İzmir Körfezi organik zeminlerinin geoteknik karakterizasyonu, sıkışabilirlik davranışları ve stabilizasyon için çözüm önerileri

Abstract

Dip tarama genel olarak, açık denizlerde, iç sularda veya kanallarda sığlaşmış, kirliliğe maruz kalmış bölgelerin derinliğinin arttırılması ve dip temizliği için yapılan kazı işlemlerini ifade eder. Bunların yanı sıra iç su ve deniz yollarının korunması, liman havzalarının yapımı/derinleştirilmesi, kanalların açılması/derinleştirilmesi ve kıyıların düzenlenmesi gibi çalışmaların yürütülmesi işlemidir. Dip tarama işlemi sonucunda çok büyük miktarlarda dip tarama malzemesi çıkarılmaktadır. Bu yüzden bu malzemenin bertarafı veya yeniden kullanılması ekonomi ve çevre sağlığı bakımından çok önemlidir. Tarama malzemeleri inşaat sektöründe, yapı malzemesi, yol ve temel dolgusu olarak kullanılabilir. Ancak tarama malzemeleri organik madde içeriğine sahip olduğu için, inorganik zeminlere kıyasla oldukça farklı sıkışma ve dayanım davranışlarına sahiptir. Düşük taşıma kapasiteleri ve zamana bağlı büyük düşey deformasyonlar yapabilmeleri nedeniyle geoteknik açıdan potansiyel tehlike oluşturmaktadırlar. Bu çalışma kapsamında İzmir Körfezi tarama malzemesinin geoteknik özellikleri ve sıkışma davranışları laboratuvar şartlarında incelenmiştir. İlk olarak organik madde tayini yapılmış ve malzemenin doğal organik madde miktarı %11 olarak bulunmuştur. Daha sonra malzeme 440°C'de 24 saat, 70 dakika ve 20 dakika yakılarak sırasıyla, %0, %4 ve %7 organik madde miktarına sahip numuneler elde edilmiştir. Bu işlem organik madde miktarının zeminlerin indeks ve sıkışma özellikleri üzerindeki etkisini incelemek amacıyla yapılmıştır. Elek analizi, özgül ağırlık, Atterberg limitleri ve pH deneyleri ile her bir numunenin indeks özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını kırınımı (XRD) ve Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi analizleri ile malzemenin içyapısı ve kimyasal özellikleri belirlenmiştir. Daha sonra tek eksenli konsolidasyon deneyi ile numunelerin sıkışma parametreleri elde edilmiştir. Son olarak zemine çeşitli katkı malzemeleri (kireç, termik santral uçucu külü, silis dumanı, volkan cürufu) ağırlıkça %5, %10, %15 ve %20 oranlarında numunelere karıştırılarak malzemenin sıkışma davranışlarında meydana gelen değişiklikler incelenmiştir. Deneyler sonucunda, doğal numunelerde organik madde miktarı arttıkça özgül ağırlık değerinin azaldığı, likit limit, plastik limit, boşluk oranı değişimi ve sıkışma indisinin ise organik madde miktarı arttıkça arttığı görülmüştür. Katkılı numunelerde kireç, düşük katkı içeriklerinde kireç sıkışma davranışlarını daha çok iyileştirirken, yüksek katkı içeriklerinde termik santral uçucu külünün daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Kirecin endüstriyel malzeme, termik santral uçucu külünün ise atık malzeme olduğu göz önüne alındığında hem çevresel hem de ekonomik açıdan termik santral uçucu külünün daha uygun bir seçenek olduğu düşünülmektedir. Ayrıca silis dumanının ve volkan cürufunun sıkışma davranışını olumsuz etkilediği belirlenmiştir.

Dredging process expresses to increase depth of inland waters and channels exposed shoaled polluted region and excavation works for deep cleaning. Beside these, it is conducted to prevent inland waters and sea, construction/deepening of port basins, opening/deepening of channels and regulation of coasts. Dredging material in very large quantities is extracted after the dredging process. So the disposal or reuse of this material is very important in terms of economical and enviromental health. Dredging material can be use as a construction material, road and foundation embankments in civil engineering industry. Because dredged materials have organic matter content, they have different compressibility and strength behavior in comparison with inorganic soils. They present potential hazards in terms of geotechnics because of their low bearing capacity and huge vertical deformation with time. In this study, geotechnical properties and compressibility behavior of İzmir Bay dredged material were examined in laboratory conditions. The natural organic matter content was found as %11. Afterwards, materials which have %0, %4 and %7 organic matter were obtained by burning at 440°C for 24 hour, 70 minute and 20 minute, respectively. These process was carried out to determine effect of organic matter content on index and compressibility properties of soils. Index properties of samples were determined with sieve analysis, specific gravity, Atteberg limits and pH tests. Also internal structure and chemical composition of material were designated with scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analyses. Thereafter, compressibility parameters of samples were obtained from one dimensional consolidation test. Finally, various additive materials (lime, thermal power plant fly ash, silica fume, volcanic slag) were mixed by 5%, 10%, 15% and 20% by weight and changes in compression behavior of the samples were investigated. For natural samples, the test results show that the specific gravity decrease, liquid limit, plastic limit, void ratio differences and compression index values increase with the organic matter amount increasing. Lime more improved compression behavior in low additive amount. Thermal power plant fly ash was more improved compression behavior in high additive amount. Considering that lime is industrial material and thermal power plant ash is waste material, it is thought that thermal power plant ash is more feasible in terms of economical and enviroment. Also, it was determined that silica fume effected negatively compression behavior.