EGE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ (YÜKSEK LİSANS TEZİ) GEOSENTETİKLERLE PROJELENDİRME ve ZEMİN GEOSENTETİK ARAYÜZEY SÜRTÜNME AÇILARININ DEĞİŞİK GEOSENTETİK ve ZEMİN TÜRLERİ İÇİN ARAŞTIRILMASI FIRAT BAĞCI İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Bilim Dalı Kodu: 624.01.00 Sunuş Tarihi: 12/06/2007 Tez Danışmanı: Doç. Dr. H. Recep YILMAZ Bornova-İZMİR
II
III Sayın Fırat BAĞCI tarafından YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak sunulan Geosentetiklerle Projelendirme ve Zemin-Geosentetik Arayüzey Sürtünme Açılarının Değişik Geosentetik ve Zemin Türleri İçin Araştırılması adlı bu çalışma, Lisansüstü Eğitim ve Öğretim Yönetmeliği nin ve Enstitü yönergesinin ilgili hükümleri dikkate alınarak, Jüri Başkanı : Doç. Dr. H. Recep YILMAZ... Üye : Prof Dr. Yalçın KOCA... Üye : Yrd. Doç. Dr. Selim ALTUN... tarafından değerlendirilmiş olup yapılan Tez Savunma Sınavında aday oy... ile başarılı bulunmuştur.
IV
V ÖZET GEOSENTETİKLERLE PROJELENDİRME ve ZEMİN GEOSENTETİK ARAYÜZEY SÜRTÜNME AÇILARININ DEĞİŞİK GEOSENTETİK ve ZEMİN TÜRLERİ İÇİN ARAŞTIRILMASI BAĞCI, Fırat Yüksek Lisans Tezi, İnşaat Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Doç. Dr. H. Recep YILMAZ Haziran 2007, 312 sayfa Geosentetik malzemeler son yıllarda, geoteknik mühendisliği uygulamalarında teknik olarak avantajlı ve ekonomik çözümler sağladıklarından tercih edilmektedir. Başlangıçta sınırlı sayıdaki uygulamalarda kullanılan bu malzemeler, konvansiyonal yöntemler ve malzemeler ile çözülemeyen bazı uygulamalarda, getirdikleri yenilikçi ve şaşırtıcı çözümlerden dolayı dünya üzerindeki kullanımları hızla artmaktadır. Tezin ilk bölümlerinde, geosentetik malzemelere genel bir bakış yapılmış, bu sınıftaki malzemeler hakkında bilgi verilmiştir. Sonraki bölümlerde farklı geosentetik malzemelerin fonksiyonları, kullanım alanları ve üretim yöntemleri ile birlikte ham madde türleri anlatılmıştır. Son bölümünde zemin-geosentetik arayüzey kayma davranışı, literatürde bu konuyla ilgili araştırmalardan faydalanılarak incelenmiş, ilgili parametrelerin önemi açıklanmıştır. Anahtar kelimeler: Geosentetik, arayüzey, sürtünme açısı, geotekstil
VI
VII ABSTRACT GEOSYNTHETICS DESIGN and OVERVIEW FOR SOIL GEOSYNTHETIC INTERFACE FRICTION ANGLES ON DIFFERENT GEOSYNTHETICS and SOIL TYPES BAĞCI, Fırat MSc. in Civil Engineering Supervisor: Asist. Prof. Dr. H. Recep YILMAZ June 2007, 312 pages Geosynthetics materials are preferred to be used in geotechnical engineering applications since a few decades as they supply economic solutions and many advantages. From very limited applications in the beginning, the usage of those materials are increasing all over the word bringing innonative and surprising solutions which many of cannot be solved with conventional methods and materials. In the first chapters of the thesis. a general wiev of geosynthetics have been given dealing with this family s products and definitions of them. In the following chapters the functions of the different geoseynthetics materials, their usage areas and the production methods with raw materials are explained in great detail. In the last chapter soil-geosynthetic interface friction behavior was examined from the literature explaining the importance of the intrested parametres. Key words: Geosynthetic, interface, friction angle, geotextile
VIII
IX TEŞEKKÜR Çalışmam süresince bana yol gösteren ve değerli bilgilerinden faydalandığım sayın hocam Doç. Dr. H. Recep Yılmaz a, yardımları için Araştırma Görevlileri Pelin Aklık, Tuğba Eskişar ve Alper Sezer e; bana her zaman destek olan İnş. Yük. Müh. Alper Erol ve aileme teşekkür ederim.
X
XI İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... V ABSTRACT...VII ŞEKİLLER DİZİNİ...XXV TABLOLAR DİZİNİ... XXXVII SİMGELER DİZİNİ... XLV KISALTMALAR DİZİNİ... LIIIII 1. GEOSENTETİK MALZEMELERE GENEL BİR BAKIŞ... 1 1.1. Geosentetiğin Tanımı... 2 1.2. Geosentetiklerin Çeşitleri... 3 1.2.1 Geotekstil... 4 1.2.2 Geogrid... 5 1.2.3 Geonet... 10 1.2.4 Geomembran... 13 1.2.5 Geosentetik Kil Kaplamalar... 17 1.2.6 Geoboru... 20
XII İÇİNDEKİLER (Devam) Sayfa 1.2.7 Geokompozitler...22 1.2.7.1 Geotekstil Geonet Kompozitler...23 1.2.7.2 Geotekstil Geomembran Kompozitler...24 1.2.7.3 Geomembran Geogrid Kompozitler...25 1.2.7.4 Geotekstil Geogrid Kompozitler...25 1.2.8 Geofoam...25 1.2.9 Geotüp...27 1.2.10 Geohücre...31 1.2.11 Geo Diğerleri...33 2. GEOTEKSTİLLERLE TASARIM YÖNTEMLERİ...34 2.1 Maliyetine ve Uygunluğuna Göre Tasarım...34 2.2 Belirli Özelliklere Göre Tasarım...34 2.3 Kullanım Amacına Göre Tasarım...35 3. GEOTEKSTİLLERİN FONKSİYONLARI...38 3.1 Ayırma...39
XIII İÇİNDEKİLER (Devam) Sayfa 3.2 Filtrasyon... 40 3.3 Drenaj... 42 3.4 Güçlendirme... 43 3.5 Koruma... 45 3.6 Yalıtım... 46 4. GEOTEKSTİLLERİN KULLANIM ALANLARI... 47 4.1 Kullanım Alanları... 47 4.2 Ayırma Fonksiyonu İle İlgili Tasarım... 52 4.2.1 Uygulamalara Genel Bir Bakış... 52 4.3 Yol Güçlendirmesi İle İlgili Tasarım... 54 4.3.1 Kaplamasız Yollar... 54 4.3.2 Membranla Sarılmış Zeminler... 65 4.3.3 Kaplamalı Yollar... 69 4.4 Zemin Güçlendirilmesi İle İlgili Tasarım... 71 4.4.1 Yumuşak Zeminlerin Üzerindeki Dolgular... 72
XIV İÇİNDEKİLER (Devam) Sayfa 4.4.2 Donatılı Zemin Şevleri...75 4.4.3 Mekanik Olarak Stabilize Edilmiş Zemin Duvarları...76 4.5 Filtrasyon İle İlgili Tasarım...78 4.5.1 İstinat Duvarlarının Arkasında Geotekstil Kullanımı...80 4.5.2 Yeraltı Drenaj Borularının Etrafında Geotekstil Kullanımı...81 4.5.3 Erozyon Önleme Yapılarının Altında Geotekstil Kullanımı..83 4.5.4 Silt Fensi Olarak Geotekstil Filtre Kullanılması...84 4.6 Drenaj İle İlgili Tasarım...85 5. GEOTEKSTİLLERİN HAMMADDELERİ...93 5.1 Geotekstillerin Malzeme Yapısı...93 5.1.1 Fiber (Filament), İplik...93 5.1.2 Geotekstil Hammaddeleri...93 5.1.2.1 Polipropilen (PP)...95 5.1.2.2 Polyester (PET)...96 5.1.2.3 Poliamid (PA, Naylon)...96
XV İÇİNDEKİLER (Devam) Sayfa 5.1.2.4 Polietilen (PE)... 97 5.2 Geotekstillerin Sınıflandırılması... 97 5.2.1 Örgüsüz (Nonwoven) Geotekstiller... 100 5.2.2 Örgülü (Woven) Geotekstiller... 105 6. GEOTEKSTİLLERİN ÖZELLİKLERİ... 108 6.1 Geotekstillerin Genel Özellikleri... 108 6.1.1 Birim Hacim Ağırlığı... 108 6.1.2 Genişlik ve Uzunluk... 111 6.1.3 Birim Alan Ağırlığı... 112 6.1.4 Kalınlık... 112 6.2 Geotekstillerin Mekanik Özellikleri... 113 6.2.1 Sıkışabilirlik... 115 6.2.2 Çekme Dayanımı... 116 6.2.2.1 Dar Mesnetli Çekme Dayanımı Deneyi... 121 6.2.2.2 Dar Numune Çekme Dayanımı Deneyi... 123
XVI İÇİNDEKİLER (Devam) Sayfa 6.2.2.3 Geniş Numune Çekme Dayanımı Deneyi...124 6.2.3 Üç Eksenli Çekme Dayanımı...126 6.2.4 Yorulma Dayanımı...128 6.2.5 Patlama Dayanımı...128 6.2.6 Delinme Dayanımı...134 6.2.7 Yırtılma Dayanımı...138 6.2.7.1 Yamuk Yırtılma Deneyi...139 6.2.7.2 Düz Yırtılma Deneyi...140 6.2.7.3 Elmendorf Yırtılma Deneyi...141 6.2.7.4 Diğer Yırtılma Deneyleri...141 6.2.8 Darbe Dayanımı...144 6.2.9 Ek Yeri Dayanımı...146 6.2.9.1 Bindirme Yapılması...146 6.2.9.2 Dikişle Ek Yapılması...147 6.2.9.3 Yapıştırma İle Ek Yapılması...152
XVII İÇİNDEKİLER (Devam) Sayfa 6.2.10 Sürtünme Katsayısı... 152 6.3 Hidrolik Özellikler... 153 6.3.1 Porozite... 153 6.3.2 Açık Yüzey Oranı... 153 6.3.3 Görünen Gözenek Boyutu... 154 6.3.4 Geotekstil Düzlemine Dik Permeabilite (Permittivite)... 159 6.3.5 Yük altında Permittivite... 160 6.3.6 Yüzey İçinde Permeabilite (Transmissivite)... 161 6.4 Geotekstillerin Dayanım Özellikleri... 164 6.4.1 Yerleştirme Hasarları... 164 6.4.2 Sünme Deneyleri... 164 6.4.3 Gerilme Boşalması Deneyleri... 165 6.4.4 Aşınma Deneyleri... 166 6.4.5 Uzun Süreli Akış (Tıkanma) Deneyi... 166 6.4.6 Hidrolik Eğim Oranı (Tıkanma) Deneyi... 168
XVIII İÇİNDEKİLER (Devam) Sayfa 6.4.7 Hidrolik İletkenlik Oranı Deneyi...169 6.5 Bozulma Özellikleri...171 6.5.1 Güneş Işığı Etkisi...171 6.5.2 Yüksek ve Düşük Sıcaklıkların Oluşturduğu Kusurlar...172 6.5.3 Kimyasal Bozulma (ASTM D543)...173 6.5.4 ph Seviyesi Etkisi...174 6.5.5 Geotekstillerin Bozulma Süreleri...174 7. ZEMİN GEOSENTETİK ARAYÜZEY KAYMA DAVRANIŞI...177 7.1 Zeminlerin Kayma Dayanımı ve Arayüzey Kayma Dayanımı...177 7.2 Arayüzey Kayma Dayanımının Belirlenmesi...178 7.3 Etkileşim Katsayısı...179 7.4 Direkt Kesme Kutusu Deneyi...180 7.5 Pik ve Rezidüel Arayüzey Kayma Dayanımı...184 7.5.1 Pik Arayüzey Kayma Dayanımı...184 7.5.2 Rezidüel Arayüzey Kayma Dayanımı...185
XIX İÇİNDEKİLER (Devam) Sayfa 7.5.3 Pik ve Rezidüel Kayma Dayanımının Tasarımda Kullanılması... 185 7.6 Arayüzey Kayma Dayanımının Direkt Kesme Deneyleri İle Bulunması... 187 7.6.1 Zemin - Geosentetik ya da Geosentetik - Geosentetik Sürtünme Katsayısının Direkt Kesme Yöntemiyle Belirlenmesi İçin Standart Deney Yöntemi (ASTM D 5321-92)... 187 7.6.2 Zemin ve Geogrid Sürtünme Katsayısının Direkt Kesme Deneyi Yöntemiyle Belirlenmesi... 190 7.6.3 Arayüzey Kayma Dayanımının Belirlenmesinde Kullanılan Değişik Standartların Karşılaştırılması... 196 7.7 Arayüzey Kayma Dayanım Özelliklerini Etkileyen Faktörler / Mekanizmalar... 197 7.7.1 Normal Gerilme... 200 7.7.2 Zemini Sıkıştırma Koşulları... 201 7.7.3 Kesme Hızı... 202 7.7.4 Konsolidasyon... 203
XX İÇİNDEKİLER (Devam) Sayfa 7.7.5 Geosentetik Çeşidi...205 7.7.6 Geosentetik Polimerin Sertliğinin Etkisi...207 7.7.7 Zemin Danelerinin Şeklinin Etkisi...208 7.7.8 Zemin Plastisite İndisi...209 7.7.9 Deney Düzeneğinin Etkisi...209 7.8 Arayüzey Kayma Deneylerinde Boşluk Suyu Basıncının Etkisi.212 7.9 Arayüzey Kayma Dayanımının Sıyrılma Kutusu Deneyleri İle Bulunması...214 7.9.1 Sıyrılma Mekanizması...215 7.9.2 Sıyrılma Performansını Etkileyen Faktörler...219 7.9.2.1 Numune Boyutlarının Kutu Boyutlarına Oranı...219 7.9.2.2 Üst ve Alt Zemin Tabakaların Kalınlığı...220 7.9.2.3 Çekme Hızı...221 7.9.2.4 Zeminin Yoğunluğu...223 7.9.2.5 Düşey Basınç...223
XXI İÇİNDEKİLER (Devam) Sayfa 7.9.2.6 Geogrid - Zemin Karşılıklı Etkileşim Mekanizması... 224 7.10 Eğik Düzlem Deneyi... 225 7.11 Arayüzey Kayma Davranışı Üzerine Yapılan Çalışmalar... 226 8. GEOSENTETİKLERİN DİNAMİK ARAYÜZEY ÖZELLİKLERİ262 8.1 Dinamik Arayüzey Deneyleri... 262 8.1.1 Tekrarlı Direkt Kesme Deneyleri... 263 8.1.2 Sarsma Levhası Deneyleri... 263 8.1.3 Geoteknik Santrifüjlü Sarsma Levhası Deneyleri... 264 8.2 Deneysel Araştırma... 264 8.2.1 Deneyde Kullanılan Geosentetikler... 264 8.2.2 Deney Aletleri... 265 8.3 Deney Sonuçları... 266 8.3.1 Pürüzsüz Geomembran Üzerinde Geotekstil (Arayüzey I).. 266 8.3.1.1 Tekrarlı Direkt Kesme Deneyleri... 266 8.3.1.2 Sarsma Levhası Deneyleri... 269
XXII İÇİNDEKİLER (Devam) Sayfa 8.3.1.3 Geoteknik Santrifüj Kullanılarak Yapılan Sarsma Levhası Deneyleri...270 8.3.1.4 Sonuçlar...271 8.3.2 Geonet Üzerinde Pürüzsüz Geomembran (Arayüzey II, III ve IV)...272 8.3.2.1 Tekrarlı Direkt Kesme Deneyleri...272 8.3.2.2 Sarsma Levhası Deneyleri...274 8.3.2.3 Geoteknik Santrifüj Kullanılarak Yapılan Sarsma Levhası Deneyleri...275 8.3.2.4 Sonuçlar...277 8.3.3 Geonet Üzerinde Geotekstil (Arayüzey V, VI ve VII)...278 8.3.3.1 Tekrarlı Direkt Kesme Deneyleri...278 8.3.3.2 Sarsma Levhası Deneyleri...280 8.3.3.3 Geoteknik Santrifüj Kullanılarak Yapılan Sarsma Levhası Deneyleri...281 8.3.3.4 Sonuçlar...281
XXIII İÇİNDEKİLER (Devam) Sayfa 8.3.4 Pürüzsüz Geomembran Üzerinde Pürüzsüz Geomembran (Arayüzey VIII)... 282 8.3.4.1 Tekrarlı Direkt Kesme Deneyleri... 282 8.3.4.2 Sarsma Levhası Deneyleri... 283 8.3.4.3 Geoteknik Santrifüj Kullanılarak Yapılan Sarsma Levhası Deneyleri... 284 8.3.4.4 Sonuçlar... 285 8.4 Özet... 286 8.4.1 Sonuçların Özeti... 286 8.4.2 Tasarım İçin Öneriler... 289 9. DENEYSEL ÇALIŞMA... 291 9.1 Zemin... 291 9.2 Geotekstil... 291 9.3 Uygulama... 291 10 SONUÇ VE ÖNERİLER... 295
XXIV İÇİNDEKİLER (Devam) Sayfa KAYNAKLAR...299 ÖZGEÇMİŞ...312
XXV ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil Sayfa Şekil 1. 1 Kuzey Amerika da tahmin edilen geosentetik kullanımı... 4 Şekil 1. 2 Geogrid... 6 Şekil 1. 3 Geogridin zemine uygulanması... 6 Şekil 1. 4 Agrega altına geogrid uygulanması... 8 Şekil 1. 5 Toprak dolgularda geogrid kullanımı... 8 Şekil 1. 6 Yamaçta oluşan heyelan... 9 Şekil 1. 7 Geogrid kullanılarak yapılan istinat duvarı sayesinde oluşan heyelanın onarılması... 9 Şekil 1. 8 Değişik geonet çeşitleri... 12 Şekil 1. 9 Geonet saha uygulaması... 12 Şekil 1. 10 Geomembranın saha uygulaması... 16 Şekil 1. 11 Geomembran kullanılarak su deposu yalıtımı yapılması... 16 Şekil 1. 12 Geomembran kullanılarak su kanallarının yalıtımının yapılması... 17 Şekil 1. 13 Geomembran kullanılarak tünel su yalıtımının yapılması... 17 Şekil 1. 14 Geosentetik Kil Kaplama... 19
XXVI ŞEKİLLER DİZİNİ (Devam) Şekil Sayfa Şekil 1. 15 Düşey saplama perdelerinde, geomembranla bitişik olarak kullanımı...19 Şekil 1. 16 Geosentetik kil kaplamanın kanalların kaplanmasında kullanımı...20 Şekil 1. 17 Geoboru...20 Şekil 1. 18 Tünel inşaatında drenaj amacıyla geokompozit kullanımı...23 Şekil 1. 19 Geotekstil Geonet geokompozit çeşitleri ( (a) Tek tabaka geotekstil, tek tabaka geonet, (b) Çift tabaka geotekstil, tek tabaka geonet )...24 Şekil 1. 20 Geotekstil Geomembran geokompozit...24 Şekil 1. 21 Geofoam...26 Şekil 1. 22 Geotüpün yapısal erozyonu önlemesi ile ilgili saha uygulaması...30 Şekil 1. 23 Geotüpün depolama ile ilgili saha uygulaması...30 Şekil 1. 24 Geohücre...32 Şekil 1. 25 Geohücre kullanılarak şevin dış etkilerden korunması...32
XXVII ŞEKİLLER DİZİNİ (Devam) Şekil Sayfa Şekil 2. 1 Geotekstil üreticilerinin literatüründe bulunana değer ile standartlardaki değerin karşılaştırılması... 36 Şekil 3. 1 Geotekstillerin fonksiyonları... 38 Şekil 3. 2 Geotekstilin ayırma amacıyla kullanılması... 41 Şekil 3. 3 Geotekstilin filtrasyon amacıyla kullanılması... 41 Şekil 3. 4 Geotekstilin drenaj amacıyla kullanılması... 43 Şekil 3. 5 Geotekstilin güçlendirme amacıyla kullanılması... 43 Şekil 3. 6 Geotekstilin güçlendirme amacıyla kullanılması... 46 Şekil 3. 7 Geotekstilin koruma amacıyla kullanılması... 46 Şekil 4. 1 Kaplamasız yollarda geotekstil kullanımı... 55 Şekil 4. 2 Kaplamasız yolda geotekstil kullanımının yararı... 55 Şekil 4. 3 Agrega tabakalarına göre yük dağılımı... 59 Şekil 4. 4 Geotekstille azalan agrega kalınlığı... 63 Şekil 4. 5 MESL yol uygulaması (a) Dolgu malzemesinin serilmesi b) Dolgu malzemesinin tesviye edilmesi... 68
XXVIII ŞEKİLLER DİZİNİ (Devam) Şekil Sayfa Şekil 4. 6 Geotekstil üzerine bitüm püskürtülmesi...68 Şekil 4. 7 Kaplamalı yollarda geotekstil kullanımı...70 Şekil 4. 8 Geotekstilin kaplama altında uygulama aşamaları...70 Şekil 4. 9 Zayıf temel zemini üzerine inşa edilen dolgularda geosentetikle güçlendirme...74 Şekil 4. 10 Yumuşak Zeminlerin üzerinde geotekstil kullanımı...74 Şekil 4. 11 Geosentetik donatılanmış zemin şevleri...76 Şekil 4. 12 Donatılı zemin şevinin erozyondan korunması...76 Şekil 4. 13 Geosentetik donatılı mekanik olarak stabilize edilmiş zemin duvarları...79 Şekil 4. 14 Mekanik olarak stabilize edilmiş zemin duvarları kaplama elemanları (a) Prefabrik kaplama (b) Esnek kaplama...79 Şekil 4. 15 Farklı tip istinat duvarları arkasında geotekstil filtre kullanımı...81 Şekil 4. 16 Geotekstil filtre saha uygulaması...82 Şekil 4. 17 Farklı şekilde dizayn edilmiş yeraltı dren kesitleri...83
XXIX ŞEKİLLER DİZİNİ (Devam) Şekil Sayfa Şekil 4. 18 Erozyona karşı şev yada kıyı korunmasında geotekstil kullanılması (Cindemir, 1997)... 84 Şekil 4. 19 Silt fensi olarak geotekstil kullanımı (Koerner, 1999)... 85 Şekil 4. 20 Karayolu drenajında geotekstil kullanımı... 91 Şekil 4. 21 İstinat duvarı arkası drenajında geotekstil kullanımı... 92 Şekil 5. 1 Polipropilen fiberlerin mikrofilmi... 94 Şekil 5. 2 Polyester fiberlerin mikrofilmi... 94 Şekil 5. 3 Örgüsüz iğneleme ile birleştirilmiş geotekstil mikrofilmi... 98 Şekil 5. 4 Örgüsüz ısıl olarak birleştirilmiş geotekstil mikrofilmi... 98 Şekil 5. 5 Kesikli şerit üzerinde kesikli şerit, örgülü geotekstil mikrofilmi... 99 Şekil 5. 6 Monofilamant şerit üzerinde monofilamant şerit, örgülü geotekstil mikrofilmi... 99 Şekil 5. 7 Multifilamant üzerinde multifilamant şerit, örgülü geotekstil 99 Şekil 5. 8 Sonsuz elyaflı üretim tekniği... 102 Şekil 5. 9 İğne ile delme (Needle Punched) yöntemi ve tipik iğneler... 103
XXX ŞEKİLLER DİZİNİ (Devam) Şekil Sayfa Şekil 5. 10 Örgülü geotekstilin hazırlanması...106 Şekil 6. 1 Faklı tür geotekstillerin çekme dayanımlarının karşılaştırılması...114 Şekil 6. 2 Farklı fiziksel özelliklerdeki örgüsüz geotekstillerin sıkışmaları...116 Şekil 6. 3 Gerilme / şekil değiştirme eğrisinden elde dilen modüller...118 Şekil 6. 4 Çekme dayanımı deneyleri...120 Şekil 6. 5 Dar mesnetli çekme deneyi...122 Şekil 6. 6 Dar numune çekme dayanımı deneyi...125 Şekil 6. 7 Geniş numune çekme dayanımı deneyi...125 Şekil 6. 8 *Geotekstile uygulanan gerilme - birim deformasyon eğrileri...126 Şekil 6. 9 Üç eksenli çekme deneyi uygulaması...127 Şekil 6. 10 Çeşitli patlama deney düzenekleri...129 Şekil 6. 11 Mullen deneyi (ASTM D3786)...130 Şekil 6. 12 Geotekstilin trafik yükü altındaki durumu...131
XXXI ŞEKİLLER DİZİNİ (Devam) Şekil Sayfa Şekil 6. 13 Toplam indirgeme faktörleri 1.5 ve güvenlik faktörü 2.0 için geotekstil patlama dayanımı dizayn tablosu... 133 Şekil 6. 14 Bir taşın geotekstilin aşağıdan yukarı doğru delerken uyguladığı basınç... 134 Şekil 6. 15 Delinme dayanımı deney düzenekleri... 136 Şekil 6. 16 ASTM D3787 delinme deneyi aleti... 138 Şekil 6. 17 ASTM D3787 yamuk yırtılma deneyi aleti... 139 Şekil 6. 18 Yamuk yırtılma deneyi (ASTM D4533, DIN 63363, AFNOR 38015)... 140 Şekil 6. 19 Geotekstilin üzerine düşen taşın oluşturduğu enerji... 143 Şekil 6. 20 Düşen nesnelerin ortaya çıkardığı enerji değerinin, drenajsız kayma dayanımı yada kuru CBR değerlerine göre modifikasyon faktörü... 144 Şekil 6. 21 Darbe düşüş deneyleri... 145 Şekil 6. 22 Kaplamasız yollar için CBR değerlerine göre önerilen bindirme boyları... 147 Şekil 6. 23 Geotekstillerin dikişle birleştirilmesi... 148
XXXII ŞEKİLLER DİZİNİ (Devam) Şekil Sayfa Şekil 6. 24 Sahada geotekstillerin birbirlerine dikilmesi...149 Şekil 6. 25 Fabrikada geotekstillerin birbirlerine dikilmesi...149 Şekil 6. 26 Geotekstil dikişlerinin saha verimi...151 Şekil 6. 27 Yapıştırma ek tipleri...152 Şekil 6. 28 Görünen gözenek boyutunun (AOS) deneylerle belirlenmesi...158 Şekil 6. 29 Tipik bir mekanik (iğneleme) birleştirilmeli örgüsüz geotekstil için geçirgenlik özelliklerinin basınçla değişimi...161 Şekil 6. 30 Geotekstilin yüzeyi içinden akışın özelliğinin hesaplanmasında kullanılan transmissivite deney düzeneği...163 Şekil 6. 31 Geotekstil deney aleti (ASTM D 5262)...165 Şekil 6. 32 Geotekstiller üzerinde yapılan uzun süreli akış deneyi sonuçları...167 Şekil 6. 33 Geotekstillerin tıkanma potansiyelinin belirlenmesi için hazırlanan eğim oranı değerleri...169 Şekil 6. 34 Belirli bir geotekstil ve dört farklı zemin kullanılarak yapılmış hidrolik iletkenlik oranı deneyi sonuçları...171
XXXIII ŞEKİLLER DİZİNİ (Devam) Şekil Sayfa Şekil 7. 1 Direkt kesme kutusu deney aleti... 182 Şekil 7. 2 Direkt kesme kutusu deneyi yapılışı... 182 Şekil 7. 3 Direkt kesme kutusundan elde edilen sonuçlar... 183 Şekil 7. 4 Direkt kesme kutusundan elde edilen sonuçlar... 184 Şekil 7. 5 Geogrid kullanılarak yapılan direkt kesme kutusu için arayüzey en kesiti... 191 Şekil 7. 6 Üst kutusu yatay yönde sabitlenmiş direkt kesme deneyi düzeneğindeki etkileşim kuvvetleri... 210 Şekil 7. 7 Üst kutusu sabitlenmiş direkt kesme deneyi düzeneğindeki etkileşim kuvvetleri... 211 Şekil 7. 8 Sıyrılma deney aleti şeması... 214 Şekil 7. 9 Genel taşıma kapasitesi yenilme mekanizması... 217 Şekil 7. 10 Zımbalama kayma yenilmesi mekanizması... 217 Şekil 7. 11 Çekme hızının pik sıyrılma yüküne etkisi ( (a) zemin cinsi No: 2 kırmataş, uygulanan düşey basınç 50 kn/m 2, numune genişliği 10 cm, (b) zemin cinsi No: 2 kırmataş, uygulanan düşey basınç 100 kn/m 2, numune genişliği 10 cm)... 222
XXXIV ŞEKİLLER DİZİNİ (Devam) Şekil Sayfa Şekil 7. 12 Düşey basıncın sıyrılma yüküne etkisi (zemin cinsi No: 2 kırmataş, çekme hızı 50 kn/m 2, numune genişliği 10 cm)...224 Şekil 7. 13 Eğik düzlem deney aleti...226 Şekil 7. 14 PE Film ve Farklı İnşaat Malzemeleri Arayüzey Kayma Açıları (δ)...228 Şekil 7. 15 PVC Film ve Farklı İnşaat Malzemeleri Arayüzey Kayma Açıları (δ)...230 Şekil 7. 16 Sıyrılma Deneyi Sonuçları...233 Şekil 8. 1 Geonet açıklıklarının yönelimi...265 Şekil 8. 2 0.25 Hz. frekansında gerçekleştirilen tekrarlı direkt kesme deneylerinden elde edilen zamana bağlı kayma gerilmesi değerleri (Arayüzey I)...267 Şekil 8. 3 Tekrarlı kesme deneylerinden elde edilen pik sürtünme açısı değerleri (Arayüzey I)...268 Şekil 8. 4 Sarsma levhası deneylerinden elde edilen blok ve masa ivmesi değerleri (Arayüzey I)...269
XXXV ŞEKİLLER DİZİNİ (Devam) Şekil Sayfa Şekil 8. 5 Geoteknik santrifüj kullanılarak yapılan sarsma levhası deneylerinden elde edilen blok ve masa ivmesi değerleri (Arayüzey I)... 271 Şekil 8. 6 Tekrarlı kesme deneylerinden elde edilen pik sürtünme açısı değerleri (Arayüzey II)... 273 Şekil 8. 7 Sarsma levhası deneylerinden elde edilen blok ve masa ivmesi değerleri (Arayüzey II)... 275 Şekil 8. 8 Geoteknik santrifüj kullanılarak yapılan sarsma levhası deneylerinden elde edilen blok ve masa ivmesi değerleri (Arayüzey I)... 277 Şekil 8. 9 Tekrarlı kesme deneylerinden elde edilen pik sürtünme açısı değerleri (Arayüzey V)... 279 Şekil 8. 10 Sarsma levhası deneylerinden elde edilen blok ve masa ivmesi değerleri (Arayüzey V)... 280 Şekil 8. 11 Tekrarlı kesme deneylerinden elde edilen pik sürtünme açısı değerleri (Arayüzey VIII)... 283 Şekil 8. 12 Sarsma levhası deneylerinden elde edilen blok ve masa ivmesi değerleri (Arayüzey VIII)... 285
XXXVI ŞEKİLLER DİZİNİ (Devam) Şekil Sayfa Şekil 9. 1 Geotekstilin kesme yönünde yatay olarak yerleştirilmesi...292 Şekil 9. 2 Geotekstilin kesme yönünde dikey olarak yerleştirilmesi...292 Şekil 9. 3 Kesme kutusu grafiği (Zemin)...293 Şekil 9. 4 Kesme kutusu grafiği (Zemin Geotekstil yatay)...293 Şekil 9. 5 Kesme kutusu grafiği (Zemin Geotekstil dikey)...294
XXXVII TABLOLAR DİZİNİ Tablo Sayfa Tablo 1. 1 Geogrid Özellikleri... 10 Tablo 1. 2 EPS ve XPS Türü Muhtelif Geofoam Malzeme Yoğunlukları... 26 Tablo 1. 3 EPS ve XPS Türü Muhtelif Geofoam Malzeme Blok Boyutları... 27 Tablo 1. 4 Geotekstil Tüpler İçin Potansiyel Uygulama Alanları... 29 Tablo 4. 1 Geotekstillerin Fonksiyonlarına Göre Uygulama Alanları... 48 Tablo 4. 2 Ayırma Amaçlı Örgüsüz Polipropilen Geotekstil Tipleri ve Özellikleri... 53 Tablo 4. 3 Geotekstillerin Bindirme Miktarı... 54 Tablo 4. 4 Kuru CBR Değeri Tahmini Korelasyon Çizelgesi... 57 Tablo 4. 5 Karayolu İnşaatlarında Farklı Geotekstil Fonksiyonları İçin Önerilen Zemin Alt Temel CBR Değerleri... 58 Tablo 4. 6 Modifiye CBR Deneylerinden Elde Edilen Güçlendirme Oranları... 65 Tablo 4. 7 Filtrasyon Kriterleri... 86
XXXVIII TABLOLAR DİZİNİ (Devam) Tablo Sayfa Tablo 4. 8 İnce Filtre Malzemesinin Özellikleri...87 Tablo 4. 9 Kaba Filtre Malzemesinin Özellikleri...87 Tablo 4. 10 Tip I Malzeme...88 Tablo 4. 11 Tip II Malzeme...88 Tablo 4. 12 Drenaj Amaçlı Örgüsüz, Polipropilen Geotekstil Özellikleri...89 Tablo 4. 13 Kum Şilte Gradasyonu...90 Tablo 5. 1 Polimer Grubu Özelliklerinin Karşılaştırılması...95 Tablo 5. 2 Örgüsüz Geotekstil Üretim Aşamaları...101 Tablo 5. 3 Doku Oluşturulmasında Kullanılan Teknikler...101 Tablo 6. 1 Geotekstil Üretiminde Kullanılan Hammaddelerin Teknik Özellikleri...109 Tablo 6. 2 Farklı Geotekstil Türlerinin Mekanik Ve Hidrolik Özelliklerinin Karşılaştırılması...110
XXXIX TABLOLAR DİZİNİ (Devam) Tablo Sayfa Tablo 6. 3 Bir Geotekstilin Tanımlanması... 111 Tablo 6. 4 Dokumanın Kalınlığının Ölçülmesinde Dikkate Alınacak Basınçlar... 113 Tablo 6. 5 Kullanılan Değişik Standartlara Göre Çekme Dayanımı Deney Boyutları... 119 Tablo 6. 6 Islak eleme analizinde kullanılan elek ölçüleri... 156 Tablo 6. 7 Görünen gözenek boyutu (AOS) deney sonuçlarının değerlendirilmesi... 158 Tablo 6. 8 Değişik türdeki geotekstillerin transmissivite değerleri*... 163 Tablo 6. 9 Geotekstillerin Bozulma Sürelerinin Tahmininde Kullanılan Yöntemler... 175 Tablo 7. 1 Zemin Geosentetik Arayüzey Kayma Dayanımlarının Belirlenmesinde Kullanılan İngiliz, Amerikan ve Alman Standartlarının Karşılaştırılması... 198 Tablo 7. 2 Değişik Arayüzlerdeki Geomembran Geotekstil Sürtünme Açıları δ ( )... 227
XL TABLOLAR DİZİNİ (Devam) Tablo Sayfa Tablo 7. 3 Geomembran Geotekstil Arayüzey Sürtünme Değerleri...227 Tablo 7. 4 Geotekstillerin ve Geomembranların Özellikleri...228 Tablo 7. 5 PE Film ve Farklı İnşaat Malzemeleri Arayüzey Kayma Açıları (δ)...228 Tablo 7. 6 Örgüsüz geotekstil ve Farklı İnşaat Malzemeleri Arayüzey Kayma Açıları (δ)...229 Tablo 7. 7 PVC Film ve Farklı İnşaat Malzemeleri Arayüzey Kayma Açıları (δ)...229 Tablo 7. 8 Direkt Kesme Deneyi Sonuçları...232 Tablo 7. 9 Sıyrılma Deneyi Sonuçları...233 Tablo 7. 10 Kritik Arayüzeylerdeki Sürtünme Açıları yada Kayma Dayanımları...234 Tablo 7. 11 İncelenen Arayüzeyler...235 Tablo 7. 12 Geotekstil-Geomembran Arayüzeylerinin 140 mm x 140 mm Ölçülerinde Sıcaklığa Bağlı Rezidüel Sürtünme Açıları...236 Tablo 7. 13 Geotekstil-Geomembran Arayüzeylerinin Kuru ve Islak Koşullarda Rezidüel Sürtünme Açıları...237
XLI TABLOLAR DİZİNİ (Devam) Tablo Sayfa Tablo 7. 14 Normal Gerilmenin Kuru ve Su altındaki Arayüzey Sürtünme Açılarına Etkisi... 237 Tablo 7. 15 Normal Gerilmenin ve Arayüzey Ölçülerinin Arayüzey Kayma Dayanımına Etkileri... 237 Tablo 7. 16 Farklı Deformasyonlardaki Rezidüel Arayüzey Sürtünme Açı Değerleri... 238 Tablo 7. 17 Ayrışmış Bangkok Kilinin Zemin Özellikleri... 239 Tablo 7. 18 Direkt Kesme Deneyi ve Sıyrılma Deneyi Sonuçları... 241 Tablo 7. 19 Eğik Düzlem Deneyinden Elde Edilen Geomembran Geosentetik Arayüzey Sürtünme Açısı Değerleri... 245 Tablo 7. 20 Direkt Kesme Kutusu Deneyinden Elde Edilen Geomembran Geosentetik Arayüzey Sürtünme Açısı Değerleri... 245 Tablo 7. 21 Eğik Düzlem Deneyinden Elde Edilen Arayüzey Sürtünme Açısı Değerleri... 246 Tablo 7. 22 Kesme Kutusu Deneyi İle Bulunan Geonet - Geosentetik Arayüzey Kayma Dayanım Değerleri... 247 Tablo 7. 23 Kesme Kutusu Deneyi İle Bulunan Geotekstil - Geomembran Arayüzey Kayma Dayanım Değerleri... 248
XLII TABLOLAR DİZİNİ (Devam) Tablo Sayfa Tablo 7. 24 Eğik Düzlem Deneyi İle Bulunan Geotekstil - Geomembran Arayüzey Sürtünme Açısı Değerleri...249 Tablo 7. 25 TMI Eğik Düzlem Deneyi İle Bulunan Geonet - Geosentetik Arayüzey Sürtünme Açısı Değerleri...250 Tablo 7. 26 Geotekstillerin Teknik Özellikleri...251 Tablo 7. 27 Deneyde Kullanılan Zeminin Özellikleri...252 Tablo 7. 28 Deneyde Kullanılan Geotekstilin Özellikleri...252 Tablo 7. 29 Direkt Kesme Deney Sonuçları...258 Tablo 7. 30 Seçilen Muhtelif Evsel Katı Atık Bileşenlerinin Laboratuvarda Ölçülen Arayüzey Sürtünme Açıları ( )...261 Tablo 8. 1 Geosentetik Arayüzeylerin Teknik Özellikleri...265 Tablo 8. 2 Geoteknik Santrifüj Kullanılarak Yapılan Sarsma Levhası Deneylerinden Elde Edilen Sonuçlar (Arayüzey I)...271 Tablo 8. 3 Geoteknik Santrifüj Kullanılarak Yapılan Sarsma Levhası Deneylerinden Elde Edilen Sonuçlar (Arayüzey II)...278
XLIII TABLOLAR DİZİNİ (Devam) Tablo Sayfa Tablo 8. 4 Geoteknik Santrifüj Kullanılarak Yapılan Sarsma Levhası Deneylerinden Elde Edilen Sonuçlar (Arayüzey III)... 278 Tablo 8. 5 Geoteknik Santrifüj Kullanılarak Yapılan Sarsma Levhası Deneylerinden Elde Edilen Sonuçlar (Arayüzey V)... 282 Tablo 8. 6 Geoteknik Santrifüj Kullanılarak Yapılan Sarsma Levhası Deneylerinden Elde Edilen Sonuçlar (Arayüzey VI)... 282 Tablo 8. 7 Geoteknik Santrifüj Kullanılarak Yapılan Sarsma Levhası Deneylerinden Elde Edilen Sonuçlar (Arayüzey VIII)... 285 Tablo 8. 8 Farklı Geosentetik Arayüzeyler İçin Ortalama Pik Sürtünme Açısı Değerleri... 287 Tablo 8. 9 Dinamik Sürtünme Açılarının Elde Edilmesi İçin Önerilen Deney Yöntemleri... 290
XLIV
XLV SİMGELER DİZİNİ Simgeler FS Açıklama Güvenlik Faktörü O 90 Görünen Gözenek Boyutu P C γ Aks Yükü Zeminin Kohezyonu Agreganın Birim Hacim Ağırlığı p c Lastik Basıncı α o Yük Dağıtma Açısı E ε a S Geotekstilin Deformasyon Modülü Birim Deformasyon Geometrik Özellik Tekerleğin Altındaki Oturma D 15F Filtre malzemesinin % 15 inin geçtiği elek çapı D 50F Filtre malzemesinin % 50 sinin geçtiği elek çapı
XLVI SİMGELER DİZİNİ (Devam) Simgeler Açıklama D 15Z Zemin malzemesinin % 15 inin geçtiği elek çapı D 50Z Zemin malzemesinin % 50 sinin geçtiği elek çapı D 65Z Zemin malzemesinin % 65 inin geçtiği elek çapı T gerekli Gerekli Olan Kıskaç Çekme Kuvveti p Uygulanan Basınç d v Maksimum Boşluk Çapı f(ε) Deforme Olan Geotekstilin Şekil Değiştirme Fonksiyonu b y Taş Boşluğunun Genişliği Taş Boşluğuna Doğru Olan Deformasyon T nihai Nihai Geotekstil Dayanımı p test Patlama Deneyi Basıncı d test Patlama Deneyi Aleti Çapı
XLVII SİMGELER DİZİNİ (Devam) Simgeler M G H V Ρ Açıklama Nesnenin Ağırlığı Yerçekimi İvmesi Düşme Yüksekliği Nesnenin Hacmi Nesnenin Birim Hacim Ağırlığı ρ w Suyun Birim Hacim Ağırlığı G s Nesnenin Özgül Ağırlığı d a Nesnenin Çapı T dikiş Dikişli, ASTM D4884 e göre geniş numune çekme dayanımı T geotekstil Dikişsiz ASTM D4595 E Göre Geniş Numune Çekme Dayanımı n Porozite (boyutsuz)
XLVIII SİMGELER DİZİNİ (Devam) Simgeler m ρ t Açıklama Birim Alandaki Kütle (ağırlık) Birim Hacim Ağırlığı Kalınlık (m) G D Filtreden Elenmiş Danelerin Kütlesi G T Filtreden Geçmiş f u Filtreden Elenmiş Dane Grubunun Alt Sınır Değeri f o Filtreden Elenmiş Dane Grubunun Üst Sınır Değeri q A k i h L Birim Zamanda Akan Su Miktarı, Debi Kesit Alan Permeabilite Katsayısı Hidrolik Eğim Hidrolik Yük h Hidrolik Yüküne Denk Gelen Akım Boyu
XLIX SİMGELER DİZİNİ (Devam) Simgeler Ψ θ Açıklama Permittivite Geotekstilin Transmissivitesi k p Geotekstil Düzlemindeki Permeabilite t W h L Geotekstilin Kalınlığı Geotekstilin Eni Hidrolik Yük Geotekstilin Uzunluğu Geotekstilin Altından, Geotekstilin 25 mm h GT + 25S Üzerindeki Zemin Arasındaki Hidrolik Yük Kaybı t + Geotekstilin Ve Zeminin 25 mm GT 25 Kalınlığının Toplamı h 50S Geotekstilin 50 mm Üzerindeki Zeminin Hidrolik Yük Kaybı t 50 Zeminin 50 mm Kalınlığı τ f Zeminin Kayma Dayanımı
L SİMGELER DİZİNİ (Devam) Simgeler Açıklama c Efektif Gerilme Cinsinden Kohezyon σ f İlgili Noktada Uygulanan Toplam Normal Gerilme σ f İlgili Noktada Uygulanan Efektif Normal Gerilme ø Efektif Gerilme Cinsinden İçsel Sürtünme Açısı u a İlgili Noktadaki Boşluk Suyu Basıncı Adhezyon σ n Arayüzeye etki eden normal gerilme δ a Arayüzey Sürtünme Açısı c i Zemin Etkileşim Katsayısı Ø T İçsel Sürtünme Açısı Kesme Gerilmesi F s Kesme Kuvveti A c Düzeltilmiş Alan
LI SİMGELER DİZİNİ (Devam) Simgeler Açıklama A o Başlangıçtaki Numunenin Temas Alanı d Hareketli Kabın Yatay Yerdeğiştirmesi δ p Pik Kesme Gerilmesi İle İlgili Sürtünme Açısı ω p Pik Kesme Gerilmesi İle İlgili Sürtünme Katsayısı δ r Rezidüel Kesme Gerilmesi İle İlgili Sürtünme Açısı ω r Rezidüel Kesme Gerilmesi İle İlgili Sürtünme Katsayısı F DST Toplam Arayüzey Sürtünme Kuvveti A T Kutunun En Kesit Kesme Alanı A LG Geogrid Boylamasına Elemanların Alanı A TG Geogrid Enine Elemanların Alanı τ zemin τ s-g Zeminin Kayma Dayanımı Zemin-Geogrid Arayüzey Kayma Dayanımı
LII SİMGELER DİZİNİ (Devam) Simgeler Açıklama F b Taşıma Kapasitesi Kuvvetidir c cw Zemin İle Geogridin Enine Elemanları Arasındaki Adhezyon δ cw Zemin İle Geogridin Enine Elemanları Arasındaki Sürtünme Açısı T ult Nihai Sıyrılma Yükü n w d N c ve N q f Enine Elemanların Sayısı Donatının Genişliği Enine Elemanın Kalınlığı Taşıma Gücü Faktörleri Frekans R S Üç Boyutlu Yüzey Pürüzlülük Parametresi
LIII KISALTMALAR DİZİNİ Kısaltmalar ABS AFNOR Açıklama Akrilonitril Bütadien Stiren Association Française De Normalisation ASTM American Society For Testing And Materials BS CAB CBR CDS CSPE CST DIN ECB EDENA EN British Standards Institution Selüloz Asetat Bütrit California Taşıma Oranı Tekrarlı Direkt Kesme Deneyi Klorosülfonat Polietilen Santrifüjlü Sarsma Levhası Deneyi Deutsches Institut Für Normung Ethylene-copolymer Bitüm European Disposables And Nonwoven Association European Norm
LIV KISALTMALAR DİZİNİ (Devam) Kısaltmalar EPDM EPS fpp GDA GMA HCR HDPE Açıklama Etilen Propilen Diene Monomer Genleştirilmiş Polistiren Esnek Polipropilen Deutsche Gesellschaft Für Geotechnik The Geosynthetic Materials Association Hidrolik İletkenlik Oranı Yüksek Yoğunluklu Polietilen ISO International Organization For Standartization LL MDPE MESL MSE MSEW Likit Limit Orta Yoğunluklu Polietilen Membranla Sarılmış Zemin Tabakası Mekanik Olarak Stabilize Edilmiş Zemin Sistemleri Stabilize Edilmiş Zemin Duvarları
LV KISALTMALAR DİZİNİ (Devam) Kısaltmalar PA PB PE PET PL PP PVC Açıklama Poliamid Polibütilen Polietilen Polyester Plastik Limit Polipropilen Polivinil Klorit RESF Yumuşak Zeminlerin Üzerindeki güçlendirilmiş dolgular RL RSS SEM ST USACR UV Rötre Limiti Donatılı Zemin Şevleri Scanning Electron Microscope Sarsma Levhası Deneyi US Army Corps Of Engineers Ultraviolet
LVI KISALTMALAR DİZİNİ (Devam) Kısaltmalar VFPE VLDPE XPS Açıklama Çok Esnek Polietilen Çok Düşük Yoğunluklu Polietilen Sıkıştırılmış Polistiren
1 1. GEOSENTETİK MALZEMELERE GENEL BİR BAKIŞ Tarihsel bir gözlem olarak, inşaat mühendisliğindeki önemli gelişmeler yapı malzemelerindeki teknolojinin gelişimine paralel olarak gerçekleşmiştir. Daha büyük ve kullanışlı yapıların inşaatı, ahşap ve yapı taşı kullanımından, donatılı beton (betonarme) ve çelik kullanımına geçilmesiyle sağlanmıştır (Holtz, 2001). Geoteknik mühendisliğinin ana malzemesi zemin ve kaya olduğu için geoteknik yapılarında buna paralel bir gelişme olmasını beklemek biraz zor gözükmektedir. İnşaat makineleri ve inşaat malzemelerinin gelişmesiyle, zeminin sıkıştırılması ve zemin iyileştirme yöntemlerinde önemli gelişmeler olmuştur. Buna en güzel örnek çekme dayanımına sahip olmayan doğal zeminlerin, çelik ve polimerik malzemeler sayesinde çekme dayanımı kazanmasıdır. Günümüzde inşaat mühendisliğinde hızlı bir gelişim gösteren polimerik malzemeler, geosentetiklerdir. Geosentetikler, polimerik malzemelerin fabrikalarda işlenmesiyle elde edilen, inşaat mühendisliği projelerinin bir parçası olarak zemin, kaya yada diğer geoteknikle ilgili malzemelerle birlikte kullanılan düzlemsel ürünlerdir (Holtz, 2001). Dokuma ürünlerin yolların güçlendirilmesinde kullanılması çalışmaları ilk olarak Güney Carolina Karayolu Bölümünde 1926 yılında yapılmıştır. Temelin üzerine, ağır pamuk dokumalara sıcak asfalt uygulanarak yerleştirilmiş ve asfaltın üzerine ince kum tabakası konulmuştur. Bölüm tarafından 1935 yılında sekiz saha deneyinin sonuçları sunulmuştur: Dokumalar özelliğini yitirene kadar, yollar iyi
2 durumda olmakta ve dokumanın yoldaki çatlamaları, sökülmeleri ve lokal yol bozulmalarını azalttığı görülmüştür (Koerner, 1999). 1970 li yıllarda yalnızca beş yada altı geosentetik çeşidi mevcutken günümüzde 600 ün üzerinde farklı geosentetik ürünü dünya üzerinde satılmaktadır. Dünya çapındaki geosentetik kullanımı bir milyar m 2 ye yakın ve bu malzemelerin yaklaşık olarak maddi değeri ise birbuçuk milyar Amerikan Doları yakındır. Son yıllarda geosentetiklerin kullanımı dört beş kat artmıştır (Holtz, 2001). Son 30 yıl içersinde geosentetiklerin inşaat işlerinde kullanımı hızla artmış ve en çok kullanılan malzemeler içinde yerini almıştır. Genel olarak, geosentetiklerin kullanımı güvenlik faktörünü arttırmakta, performansı geliştirmekte, ve konvensiyonal dizayn yöntemlerine göre ise maliyetleri azaltmaktadır. 1.1. Geosentetiğin Tanımı ASTM, geosentetiği bir inşaat projesi, yapı veya sistemin parçası olarak zemin, kaya, toprak veya diğer geoteknik mühendisliği ile ilgili bir malzeme ile beraber kullanılan, polimerik malzemelerden üretilen düzlemsel ürünlerdir olarak tanımlanmaktadır.
3 1.2. Geosentetiklerin Çeşitleri Geosentetikler 1. Geotekstil 2. Geogrid 3. Geonet 4. Geomembran 5. Geosentetik Kil Kaplama 6. Geoboru 7. Geokompozit 8. Geofoam 9. Geotüp 10. Geohücre 11. Geo diğerleri olarak 11 grupta incelenebilmektedir. Geosentetiklerin işlevlerine göre yapılan projeler çeşitlilik göstermekte ve buna uygun geosentetik türleri seçilmektedir. Geosentetik türlerinin Kuzey Amerika daki kullanılan miktarları ve satış rakamları Şekil 1.1 de sunulmuştur.
4 Şekil 1. 1 Kuzey Amerika da tahmin edilen geosentetik kullanımı (Koerner, 1999) 1.2.1 Geotekstil ASTM, geotekstili bir inşaat projesi, yapı veya sistemin parçası olarak zemin, kaya, toprak veya diğer geoteknik mühendisliği ile ilgili bir malzeme ile beraber kullanılan geçirimli tekstil ürünü olarak tanımlamaktadır. Son yıllarda kullanımı giderek artmaktadır.
5 Temel olarak iki tip geotekstil yapısı vardır. Bunlar: örgülü geotekstiller ve örgüsüz geotekstillerdir. Bunların dışında mekanik, ısıl ve kimyasal birleştirme gibi özel işlemler görmüş geotekstiller de mevcuttur (GMA, 2002). Geotekstillerin 100 den fazla özel uygulama alanı bulunmaktadır; ama genelde geotekstiller aşağıda belirtilen altı fonksiyonu göz önünde bulundurularak kullanılmaktadır. Bu fonksiyonlar 1. Ayırma 2. Filtrasyon 3. Drenaj 4. Güçlendirme 5. Koruma 6. Yalıtım (Asfalt takviye tabakalarının yapımında bitüm emdirilerek) (Wasti, 1992) olarak sıralanabilir. Geotekstiller hakkındaki daha geniş bilgi 3. Bölümde verilecektir. 1.2.2 Geogrid Yüksek deformasyon modüllü polimer malzemelerin hazırlanması için gerekli yöntemlerdeki gelişmeler sayesinde, özelikle de soğuk işleme yöntemindeki gelişmeler, bu malzemelerin donatı olarak kullanılmasını sağlamıştır (Şekil 1.2). Günümüzde, geogridlerin en önemli kullanım alanları güçlendirmedir. Zeminlerin güçlendirilmesinde farklı bir çok yöntem, malzeme ve yaklaşımlar olmasına karşın, geogridlerin bu alandaki kullanımları da hızla artmaktadır. Geogridlerin en önemli özelliği, delik olarak adlandırılan, zeminin içinden geçmesine izin
6 verecek kadar genişlikte, enlemesine ve boylamasına olan şeritler arasındaki açıklıklardır (Şekil 1.3). Geogridlerin şeritlerinin dayanımları yanında, aynı zamanda bağlanma dayanımları da önemlidir. Geogridler, zemini deliklerinden geçmesine izin verdikleri için yükün uygulandığı boyuna şeritleri dik kesen enine şeritlerde bir pasif dayanım oluşur. Aynı zamanda geogridin zemine bağlanması da bu şeritler sayesinde olur (Koerner, 1999). Şekil 1. 2 Geogrid (TC Mirafi Broşürü) Şekil 1. 3 Geogridin zemine uygulanması (TC Mirafi Broşürü)
7 Geogridlerin bir çok kullanım alanı bulunmaktadır. Bunlar aşağıdaki gibi sıralanabilir. Kaplamasız yollarda agreganın altında (Şekil 1.4) Tren yolu inşaatlarında balast tabakası altında Geçici inşaat alanlarının ya da sürşarj dolguların altında Toprak dolguların ve dolgu barajların güçlendirilmesinde (Şekil 1.5) Şev yenilmeleri ve heyelanlarının onarılmasında (Şekil 1.6 ve Şekil 1.7) Duvar inşaatlarında gabion oluşumunda Erozyon kontrol yapılarında gabion oluşumunda Köprü kenar ayaklarında gabion oluşumunda Yumuşak zeminlerin üzerinde esas donatı olarak Karstik alanların üzerinde esas donatı olarak Kazık temellerin başlıkları arasında donatı olarak Kırılmış yada çatlamış kayaların arasında köprü olarak Yumuşak zeminlerin üzerindeki dolgularda kaplama olarak Bataklık ve tundra üzerinde kaplama olarak İstinat duvarı yüzey panelleri için plak ankraj olarak Kaplamalarda asfalt donatısı olarak (Şekil 1.8) Ayrık kaya bölgelerinin güçlendirilmesinde Ayrık beton bölgelerinin güçlendirilmesinde Geotekstillerin arasında ara malzeme olarak Geomembranların arasında ara malzeme olarak Geotekstil ve geomembranın arasında ara malzeme olarak
8 Düşey genleşmenin olmasına izin verilen toprak dolguların güçlendirilmesinde Yatay genleşmenin olmasına izin verilen toprak dolguların güçlendirilmesinde Toprak dolguların taşıma gücü için üç boyutlu kaplama olarak Yumuşak zeminlerin üzerinde bulunan toprak dolgular için üç boyutlu kaplama olarak (Koerner, 1999). Şekil 1. 4 Agrega altına geogrid uygulanması (TC Mirafi Broşürü) Şekil 1. 5 Toprak dolgularda geogrid kullanımı (TC Mirafi Broşürü)
9 Şekil 1. 6 Yamaçta oluşan heyelan (TC Mirafi Broşürü) Şekil 1. 7 Geogrid kullanılarak yapılan istinat duvarı sayesinde oluşan heyelanın onarılması (TC Mirafi Broşürü)
10 Karayolları Genel Müdürlüğü nün 2006 yılında çıkarmış olduğu Karayolu Teknik Şartnamesi nde sunmuş olduğu, bitümlü sıcak karışımlar ile kaplanmış yolların takviyesinde, eski kaplamada oluşan çatlakların takviye tabakasına yansımasının geciktirilmesinde kullanılabilecek geogridlerin teknik özellikleri Tablo 1.1 de sunulmuştur. Tablo 1. 1 Geogrid Özellikleri (Karayolu Teknik Şartnamesi, 2006) Çekme Dayanımı, kn/m, minimum Özellikler Deney Metodu Cam elyaflı geogrid ISO 3341 Birleşik geogrid EN ISO 10319 Kırılma Anındaki Uzama, %, ISO 3341, maksimum EN ISO 10319 %2 Birim Deformasyondaki Dayanım, ISO 3341, kn/m, minimum EN ISO 10319 Şartname Limiti 100/100 5 60/60 Erime Noktası, C, minimum ASTM D 276 200 1.2.3 Geonet Geonetler ilk olarak Dr. B. Mercer tarafından İngiltere de geliştirilmişlerdir (Şekil 1.8). İlk çevresel uygulaması 1984 yılında Hopewell, Virginia da tehlikeli likit atık toplama merkezindeki sızmaların tespit edilmesi için kullanılmıştır. Geonetler grid malzemelere benzemektedir ve geogridlerin altına uygulanabilmektedirler. Buradaki kullanımı alanı ayırma amaçlı olmamakla birlikte, bu özelliği de sağlamaktadır. Geogridlerin donatı olarak kullanıldığı durumlarda, geonetler düzlemsel drenajı sağlamak amacıyla kullanılmaktadır
11 (Şekil 1.9). Geonetler bu durumda, donatı amacıyla kullanılmamalarına karşın bu onların zayıf ve sağlam olmayan malzemeler oldukları anlamını taşımamaktadır. Belirli bir dayanıma sahip olmalarına karşın genellikle drenaj amacıyla kullanılmaktadırlar. Dikkat edilmesi gereken geonetlerin, geotekstil, geomembran yada başka bir malzemenin alt veya üst yüzünde kullanılarak, zeminin boşluklara grip, malzemenin drenaj özelliğini kaybetmesini önlemekte olduklarıdır. Bu sebepten kompozit malzemelerin hazırlanmasında kullanılmaktadırlar (Koerner, 1999). Neredeyse bütün geonetler polietilenden imal edilmiştir. Geonetlerin özgül ağırlığı 0.935 0.965 aralığında olmakta bu sebepten orta-yoğunluktan yüksek yada yüksek-yoğunluktan düşük olarak sınıflandırılmaktadırlar. ASTM tarafından orta ve yüksek yoğunluktaki polietilenler arasındaki ayrım 0.940/0.941 olarak belirlenmiştir. Geonetlere yalnızca karbon karası (1 2 %) ve işlem / antioksidan paketi (0.5 1.0 %) uygulanabilmekte, bu nedenden malzeme genellikle saf olarak oluşturulmaktadır. Geonetlerin kalınlığı 5.0 ile 7.0 mm arasında değişmektedir. Kalınlık düzlemsel drenajda en önemli faktör olduğu için, bu kalınlığın arttırılmasına çalışılmaktadır. Kalınlığı arttırmanın bir yolu içeriğine köpük yapıcı madde ilavesidir. Bu yöntem birkaç üretici tarafından denemiş ve 10 ile 13 mm arasında kalınlıktaki geonetler elde edilmiştir (Koerner, 1999). Geonetle, genellikle drenaj özellikleri için kullanılmaktadır. Kullanım alanlarını aşağıda sıralanmıştır. İstinat duvarlarının arkasında su drenajı amacıyla Kaya şevlerinden sızan suyun drenajı amacıyla
12 Zemin şevlerinden sızan suyun drenajı amacıyla Spor sahalarının altında su drenajı amacıyla Dona duyarlı zeminlerde su drenajı amacıyla Bina temellerinin altında su drenajı amacıyla Otoyolların altında kirli su drenajı amacıyla Toprak dolguların altında alt drenaj sistemlerinde Sürşarj dolguların altında drenaj örtülerinde (Koerner, 1999). Şekil 1. 8 Değişik geonet çeşitleri (Tenax Broşürü) Şekil 1. 9 Geonet saha uygulaması (Reinhart ve Townsend, 2003)
13 1.2.4 Geomembran ASTM, geomembranı geoteknik mühendisliği ile ilgili insan yapısı bir proje, yapı ve sistemde sıvı akımını kontrol altına alabilecek kadar düşük geçirgenlikte asfalt, polimer ve bunların karışımından mamul sürekli membran tipi kaplama ve izole bariyeri olarak tanımlamaktadır. 1938 yılında Goodyear, doğal kauçuğu sülfürle işleyerek, termoset polimer olan sentetik kauçuğu elde etmiştir. Günümüzde, değişik türdeki sentetik kauçuk malzemeler önemli bir endüstri ürünü haline gelmiştir. Orijinal geomembran kauçuktan üretilmiş olup, içilebilir su havuzlarında kaplama malzemesi olarak kullanılmıştır. Bütil kauçuk olan bu ürün, yaklaşık 2% izopren katkılı kopolimer izobütilenden oluşmaktaydı. Bütil kauçuk oldukça geçirimsizdir ve esas olarak iç lastik ve içsiz lastik kaplama malzemesi olarak kullanılmaktadır. 1980 den itibaren endüstri termoset polimer kullanımından termoplastik polimer kullanımına geçmiştir. Bu malzemeler ısıtıldıkları zaman yumuşak ve esnek hale gelmekte ama içsel özelliklerinde bir değişme olmamakta, soğudukları zaman eski orijinal özelliklerine dönmektedirler (Koerner, 1999). Amerika da 1995 yılında 75 milyon m 2 geomembran kullanılmıştır. Kullanılan bu geomembranların hammaddeleri ve kullanım miktarları aşağıda sunulmuştur.
14 Yüksek-yoğunluklu polietilen (HDPE) 40 % yada 30 milyon m 2 Çok esnek polietilen (VFPE) 25 % yada 19 milyon m 2 Polivinil klorit (PVC) 20 % yada 15 milyon m 2 Klorosülfonat polietilen (CSPE) 5 % yada 4 milyon m 2 Esnek polipropilen (fpp) 5 % yada 4 milyon m 2 Diğerleri 5 % yada 3 milyon m 2 (Koerner, 1999). Geomembranlar esas olarak geçirimsizliğin sağlanmasında kullanılmaktadır. Saha uygulamalarında geçirimsizliğin sağlanması yine geomembranlar sayesinde olmaktadır (Şekil 1.10). Geomembranların çevre, geoteknik, hidrolik ve taşıma alanında kullanımları şu şekilde sıralanabilir. İçilebilir su için kaplama malzemesi olarak Su depoları için kaplama malzemesi olarak (Şekil 1.11) Sıvı atıklar için kaplama malzemesi olarak Radyoaktif ve tehlikeli sıvı atıklar için kaplama malzemesi olarak Yeraltı depolama tankları için ikincil kaplama malzemesi olarak Tuzlu su çözeltileri için kaplama malzemesi olarak Su kanalları için kaplama malzemesi olarak (Şekil 1.12) Çeşitli atık su kanalları için kaplama malzemesi olarak Katı atık sahaları için kaplama malzemesi olarak Zonlu dolgu barajların içindeki sızmayı engellemek için Tehlike dolu savaklarının kaplanmasında Tünellerin içinde geçirimsizliği sağlamak için (Şekil 1.13)
15 Kaya dolgu barajların geçirimsizliğinin sağlanmasında Kagir barajların geçirimsizliğinin sağlanmasında Batardoların içinde sızdırmazlığın kontrolünde Dolgulardan gelen kokunun önlenmesinde Binaların altında buhara karşı bariyer olarak Şişen zeminlerin kontrolünde Dona hassas zeminlerin kontrolünde Duyarlı alanlarda suyun sızması önlemek amacıyla Otoyolların altında ve yanında oluşabilecek zararlı sıvı atıkların tutulmasında Geçici sürşarjlar için kaplama yapısı olarak Asfalt üst kaplamaların altında sızdırmazlığı sağlayan tabaka olarak Yer üstündeki depolarda sızdırmazlığın sağlanması amacıyla (Koerner, 1999).
16 Şekil 1. 10 Geomembranın saha uygulaması (Layfield Broşürü) Şekil 1. 11 Geomembran kullanılarak su deposu yalıtımı yapılması (Layfield Broşürü)
17 Şekil 1. 12 Geomembran kullanılarak su kanallarının yalıtımının yapılması (Teranap Geomembrane Broşürü) Şekil 1. 13 Geomembran kullanılarak tünel su yalıtımının yapılması (Polyfelt Broşürü) 1.2.5 Geosentetik Kil Kaplamalar Geosentetik kil kaplamalar ilk olarak 1988 yılında Amerika Birleşik Devletleri nde inşa edilen bir katı atık toplama merkezinde kullanılmıştır. Kullanılan bu ürün iki geotekstil tabaksı arasındaki bentonit kili karışımından oluşmaktadır (Şekil 1.14). Geosentetik kil
18 kaplamalar kil şilteler, bentonit şilteler, bentonit hasırlar ve prefabrike bentonit kil şilteler olarak da adlandırılmaktadırlar. Geosentetik kil kaplamalar, suya ve diğer likit malzemelere karşı hidrolik bariyer olarak kullanılmaktadırlar (Koerner, 1999). Hidrolik bariyer olarak, sıkıştırılmış kil tabakaları yerine, geosentetik kil kaplamalar kullanılabilmektedir. (GMA, 2002). Geosentetik kil kaplamaların kullanım alanları, diğer geosentetik malzemelerle karşılaştırıldığında belki de en hızlı büyüyenlerindendir. 1995 yılında Kuzey Amerika da yaklaşık olarak 50 milyon m 2 geosentetik kil kaplama kullanılmıştır (Koerner, 1999). Geosentetik kil kaplamaların ana avantajları arasında; sınırlı kalınlığı, altındaki zemin veya atık malzeme üzerindeki farklı oturmaları azaltması, kolay yerleştirilmesi ve düşük maliyeti gibi hususular yer almaktadır (Yılmaz, Eskişar, 2003). Geosentetik kil kaplamaların kullanım alanları şu şekilde sıralanabilir. Dolgularda, geomembranların altında ilk kaplama tabakası olarak Dolgularda, geomembranların altında ikincil kaplama tabakası olarak Dolgularda, geomembranların altında ve kil tabakalarının üzerinde (üç bileşenli tabakalarda) Düşey saplama perdelerinde, geomembranla bitişik olarak (Şekil 1.15)
19 Geomembranların üzerinde, kaba agregalara karşı koruma tabakası olarak Yeraltı depolarında ikinci kaplama tabakası olarak Yüzey sularına bent oluşturulmasında Yüzey sularına bent oluşturulmasında, geomembranların altında kompozit kaplama olarak Su havuzlarında, geomembranların altında kompozit kaplama olarak Kanalların kaplanmasında (Şekil 1.16) (Koerner, 1999). Şekil 1. 14 Geosentetik Kil Kaplama (Bentofix Broşür) Şekil 1. 15 Düşey saplama perdelerinde, geomembranla bitişik olarak kullanımı (Bentofix Broşürü)
20 Şekil 1. 16 Geosentetik kil kaplamanın kanalların kaplanmasında kullanımı (Bentofix Broşürü) 1.2.6 Geoboru Su, gaz, petrol ve çeşitli diğer likit maddelerin yeraltında taşınması sırasında boru hatlarında kullanılan klasik malzemeler çelik, font, beton ve kildir. Bu boru malzemeleri davranışlarından dolayı rijit olarak sınıflandırılmaktadır. Polimerik malzemelerden imal edilen borular ise esnek olarak sınıflandırılırlar (Şekil 1.17). (Koerner, 1999). Şekil 1. 17 Geoboru (GMA, 2002)
21 Plastik borular, polimer malzemeden üretilen ilk ürünlerdendir ve çok geniş bir kullanım alanına sahiptir. Yeraltında bulunan plastik borulardan (genellikle HDPE), 95% den daha fazlası doğalgaz taşınmasında kullanılmaktadır. En önemli kullanım alanları endüstri, tarım, taşıma ve drenaj uygulamalarıdır. Geoborular genellikle polivinil klorit (PVC), yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE), polipropilen (PP), polibütilen (PB), akrilonitril bütadien stiren (ABS) ve selüloz asetat bütrit (CAB) gibi malzemelerden üretilmektedirler (Koerner, 1999). Çok yaygın kullanım alanı bulunan bu ürünün, kullanıldığı yerlerden bir kısmı aşağıda sunulmuştur: Karayolu, demiryolu ve hava alanlarında kenar dreni olarak Tünellerde sızma dreni olarak İstinat duvarlarının arkasında boşluk suyu dreni olarak Zemin ve kaya şevlerindeki sızmalar için kuşaklama dreni olarak Yeraltı suyunda oluşan sızmalar için kuşaklama dreni olarak Drenaj projelerinde boru olarak kullanılarak Yerçekimi ile akışkan taşıma hatlarında Basınç altındaki kuvvet aktarma hatlarında Atık su drenaj sistemlerinde Kimyasalların taşındığı boru hatlarında Zemin ve atık malzeme dolgularında, suyun uzaklaştırılması için (Koerner, 1999).
22 1.2.7 Geokompozitler Günümüzde inşaat sektöründe, artan ihtiyaçların karşılanması için yaratıcı projeler üretilmekte ve bu projelerin uygulanabilmesi için yeni ürünler gerekmektedir. İnşaat sektöründeki bu gelişmeler, kullanılan geosentetiklerin de çeşitlenmesini ve değişik çözüm önerileri sunmasını gerekli hale getirmiştir. Geokompozitler de bu ihtiyaçların karşılanması için kullanılmaktadır. Farklı malzemelerin değişik özellikleri kullanılarak sorunlara en uygun çözüm yolları bulunmaya çalışılmaktadır. Geokompozitler genellikle geosentetik malzemelerin çeşitli kombinasyonlarından oluşmaktadır. Yalnız bazı durumlarda sentetik olmayan malzemeler, geosentetiklerle kullanılarak uygun çözümler ve düşük maliyetler sağlanabilmektedir. Geokompozitler, bir çok ürünün kombinasyondan oluşmaktadır. Geokompozitlerin çok sayıda uygulama alanı bulunmaktadır; ama genelde geokompozitler aşağıda belirtilen dört fonksiyonları göz önünde bulundurularak kullanılmaktadır. Bu fonksiyonlar, 1. Ayırma 2. Güçlendirme 3. Filtrasyon 4. Drenaj (Şekil 1.18)(Koerner, 1999) olarak sıralanabilir.
23 Şekil 1. 18 Tünel inşaatında drenaj amacıyla geokompozit kullanımı (Tenax Broşürü) 1.2.7.1 Geotekstil Geonet Kompozitler Bir geotekstil, geonetin altında veya üstünde kullanıldığı zaman yada geotekstil geonet geotekstilden oluşan bir sandviç yapıldığı zaman ayırma ve filtrasyon özelliklerini sağlamış olmakta, aynı zamanda drenaj özelliği sadece geotekstilin kullanıldığı durumdan çok daha üstün olmaktadır (Şekil 1.19). Don etkisi yada tuzlanma problemi olan bölgelerde geokompozitler yatay olarak yerleştirildikleri zaman, yukarıdan gelen suyu kapiler bölgeden çok iyi şekilde drene edebilmektedir. Su, geokompozit sandviçin içine girdiği zaman geonetin içinde yatay yönde gidebilmekte ve zarar verebileceği yerden uzaklaştırılmış olmaktadır. Bu geokompozitler aynı zamanda dolgularda suyun ve buharın uzaklaştırılmasında da kullanılmaktadırlar (Koerner, 1999).
24 1.2.7.2 Geotekstil Geomembran Kompozitler Geotekstiller, geomembranların bir yada her iki yüzüne birden yapıştırılarak kompozit malzemeler elde edilebilir. Bu durumda geotekstillerin patlama, yırtılma, çekme dayanımları ve arayüzey sürtünme açılarında artış olur (Şekil 1.20). Genellikle örgüsüz iğneleme ile birleştirilmiş geotekstiller kullanılmaktadır. Çoğu durumda su, likit malzeme ve gazların drenajında kullanılırlar (Koerner, 1999). (a) (b) Şekil 1. 19 Geotekstil Geonet geokompozit çeşitleri ( (a) Tek tabaka geotekstil, tek tabaka geonet, (b) Çift tabaka geotekstil, tek tabaka geonet ) (Tenax Broşürü) Şekil 1. 20 Geotekstil Geomembran geokompozit (Tenax Broşürü)
25 1.2.7.3 Geomembran Geogrid Kompozitler Aynı malzemeden imal edilmiş (örneğin yüksek yoğunluklu polietilen) geomembran ve geogridlerin bir arada kullanılmasıyla elde edilen bu ürünler, daha yüksek dayanım ve sürtünme özelliğine sahip olurlar. Geçirimsiz bariyerlerin oluşturulmasında bu ürünler kullanılabilir (Koerner, 1999). 1.2.7.4 Geotekstil Geogrid Kompozitler Düşük deformasyon modülüne, düşük dayanıma sahip ve / yada yenilme anında büyük deformasyon yapan geotekstiller, geogridle veya başka bir örgülü dokuma kullanılarak, bu değerleri geliştirilebilir. Elde edilen son ürünün özellikleri, kullanılan malzemelerin sahip oldukları özelliklerine göre değişmektedir (Koerner, 1999). 1.2.8 Geofoam Geofoam terimi ilk kez 1992 de kullanılmış olduğundan tanımı üzerinde hâlâ bazı karışıklıklar mevcuttur. Çok basit olarak geoteknik mühendisliği uygulamalarında kullanılan her türlü köpük malzemenin genel adıdır. Ancak, Horvath a (1995) göre geofoamun en doğru tanımı, kapalı ve içi gaz dolu muhtelif hücrelerin oluşumu ile sonuçlanan ve genleştirme yolu ile elde edilen bir malzeme olduğudur (Şekil 1.21). Hücre duvarları katı ancak gazlara karşı geçirgendir. Geofoam artık dünya genelinde geotekstil, geomembran v.b. gibi bir geosentetik ürün kabul edilmektedir (Yılmaz, Eskişar, Aklık, 2005).
26 Şekil 1. 21 Geofoam (Terralite Broşürü) Pek çok geofoam malzemesi polimerik (plastik) veya camsı köpük esaslıdır. Polistiren köpük kapsamında iki çeşit ürün mevcuttur: EPS (genleştirilmiş polistiren) XPS (sıkıştırılmış polistiren) En çok kullanılan tür EPS dir. ASTM C578 e göre tanımlanmış boyutlar ve yoğunlukları sırası ile Tablo 1.2 ve Tablo 1.3 te verilmiştir. Tablo 1. 2 EPS ve XPS Türü Muhtelif Geofoam Malzeme Yoğunlukları (ASTM C578) EPS XPS Tip Yoğunluk Yoğunluk (kg/m 3 Tip ) (kg/m 3 ) I 15 IV 26 II 22 V 48 VIII 18 VI 29 IX 29 VII 35 XI 12 X 22
27 Tablo 1. 3 EPS ve XPS Türü Muhtelif Geofoam Malzeme Blok Boyutları (ASTM C578) EPS XPS Boyut mm Boyut mm En 305 En 406-1219 Boy 1219-4877 Boy 1219-2743 Yükseklik 9.5-610 Yükseklik 13-102 Yumuşak ve zayıf zeminlerin üzerinde yapılan dolguların içinde, donma çözünme etkisini çok etkili olduğu yerlerde yolların, hava alanı kaplamalarının ve demiryollarının altlarında v.b. alanlarda geofoam kullanılmaktadır (GMA, 2002). 1.2.9 Geotüp Geotüpler, geotekstil rulolarının bir araya getirilip dikilmesi ile oluşturulan kapsül şeklindeki elemanlardır ve nispeten büyük miktardaki suya doygun malzemeyi tutmaya uygun dayanıma sahiptirler. Geotekstil tüpler gözenekli bir yapıya sahiptir ve suya doygun bir malzeme veya sulu çamurla doldurulduğu zaman içerisinde katı kısım tutulur ve su, geotüpü oluşturan geotekstilin gözeneklerinden dışarı süzülür (Leschinsky vd., 1996). Geotüpler 1980 yıllarının başında Avrupa da erozyon kontrolü ve depolama amaçları için geliştirilmiştir. İlk kullanım örnekleri Brezilya ve Fransa da dip taramasından elde edilen malzeme ile doldurulmuş tüplerin suyu tutmak amacı ile sedde teşkilinde (Bogossian vd., 1982) ve Hollanda da dere yataklarında meydana gelen oyulmaların kapatılması çalışmalarında (Jagt, 1988) kullanılmaları olarak özetlenebilir. Geotüpler üzerinde yapılan ilk çalışmalarda çoğu
28 araştırmacılar tasarım ve imalat sırasında göz önünde tutulması gereken hususlar üzerinde yoğunlaştılar (Fowler vd., 1998; Pilarczyk vd., 1998). Gaffney ve Moo-Young, son yıllardaki araştırmaların, yüksek su içeriğine sahip malzemelerin susuzlaştırılması amacına yönelik olarak kullanılan geotüplerin imal edildiği geotekstil malzemesinin filtrasyon özelliklerinin belirlenmesi üzerine yoğunlaştığını belirtmişlerdir (Arslan, Güler, Yılmaz, Koyuncu, 2004). 1980 lerden bugüne kadar boyutları 1 m 3 ten 3000 m 3 e kadar değişen geotekstil torba, tüp ve taşıyıcı, çok çeşitli dolgu malzemeleri ile Hollanda, Almanya, Fransa, Japonya, Brezilya, Avusturya ve Amerika Birleşik Devletleri gibi ülkelerde dolduruldu. Doldurulan bu elemanlar veya tüpler, su altında teşkil edilen stabilite seddelerinin imalatında, kıyı yapılarının dalgalara karşı tahkiminde, talveg erozyonunun seddelerle kontrol altına alınmasında, köprü kenar ayaklarının oyulmaya karşı korunmasında, dip taramasından çıkan malzemenin depolanmasında ve temiz veya kirlenmiş malzemelerin depolanmasında başarı ile kullanılmaktadır. Örneğin iyi derecelenmiş kumla hidrolik dolgu yöntemi ile doldurulmuş geotüpler Hollanda nın kuzey kıyılarında koruma yapısı ya da bariyer olarak veya mevcut koruma yapılarının arkasında sıklıkla kullanılmıştır (Krystian, 1994). Geotekstil tüpler yüksek su içeriğine sahip malzemeden suyun uzaklaştırılması için çok hızlı ve kolay inşa edilebilen, uygulama maliyetini düşüren ve zamandan kazandıran, ekonomik alternatif bir yöntem olmuştur. Genel bir değerlendirme yapıldığında, geotekstil tüplerin daha ucuz ve kolay bir susuzlaştırma sağladığı ve alternatif sınırlandırılmış depolama alanlarına göre daha az alan ve tesis gerektirdiği söylenebilir (Arslan, Güler, Yılmaz, Koyuncu,
29 2004). Tablo 1.4 te geotekstil tüplerin potansiyel kulanım alanları sunulmuştur. Tablo 1. 4 Geotekstil Tüpler İçin Potansiyel Uygulama Alanları (Moo Young ve Tucker, 2002) Uygulama Suyun Uzaklaştırılması Yüzey Drenajı Yapısal Erozyonu Önleme Depolama Kategori Taranmış malzeme, evsel ve endüstriyel atık su arıtma çamuru, temiz su arıtma çamuru, hayvansal atık, kağıt fabrikası atık çamuru, uçucu kül, maden atıkları Hava alanları, otoyollar, petrol dökülmeleri, tarımsal operasyonlar Seddeler, sahiller, nehirler, bataklıklar, silt tutucular İnce taneli taranmış malzeme, kirletilmiş taranmış malzeme, kirletilmiş malzemenin üstünün kapatılması Yukarıda da belirtildiği gibi geotüplerin bir çok kullanım alanı bulunmaktadır ve geotüplerin teknik özelliklerindeki artışa bağlı olarak kullanım alanları daha da artmaktadır. Geotüpün yapısal erozyonu önlemesi ile ilgili saha uygulaması, Şekil 1.22 de depolama ile ilgili saha uygulaması Şekil 1.23 te sunulmuştur.
30 Şekil 1. 22 Geotüpün yapısal erozyonu önlemesi ile ilgili saha uygulaması (TC Mirafi Broşürü) Şekil 1. 23 Geotüpün depolama ile ilgili saha uygulaması (TC Mirafi Broşürü)
31 Geotüple susuzlaştırma üç aşamalı bir yöntemdir. İlk aşamada belirli çaptan büyük daneleri tutma özelliğine sahip geotekstilden imal edilmiş yüksek dayanımlı geotüpler atık çamur, kirletilmiş zemin veya tarama ile elde edilmiş atık malzeme ile doldurulur. Geotüpün imal edildiği geotekstilin yapısı, içine doldurulan malzemenin dane yapısına uygun olmalı ve sedimenti büyük oranda geotüp içinde tutmalıdır. Susuzlaştırma aşamasında, fazla su geotüpten deşarj edilir. Deşarj edilen su genellikle tekrar kullanılacak veya ilave iyileştirme yapılmadan doğal ortama geri bırakılabilecek kalitededir. Geotüpün içersinde tutulan katı malzeme miktarı arttıkça, deşarj edilen suyun kalitesi daha da artar. Son aşama olan konsolidasyon aşamasında atık durumdaki su Geotüpün dokusu arasından buharlaşarak çıkarken içerideki malzemenin yoğunluğu artar ve konsolidasyona uğrar. Malzemede 65% e varan hacim küçülmesi oluşur. Geotüp daha sonra istenirse açılabilir ve içindeki katı malzeme istenilen kullanım veya depolama noktasına taşınır. Tek bir geotüp ile günde 1500 m 3 malzeme elde edilebilir (Arslan, Güler, Yılmaz, Koyuncu, 2004). 1.2.10 Geohücre Geohücreli tutucu sistemler, içerisi zemin, kaya ya da betonla doldurulmuş üç boyutlu petek tarzı elamanlardır (Şekil 1.24). Bu sistemler genellikle geohücre olarak adlandırılmakta olup, şerit şeklinde polimer tabakalardan yada geotekstillerden üretilmekte olup, çaprazlama olarak yerleştirilmekte ve kesişim noktalarından birbirlerine sabitlenmektedirler. Bu şeritler çekildikleri zaman geniş bir petek şeklinde örtüye dönüşmektedir (GMA, 2002).
32 Geohücreler, şev, kanal yada zemin stabilizasyonunda gerekli olan bariyer ve koruma elamanı olarak kullanılmaktadırlar (Şekil 1.25) (Caltrans, 2006). Şekil 1. 24 Geohücre (Tenax Broşürü) Şekil 1. 25 Geohücre kullanılarak şevin dış etkilerden korunması (Presto Broşürü)