Dünyamızın yüzeyi zemin veya kaya olarak nitelendirilen tabii malzemeler ile kaplıdır. Bu kayaların ve zeminlerin oluşumlarını, özelliklerini ve farklı sıcaklık, çevre şartları ve yükleme koşulları altında davranışlarını inceleyen bilimlere genel olarak yer bilimleri adı verilir. ‘‘Yeryüzünün 4,5 milyar yıllık tarihi boyunca dağların meydana gelişi, ayrışma ve erozyona uğraması, bunun sonucu ortaya çıkan malzemelerin taşınması, değişik çevre koşulları altında çökelmesi, sıkışması ve çimentolaşması ile farklı formasyonların meydana gelmesi ve bunların çeşitli devirlerde uğradığı değişimler jeoloji biliminin konuları arasında yer almaktadır’’ (Özaydın, 1999).
Zeminler yerkabuğundaki kayaçların fiziksel ve kimyasal ayrışmalarının ve bozunmalarının ürünlerini içerirler. Mühendislik tasarımının bir parçası olarak bir zemin yada yapı yeri incelemesi, önerilen inşaat ile doğal çevrenin etkileşiminin değerlendirilmesi amacıyla temel veriyi sağlamak için yapılmaktadır. Bilindiği gibi, fiziksel ölçümlerden yararlanarak jeofizik çalışmalar yerkürenin doğal yapay yolla üretilen alanlarının incelemesini kapsamaktadır (Alpaslan ve Özçep).
Diğer bir ifadeyle; Zemin olarak nitelendirilen malzemeler esas olarak kayaların çevre koşulları etkisi altında ayrışması ve parçalanması sonucu meydana gelmektedir. Organik maddelerde bazı durumlarda zeminlerin bileşenlerini oluşturmaktadır. ‘‘Kayaların ayrışmasına yol açan etkenler mekanik ve kimyasal olarak iki ayrı grup içinde düşünülebilir. Isı farklılıkları, don, su, rüzgâr ve bitki köklerinin etkisi gibi fiziksel nedenlerin yol açtığı mekanik ayrışma sonucu kayalar parçalanmaktadır. Kayaların içinde bulunan bazı yarı duraylı mineraller ise kimyasal
ayrışmaya uğrayarak birtakım ikincil minerallere dönüşmektedir. Dayanıklığı daha
az olan bu ikincil mineraller ise tekrar mekanik ayrışmaya uğrayarak daha küçük parçalara ayrılmaktadır’’ (Özaydın, 1999).
Sonuç olarak, birçok farklı minerallerden oluşan kayaların farklı nedenlerden dolayı boyutları ve biçimleri birbirinden farklı çok sayıda danelere (parçacıklara) ayrılmaktadır. Bu katı daneler ve bu daneler arasında yer alan boşluklar zeminleri meydana getirir. Bu boşluklar kısmen veya tamamen su ile dolu olabilir. Kayaların fiziksel ve kimyasal etkiler sonucu oluşan daneleri ana kayanın bulunduğu yerde kalarak zemin tabakalarını oluşturabileceği gibi, çok uzak bölgelere su, rüzgâr ve hareket eden buzulların etkisiyle taşınabilir ve bu bölgelerde çökelek zemin tabakalarının oluşmasına yol açabilmektedir. Yerinde oluşmuş zeminlere 1. tür zemin tabakaları, taşınmış zeminlere ise 2. tür zemin tabakaları denir(Özaydın, 1999). Yeryüzünün büyük bir kısmı zemin tabakaları ile kaplıdır. Tarımsal üretim ancak zemin tabakalarıyla kaplanmış bölgelerde yapılabildiği gibi, inşaat mühendisliği yapıları da bu bölgelerde inşa edilmektedir.
Tarımsal üretimler için zemin özelliklerin araştırılması Agroloji bilim dalını ortaya çıkarmıştır (Özaydın, 1999). İnşaat Mühendisliği açısından ise inşaat faaliyetleri sırasında karşımıza çıkan zemin tabakalarının mühendislik özelliklerini incelememiz gerekmektedir. Diğer mühendislik malzemelerinde olduğu gibi, zeminlerin davranışı incelenirken de mekanik biliminin kavramlarından ve yöntemlerinden yararlanılır. Mekanik biliminden yararlanırken zeminin danelerden oluştuğunu ve bu danelerin arasında hava ve/veya su bulunduğu bundan dolayı sürekli bir katı ortam olmadığını göz önüne almamız gerekmektedir. Zemin-su etkileşimi ve zemin içerisinde suyun hareket edebilme özelliği, zeminlerin mühendislik davranışları üzerinde büyük oranda etkileri olduğunu literatür kaynaklarının çoğunda görmekteyiz. Dolayısıyla
zemin davranışlarını incelerken mekanik biliminin yanı sıra hidrolik biliminin kavram ve yöntemlerinden de yararlanmalıyız.
Zeminler, tabii bir malzeme olmaları ve katı, sıvı, gaz gibi üç değişik fazda bileşenlerden meydana gelmeleri nedeni ile diğer inşaat mühendisliği malzemelerine göre davranışlarının anlaşılması daha zor olmaktadır. Sıvı, katı ve gaz fazından oluşan heterojen bir ortam sergileyen zeminler küçük bir Yerküre modeli sergilerler. Aynı zamanda bu model, zemin yapısındaki çeşitli jeofizik özelliklerin davranışında da temel rol oynamaktadır(Alpaslan ve Özçep, s:2)
Zeminler, genel olarak, homojen ve izotrop olmayan ayrıca özellikleri çevre koşullarına, jeolojik tarihçesine ve zamana bağlı olarak büyük değişiklikler gösteren inşaat malzemeleridir. Tarih boyunca insanlar bir şeyler inşa ettiği sürece zeminleri ya temel olarak ya da yapı malzemesi olarak kullanmışlardır. 18. yüzyılın ortalarına kadar zemin ve kaya üzerindeki temel tasarımları bilimsel olmayan yöntemlere göre tasarlanmış ve bu konu ile ilgili olarak çok az teori üretilmiştir.
Zemin diğer inşaat mühendisliği malzemelerinden oldukça farklı davranışlar gösteren bu yüzden temel kavramlarının çok iyi anlaşılması gereken bir malzemedir. Bu temel kavramları, zemin –su ilişkileri ile boşluk suyu basınçları ve efektif gerilme kavramı, mukavemet ve zeminlerin yük altında şekil değiştirmesi gibi mühendislik özelliklerinin anlaşılması için mutlaka iyi ortaya konması gereken kavramlar olarak
sıralayabiliriz(Özaydın, İstanbul, 1999).
Zeminlerin tabii malzemeler olmaları ve özelliklerinin her inşaat sahası ve deneysel olarak farklılıklar göstermesinden dolayı, deneysel yöntemler zemin mekaniğinde çok önemli bir yere sahiptir. Çizelge 1.7’de Ergün Toğrol tarafından hazırlanan örnek bir zemin sınıflandırma tablosu bulunmaktadır. Zeminlerde kullanılan sınıflandırmalar ve kısaltmalar bu zeminle ilgili bilgiler sunar bu da o tür zeminlerde nasıl problemlerle karşılaşabileceğimizi, bu problemlerin bizlere ekonomik açıdan nasıl yansıyabileceği hakkında genel ipuçları verir.
Çizelge 1.7 : Zeminlerde kullanılan sınıflandırmalar.
NOTASYON ZEMİN CİNSİ AÇIKLAMA
NB Bitkisel Toprak ---
DL Dolma Zemin ---
A0 İnce Kum En iri dane 0,2 mm
A1 Orta Kum En iri dane 1 mm
A2 İri kum En iri dane 2 mm
A20 Genellikle Kum ve
Çakıl
En iri dane 20 mm
A70 İri Kum Çakıl En iri dane 70 mm
Ab Blok 70 mm den daha büyük
T00 Cıvık Kil Parmaklar arasından fışkırır
T04 Yumuşak Kil Fışkırmaz, Kolay yoğrulur
T10 Katı Kil Zor yoğrulur
T20 Çok Katı Kil Çok zor yoğrulur
T40 Sert Kil Yoğrulmaz, Çekiçle kırılır
KT Tortul Kayalar
Tabakalı
Tabakalı, pişmemiş
KM Metamorfik Kayalar
Tabakalı Tabakalı, pişmiş, billurlu
KV Volkanik Kayalar
Tabakasız Tabakasız, billurlu
AKİ İnce Kabuk 0,2-1 mm arası
AKO Orta Kabul 1-7 mm arası
AKB Büyük Kabuk 7 mm den büyük
Tr. Turba ---