Çöp sızıntı suyunun kumların davranışları üzerindeki etkisi

Abstract

Ekonomik sebeplerden ötürü katı atıkların depolanması ülkemizde halen en çok tercih edilen atık depolama yöntemi olarak karşımıza çıkmaktadır. Düzenli katı atık depolama tesislerinde özensiz yapılan kil bariyerlerden sızan veya vahşi depolama şeklinde kontrolsüz depolanan evsel katı atıklar çevre ve insan sağlığı gibi problemlerin yanı sıra zemin tabakalarında da bazı değişikliklere neden olmaktadır. Depolanan evsel atıklar yağmur suları ile beraber çöp sızıntı suyu halini alarak zemin tabakalarına sızar. Farklı zemin tabakalarına ve yeraltı sularına karışan çöp sızıntı suyu içerdiği organik, inorganik maddeler ve ağır metaller ile birlikte zeminlerin endeks özelliklerinde değişikliklere neden olabilir. Bu davranış değişiklikleri kohezyonlu zeminler ile yapılan önceki çalışmalarda plastisitenin değişmesi, taşıma gücü kayıpları, düşük permeabilite vb. gibi birçok geoteknik özellikte farklılığa neden olmaktadır. Bu araştırmada özensiz kil bariyerlerden sızan veya tamamen kontrolsüz olarak depolamadan kaynaklı farklı zemin tabakalarına ulaşan çöp sızıntı suyunun zaman içerisinde kumlu zeminlerin dinamik davranışı üzerine yapmış olduğu etkiler incelenmiştir. Bu çalışmada İstanbul ili Akpınar köyünden getirilmiş olan kum zemin kullanılmış olup, çöp sızıntı suyu ile kirlenmiş kum zeminin dinamik davranışları temiz kum numunelerle karşılaştırmıştır. Bu çalışmada 50 mm çapında ve 100 mm yüksekliğinde bir kalıp içerisinde hem temiz hem de kirlenmiş kum numuneler kuru yağmurlama yöntemiyle hazırlanmıştır. Üç eksenli basınç deney sistemine yerleştirilen temiz kum numunelerden doygun olması istenenlerden vakum altında numunelerin içerisinden CO2 gazı ve daha sonra da damıtık su geçirilerek numuneler doygun hale getirilmiştir. Doygun olmayan temiz numuneler ve çöp sızıntı suyu ile kirlenmiş numunelerde ise vakum altında CO2 gazı ve damıtık su geçirme uygulaması yapılmamıştır. Bunun nedeni kirlenmiş zeminlerin yapısının bozmamak ve temiz zeminlerle kirlenmiş bu zeminleri karşılaştıracak eşdeğerde doygunluk elde etmektir. Daha sonra kuru yağmurlama yöntemi ile daha önceden hazırlanarak modifiye kalıplara yerleştirilen numuneler %100 kür oranındaki çöp sızıntı suyu havuzuna batırılarak kirletme işlemi başlatılmıştır. Bu aşamadan sonra farklı kür sürelerindeki numuneler çöp sızıntı suyu havuzundan çıkarılıp deney sistemine yerleştirilerek dinamik deneylere başlanmıştır. Çalışma kapsamında başlangıçta kirlenmiş numune kurulumunda kullanılan modifiye kalıp ve standart kalıpta hazırlanmış numunelerin dinamik durumdaki davranışı karşılaştırılmıştır. Araştırmada dinamik üç eksenli deney sisteminde yapılan deneyler üç gruba ayrılmıştır. İlk olarak doygun numuneler oluşturularak kullanılan Akpınar kumunun sıvılaşma davranışı belirlenmiştir. En büyük elastisite modülü hesaplamaları yapıldıktan sonra 100 kPa ve 30 kPa olmak üzere iki farklı basınç altında konsolidasyona bırakılan numunelere farklı gerilme seviyeleri uygulanarak kullanılan kum zeminin dinamik mukavemet eğrisi oluşturulmuştur. Oluşan bu eğri sonucunda 100 kPa konsolidasyon basıncı altındaki temiz kum numunelerde gerilme oranı ±σdev/2σ'c = 0.28 ve üzerine çıktığında, 30 kPa konsolidasyon basıncı altındaki temiz kum numunelerde ise gerilme oranı ±σdev/2σ'c = 0.48 ve üzerine çıktığında yüksek risk taşımakta ve zemin küçük çevrim sayılarında sıvılaşmaktadır. İkinci aşamaya geçtiğimizde farklı doygunluk değerlerinde hesaplanan temiz numunelerde doygunluğun dinamik davranışa etkileri araştırılmıştır. Laboratuvar ortamında hazırlanan numunelerde daha düşük seviyelerde doygunluk oluşturmak için bu aşamada vakum altında CO2 gazı ve damıtık su geçirme işlemleri yapılmamıştır. Farklı doygunlukta hesaplanan kısmi doygun temiz numunelerle dinamik üç eksenli deney aletinde ±σdev/2σ'c = 0.28 ve 0.30 gerilme aralığında yapılan deneyler sonucunda doygunluğun gerilme – şekil değiştirme ve boşluk suyu basıncı üzerinde etkileri incelenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda numunelerde skempton-B değerinin azalmasının sıvılaşmayı etkilediği görülmüştür. Benzer sıkılıkta hazırlanmış temiz kumlarda doygunluk değeri B=0.37 değerine düştüğünde ise sıvılaşma gözlenmemiştir. ±σdev/2σ'c = 0.28 gerilme oranında N=28 çevrimde sıvılaşan doygun kum numunesinin, kısmi doygun B= 0.49 ile 0.52 arasında olması durumunda yakın çevrim sayılarında (N=30) sıvılaşması için uygulanması gereken dinamik gerilme oranının σdev/2σ'c = 0.33 olduğu görülmüştür. Çöp sızıntı suyu ile kirlenmenin araştırıldığı son bölümde ise dinamik üç eksenli deney aletinde tekrarlı yük uygulanan yapısı itibari ile kısmi doygun olan numuneler kullanılmıştır. Çöp sızıntı suyu ile kür havuzunda kirlenmeye bırakılan numuneler belli zaman aralıklarında alınarak dinamik deneyler yapılmıştır. Bu numunelerin kür süresi 1 gün ile 718 gün arasında değişmektedir. Farklı kür sürelerinde beklemiş numuneler benzer sıkılık oranlarına ve farklı doygunluk değerlerine sahiptir. 100 kPa konsolidasyon basıncı altında dinamik deneyler yapılan bu numunelerde çöp sızıntı suyunun neden olduğu zemin yapısı değişikliğini etkilememek için suya doygunluğu sağlayan vakum altında karbondioksit gazı ve damıtık su geçirme işlemleri uygulanmamıştır. Bu çalışmada kısmi doygun kirlenmiş kum numunelerin farklı doygunluk değerlerinde yapılan dinamik deneyler sonucu davranışları incelenerek doygunluğun kirlenmiş numuneler üzerindeki etkisi incelenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda doygunluk değerinin düşmesinin temiz kum numunelerde olduğu gibi çöp sızıntı suyu ile kirlenmiş numunelerde de sıvılaşmaya karşı direnci artırdığı gözlenmiştir. Doygunluk değerinin B=0.25 değerine düştüğünde ise sıvılaşmanın oluşmadığı görülmüştür. Kirlenmiş numunelerde kür süresinin etkisinin incelendiği çalışmanın devamında kısa kür sürelerindeki numuneler ile daha uzun kirlenmeye maruz kalmış numuneler kullanılmıştır. Çalışmanın bu bölümünde farklı kür sürelerinde kirlenmiş numunelerle yapılan çalışmalarda kür süresinin gerilme - şekil değiştirme davranışına etkileri incelenmiş ve benzer özellikteki temiz kum numuneleri ile davranışları karşılaştırılmıştır. Buna göre kısa kür süreli numunelerde (t=1-10 gün) düşük doygunluk değerlerinde temiz zemine benzer davranış sergilediği görülmüştür. Kür süresinin uzamasıyla birlikte numunelerde boşluk suyu basıncı ve dinamik eksenel deformasyon oluşumları daha erken sürelerde meydana gelmektedir. Doygunluk değerinin düşmesi numunelerde kirlenme ile sıvılaşma etkisinin azalmasına neden olmakta ve doygunluk B=0.50 değerinin altına düştüğünde ise kirlenme etkisi görülmemektedir. Hem temiz hem de çöp sızıntı suyu ile kirlenmiş kumlarda yaklaşık olarak kritik deformasyon seviyesi εkritik =±%0.50 olarak hesaplanmış ve davranış biçimlerinin benzer olduğu gösterilmiştir.