Geosentetik malzemeler kullanılarak Espey ve Hisarcık atık barajları sedde yükseltme ve sızdırmazlık sağlanması projesi vaka analizi Doğan GÜNDOĞDU- İnş. Yük. Müh./ Tekno Maccaferri A.Ş. 1. Giriş İnşaat sektörüne yeni bir bakış açısı kazandıran ve problemlere yönelik alternatif çözümler getiren geosentetikler artık ülkemizde de önemli bir rol oynamaktadır. Geosentetiklerin 1960 lardan günümüze, özellikle de son 10 yıllık dilimde ülkemizde hızlı bir şekilde yaygınlaşmasını ve kendine yeni uygulama alanları yaratmasını ilgiyle izliyoruz. Eti Maden İşletmelerine bağlı Espey ve Hisarcık atık barajları sedde yükseltme projesi de, bu alanlardan bir tanesi olup, değişik tip geosentetik ürünler kullanılarak yapılmıştır. Sedde taşıyıcı sisteminde geogrid donatıların kullanıldığı, geçirimsizliğin geomembran ve geotekstil ile çözüldüğü bir proje olmuştur. Proje, Espey atık barajı ve Hisarcık atık barajı olmak üzere iki farklı kısımdan oluşmaktadır. Her iki atık barajı sedde yükseltme işinde kullanılan mal- Resim 1- Ahşap kiriş mesnetler ve kil dolgu ) 2014/338 HAZİRAN 51
Şekil 1- İhale aşaması proje tip kesiti zemeler ve tip kesitler aynıdır. Seddelerin toplam uzunluğu 1.600m dir. 2. Malzemeler 2.1 Geogrid Geogridler, hammaddesi polimer olan polietilen, polyester ve polipropilenden imal edilirler. Geogridler üretim şekline göre üçe ayrılır. 1. Ekstrüde geogridler: Polimer plakaların delinip belirli sıcaklıklarda çekilmesi ile elde edilen geogridlerdir. 2. Dokuma geogridler: Dokuma tezgâhlarında istenilen mukavemete göre polyester ipliklerin örülmesiyle üretilen geogridlerdir. 52 2014/338 HAZİRAN ) 3. Kaynaklı geogridler: Polimer ipliklerin lazer ya da ısıl işlem ile birbirine dik olarak yapıştırılması ile üretilen geogridlerdir. Geogridlerin kullanım alanları başlıca geosentetik donatılı istinat yapıları, düşük taşıma gücüne sahip zeminlerin güçlendirilmesi ve asfalt kaplamalarda yüzey çatlaklarının engellenmesine yönelik uygulamalardır. Donatılı duvar, geogridin çekme mukavemetinden ve zemin ile kenetlenmesinden yararlanılarak yapılır. Duvarlar dik olarak yapılabileceği gibi, istenilen eğimde de yapılabilir. Geogrid donatılı duvarların avantajları, kullanılacak dolguya göre tasarım yapılabilmesi, hızlı ve ekonomik olmasıdır. Espey ve Hisarcık dolgu barajı sedde yükseltme işi
Şekil 2- Tip kesit ölçüleri kapsamında Macgird WG 6 (60 kn/m) ve Macgrid WG 4 (40 kn/m) çekme dayanımına sahip 2 tip dokuma tipi geogrid kullanılmıştır. Geogridlerin serimi, projesine göre toplamda 5.10m (taşıyıcı donatı boyu 3.50m) uzunlukta olacak şekilde, düşeyde her 0.50m de bir yer düzlemine paralel olarak ve ön yüzeyde 70 eğim verilmiş çelik hasırın arkasına bohçalama olacak şekilde yerleştirilerek yapılmıştır. Şekil 3- Revize tip kesit ) 2014/338 HAZİRAN 53
Resim 2- Macline SDH 200 Geomembran ve MacTex PN 500.1geotekstillerin birleştirilmesi 2.2 Geomembran Geomembranlar geçirimsizliği sağlamak amaçlı polimer levhalardır. Geomembran üretiminde hammadde olarak PVC, TPO, PP, HDPE, VLDPE ve LLDPE kullanılabilir. Geçirimsizlik amaçlı kullanılan geomembranlar günümüzde büyük önem kazanmışlardır. Su yalıtımından kimyasal madde yalıtımına kadar birçok alanda geçirimsizlik için kullanılırlar. Kullanım yerlerinden bazıları; katı atık sahaları, göletler, asit havuzları, tank sahaları, atık su arıtma tesisleri, su kanalları, tüneller, temeller ve çatılardır. Espey ve Hisarcık dolgu barajı sedde yükseltme işi kapsamında geçirimsizliği sağlamak amaçlı MacLine SDH 200 2mm kalınlığında HDPE geomembran kullanılmıştır. 2.3 Geotekstil Geotekstiller imalat şekillerine göre ikiye ayrılmaktadır. 1. Örgülü geotekstiller. Örgülü geotekstiller daha çok güçlendirme ve ayırma amaçlı kullanılmaktadır. 2. Örgüsüz geotekstiller. 54 2014/338 HAZİRAN ) Örgüsüz geotekstillerin kullanım alanları ise filtrasyon, ayırma, drenaj ve korumadır. Bu geotekstiller aynı zamanda gerilme ve deformasyonları azaltarak ya da yayarak koruma malzemesi olarak da kullanılabilirler. Espey ve Hisarcık dolgu barajı sedde yükseltme işi kapsamında geçirimsizliği sağlamak amacıyla kullanılan geomembran malzemesinin her iki yüzüne gelecek şekilde MacTex PN 500.1 1000gr/m² ağırlığında saf polipropilenden imal edilmiş örgüsüz geotekstil koruyucu tabaka olarak kullanılmıştır. 3. Proje uygulama ön çalışması Proje çalışması idare tarafından özel bir proje firmasına yaptırılmıştır. Uygulama safhasına geçilmeden önce Tekno Maccaferri tarafından proje incelemesi yapılmış ve Şekil-1 de verilen tip kesitin uygulama zorluğu ve iş sağlığı ve güvenliği açısından tehlikeli durumlar oluşturulabileceği belirlenmiştir. Sedde kesitlerinde görüldüğü üzere seddenin kret genişliği 4.00 m dir. Maksimum yüksekliklerde taban genişliği yaklaşık 11.00m dir. Bu genişliği geomembranın sağı ve solu olarak ikiye ayırırsak, 5.50m tek tarafı gel-
Resim 3- Macgrid WG geogridler ile sedde gövdesi imalatı mektedir. Aksta, geomembran yerleştirilmesinden dolayı, uygulamada sedde aksının sağ veya sol tarafında çalışılabilmektedir. Bir tarafın sıkıştırılması sırasında diğer tarafta geomembran olacağı için tek tarafta serme ve sıkıştırma işlemleri yapılabilmektedir. Bu durumda uygulama sorunu oluşturmaktadır. Bunun nedeni geosentetik duvarların yapımı sırasında duvar yüzeyine maksimum 1.50m ye kadar kamyon, silindir gibi şantiye araçlarının yaklaştırılmasına müsaade edilmektedir. Duvar yüzeyine 1.00m den fazla yaklaşılması durumunda, duvar yüzeyinde basınçtan ötürü deformasyonlar meydana gelmektedir. Aynı zamanda geomembran tarafına da maksimum 0.50m yaklaşılabilmektedir. Aksi takdirde geomembranın zarar görme olasılığı artmaktadır. Duvarın çalışma için kullanılacak en Resim 4- Koruma dolgusu geniş yeri olan taban kotlarında bile çalışmak için 4.00m mesafe kalmaktadır. Üst kısımlara yükseldikçe çalışma alanı daha da daralacağı için dolgu yapılamayacak bir durum oluşacaktır. Maksimum yüksekliğe sahip sedde kesitinde tabanda çalışma genişliği 4.00m iken, yüksekliğin yarısını geçtikten sonra 2.50m çalışma alanı kalmaktadır. Bir kamyonun ve sermede kullanılan kepçenin genişliği ise 2.50m dir. Dolgu yükseltme tek hat üzerinden yapılacağı için uygulama alanında birden fazla iş makinası aynı anda bulunamaz. Şöyle ki, 1 kamyonun dolguya döküm yapabilmesi için 400-500m lik bir hatta geri geri ilerlemesi, dolguyu döktükten sonra çıkması ve serme için kepçenin girmesi, serme işlemini yaptıktan sonra çıkması ve sonra tekrar dolgu kamyonunun girmesi gerekmektedir. Arada bir sıkıştırma için silindirin de gireceği unutulmamalıdır. Bu durumda Espey ve Hisarcık dolgu seddelerinin hat uzunlukları göze alındığında tahmin edilenin çok üzerinde bir sürede (yaklaşık 2 yıl), duvar imalatlarının bitirilebileceği ortaya çıkmıştır. İmalat süresince sedde çalışma alanının dar olması ve iş makinalarının sıkışık vaziyette çalışıyor olması önüne geçilemeyecek iş güvenliği zafiyetleri doğurmaktadır. Şekil 2 de tip kesit ölçüleri görülmektedir. 4. Uygulama Yukarıda belirtilen sorunlar ışığında yeni kesit çalışması yapılmasına karar verilmiştir. Projenin uygulama kolaylığı ve iş güvenliğini sağlama açısından ilk projede sedde aksından geçen izolasyon malzemeleri geomembran ve geotekstil sedde ön yüzeyine alınması kararlaştırılmıştır. Seddenin ana gövde tasarımında, geogrid tipinde ve boyların herhangi bir değişikliğe gidilmemiştir. Şekil 3 te revize edilen yeni kesit görülmektedir. Şekil 3 te de görüldüğü üzere geomembran ve geotekstilin ön yüzeye alınması ile birlikle talveg kotunda geçirimsizliği sağlayan 1.00x1.00m ebatlarında geomembranın aksından geçtiği kil dolguluda sedde topuk noktasından 1.75m geriye alınmıştır. Geomembran ve geotekstil hendek kazısının bitimi ile beraber hendeğin aksına gelecek şekilde yerleştirildikten sonra iki tarafı aynı anda kil ile doldurularak her 0.20m de motorlu el tokmağı yardı- ) 2014/338 HAZİRAN 55
mı ile %98 sıkışma oranı elde edilmeye çalışılmıştır. Her sıkıştırma tabakasında yapılan deneyler sonucu %98 sıkışma oranının yakalandığı görülmüştür. Bu projede geomembran ve iki tarafına koruma amaçlı serilen geotekstil malzemelerinin birlikte hareket ettirilmeleri bir hayli güçtür ve aynı zamanda uygulamanın doğru yapılabilmesi için mümkün olduğunca sabit kalmaları gerekmektedir. Uygulama esnasında geliştirilmiş olan metotlar sayesinde geomembran ve geotekstilin sabit kalması sağlanmıştır. Kullanılan sistem, hendek üzerinde basit ve işlevsel ahşap kiriş mesnetler oluşturarak, mengeneler yardımı ile geomembran ve geotekstili bir arada tutarak askıya almaktan ibarettir. Sistemin yararı hendeğin her iki tarafında aynı anda kil dolgusu ve sıkıştırması yapımına müsaade etmesi ve böylece projesine uygun kil çekirdek aksında sabit kalan geçirimsizlik uygulamasının gerçekleşmesidir. Resim 1 de kil dolgu hendeğinin üzerinde askı vazifesi gören ahşap kiriş mesnetleri ve kil dolgu görülmektedir. Kil çekirdeğin tamamlanması ile beraber geomembran ve geotekstile kaynak yapılarak parçalar eklenip, duvar ana gövdesinin oturacağı temelin tesviye işlemleri yapılmıştır. Bu etapta eklenen parçalar duvar temelinde kalmaması için hali hazırda bulunan baraj gövdesi şevlerine yatırılmıştır. Daha sonrasında bu parçalar duvar yüzeyine doğru serilerek geçirimsizliğin tüm yüzeyi kaplaması sağlanmıştır. Resim 2 de hali hazırda baraj gövdesi şevlerine serilmiş geomembran ve geotekstillerin kil çekirdek kısmına yerleştirilmiş parça geomembran ve geotekstillere ısıl kaynak yöntemi ile birleştirilmesi görülmektedir. Kil dolgu içerinde ve sedde altında kalacak geomembran ve geotekstillerin serim ve birleştirme işlemleri bittikten sonra seddenin ana gövde imalatına başlanmıştır. Ana gövde imalatında ilk işlem, ön yüzeyde yer alan çelik hasırların projesinde belirtilen 70 açı ile büküldükten sonra duvar istikameti boyunca tabanda yerleştirilmesidir. Her yerleştirilen çelik hasır modülü yanındaki modüle sabitlenmiştir. Çelik hasır modülleri yerleştirildikten sonra geogrid serilmesine geçilir. Duvar tipi bohçalama olduğu için geogridler çelik hasırın arka yüzünü tamamen örtecek ve üstten 1.00m bohçalayacak şekilde yerleştirilmiştir. 56 2014/338 HAZİRAN ) Geogridler yerleştirildikten sonra ön yüzeyde dolgunun akmasını önleyen yine bir geosentetik malzeme olan bitki tutucu file yer almaktadır. Bitki tutucu filenin yerleştirilmesinden sonra ön yüzde aktif itki sonucu deformasyon oluşmasını engelleyici, önceden şekil verilen 12mm çaplı inşaat demirinden kancalar çelik hasıra ankre edilmiştir. Geogrid ve çelik ön yüz elemanlarının uygulaması bittikten sonra iş makinaları kullanılarak dolgu işlemine başlanmıştır. Dolgu, tabakalar halinde serilmiş ve her 0.25m de bir silindir kullanılarak sıkıştırılmıştır. Dolgu malzemesi karayolları teknik şartnamesinde belirtilen özellikleri karşılayacak şekilde hazırlanmış ve her sıkıştırma işlemi sonrasında sıkışma testleri yapılmıştır. Sedde ana gövde imalatı tamamlandıktan sonra baraj gövdesi şevine serilen geomembran ve geotekstiller sedde memba yüzeyini tamamen öretecek şekilde kret kotuna kadar çekilmiştir. Uygulamanın kışın yapılması olumsuz şartlarında beraberinde getirmiştir. Geomembranın hava şartlarında çok çabuk etkilenmesi soğuk hava koşullarında büzüşmesine sebep olmuştur. Büzüşme sonrasında işlenebilirlik azalmış aynı zamanda kaynak yapılmasına mani olmuştur. Bu durumu aşabilmek için geomembran kaynağı yapılmadan önce geomembran etrafı muşamba ile kapatılmış ve güçlü ısıtıcılar yardımı ile geomembranın işlenebilirliği artırılmıştır. Geomembran ve geotekstiller sedde kret kotunda sedde yüzeyine 1,50 m mesafede açılan hendek içerisine yerleştirilmiş, üzeri dolgu malzemesi ile kapatılmak sureti ile sonlandırılması yapılmıştır. Geçirimsizliği sağlayan tabakanın bitmesi ile birlikte geomembran ve geotekstil için ek koruma sağlayacak olan dolgu ile şevlendirme uygulamasına başlanmıştır. Ekskavatör yardımı ile silt ve kumdan oluşan dolgu malzemesi geotekstili tamamen örtecek şekilde sedde yüzeyine doğru Resim 4 te görüldüğü gibi yerleştirilmiştir. Sonuç olarak sedde yükseltme uygulamalarında geogrid kullanımı ekonomik, sabit, hızlı ve işlevsel çözümler sunmuştur. Atık havuzlarında geomembranların geçirimsizlik amaçlı kullanımı problemin eksiksiz çözümünü getirdiği gibi yapı ömrünü de uzatmaktadır..o