Zemin permeabilitesinin elektriksel analoji ile belirlenmesi

Abstract

Geoteknik problemlerin çözümü aşamasında zemine ait birçok parametrenin bilinmesi gerekmektedir. Permeabilite katsayısı zeminin en büyük aralıkta değişen ve belirlenmesi en zor parametrelerinden biridir. Permeabilite katsayısının hızlı ve doğru olarak hesaplanması Geoteknik Mühendisliği problemlerinin çözümü konusunda büyük katkı yapacağı açıktır. Tez çalışması kapsamında permeabilite katsayısının, zemine ait elektriksel akım karakteristikleri kullanılarak hesaplaması amaçlanmıştır. Bu amaçla ilk aşamada hidrolik iletkenlik ve elektriksel iletkenlik arasındaki matematiksel ilişki gösterilmiştir. İkinci aşamada ise bu ilişkinin doğruluğu deneysel çalışma yapılarak irdelenmiştir. Elektriksel akım karakteristiklerinin belirlenmesi için, Zaman Tanım Alanında Yansıma (Time Domain Reflectometry, TDR) yöntemi kullanılmıştır. TDR yöntemi, cihaz tarafından üretilen bir sinyalin bir iletim hattı boyunca ilerlemesi ve empedans eşleşmezliği oluşması durumunda geri yansıyan sinyalin ölçülmesi ilkesine dayanmaktadır. Deneysel çalışma kapsamında 4 farklı zemin örneği kullanılmıştır. İlk olarak zeminlerin belirli fiziksel ve geoteknik özellikleri belirlenmiştir. Ardından zemin örnekleri 11 farklı su içeriğinde kompaksiyon kalıplarına sıkıştırılmıştır. Sıkıştırılan zemin örneklerinden TDR ölçümleri alınarak elektriksel akım karakteristikleri hacimsel su içeriği ve kuru yoğunluk değerleri hesaplanmıştır. Elektriksel akım karakteristikleri belirlenen her bir zemin örneği 5 farklı boşluk oranında permeabilite kalıplarına yerleştirilmiş ve sabit seviyeli permeabilite deneyleri yapılmıştır. Permeabilite deneyleri ile eş zamanlı olarak TDR ölçümleri alınmış ve bu ölçümler kullanılarak permeabilite katsayıları hesaplanmıştır. Elektriksel yöntemlerle hesaplanan permeabilite katsayıları, alışılagelmiş yöntemlerle hesaplanan permeabilite katsayıları ile karşılaştırılarak sonuçlar irdelenmiştir. Yapılan tüm çalışmaların sonucunda elektriksel yöntemlerin permeabilite katsayılarının tahmin edilmesi konusunda hızlı ve kullanılabilir bir yöntem olduğu sonucuna varılmıştır.

Coefficient of soil permeability varies over a wide range, and its determination in the field can be cumbersome and time consuming. It is clear that rapid and accurate determination of the coefficient of permeability will make a significant contribution to Geotechnical Engineering. In this thesis, it is aimed to determine the coefficient of permeability with the use of the soil electrical current flow characteristics of the soils. For this purpose, the mathematical relationship between the hydraulic and electrical conductivities of soils is presented in the first stage. In the next stage, the validity of the relationship is investigated through experimental studies using. Time Domain Reflectometry (TDR). TDR is based on monitoring the propagation of an electromagnetic signal produced by the device, along a transmission line and measuring the reflected signal caused by the impedance mismatch. Four soil types were included in the experimental studies. Firstly, some physical and geotechnical properties were identified. Subsequently, soil specimens with 11 different water content values were compacted in the moulds. TDR measurements were performed on the compacted specimens and electrical properties, volumetric soil water content and bulk density values were obtained. Each of the specimens with known electrical characteristics at five different void ratios was placed in the permeability mould, and constant-head permeability tests were performed. TDR measurements were taken simultaneously with the permeability tests and coefficient of permeability was calculated. The coefficient of permeability obtained by the TDR was compared to that of the value calculated from the conventional methods. Based on the findings of the experimental program, the TDR approach of measuring the coefficient of permeability is concluded as rapid and usable.