Permeabilite, hem inşaat mühendisliği hem de tıp alanında oldukça sık karşılaşılan bir terimdir. Temelde her iki branştaki anlamı aynı olsa da ben bu yazımda bir inşaat mühendisliği kavramı olan permeabilite terimini sizlere anlatacağım. Permeabilite nedir, permeabilite katsayısı hesabı nasıl yapılır? Gelin hep birlikte öğrenelim.
Yazı İçeriği
Permeabilite Nedir?
Permeabilitenin kelime anlamı geçirgenliktir. Aslında teknik olarak da bu anlama gelir. Mühendislik malzemelerinin üzerinde gözenekler bulunur. Bu gözenekler ile su geçişi sağlanır. Yapının, üzerinde bulunan gözeneklerden su geçirme yeteneğine permeabilite denir. Permeabilite derecesi malzemeden malzemeye göre farklılık gösterir. Zemin, beton, kaya ve kayaçlar geçirgen malzemelerdir fakat her birinin geçirgenliği birbirinden farklıdır.
Permeabilite denilince akla zemin gelir çünkü hepinizin bildiği gibi zemin boşluklu yapıdadır. Bu boşluklar kılcal borularla birbirine bağlıdır. Her ne kadar bazı cisimler boşluklu olup boşluklar birbiriyle bağlantısız olsa da zemin böyle değildir. Zeminde bulunan su durağan durumda hareketsiz olabildiği gibi boşluklardan geçerek hareket de edebilir. Yer altı sularının akış hızı genelde düşüktür.
Permeabilite nedir sorusunu cevaplandırırken her cismin geçirgenliğinin farklı olduğunu söylemiştim. Bu farktan dolayı ortaya permeabilite katsayısı çıkmıştır.
Permeabilite Katsayısı Nedir?
Malzemelerin geçirgenliklerini yansıtan değere permeabilite katsayısı denir. Birimi m/s’dir yani hız boyutundadır. k sembolü ile gösterilir. Permeabilite katsayısını etkileyen birçok faktör vardır. Fakat bunların arasında en önemlisi dane boyutudur. Dane boyutu küçüldükçe geçirimlilik dolayısıyla permeabilite katsayısının değeri azalır.
Aşağıdaki tabloda bazı zemin tipleri için permeabilite katsayısı değerlerini bir araya getirdim. Dane boyutunun geçirimlilik durumuna nasıl etki ettiğini bu tabloyu inceleyerek daha iyi anlayabilirsiniz.
| Zemin Cinsi | Permeabilite Katsayısı | Geçirimlilik Durumu |
|---|---|---|
| Çakıl | >10-1 | Çok geçirimli |
| Kum | 10-1 – 10-5 | Geçirimli |
| Silt | 10-5 – 10-7 | Az geçirimli |
| Kil | < 10-7 | Çok az geçirimli ya da geçirimsiz olarak kabul edilebilir |
Tablodan da anlaşılacağı üzere dane boyutu küçüldükçe geçirimlilik de azalır. Su geçirimliliğinin az olmasının istendiği yerlerde permeabilite katsayısı düşük malzemeleri kullanmak mantıklı bir seçim olacaktır.
Permeabilite Katsayısı Nasıl Hesaplanır?
Permeabilite katsayısı çeşitli formüller ile hesaplanabildiği gibi arazide ve laboratuvarda yapılan ampirik deneyler ile de belirlenir. İngiliz Standartlarına göre permeabilite katsayısını hesaplamak için kullanılan dört yöntem vardır.
- Arazi deneyleri: Sondaj deliği veya pompalama deneyleri gibi deneyler.
- Zeminlerden alınan numunelerle laboratuvarlarda yapılan permeabilite deneyleri: Yatay kılcallık, düşey ve sabit seviyeli permametre vb.
- Dane büyüklüğü dağılımından yararlanılarak
- Odeometre ve üç eksenli deneyleri
Formül İle Permeabilite Katsayısının Hesaplanması
Allen – Hazen bağıntısı kullanılarak permeabilite katsayısı hesaplanır. Bu bağıntının kullanılabilmesi için granülometri deneyi yapılmalı ve dane boyları belirlenmelidir.
k = [ (0.70 + 0.3t ) / ( 86400) ] x [CD₁₀²]
Bu bağıntıda; k permeabilite katsayısı, t C⁰ cinsinden sıcaklık, C 100 – 150 arasında değişen sabit bir sayı, D ise dane çapı anlamına gelmektedir. Bu işlemler sonucunda permeabilite katsayısı cm/s biriminde bulunur.
Permeabilite Nelere Bağlıdır?
Permeabilite nedir yazıma permeabiliteye etki eden faktörlerle devam etmek istiyorum. Dolaylı veya doğrudan geçirimliliğe etkiden birçok etmen bulunur.
- Zemin boşluklarının yapısı
- Dane boyutu
- Dane dağılımı
- Danelerin dizilişi
- Suyun viskozitesi
- Suyum kimyasal bileşimi
- Homojenlik. Dane boyutunun homojenliği arttıkça permeabilite de artar.
- Danelerin yapısı. Danelerin pürüzsüz olması geçirimliliği artırır.
- Zemin boşluklarında bulunan hava miktarı
- Zeminin boşluk oranı
- Suyun birim ağırlığı
- Tabakaların durumu
Zeminde genelde su bulunduğu için permeabilitenin bağlı olduğu faktörleri sıralarken su üzerinden örnekler verdim. Fakat başka bir sıvının bulunduğu durumlarda yukarıda saydıklarım o sıvı için göz önünde bulundurulmalıdır.
Tavsiye Yazı: Porozite Nedir?
Bu yazımda permeabilite nedir ve permeabilite katsayısı nasıl hesaplanır sorularına elimden geldiğince cevap vermeye çalıştım. Umarım faydalı bir yazı olmuştur. Soru ve görüşlerinizi yorum kısmından benimle paylaşabilirsiniz. Permeabilite ile ilgili ileri okuma yapmak isteyenler için Prof. Dr. Bayram Ali Uzuner Temel Zemin Mekaniği kitabını öneririm. Bu yazıyı da oradan öğrendiklerim ışığında hazırladım.
