererek (sondaj kuyusu) deney Açık uç deneyleri Burada, h:su seviyeleri farkı, q:sabit debi, r:borunun iç yarıçapıdır. Basınçlı akifer durumunda h=h1+h2. 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 Paker (tıkaç) deneyleri Burada, L:uzunluk olup h=h1+h2. Birim olarak; r, h ve L (m), q (m3/s), k (m/s) dır. 22 5- Tabakalı zeminlerde ortalama geçirimlilik katsayısının (k) belirlenmesi n Yatay Tabakalı Düşey Akış q= Q A k v1 l1 l 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 kv2 l2 kv3 l3 kh1 l1 kh2 l2 kh3 l3 Yatay Tabakalı Yatay Akış q= Q A l A- Equivalent Vertical k q= Q A k v1 l1 k v2 l2 k v3 l3 l kv ,ort = ål j l å j kv j 23 B- Equivalent Horizontal k q= Q A kh1 l1 kh2 l2 kh3 l3 l k hort = åkj ×l j ål j 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 24 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 ! 25
© Copyright 2024 Paperzz
