DRENAJ ETÜTLERİ Geçirgenlik (Permeabilite) etütleri Prof. Dr. Ahmet ÖZTÜRK

Geçirgenlik (Permeabilite) etütleri Belirli bir çaptaki veya kesit alanındaki ve belirli kalınlıktaki bir topraktan belirli bir zamanda geçen suyun miktarı o toprağın permeabilite değerini vermektedir. Permeabilite su ile doymuş toprak koşulları için Hidrolik İletkenlik veya Hidrolik Kondaktivite terimi şeklinde de kullanılmaktadır. Permeabiliteye etkili olan başlıca faktörler şunlardır: 1. Toprak gözeneklerinin şekilleri ve hacimleri 2. Toprak taneciklerinin şekilleri 3. Toprak suyunun özgül ağırlığı ve viskozitesi 4. Toprak suyunun sıcaklığı 5. Gözenek içinde sıkışmış hava kabarcıkları Permeabilite laboratuvar ve arazi koşullarında belirlenebilmektedir.

Laboratuvar Koşullarında Permeabilitenin Saptanması Bozulmuş Toprak Örneklerinde Geçirgenliğin Saptanması Gerçek değeri tam yansıtmadığından Drenajda kullanılmaz. Bozulmamış Toprak Örneklerinde Geçirgenliğin Saptanması Drenaj etüt ve projelemelerinde, doğal koşulları mümkün olduğu kadar yansıtan bozulmamış toprak örneklerinde ölçülen geçirgenlik değerleri kullanılır. Toprağa çakılan çelik silindirler içerisine alınan bozulmamış toprak örnekleri laboratuvarda test edilerek geçirgenlik değerleri saptanmaktadır. Laboratuvarda bozulmamış toprak örneklerinde geçirgenliği saptamak amacıyla 1. Sabit seviyeli 2. Değişken seviyeli permeametre aletleri kullanılır.

Bozulmamış Toprak Örneklerinin alınması Drenaj alanında tabansuyunun üstünde bulunan toprak katmanlarından toprak örneklerinin alınması için 1 metre eninde 0.50 m boyunda ve 0.30 m derinliğinde basamaklı toprak profilleri açılmaktadır.

Laboratuvar Koşullarında Permeabilitenin Saptanması Sabit seviyeli permeametre Bu yöntemde deneme süresince hidrolik eğim ve su seviyesi diğer bir deyişle hidrolik yük sabit durumda tutulur. Belirli hidrolik yük altında topraktan sızan su miktarı belirli süreler içinde ölçülür. Darcy eşitliği kullanılarak toprak örneğinin geçirgenliği veya permeabilitesi hesaplanır. Q = A.v v=K.i Q = A.K.i K = Q/(A.i) olur. Şekilde Çapı 5 cm olan permeametreden 20 dakikada 100 cm3 su geçtiğine göre toprağın geçirgenliğini bulunuz. K= (100/20)/(52x3.14/4)x(15/5)=0.085 cm/dak K=5.1 cm/h

Laboratuvar Koşullarında Permeabilitenin Saptanması Değişken seviyeli permeametre Geçirgenlikleri düşük olan ağır bünyeli topraklarda hidrolik yükü arttırarak toprak örneğinden geçen su miktarını yükseltmek için değişken seviyeli permeametre aleti kullanılır. Bu alette toprak örneği içerisinden geçen suyun miktarı, denemeye giren suyun geçtiği borudan ölçülerek saptanmaktadır. a=borunun kesit alanı (cm2), A=toprak örneğinin kesit alanı (cm2), L= toprak örneğinin yüksekliği (cm), t= deneme süresi (dak), h0 ve h1=deneme başlangıç ve bitişindeki boruda su seviyeleri (cm)

Arazi Koşullarında Toprak Geçirgenliğinin Saptanması Taban Suyunun Bulunmaması Durumunda veya Taban Suyu Üzerinde Geçirgenliğin Saptanması 1. Yüzlek kuyu, ters kuyu yöntemleri, 2. Sabit seviyeli arazi permeametresi, 3. Değişken seviyeli arazi permeametresi, 4. Kirkham Ring permeametresi. Taban Suyu Seviyesi Altında Toprak Geçirgenliğinin Saptanması 1. Homojen Topraklarda Burgu Deliği (Auger Hole) Yöntemi 2. Homojen Olmayan Topraklarda Burgu Deliği Yöntemi 3. Pompaj Yöntemi 4. Boru Yöntemi 5. Piyezometre Yöntemi

1. Yüzlek kuyu (ters kuyu) yöntemleri Taban Suyunun Bulunmaması Durumunda veya Taban Suyu Üzerinde Geçirgenliğin Saptanması 1. Yüzlek kuyu (ters kuyu) yöntemleri Bu yöntemin esası, arazide belirli boyutlarda açılan bir kuyuya dışarıdan verilen suyun toprağa girme hızına dayanmaktadır. Kuyu içerisine dışarıdan su verilerek kuyu ağzına kadar su ile doldurulur. Kuyu çevresindeki toprak su ile doygun duruma geldikten sonra kuyudaki su seviyesini sabit tutmak için harcanan su miktarı veya kuyu içerisindeki su seviyesinin azalışı zaman boyutunda gözlenir. Toprakta açılan kuyunun boyutları, su seviyesini sabit tutmak için harcanan su miktarı gibi bazı veriler belirlenerek, geliştirilen eşitlikler ya da abaklar yardımıyla toprakların geçirgenlik katsayıları bulunmaktadır.

2. Sabit seviyeli arazi permeametresi Bu yöntemde permeametre kabı geçirgenliği ölçülecek toprağın içerisine belirli bir derinliğe kadar çakılır. Hesaplamalarda eşitliği kullanılır k = Toprağın geçirgenlik katsayısı q = Su seviyesini sabit tutmak için belirli bir sürede harcanan su miktarı l = Aletin topraktaki derinliği h = Alet tabanı ile su seviyesi arasındaki mesafe a = Aletin kesit alanı

3. Değişken seviyeli arazi permeametresi Değişken seviyeli laboratuvar permeametresi gibi iş görür. Yalnız toprak örneği yerine 30 cm çaplı silindir toprağa çakılır. eşitliği kullanılır Eşitlikte a=cam tüpün kesit alanı (cm2), A=30 cm çaplı silindir kesit alanı (cm2), l= alet içindeki toprak derinliği (cm), t= deneme süresi (dak), h1 ve h2=deneme başlangıç ve bitişindeki boruda su seviyeleri (cm)

4. Kirkham Ring permeametresi Toprak örneklerinin küçük boyuttaki kaplarda alınması toprakta aşırı sıkışmaya neden olabilmektedir. Ayrıca araziden alınarak laboratuvara taşınan örneklerde bazı hasarlar ortaya çıkabilmektedir. Bu sakıncaları ortadan kaldırmak amacıyla Kırkham tarafından bir arazi permeametresi geliştirilmiştir. Bu permeametrede silindirlerin çapı daha büyük yüksekliği ise 7 cm dir. Ancak toprak 5 cm lik kısma alınır ve üzerindeki 2 cm lik kısım su yükü oluşturmak amacıyla kullanılır. Günümüzde kullanılmamaktadır. Günümüzde arazide permeabiliteyi belirlemek için özel geliştirilmiş permeametre setleri kullanılmaktadır.

1. Homojen Topraklarda Burgu Deliği (Auger Hole) Yöntemi Taban Suyu Seviyesi Altında Toprak Geçirgenliğinin Saptanması 1. Homojen Topraklarda Burgu Deliği (Auger Hole) Yöntemi Burgu deliği yöntemi arazide tabansuyu altındaki toprağın geçirgenliğinin bulunmasında kullanılan en geçerli yöntemdir. Yönteminin uygulaması genellikle dört aşamada yapılmaktadır. A. Taban Suyu Bulunan Alanda Burgu DeliklerininAçılması Taban suyunun 2 m den yüksek olduğu drenaj alanlarda, derin köklü bitkilerin az olduğu, kanal ve akarsu gibi çevre etmenlerinden uzak yerler burgu deliğinin açılması için seçilmelidir. Seçilen yerlerde 6-15 cm çapında kanatlı Auger Hole burgusu ile taban suyu düzeyinin altına kadar 8 dekarlık alanda bir tane olmak üzere delik açılır. Açılan delik geçirimsiz tabakadan en az 10-15 cm yukarıda olmalıdır.

B. Deliklerden Taban Suyunun Boşaltılması Açılan burgu deliğinde statik su düzeyi denge durumuna ulaşınca, delik içindeki taban suyu bir boşaltma silindiri veya bir tulumba ile boşaltılır. Delik açılırken burgunun delik kenarındaki toprağı sıkıştırması nedeniyle toprak gözenekleri kapanmaktadır. Bundan dolayı en az iki boşaltmadan sonra delik içindeki taban suyu denge durumuna ulaşır. Bunun için ölçümlere en az iki boşaltmadan sonra başlanmalıdır. C. Burgu Deliğindeki Suyun Yükselme Hızının Ölçülmesi Burgu deliğindeki suyun yükselme hızı ya belirli zaman aralıkları (Δt) veya belirli yükselme mesafelerine (Δy) göre tayin edilir. Aslında amaç Δy/ Δt hızını yani kuyudaki suyun yükselme hızını bulmaktır. Çoğunlukla bir ölçmede 5 okuma yapılır. Burgu deliğinden suyun boşaltılmasından sonra su yükselirken ilk 1/4 mesafede yapılan ölçmeler en doğru sonucu vermektedir.

1. Delik yarı çapı 3 cm den küçük, 7 cm den büyük olmamalıdır 1. Delik yarı çapı 3 cm den küçük, 7 cm den büyük olmamalıdır. 3 cm<r<7 cm 2. Delik tabanından, taban suyu statik düzeyine olan uzaklık 20 cm den küçük 200 cm den büyük olmamalıdır. 20 cm < H < 200 cm. 3. Delik içinde ölçme başlangıcındaki taban suyu düzeyinin statik düzeye olan uzaklığı, yo>0.2 H olmalıdır. 4. Ölçmeler boşaltılan su derinliğinin ilk 1/4 ünde (1/4 H) yapılmalıdır. 5. Kuyu tabanının geçirimsiz tabakaya olan mesafesi 0.5 H den büyük veya 10-15 cm den büyük olmalıdır. S > 0.5 H veya S > 10-15 cm.

D. Toprağın Geçirgenlik Katsayısının Hesaplanması Toprağın geçirgenlik katsayısı eşitlik ya da abak kullanılarak olmak üzere iki şekilde belirlenebilir. Geçirimsiz tabakanın sonsuzda veya 0.5 H den uzak olduğu homojen topraklarda (S = ∞ veya S>0.5 H) Kuyu tabanının geçirimsiz tabaka üzerinde olması ya da geçirimsiz tabakanın 0.5 H ye eşit veya 0.5 H den yakın olduğu topraklarda (S = 0) veya (S ≤ 0.5H) eşitlikleri kullanılır. Burada Δy/Δt = Toprak içindeki taban suyunun yükselme hızı (cm/s) K = Toprağın geçirgenlik katsayısı, (m/d) r = Burgu deliği yarıçapı (cm) H = Burgu deliği tabanından taban suyu seviyesi arasındaki uzaklık (cm) y = Toplam Δy nin ortasından taban suyu statik seviyesine uzaklık (cm)

Burgu deliği yöntemine göre toprak geçirgenlik katsayısının hesaplanmasında kullanılan abak (r = 4 cm, S>0.5 H için)

Farklı burgu deliği yarı çapları için geçirgenlik katsayısının hesaplanmasında kullanılan abak

2. Homojen Olmayan Topraklarda Burgu Deliği Yöntemi İle Geçirgenlik Katsayısının Saptanması Toprak profili, geçirgenlikleri birbirinden farklı iki tabakadan oluşuyorsa ve taban suyu seviyesi üst tabaka içerisinde bulunuyorsa her iki tabakanın da geçirgenlik değerleri ölçülmelidir. Bu koşullarda arazide iki burgu deliği açılır. Birinci tabakada açılacak olan deliğin tabanı daha alttaki ikinci tabakadan en az 10-15 cm daha yukarıda bulunmalıdır. veya Eşitlikleri kullanılır.

1. K1 bilinen yollarla bulunur. 2. 2. Katman için C2 bilinen şekilde bulunur. 3. H yerine D kullanılarak S=0 abağından C0 bulunur. 4. Eşitlik kullanılarak K2 bulunur.