1. Birim Hacim Ağırlığı (γ) Nedir?
Zeminin birim hacim ağırlığı (γ), birim hacimdeki zeminin ağırlığını ifade eder:
- W = zeminin ağırlığı
- V = hacim
Birim hacim ağırlığı, zeminin danelerinin yoğunluğu, boşluk oranı, su içeriği ve doygunluk derecesine bağlı olarak değişir. Bu nedenle aynı zemin sınıfı içinde bile değerler geniş aralık gösterebilir.
2. Türleri
a) Doğal birim hacim ağırlığı (γₙ veya γ)
Zeminin doğal su içeriği ve sıkılığı ile bulunduğu durumdaki birim hacim ağırlığıdır.
Genellikle sondaj loglarında ve jeoteknik raporlarda verilen değerdir.
b) Kuru birim hacim ağırlığı (γd)
Zeminin tamamen kuru duruma göre birim hacim ağırlığıdır.
Özellikle kompaksiyon, şev stabilitesi ve temel tasarımında kullanılır.
c) Doygun birim hacim ağırlığı (γsat)
Zeminin tüm boşluklarının su ile dolu olduğu durumdur.
Yer altı su seviyesi altında zemin ağırlığı bu değere göre hesaplanır.
d) Batık birim hacim ağırlığı (γ′)
Zemin su altında olduğunda oluşan efektif birim hacim ağırlığıdır:
Burada γw = 9.81 kN/m³ olup suyun birim hacim ağırlığıdır.
3. Zeminin Birim Hacim Ağırlığını Etkileyen Faktörler
- Tane yoğunluğu (Gs): Mineral yapısına göre 2.60–2.75 aralığında olur.
- Boşluk oranı (e): Artarsa γ azalır.
- Su içeriği (w): Kumlarda ağırlık çok değişmez, killerde belirgindir.
- Doygunluk (S): S=100% → γsat oluşur.
- Sıkılık / Konsolidasyon derecesi: Zemin sıkılaştıkça γ artar.
- Zemin sınıfı (kaba taneli, ince taneli, organik zemin vb.)
4. Yaklaşık Birim Hacim Ağırlığı Değerleri (γ, γd, γsat)
Aşağıdaki değerler genel mühendislik tasarımlarında başlangıç değerleri olarak kullanılabilir.
Kum ve Çakıllar – Kaba Taneli Zeminler
|
Zemin |
γ (kN/m³) doğal |
γd (kN/m³) kuru |
γsat (kN/m³) doygun |
Mühendislik Yorumu |
|
Temiz çakıl |
20–23 |
18–22 |
22–23 |
Yüksek sıkılık → yüksek γ |
|
Temiz kum (orta – sıkı) |
18–21 |
16–19 |
20–22 |
Doğal γ yüksekse sıkı zemin |
|
Gevşek kum |
16–18 |
14–16 |
19–20 |
Gevşek kumda γ düşüktür |
|
Siltli kum |
17–20 |
15–18 |
19–21 |
İnce tane arttıkça γ değişken |
Siltler
|
Zemin |
γ doğal |
γd kuru |
γsat doygun |
Mühendislik Yorumu |
|
Düşük plastisiteli silt (ML) |
16–18 |
14–16 |
18–20 |
Su aldığında γ artar |
|
Yüksek plastisiteli silt (MH) |
17–19 |
14–16 |
19–21 |
Su ile ağırlaşır |
Killer – İnce Taneli Zeminler
|
Zemin |
γ doğal |
γd kuru |
γsat doygun |
Mühendislik Yorumu |
|
Çok yumuşak kil |
14–17 |
12–14 |
17–19 |
Su içeriği çok yüksek → düşük γ |
|
Yumuşak – orta kil |
17–19 |
13–16 |
18–20 |
Normal aralık |
|
Katı – çok katı kil |
19–21 |
16–18 |
20–21 |
Konsolidasyon arttıkça γ ↑ |
|
Sert kil – marn |
20–23 |
18–20 |
21–23 |
Zayıf kaya geçişi |
Organik Zeminler ve Turbalar
|
Zemin |
γ doğal |
γd kuru |
γsat doygun |
Mühendislik Yorumu |
|
Organik silt |
12–15 |
10–13 |
15–17 |
Çok düşük γ → yüksek sıkışma |
|
Turba |
8–12 |
6–9 |
12–15 |
En hafif doğal zemin; yüksek oturma |
5. Mühendislik Yorumu ve Tasarım İçin Notlar
1) γ yüksek ise:
- Zemin sıkı / konsolide / düşük boşluk oranlıdır.
- Şev stabilitesi analizinde ağır birim ağırlık → potansiyel olumsuzluk yaratabilir.
- Temel taşıma gücünde artırıcı etki yapabilir.
2) γ düşük ise:
- Zemin gevşek, yüksek boşluk oranlı veya yüksek su içeriklidir.
- Oturma riskleri daha fazladır.
- Deprem yüklerinde daha düşük kütle nedeniyle avantaj sağlar.
3) Doygun koşullar çok önemlidir
Tasarımda genellikle iki durum mutlaka değerlendirilir:
- Yeraltı suyu üstünde → doğal γ
- Yeraltı suyu altında → batık γ′
4) Kumlarda doğal γ ile γsat arasındaki fark sınırlıdır
Kum taneleri ağır olduğundan:
- γ çoğunlukla 18–21 kN/m³
- γsat çoğunlukla 20–22 kN/m³
5) Killerde su içeriği γ değerini çok etkiler
- w arttıkça γ düşebilir (yumuşak killer)
- Konsolidasyon arttıkça γ yükselir (çok katı killer)
6) Organik zeminlerde γ çok düşüktür
Bu nedenle:
- Taşıma gücü düşüktür
- Oturma potansiyeli yüksektir
- Havalandıkça veya sıkışınca γ artabilir