Laboratuvarda geliştirilen nanokil-kompozitlerin bazı geoteknik özelliklerinin deneysel olarak araştırılması

Abstract

Killer, geoteknik mühendisliğinde katı atık depolama alanlarında geçirimsiz şilte ve barajlarda geçirimsizlik elemanı gibi pek çok yerde kullanılmaktadır. Nanoteknoloji alanında meydana gelen ilerlemelerle kil mineralleri nanokompozit üretiminde de yaygınca kullanılmaya başlamıştır. Depreme dayanıklı yapı tasarımında, sismik taban izolasyon yöntemleri kullanılmaktadır. Deprem, rüzgar gibi dinamik yüklere maruz kalan yapılarda kullanılan sismik izolatörler, deprem dalgalarının neden olduğu yıkıcı etkiyi sönümleyerek yapıya gelen zararı azaltmaya yarayan malzemelerdir. Bu çalışmada, günümüzde kullanılmakta olan sismik izolatörlerin ağır olması, yüksek maliyetli olması ve çok yer kaplaması dikkate alınarak, nanokil-kompozitlerin sönüm oranı yüksek malzeme olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu kapsamda, Erzurum Oltu-Narman Yöresi'nden temin edilmiş doğal bir kilden elde edilmiş hidrofob bir organokil çeşitli polimerler (keçiboynuzu gam, lateks, vinil akrilik kopolimer emülsiyonu) ve katkılarla (gliserin, lastik tozu) etkileştirilerek nanokil-kompozitler elde edilmiştir. Elde edilen nanokil-nanokompozitler üzerinde bazı elektrokinetik, geoteknik ve dinamik deneyler yapılmıştır. Deney sonuçları, elde edilen nanokil-kompozitlerin hidrofobik davranış sergilediğini, vinil akrilik yüzdesindeki artış ile serbest basınç mukavemetlerinin, şişme basınçlarının ve sekant kayma modüllerinin azaldığını, sönüm oranlarının ise arttığını göstermiştir. İlaveten, sönüm oranları ve sekant kayma modülleri belirlenmiş olan nanokil-kompozit numunelerin temel altında kullanılması durumunda deprem etkisini nasıl değiştireceğinin belirlenmesi amacıyla Deepsoil programı ile bir boyutlu yer tepki analizi gerçekleştirilmiştir. Yer tepki analizi, nanokil-kompozitlerin zayıf zemin üzerinde kullanıldığında maksimum yatay ivmeleri ve spektral ivme değerlerini azalttığını göstermiştir. Ayrıca zemin büyütmeleri azalmıştır.

Clays are impermeable elements which are used in many places of geotechnical engineering such as solid waste landfill sites, impermeable mattresses and dams. Clay minerals have begun to be used widely in the nanocomposite production with advances occurring in the field of nanotechnology. Seismic base isolation methods are used in the earthquake-resistant seismic design. The seismic isolators are materials used in the buildings which are exposed to dynamic loads like earthquake and wind. Additionally, they reduce damages of building as absorbing devastating effect caused by earthquake waves. In this study, considering properties of seismic isolators being used today such as being heavy and high cost, and taking up a lot of space, availability of nanoclay-composites as being high damping ratio of materials were investigated. In this context, nanoclay-composites were obtained as making interactive a hydrophobic organo clay derived from natural clays in the region of Erzurum Oltu-Narman with various polymers (locust bean gum, latex, vinyl acrylic copolymer emulsion) and additives (glycerin, rubber powder). Some electrokinetic, geotechnical and dynamic experiments were performed on these obtained nanoclay-composites. Test results showed that obtained nanoclay-composites exhibit hydrophobic behavior and, unconfined compressive strength, swelling pressure and secant shear modulus values were decreased with the increase in the vinyl acrylic percentage while the damping ratios were increased. In addition, one-dimensional site response analysis (Deepsoil program) was carried out with the aim of determining how to change the seismic effect in the case of use of nanoclay-composite samples under a foundation. The site response analysis showed that nanoclay-composites reduced the peak ground acceleration and pseudo acceleration spectra values when used on poor bearing soils. Also, soil amplifications were reduced.