T.C.
NİĞDE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
KİL MİNERALLERİ AÇISINDAN İNCE DANELİ ZEMİNLERİN FİZİKO-KİMYASAL ÖZELLİKLERİ İLE KIVAM LİMİTLERİ ARASINDAKİ
İLİŞKİLER
YUNUS EMRE ÖZTÜRK
Ağustos 2012
T.C.
NİĞDE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI
KİL MİNERALLERİ AÇISINDAN İNCE DANELİ ZEMİNLERİN FİZİKO-KİMYASAL ÖZELLİKLERİ İLE KIVAM LİMİTLERİ ARASINDAKİ
İLİŞKİLER
YUNUS EMRE ÖZTÜRK
Yüksek Lisans Tezi
Danışman
Doç.Dr. Osman SİVRİKAYA
Ağustos 2012
Yunus Emre ÖZTÜRK tarafından Doç.Dr. Osman SİVRİKAYA danışmanlığında hazırlanan
“Kil Mineralleri Açısından İnce Daneli Zeminlerin Fiziko-Kimyasal Özellikleri ile Kıvam Limitleri Arasındaki İlişkiler ” adli bu çalışma jürimiz tarafından Niğde Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir.
Baskan : Doç.Dr. Osman SİVRİKAYA Niğde Üniversitesi
Üye : Doç.Dr. Cafer KAYADELEN Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi
Üye : Yrd.Doç.Dr. Burak UZAL Niğde Üniversitesi
ONAY:
Bu tez, Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulunca belirlenmiş olan yukarıdaki jüri üyeleri tarafından …./…./20.... tarihinde uygun görülmüş ve Enstitü Yönetim Kurulu’nun
…./…./20.... tarih ve …... sayılı kararıyla kabul edilmiştir.
…./…./2012
Doç. Dr. Osman SİVRİKAYA MÜDÜR
TEZ BİLDİRİMİ
Tez içindeki bütün bilgilerin bilimsel ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm.
Yunus Emre ÖZTÜRK
iv ÖZET
KİL MİNERALLERİ AÇISINDAN İNCE DANELİ ZEMİNLERİN FİZİKO- KİMYASAL ÖZELLİKLERİ İLE KIVAM LİMİTLERİ ARASINDAKİ
İLİŞKİLER
ÖZTÜRK, Yunus Emre Niğde Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı
Danışman : Doç. Dr. Osman SİVRİKAYA
Ağustos 2012, 103 sayfa
Killerin davranışında fiziko-kimyasal özellikler olan kimyasal içerik ile katyon değişim kapasitesi ve özgül yüzey alanı önemli rol oynamaktadır. Killerin kıvam parametreleri bilinmesi halinde yaklaşık mineral türü, fiziko-kimyasal özellikleri dolayısıyla davranışı hakkında tahminde bulunulabilir. Bu tez çalışmasında, literatürden toplanıp derlenen verilere göre kilin mineral türüne göre fiziko-kimyasal özellikleri ile kıvam limitleri arasındaki veriler analiz edilip ilişkiler araştırılmıştır. Geoteknik mühendisliği için yaygın kil mineralleri kabul edilen Kaolinit, İllit ve Montmorillonit için, mineral tipi ile kimyasal içerik arasında veriler bir uyumluluk göstermiş olup derlenen verilerden elde edilen ortalama kimyasal içerik oranları teorik kil mineral oranları ile uyumlu olduğu gözlenmiştir. Mineral tipine göre, kıvam limitleri ile katyon değişim kapasitesi ve özgül yüzey alanı arasında ilişkiler geliştirilmiştir.
Anahtar kelimeler: Geoteknik, kil, kil minerali, kıvam limitleri, fiziko-kimyasal özellikler.
v SUMMARY
CORRELATIONS BETWEEN PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF FINE- GRAINED SOILS AND THEIR CONSISTENCY LIMITS IN TERMS OF CLAY
MINERALS
OZTURK, Yunus Emre Nigde University
Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Civil Engineering
Supervisor : Assoc. Prof. Dr. Osman SIVRIKAYA August 2012, 103 pages
Physico-chemical properties of clays such as the chemical content, caution exchange capacity and specific surface area play an important role in their behavior. As the consistency parameters of clays are known, their mineral types and physico-chemical properties can be approximately estimated, thus, some predictions on their behaviors can be made. In this thesis, data compiled by collecting from the literature are analyzed and examined relationships between the consistency limits and physico-chemical properties of clay minerals in terms of clay mineral types. For kaolinite, illite and montmorillonite adopted as common clay minerals in geotechnical engineering, data collected have shown compatibility between the mineral type and chemical contents and it is also observed that the average chemical content ratios of clay mineral obtained from data are consistent with those of theoretical clay minerals. The relations between consistency parameters and the specific surface area, caution exchange capacity are developed in terms of mineral types.
Keywords: Geotechnics, Clay, clay minerals, consistency limits, physico-chemical properties.
vi ÖN SÖZ
Bu yüksek lisans çalışmasında genel anlamda killerin fiziko-kimyasal, indeks ve mekanik özellikleri özetlenmiş ve kil mineralleri türüne göre literatürden toplanıp derlenen verilere göre kilin fiziko-kimyasal özellikleri ile kıvam limitleri arasındaki değişim analiz edilip irdelenmiştir. İnce daneli zeminlerin özelliklede killerin davranışında fiziko-kimyasal özellikler olan kimyasal içerik ile katyon değişim kapasitesi ve özgül yüzey alanı önemli rol oynadığı tespit edilmiştir. Bununla beraber killerin kıvam parametreleri bilinmesi halinde yaklaşık mineral türü, fiziko-kimyasal özellikleri dolayısıyla davranışı hakkında tahminde bulunmamıza yardımcı olacağı ortaya çıkmıştır.
Yüksek lisans tez çalışmamın yürütülmesi esnasında, çalışmalarıma yön veren, bilgi ve yardımlarını esirgemeyen ve bana her türlü desteği sağlayan danışman hocam, Sayın Doç. Dr. Osman SİVRİKAYA' ya en içten teşekkürlerimi sunarım.
Bu tezi, sadece bu çalışmam boyunca değil, tüm öğrenim hayatım boyunca maddi ve manevi koruyuculuğumu üstlenen babam Mehmet ÖZTÜRK’ e, annem Hanife ÖZTÜRK’ e, kardeşlerime, mesai arkadaşlarım Erdinç ÖKSÜZ’ e, Mustafa Emre OKUR’ a ve hayat arkadaşım olmasını istediğim Ece ALPTEKİN’ e ithaf ediyorum.
vii
İÇİNDEKİLER
ÖZET ……….………..iv
SUMMARY ……….……….v
TEŞEKKÜR ………...….vi
İÇİNDEKİLER DİZİNİ ……….vii
ÇİZELGELER DİZİNİ ………ix
ŞEKİLLER DİZİNİ ………..x
FOTOĞRAFLAR DİZİNİ ………...xi
KISALTMALAR ve SİMGELER ………..xii
BÖLÜM I. GİRİŞ ……….1
BÖLÜM II. KİL MİNERALLERİ ………...4
2.1 Kil Nedir ? ………..4
2.2 Kil Mineral Türleri ……….6
2.3 Kil Minerallerini Belirleme Yöntemleri ………...11
BÖLÜM III. KİLLERİN MÜHENDİSLİK ÖZELLİKLERİ ……….13
3.1 Killerin Fiziko-Kimyasal Özellikleri ………13
3.1.1 Kil bileşenleri ve yaygın kil minerallerinin kimyasal içeriği ………..13
3.1.2 Özgül yüzey alanı (SSA) ……….17
3.1.3 Katyon değişim kapasitesi (CEC) ………21
3.2 Killerin Kıvam Özellikleri ………24
3.3 Killerin Aktivite ve Şişme Özellikleri ………..26
3.4 Killerin Şişme Potansiyeli ve Şişme Yüzdesi ………...27
3.5 Killerin Geçirimliliği ………28
3.6 Killerin Kompaksiyonu ………29
3.7 Killerin Mekanik Özellikleri ………30
3.7.1 Konsolidasyon ve sıkışabilirlik ………...30
3.7.2 Kayma mukavemeti ……….30
BÖLÜM IV KİLLERİN FİZİKO-KİMYASAL ÖZELLİKLERİ İLE KIVAM ÖZELLİKLERİ ARASINDAKİ İLİŞKİLER ………32
4.1 Kıvam Limitleri ile Özgül Yüzey Alanı (SSA) Arasındaki İlişkiler ………32
viii
4.2 Kıvam Limitleri ile Kil Yüzdesi (CF) Arasındaki İlişkiler ………..32
4.3 Kıvam Limitleri ile Mineral Tipine Göre CEC, SA ve CF Arasındaki İlişkiler …..36
4.4 Aktivite, Kil Yüzdesi ve Mineral Tipi ………..39
4.5 Büzülme ile Şişme Özellikleri Arasındaki İlişkiler ………..41
4.6 CEC ve SSA’nın İnce Daneli Zeminlerin Mühendislik Özelliklerinde Etkileri …..45
4.7. Karbonat İçeriğinin İnce Daneli Zeminlerin Mühendislik Özelliklerinde Etkileri .51 BÖLÜM V. YAYGIN KİL MİNERALLERİNİN FİZİKO-KİMYASAL VE KIVAM ÖZELLİKLERİ ARASINDAKİ İLİŞKİLER ………54
5.1 Killerin Mineral Tipi ile Kimyasal İçerik Arasındaki İlişkiler ……….54
5.2 Killerin Mineral Tipi ile Kıvam Limitleri Arasındaki İlişkiler ………58
5.3 Killerin Mineraline Göre Kıvam Limitleri ile CEC ve SSA Arasındaki İlişkiler …61 BÖLÜM VI. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ………..66
KAYNAKLAR ………...67
EKLER ……….………..86
ÖZGEÇMİŞ ………...103
ix
ÇİZELGELER DİZİNİ
Çizelge 3.1. Özgül yüzey alanının kil mineralinin cinsi ve boyutuna bağlı olarak
değişimi ………..18
Çizelge 3.2. Çeşitli kil mineralleri için katyon değiştirme kapasitesi değerleri ……….23
Çizelge 3.3. Zeminlerin plastisite sınıflaması ………26
Çizelge 3.4. wL ve Ip Değerlerinin zemin özelliklerine etkisi ………...26
Çizelge 3.5. Bazı kil mineralleri için tipik aktivite değerleri ……….27
Çizelge 4.1. Plastik limit ve yüzey alanı arasındaki korelasyonlar ………33
Çizelge 4.2. Likit limit ve yüzey alanı arasındaki korelasyonlar ………...33
Çizelge 4.3. Likit limit ve kil yüzdesi arasındaki korelasyonlar ………35
Çizelge 4.4. Plastik limit ve kil yüzdesi arasındaki korelasyonlar ……….35
Çizelge 4.5. Plastisite indisi ve kil yüzdesi arasındaki korelasyonlar ………36
Çizelge 4.6 COLE ile SA, CF ve CEC arasındaki korelasyonlar ………...42
Çizelge 4.7. CEC ve SA, wL ve Ip arasındaki ilişkiler için korelasyon denklemleri ….45 Çizelge 4.8. wP ve SA arasındaki ilişkiler için korelasyon denklemleri ………46
Çizelge 5.1. Kaolinite ait kimyasal içeriğin istatistiksel parametre değerleri …………54
Çizelge 5.2. İllite ait kimyasal içeriğin istatistiksel parametre değerleri ………55
Çizelge 5.3. Montmorillonite ait kimyasal içeriğin istatistiksel parametre değerleri ….55 Çizelge 5.4. Kaolinite, İllite ve Monmorillonite ait kıvam limitlerinin istatistiksel parametre değerleri ……….58
Çizelge 5.5. Kaolenit, İllite ve Monmorillonite verilerin istatistiksel parametre değerleri ……….61
Çizelge 5.6. Kaolenit, İllite ve Monmorillonite verilerin istatistiksel parametre değerleri .……….………...63
x
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil 2.1. Kil minerallerinin ana birimleri ………6
Şekil 2.2. Kaolinitin yapısının şematik diyagramı ………...7
Şekil 2.3. İllitin şematik diyagramı ………..9
Şekil 2.4. Montmorillonit yapısının şematik diyagramı ……….10
Şekil 3.1. Olağan kil minerallerinin göreceli boyutları, kalınlıkları ve özgül yüzeyleri 19 Şekil 3.2. Atomik ve sembolik yapı. A. Kaolin, B. Illit, C. Montmorillonit …………..20
Şekil 3.3. Katyon değiştirme reaksiyonu ………22
Şekil 3.4. Katyon değiştirme ortamı ………...22
Şekil 3.5. Zemin kıvam limitleri ve hacim değişikliği ………...25
Şekil 3.6. Killi zeminlerin kompaksiyon eğrisi ………..29
Şekil 4.1. Kanada killeri için SSA ile kıvam limitleri arasındaki ilişki ………..35
Şekil 4.2. Kil Boyutu fraksiyonları yüzdeleri fonksiyonu olarak likit limit ve plastik limit ve kaolin içeren zeminlerin aktiviteleri ………..37
Şekil 4.3. Likit limitin mineral kompozisyonu ile değişimi ………...38
Şekil 4.4. Mineral kompozisyonu ile birlikte kil fraksiyonunun değişimi ……….39
Şekil 4.5. Skempton aktivite grafiği ………...40
Şekil 4.6. Saf Killerin aktivite tablosu ………40
Şekil 4.7. Kil aktivitesi ile şişme yüzdesi arasındaki ilişki ………41
Şekil 4.8. Yapay killerde serbest şişme ve yüzey alanı arasındaki korelasyon ………..43
Şekil 4.9. Şişme ve özgül yüzey alanı arasındaki korelasyon ………...44
Şekil 4.10. Metilen mavisi değeri ile şişme yüzdesi arasındaki ilişki ………45
Şekil 4.11. Osaka Körfezi kilinde CEC ve SSA arasındaki korelasyon ……….46
Şekil 4.12. İsrail kil zeminleri için CEC ve SSA arasındaki korelasyon ………47
Şekil 4.13. Katyon aktivite grafiği ………..48
Şekil 4.14. CEC karşı IP değişimi………48
Şekil 4.15. CEC ile wL arasındaki ilişki………..49
Şekil 4.16. CEC ile wP arasındaki ilişki………..49
Şekil 4.17. CEC ile IP arasındaki ilişki………50
Şekil 4.18. Katyon değişim kapasitesi ve büzüşme limit arasındaki ilişki ……….50
Şekil 4.19. Katyon değişim kapasitesi ve kil fraksiyonu arasındaki ilişki ……….51
xi
Şekil 4.20. Kalsit İçeriği ile IP arasındaki ilişki ………..53
Şekil 5.1. SiO2-Al2O3 dağılımı ………...56
Şekil 5.2. SiO2-Al2O3 +Fe2O3 dağılımı ………..56
Şekil 5.3. SiO2-Al2O3 +Fe2O3 +MgO dağılımı ………..56
Şekil 5.4. SiO2 –Al2O3+Fe2O3+SiO2 dağılımı ………57
Şekil 5.5. SiO2-MgO+CaO+Na2O+K2O dağılımı ………...57
Şekil 5.6. Kil minerallerinin plastisite kartı üzerinde gösterilişi ………58
Şekil 5.7. Kaolenit kil mineralinin plastisite grafiğinde dağılımı ………...59
Şekil 5.8. İllit kil mineralinin plastisite grafiğinde dağılımı ………...59
Şekil 5.9. Montmorillonit kil mineralinin plastisite grafiğinde dağılımı ………60
Şekil 5.10. Ca ve Na Montmorillonit kil mineralinin plastisite grafiğinde dağılımı …..60
Şekil 5.11. Kil minerali tipine göre wL ile CEC’nin değişimi ………62
Şekil 5.12. Kil minerali tipine göre wP ile CEC’nin değişimi ………62
Şekil 5.13. Kil minerali tipine göre IP ile CEC’nin değişimi ………..63
Şekil 5.14. Kil minerali tipine göre wL ile SSA’nin değişimi ………64
Şekil 5.15. Kil minerali tipine göre wP ile SSA’nin değişimi ………64
Şekil 5.16. Kil minerali tipine göre IP ile SSA’nin değişimi ………..65
xii
FOTOĞRAF VB. MALZEMELER DİZİNİ
Fotoğraf 2.1. Kaolinitin elektro mikroskoptaki görüntüsü ………...8 Fotoğraf 2.2. İllitin elektro mikroskoptaki görüntüsü ………..9 Fotoğraf 2.3. Montmorillonitin elektro mikroskoptaki görüntüsü ……….11
xiii
KISALTMA VE SİMGELER
Simgeler Açıklama
İçsel sürtünme açısı c Kohezyon
Yüzey yükleme yoğunluğu Ac Aktivite
Kısaltmalar Açıklama w Su muhtevası wS Büzülme limiti wP Plastik limit wL Likit limit IP Plastisite indeksi XRD X Işını kırınımı analizi CEC Katyon Değişim Kapasitesi SSA Özgül yüzey alanı
SA Yüzey alanı LOI Ateş zayiatı
EGME Etilen glikol monoetil eter CF Kil yüzdesi
COLE Lineer genişleyebilme katsayısı CL Düşük plastisiteli kil
ML Düşük plastisiteli silt MH Yüksek plastisiteli silt CH Yüksek plastisiteli kil
1 BÖLÜM I
GİRİŞ
Kil tarih boyunca toplumların yaşantılarında yer almış ve birçok medeniyetler de kil kullanarak yapmış oldukları araç gereçlerle anılmışlardır. Killerin kullanımı ve değerlendirilmesi gün geçtikçe bir kat daha artmıştır. Günümüzde gelişen teknoloji her alanda olduğu gibi killi zeminler için de yepyeni kullanılma alanları bulmuştur.
Kil minerallerinin çeşitli kimyasal ve fiziksel özellikleri onların farklı amaçla farklı alanlarda kullanılmalarını sağlamaktadır. Killer kağıt endüstrisinden seramik üretimine;
bitkisel yağların, bira, şarap ve meyve sularının ağartılmasına; radyoaktif atıkların, atık suların temizlenmesine; ilaç, parfüm, sabun, deterjan, lastik ve plastik üretimine kadar geniş bir yelpazede endüstriyel amaçlı olarak sanayide kullanılmaktadır. Ayrıca, seramik ve döküm endüstrisinde kullanılmaktadır (Gürel, 2005).
İnce daneli zeminler kohezyonlu zemin olarak da ifade edilmektedir. Kil ve siltlerden oluşan bu zeminler doğada yaygın olarak karşılaşılan zeminlerdir. Kil denilen zemin türü ise pratikte saf olarak hemen hemen bulunmamakla birlikte çeşitli minerallerin bileşiminden oluşmaktadır. Zeminin içinde genelde birden fazla mineral bulunduğundan, eski yaklaşımlarla kil mineral tipinin belirlenmesi uzun ve zahmetli olduğundan, tanımada çıkacak sorunları en aza indirmek için numuneler üzerinde ayrıntılı ön hazırlık işlemlerinin yapılması gerekmektedir. Kil minerallerinin genel olarak incelendiğinde mineralojik ve kimyasal özellikleri açısından sulu alüminyum, magnezyum ve demir silikatlardan oluştuğu görülmekle beraber kalsiyum, potasyum ve diğer iyonları da içerirler. Doğada kil mineralleri ender olarak saf halde bulunurlarsa da genellikle kil minerallerinden olmayan diğer mineraller kil kayacının içine girerek özelliğine etki etmektedirler.
Her bir kil mineral grubunun davranışı farklı olduğundan, mineral tipinin belirlenmesi önem arz etmektedir. Bir kilin kristalli bölümünün tanınması en kolay X- ışını kırınımı analizi (XRD) ile yapılabilir. Geoteknik mühendisliği açısından, killi zeminin mineral tipi bilinmesi halinde, killi zeminin endeks özellikleri dolayısıyla da davranışı hakkında fikir yürütülebilir. Geoteknik mühendisliğinde bir kilin içerdiği minerallerin türü ve
2
bunların oranlarının bulunması, mekanik davranışlarının anlaşılması açısından da önem taşır.
Kil, hidratlı alüminyum ve magnezyum silikatlardan oluşan doğal bir ikincil mineraldir.
Genel olarak kil, belirli bir kristal bünyesine sahip, ince daneli, belirli miktarda su katıldığı zaman plastikliği artan bir malzemedir. Dane boyutu 2 µm’ den daha küçüktür ve aynı boyuttaki başka minerallerden farklı olarak su ile karıştırıldığında çamur oluşturur. Hamur halinde şekil verilebilecek kadar plastisiteye sahipken, pişirildiğinde büyük dayanım artışları gösteren bir katıya dönüşür. Isıtıldığında genellikle hacim artışı gösterir; kurutulduğunda ise hacim azalır ve çoğu çatlar. Killer, birçok durumda geoteknik mühendisin yararına özelliklerinden dolayı aranır. Dolgu barajlarda ve atık depolarında geçirimsizliğin sağlanması, göletlerin su tutması için ve kazıldığında kendini tutamayan pelteleşebilir zeminlerde, bulamaç halinde etkin destek sağlamak amacıyla kullanılır. İri gerece küçük oranda katıldığında bağlayıcı görevi yapar. Ancak genelde kil, varlığı önemli mühendislik sorunları yarattığından istenmeyen bir malzemedir (Önalp, 2011)
Killerin fiziko-kimyasal ve kıvam özelliklerinin bilinmesi, kilin davranışı hakkında önemli ipuçlarına sahip olmamızı sağlar. Kimyasal özellikleri açısından, içindeki bileşik ve oranlarının bilinmesi kilin türü ve davranışı hakkında önemli bilgiler vermektedir.
Ayrıca, fiziko-kimyasal özellikleri açısından ele alındığında, Katyon Değişim Kapasitesi (CEC) ve Özgül Yüzey Alanlarının (SSA) bilinmesi mineral türü, yapısı ve davranışını tahmin etmede kullanılan önemli parametrelerdir.
Killer bilhassa ıslak iken, plastisitesi olan ince daneli zeminlerdir. Kil tabakaları su içinde oluşmuş olup sonradan, üstündeki malzemenin ağırlığı ile tedricen sıkışmıştır.
Kil zeminler, erişilen denge durumuna bağlı olarak, tam veya kısmen konsolide olarak tanımlanır. Jeolojik gelişim boyunca kil tabakalının üstündeki malzemenin bir kısmı aşınıp gidebilir. Konsolidasyon basıncının bu şekilde kısmen kalktığı zeminler aşırı konsolide veya önceden yüklenmiş olarak tarif olunur. Zeminin su içeriğine bakılarak, bu zemine ait kıvam limitleri biliniyorsa zeminin nasıl davranacağı hakkında tahminler yapılabilir. Su muhtevasının artması ile zeminin mukavemeti azalır, zeminin oturması (sıkışması) artar. Su-kil karışımının kıvamındaki değişiklikler Atterberg tarafından deneysel olarak tarif edilmiştir. Suyun azlığı veya aşırı fazlalığı kıvamın katıdan sıvıya
3
doğru değişmesine neden olmaktadır. Kıvamdaki bu değişimlere “Atterberg Limitleri veya Kıvam Limitleri” denir. Likit limit (wL), sıvı halde bulunan karışımın plastik duruma dönüştüğü su muhtevası olarak tanımlanır. Başka bir ifade ile likit limit, zeminin kendi ağırlığı ile viskoz bir çamur gibi aktığı su muhtevası değeridir. Plastik limit (wP), zemin numunesinin yoğrulması sırasında yüzeyinde çatlakların belirdiği su muhtevası olarak tarif edilir. Rötre (büzülme) limit (wS), sıvı ve plastik durumda su muhtevasındaki azalma orantılı olarak hacimde azalmaya neden olur. Zemin yarı katı hale geldiğinde hacimdeki azalmanın su muhtevasındaki azalmayı takip etmediği görülür. Hacim sabit kalır. Bu durumun başladığı su muhtevasına rötre limit denir (Capper ve Cassie, 1984).
Killerin fiziko-kimyasal ile kıvam özelliklerinin ve kilin mineral türünün bilinmesi killerin davranışını tahmin etmede önemli özellikler olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu tez çalışması, bu bağlamda ele alınmıştır. Tez çalışmasının 2. Bölümünde kil minerallerinden, 3. bölümde killerin mühendislik özelliklerinden, 4. bölümde literatür çalışmasından oluşan killerin fiziko-kimyasal özellikleri ile kıvam özellikleri arasındaki ilişkilerden, 5. bölümde ise literatürden derlenen veriler kullanılarak yaygın kil minerallerinin kimyasal özellikleri ile kıvam limitleri arasındaki elde edilen ilişkilerden ve 6. bölümde sonuçlar kısmından oluşmaktadır.
4 BÖLÜM II
KİL MİNERALLERİ
Bu bölümde geoteknik mühendisliği ve mineralojik açıdan kilin tanımı, sınıflandırılması ve belirleme yöntemleri ele alınmıştır.
2.1 Kil Nedir ?
Geoteknik mühendisliği açısından dane çapı 0,002 mm den küçük olan ince daneli zeminler olup su ile temas ettiğinde kohezyon özelliliği meydana gelen ve minerallerden oluşan zemine kil denilmektedir. Zeminler, özellikle killerin, fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri mineral içeriğinden birinci derce etkilenir. Geoteknik mühendisliğinde bir kilin içerdiği minerallerin türü ve bunların oranlarının bulunması, mekanik davranışının anlaşılması açısından önem taşır.
Kil, hidratlı alüminyum ve magnezyum silikatlardan oluşan doğal bir ikincil mineraldir.
Genel olarak kil, muayyen bir kristal bünyesine sahip, ince daneli, muayyen miktarda su katıldığı zaman plastikliği artan bir malzemedir. Dane boyutu aynı boyuttaki başka minerallerden farklı olarak su ile karıştırıldığında çamur oluşturur. Hamur halinde şekil verilebilecek kadar plastisiteye sahipken, pişirildiğinde büyük dayanım artışları gösteren bir katıya dönüşür. Isıtıldığında genellikle hacim artışı gösterir; kurutulduğunda ise hacim azalır ve çoğu çatlar.
Killer, birçok durumda geoteknik mühendisin yararına özelliklerinden dolayı aranır.
Dolgu barajlarda ve atık depolarında geçirimsizliğin sağlanması, göletlerin su tutması için ve kazıldığında kendini tutamayan pelteleşebilir zeminlerde, bulamaç halinde etkin destek sağlamak amacıyla kullanılır. İri gerece küçük oranda katıldığında bağlayıcı görevi yapar. Ancak genelde kil, varlığı önemli mühendislik sorunları yarattığından istenmeyen bir malzemedir (Önalp, 1997).
Kil mineralleri bileşim ve sınıflandırma bakımından en karmaşık sanayi mineralleri arasında yer alır. Pek çok çalışmacı tarafından killerin fiziksel, kimyasal ve mineralojik özellikleri esas alınarak sınıflama türleri geliştirilmiştir. Fakat hala kesin bir sınıflama
5
mümkün değildir. Killerin sınıflandırılmasına geçmeden önce bilinmesi gereken bazı önemli özellikler aşağıda özetlenmiştir:
● Temel Yapı Elementleri: Kil mineralleri bir kaç istisna dışında, fıllosilikatlerden olup mikalar gibi devamlı tabaka yapısındadırlar. Killerin iki ayrı tipte tabakanın ardışıktı olarak tekrarlanmasından meydana gelmiş karakteristik bir yapıları vardır. Bunlar genellikle sürekli tabakalardan oluşan tetrahedral (dört köşeli) ve oktahedral (sekiz köşeli) tabakalı sulu alüminyum silikatlerdir. Oktahedral yapıdaki tabakalar kenarlarda her biri Al+3, Mg+2, Fe+2, Fe+3 katyonlarının etrafında yer alan oksijen ve hidroksit iyonlarının kompozisyonlarıdır. Tetrahedral tabakalarda köşelerde olmak üzere etken olarak Si+2 daha az miktarda Al+3 ve nadİrende Fe+3 katyonları bulunur. Alüminyum katyonları oktaederin merkezinde ise oktahedral merkezlerin sadece üçte ikisi doludur.
Buna dioktahedral denir. Magnezyum katyonları merkezde ise tüm oktaeder merkezleri doludur. Buna da trioktahedral denir.
● Temel Tabaka Tipleri: En basit fıllosilikat kil minerali yapısı, tek alüminyum oktaeder tabakası ve 1:1 yapısındaki tek silikat tetrahedral katmanlarının birleşimidir.
2:1 tabaka yapısındaki 2 tetrahedral ve 1 oktahedral tabakaları içeren başka ana tabaka türleri de vardır. Üç tabaka ya dioktahedral ya da trioktahedral olabilir. Bu bireysel katmanlar ya nötrdür veya ara tabakalardaki boşluktaki katyonlarca dengelenen negatif yükleri taşırlar. Katyon yükü her iki tabakadaki katyonların bileşimince kontrol edilir (Uzuner, 2005).
Kil minarelleri çok karmaşık bir yapı gösterdiklerinden dolayı, bugüne kadar herkes tarafından kabul edilmiş bir sınıflandırma sistemi mevcut değildir. Kil mineralleri aşağıdaki kriterlere göre sınıflandırıldığı bilinmektedir.
1. Tabaka tipleri,
2. Ara malzemelerin türü, 3. Tabaka yükleri,
4. Oktahedral tabakadaki katyon içerikleri
6 2.2 Kil Mineral Türleri
Kil minerallerinin genel olarak incelendiğinde mineralojik ve kimyasal özellikleri açısından sulu alüminyum, magnezyum ve demir silikatlardan oluştuğu görülmekle beraber kalsiyum, potasyum ve diğer iyonları da içerirler. Doğada kil mineralleri ender olarak saf halde bulunurlarsa da genellikle kil mineralleri olmayan diğer mineraller kil kayacının içine girerek özelliğine etki etmektedirler.
Geoteknik mühendisliği açısından kil mineralleri kabaca 3 sınıfa ayrılmış ve kabul görmüştür. Bunlar kaolinit grubu killer, illit grubu killer, montmorillonit grubu killerdir (Şekil 2.1).
Şekil 2.1. Kil minerallerinin ana birimleri (Craig,1994)
Geoteknik mühendisliğinde yaygınca kabul edilen kil mineraller gruplarının kökenleri, aşağıda başlıklar halinde incelenmiştir.
● Kaolen Grubu Kil Mineralleri: Bu grubun ana kayaçları feldspat ve feldspatoitik (granit, diyorit, nefelin, gnays) kayaçlardır. Genelde her kayaç, eğer kayaçlar fiziksel ve kimyasal şartlar hazırlanmış ise, kaolenit grubu kil mineralleri yapmak için ayrışabilir.
7
Kaolen grubu mineraller hidrotermal çözeltilerden otojenik mineraller olarak da oluşabilir. Bu grubun oluşabilmesi için gerekli ana jeokimyasal ve fiziksel şartlar;
a. Hümit ve tropikal ortam: Yeterli suyun bulunduğu bir ortamdır. Bu su Na, K, Ca, Mg iyonlarını ortamdan uzaklaştırırken Al ve Fe iyonlarını ortamda bırakır.
b. Geçirgen kayaçların varlığı: Bu kayaçlar ortamı drene etmeye müsade ederler, buda ayrışmayı hızlandırır. Aynı zamanda alkalilerin hareketliliğini de arttırır.
c. Bir eğimin varlığı: Hareketli iyonların tahliyesine izin verir.
d. Ortamın pH'ı asidik olmalı: Çünkü kaolen grubu mineraller bazik şartlarda dengede değildirler.
Kaolinit Grubu Kil Mineralleri (İki tabaklı kil mineralleri) kendi içinde üç gruba ayrılabilir:
a) Kaolinit :Al2O3.2SiO.2H2O veya Al2(OH4)(SiO2O5) b) Dikit ve Nakrit : Al2SiO5 (OH4) veya Al2O3.SiO2. H2O c) Halloysit : Al2O3.2Si2.4 H2O veya Al2SiO5 (OH)4.n H2O
Başlıca bir tetrahedral (silika) ve bir oktahedral (alümina veya gibsit) levhasının tekrarlanan katmanlarından oluşmuştur. Bir katmanın iki levhanın bir tanesinden meydana gelmesinden dolayı kaolinit sayıyla 1:1 kil minerali şeklinde anılırlar (Şekil 2.2).
Şekil 2.2. Kaolinitin yapısının şematik diyagramı
Silika levhasının uçları ile oktahedral levhanın katmanlarından biri Şekil 2.2’deki gibi tek katman oluşturlar. İki levhanın bir araya gelmesi bu şekilde olmaktadır. Bu katmanın kalınlığı yaklaşık olarak 0,72 nm olup diğer iki yönde uzanımı belirsizdir. O
8
halde, bir kaolinit kristali birkaç katmanın bir araya gelerek oluşturduğu 0,72 nm kalınlığındaki temel bir katmandan oluşmaktadır. Birbirini izleyen bu temel katmanlar oktahedral levhanın hidroksilleri ile tetrahedral levhanın oksijenleri arasındaki hidrojen bağ ile bir arada tutulurlar. Hidrojen bağı çok güçlü bir bağ olduğundan hidrasyonu önler ve katmanların bir araya gelerek büyük bir kristal oluşmasını sağlar. Fotoğraf 2.1’de kaolinitin elektro mikroskoptaki yer almaktadır.
Fotoğraf 2.1. Kaolinitin elektro mikroskoptaki görüntüsü (Minerology Database, http://www.webmineral.com, 2010)
● İllit Grubu Kil Mineralleri: Bu grup pek çok farklı yolla oluşabilir. Bir çözeltiden, bir çökelti olarak otojenik olarak oluşabiliceği gibi detritik bir mineral olarak mika veya feldspatların ayrışması ile oluşabilir. Ayrıca ya deniz suyunda veya diyajenez esnasında simektitlerden oluşabilir.
İllit grubu için gerekli şartlar;
a. Ortamdaki alkalilerin bir kısmını uzaklaştıran fakat K+ iyonlarını bırakan bir sıcaklık ve hümid iklim olmalıdır.
b. Drenaj tam olarak iyi olmalı, fakat çok aşırı olmamalıdır.
c. K iyonlarının stabilitesi için ortamın pH'ı 7'den büyük olmalıdır.
d. Eğim ortalama olmalıdır.
İllit Grubu Kil Mineralleri Grubu (genişlemeyen kafesli 3 tabakalı kil mineralleri) kendi içinde üç gruba ayrılabilir:
a) İllit : Al2O3.OH4K2 (Si6Al2) Al4O20
9 b) Muskovit : K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O c) Biotit : K2O.4MgO.2Al2O3.6SiO2.H2O
İllit killi zeminlerdeki bir diğer önemli mineraldir. İllit 2:1 minerali şeklinde anılır.
Ancak katmanlar arasındaki bağ potasyum (K) iyonu ile sağlanmaktadır. İllit mineralinde potasyum atomu katmanları bir arada tutmaktadır (Şekil 2.3) (Craig,1994).
Şekil 2.3. İllitin şematik diyagramı.
İllit, mika gibi olan kil mineralleri için genel bir terimdir. Elektron mikroskobunda küçük, zayıfça belirgin pullar, ince parçalar bazen de düzensiz gruplar halindeki agregatlar gibi görünürler (Fotoğraf 2.2).
Fotoğraf 2.2. İllitin elektro mikroskoptaki görüntüsü (Minerology Database, http://www.webmineral.com, 2010)
10
● Montmorillonit Grubu Kil Mineralleri: Montmorillonit çok çeşitli ortamlarda (deniz suyu, kıtalar, v.s.) oluşabilir. Mg+, Ca+, Al+, Si+ içeren kayaçların hepsi ana kayaç olabilir. Fakat intermediatik magmatik kayaçlar en idealidir. Smektitlerin oluşması için gerekli şartlar:
a. Kuru ve çöl iklim (arid) olması,
b. Ana kayaç olarak volkanik killer ve kayaçlar (bazalt ve volkanik cam) c. pH 7'den büyük olmalıdır ve yüksek silis içermesi
Montmorillonit Grubu Kil Mineralleri (genişleyen kafesli 3 tabakalı kil mineralleri) kendi içinde dört gruba ayrılabilir:
a) Montmorillonit : Al2O3.4SiO2.H2O + n.H2O b) Baydellit : Al2O3.4SiO2.nH2O
c) Nontronit : (AlFe) 2O3.3SiO2.nH2O d) Saponit ( Hektorit ) : 2MgO.3SiO2.nH2O
Bazen simektit olarak da adlandırılan montmorillonit iki silika levhası ile bir alümina (gibsit) levhasından oluşan önemli bir mineraldir. Bu yüzden 2:1 minerali olarak adlandırılır.
Şekil 2.4. Montmorillonit yapısının şematik diyagramı.
Şekil 2.4’de görüldüğü üzere oktahedral levhası iki silika levhası arasına gelerek bir katman oluşturmaktadır. Burada silika levhasındaki tetdrahedrallerin uçları oktahedral levhanın hidroksilleri ile birleşmektedir. 2:1 katmanın kalınlığı yaklaşık olarak 0.96 nm olup kaolinitte olduğu gibi diğer iki yönündeki uzama belirsizdir. Silika levhalarının tepesini bağlayan vanderWals kuvvetlerin zayıf olması ve oktahedral levhada da net bir
11
negatif yük boşluğu olmasından dolayı, su ve değişebilir iyonlar katmanlar arasına girerek bunları ayırabilmektedir. Fotoğraf 2.3’de montmorillonit mineraline ait elektro mikroskoptaki görüntüsüne verilmiştir.
Fotoğraf 2.3. Montmorillonitin elektro mikroskoptaki görüntüsü (Minerology Database, http://www.webmineral.com, 2010)
● Klorit Grubu Kil Mineralleri: Kloritler çok sınırlı şartlarda oluşurlar. Detritik mineral olarak; yıkanmanın yoğun olmadığı bölgelerde Mg+ ve Fe+ iyonları korunabilir.
Mafik minerallerle zengin bir anakaya (biotit, amfibol, piroksen ve olivin) gereklidir.
Otojenik mineral olarak; deniz suyunun derin kısımlarında smektit ve K iyonları reaksiyonu ile oluşurlar veya diyajenez esnasında vermikülit veya illitin dönüşümü ile oluşabilirler. Kloritin ileri alterasyonu vermiküliti oluşturabilir.
2.3 Kil Minerallerini Belirleme Yöntemleri
Kil minerallerinin tamamı Al2O3 içerdiklerinden, jeolojik oluşumu genellikle alüminyum silikatların değişik pH ortamında erimesine bağlı olup jenetik bakımdan aynı parajeneze (birlikte oluşum) dahildir. Yer kabuğunda yaygın ve çok miktarda bulunan alkali feldspatların doğa koşullarındaki alterasyonu sonunda feldspatlar önce iyonlarına ayrışırlar. Oluşan bu kimyasal eriyiklerden, ortamın pH derecesine göre Al2O3/SiO2 oranı değişen alüminyum hidrosilikatlar oluşmaktadır. Kaolitiin meydana gelebilmesi için ortamın pH değeri 8-9, Al2O3/SiO2 oranı ise 1/3 -1/4 olmalıdır. İyonize eriyiklerden kimyasal olarak kristalleşen kaolinit grubu minerallerinin çökelmesiyle kil yatakları, montmorillonit grubu minerallerin taşınıp çökelmesi sonucu bentonit
12
yatakları, alüminyum hidroksit bakımından zenginleşme, minerallerin yataklaşması ile de boksit ve geniş alanlarda gördüğümüz kırmızı renkli lateritler oluşur. Killerin ateş karşısındaki davranışları oksitlerin özellikle humus asidi tarafından uzaklaştırılması sonucu olup, bunların ileri derecede diyajenezi ile şiferton, kil taşı, şeyl yatakları ortaya çıkar. Bazı kil yatakları genellikle kristal yapı gösterirlerse de alüvyonel killi toprak oluşumlarında koloid unsurların daha çok bulunduğu görülür (http://scribd.com/doc/17345028/75774cimento, 2006).
Kil mineral tiplerinin belirlenmesi için farklı yöntemler mevcuttur. En yaygın olarak kullanılan yöntemler aşağıda verilmiştir:
X-Işını analizi
Isıl analiz
Kızıl ötesi ışınlarla analiz
Diferansiyel termik analiz
Elektron mikroskopu
Boyama deneyleri
Burada en yaygın olarak kullanılan X-Işını analizden bahsedilecektir. Kilde X-Işını ile kristal yapısının tanınması insanların parmak izinden tanıma işlemine benzer. Bu analiz yönteminde; kristalde atom tabakaları arasındaki uzaklık ve bu tabakalardan yansıyan ışınların şiddeti gibi 2 temel ölçü yapılır. Killer yanında başka birçok kristalli malzemenin X-Işını kırınım özellikleri saptanmış olup bu bilgiler çeşitli kuruluşlardan referans kartları bilgisayar disketi halinde sağlanabilir. Tanıma, eldeki numune verilerinin standart değerlerle karşılaştırılmasıyla yapılır. Zeminin içinde çoğunlukla birden fazla mineral bulunduğundan tanımada çıkacak sorunları en aza indirmek için numuneler üzerinde ayrıntılı ön hazırlık işlemlerin yapılması gerekmektedir (Önalp,1997).
13 BÖLÜM III
KİLLERİN MÜHENDİSLİK ÖZELLİKLERİ
Bu bölümde, killerin fiziko-kimyasal özellikleri ile kıvam ve mekanik özellikleri hakkında genel bilgiler özetlenmiştir.
3.1 Killerin Fiziko-Kimyasal Özellikleri
Geoteknik mühendisleri için en önemli konulardan biri, killi zeminin, davranışını tahmin etmektir. Mineralojik açıdan kil örneklerinin XRD analizi ile belirlenmesi, bilim adamı için bir metodoloji belirlemek, XRD desenleri değerlendirilmesi kolay uygulanabilir bir teknik olmasına rağmen, numune hazırlama ve killi zeminde mevcut mineraller geoteknik mühendisleri için karmaşıktır. Bu nedenle, pratik grafikler kullanarak, zemin ve mühendislik özellikleri açısından baskın kil tipi değerlendirmesi, kimyasal bileşimi esas alınarak hazırlanabililir. Geoteknik mühendisleri için sofistike XRD analizleri ile kıyaslandığında daha cazip olabilmektedir.
3.1.1 Kil bileşenleri ve yaygın kil minerallerinin kimyasal içeriği
Killer, kimyasal içerik olarak alümina, silis, demirli bileşikler, alkaliler, karbonlu maddeler, kükürt ve fosfor, tuzlar, magnezyum, bileşiklerinden meydana gelmektedir.
● Alümina: Kimyasal bileşimi Al2O3 olan unsurları oluşturur. Bunlar kalkerlerde SiO2
(silis asidi) ile bileşik olarak kil mineralleri halinde bulunabileceği gibi feldspat, mika v.s. gibi kayaç ve minerallerin kimyasal bileşimindeki alüminyum silikat olarak bulunur. Kil minerallerinden ileri gelen alümina yüksek olduğu zaman (kil minerallerine göre); kayaç adı değişik killi kalker, kalkerli kil ve marn adını alır (http://scribd.com/doc/17345028/75774cimento, 2006).
● Silis: Kimyasal bileşimi SiO2 olup kilden başka kum, çakmak taşı (sileks), boynuz taşı (çörtü), opal, kalsedon, kuvars, parça ve kırıntıları halinde serbest, amorf olarak bulunabileceği gibi feldspat, mika, talk, serpantin ve volkanik kayaçların bileşimine bağlı olarak da bulunabilirler. Kalker oluşumu esnasında karbonat üreten
14
organizmaların bulunduğu ortamda silis yapan organizmaların bulunması sonucu silis miktarı yüksek kalkerler oluşur. Bazı durumlarda ise (bilhassa killi kalkerde) diyajenez (taş oluş) esnasında gerek kendi içinden gerekse ortamlardan gelen jel halindeki silis band halinde tabakalanmaya paralel olarak veya tespih dizilişi ve yumrular halinde çörtüleri oluştururlar (http://scribd.com/doc/17345028/75774cimento, 2006).
● Demirli Bileşikler: Kalkerlerin; bünyelerine, oluşumuna ve diyajenez esnasında veya sonradan atmosferik koşullar, metamorfizma, metazomatoz ve infilittrasyona bağlı olarak demirli bileşikler girebilir. Demir bileşikleri sülfür halinde; pirit ve markasit olarak, sülfat halinde; limonit, hematit spekülarit, manyetit olarak, karbonat halinde ise siderit olarak bulunabildiği gibi bilhassa laterit oluşum koşullarında boksitli demir olarak alüminyum oksitle birlikte olmak üzere değişik mineraller halinde bulunabilir (http://scribd.com/doc/17345028/75774cimento, 2006).
● Alkaliler: Bunlar sodyum (Na) ve potasyum (K) elementinin bileşikleri olup kalkerlerde genellikle sonradan kirlenme veya oluşum esnasında kile bağlı olarak az miktarda da olsa bulunabilir (http://scribd.com/doc/17345028/75774cimento, 2006).
● Karbonlu Maddeler: Kalker içersinde genellikle bitüm, kömür ve diğer karbonlu bileşikler halindedir. Oluşum esnasında organizma kalıntıları olarak veya petrol oluşumunda ana kayaç niteliğindeki kalkerlerde petrol göçünden arta kalan artıklar olarak bulunabilir (http://scribd.com/doc/17345028/75774cimento, 2006).
● Kükürt ve Fosfor: Kalkerlerde sülfat halinde kükürt ve fosfor (fosforit, apatit v.s.) bulunabilir. Organizma bakiyesi olarak bulunan fosforlu bileşikler kalkerin oluşum fasiyeslerine bağlıdır. Ayrıca oluşum esnasında gerek temel kayaçlar ve gerekse havza çevresinde bulunan kayaçlardan dentritik malzeme beslenmesi olduğu durumlarda da fosforlu kayaçlardan parçalar içerebilir (http://scribd.com/doc/17345028/75774cimento, 2006).
● Tuzlar: Kalkerlerin oluşumuna ilişkin olarak (litoral ortamda veya kalker oluşumunda evaporasyon olduğunda mutlak surette tuz bulunur.) veya sonradan suların etkisi ve infilitrasyon ile bünyesine girmiş halde klorür, florür, ve bromürler bulunabilir.
15
Sodyum klorür tuz minerali, potasyum klorür, silvin ve kalsiyum florür ise flüorit minerali halindedir (http://scribd.com/doc/17345028/75774cimento,2006).
● Magnezyum Bileşikleri: Kalkerin oluşumu ve oluşumundan sonraki başkalaşmanın etkisi ile dolomit (CaMgCO3) ve manyezit (MgCO3) in bulunmasından ileri gelir.
Çimento yapısında istenmeyen bir unsur teşkil eder
(http://scribd.com/doc/17345028/75774cimento,2006).
Geoteknik mühendisliği açısından yaygın olarak kullanılan ve kabul edilen Kaolen, İllit ve Montmorillonit türü minerallerin kimyasal içerikleri burada ele alınarak incelenmiştir.
Kaolinit: Kaolin, kil mineralleri sınıflandırılması içinde bir grup kil mineraline verilen isimdir. En önemli minerali Kaolinit (Al2Si2O5 (OH)4) olan grubun diğer mineralleri dikit, nakrit ve halloisiddir. Kaolinit alüminyum hidro silikat bileşimli bir kil mineralidir. Kristal yapılarına göre yapılan kil sınıflandırılmasında, eş boyutlu ve bir yönde uzamış olanlar Kaolinit grubu olarak diğerlerinden ayrılmaktadır. Oluşum itibariyle, feldspat içeren granitik veya volkanik kayaçların feldspatlarının altere olarak kaolinit mineraline dönüşmesi sonucu kaolinler oluşmaktadır. Ana kayaç içindeki alkali ve toprak alkali iyonların, çözünür tuzlar şeklinde ortamdan uzaklaşması sonucu Al2O3 içerikli sulu silikatça zenginleşen kayaç kaoliniti oluşturur (Endüstriyel Hammaddeler,2001).
Teorik kaolin bileşimi, Al2O3.2SiO2, 2H2O olup kaolinitte bulunması gereken yüzde bileşik oranı aşağıdaki gibi yazılır.
SiO2 (Silika) % 45.54
Al2O3 (Alüminyum Oksit) % 39.50
H2O (Su) % 13.96
% 100.00
Kaolin içindeki Al2O3 haricindeki diğer bileşenlerin yüksek olması demek, Al2O3 oranının idealden (% 39.50’den) az olması demektir. Bu da saflığın daha düşük olması demektir. SO3 (Kükürt) ve Alunit Kaolinleşmeyi sağlayan kimyasal işlem sırasında
16
ortamda elementer S varsa; H2SO4 + (Sülfirik Asit) oluşacaktır. Kaolinleşme işleminin olabilmesi için ortamdan uzaklaştırılabilecek madde, alkalilerden K2O olup, bunun çözünmesi sırasında bazen tamamı uzaklaştıramamakta ve ortamda bir miktar K kalmaktadır. K, ortamında çözünür halde bulunan;
Al2O32(SO4)3 + H2O 2Al (OH)3 + H2SO4 (3.1)
Şeklinde, suda çözünen ve çözümü Al+3 olan Si(OH)4 ile birleşerek kaolinit oluşur.
Ortamda K geldiği zaman K mevcut Al2(SO3)3 ile birleşerek alunit KAl(SO4)2.12H2O oluşacaktır. Bu nedenle kaolinin bileşiminde alunit varsa K2O oranı ile SO3 den dolayı ateş zayiatı (LOI) yüksek çıkmaktadır (Endüstriyel Hammaddeler, 2001).
İllit: Temel yapısı montmorillonitinkine benzeyen, silis tetrahedral tabaklarından silis yerine alüminyum geçmesi ile oluşan aradaki tabaka demir ve magnezyumun üçlü tabaka paketidir. Birim kısaca K atomları ile bağlanmıştır ve kafes yapısı genleşmez.
İllitin genel formülü aşağıdaki gibidir (Aslaner, 1995).
(OH)4K2(Si6Al2)Al4O20 (3.2)
İllitin kimyasal formülü ise
(K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)] (3.3)
olup ideal illit bileşimi Al2O3SiO2,MgO,FeO,K2O,H2O içeriğinde aşağıdaki bileşenler bulunmaktadır (Minerology Database, http://www.webmineral.com, 2010).
SiO2 (Silika) % 54.01
Al2O3 (Alüminyum Oksit) % 17.02
H2O (Su) % 12.03
FeO (Demir Oksit) % 1.85 MgO ( Magnezyum Oksit) % 3.11 K2O ( Potasyum Oksit) % 1.13
% 95.27
17
İllit kristallerinin dane boyutu 0.1 -0.3 mm kadardır. İllit mineralleri simektite göre şişmezler ve K+ içerirler. Yoğunluğu 2.6 - 2.9 gr/cm3, sertliği ise Mohr Skalası’na göre 1-2’ dir (Minerology Database, http://www.webmineral.com, 2010).
Montmorillonit: Montmorillonit grubu mineralleri kaolinite benzemezler ve düzensiz şekilli veya çubuğumsu şekilli partiküller halinde bulunmaya eğilimlidirler. Birimler arasında, suya ilave olarak kalsiyum, sodyum ve potasyumun iyonları olabilir;
montmorillonitin herhangi bir kil mineralinden daha çok iyon değişimi gösterdiği bilinir (Aslaner, 1995). Genel formülü aşağıdaki gibidir.
Al4SiO8O20OnH2O(OH)4 (3.4)
Montmorillonit Paleozoyik kil ve şeylerinde yoktur, fakat Mesozoyik ve daha genç sedimanlarda bulunur. Başlıca bileşeni bentonitin kabaran tipidir ve belirgin adsorban kildir. Bu iki materyal ekonomik öneme sahiptirler ve kimyasal formülü aşağıdaki gibidir (Aslaner,1995).
(Na,Ca)0,3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2.n(H2O) (3.5)
İdeal montmorillonit bileşimi Al2O3.SiO2,Na2O,CaO,H2O olup montmorillonitte bulunması gereken yüzde bileşik oranı aşağıdaki gibidir (Minerology Database, http://www.webmineral.com,2010).
SiO2 (Silika) % 43.77
Al2O3 (Alüminyum Oksit) % 18.57
H2O (Su) % 36.09
CaO (Kalsiyum Oksit) % 1.02 Na2O ( Sodyum Oksit) % 1.13
% 100.58
3.1.2 Özgül Yüzey Alanı (SSA)
Killerin fiziksel ve kimyasal özellikleri, yüzey alanından önemli ölçüde etkilenmektedir.
Özgül yüzey alanı, zeminin birim ağırlığının alanıdır ve genellikle m2/gr olarak ifade
18
edilmektedir. Zeminin özgül yüzey alanı, dane boyutu dağılımı ve mineraloji tarafından kontrol edilir. Bu nedenle, zemin bileşimi ile ilgili bir sabittir ve içsel bir zemin özelliği olarak kabul edilebilir. Özgül yüzey alanının belirlenmesinde, nitrojen adsorbsiyonu, su sorpsiyonu, metilen mavisi adsorbsiyonugibi yöntemler kullanılmaktadır (Lutenegger ve Cerato, 2001; Cerato ve Lutenegger, 2002).
Kil mineralinin boyutu küçüldükçe, özgül yüzey alanı ve bunun sonucunda şişme potansiyeli artmaktadır. Çizelge 3.1’de bazı kil minerallerinin çap, kalınlık ve özgül yüzey alanı değerleri verilmiştir.
Çizelge 3.1 Özgül yüzey alanının kil mineralinin cinsi ve boyutuna bağlı olarak değişimi (Holtz ve Kovacs, 1981).
Mineral Tipi Kalınlık (nm) Çap (nm) SSA (m2/gr)
Montmorillonit 3 10-1000 800
İllit 30 10000 80
Klorit 30 10000 80
Kaolinit 50-2000 300-4000 10-30
1nm = 10-9 m = 10 Å
Özgül yüzey alanındaki değişim; su tutma, plastisite ve şişme potansiyeli gibi özellikler açısından kil mineralleri arasındaki farklılıkların büyük bir kısmını açıklayabilir.
Smektit kil mineralleri yüksek plastisiteye, yüksek aktiviteye ve yüksek şişme-büzülme potansiyeline sahiptir. İllit ve kaolinit gibi diğer kil mineralleri daha düşük plastisite ve şişme potansiyeline sahiptir (Yong ve Warkentin, 1975; Entwisle ve Kemp, 2003).
Bir zeminin yüzey alanı (SA); onun boyutu, şekli ve onu oluşturan partiküllerin mineralojisinin bir fonksiyonudur. Bir zeminin özgül yüzeyi (SSA) ise, zemin partiküllerinin her gramı için olan alan (metrekare olarak) olarak tanımlanır. Zemin danelerinin şekli önemlidir, çünkü her bir birim hacim için yüzey alanı partiküllerin şekli ile değişir. Küre şeklindeki bir dane en küçük yüzey alanına sahiptir fakat aşırı derecede ince bir disk ya da levha haline gelecek şekilde deforme edildiğinde en büyük yüzeyi gösterir (Suess, 1964). Yüzey alanı partiküllerin azalan boyutları ile artar ve bu smektit, vermikülit içeren kil fraksyionları için özellikle doğrudur, çünkü bunların önemli derecede içsel yüzey alanları vardır (De Kimpe, 1979) (Şekil 3.1).
19
Şekil 3.1 Olağan kil minerallerinin göreceli boyutları, kalınlıkları ve özgül yüzeyleri (Holtz ve Kovacs, 1981; Yong ve Warkentin, 1975).
Organik malzemenin, zemin malzemelerinin Katyon Değişimi Kapasitesine (CEC) ve Özgül Yüzey Alanı’na (SSA) katkılarını değerlendirmek zordur (Thompson ve diğ., 1989). Organik ve inorganik koloidler, zeminin toplam CEC ve SSA’larına katkıda bulunan CEC ve SSA’lara sahiptirler. Organik malzemenin SSA’ya katkısının nasıl olduğu çok iyi belirlenmiş değildir; bunun kısmi sebebi SSA’yı ölçmek için kullanılan yöntemlerin çeşitliliğidir.
Şekil 3.2 kaolinit, illit ve montmorillonitin atomik ve sembolik yapısını göstermektedir (Lambe ve Whitman, 1969). Kaolinitte sadece harici yüzey alanı vardır; çünkü ardarda gelen tabakalar arasındaki kuvvetli bağlar tabakalar arası şişmeyi engeller ve genellikle 10 ila 20 m2/g menzili içinde kalır. İllit, mühendislik uygulamalarında zeminde en sık rastlanılan kil mineralidir. İllitin yüzey alanı yaklaşık olarak 65 ila 100 m2/g arasındadır.
İllitlerin ilksel yüzeyleri 40 ila 80 m2/g’dır ve ikincil (tabakalar arası) yüzey, değiştirilebilir tabakalar arası katyonlara bağlı olarak, 870 m2/g kadar yüksek olabilir.
İlksel yüzey 50 ila 120 m2/g arasında değişebilir. İkincil özgül alan, yani kafesin genişlemesi ile ortaya çıkan, böylece kutupsal moleküllerin tabakalar arasına girebildiği alan 840 m2/g’a kadar çıkabilir.
20
Şekil 3.2 Atomik ve sembolik yapı. A. Kaolin, B. Illit, C. Montmorillonit (Lambe ve Whitman, 1969)
Churchman ve diğ. (1991), zeminlerin mutlak Yüzey Alanı değerlerinin ölçümünün zor olduğunu belirtmekle birlikte, önerilen değişik yöntemlerin göreceli iyi taraflarının, önemli zemin özelliklerini tahmin etmede, değişik yetenekleri açılarından değerlendirilebileceğini önerir. Bir çok çalışma, yüzey alanı ve değişik türde zemin özellikleri arasındaki ilişkileri dikkate almıştır. Bunlar, Yüzey Alanının doku ve mineralojik kompozisyonu (De Kimpe, 1979) ile ilişkileri, ve Yüzey Alanının zeminin kimyasal ve fiziksel özellikleri (Farrar vd., 1967) ile ilişkileri gibi önde gelen özellikleri ile ilişkilerini kapsar.
Geçmişte killerin Özgül Yüzey Alanını belirlemek için ağırlıklı olarak iki yaklaşım kullanılmıştır: (1) basit moleküllerin tutunması (adsorpsiyon) ile harici Yüzey Alanının ölçülmesi; yani düşük sıcaklıklarda nitrojen gibi, burada Yüzey Alanı tutunma izoterm verilerinden ve BET teorisinin (Brunauer vd., 1938) uygulanmasından türetilir, ve (2) iç yüzeylerine nitrojenin ulaşamadığı kil minerallerinin davranımının tarifi ile kutupsal sıvıların tutunması ile toplam Yüzey Alanının ölçülmesi (Tiller, 1990). Yüzey Alanını
21
ölçmek için başka teknikler de önerilmiştir, bunlar: Su Emilmesi (Newman, 1983), Setil Pridinyum Bromid (CPB) (Greenland vd., 1964), p-Nitrofenol Tutunması (pNP) (Ristori vd., 1989), Dahili Yansıma Spektroskopisi (Mulla ve diğ., 1985) ve Metilen Mavisi Tutunması (Hang vd., 1970). Bu yöntemlerin bazıları teorik zemin yapısı denklemleri ile benzer Yüzey Alanı değerleri üretmiştir fakat bunlar zaman harcayan, ya da pahalı, özel cihazlar gerektiren yöntemlerdir. Bu yüzden, diğer daha basit, daha az doğru (hassas) ve tekrarlanabilir yöntemler daha az zaman aldıkları ve ekonomik oldukları için geliştirilmiştir.
3.1.3 Katyon Değişim Kapasitesi (CEC)
Katyon değişimi, zeminlerin temel elektro-kimyasal özelliklerinden biridir ve özellikle killerin davranışı üzerinde önemli etkilere sahiptir. Temel nedenleri; izomorf değişim ve kil mineralinin köşelerindeki alümin gruplarının çözülmesidir (Ammann, 2003;
Dontsova vd., 2004).
Mineralin kristal strüktürü değişmeksizin, tetrahedral veya oktahedral levhadaki katyonların, ortamda bulunan aynı veya farklı değerliğe sahip başka katyonlarla yer değiştirmesine izomorf değişim adı verilmektedir. İzomorf değişim (örneğin, magnezyum ile alüminyumun veya alüminyum ile silikonun yer değişmesi) sonucunda, kil kristallerinde bir yük eksikliği veya diğer bir deyişle net negatif yük durumu ortaya çıkar. Negatif yükün dengelenerek, elektriksel nötrlüğün sağlanabilmesi için, ortamda bulunan katyonlar kil tanesine çekilir. Kil tanesinin köşe ve yüzeylerine bağlanan bu katyonlar, değişebilir katyonlar olarak isimlendirilirler. Killerde yaygın değişebilir katyon türleri; H, K, NH4, Na, Ca ve Mg olarak sıralanabilir. Bir kilin yük eksikliğini dengelemek için gereken değişebilir katyonların toplam miktarına ise, katyon değiştirme kapasitesi (CEC) adı verilir. Diğer bir deyişle, katyon değiştirme kapasitesi zeminlerin katyon tutma yeteneğini gösteren bir değerdir (Ingles, 1968; Sharma, 1998;
Ammann, 2003).
Şekil 3.3’de tipik bir katyon değiştirme reaksiyonu ve Şekil 3.4.’ de bir katyon değiştirme ortamı görülmektedir.
22
Şekil 3.3 Katyon değiştirme reaksiyonu
Şekil 3.4 Katyon değiştirme ortamı (Vogt, 2002)
Katyon değiştirme kapasitesinin belirlenmesi için birkaç yöntem geliştirilmiştir. İlk geliştirilen yöntemlerden biri; kilin bir katyona doyurulması ve artık tuzların yıkanması;
ardından başka katyonlarla doyurularak, yıkama işlemlerinin tekrarlanması şeklinde uygulanmaktadır. Toplam çözeltiler ise değişen katyon miktarının belirlenmesi için kullanılmaktadır. Diğer bir yöntem kilin amonyum (NH4) iyonlarıyla doyurulmasıdır.
Önerilen diğer yöntemler ise setilpiridinyum iyonlarının, kobalt hekzamin, bakır dietilendiamin ve bakır trietilentetramin gibi metal-organik karışımlarının
23
kullanılmasıdır. CEC’ in metal organik karışımlarla belirlenmesi hızlı ve kesin sonuç vermektedir. Bununla birlikte, amonyum asetat yöntemi önemini korumakta ve uzun zaman almasına rağmen diğer yöntemlerin doğrulanmasında kullanılmaktadır.
Çokça (1993) altı farklı kil numunesi üzerinde yapılan metilen mavisi deneylerinden tespit edilen katyon değiştirme kapasitesi ile standart amonyum asetat deneyinden belirlenen katyon değiştirme kapasitesi değerlerini karşılaştırmıştır. Sonuçların birbiri ile uyumlu olduğunu vurgulamıştır.
Bir katyonun diğer katyonlarla değişebilirliği; iyon boyutu ve değerliği içeren bir çok faktöre bağlıdır. Bir kilin katyon değiştirme kapasitesi, tane boyutu, sıcaklık ve değişme reaksiyon ortamıyla ilişkilidir. CEC değerleri, kil mineralojisinin bir göstergesidir ve genellikle CEC değerinin büyük olması, şişme potansiyelinin de yüksek olduğunu göstermektedir (Mitchell, 1976; Sharma, 1998). Çizelge 3.2’de farklı kil mineralleri için verilen katyon değiştirme kapasitesi değerleri verilmiştir.
Çizelge 3.2 Çeşitli kil mineralleri için katyon değiştirme kapasitesi değerleri (Grim, 1962)
Kil minerali CEC (meq/100gr)
Montmorillonit 80-150
Vermikülit 100-150
Haloysit 4H2O 10-40
İllit 10-40
Klorit 10-40
Sepiyolit – Atapulgit 20-30
Haloysit 2 H2O 5-10
Kaolinit 3-15
meq: sıvı içerisindeki elektrolit miktarını ifade eden bir birimdir.
Kaolinit minerali, çok küçük izomorf değişime sahiptir. Bu nedenle meydana gelen düşük negatif yük, tetrahedral ve oktahedral tabakalar arasındaki hidrojen bağları ile karşılanır. Bu bağlar, tabakalar arasında katyonların veya suyun adsorbsiyonu için gerekli olan boşlukları bırakmaksızın, tabakaları sıkıca birlikte tutar. Bu nedenle, kaolinit şişmeyen bir kil mineralidir (Wiseyesekera, 2003).
Low (1981) değişebilir katyonun değerliği, boyutu ve hidrasyon enerjisinin tabakaların şişmesi üzerinde etkili olduğunu ileri sürmüştür. Tabakalar birbirinden yeterince
24
uzaklaştığında, kısa mesafeli kuvvetlerin etkisi azalmakta ve şişme katyon etkisinden bağımsız hale gelmektedir.
Genellikle iki değerlikli katyonla (Ca2+) doygun bir montmorillonit, 1nm’den 2 nm’ye kadar %100 şişebilmektedir (Azam vd. 2000). Ancak tek değerlikli katyona (Na+) doygun bir montmorillonit sınırsız şişebilir. Bununla birlikte, doğal zeminler sodyuma doygun montmorillonitler kadar şişmezler. Bunun iki temel nedeni vardır; genellikle doğal kil mineralleri şişmeyen kil mineralleriyle karışık halde bulunurlar ve zemin sistemleri nadiren mono iyoniktir ve genellikle ya Ca2+ yada Mg2+ ile doygundur (Borchardt, 1989).
Sodyum gibi tek değerlikli değişebilir katyonlar, kalsiyum gibi iki değerlikli katyonlardan daha büyük şişmeye neden olur. Alüminyum gibi çok değerlikli değişebilir katyonlara sahip yüksek asitlikteki killerde düşük şişme gözlenmektedir (Yong ve Warkentin, 1975; Luckham ve Rossi, 1999; Montes, 2003).
Abdullah (1997) illit ve smektit içeren killerin potasyum katyonu ile reaksiyona girmesi sonucunda şişme potansiyelinin önemli ölçüde azaldığını vurgulamışlardır.
3.2 Killerin Kıvam Özellikleri
Killi zeminlerde, davranışı etkileyen en önemli faktör “su muhtevası” yani “kıvamdır”.
Zeminlerin kıvamı, danecikleri arasındaki adezyon kuvvetini (veya bağ kuvvetini), yük karşısında kayma direncini ve stabilitesini suyla değişen katılığını ve hangi su muhtevasınde hangi katılığa sahip olacağını belirleyen en temel özelliktir. Zira zeminin su muhtevası arttıkça katı halden sıvı hale kadar değişik kıvam hali gösterir. Ayrıca birbirinden farklı zeminler, aynı su muhtevasınde farklı kıvamlılık gösterirken katı hal- den sıvı hale geçmesi içinde birbirinden farklı suya ihtiyaç gösterirler. Bu nedenle zeminlerin hangi su muhtevasınde hangi kıvamda olacağını tespit etmek ve özellikle plastik ve likit kıvamlardaki su muhtevasınin bilinmesi önemlidir. Kohezyonlu zeminler su muhtevası değiştikçe büyük hacimsel değişmeler gösterdiği gibi en önemlisi su muhtevası arttıkça yüke karşı dirençleri düşer ve büyük deformasyon gösterirler. Bu nedenle killi zeminlerin kıvam durumlarını ve bu kıvam durumlarını tanımlayan su
25
Katı Y.katı Plastik
il 1
Likit
Su muhtevası, w (%) Hacim
Değişimi
wS wP wL
muhtevalarının bilinmesi gerekir. Atteberg tarafından tanımlanan Şekil 3.5'de gösterildiği gibi, kıvam durumuna göre hacim değişimi görülmektedir.
Şekil 3.5 Zemin kıvam limitleri ve hacim değişikliği.
Likit limit (wL): Zeminin kıvamılılığının artan su muhtevasınde plastik halden viskos sıvı hale dönüştüğü anda sahip olduğu su muhtevası olup, taşıma gücünün pratik olarak en az olduğu veya olmadığı kıvamı işaret eder.
Plastik limit (wP): Zeminin artan su muhtevasında yarı katı halden plastik kıvama geçtiği su muhtevasıdir. Zemin bu kıvamda yüke maruz kalırsa geçici deformasyondan ziyade kalıcı deformasyon gösterdiğinden dolayı, w değeri plastiklik sınırını işaret P eden su muhtevasıdır.
Büzülme (Rötre) limiti (wS): Zeminin su muhtevası değiştikçe hacim değiştirmesi belli bir aralıkta doğrusal iken belli aralıkta eğriseldir. Eğrisellikten doğrusallığa geçtiği noktadan çizilen teğet ile hacim değişikliği yapmadığı yani hacminin sabit kaldığı noktadan çizilen teğetin kesiştiği nokta büzülme limitini veya başka bir deyişle hacim değişiminin bittiği limiti verir.
Plastisite indeksi (Ip= wL-wP): Zeminin plastik kıvamda bulunduğu aralığı temsil eder.
Esasen plastisite, zeminin hacim değiştirme ve kohezyon özelliklerini belirler. Çünkü zeminin su muhtevası belli bir miktardan daha fazla arttığında kohezyon azalır. Bu
26
azalmanın nedeni, kil danelerinin etrafındaki su bir nevi yağlanma yaratarak birbirleri üzerinde kaymaya çalışmasından kaynaklanmaktadır. Bilindiği gibi dane çapı azaldıkça, yüzey alanı artmakta ve böylece çekim kuvveti yaratarak etrafındaki su filminin kalınlaşmasına dolayısıyla daneler birbirlerini iterek hacim artmasına neden olmaktadır. Bir başka deyişle plastisite indeksi Ip, zeminin suya olan duyarlılığının bir ifadesi veya ölçütüdür. Ip değerine bağlı olarak zeminlerin plastisite sınıflaması Çizelge 3.3'da verilmiştir.
Çizelge 3.3 Zeminlerin plastisite sınıflaması IP Plastisite Özelliği
0-6 Plastik değil (NP) 6-10 Az plastisiteli
10-15 Orta derecede plastisiteli 15-40 Plastik
>40 Aşırı plastik
Kohezyonlu zeminler, wP ve wL arasındaki su içeriklerinde kalıcı (plastik) deformasyon yaparlar.wL ve IP değerlerinin zeminin özelliklerine bağlı olarak mukayesesi Çizelge 3.4'de verilmiştir.
Çizelge 3.4 wL ve IP değerlerinin zemin özelliklerine etkisi
Zemin Özellikleri wL aynı iken IP artarsa IP aynı iken wL artarsa Sıkışabilirlik
Permabilite Hacim değiştirme Ip civarında dayanıklık Kuru halde mukavemet
Yaklaşık aynı Azalır
Azalır Artar Artar
Artar Artar - Azalır Azalır
3.3 Killerin Aktivite ve Şişme Özellikleri
Zemin aktivitesi genellikle, değişen nem koşulları altında zeminin su alma ve verme kabiliyeti için kullanılan bir terimdir. Kıvam limitleri, metilen mavisi absorbsiyonu ve katyon değiştirme kapasitesi gibi zeminin fiziksel özelliklerinden belirlenebilmektedir.
27
Yaygın olarak kullanılan Aktivite formulü, zeminin kil boyutlu yüzdesi ile plastikliği ilişkilendirir. Bu faaliyet sedimanın mineralojisi ve geoteknik tarihçesi ile ilişkilidir.
Aktivite aşağıdaki formül olarak tanımlanır.
Aktivite = IP/CF (3.6)
burada, CF kil yüzdesi (< 2µm) olarak tanımlanmıştır.
Skempton (1953) plastisite indisi ile kil yüzdesini, aktivite (Ac) olarak isimlendirilen tek bir parametrede birleştirmiş ve killeri aktivitelerine bağlı olarak üç gruba ayırmıştır:
Ac < 0.75 aktif olmayan 0.75 < Ac < 1.25 normal Ac > 1.25 ise aktif
Aktif killer, genellikle yüksek şişme potansiyeline sahiptirler. Çeşitli kil mineralleri için tipik aktivite değerleri Çizelge 3.5’de verilmiştir.
Çizelge 3.5 Bazı kil mineralleri için tipik aktivite değerleri (Holtz ve Kovacs, 1981)
Mineral Aktivite
Kaolinit 0.3-0.5
İllit 0.5-1.3
Montmorillonit (Ca) 1.5 Montmorillonit (Na) 4-7
3.4 Killerin Şişme Potansiyeli ve Şişme Yüzdesi
Zemin ortamında, su muhtevası ve gerilme koşullarındaki değişikliklerin bir sonucu olarak ortaya çıkan hacim artışı, şişme olarak tanımlanmaktadır. Şişme potansiyeli, genel olarak, zeminlerin şişme yeteneğini ifade eden bir kavram olarak kullanılmaktadır. Literatürde, şişme potansiyelinin belirlenmesi ve tanımlanması açısından tam bir fikir birliği bulunmamaktadır. Bununla birlikte, şişme potansiyeli;
genellikle, zeminlerin hem şişme yüzdesini hem de şişme basıncını kapsayan bir terim olarak kabul edilmektedir (Sridharan vd.1986; Shuai, 1996).
