Özgül Ağırlık (Gs) Nedir? Zemin Tane Yoğunluğu (Piknometre)

Özgül ağırlık (Gs), zemin veya kayaç tanelerinin yoğunluğunun 4°C'deki suyun yoğunluğuna oranıdır. Boyutsuz bir indeks parametredir. Zemin mekaniğinde faz ilişkilerinin (boşluk oranı, doygunluk, kuru yoğunluk) hesabında temel girdi parametresidir.

Tanım ve Formül

Gs = ρs / ρw

• ρs: Tane yoğunluğu (kg/m³ veya g/cm³)
• ρw: 4°C'de suyun yoğunluğu = 1000 kg/m³ (1 g/cm³)

Pratik kullanım için 20°C'de bile (ρw = 998.2 kg/m³) referans 4°C alınır; düzeltme faktörleri ile çevrilir.

Tipik Gs Değerleri

Mineral Tabanlı

Tablo: Mineral Tabanlı özeti.

Zemin Tabakaları

Tablo: Zemin Tabakaları özeti.

Kayaç

Tablo: Kayaç özeti.

ASTM D854 — Piknometre Yöntemi

Cihaz

• Piknometre: 100, 250, 500 ml cam şişe (kalibre)
• Termometre: 0.1°C hassasiyet
• Vakum pompası veya kaynama tertibatı
• Hassas terazi: 0.01 g (250 ml piknometre için)
• Distile su: Hava giderilmiş

Numune Hazırlama

1. Zemin 105°C fırında kurutulur (sabit ağırlığa)
2. Kil için (suya 16 saat bekletilir, sonra kurutulur) — agregat dağıtma
3. Kuru numune kütlesi m_s ≈ 50 g (250 ml piknometre)

Test Prosedürü

1. Piknometre yıkanır, kurutulur, kütle m_p alınır
2. Tamamına distile su doldurulur, m_pw ve T1 kaydedilir
3. Su boşaltılır, kuru zemin konur, kütle m_ps alınır
4. Yarıya kadar distile su eklenir, havası alınır:
   • Vakum yöntemi: 30 mbar altında 15 dakika (önerilen)
   • Kaynatma: 10 dakika 100°C
5. Soğutulur, tamamına kadar distile su doldurulur
6. Dış yüzey kurulanır, m_psw ve T2 kaydedilir

Hesap

Sıcaklık düzeltme faktörü:

K = ρw(T2) / ρw(20°C)

Düzeltilmiş piknometre+su kütlesi:

m_pw(T2) = (m_pw(T1) − m_p) · ρw(T2)/ρw(T1) + m_p

Özgül ağırlık:

Gs(20°C) = K · m_s / [m_s − (m_psw − m_pw(T2))]

Örnek Hesap

• m_p = 150.20 g (boş piknometre)
• m_pw = 650.45 g (piknometre + su, T = 20°C)
• m_s = 60.00 g (kuru zemin)
• m_psw = 687.85 g (piknometre + su + zemin, T = 20°C)

m_pw(T) = 650.45 g (sıcaklık aynı, düzeltme gerekmez, K = 1)

Gs = 60.00 / [60.00 − (687.85 − 650.45)] = 60.00 / (60.00 − 37.40) = 60.00 / 22.60 = 2.655

TS 1900-1 — Türk Standardı

ASTM D854 ile büyük ölçüde uyumlu. Farklılıklar:

• Piknometre min 100 ml (Türkiye 250 ml yaygın)
• Sıcaklık standart 20°C (ASTM 20°C)
• Vakum yerine 30 dk kaynama önerisi de geçerli

Çakıllı Zemin için Gaz Piknometresi

ASTM D5550 helium veya nitrogen gaz piknometresi:

• Su emen veya gözenekli kayaçlar için
• Çakıl, mıcır parçaları için
• 24 saat kalmaya gerek yok (gaz hızla penetre olur)

Zemin Faz İlişkilerinde Kullanım

Zemin üç fazlı sistem: taneler + su + hava.

Temel Tanımlar

• Boşluk oranı: e = Vv / Vs
• Porozite: n = Vv / V = e / (1+e)
• Doygunluk derecesi: S = Vw / Vv
• Su içeriği: w = m_w / m_s

Yoğunluk Bağıntıları

Kuru yoğunluk: γd = Gs · γw / (1 + e)

Yaş yoğunluk: γt = γd · (1 + w) = (Gs + S·e) · γw / (1 + e)

Doygun yoğunluk (S = 1): γsat = (Gs + e) · γw / (1 + e)

Yüzücü (submerged) yoğunluk: γ' = γsat − γw = (Gs − 1) · γw / (1 + e)

Doygunluk Derecesi

S = w · Gs / e

S = 1 → tam doygun.

Sıfır Hava Boşluğu Eğrisi (Proctor)

γd_zav = Gs · γw / (1 + w · Gs)

Proctor sıkıştırma eğrisinin teorik üst sınırıdır.

Örnek

Kil numune: w = 32%, γt = 18.5 kN/m³, Gs = 2.72.

• γd = γt / (1 + w) = 18.5 / 1.32 = 14.02 kN/m³
• 14.02 = 2.72 × 9.81 / (1 + e) → e = 0.903
• S = w·Gs/e = 0.32 × 2.72 / 0.903 = 0.964 (doygunluk %96.4)

Agrega Özgül Ağırlığı (ASTM C127, C128)

Beton agregası için üç tanım:

Görünen Özgül Ağırlık (Gs_app)

Gs_app = m_OD / (m_OD − m_water)

(Su altında ölçülen kütle ile)

Sadece tane içi malzeme, gözenek hariç.

Toplam (Bulk) Özgül Ağırlık

Gs_bulk = m_OD / (V_total − V_emilen)

Tane + emilebilir gözenek dahil.

DYK (Doygun Yüzey Kurusu) Özgül Ağırlık

Gs_DYK = m_DYK / V_total

Beton karışım tasarımında bu değer kullanılır.

Su Emme (ABS)

ABS = (m_DYK − m_OD) / m_OD × 100

Tipik:

• Normal kum: %1-3
• Normal çakıl: %0.5-2
• Hafif agrega: %5-25

Sık Yapılan Hatalar

1. Distile su yerine musluk suyu — çözünmüş tuzlar Gs'yi %0.5-1 düşürür
2. Havası alınmamış numune — boşluklarda hava kalır, Gs düşük çıkar (%2-5 hata)
3. Sıcaklık düzeltmesi yok — yaz/kış arası %0.3-0.5 fark
4. Organik zemin 105°C — organik yanar, kütle değişir, Gs yanıltıcı
5. Çakıllı numunede su piknometre — boşluklara su giremez, gaz piknometre gerekir
6. Kil dağıtılmadan — agregat halinde içeride hava → düşük Gs
7. Tipik değer varsayımı — Gs = 2.65 olmayan zeminlerde tasarım hatası

Sık Sorulan Sorular

Gs varsayımıyla tasarım yapılırsa hata payı ne olur? Tipik kil için Gs = 2.70 yerine 2.65 alındığında: γd %2 hatalı (kuru yoğunluk), e %3 hatalı (boşluk oranı), S %3 hatalı (doygunluk). Konsolidasyon oturması ~%5, sıvılaşma analizi efektif gerilmesi %1-2 hatalı çıkar. Hassas projelerde (raylı sistem, baraj, nükleer) mutlaka ölçülmelidir. Standart bina projelerinde tipik varsayım kabul edilebilir.

Demir cevheri zeminin Gs neden çok yüksek? Magnetit (Fe₃O₄) Gs ≈ 5.2, hematit (Fe₂O₃) Gs ≈ 5.2 olduğu için. Türkiye'de Sivas-Divriği, Malatya-Hekimhan ve Erzincan bölgelerinde demir oksitli zeminlerde Gs 3.0-3.5'e ulaşır. Bu zeminlerin yoğunluğu, taşıma kapasitesi ve elektrik özellikleri farklıdır; tipik kabuller kullanılmamalı.

Gs sıcaklık ile değişir mi? Tane yoğunluğu sıcaklıkla ihmal edilebilir değişir (∂ρs/∂T çok küçük). Ancak referans su yoğunluğu (ρw) sıcaklıkla değişir: 4°C → 1000, 20°C → 998.2, 30°C → 995.6 kg/m³. Test sırasında sıcaklık düzeltme faktörü (K) uygulanmalı: K = ρw(T)/ρw(20°C). 25°C'de yapılan test: K ≈ 0.9971, fark binde 3.

İlgili Terimler

• Proctor Deneyi
• Nem İçeriği
• Zemin Etüdü
• Konsolidasyon Oturması

Son güncelleme: 18 Mayıs 2026 · Kaynaklar: ASTM D854-14, D5550-14, C127-15, C128-15, TS 1900-1:2006, TS EN ISO 17892-3.

İlgili Hesaplama Araçları

Bu konuyla bağlantılı ücretsiz mühendislik hesaplama araçları:

• Zemin Taşıma Gücü Hesaplama
• SPT N30 Düzeltme Hesaplama