İnşaat yıkıntı atıkları ve endüstriyel atıkların kısa dönemli filtrasyon özelliklerinin deneysel olarak belirlenmesi

Abstract

Günümüzün hızlı nüfus artışı ve kentleşme süreçleri, doğal kaynakların hızla tükenmesine ve çevresel sorunların daha belirgin hale gelmesine neden olmaktadır. Artan nüfus, beraberinde daha fazla yapılaşma ihtiyacını getirirken, inşaat sektörü büyük miktarlarda hammadde tüketimi ve enerji talebi yaratmaktadır. Bu durum, doğal kaynakların sürdürülebilir bir şekilde yönetilmesi gerekliliğini ortaya koymaktadır. Özellikle beton, çimento, asfalt gibi yaygın olarak kullanılan inşaat malzemeleri, üretimleri sırasında yüksek enerji ve su tüketimi gerektirdiği gibi, üretim sonrası ciddi miktarda atık üretimine de sebep olmaktadır. Bu atıkların uygun şekilde yönetilmemesi durumunda, çevre üzerinde olumsuz etkiler yaratmakta, hava ve su kirliliğine yol açarak ekosistem dengesini bozabilmektedir. Aynı zamanda, inşaat faaliyetleri sonucu ortaya çıkan büyük miktarlardaki atıklar, geleneksel bertaraf yöntemleriyle çevresel sorunlara neden olmaktadır. İnşaat ve yıkım faaliyetleri sonucu ortaya çıkan yıkıntı atıkları ve endüstriyel atıkların genellikle doğrudan depolama sahalarına yönlendirilmektedir. Ancak, çöp sahalarının dolması, bu alanların uzun vadede sürdürülebilir olmaması ve atıkların ayrıştırılmadan bertaraf edilmesi gibi sorunlar, bu yöntemlerin sınırlı olduğunu göstermektedir. Çöp sahalarının dolması, enerji tüketimi ve ekosistem üzerindeki olumsuz etkiler, bu atıkların daha verimli bir şekilde değerlendirilmesi ihtiyacını doğurmaktadır. Ayrıca, atık yönetimi sürecinde oluşan sera gazı salınımı ve CO2 emisyonu da küresel ısınma ve iklim değişikliği gibi ciddi çevresel sorunları tetiklemektedir. İnşaat yıkıntı atıkları ve endüstriyel atıklar karayolları, istinat duvarları ve dolgu yapılarında alternatif malzemeler olarak değerlendirilmektedir. Bu çalışma, geri kazanılmış asfalt (RAP), geri kazanılmış beton (RCA) ve çelik cürufu (SS) gibi atık malzemelerin karayolları alt yapıları ve istinat duvarı dolgularında kullanılabilirliğini incelemektedir. Özellikle bu malzemelerin kısa dönemli filtrasyon özellikleri deneysel olarak analiz edilmiştir. Her ne kadar uzun dönemli filtrasyon performansı daha belirleyici olsa da bu deneylerin uzun zaman alması nedeniyle kısa dönemli hidrolik iletkenlik değişimlerine odaklanılmıştır. Bu kısa dönemli analizler, uzun dönemli filtrasyon deneyleri için bir ön kaynak olarak değerlendirilecek ve gelecekte yapılacak bu tür deneylerin zeminini oluşturacaktır. Çalışmada, farklı açıklıklara sahip örgüsüz geotekstiller kullanılarak kısa dönemli filtrasyon performansları incelenmiş ve en uygun AOS (görünür göz açıklığı) değerine sahip geotekstil malzemesi belirlenmeye çalışılmıştır. Bu incelemeler, malzemelerin hidrolik iletkenlik değişimlerine dayalı olarak yapılmış ve malzemeler ile geotekstil kombinasyonlarının hidrolik iletkenlik değerleri belirli bir mertebede bulunmuştur. Bu sonuçlar hem atık malzemelerin hem de geotekstil kombinasyonlarının karayolları ve istinat duvarı dolgularında kullanım potansiyelini göstermekte ve uzun dönemli uygulamalar için sağlam bir temel oluşturmaktadır. Kullanılan malzemeler arasında geri kazanılmış asfalt (RAP), geri kazanılmış beton (RCA) ve çelik cürufu (SS) yer almakta olup, bu malzemeler doğal agrega (NA) ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Malzemeler farklı özelliklere sahip olup, her biri inşaat yıkıntı atıkları veya endüstriyel atıklar sınıfına girmektedir. RAP, asfalttan geri kazanılmış malzeme olup, özellikle bitümlü bağlayıcı içerir ve karayolu yapılarında yaygın olarak kullanılır. RCA ise inşaat projelerinden geri kazanılmış beton malzemesidir ve genellikle yüksek mukavemeti ve dayanıklılığı ile bilinir. SS, çelik üretimi sırasında yan ürün olarak elde edilen bir malzeme olup, yüksek yoğunluk ve mukavemet özellikleriyle öne çıkar. Bu malzemelerin her biri, inşaat sektöründe sürdürülebilir alternatifler sunmakta ve doğal kaynakların korunmasına katkı sağlamaktadır. Deneylerde kullanılan doğal agrega (NA) ise referans malzeme olarak seçilmiş ve geri kazanılmış malzemelerle kıyaslama yapılmıştır. Bu dört farklı malzeme, Karayolları Teknik Şartnamesi (2013) ve AASHTO (1993) standartlarına uygun olarak hazırlanmıştır. Malzemeler, belirlenen dane çapı dağılımına ve şartlara göre hazırlanmış, ince ve kaba dane çapı dağılımlı numuneler olarak sınıflandırılmıştır. Bu numuneler, filtrasyon ve drenaj performanslarını incelemek için farklı hidrolik koşullar altında test edilmiştir. Bu çalışmada kullanılan deneylerin başında Kabarcıklı Tüp Permeabilite Deneyi (BTP) gelmektedir. Bu deney hem geotekstil malzemeleri hem de atık malzemeler ile yapılan sistemlerde kısa dönemli hidrolik iletkenlik değerlerini belirlemek için tercih edilmiştir. BTP farklı hidrolik eğimler altında büyük boyutlu numunelerin test edilmesine olanak sağlar ve numunelerde oluşabilecek sıkışmalar veya tıkanmaları simüle ederek performans değerlendirmesi yapar. Bu deneyde, numuneler belirli bir basınç altında suya maruz bırakılarak hidrolik iletkenlik katsayıları belirlenmiştir. BTP'ye ek olarak, özgül ağırlık (piknometre) deneyi de tüm malzemeler için uygulanmıştır. Bu deney, malzemelerin yoğunluklarını belirlemek amacıyla kullanılmıştır. Bir diğer önemli deney ise kompaksiyon deneyleridir. Bu tezde hem standart Proctor hem de modifiye Proctor deneyleri, numunelerin maksimum kuru birim hacim ağırlıklarını ve optimum su muhtevalarını belirlemek amacıyla yapılmıştır. Standart Proctor ve modifiye Proctor deneyleri, farklı sıkıştırma enerjileri kullanılarak uygulanmış ve her iki enerji seviyesi için numuneler titizlikle hazırlanmıştır. Özellikle SS-2 numunesi için, kaba dane çapı dağılımına sahip numunelerde yapılan sıkıştırma işlemi sırasında, standart Proctor ve modifiye Proctor enerji seviyelerinde maksimum kuru birim hacim ağırlığı ve optimum su muhtevası değerlerinin birbirine çok yakın olduğu tespit edilmiştir. Bu bulgu, bu numunenin sıkıştırma enerjisinden bağımsız olarak benzer sonuçlar verdiğini ortaya koymaktadır. Bu aşamada elde edilen maksimum kuru birim hacim ağırlıkları ve optimum su muhtevaları, Kaliforniya Taşıma Oranı (CBR), Kabarcıklı Tüp Permeabilite Deneyi (BTP) ve şişme deneyleri için numune hazırlığında kritik bir rol oynamaktadır. Numunelerin doğru sıkıştırma koşullarında hazırlanması, bu deneylerden elde edilecek sonuçların doğruluğu açısından büyük önem taşır. Özellikle CBR ve BTP gibi deneyler, numunenin sıkıştırma enerjisiyle doğrudan ilişkili olduğundan, Proctor deneylerinde elde edilen bu veriler, sonraki aşamalarda numunelerin performansını etkileyen temel unsurlar olarak öne çıkmaktadır. Bu nedenle, Proctor deneyleriyle elde edilen sonuçlar, hidrolik iletkenlik, taşıma kapasitesi ve şişme potansiyelini belirlemede hayati bir öneme sahiptir. Kaliforniya Taşıma Oranı (CBR) deneyleri de bu çalışmada önemli bir yer tutmaktadır. CBR deneyleri, numunelerin taşıma kapasitesini belirlemek amacıyla hem optimum su muhtevasında hem de yaş halde gerçekleştirilmiştir. Standart Proctor ve modifiye Proctor enerji seviyelerinde hazırlanan numuneler, CBR kalıplarında test edilmiş ve her numunenin optimum ve doygun haldeki taşıma oranları hesaplanmıştır. Özellikle çelik cürufu (SS) numunelerinde yaş halde şişme potansiyeli incelenmiş ve sonuçlar analiz edilmiştir. Deney sonunda, şişme potansiyelinin gözlenmemesi, çelik cürufunun uzun süre dış ortamda kalması ve oksidasyon geçirmesiyle açıklanmıştır. Permitivite deneyi de bu çalışmada kullanılan bir diğer önemli deneydir. Bu deney, geotekstil malzemelerin su geçirgenlik özelliklerini belirlemek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Deney, geotekstillerin VH50 su geçirimliliği ve filtrasyon performanslarını incelemek amacıyla yapılmış, farklı göz açıklıklarına sahip geotekstillerin kısa dönemli hidrolik iletkenlik değerleri belirlenmiştir. BTP deneyleri sonunda, numunelerden alınan mikro fotoğraflar ile geotekstil malzemelerinde oluşan tıkanmalar veya dane hareketleri dikkatle incelenmiştir. Bu mikro fotoğraflar, malzemelerin kısa dönemli filtrasyon performansını değerlendirirken önemli veriler sunmuştur. Mikro fotoğraf analizlerinin yanı sıra, deney sonrası yapılan eleme analizleri ile numunelerde meydana gelebilecek malzeme göçü ve dane kayıpları da detaylı olarak incelenmiştir. Bu analizler, geotekstil malzemeleriyle oluşturulan sistemlerde filtrasyon sırasında meydana gelen fiziksel değişiklikleri ortaya koymak adına kritik bir rol oynamıştır. Elek analizlerinin yapılmasının bir diğer nedeni, numunelerin kompaksiyon işlemi sırasında kalıba yerleştirilirken başlangıçta belirlenen dane çapı dağılımına uygunluğunu kontrol etmektir. Bu analizler, numunelerin hazırlık aşamasında herhangi bir kırılma veya dane çapı dağılımında bozulma olup olmadığını tespit etmek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Özellikle yüksek sıkıştırma enerjileriyle uygulanan kompaksiyon işlemleri sırasında, numunelerde dane yapısında değişiklikler meydana gelebilir ve bu da malzemenin hidrolik iletkenlik ve filtrasyon performansını doğrudan etkileyebilir. Yapılan eleme analizleri, numunelerde kırılma veya dağılımda bozulma olup olmadığını gösterdiği gibi, geotekstil üzerinde biriken malzemelerin türünü ve miktarını da belirlemek için önemli veriler sunmuştur. Deney sonuçlarında, farklı açıklıklara sahip örgüsüz geotekstillerin kullanıldığı sistemlerde hidrolik iletkenlik katsayılarında önemli değişiklikler tespit edilmiştir. Bu doğrultuda, kısa dönem filtrasyon sonuçlarına dayanarak uzun dönem filtrasyon deneyleri için en uygun geotekstil belirlenmiştir. Deneyler sonrasında alınan mikro fotoğraflar ile geotekstillerin tıkanma performansı analiz edilmiş ve geotekstil malzemesinin uzun dönem kullanımına uygunluğu değerlendirilmiştir. Sonuçlar, geri kazanılmış asfalt, beton ve çelik cürufu gibi malzemelerin doğal agrega yerine kullanımının kısa dönemli drenaj performansında olumlu etkiler yaratabileceğini göstermiştir.