Biyopolimer katkılarının killi zeminlerin kompaksiyon, permeabilite ve kayma dayanımına etkisinin araştırılması

Zemin iyileştirme tekniklerine geoteknik uygulamalarında sıklıkla ihtiyaç duyulmaktadır. Örnek olarak, atık sahası alanlarında geçirimsiz bariyerlerde kullanılan doğal zemin karışımları (bentonit-kum ve bentonit-zeolit) yüksek iyonik konsantrasyon, sıcaklık ve su seviyesindeki değişimlerle kendi fonksiyon ve performanslarını kaybederek hidrolik geçirgenlikleri artarken, mukavemet değerlerinde düşüş görülür. Bu nedenle alt tabakalar kirlenebilir ve ekonomik olarak maliyet artabilir. Zeminlerin iyileştirilmesi için birçok yöntem vardır, ancak bunların bazıları ile etkili bir iyileştirme sağlanamaz bazıları ise pratik amaçlar için çok pahalı olabilir. Bu konularda etkin bir çözüm olabilecek olan biyopolimer uygulamaları geoteknik mühendisliğinde diğer alanlar ile kıyaslanırsa nispeten daha az araştırılmıştır. Bu çalışmada endüstri uygulamalarında en çok kullanılan biyopolimerler olan zantan gam, kitosan ve kitin kullanılmıştır. Bu biyopolimerlerin farklı konsantrasyonları killi zemin numuneleri ile karıştırılarak, biyopolimerlerin kompaksiyon, permeablite ve kayma dayanımı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlarla biyopolimerlerin zeminlerin mühendislik davranışları üzerindeki etkileri belirlenmiş ve biyopolimerlerin zemin iyileştirme yöntemlerinde kullanımı konusunda önerilerde bulunulmuştur.Bu çalışmada doğal kaolin, bentonit ve kum karışımlarının kompaksiyon, permeabilite ve kayma dayanımı davranışları üç farklı türde biyopolimer olan zantan gam, kitosan ve kitinin %0,25, % 0,5, %0,75, %1 konsantrasyonlarında incelenmiştir. Kullanılan biyopolimerler, %40 kum, %40 kaolin ve %20 bentonit karışımlarının kompaksiyon deneyi sonuçlarında kuru birim hacim ağırlığı arttırmıştır. Optimum su içeriğinde ise gözle görülür bir değişim görülmemiştir. %40 kum, %40 kaolin ve %20 bentonit üzerindeki %1' lik kitosan konsantrasyonuna bakıldığında ise maksimum kuru birim hacim ağırlıkta %2,7' lik bir artış görülmektedir. Kitosan ile zantan gamın aynı konsantrasyonlardaki maksimum kuru birim hacim ağırlıklarına etkisine bakıldığında elde edilen iyileştirmenin birbirine çok yakın olduğu görülmektedir. Zantan gamın %70 kum ve %30 kaolin kaolin karışımı üzerindeki permeabiliteye etkisine bakıldığında permeabilite katsayısında bir düşüş görülmektedir. %1 oranında zantan gam permeabilite katsayısında yaklaşık 30 kat değerinde azalmaya neden olmuştur. Zantan gamın zamana bağlı permeabiliteye etkisine bakıldığında etkinin zamanla azaldığı görülmektedir. Bunun nedeni biyopolimerin zamanla degredasyona uğramasıdır. Fakat üçüncü hafta sonuçlarına bakıldığında hala ilk haftaya göre permeabilitede azalmanın olduğu görülmektedir. Kitosanın permeabiliteye etkisine bakıldığında permeabiliteyi düşürdüğü gözlenmiştir. Genel olarak %0,25 konsantrasyonun permeablite uygulamalarında tüm biyopolimerler için optimum konsantrasyon olarak seçilebilir. Biyopolimerlerin kayma dayanımına etkisine bakıldığında içsel sürtünme açısında ve kohezyonda belirli bir artış görülmektedir. Zantan gamın ve kitosanın %1' lik konsantrasyonlarında yaklaşık %10-15 oranında kayma dayanımı parametrelerinde artış görülmektedir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlara göre biyopolimerlerin geçirimsiz kil bariyerlerde ihtiyaç duyulan baraj gövdelerinde ve çöp depolama alanları altındaki kil bariyerlerde kullanılabileceğini göstermiştir. Biyopolimerlerin zamanla degradasyona uğramaları nedeniyle uzun dönemli uygulamalarda degradasyon etkisinin araştırılması gerekmektedir.