Replication of geomembrane interfaces using 3d printing (fused deposition modelling) technique

Katı atık veya maden atıkları depolama sahalarında taban veya örtü kaplaması gibi çeşitli geoteknik mühendisliği uygulamalarında geomembran - zemin arayüzü oldukça önemli bir tasarım faktörü olarak önümüze çıkmaktadır. Bazı örneklerde, bu arayüzlerdeki kesme mukavemetinin yetersizliği nedeniyle kötü performans, ekonomik olmayan tasarım (geomembranı bir hendek içine sabitlemek için daha uzun membran gerekmesi gibi) veya kimi zaman yenilmeler görülmektedir. Bu yenilme davranışına karşı, çıkıntı (veya pürüz) olarak bilinen geometrik değişiklikler zemin - geomembran arayüzlerinde uygulanmaktadır. Bu çıkıntılar arayüz kesme mukavemetini kayma yerine kazıma özelliği gösteren bir yüzey sağlayarak arttırmaktadır. Bu çıkıntıların geometrik optimizasyonu üzerine yapılan çalışmalar için hızlı prototipleme yöntemlerine gerek duyulmaktadır. Bu çalışmada, piyasada bulunan HDPE geomembran örnekleri 3D yazıcılardan üretilmiş örnekler ile çekme dayanımı ve yüzey sürtünme özellikleri açısından karşılaştırılmıştır. İlk olarak, HDPE, PP, PLA, ABS ve re-PETG malzemeleri üzerinde yapılan çekme deneyleri ile prototiplenecek malzeme Polipropilen (PP) olarak belirlenmiştir. 3 tip zemin örneği, artan ince dane yüzdesi göz önünde bulunarak, Çine kumu ve plastik olmayan silt kullanılarak hazırlanmış ve zemin özellikleri belirlenmiştir. Son olarak, seçilen prototipleme malzemesi PP kullanılarak üretilen geomembran örnekleri HDPE geomembran örnekleri ile belirtilen zemin örnekleri ile, 20, 100 ve 200 kPa'lık düşey yük altında 60 x 60 mm direk kesme kutusunu deneyleri ile karşılaştırılmıştır. Yetmiş iki adet geomembran – zemin arayüzüde direkt kesme kutusu deneyi planlanmış, bu deneylerde üç farklı zemin tipi( %0, %12 ve %40 ince dane yüzdesi) gevşek ve sıkı koşullarda olmak üzere piyasadan temin edilen HDPE ve FDM tekniği ile üretilmiş PP geomembran numuneleri ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmayı kolaylaştırmak adına üç adet karşılaştırma indisi, Çıkıntı Benzerliği (AS), Düz Yüzey Benzerliği (SS) ve Güçlendirme Benzerliği (IS) hesaplanmıştır. Bu deneyler sonucunda HDPE ve PP numuneler zemin A dışında oldukça yüksek benzerlik göstermiştir. Yalnızca yuvarlak köşeli danecik yapısına sahip kum içeren zemin A numunelerinde ise bir miktar sapma, özellikle düz yüzeyli numunelerde ve yüksek normal yük altında gözlemlenmiştir. Bu sapma danecik yapısına bağlı olarak artan kazıma etkisine ve FDM tekniğinin karakteristik hatası olan daha yüksek yüzey pürüzlülüğünün etkisine bağlandığı düşünülmektedir. Son olarak, bu tekniğin geomembran arayüzlerinin geliştirilmesinde kullanılması önerilmiş ve tartışılmıştır.