ŞEV STABĐLĐTESĐNĐN KATI ATIK SAHALARINDAKĐ ÖNEMĐ Mustafa Esen*, Sami Gören** Fatih Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, E-posta: goren@fatih.edu.tr ÖZET Düzenli katı atık depolama sahalarının tasarım ve inşaatında önemli unsurlar bulunmaktadır. En önemli konu olarak, atıklardan oluşan sızıntı sularının yer altı su kaynaklarına karışmasını engellemek maksadı ile tasarlanan geçirimsizlik tabakası olmakla beraber, arazinin kenarlarında bulunan veya oluşturulan eğimli arazinin (şev) sağlamlığı (stabilitesi) de çok önemlidir. Saha kenarlarında oluşan şevlerin yanı sıra, atık sahasının işletimi esnasında, atıklar depolanıp sıkıştırılırken doğal olarak oluşan şevin kayma/yıkılma potansiyeli de dikkate alınmalıdır. Bu çalışmada, şev stabilitesinin çeşitli zemin özelliklerine göre analizi yapılarak, kayma eğilimi ortaya koyulacaktır. Buna bağlı kayma riskleri göz önüne koyulacaktır. Anahtar Kelimeler: katı atık depolama sahası, atık mekaniği, şev stabilitesi, geçirimsiz tabaka, zemin problemleri. THE IMPORTANCE OF SLOPE STABILITY FOR LANDFILL SITE ABSTRACT There are several important issues to design sanitary landfill sites. The most important of them is the impermeable layer which does not allow the leachate to proceed to the ground. Otherwise leachate from accumulated waste materials could contaminate underground water. However, stabilization of the side slopes of operating cells or border slopes are other important case as well. During the storage and compaction operation of solid wastes, slope failure may occur. Thus, failing potential of slopes must be to take into consideration. In this study, the stabilization of the slopes will be analyzed according to the features of the ground, so that the potential slope failure will be predicted. Key Words: sanitary landfill, waste mechanics, slope stability, impermeable layer, soil problems
GĐRĐŞ: Günümüzde artan nüfus ve tüketim ihtiyaçları yüzünden katı atık miktarları devamlı artmaktadır. Đhtiyaca bağlı olarak artan üretim sebebiyle de, endüstriyel atıklar da artmakta ve uygun bertaraf yöntemlerine her zaman ihtiyaç duyulmaktadır. Atık bertarafında çeşitli yöntemler olsa da, en klasik yol olarak karşımıza, atık sahasına gömme, çıkmaktadır. Sıhhi katı atık sahalarının tasarımı ve inşasında önemli olan çeşitli faktörler vardır. Katı atık sahalarına, evsel atıkların yanı sıra, sanayiden de atıklar gelmektedir. Bunlar yiyecek artıkları, kâğıt, cam, plastik vs. gibi ambalaj maddeleri, giyecek eskileri, bahçe atıkları, kül, tahta, hafriyat, moloz, üretim artıkları gibi büyüklüğü, yoğunluğu, sertliği son derece farklı olan çok değişik sınıfta maddeler gelir. Atık karakteristikleri her yöreye ve topluma göre farklılık gösterebileceği gibi, aynı saha içinde değişik yerlerde bile son derece farklı olabilir [1]. Katı atık düzenli depolama sahası olarak aday gösterilen bölgenin topoğrafik ve jeolojik durumu çok önemlidir. Detaylı olarak yapılacak zemin etüdünün ardından atık dataları ile ilişkisi gündeme gelmelidir. Çeşitli zemin türlerinin özelliklerini anlayabilmek için gerekli olan, zemin analizlerine geçmeden önce zeminin davranışı hakkında temel bilgi sahibi olmak gerekir. Bu bilgiler atık mekanizmasını kavramakta kullanılacaktır. Herhangi bir atığın kendi başına ve zemin ile olan davranışları incelenmelidir. Atık-zemin ilişkisi ile birbirleri karşısında ve birbirleriyle beraber hareket mekanizması tüm yapıya etkiyecek önemli bir unsurdur. Buna ATIK MEKANĐĞĐ adı verebiliriz. Katı atık sahalarının mühendislik özelliklerinin açıklanabileceği yeni bir disiplindir. Proje alanının zemin ve yeraltı su seviyesi de çok önemlidir. Đlgili yönetmelikte, yer altı su seviyesinin eksi 1,5 metre olması durumunda bile katı atık depolama sahası inşaatına izin çıkmaktadır ancak bu son derece sakıncalı bir durumdur. Yeryüzüne bu kadar yakın su olan bir sahada mevsimsel değişiklikler bile çok etkili olur ve her an için kirliliğin yayılma tehlikesi mevcuttur. Öte yandan boşluk suyu basıncı da zeminin hareket etmesi için çok önemli bir etkendir. Sıhhi (modern) katı atık sahasının altyapısındaki sıkıştırılmış kil tabakası, geçirimsizlik malzemeleri gibi hazırlıklar, atıkların ve oluşan sızıntı suyunun alttaki zemin ile direk irtibatını kesmektedir. Bu durumda, birbirlerine karşı gösterdikleri davranış ve oluşabilecek kimyasal, biyolojik reaksiyonlardan çok, zeminin genel olarak, oluşan bu yeni yüke karşı koyup, koyamayacağıdır.
Gerekli zemin deneyleri sonucu, zeminin taşıma gücü ve muhtemel davranışı hakkında bilgi sahibi olunur. Ortaya çıkan bu parametreler, güvenli ve ekonomik tasarımın anahtarlarıdır. Zemin araştırması şu açılardan önemlidir; 1- Temel (alt tabaka) stabilizasyonu ve sıvılaşma ihtimali 2- Şev (yamaç) stabilitesi 3- Kaplama (ara ve nihai tabaka) malzemesinin verimi, etkinliği ve sıkıştırılması 4- Toprak basınçları 5- Birim elemanların (hücre ve tabakaların) tasarımı Sıkıştırılmış killerin, hidrolik geçirgenliği; optimum su muhtevası ve %4 oranında ıslak olan durumlarda; minimumdur. Daha fazla su muhtevasında, sıkışması tam olamaz ve haliyle geçirgenliği fazlalaşır. Geçirgenlik; zemin dane çapı ile de ilgili olsa da, su muhtevası ve birim hacim ağırlığı ile de ilgilidir. Geoliner veya geomembrane olarak adlandırılan geçirimsiz tabakanın altındaki kısmın sıkıştırılması çok önemlidir. Burada, optimum su muhtevasının altında ve fazla dinamik yük ile sıkıştırma yapıldığında, sonradan şişmelere sebep olur. Bu da ileride, geçirimsiz tabakanın deforme olmasına, hatta yırtılmasına ve zemin hareketlerine (oynama ve çatlaklara) sebebiyet verir. Bir zemin kitlesi içindeki tanecikler ve su, izafi olarak sıkışmaz kabul edilir. Zeminin herhangi bir hacim değiştirmesi, zemin içindeki bir değişikten ve daha çok zemin kitlesinden su ve havanın kaçmasından ileri gelir. Sıkışabilme, zeminin yapısı ve geçmişteki basınçtan kalma durumu ile çok yakından ilişkilidir. Çökelme sonucu oluşan zemin kitleleri ve alüvyonal zeminler diğerlerine göre daha çok sıkışabilme özelliğine sahiptir. Genellikle killer ve siltler, turba ve başka organik zeminler yüksek derecede sıkışma yeteneğindedir. Çakıllı ve kumlu zeminlerde sıkışma çok az olur. Diğer taraftan da sıkışmanın hızı bakımından zeminler değişik özellikler gösterirler. Kumlu ve çakıllı zeminler, az olan toplam sıkışmalarını kısa zamanda alırlar. Kil ve silt gibi kohezyonlu zeminlerde sıkışma uzun zaman tutar. Bu durum yüksek dolgu altında bütün zeminlerin uzun bir oturma süresi gerektireceğini gösterir. Gerekli sıkışma sağlandıktan sonra, daha üst tabakalarda sıkıştırma esnasındaki su muhtevası, plastik limit değerinden yüksek olduğunda (1,2 ila 1,3 PL oranında), çalışma kolaylığı sağladığı gibi, muhtemel zemin hareketlerinden oluşabilecek çatlaklar da önlenebilir. Bu sıkıştırma esnasında, (hava) boşluk oranı %5 den fazla olmamalıdır. Đnşaat esnasında alınacak, örselenmemiş zemin numunelerinin laboratuarda
incelenmesi sonucu, bu oranlar kontrol altında tutulabilir. Bu durum, genel tabakanın daha uzun ömürlü ve daha verimli olmasını sağlar. Daha sonra üst tabakalar oluştuğunda, atıklar depolanmaya ve sıkıştırılmaya başlandığında da plastik hareket göstererek, belirli bir oranda düşey basıncı emebilecektir. Basınç derinlikle arttığına göre, su muhtevası da derinlikle azalırsa, düşey basınçların oluşturabileceği deformasyonları (çökmeleri) önleyebilir. ZEMĐN YÜKLERĐ Bir katı atık sahasına etkiyen yükler şu şekilde sıralanabilir; 1) Yapının Kendi Ağırlığı: Katı atık sahasının inşasında kullanılan her türlü malzemenin birim ağırlığı ve miktarına bağlı olarak ortaya çıkar. Her zemin cinsine ve projeye göre farklılık gösterdiği için yerinde tespit etmek gerekir. 2) Katı Atıkların Sıkıştırılması Sebebi ile: Gerekli stabilasyon ve hacim azaltması yapmak maksadı ile yapılan sıkıştırma işlemi, sahanın geneline de etkiyecektir. Bu etkiyen yükün tipi, periyodu, arazi eğimi ve şev açısı gibi parametrelere bağlı olarak hesaplanabilir. 3) Su Basıncı: Kaplama toprağı, katı atıkta oluşan su, sonradan sahaya giren yağmur suyu ve en alttaki zeminin boşluk suyu basıncı ve hareketleri sonucu oluşan yüklerdir. 4) Deprem Yükleri: Deprem ile oluşan dış yükler ve zemin hareketleri sonucu oluşan yüklerdir. DEFORMASYON TÜRLERĐ Katı atık sahalarının tasarımı disiplinler arası bir konu olarak ele alınmalıdır. Zemin hareketleri, doğaya insan müdaheleleri ve dikkatsizce yapılan kazı ve dolgular çeşitli deformasyonlara, kitle hareketlerine ve kazalara sebep verebilmektedir. Aşağıda ifade edilen zemin koşulları da bu tür deformasyonlara kolaylık sağlamaktadır; 1) Plastik hareket gösterebilen zayıf malzeme 2) Hassas zeminler 3) Göçebilen zeminler 4) Ayrışmış / yıpranmış ortam 5) Ezilmiş / makaslanmış bölgeler 6) Çatlaklı kütle, 7) Olumsuz eğimde süreksizlikler (fay, çatlak, vs.) 8) Olumsuz konumda kitlesel özellikler (yataklanma, dilimlenme, vs.) 9) Geçirimlilikte beliren çelişkiler ve bunun yeraltı su seviyesine etkisi 10) Ortam rijitliğinde farklılıklar (yumuşak malzeme üzerine gelmiş gevrek tabaka)
Bu tür zeminlerde daha rahat oluşabilen, ancak sağlam kabul edilen zeminlerde bile olması mümkün, katı atık sahasının dolgu emniyetini tehdit eden çeşitli unsurlar şu şekilde ifade edilebilir. 1) Düşme: üzerinde daha önce kayma hareketi olmamış bir yüzeyden zeminin ayrılması ile başlar. Kitle bunu izleyerek, büyük ölçüde serbest düşme, yuvarlanma, takla atma ile iner. Bunun sonucu düşmede beliren ivme yer çekimi ivmesine eşit olmaktadır. 2) Devrilme: Bir zemin veya kitlenin yamaç dışına, kendi ağırlık merkezinin altında bir nokta veya eksen boyunca öne doğru dönmesidir. 3) Kayma: Bir kitlenin belirgin kayma yüzeyi, yüzeyler, ince ve yoğun bir makaslama bölgesi boyunca yamaç aşağı hareketidir. Genellikle bu tür deformasyonlar çoğunluktadır. 4) Yanal yayılma: Kohezyonlu zemin yada kitlenin alttaki yumuşak tabaka içinde kırılarak batması sonucu uzanmasıdır. Bu türde kayma yüzeyi yoğun makaslama bölgesi oluşturmaz. 5) Akma: Makaslama yüzeylerinin çok sık ancak kalıcı ve belirgin olmadığı, üç boyutlu ve sürekli bir harekettir. Hareket eden kitle içinde hız dağılımı akışmaz bir sıvıdakini andırır. Bu tür deformasyonların oluşmaması için, dengeyi bozmaya yönelik tüm etkenlerin kontrolu ve azaltılması gerekir. Uygulanacak tüm yöntemlerde etkinlik yanında maliyetin de ön planda olduğu unutulmamalıdır. Herhangi bir kitle hareketini kontrol altına almak için başvurulabilecek birçok yol gelişen teknoloji ile daha da kolaylaşmıştır. Ancak belirli bir vakaya bunların, herhangi birinin uygulanması birçok etken nedeniyle her zaman mümkün olmayabilir. Bu tür durumlarda, kontrol altında bulundurulması gereken unsurlar şu şekilde sıralanabilir; 1) şevin geometrik özellikleri 2) yüzey ve yeraltı suyu hidrolojisi 3) düşük dirençli bölgelerin dolgu ve yamaç içinde dağılımı 4) stabilizasyonu gerekli kılan nedenlerin niteliği Bu unsurlara karşılık, şev geometrisinin güvenli ve kontrollu şekilde oluşturulması, saha içindeki ve dışarıdan gelecek suların kontrolu, yapısal önlemler ve ortam özelliklerinin iyileştirilmesi gibi önlemlerle, herhangi bir deformasyon ve kaza engellenebilir. SONUÇLAR VE ÖNERĐLER Katı atık sahalarının çoğunda görülen yetersiz sıkıştırma ve şev stabilizasyonu problemi, tamamıyla planlama veya işletme hatalarından kaynaklanır. Bu tür problemlerin önlenmesi için, zeminin yapısını ve davranışlarını iyi tespit edip, ona göre gerekli önlemi almak ve dengeyi bozucu unsurları kontrol altında tutmak lazımdır. Bu önlemler sadece o
an için değil, sahanın ileriki davranışını ve güvenliğini etkilediği için, kesinlikle göz ardı edilmeyecek etkenlerdir. KAYNAKLAR [1] Sami Gören, Katı Atık Sahalarında Muhtemel Zemin Problemleri, Katı Atık Eğitim Merkezi, Katı Atık Düzenli Depolama Sistemleri Eğitimi, 9-12 Mayıs 2005, Đstanbul. [2] Macbean E. A., et. al. (1995) Solid Waste Landfill Engineering And Design. ISBN 0-13-079187-3, Prentice Hall PTR. [3] Kawano I., et. al. (1999) Soil Mechanics, ISBN 4-7655-1500-1, Tokyo. [4] International Geosynthetic Society, Japan Branch (2000), Atık Sahalarının Tasarımı Elkitabı, Ohmsha Publishing, Tokyo. [5] Önalp A., Arel E., (2004) Yamaç ve Şevlerin Mühendisliği, ISBN: 975-511-378-9, Birsen Yayınevi, Istanbul. [6] Gören S., (2006), Sanitary Landfill,Fatih Üniversitesi Yayınları, ISBN: 978-975-. [7] Cernica J. N., (1995), Geotechnical Engineering Soil Mechanics, ISBN 0-471-30884-6, John Wiley & Sons, Inc.