ZEMİNDE SU (ZEMİN HİDROLİĞİ)ozgurertugrul.gen.tr/108/docs/Zemin Suyu_jeoloji.pdf · : Yüzey...
Transcript of ZEMİNDE SU (ZEMİN HİDROLİĞİ)ozgurertugrul.gen.tr/108/docs/Zemin Suyu_jeoloji.pdf · : Yüzey...
2
ZEMİNDE SU
(ZEMİN HİDROLİĞİ)
3
HİDROLOJİK DÖNGÜ
4
ZEMİNDEKİ SU TÜRLERİ
Zemin ortamının boşluklarında bulunan suya, zemin
suyu denilir. Aşağıda, zemindeki suların basit bir
sınıflandırılması görülüyor.
5
ZEMİNDEKİ SU TÜRLERİ
Serbest su :
Yerçekimi etkisi altında serbestçe akabilen suya,
serbest su denilir. İçinde serbest su bulunan zemin,
suya doygun olarak düşünülür. Suya doygun çakıl ve
kum tabakalarındaki su serbest sudur. Serbest su,
durgun (hareketsiz, statik) veya hareketli (akış
durumunda) olabilir.
6
ZEMİNDEKİ SU TÜRLERİ
Tutulan su :
Daneler arası boşluklarda bazı kuvvetlerce tutulan su.
Tutulan su ikiye ayrılır.
Adsorbe su, zemin daneleri tarafından havadan çekilen
ve danelerin dış yüzünü, ince bir film tabakası gibi
saran sudur. Bu su, zemin danelerinin adeta bir parçası
gibidir. Etüvde kurutulan zeminde, bu su buharlaşarak,
zeminden ayrılır. Ancak, kuru zemin nemli havada
bırakılırsa, higroskopik kapasitesine göre, havadan bu
tür suyu alır.
Kılcal (kapilar) su; zemin boşluklarında, yüzey gerilim
kuvvetleri tarafından tutulan su olup, zemin içinde
serbestçe akamaz.
7
KILCALLIK (KAPİLARİTE)
OLAYI
8
KILCALLIK (KAPİLARİTE) OLAYI
Yüzey gerilim olayı basit bir modelle gösterilebilir:
Suyun içinde bir c noktasında moleküller dengede, kuvvetler
bileşkesi sıfırdır. Yüzeyde bir b noktasında havadaki su
molekülleri bağı tam olarak sağlayamadığı için kuvvetler
bileşkesi yüzey molekülleri için aşağı doğrudur. Yani su
yüzeyi sürekli büzülme isteğindedir. İşte bu özellik suyun
havaya karşı yüzey gerilimini sağlamaktadır.
av Yüzey Gerilimi
civa su c
b a
9
KILCALLIK (KAPİLARİTE) OLAYI
a noktasında ise, su kabın kenarına tırmanma
eğilimindedir. Kabın çapı büyük olduğunda bu durum
fark edilemez. İçi su dolu bir kaba daldırılan ince bir
boru (tüp) içinde, suyun; yüzey gerilim kuvvetlerinin
etkisinde yükselmesine benzer olarak, serbest yeraltı
suyu, zemin daneleri arasındaki boşlukların
oluşturduğu bir tür kılcal boru içinde yükselir.
10
KILCALLIK (KAPİLARİTE) OLAYI
11
KILCALLIK (KAPİLARİTE) OLAYI
Bir ince boru içinde suyun kılcal (kapilar) yükselme
miktarı (hc, kılcal yükseklik), borudaki suyun ve yüzey
gerilim kuvvetlerinin düşey dengesi düşünülerek
aşağıdaki eşitlikle kabaca belirlenebilir.
Dh
DhD
su
avc
avcsu
cos4
cos4
2
(1)
12
KILCALLIK (KAPİLARİTE) OLAYI
av: Yüzey gerilim kuvveti (yüzey gerilim katsayısı)
olup, su için ortalama olarak 75x10-6 kN/m alınabilir.
, ıslatma açısı olup, temiz bir cam tüp için sıfır (0),
D, kılcal ortalama çap
suyun birim ağırlığı 10 kN/m3 alınarak, bu değerler
eşitlik 1' de yerine konulursa, aşağıdaki kısa bağıntı
elde edilir.
)(
30)(
mmDmmhc
13
KILCALLIK (KAPİLARİTE) OLAYI
Serbest su düzeyinin altında
boşluksuyu basıncı + (basınç)
işaretli olurken, kılcal doygun
bölgede boşluksuyu basıncı -
(çekme, emme) işaretlidir.
Kılcal doygun bölgede, herhangi bir
noktadaki değeri ise, noktanın
serbest su düzeyinden yüksekliği
(h) ile suyun birim ağırlığının
çarpılmasına eşittir.
suhu
YASS
14
KILCALLIK (KAPİLARİTE) OLAYI
Tabloda bazı zemin cinsleri için ortalama kılcal
yükseklikler görülmektedir. Tablodan da anlaşılacağı
üzere; kılcal yükseklik, ince daneli zeminlerde büyük, iri
daneli zeminlerde küçük olmaktadır. Kılcal yükseklik,
ince daneli zeminlerde teorik olarak çok büyük görünse
de, pratikte bu değer bir kaç m'yi aşmıyor. Bu da, bu tür
zeminlerde adsorbe suyun küçük boşlukları daha da
azaltarak, kılcal suyun yukarı doğru hareketini
engellemesi şeklinde açıklanabilir.
15
KILCALLIK (KAPİLARİTE) OLAYI
Şekilde, zeminde, en genel durumda, tipik su bölgeleri
görülüyor. Zemin yüzünden zemine giren sular (yağmur
suları vb.), yeraltı su düzeyine ulaşırken, bir kısım su,
daneler arası temas noktaları civarında, yüzey gerilim
kuvvetlerince tutulur. Böylece kısmen doygun bölge oluşur.
Bu bölgede, daneler arası boşluklar; kısmen su, kısmen de
hava ile (kısmen doygun zemin, yaş zemin) kaplıdır. Serbest
yeraltı su düzeyi üzerinde, kılcallıktan dolayı, kılcal doygun
bölge oluşur. Ancak, kılcal bölgede, kılcal yükselmenin zemin
kitlesinde değişkenlik göstermesinden dolayı; kılcal tam
doygun bölge ve kılcal kısmen doygun bölge oluşur.
16
KILCALLIK (KAPİLARİTE) OLAYI
Kapiler kuvvetler nedeniyle, vakum etkisinden dolayı
daneler birbirine yaklaşmaya çalışır.
rc
rc
rc
17
KILCALLIK (KAPİLARİTE) OLAYI
hc
h<hc
D>>dc D>>dc
Su besleme
Kılcallık
bozulduğu için
yükselme
olmayacak
18
KILCALLIK (KAPİLARİTE) OLAYI
Suyun zemin
içindeki
durumu
19
KILCALLIK (KAPİLARİTE) OLAYI
DON OLAYI :
Soğuk mevsimlerde, suya doygun zeminlerde don olayı
meydana gelir. Donma derinliği, Ülkemiz için, soğuk
bölgelerde 0.1-1 m olabilir. Donan su, yaklaşık % 9
kadar bir hacim artmasına uğrar. Boşluklardaki suyun
donması sonucu, zemin hacminde bir kabarma (yukarı
doğru) meydana gelir. Bu kabarma olayı, genellikle
üniform olmaz ve varsa, zemin yüzündeki kaplamalar
(yol, havaalanı vb.), hafif yapı vb. hasar görebilir. Böyle
durumlarda yeraltı su düzeyinin indirilmesi (drenaj vb.)
gerekir.
20
KILCALLIK (KAPİLARİTE) OLAYI
İnce daneli (silt, İnce kum vb.) kılcal doygun
zeminlerde, donma olayı ile daha da kötü olaylar
meydana gelir. Böyle zeminlerde, zemin altında önce
buz mercekleri oluşur. Bu buz mercekleri, kılcal etki
altında, serbest su düzeyinden su çekerek büyürler.
Bunun sonucu, zemin yüzünde aşırı kabarma meydana
gelip, varsa zemin üzerindeki yol, havaalanı, hafif yapı
vb. büyük hasar görebilir. Sıcak mevsimlerde, donma
olayının tersine, erime (çözülme) meydana gelir ve
zeminin su içeriği çok yükselir. Su içeriği yüksek ince
daneli zeminlerin taşıma gücü düşük olacağından,
özellikle, hareketli yükler altındaki kaplamalar gene
hasar görür. Bu sakıncalar, zemini drenaja tabi tutarak
(yeraltı su düzeyini indirerek) ve kaplama altında, iri
daneli bir tabaka oluşturarak önlenebilir.
21
ZEMİNLERİN
GEÇİRİMLİLİĞİ
22
GİRİŞ
İnşaat Mühendisliğinde, zemin içindeki su akımları ile
birçok durumda karşılaşılır. Toprak yapılar [toprak baraj,
toprak set (sedde) vb.] içinden suların sızması,
yapıların (baraj, regülatör vb.) altından suların sızması,
açılan ve su çekilen kuyu veya çukura suyun sızması
vb. yer altında oluşan su akımlarına (akışlarına) örnek
olarak verilebilir. Bu gibi olayları incelemek için,
zeminde su akımı ile ilgili bilgilerin öğrenilmesi gerekir.
23
GİRİŞ
24
DARCY YASASI
Zemin, boşluklu bir ortam olup, boşlukları birbirine
bağlıdır. Bazı cisimler boşluklu olup, boşluklar kapalıdır,
birbirine bağlı değildir. Su, zemin ortamın boşluklarında
hareketsiz (durgun su durumu) durumda bulunabildiği
gibi, birbirine bağlı boşluklardan geçerek, akabilir
(hareketli yeraltı su durumu, akış durumu). Darcy
(1856), laminer akım koşullarında suya doygun bir
zemin ortamında; hızın, hidrolik eğim ile orantılı
olduğunu göstermiştir. Yeraltı su akımlarının genellikle
laminer (düşük hıza sahip) olduğu bilinmektedir. Eğer, L
uzunluklu, A enkesit alanlı bir zemin örneği, h1-h2 su
düzey farkına maruz bırakılırsa, Darcy Yasası,
aşağıdaki gibi yazılabilir.
25
DARCY YASASI
kiv
q/Av
vAq
Akiq
v ; hız
q ; debi
A ; alan
i ; hidrolik eğim
k ; permeabilite
(geçirimlilik)
26
DARCY YASASI
Hidrolik eğim düşükken, hız hidrolik eğimle doğrusal olarak değişiyor.
Akım hızı belirli bir hidrolik eğimi (icr) geçtiğinde türbülanslı akım
görülmekte ve Darcy yasasının geçerliliği kaybolmaktadır.
27
DARCY YASASI
v hızı, filtre hızı (debi hızı) olup, su akışının zeminin tüm
A enkesitinin her noktasından akıyormuş gibi
düşünülerek adlandırıldığı ortalama hayali bir hızdır.
Gerçekte, su, zeminin enkesitinin her noktasından
akmayıp, ancak daneler arası boşlukların oluşturduğu
bir bölümünden sızıntı hızı (gerçek hız), vs, ile akar.
Ancak hızın bu şekilde tanımı, su akımlarının
incelenmesinde uygundur. Sızıntı hızı ile filtre hızı
arasında aşağıdaki bağıntı vardır.
snvv
n, zeminin porozitesi olup, n < 1 olduğu için, v < vs dir.
28
DARCY YASASI
k, zeminin geçirimlilik (permeabilite, geçirgenlik)
katsayısı (hidrolik iletkenlik veya geçirimlilik) olup,
zeminin su geçirme özelliğini yansıtır ve hız
boyutundadır (m/s vb.).
Hidrolik eğim (su akımının üzerindeki iki nokta
arasında), i, aşağıdaki gibi tanımlanır ve boyutsuzdur.
q, debi olup, birim zamanda bir kesitten (akım yönüne
dik olan kesit) geçen suyun miktarını belirtir (m3/s vb.).
Su akımının meydana gelmesine bağlı olarak L'nin
konumu yatay, düşey, eğik vb. olabilir.
L
h
L
hhi
21
uzunlugu Akim
farki düzeyleriSu
29
DARCY YASASI
su
Gevşek zemin
- Akış kolay
- Yüksek permeabilite
Sıkı zemin
- Akış yavaş
- Düşük permeabilite
30
DARCY YASASI
Tablodan anlaşılacağı üzere, iri daneli zeminlerde k büyük;
ince daneli zeminlerde, k küçük değerler almaktadır. Kilin
geçirimlilik katsayısı çok küçük olduğundan, kil zemin
geçirimliliği çok azaltmada kullanılır (toprak barajlarda kil
çekirdek oluşturma, çöp depolama alanlarının alt ve
yanlarında kil tabaka oluşturma vb.)
31
GEÇİRİMLİLİK KATSAYISI
Geçirimlilik katsayısının belirlenmesi :
32
k’nın LABORATUVAR DENEYLERİYLE
BELİRLENMESİ
SABİT SEVİYELİ PERMEAMETRE :
Geçirimliliği yüksek olan iri daneli zeminler için uygundur.
Geçirimliliği belirlenecek zemin, istenilen sıkılıkta veya
arazideki sıkılığına benzer olarak saydam bir silindire
yerleştirilir.
Sabit su düzeyli bir hazneden gelen su, zeminden geçerek,
hacim bölümlü bir kapta toplanır. Kararlı akış elde edildikten
sonra, belli bir sürede (Δt), kapta toplanan su miktarı (ΔQ)
belirlenir. Zemin örneğinin alt, üst ve orta kısımlarına
bağlanan saydam borularda (piyezometre boruları), su
düzeyleri gözlenir, okunur, kaydedilir. Darcy Yasasından k
hesaplanır.
33
k’nın LABORATUVAR DENEYLERİYLE
BELİRLENMESİ
sabit su haznesi
Piyezometre
boruları
Zemin numunesi
L Su toplama kabı
(dereceli silindir)
34
k’nın LABORATUVAR DENEYLERİYLE
BELİRLENMESİ
Üstten Besleme Durumu
35
k’nın LABORATUVAR DENEYLERİYLE
BELİRLENMESİ
Ai
qk
t
L
hi
Kesit alanı,
A
Fazla su
Su besleme
Hacim, Q
Zaman, t
thA
LQk
..
.
h
Debi;
Alttan Besleme Durumu
36
k’nın LABORATUVAR DENEYLERİYLE
BELİRLENMESİ
DÜŞEN SEVİYELİ PERMEAMETRE :
Geçirimliliği düşük olan ince daneli (kil, silt) zeminler için
uygundur.
Zeminin cinsine göre, uygun enkesitteki (çaplı) saydam bir
boru (iç çapları 5-20 mm) zemin örneği üzerine takılır.
Üstteki boruya doldurulan su, zeminden geçerek dışarı akar.
Kararlı akış elde edildikten sonra; deney başında ve
sonundaki su yükseklikleri ile arada geçen zaman ve enkesit
alanlarından, zeminin geçirimlilik katsayısı hesaplanır.
37
k’nın LABORATUVAR DENEYLERİYLE
BELİRLENMESİ
38
k’nın LABORATUVAR DENEYLERİYLE
BELİRLENMESİ
Üstten Besleme Durumu
39
k’nın LABORATUVAR DENEYLERİYLE
BELİRLENMESİ
Kesit
alanı, A
İnce tüpün
kesit alanı, a
Su yüksekliği
h1’den h2’ye
düşüyor h1
h2
Tüpten geçen debi,
dt
dhaQ .
Zeminden geçen debi,
AL
hkQ .
Alttan Besleme Durumu
40
k’nın LABORATUVAR DENEYLERİYLE
BELİRLENMESİ
AL
hk
dt
dha ... dt
L
k
a
A
h
dh..
2
1
2
1
.
t
t
h
h
dtL
k
a
A
h
dh 2
1
2
1
..lnt
t
h
ht
L
k
a
Ah
1221 ..lnln ttL
k
a
Ahh
2
1
12
ln1
..h
h
ttL
A
ak
41
UYGULAMA
Sabit seviyeli permeabilite deneyi yapılan bir kum
numunesi için permeabilite katsayısını (cm/s cinsinden)
hesaplayınız.
Verilenler:
Numune boyu, L = 45 cm
Kesit alanı, A = 22.6 cm2
Sabit su yüksekliği, h = 71 cm
Toplanan su miktarı, Q = 353.6 cm3 (t = 3 dakikada)
42
UYGULAMA
Numune boyu, L = 45 cm
Kesit alanı, A = 22.6 cm2
Sabit su yüksekliği, h = 71 cm
Toplanan su miktarı, Q = 353.6 cm3 (t = 3 dakikada)
0551.0)603(716.22
456.353
..
.
thA
LQk cm/s
43
UYGULAMA
Düşen seviyeli permeabilite deneyi yapılan siltli kum
numunesi için permeabilite katsayısını (cm/s cinsinden)
hesaplayınız.
Verilenler:
Numune boyu, L = 20 cm
Numune kesit alanı, A = 10 cm2
Kılcal tüp kesit alanı, a = 0.4 cm2
t = 0’da yükseklik farkı, h1 = 50 cm
t = 180 s’de yükseklik farkı, h2 = 30 cm
44
UYGULAMA
L = 20 cm A = 10 cm2 a = 0.4 cm2
t = 0’da h1 = 50 cm t = 180 s’de h2 = 30 cm
2
1
12
ln1
..h
h
ttL
A
ak
31027.2
30
50ln
0180
1.20.
10
4.0
k cm/s
45
k’nın ARAZİ DENEYLERİYLE BELİRLENMESİ
Su içeren geçirimli tabakaya akifer denilir. Akiferler iki türlü
olabilir;
1.Serbest 2. Basınçlı
Serbest (sınırlanmamış) akiferde, yeraltı su düzeyi, doygun
bölgenin üst sınırıdır. Basınçlı (artezyen, sınırlanmış)
akiferde, yeraltı suyu, üstten geçirimsiz bir tabaka ile
sınırlanmıştır.
46
k’nın ARAZİ DENEYLERİYLE BELİRLENMESİ
ZEMİNDEN SU ÇEKEREK (SERBEST AKİFERDE):
Serbest akiferde, geçirimlilik katsayısının belirlenmesinde
pompa ile su çekmek için zeminde bir kuyu açılır. Sabit bir
debi ile sürekli su çekilir. Başlangıçta yatay olan yeraltı su
düzeyi, kuyu içinde alçalarak, şekildeki sabit alçalmış
durumu alır.
Kararlı durum elde edildikten sonra, deney kuyusu
merkezinden itibaren, aynı doğrultu üzerinde açılmış en az
iki gözlem kuyusu ile alçalan su düzeyi, gözlenerek ölçülür.
47
k’nın ARAZİ DENEYLERİYLE BELİRLENMESİ
48
k’nın ARAZİ DENEYLERİYLE BELİRLENMESİ
dr
dhi
dr
dhkrhAkiq ..2
dr
dh Hidrolik Eğim :
Darcy Yasası yazılırsa,
2
1
2
1
2
h
h
r
r
hdhkr
drq
)(
)/ln(2
1
2
2
12
hh
rrqk
49
Kuyudan sabit bir q debisi çekilerek, kararlı durum elde
edildikten sonra, gözlem kuyularındaki su düzeyleri
gözlenerek, ölçülür. Kuyu merkezinden itibaren r yarıçaplı
bir kesit düşünelim. Bu kesit için Darcy Yasası yazılır,
integre edilirse;
k’nın ARAZİ DENEYLERİYLE BELİRLENMESİ
dr
dhrbkAkiq 2
2
1
2
1
2
h
h
r
r
dhkbr
drq
BASINÇLI AKİFERDE :
)(2
ln
12
1
2
hhb
r
rq
k
50
k’nın ARAZİ DENEYLERİYLE BELİRLENMESİ
2
1
2
1
2
h
h
r
r
dhkbr
drq
dr
dhrbAkiq 2
)(2
ln
12
1
2
hhb
r
rq
k
PERMEABİLİTE DEĞERLERİ (cm/s)
10-5 10-7 100
Kil Çakıl Kum Silt
Kaba Daneli İnce Daneli
Dolaylı yollardan da permeabilite hesaplanabilir ;
Hansen; k = c* (D10)2
Terzaghi Üniform Kumlar İçin; k = 200*e2* (D10)2
2. Konsolidasyon deneyinden; uvw cmk **
1. Dane dağılımı yardımıyla;
52
YATAY ve DÜŞEY YÖNDE GEÇİRİMLİLİK
Zeminlerde yatay ve düşey yöndeki geçirimlilik katsayıları
ortamın anizotrop özellikleri nedeniyle genellikle farklılık
gösterir. Çakıl ve kumlarda bu fark, katsayıların yeterince
yüksek olması nedeniyle önemsenmeyebilir. Ancak
özellikler çökel killerde yatay/düşey geçirimlilik oranının
(kh/kv) 20’ye kadar yükseldiği bulunmaktadır.
53
TABAKALI ZEMİNLERDE KARAKTERİSTİK
GEÇİRİMLİLİK KATSAYISI
n tane
tabakadan
oluşan bir zemin
sisteminde yatay
yöndeki
geçirimlikik
katsayıları kh,
düşey yöndekiler
ise kv ile
gösterilsin,
54
TABAKALI ZEMİNLERDE KARAKTERİSTİK
GEÇİRİMLİLİK KATSAYISI
YATAY YÖNDE AKIM : nqqqq ....21
Her katmanda hidrolik
eğim değişmez.
Hikq
Hikq
Hikq
eşh
h
h
..
...
..
..
)(
222
111
+
nhnhheşh HkHkHkH
k ...1
2211)(
55
TABAKALI ZEMİNLERDE KARAKTERİSTİK
GEÇİRİMLİLİK KATSAYISI
DİKEY YÖNDE AKIM : Her katmanda n geçen
debi ve buna bağlı olarak
hızın olması gerekir.
nvvvv ....21
nvnvveşv ikikikikv 2211)( .
56
TABAKALI ZEMİNLERDE KARAKTERİSTİK
GEÇİRİMLİLİK KATSAYISI
nn HiHiHiHi ....... 2211
DİKEY YÖNDE AKIM :
Her tabakadaki hidrolik eğim farklıdır.
Akım için toplam enerji her tabakada oluşan yük kaybının
toplamına eşit olmalıdır.
vn
n
vv
eşv
k
H
k
H
k
H
Hk
...2
2
1
1
)(
57
UYGULAMA
1.0 m
1.5 m
2.0 m
1.2 m
3.0 m
kanal
0.5 m
k=2.3*10-7 cm/s
k=5.2*10-6 cm/s
k=2.0*10-6 cm/s
k=0.3*10-4 cm/s
k=0.8*10-3 cm/s
Sulama kanalı amacı ile şekildeki kazı yapılmıştır.
Kaplamasız kanalda zemine yanlardan ve tabandan su
sızacaktır. Sızıntı hesabına esas olacak k değerlerini
hesaplayınız.
58
UYGULAMA
1.0 m
1.5 m kanal
0.5 m
k=2.3*10-7 cm/s
k=5.2*10-6 cm/s
k=2.0*10-6 cm/s
Yatay yönde akım, 332211)(
1HkHkHk
Hk hhheşh
5.0*10*0.25.1*10*2.50.1*10*23.03
1 666
)(
eşhk
scmk eşh /10*3 6
)(
59
UYGULAMA
1.5 m
1.2 m
3.0 m
kanal
k=2.0*10-6 cm/s
k=0.3*10-4 cm/s
k=0.8*10-3 cm/s
Düşey yönde akım,
3
3
2
2
1
1
)(
vvv
eşv
k
H
k
H
k
H
Hk
60
UYGULAMA
346
)(
10*8.0
0.3
10*3.0
2.1
10*0.2
5.1
7.5eşvk
1.5 m
1.2 m
3.0 m
kanal
k=2.0*10-6 cm/s
k=0.3*10-4 cm/s
k=0.8*10-3 cm/s
scmk eşv /10*2.7 6
)(
KRİTİK HİDROLİK EĞİM
KRİTİK HİDROLİK EĞİM
Efektif Gerilme,
Bu denklem için özel durum, toplam gerilmenin, boşluk
suyu basıncına eşit olması durumudur. Yani, efektif
gerilmenin sıfır oluşu.
Efektif gerilmenin sıfır olması, yani danelerin üzerindeki
yükleri alttaki danelere aktaramaması durumunda,
zemin taşıyıcı özelliğini yitirmekte ve katı veya plastik
durumdan sıvı duruma dönüşmektedir.
Bu duruma neden olan minimum hidrolik eğime, kritik
hidrolik eğim (icr) denir.
wu
KRİTİK HİDROLİK EĞİM
Şekilde kritik hidrolik
eğimin anlatımı için
laboratuarda
gösterilebilecek basit
bir modelleme
yapılmaktadır.
KRİTİK HİDROLİK EĞİM
• Cam tüp B seviyesine kadar
doldurulursa, sistem hidrostatik
dengeye gelecektir. Ve tüm
piyezometrelerde su yüksekliği
B seviyesinde olacaktır.
B
C
A
• Yükselim tüpündeki suyun B kotundan daha aşağıda olması
durumunda, su zemin içerisinden aşağı doğru akacaktır.
Yükselim tüpündeki suyun B kotunun üzerine çıkması
durumunda ise, bu olayın tersi söz konusu olacaktır.
KRİTİK HİDROLİK EĞİM
• Yani, yükselim tüpündeki suyun
B kotunun üzerine çıkması
durumunda, su hareketi zemin
içinden yukarıya doğru olacaktır.
B
C
A
• Şekilde görüldüğü gibi, B kotu üzerinde h yüksekliği ne
kadar büyükse, yük veya enerji kaybı ile zemine iletilen sızma
kuvvetleri de o kadar büyük olacaktır.
h
KRİTİK HİDROLİK EĞİM
• Sızma kuvvetleri giderek
büyürken, zemin üzerine etkiyen
yerçekimi kuvvetine baskın
gelerek akıcı durumun veya
kaynamanın meydana gelmesine
yol açar.
B
C
A
• Zeminin akıcı duruma geldiği anda B kotu üzerindeki h
yüksekliği ne kadardır?
h
KRİTİK HİDROLİK EĞİM
• Su yüksekliğinin B kotunda
olması durumunda, XX
düzlemindeki toplam gerilme ve
boşluk suyu basıncı;
B
C
A
h
X X
Lh dwwXX ..
)( Lhu www
Efektif gerilme ise, olacaktır. LXX '.
KRİTİK HİDROLİK EĞİM
• Toplam gerilme sabit olduğuna
göre, boşluk suyu basıncını
artırırsak veya azaltırsak nasıl bir
sonuçla karşılaşırız?
• Su seviyesinin B kotu üzerinde
h kadar yükselmesini sağlarsak,
boşluk suyu basıncı,
B
C
A
h
X X
)( hLhu www
Yeni su
yüksekliği
Numune tabanındaki boşluk suyu basıncı artışı;
hu ww .
KRİTİK HİDROLİK EĞİM
• Yeni denge durumunda, XX
düzlemindeki efektif gerilme
değeri,
B
C
A
h
X X
Yeni su
yüksekliği
Yani numune tabanındaki efektif gerilme, boşluk suyu
basıncı artışı kadar azalmış olacak!!!
YENIwXXXX u
hL wXX .'.
KRİTİK HİDROLİK EĞİM
• Zemin kolonunun tabanındaki
efektif gerilme ne zaman sıfır
olacak ?
B
C
A
h
X X
Yeni su
yüksekliği
0.'. hL wXX
wL
h
'
Kritik hidrolik eğim w
cri
'
KRİTİK HİDROLİK EĞİM
• Su altında birim hacim ağırlığı;
ws
e
G .
1
1'
1
e
Gs.w
e.w
ws
de
eG .
1
HATIRLATMA
• Kritik hidrolik eğim;
e
Gi scr
1
1
ZEMİNDE SIZMA
(AKIM AĞLARI)
ZEMİNDE AKIM PROBLEMLERİ
Beton baraj altında Kazı alanına
ZEMİNDE AKIM PROBLEMLERİ
Toprak baraj içinden
ZEMİNDE AKIM PROBLEMLERİ
Drenaj kuyularına
AKIM AĞLARI
AKIM BORUSU
AKIM AĞLARI
zg
vuh
w
2
2
h; Toplam enerji yüksekliği
u/w; basınç yüksekliği
v2/2g; hız yüksekliği
z; kot yüksekliği
Sızıntı hızı çok düşük olduğu için
ikinci ifade ihmal edilebilir.
B
w
BA
w
ABA z
uz
uhhh