Permeabilite Nedir? Permeabilite Katsayısı ve Ölçülmesi

Permeabilite (geçirgenlik), gözenekli bir kütlenin içinden yapının su geçişine izin verme yeteneğidir. Bir malzeme suyun akışına yol açabilecek sürekli boşluklar içeriyorsa geçirgenlik özelliğine sahiptir. Kayalar, kayaçlar, betonlar, zemin vb. gibi mühendislik malzemeleri birbirlerine göre göreceli olsa da geçirgendir.

Permeabilite zeminin içerisinden suyun akışını ifade eden bir zemin özelliği olup hız boyutundadır. Zeminde bulunan boşluklar birbirleri ile kılcal bir boru gibi bağlantılıdır. Zemin içerisinde bulunan su, bu boşluklardan hareket ederek yüksek enerjili bir noktadan daha düşük bir noktaya akmaktadır. Akım bir, iki ya da üç boyutlu olabilirken, uygulamalarda üçüncü boyut genelde ihmal edilir.

Doygun zemin içindeki suyun bu hareketi zeminin geçirimliliğiyle ilgilidir. Geçirimlilik zemin cinsine göre farklılık göstermektedir. Geçirimliliğin belirlenmesinde Darcy yasasından faydalanılır.

Permeabiliteye Etki Eden Faktörler

Geçirimlilik akım koşulları yanında zeminin mekanik özelliklerini de etkiler. Zeminlerin geçirimliliğini etkileyen başlıca faktörler:

• Dane boyutları
• Dane yapısı
• Dane dağılımı
• Boşluk oranı
• Zeminin suya doygunluk derecesidir
• Dane boyu büyük ise permeabilite artar.
• Dane boyu homojen oldukça permeabilite artar.
• Genelllikle iyi yuvarlanmış danelerin permeabilitesi yüksektir.

Hidrolik iletkenlik veya farklı bir ifadesiyle permeabilite katsayısı ince daneli zeminler olmak üzere çoğu zeminlerin mühendislik davranışını etkileyen, suyun etkilerinin görülmesi açısından önemli bir büyüklüktür.

Permeabilite (Geçirgenlik) Katsayısı

Permeabilite-Geçirgenlik zemin tipinin bir işlevidir. Geçirgenliğin değeri, gözeneklerin ortalama büyüklüğüne bağlıdır ve dane boyutlarının, dane şeklinin ve zemin yapısının dağılımı ile ilgilidir. Tipik kumların ve çakılların geçirgenliklerinin tipik killere oranı çok büyük mertebeler ile ifade edilebilir (örneğin; %10⁶ veya %10⁸ mertebeleri). Kaba daneli bir zeminde yer alan ince bir malzemenin küçük bir yüzdesi bile, geçirgenlikte önemli bir azalmaya yol açabilir. Dane büyüklüğüne göre farklı zemin tipleri için, geçirgenlik katsayısı büyüklükleri aşağıdaki çizelgede gösterilmiştir. Görüldüğü üzere dane boyutu küçüldükçe permeabilite katsayısı küçülmektedir, en geçirgen malzeme çakıl olarak ortaya çıkarken en geçirimsiz malzeme baraj çekirdeklerinde de kullanılan kildir.

Zeminlerin geçirgenliği, en özellikle geoteknik mühendisliği olmak üzere inşaat mühendisleri için önemli parametrelerden biridir. Bu kadar önemli bir parametre olmasına rağmen, belirlenmesi en zor parametrelerden biridir. Permeabilite, çoğunlukla ilave düşey yük sebebiyle zeminde beklenen konsolidasyon özelliklerinin belirlenmesinde, barajların az geçirgen kil çekirdeklerinin veya toprak dolgu barajlarının stabilize analizlerinde, şevlerin ve dayanma yapılarının stabilite ve sızma hesaplarına kullanılan önemli bir büyüklüktür.

İnşaat Mühendisliğinde suyun zemin içindeki akımı ile birçok durumda karşılaşılır. Toprak yapılar (toprak baraj, toprak set(sedde) vb.) içinden suların sızması, yapıların (baraj, regülatör vb.) altından suların sızması, açılan veya su çekilen kuyu veya çukura suyun sızması yeraltında oluşan su akımlarına örnek olarak verilebilir. Bunların yanında yapılar için açılan destekli kazılarda su seviyesinin düşürülmesi, sistemden uzaklaştırılması, inşa süresi boyunca takibinin projelendirmesinde permeabilite katsayısı önemli bir yer edinmektedir.

Zeminlerin Permeabilitesi ve süresi şişme potansiyelini etkileyen önemli faktördür.

Geçirgenlik Katsayısının Belirlenmesi

Geçirgenlik katsayısı direkt metotla yani yerinde veya laboratuvar ölçümleriyle veya dane büyüklüğü dağılımına dayalı olarak ampirik korelasyonlardan dolaylı olarak belirlenebilir. İngiliz standartlarına göre (British-EUROCODE 7) geçirgenlik katsayısını (hidrolik iletkenlik) belirlemek için yaygın olarak kullanılan dört yöntem vardır:

• pompalama ve sondaj deliği geçirgenlik deneyleri gibi arazi deneyleri;
• dane büyüklüğü dağılımı ile ampirik korelasyonlar;
• bir odeometre deneyinden değerlendirme;
• laboratuvardaki zemin örneklerinde geçirgenlik deneyleri

Permeabilite katsayısı laboratuvarda alışılagelmiş olarak sabit seviyeli permeabilite ve düşen seviyeli permeabilite deneyleri kullanılarak belirlenmektedir. Bu yöntemlerin dışında yine laboratuvarda dolaylı olarak konsolidasyon deneyi ve üç eksenli kesme deneylerinde konsolidasyon aşamasında da belirlenebilmektedir. Arazi şartlarında ise genel olarak kuyu yöntemleri kullanılmaktadır.