Genel Anlamda Toprak Prof.Dr.Rasim OKURSOY 1

18.10.2012

Genel Anlamda Toprak

Yeryüzünün dışını ince bir tabaka halinde kaplayan,

kayalar ve benzeri inorganik ve organik maddelerin ayrışma ürünlerinin karışımından oluşan, üzerinde ve içerisinde çok çeşitli türden canlı varlıkları barındıran, bitkilere durak yeri ve besin

kaynağı oluşturan, içerisinde

ayrıca belirli oranda su ve hava

bulunduran üç boyutlu canlı bir

varlıktır.

Toprağın Katı Bileşenleri ..

Toprağın inorganik maddesinin oluşumu :

• Tortul (çökelme etkisi ile)

• Püskürük (mağmanın basınçla yeryüzüne çıkıp soğuması ile)

• Metamorf (yer yüzünde kimyasal ve fiziksel etkiler ile değişerek) Toprağın inoganik yapısının temeli minerallerdir

Mineral Primer veya orjinal (birincil) Sekonder (ikincil)

kuvartz

Hematit, limonit

Toprağın Katı Bileşenleri ..

Toprağın Organik maddesinin (humus)oluşumu :

• Bitkisel artıklar çürümesi ile

• Hayvansal artıkların çürümesi ile

• Topraktaki mikroorganizma faaliyetleri ile Toprağın organik yapısının temeli humus’tur

Humus ^nitrojen

Fosfor

Bir toprakta %0.5 ile %12 arasında

değişen oranlarda organik madde

bulunabilir

Toprak Suyu ve Toprak Havası

Toprak suyunun başlıca kaynakları :

• Doğal yağışlar

• Sulama suyu

Toprak Suyu Yüzey akışı

Toprağın granül yapısı, toprak içerisinde tutulan suyun miktarını belirler.

Sızan Su (infiltasyon)

Toprak Suyu

Toprak suyu

 Sızan Su (infiltre su)

 Kapillar su (absorbtif su)

 Higroskopik su (adezyon suyu ya da bağlı su)

 Taban suyu

Toprak Suyu



1-Taban suyu :Gözenekleri dolduran ve yer çekimi etkisinden başka bir etki altında kalmayan sudur.



Kapillar su : Serbest taban suyu üzerine yüzey gerilimi ile itilen sudur.Su tablasından belirli bir yüksekliğe kadar olan bölgede yer alan gözeneklerin tamamı kapillar su ile doludur. Buna kapillar doygunluk bölgesi denir. Bu bölgenin üzerindeki gözeneklerin bir kısmı su ile dolu olan bölge bulunur ki buna da açık kapillar bölge denir.



Bağlı su :Higroskopik su da denir. Tanelin yüzeyinde negatif basınçla tutulan sudur.



Su filmi : yüzey gerilimi nedeniyle tanenin etrafını ince bir film çeviren normal sudur.



İnfiltre Su :Sulama ve ya fazla yağıştan sonra yer çekimi etkisi ile toprağın derinliklerine doğru sızan sudur.

Adezyon: toprak moleküllerinin suyu çekmesi, Kohezyon ise su moleküllerinin dipol özellikleri nedeniyle birbirini çekmesi durumudur. Kohezyon suyu kapillar su olup, suyun tutulması yine kendi molekülleri sayesinde olmaktadır. Kohezyon suyu en az 1/3 atm basınçla tutulan sudur.

Toprak Suyu

Toprak-Su ilişkilerinde kullanılan en önemli birim pF’dir. pF, basıncın cm su sütunu (cmSS) olarak yüksekliğinin logaritmasıdır. Örneğin 10 cmSS değerindeki basınç log10=1 pF’dir. Buna göre :

1 atm=76 cm Hg = 1033 cmSS ≈3 pF dir. Toprakta en yüksek emme gücü (basınç) 10000 atm olduğuna göre: 10000 atm=1033*10000≈10⁷ cmSS=7log10 pF=7pF olur.

Şu halde toprak suyunun sınıflandırılmasında 3 adet katsayı önemlidir :

1-Higroskopik Katsayı : Su buharı ile %98.2 oranında doygun bir havadan fırın kuru bir toprağın emebildiği su buharı tutulma gücüdür. Bu güç 31 atm=4.5 pF’tir.

2-Tarla Kapasitesi : Yerçekiminin etkilediği sular 1/3 atm=2.54 pF’den daha

düşük negatif basınçla tutulan sulardır. 2.54 pF sınır değerine tarla kapasitesi denir.

3-Maksimum Su Kapasitesi : Doygun durumdaki toprak maksimum su kapasitesinde olup emilme gücü 0 pF’dir.

Toprak Suyu

Topraktaki su miktarının çok fazla düşmesi durumunda toprakta kalan su toprak tanecikleri tarafından artan bir negatif basınçla tutulmaya başladıklarından, bitkilerin bu sudan yararlanması gittikçe güçleşir, ve bitkiler bu yüzden zaman içerisinde solmaya başlar. Solma, kültür bitkilerinde yaklaşık suyun toprak tarafından 15 atm değerindeki negatif basınca eşit ve daha fazla tutulması durumunda meydana gelmektedir. O halde 15 atm ve daha fazla negatif basınçla tutulan sular yarayışsız sulardır. Yavaş hareketli kapillar su ile higroskopik sular da bu guruptadır. Bitkiler için solma noktası, solma katsayısı (SK) ile belirlenmektedir : Solma katsayısının belirlenmesinde Higroskopik Katsayı (HK)’dan yararlanılır :

Burada, SK, solma katsayısı, HK ise Higroskopik katsayıdır.

84 0.

SK HK

Toprak Suyu

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri

Grup Parça Büyüklüğü

Kaba çakıl-kaba taş 25 cm’den büyük İnce çakıl-ince taş 15 - 25 cm

Mıcır 0.5 - 15 cm Kaba Kum 1 mm – 5 mm

İnce kum 0.075 mm -1 mm Silt (tın veya mil) 2 µm -75 µm

Kil 1 µm - 2 µm Kolloid 1 µm’dan küçük

1 µ (mikron)=1/1000 mm



Topraktaki silt taneleri rüzgar ve su ile kolayca taşınabildiğinden toprak erezyonundan etkilenen en önemli partiküllerdir.



^{Killer toprakta su ve besin}

elemenlerini tutar ve toprak ısısını düzenler.



Killi topraklar kohesif topraklardır. Kil tanelerinin birbirine yapışma derecesine kohezyon denir.



Bitki besleme açısından önemli kil mineralleri, kaolinit, illit ve montmorillonit’tir.

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri

 Topraktaki kil oranının %25 olması, toprak yapının ağır ve killi olmasına yeterlidir. Killi topraklar, yapışkan (kohesif) olup ve yüksek derecede plastiklik özelliğine sahiptir.

 Agregatlar, toprak tanelerinin çeşitli fiziksel etkiler altında birleşerek meydana gelmiş toprak kümeleridir. Agregatlar da gözenekli yapıya sahip olduğundan su tutma yetenekleri yüksektir. İdeal bir toprak örneğinde agregat miktarı örnek ağırlığının %20’sini geçmemelidir.

 Bir toprak kitlesi içerisindeki bireysel toprak tanelerinin % olarak oranlarına toprak bünyesi ya da textür, toprak tanelerinin guruplar halinde kümeleşmiş biçimine ise toprak yapısı ya da strüktür denir.

 Toprak örneğinin laboratuvar koşullarında bünyesini belirlemek amacıyla

yapılan analize ise mekanik analiz denilmektedir.

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri

Mekanik analiz sonucu toprakların bünye sınıfı üzerinde 12 adet bölgenin bulunduğu textür üçgenine göre belirlenir.

Textür üçgeni bölgeleri

1 kil 7 Kumlu tın

2 Kumlu kil 8 Tın

3 Siltli kil 9 Siltli tın 4 Kumlu killi tın 10 kum

5 Killi tın 11 Tınlı kum

6 Siltli killi tın 12 Silt

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri

Örnek1 : Bünyesinde %20 oranında silt,

%50 oranında kil ve kalan %30 oranında kum içeren toprağın bünyesi kil’dir.

Textür üçgeni bölgeleri

1 kil 7 Kumlu tın

2 Kumlu kil 8 Tın

3 Siltli kil 9 Siltli tın 4 Kumlu killi tın 10 kum

5 Killi tın 11 Tınlı kum 6 Siltli killi tın 12 Silt

Örnek2 : Bünyesinde %30 oranında silt,

%30 oranında kil, ve kalan %40 oranında

kum içeren toprağın bünyesi killi tın’dır.

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri Kıvamlılık limitleri



Toprakta tutulan su miktarı toprağın kıvamlılığı ile yakından ilgilidir. Kıvamlılık, plastiklik ile belirlenir.



İsveçli tarımcı Atterberg, 20 Yüzyılın başlarında 2 mikrondan küçük olacak şekilde öğütülmüş kuvarsın plastiklik göstermediğini buna karşılık mikanın tane büyüklüğü azaldıkça artan derecede plastiklik gösterdiğini ve topraktaki plastikliğin nedeninin tanelerin üzerinde elektromanyetik yüklerin olduğunu bulmuştur.



Atterberg’e göre toprakların katıdan sıvıya kadar olan durumları içerdikleri nem oranlarına göre 6 kısımda ortaya konulmuştur. Atterberg’in ortaya attığı bu durum Literatürde Atterberg Limitleri olarak bilinmektedir. Atterberg limitleri şunlardır :

1-Viskos akışın üst limiti (UL) 2-Likit (akışkanlık) limiti (LL) 3-Yapışkanlık limiti (YL) 4-Kohezyon Limiti (KL) 5-Plastik limit (PL)

6-Büzülme limiti (BL)

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri Kıvamlılık limitleri

1-Viskos akışın üst limiti (VL): Kil ve su bir sıvı gibi akışkan haldedir.

2-Likit (akışkanlık) limit (LL) : Viskos akışın alt sınırıdır. Bu sınır değerinin üzerinde toprak+su karışımı akışkan halde iken, bu sınır değerinin altında plastik özelliğe sahiptir.

3-Yapışkanlık limiti (YL): Bu da bir sınır değerdir. YL üzerinde neme sahip topraklar

temas ettikleri objeye yapışır ve onu ıslatırlar. YL altındaki nem değerinde yapışma ve ıslatma görülmez.

4-Kohezyon Limiti (KL) : Toprak tanelerinin birbir ile temas halinde iken birbirine

yapışmadığı durumdaki nem içeriğidir.

5-Plastik limit (PL): Plastik durumun alt değeridir. Toprağın avuç içerisinde

yuvarlandığında dağılmadan iplikçik haline getirilebildiği durumdaki nem durumudur.

6-Büzülme limiti (BL): Toprakta, fazla oranda buharlaşma ile oluşan su kaybı yüzünden hacimde daha fazla azalmanın artık meydana gelmediği durumdaki nem değeridir.

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri Kıvamlılık limitleri

Likit limit (LL) tayini laboratuvar koşullarında Atterberg Limit cihazı ile yapılır. Likit limit kabına konan ve içerisine düzgün bir yarık açılan toprak örneği, içerdiği % Nem oranına bağlı olarak yarığın kapanmasına kadar vurdurulur. Yarığın kapanması durumunda toplam vuruş sayısının (n) logaritmik değeri ile toprak örneğinin nem oranı grafik olarak çizdirilir.

Logaritmik grafikte elde edilen doğrunun eğimine akım indeksi denir. Bu grafikten yararlanılarak 25 adet vuruşa karşılık gelen nem değeri Likit limit (LL) olarak alınır.

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri Kıvamlılık limitleri

1-Plastik limit (PP), toprağın iki elin avuçları arasında yuvarlatılarak 3 mm çapında iplikçiklerin yapılabilmesi durumundaki nem oranıdır.

Toprak % Nem

Çok ince kum 17-20 (PL) Silt 20-25 (PL) Kil 25-35 (PL)

2-Plastiklik indeksi (PI), topraktaki likit limit ile plastik limit durumundaki nem oranları arasındaki farktır :

PI=LL-PL (LL>PL)

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri Kıvamlılık limitleri

1-Kohezyonsuz topraklar 2-Az sıkışabilen inorganik siltler

3-Orta derecede palstik inorganik ve organik siltler

4-Orta derece plastik inorganik killer 5-Fazla plastik inorganik killer

6-Fazla sıkışabilen inorganik siltler ve organik killer

3-Sertlik indeksi (IP), topraktaki plastiklik indeksinin akım eğrisinin eğimine (F) oranıdır. Sertlik indeksi aynı zamanda “Dayanıklılık İndeksi” olarak ta tanımlanmaktadır.

4-Likitlik indeksi (LI), topraktaki plastiklik durumdaki nem oranı ile doğal doğal durumdaki nem oranı arasındaki farkın,plastiklik indeksine oranlanması ile bulunur. Bir başka deyimle :

PI PL -

%Nem PL

- LL

PL - LI %Nem

Doğal haldeki nem oranı (%Nem) likit limite (LL) eşit olan topraklarda Likitlik indeksi (LI) 1’e, plastik limite eşit olan topraklarda ise 0’a eşittir. Bu durum sadece plastik topraklar için geçerlidir.

F IP PL

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri

Kıvamlılık limitleri

)(

( BL w

w a

q

γ ) ρ

5-Büzülme ve Büzülme limiti

Nem oranı yüksek yada doygun durumdaki killi topraklarda nemin aniden buharlaşması sonucunda topraktaki hacim küçülmesine büzülme denilmektedir.

Büzülme limiti (BL)ise, gözeneklerdeki toprak suyunda fazla buharlaşmanın meydana gelmesi durumunda toprak haciminde azalmanın durduğu andaki toprak nemi ile açıklanır. Bir başka deyişle, artan sıcaklık ve toprak nemindeki buharlaşmaya bağlı olarak toprakta oluşan büzülmenin durduğu andaki toprak nemi, büzülme limitidir.

Büzülme limiti, toprak örneğinin fırın kuru ağırlığından hareketle belirlenir. Fırında kurutulmuş bir kesek, civaya daldırılır. Civa gözeneklere dolmadığından, toprağın kuru hacmi kadar toprakla yer değiştirir ve kuru toprak örneğinin hacmi belirlenir.

Civanın yoğunluğu ∂a=13.6 olduğuna göre büzülme limiti şu eşitlikle bulunur:

Eşitlikte : w_q fırında kurutulmuş toprak hacmidir (cm³).

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri

Kıvamlılık limitleri

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri

Fiziksel Özellik Kumlu Toprak Killi toprak

Plastiklik Plastik değil plastiktir

Hacim değişmesi Çok azdır Fazla oranda şişebilir

Geçirgenlik Yüksek oranda Fazla geçirgen değildir

Drenaj Yer çekimi ile iyi drene olur Drene olmaz

Kapillarite Hızlı kapillarite az yükseliş Yavaş kapillarite, fazla yükseliş

Sıkışabilme İyi sıkışabilir Yüksek oranda sıkışır

Kayma mukavemeti Sürütünme katsayısı etkilidir Sürütnme ve kohezyon etkilidir Titreşime tepki Sonucu sıkışmadır Belirgin bir tepkisi yoktur

 Ortalama tanecik çapı 2 µm’dan küçük (Kil ve kolloid) olan toprak taneleri toprağın ince fraksiyonunu oluştururlar ve bunlar sadece elktron mikroskobu ve X-ışını analiz yöntemleri ile incelenirler. Bir toprasğın fiziksel özelliği, ince fraksiyonunun etkisi altındadır.

 Tane büyüklüğü tane çapına göre belirlendiğinden, düzgün olmayan toprak taneleri için eşdeğer küre kavramı kullanılmaktadır.

 Eşdeğer küre, iğne veya çubuk şeklinde düzgün olmayan toprak tanelerinin hacmine veya yüzey alanına eşit hacme ya da yüzey alanına sahip küredir.

 Düzgün olmayan toprak tanelerinin büyüklükleri eşdeğer küre kavramının kullanılarak verilmesi durumunda, tanecik büyüklüğü hakkında tam anlamıyla doğru bilgiler elde edildiği söylenemez.

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri



Topraktaki kum tanecikleri elekler yardımı ile silt ve kil tanecikleri ise sedimantasyon (çökelme) yardımı ile belirlenir. Bu tekniğin dayandığı temel yasa Stokes Yasasıdır.



Stokes yasası, bir sıvı içerisinde yer alan silt ver kil partiküllerinin büyüklüklerine göre ya da eşdeğer küre çaplarına bağlı olarak farklı zaman ve hızlarda çökelme durumlarını ortaya koyar. Bu yasaya göre,

t gd L 30η

Gw) v (Gs

Gw)gt (Gs

d 30nL

2

v: çökelme hızı (cm/dak)

Gs:Toprağın katı kısımlarının yoğunluğu (≈ 2.66) Gw : suyun yoğunluğu (≈ 1.0 alınabilir)

η : Sıvının (suyun) viskositesi (poise) 1 poise=1g/cms

L : parçacığın çökelme yüksekliği (cm) T : çökelme süresi (dak)

Mineral Toprakların Fiziksel Özellikleri

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

Yoğunluk

Hacim Ağırlığı Boşluklar Oranı Porosite

%Nem Oranı

Doygunluk Derecesi (saturasyon)

Toprak sıkışıklığı

Yoğunluk :

Bir cismin ağırlığının, cisimle aynı hacimde bulunan +4 ºC’de ki saf suyun ağırlığına oranıdır. Ağırlık oranı olduğuna göre yoğunluğun birimi yoktur. Bu sıcaklıktaki 1 cm³ saf suyun ağırlığı 1 gram olduğuna göre, yoğunluk birim hacimdeki katı cismin ağırlığının 1’e oranlanması olarak karşımıza çıkmaktadır.

Civa için yoğunluk 13.6, altın elementi için 19.3’tür.Bunun anlamı civa saf sudan 13.6 kez, altın ise 19.3 kez daha ağırdır.

Topraklar için yoğunluk, tane yoğunluğu ile eş anlamlıdır. Doğadaki toprakların tane yoğunluğu 2.5 ile 2.8 arasında değişir. Genel olarak topraklar için tane yoğunluğu 2.66 olarak alınmaktadır.

w d

γ

Gs γ

Eşitlikte :

Gs - toprağın tane yoğunluğu. (Bu değer 2.66 alınır) γ toprağın kuru hacim ağırlığı (g/cm³) γ

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

Hacim Ağırlığı (γ) :

Bir toprak örneğinin hacim ağırlığı, örnek ağırlığının örnek hacmine oranlanması ile bulunan değerdir. Dolayısı ile hacim ağırlığının birimi g/cm³ olup γ ile gösterilir.

Topraklarda hacim ağırlığı iki türlü ifade edilir :

 Islak hacim ağırlığı (γm ; hiç kurutulmamış örneklerde)

 Kuru hacim ağırlığı (γd ; +105 derecede 24 saat kurutulmuş örneklerde) Hacim ağırlığı SI birimler sisteminde g/cm³ ile ifade edilirken ingiliz birimler sisteminde lb/ft³ ile tanımlanır. Hacim ağırlığının aynı zamanda kN/m³ olarak belirtildiği durumlar da vardır.

Islak Hacim Ağırlığı (g/cm³) Kuru hacim Ağırlığı (g/cm³) Killi topraklarda en fazla 1.60

Kumlu topraklarda 1.2-1.8 arasında

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

Boşluklar Oranı (e):

Bir toprak örneğinde katı tanecikler dışındaki toplam hava ve su hacminin katı kısımlar hacmine oranıdır. Bu parametre, toprakta hava ve suyun iyi bir şekilde dağılıp dağılmadığı hakkında fikir verir. Boşluklar oranı bir katsayıdır ve e ile gösterilir. İdeal durumlarda kuramsal olarak, boşluklar oranı bir toprakta

0<e≤∞ arasında olablirken, gerçekte bu değer, killi topraklarda 0.7 ile 1.1 arasında, kumlu topraklarda ise 0.5-0.8 arasında değişmektedir.

Vs Vv Vs

Vw e Va

Eşitlikte :

Va - toprak örneğindeki havanın hacmi (cm³) Vw - toprak örneğindeki suyun hacmi(cm³) Vs – toprak örneğindeki katı kısımların hacmi (cm³) Vv – toprak örneğindeki boşluklar (hava + su) hacmi

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

Porosite (n):



Bir toprak örneğindeki hava ve su hacminden oluşan boşlukların veya gözeneklerin hacminin toplam hacim içerisindeki oranının % olarak tanımlanmış şeklidir. Bu değer n ile gösterilir ve kuramsal olarak standart bir toprakta 0 ile 100 arasında değişmektedir.



Bazı kaynaklarda boşluklar hacmi olarak tanımlanan porosite, gerçekte kumlu topraklarda %35-%50, killi topraklarda ise %40-%60 arasındadır.



Organik madde miktarının fazlalığı porositeyi etkileyen en önemli faktördür. Diğer yandan toprağın işlenerek kabartılması ile porosite artarken, toprak sıkışıklığı (kompaksiyon)

nedeniyle porosite azalmaktadır.



Toprakta ortama çapı 60 µ’dan büyük olan boşluklara, büyük boşluklar bu değerden küçük olanlara ise küçük boşluklar denilmektedir.



Toprağın ortalama %50 oranında boşluklar oranına sahip olması ve bunun en az yarısının büyük, diğer yarısının ise küçük boşluklardan oluşması bitkisel üretimde ideal koşulları

oluşturması bakımından önemlidir.

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

V x100 x100 Vv

V Vw n Va

T T

Gs x100 100 γ

n

^d

e 1 n e

Eşitliklerde :

n – toprağın porositesi e – boşluklar oranı

γ_d - toprak örneğinin kuru baza göre hacim ağırlığı (g/cm³) Gs – tane yoğunluğu

Va – toprak örneğindeki havanın hacmi (cm³) Vw - toprak örneğindeki suyun hacmi(cm³) V_T – toprak örneğinin toplam hacmi (cm³)

Vv – toprak örneğindeki boşluklar (hava + su) hacmi (cm³)

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

Nem Oranı (%Nem):



Bir toprak örneğindeki % nem oranı, topraktaki nem ağırlığının, katı kısımlarının ağırlığına oranının % olarak ifadesidir.



Nem oranının belirlenmesi için toprak örneğinin yaş ve kuru ağırlıklarının bilinmesi

gerekmektedir Yaş ve kuru ağırlık arasındaki fark nem ağırlığı olduğuna göre, toprak örneği önce yaş olarak tartılır ve daha sonra +105 ºC’de 24 saat süreyle kurutma dolabında kurutulmaktadır.



Kuru baza göre yapılan bu nem tayinine Gravimetrik yöntem adı verilmektedir.



Doğada ortalama olarak %60 oranında nem içeriğine sahip topraklar bulunabilmektedir.



Çok kuru topraklarda bile nem oranı %2-3 olabilirken, teorik olarak topraktaki nem oranının en üst sınırı %100’dür. Ne var ki, doğada %100 nem içeriğine sahip toprak bulmak mümkün değildir.



Toprak neminin maksimum değerde olması, onun doygun (sature) durumda olması ile eş anlamlıdır.

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

x100 1

Gk - x100 Gy

Ws

%Nem Ww

Eşitlikte :

Ww – topraktaki nem ağırlığı (yaş ağırlık-kuru ağırlık) (g) Ws – toprağın katı kısımlarının ağırlığı (g)

Gy – toprak örneğinin kurutulmadan önceki ağırlığı (g) Gk – toprak örneğinin kurutulduktan sonraki ağırlığı (g)

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

Saturasyon Derecesi (%S):



Bir toprak örneğinin saturasyon derecesi, aynı zamanda doygunluk derecesi ile

tanımlanmaktadır. Saturasyon derecesi, topraktaki nem hacminin boşluklar içerisindeki oranının % olarak tanımlanmış şeklidir.



Toprak neminin maksimum değerde olması, onun doygun (sature) durumda olması ile eş anlamlıdır.



Bir toprağın doygunluk derecesi kuramsal olarak %0 ile %100 arasında değişmektedir.

Doygunluk derecesinin %100 olması gözeneklerin tamamının su ile hiç hava kalmayacak şekilde doldurulduğu anlamına gelmektedir.



Çok kuru topraklarda saturasyon teorik olarak %0 olmasına rağmen gerçekte en kuru çöl toprağında bile %2-3 nem olduğundan bu değere hiçbir zaman ulaşılamaz.



Toprak gözeneklerinin tamamen su ile %100 oranında dolu durumda bulunduğu (doygun) durumda belirlenen hacim ağırlığına doygun hacim ağırlığı denilmektedir.

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

Vv x100

%S Vw x100

V γ γ Vv

γ

T d w

st

Eşitliklerde :

S – toprağın saturasyon derecesi γ

_d

- toprak örneğinin kuru baza göre hacim ağırlığı (g/cm

³

)

γ

_st

– toprağın doygun hacim ağırlığı (g/cm

³

) γ

_w

– saf suyun yoğunluğu (+4º C’de) (bu değer 1’e eşittir) Vw - toprak örneğindeki suyun hacmi(cm

³

) V

_T

– toprak örneğinin toplam hacmi (cm

³

)

Vv – toprak örneğindeki boşluklar (hava + su) hacmi (cm

³

)

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

Toprak sıkışıklığı (kompaksiyon)

Toprağın mekanik bir şekilde istiflenerek tanelerin birbirini daha yakın bulunmasının sağlanmasıdır.

Sıkışık topraklarda hava miktarı azalacağından

bitkilerin kök gelişimi olumsuz yönde etkilenir. Tarla trafiğinin yoğun olması sonucu toprağın

derinliklerinde oluşan sıkışık toprak katmanlarına hardpan veya pulluk tabanı adı verilir.

Toprak sıkışıklığı tarla koşullarında penetrometre denilen bir aletle ölçülür. Toprak sıkışıklığı, koni indeksi şeklinde penetrometrenin toprağa

bastırıldığında tutağa uygulanan kuvvetin standart konik ucun tabanına oranlanması ile

belirlenmektedir.

Toprak penetrometresi

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

Örnek-1

Tarla koşullarından alınan ıslak bir toprak örneği 1000 cm³ hacimdeki bir kaba sıkıştırılmış ve ağırlığı kap ile birlikte 1870 g olarak ölçülmüştür.

Daha sonra bu örnek, kabı ile birlikte bir kurutma dolabına konarak +105ºC’ de 24 saat süreyle kurutulmuştur. Toprak örneğinin içinde bulunduğu kap ile birlikte kurutulduktan sonraki ağırlığı 1677 g olarak ölçüldüğüne göre;

a)-Toprak örneğinin kuru baza göre %Nem oranını, b)-Toprağın kuru hacim ağırlığını,

c)-Toprağın porositesini,

d)-Topraktaki boşluklar oranını, e)-Toprağın doygunluk derecesini,

f)-Toprağın doygun durumdaki hacim ağırlığını hesaplayınız.

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

18.10.2012

Verilenler :

Yaş ağırlık (Gy) =1870 g Kuru Ağırlık(Gk)=1677 g

Örnek hacmi (VT)=1000 cm³

Çözüm :

3 T

d

1.68 g/cm

1000 1677 V

γ Ws b)

%11.5 1677 x100

x100 193 Ws

%Nem Ww

g 193 1677

1870 Ww

a)

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

18.10.2012

Verilenler :

c)-Toprağın tane yoğunluğu 2.66 olarak ve suyun hacim ağırlığı ise 1 g/cm³ olarak alınırsa, toprağın porositesi 2 şekilde hesaplanabilir :

(2.Yol)

%36.9 2.66 x100

100 1.68 Gs x100

100 γ n

(1.Yol)

%36.9 1000 x100

369.5 V x100

n Vv

cm 369.5 630.5

1000 Vs

V Vv

cm 630.5 2.66

1

1677 Gs

γ Vs Ws

d T

3 T

3 w

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

18.10.2012

Verilenler :

d)-Toprağın boşluklar oranı (e), porosite hesabında olduğu gibi bu problemde iki türlü bulunabilir :

(2.Yol)

%58.6 0.3695 x100

- 1

0.3695 n

- 1 e n

(1.Yol) (%58.6)

0.586 630.5

369.5 Vs

e Vv

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

18.10.2012

Verilenler :

e)-Suyun yoğunluğu Gw=1 ve suyun hacim ağırlığı γ_w=1 g/cm³ olarak alınırsa, toprak örneğinin doygunluk derecesi %S şu şekilde hesaplanabilir :

%52.2 369.5 x100

x100 193 Vv

%S Ww

cm 1 193

1 193 γ

Gw

Vw Ww

³

w

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

18.10.2012

Verilenler :

e)-Suyun doygun durumdaki hacim ağırlığı ise :

3 T

d w

st

2.04 g/cm

1000 369.5 1.68 1

V Vv γ γ

γ

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

18.10.2012

Problem

Bünyesinde %15 oranında nem bulunan bir toprak örneğinin doygunluk derecesi %60 olarak bilindiğine göre;

a)Toprak örneğinin porositesini ve boşluklar oranını bulunuz.

b) Toprağın kuru hacim ağırlığını hesaplayınız.

Çözüm : Veriler :

%Nem=%15

S=%60 Gs=2.66 ve γw=1

w 3

d (2.66) 1.60 g/cm

0.665 1

Gs 1 e 1 γ γ

b)

%40) (

0.399 0.665

1

0.665 e

1 n e Porosite

(%66.5) 0.665

0.60 2.66 0.15

S Gs e %Nem

a)

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri

18.10.2012

Problem 1.3 :

Yüksekliği 10 cm olan içi 20 ºC sıcaklığında su dolu bir ölçü silindirinin içine atılıp homojen şekilde karıştırılan toprak tanelerinin 30 saniye içerisinde çökelen kısmın ortalama çaplarını Stokes yasasına göre belirleyiniz.

Çözüm :

Veriler : 20ºC sıcaklığındaki saf suyun mutlak viskositesi 0.01 poise’dir.

(1 poise =0.1N/m

²

ve 1 N=0.102 kg). Diğer yandan, g=980 cm/s

²

Gs=2.66 ve Gw=1 alınırsa,

mm)

0.5 (

cm 0.048

0.5 980

1.0 2.66

10 0.01 30

gt Gw - Gs

L n γ_d 30

Toprağın Ölçülebilen Fiziksel Parametreleri