ZEMİNLERİN SINIFLANDIRILMASI
Sınıflandırma; zemini birkaç harf veya sayı ile isimlendirerek ortak bir dil oluşturma işlemidir.
1911 Atterberg Kıvam Limitleri (Ziraat Mühendisliğine Yönelik)
1945 II. Dünya Savaşı sırasında Amerikan ordusu istihkam dairesi (US Corps of Engineers) İri daneli zeminlerin dane dağılımına
İnce daneli zeminlerin plastisiteye göre ayırımı yaklaşımı → Birleştirilmiş Sınıflandırma (USCS) Amerikan Federal Havacılık Ajansı (FAA)
1928 Amerikan Kamu Karayolları Bürosu (US BPR)
1945 Amerikan Eyalet Karayolları Memurları Birliği (AASHO)
1970 +Trafik Görevlileri (AASHTO) Sınıflandırma sistemlerinin geliştirilmesinde Amerikan etkisi görülüyor.
Dane Boyutuna Göre Ayırım (TS1500/2000)
İsim Sembol Boyut Elek No
Çakıl G 60 - 2.0 mm No. 10
Kum S 2.0 - 0.076 mm No. 200
Silt M 0.076 - 0.002 mm
Kil C < 2 µm Çöktürme Analizi
Bazı Metrik Elekler ve ASTM Karşılıkları
Elek No No. 4 No. 10 No. 40 No. 100 No. 200
Metrik (mm) 4.65 2.00 0.425 0.147 0.074
Metrik elekler mm, ASTM elekleri kenarı bir inç olan kare içine sığan delik sayısı şeklinde belirtilir Dane Boyutunun Ölçümü
1. Doğrudan (Mekanik, mikroskop) 2. Dolaylı (Elek, çöktürme)
Elek Analizi: Elekler büyük açıklıdan küçüğe doğru alt alta çapların kabaca %50 azaltılarak dizilir ve en üstten dökülen numune sallanarak (mekanik sarsak) elenir. En ince elekten geçen malzeme alta koyulan tavanın içine birikir. Zemin mekaniği laboratuarlarında 80 mikron elekten daha incesi killi örnekleri eleme işlemlerinde çıkan güçlüklerden dolayı kullanılmaz.
Kuru eleme (temiz kum ve çakıllarda)
Yıkamalı eleme (silt ve kil içeren numunelerde eleme yapılmadan önce numune 0.074 mm elekten yıkama yapılarak geriye sadece kum ve çakılın kalması sağlanır ve kurutulan numune elenir)
Çöktürme Analizi: Silt ve kil boyutlu taneler çok küçük olduklarından eşdeğer çapları ancak dolaylı olarak ölçülebilir. Bu ölçümde kürelerin bir sıvı içinde çökelme hızının, sıvının gösterdiği viskozite kökenli dirençle karşılaştıran Stokes yasasından yararlanılır.
Tipik Dane Dağılım Eğrileri
Efektif ÇapD10 (Örnek içinde ağırlık olarak %10’dan küçük bölümü oluşturan danelerin en büyük çapı) Üniformluk Katsayısı 60
10 u
C D
= D (Zeminin en iri %40’ının en küçük boyutunun efektif çapa oranı, bu oran dane dağılım eğrisinin eğimini gösterir, üniformluk katsayısı eşit çaplı küreler için 1 olacak, çok sayıda farklı çaplar içeren karışımda sonsuza yönelecektir)
Süreklilik Katsayısı
2 30
10 60
r
C D
D D
= ⋅ (Üniform veya düzgün dane dağılımlı bir zeminde bazı boyutların eksik veya fazlalığını gösteren katsayı)
Zemin-Su İlişkileri (Kıvam)
Killer ve kil içeren kuru karışımlar suya yuğrulduklarında toz görünümünden çamura, su miktarı daha da arttırılırsa sıvıya dönüşürler. Bu özellik değişimine “kıvam” denir.
Likit Limit: Kil-su karışımının sıvı halden plastiğe dönüştüğü su muhtevasıdır.
Plastik Limit: Zemin-su karışımının şekil verildiğinde bunu çatlamadan aldığı ve bu şekli değiştirmediği en düşük su muhtevasıdır.
Plastisite İndisi: Kil-su karışımının plastik özellikler taşıdığı su muhtevaları plastisite indisiyle gösterilir.
P L P
I = w − w
Büzülme Limiti: Bir kil-su karışımı sıvı halden başlayarak kurutulacak olursa likit ve plastik limit dolaylarında kaybolan su hacmine eşdeğer bir toplam hacim azalması gösterecektir. Su muhtevasında azalma sürecek olursa, bu belirli bir limitte hacimde azalmayla izlenmeyecektir. Bu limitte zemin artık katıya dönüşmektedir. Zeminin yarı katıdan katıya dönüştüğü alt su muhtevasına büzülme limiti denir.
Sıvılık İndisi: Zeminin hangi su muhtevasında ne durumda olduğunu gösterir. Sıvılık indisinin 1 olması zeminin arazide likit limite yakın bir su muhtevasını, sıfır olması plastik özelliklerinin alt limitini, sıfırdan küçük olması ise kuruluk durumunu yansıtır.
n P
L
P
w w
I I
= −
Üçgen Sınıflandırma Sistemi
Zeminin içerdiği kum, silt ve kil yüzdeleriyle eksenel olarak diyagrama girilir ve bunların kesiştiği noktadaki ad zemine verilir. Burada Lem %20’den az kil içeren, bu nedenle tarımda kolayca işlenebilir toprağa verilen addır.
İnşaat mühendisliğinde 1920’lerde kullanılmıştır.
Kıvam Limitleriyle Sınıflandırma
0.074 mm (No.200) elekten geçenlerin oranının %50’den fazla olduğu zeminler ince daneli olarak kabul edilir ve sınıflamada kıvam ana kriter olarak kullanılır. Kıvam limiti deneyleri (likit limit ve plastik limit) numunenin 0.425 mm (No.40) elekten geçen kısmı üzerinde yapılır ve zeminler likit limit değerine göre düşük (L), orta (I) ve yüksek (H) plastisiteli olarak adlandırılırlar.
0.73 ( 20)
p L
I = ⋅ w − A doğrusunun denklemi (killer A doğrusunun üstünde, siltler altında yer alır) 0.90 ( 8)
p L
I = ⋅ w − Ü doğrusunun denklemi
Karayolları Sınıflandırma Sistemi
1928 Amerikan Kamu Karayolları Bürosu (US BPR)
1945 Amerikan Eyalet Karayolları Memurları Birliği (AASHO)
1970 +Trafik Görevlileri (AASHTO)
Günümüzde uygulandığı şekliyle AASHTO karayolları sınıflandırma sistemine göre zemin No.200 (74 mikron), No.40 (0.425 mm), No.10 (2 mm) elekten geçen yüzdeleri, kıvam limitleri ve bunların bileşimi olan Grup İndisinin kullanımı ile sınıflandırılır. Grup İndisi negatif bulunursa sıfır kabul edilir.
Çizelge ile kullanımda önce zeminin ince içeriği yüzdesi ve likit limit değeri ile girilir ve bunları birleştiren doğrunun soldaki düşey ölçeği kestiği yerden A sayısı okunur. Sonra yine ince içeriği ve plastisite indisini birleştiren doğrunun uzantısından B sayısı okunur ve Grup İndisi GI=A+B şeklinde bulunur. A-2-6 ve A-2-7 guruplarında G.I. sadece plastisite indisi değeriyle bulunur.
[ ] [ ]
. . ( 35) 0.2 0.005( L 40) 0.01 ( 15)( P 10) G I = F− + w − + F− I −
Birleştirilmiş Sınıflandırma Sistemi USCS: Unified Soil Classification System
a) Malzemenin No.200 elekten geçen yüzdesi b) İri bölümün No.4 elek üzerinde kalanı c) Dane dağılımı kriterleri
d) Kıvam limitleri (doğal su muhtevasında ve kurutulmuş örnekler üzerinde deneyle) e) No.40 elekten geçen bölümün plastisite kartındaki yeri
Bu kriterlerin uygulanması sonucunda zemin, iri daneli, ince daneli, organik zemin ve turba olarak dört ana gurupta toplanmakta ve numuneye iki veya dört harfli bir isim verilmektedir.
Dane Boyutuna Göre Ayırım (ASTM)
İsim Boyut
Blok D>300 mm
Taş 75<D<300 mm Çakıl (G) 4.76<D<75 mm
Kum (S) 0.076<D<4.76 mm İnceler < 0.076 mm
Silt (M) ve kil (C) inceler olarak nitelendirilmekte, bunlar için dane boyutu ayırımı verilmemektedir.
Malzemenin yarısından fazlası No.200 elek üzerinde kalıyorsa zemin kaba daneli, azı kalıyorsa ince daneli.
İri daneli zeminlerde, Cu≥6 (kumlarda), Cu≥4 (çakıllarda) ve ayrıca her iki gurupta 1≤Cr≤3 olan zeminler “iyi derecelenmiş (W)”, Cu ve Cr’ den herhangi biri buna uymazsa “üniform (P)” simgesi alırlar.
İnce daneli zeminlerde ayırım plastisite kartı ile yapılır. Likit limit 50’den küçükse düşük plastisiteli (L), büyükse yüksek plastisiteli (H) zemin denir.
0.75
kurutulmuş
doğal L
L
w
w < ise organik zemin (O)
TS1900/1987 İnşaat Mühendisliğinde Zemin Laboratuvar Deneyleri 2. Zemin Sınıflandırma Deneyleri
2.1. Deney 1 – Su Muhtevasının Ölçümü 2.2. Deney 2 – Likit Limitin Ölçümü
2 (A) – Önerilen Metod (Konik Penetrometre) 2 (B) – Yedek Metod (Casagrande Metodu)
2.3. Deney 3 – Plastik Limitin Ölçümü ve Plastisite İndisinin Bulunması 2.4. Deney 4 – Tek Eksenli Büzülmenin Ölçümü
2.5. Deney 5 – Zemin Danelerinin Özgül Ağırlığının (Bağıl Yoğunluk) Ölçümü 5 (A) – İnce Daneli Zeminler İçin Deney Metodu
5 (B) – Orta ve İri Daneli Zeminler İçin Deney Metodu 2.6. Deney 6 – Dane Çapı Dağılımının Bulunması
6 (A) – Standart Metod (Yıkamalı Eleme Metodu) 6 (B) – Kuru Eleme Metodu
6 (C) – İnce Daneli Zeminler İçin Önerilen Metod (Pipet Metodu)
