Zemin Suyu | 1

Zemin Suyu

Zemini oluşturan ana yapıtaşlarından biri de sudur. Zemin suyu ile ilgili bilmemiz gereken temel bilgilere giriş yapmadan önce zemin içerisindeki suyun önemini anlatan kısa bir alıntı ile başlayalım.

“… mühendislik uygulamalarında zemin mekaniği ile ilgili sorunların hemen hemen tamamı zeminlerden değil, zeminin boşluklarında yer alan sudan kaynaklanır. Suyun hiç olmadığı bir gezegende, zemin mekaniğine de ihtiyaç olmayacaktır” Karl Terzaghi, 1939 (Şekil 1).

Şekil 1. Karl Von TERZAGHI

Yıllar öncesinde zemin mekaniğinin kurucusu olarak kabul edilen Terzaghi zemin içerisindeki suyun önemini yukarıdaki paragrafta kısa ve öz bir şekilde özetlemiştir. Biz de bu yazı içeriğimizde zemin içerisinde var olan zemin suyunun mühendislik davranışları üzerindeki etkisine ve zemin suyu türlerine değinelim.

Kıvam limitleri ve zemin sınıflandırması yazılarımda da belirtmiş olduğum gibi zemin içerisindeki zemin suyu;

  • Zemin taşıma gücü
  • Zeminin yük altında göstermiş olduğu şekil değiştirme davranışı
  • Toprak dolgu ve barajlarda stabilite
  • Konsolidasyon oturması
  • Zeminin yapı malzemesi olarak kullanılması gibi birçok durumda davranışı belirleyen en önemli parametredir.

Peki zemin davranışı üzerinde bu kadar önemli olan zemin suyu, zemin içerisinde kaç farklı türde bulunur ve davranışı nasıl etkiler?

Zemin içerisinde su;

  • Daneler arasında emilmiş su (adsorbe su)
  • Daneler arasında kılcal kanallarda yükselen su (kapiler su)
  • Daneler arası boşlukları dolduran ve yer çekimi etkisi altında olan su (yeraltı suyu) şeklinde bulunmaktadır.

Zemin suyu türleri (Şekil 2) arasındaki en temel fark, bu su türlerinin davranışını belirleyen kuvvetlerdir.

zemin suyu türleri
Şekil 2. Zemin suyu türleri

1. Adsorbe Su

Dane yüzeylerindeki elektriksel çekim kuvveti etkisi ile var olan sudur. Killi zeminlerin sahip olduğu plaka yapısı ve içermiş oldukları mineraller elektriksel çekim kuvvetinin en temel örneğini oluşturmaktadır. Plak şeklinde olan kil danelerinin yüzeyleri negatif elektrik yükleri ile yüklüdür. Dane yüzeylerinde var olan bu negatif yüklerin, bünyesinde pozitif ve negatif yük bulunduran su molekülleri ile karşılaşması sonrasında dane yüzeyleri su ile kaplanmış olur. Dane yüzeyleri üzerinde var olan bu emilmiş su adsorbe su (Şekil 3) olarak isimlendirilir.

zemin suyu, adsorbe su
Şekil 3. Zemin suyu (adsorbe su)

Zemin içerisinde var olan bu adsorbe su yüksek bir yoğunluğa ve viskoziteye (akmaya karşı gösterilen direnç) sahiptir. Fakat zemin içerisindeki su muhtevası değerinin artması danelerin yüzeylerinde bulun elektriksel çekimi azaltmakta ve adsorbe suyu boşluklardaki serbest suya dönüştürmektedir. Benzer şekilde su içeriğinin azalması da daneler arasındaki elektriksel çekimi ve katılık derecesini arttırmaktadır.

2. Kapiler Su

Zemin içerisinde statik su kütlesi olarak da kabul edilen kapiler su, yer altı su seviyesi üzerindeki zemin türüne bağlı olarak kapiler kuvvetlerin etkisi altında yükselen su olarak tanımlanmaktadır. Kapiler zemin suyu içerisinde var olan bu kapiler kuvvet etkisi, su içine batırılan bir ince borudaki yüzeysel çekme gerilmeleri altında suyun yükselmesi ile aynı durumdur (Şekil 4).

zemin suyu, kılcallık
Şekil 4. Zeminde kılcal su yükselmesi ve gerilme

Yeraltı su seviyesi üzerinde yer alan zeminlerde kılcal kanallar oluşturmakta ve bu kanallardan su yukarı doğru yükselmektedir. Zemin içerisindeki bu su yükselmesi, ince boruda su yükselmesi ile birebir olarak aynı olmasa da kılcallık etkisinin yorumlanması benzerdir.

Kılcallık etkisinde su içine batırılan tüplerin çapları değiştiğinde, yükselme miktarlarının da değiştiği ve küçük çaplı tüplerde ki su yüksekliğinin büyük çaplı tüplerdeki su yüksekliğinden daha fazla olduğu gözlenmiştir (Şekil 5 ).

zemin suyu, kapilarite
Şekil 5. Farklı boru çaplarında kılcallık etkisi

Şekil 5 de verilen durumu biz zemin mekaniğine uyarlayacak olursak yüzeysel çekme kuvvetlerinin etkin olabilmesi için, daneler arasında suyun yol alabileceği bir boşluk ve ara yüzeydeki maddelerin molekülleri arasında çekim kuvveti bulunması gerekir. Bu her iki durumun sağlanabilmesi var olan boşluk çapının küçük olması kapiler etkiyi arttıran bir durumdur. Fakat zeminlerde boşluk çapı sabit olmadığı için, kapiler yükselme dane çapı ve zemin sıkılık derecesine bağlı olarak ilişkilendirilmiştir. Bu ilişkiyi ifade eden eşitlik Şekil 6 da verilmiştir.

Şekil 6. Kapiler yükselme ve dane çapı ilişkisi

Şekil 6 da verilen eşitlik de C değeri efektif boşluk çapını efektif dane çapına bağlayan bir katsayıyı, e değeri boşluk çapını ve D10 değeri ise efektif dane çapını ifade etmektedir.

Boşluk çapını ve dane çapını göz önüne alarak bazı zemin türlerinde var olan kapiler yükseklik miktarları, Şekil 7 de verilen tabloda gösterilmiştir. Şekil 7 de ki tablo incelendiğinde silt ve killerde kapiler yüksekliğin çok yüksek olduğu görülmektedir.

zeminlerde kapiler yükselme miktarı
Şekil 7. Zemin türlerine göre kapiler yükselme miktarları

Peki zemin suyunda kapilarite neden bu kadar önemli ve zeminde neleri değiştirir?

  • Kapilarite yolu ile zemin içerisinde su muhtevası ve suya doygunluk dereceleri arttığı için zemin birim hacim ağırlığı ile tabakalar üzerine uygulanan toplam basınç artar.
  • Zeminde var olan kapiler etki ile zemin daneleri arasındaki çekim artmakta ve efektif gerilmeler artmaktadır. Bu durumu yass üzerinde kapilerite ile negatif boşluk suyu basıncı oluşması da desteklemektedir.
  • Zeminlerde var olan kapilerite, görünen kohezyon (daneler arasında yapışma etkisi) yaratır.
  • Kapilerite oluşmasının en temel etkeni yüzeysel çekme kuvvetleri zeminlerde büzüşmeye sebep olur ve don olayının olumsuz etkilerini azaltır.
  • Islak kumlarda zemin suyu ile oluşan kapiler çekme gerilmeleri hacim değişmesine karşı direnç gösterdiği için bu zeminlerde kompaksiyon işlemi optimum su içeriğinde yapılmalıdır.

3. Yeraltı Suyu

Yeryüzüne yağışlar ile düşen suyun, zemin içerisinde boşlukların tamamını doldurması ile oluşturduğu sürekli su kütleleri yeraltı suyu (Şekil 8) olarak tanımlanmaktadır. Yeraltı suyunun bulunduğu en üst kot yeraltı su seviyesi (YASS) olarak tanımlanır ve yeraltı suyu zemin yüzey topografyasına paraleldir. YASS seviyesinde su atmosferik basınç altındadır ve bu seviyeden derinlere inildikçe su basıncı artmaktadır.

Yeraltı suyu
Şekil 8. Yeraltı suyu

Yer çekimi kuvvetleri etkisi altında olan ve zemin topografyasına paralel olan yeraltı suyu yüksek kotlardan düşük kotlara doğru bir hareket halindedir. Bu durumda doğru bir zemin davranışı yorumu için YASS bulunan bölgelerde akım özelliklerinin belirlenmesi gerekliliğini ortaya çıkarmaktadır.

Mevsimsel değişimler yeraltı su seviyesinde artış ve azalışlara sebep olmaktadır. Bununla birlikte arazinin drenaj koşulları da YASS tabii kotunu değiştiren bir durumdur.

Zemin suyu hakkında bilinmesi gereken en temel özelliklere değindiğim yazımın sonuna gelmiş bulunmaktayız. Devam eden süreçte su akımları, akım ağları, permeabilite ve suya dair tüm zemin mekaniği konuları ile ilgili bilinmesi gerekenleri ele aldığım içeriklerde görüşmek dileklerimle.

Sevgiyle kalın 🙂

Kaynaklar:

  • Özaydın, K., (2016). “Zemin mekaniği”, Birsen yayınevi, Genişletilmiş baskı, İstanbul.
  • Uzuner B. A., 2001. «Çözümlü Problemlerle Temel Zemin Mekaniği», Teknik Yayınevi
  • Zemin suyu, ders notu sunumu, link

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir