Maden atık malzemesi geoteknik özelliklerinin ve oturma davranışının belirlenmesi

Abstract

Maden atık barajlarının geoteknik tasarımı, baraj stabilitesinin sağlanabilmesi için işletme ve kapatılma aşamasında dikkate alınması gereken önemli bir husustur. Dünyada ve ülkemizde cevher ihtiyacının artması ile maden işletmeleri çoğalmakta ve buna bağlı olarak maden atıklarının bertaraf edilmesi için oluşturulan atık barajlarının sayısı da artmaktadır. Atık barajları vadi içerisinde ve tepe yamacında inşa edilebildiği gibi, kazı çukuru oluşturularak düz alanlarda da yapılabilmektedir. Atık barajlarında çevrelemenin sağlanabilmesi için seddeler inşa edilmekte olup bu seddeler memba, mansap ve merkez hattı ilerleme yönünde oluşturulabilmektedir. Seddelerin yapım yöntemlerinin farklı geoteknik açılardan avantajları ve dezavantajları bulunmakta olup tasarım aşamasında bu özellikler dikkate alınmalıdır. Maden atık barajları, tasarlanan kapama kotuna ulaştıktan sonra uzun dönem stabilitesi sağlanacak şekilde geçirimsiz tabaka ile kapatılması gerekmektedir. 2015 yılında yayınlanan Maden Atıkları Yönetmeliği uyarınca, atık barajlarının kapama tabakası teşkil edilmeden önce, atıkların kayma ve çökme riskine karşı, depolanan atık kütlesinin yeterince oturduğunun tespit edilmesi gerekmektedir. Bu amaçla atık malzemesinin sıkışabilirlik parametrelerinin belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Zeminlerin sıkışabilirlik parametreleri laboratuvar deneyleri ile belirlenebilmekte ancak özellikle zayıf dayanımlı atık malzemelerinden alınan numunelerin örselenmesi gibi durumlar göz önüne alındığında arazi deneyleri ile birlikte desteklenmesi gerekmektedir. Özellikle balçık kıvamındaki atık malzemelerde numune alınmasının zorluğu ve SPT deneylerinin gerçekleştirilemeyeceği düşünüldüğünde, sıkışabilirlik parametrelerinin belirlenmesinde CPT deneylerinin yapılması büyük önem teşkil etmektedir. Bu çalışma kapsamında, ülkemizde yer alan ve kapatılma aşamasında olan altın madeni atık barajı atık malzemesinin indeks, dayanım ve sıkışabilirlik özellikleri atık malzeme üzerinde yapılan arazi ve laboratuvar deneyleri kullanılarak değerlendirilmiş ve belirlenmiştir. Atık malzemesinin oturma davranışının belirlenebilmesi için yaklaşık 1.5 m yüksekliğinde deneme dolguları teşkil edilmiş ve yaklaşık 5 aylık süre boyunca oturmalar takip edilmiştir. Saha verileri, laboratuvar ve arazi deney sonuçları ile birlikte değerlendirilerek atık malzemenin oturma davranışı irdelenmiştir. Konsolidasyon oturmasının belirlenmesinde kullanılan en önemli parametre hacimsel sıkışma modülüdür. Hacimsel sıkışma modülü, laboratuvarda ödometre deneyi ile belirlenebildiği gibi CPT deney verileri kullanılarak da belirlenebilmektedir. Atık malzemenin hacimsel sıkışma modülü, atık kalınlığı ve dolgu yüklemesinden kaynaklanan gerilme artışının derinlikle azalımı dikkate alınarak sahada ölçülen gerçek oturma değerleri ile birlikte değerlendirilmiştir. Yapılan değerlendirme sonucunda, CPT deneyleri ile elde edilen düzeltilmiş koni uç direnci ve zemin davranış indeksine bağlı olarak hacimsel sıkışma modülünün belirlenmesinde kullanılan parametreler için bağıntılar geliştirilmiştir. Arazi ve laboratuvar deneylerinin birlikte değerlendirilmesi ile belirlenen parametreler dikkate alınarak atık malzemenin oturma davranışı sonlu elemanlar programında incelenmiş ve elde edilen sonuçlar saha verileri ile karşılaştırılmıştır. Yapılan değerlendirmeler sonucunda belirlenen parametreler ile yapılan analizin gerçek değerler ile uyumlu sonuçlar verdiği görülmüştür. Atık barajlarının kapatılmasında yapılacak olan sürşarj dolgularının ve seddelerin genel stabilite analizleri sonlu elemanlar programı ile incelenmiştir. Analizlerde statik ve dinamik durum göz önüne alınmış ve sonuçlar yorumlanmıştır. Dinamik analizler eşdeğer statik yöntem ile gerçekleştirilmiş ve farklı eşdeğer yatay ivme katsayısı değerleri kullanılarak atık barajı için eşik ivme değeri belirlenmiştir. Yapılan analizler değerlendirildiğinde, atık barajlarının tasarımında statik durum analizleri ile birlikte mutlaka dinamik durumun da göz önüne alınması gerektiği sonucuna varılmıştır.