Geotechnical evaluation of kaolin clay treated with groundnut shell ash as suitable material in municipal solid waste containment systems

Abstract

Hidrolik geçirimsizlik özelliklerinin etkinliğinin yönetmelikler çerçevesindeki gereklilikleri karşılayabilmesi için katı atık depo tesisleri altında geçirimsiz şilte tabakası olarak kullanılan kaolen killeri ve bunun gibi tabi malzemelerin özelliklerinin iyileştirilmesi kaçınılmaz olmaktadır. Bu çalışmada kaolen killeri, yer fıstığı kabuğunun yakılması ile elde edilen biyokütle atık ürün olan yer fıstığı kabuğu külü (YFK) ile stabilize edilmiştir. Kaolene YFK eklenmesinin etkisini araştırmak için laboratuvarda; kıvam limitlerinin tayini, özgül yoğunluk, sıkıştırma deneyleri, serbest (tek eksenli) basınç dayanımı ve hidrolik iletkenlik deneyleri yapılmıştır. Atterberg limitleri deney sonuçları YFK içeriklerinin artmasıyla likit limit, plastik limit ve plastisite indislerinde iyileşme olduğunu göstermiştir. Standart Proktor enerji seviyesi kullanarak yapılan sıkıştırma deneylerinde YFK içeriklerinin % 0 ila % 12 arasındaki artış seviyelerinde optimum su muhtevasının (OSM) düştüğü, ancak YFK içeriğinin % 16 mertebesine ulaştığında bu değerin arttığı görülmüştür. Modifiye Proktor sıkıştırma enerjisi seviyesinde YFK içeriğinin artmasıyla OSM ve maksimum kuru birim hacim ağırlıkta (MKBHA) bir düşüş olduğu görülmektedir. Serbest (tek eksenli) basınç deneyi sonuçları YFK içeriğinin artmasıyla serbest basınç mukavemetinin (SBM) arttığını göstermektedir ve bu eğilim her iki sıkıştırma enerji seviyesinde (standart ve modifiye Proktor) de benzerlik göstermektedir. Kül içeriğinin artmasıyla oluşan puzolanik tepkimenin çimentolanmayı artırdığı ve bunun da kohezyonda bir yükselmeye neden olarak kayma mukavemetindeki artışın sorumlusu olduğu düşünülmektedir. Serbest (tek eksenli) basınç mukavemeti için kompaksiyon eğrisi üzerinde kabul bölgeleri belirlenmiştir. Standart ve modifiye Proktor enerji seviyeleri için %8 YFK içeriği en yüksek SBM elde edilmesini sağlamıştır. Hidrolik geçirgenlik deneylerinde standart Proktor enerji düzeyinde %8 YFK içeriği için permeabilite katsayısı (k) en düşük düzey olarak 6.12x10-8 cm/s olarak elde edilmiştir. Hidrolik geçirimsiz şilte tabakasında kullanılan kaolen esaslı doğal malzemelerin iyileştirilmesi için optimum YFK içeriğinin %8 olduğu durumda en uygun sonuçlar elde edildiği sonucuna varılmıştır

Modification of geomaterials such as kaolin clay is inevitable in order to make it meet the requirements of effective hydraulic barrier. In this study kaolin had been stabilised with up to 16% groundnut shell ash (GSA), a biomass ash obtained by burning of groundnut shell. Laboratory tests conducted to investigate the effect of adding GSA to kaolin are Atterberg limits, compaction tests, unconfined compressive strength and hydraulic conductivity. Atterberg limits test results show that there is improvement of liquid limit, plastic limit and plasticity indices with addition of GSA contents. Compaction test results using standard Proctor energy show that optimum moisture content (OMC) decreases with increase in GSA content from 0 - 12%, and then it increases at GSA content of 16%. For the modified Proctor compactive effort the results show there increase in optimum moisture content and general decrease in maximum dry density (MDD) with addition of GSA content. The results on unconfined compressive strength (UCS) tests indicate that as the percentage of GSA increases there is corresponding increase in UCS values, and the trend is similar in both the two compactive efforts. The reason of this is believed to be due to the increase in cementation which resulted from addition of ash content due to pozzolanic reaction, thus the shear strength due to cohesion increases. Acceptable zones of compaction plane for UCS were determined. It was observed that 8%GSA content gives the highest UCS for standard and modified Proctor compactive efforts. Hydraulic conductivity test results demonstrate the lowest value of permeability coefficient (k) as 6.12x10-8 cm/s and 2.05x10-8 cm/s permeability coefficient, k is at 8%GSA content for standard Proctor and modified Proctor compaction energy respectively. It can be concluded that usage of GSA for stabilising clay containing kaolinite as predominant mineral in hydraulic barrier construction is valid and 8% is optimum percentage for achieving good results