KATI ATIK DEPOLAMA SAHALARININ DEPREM SIRASINDAKİ ... · • Birim deformasyona bağl ı normalize edilmiş kayma modülü azalm (G/Gmax) ve malzeme sönümleme ilişkisi olarak

Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 16-20 Ekim 2007, İstanbul Sixth National Conference on Earthquake Engineering, 16-20 October 2007, Istanbul, Turkey

675

KATI ATIK DEPOLAMA SAHALARININ DEPREM SIRASINDAKİ DAVRANIŞININ MODELLENMESİ

MODELLING OF BEHAVIOR OF SOLID WASTE LANDFILLS DURING

EARTHQUAKE

Ayşe EDİNÇLİLER1, Gökhan BAYKAL2, Mustafa ERDİK3 ve Waiel MOWRTAGE4

ÖZET

Evsel Katı Atık (EKA) depolama sahaları, başlıca evsel ve endüstriyel atıkların bulunduğu heterojen karışımların depolandığı yerlerdir. EKA ların mukavemet ve sıkışabilirlik gibi mekanik özellikleri, çöpün kompozisyonuna, depolanan malzemenin bileşenlerinin mekanik özelliklerine, su muhtevasına ve bozulmanın etkisine bağlıdır. Sismik bölgelerdeki depolama sahaları sadece statik yükler altında değil, aynı zamanda sismik şartlar altında da göçmelere karşı güvenli olmalıdır. Depolama sahalarının dinamik analizinin güvenli olması için, atık malzemenin dinamik özelliklerinin doğru belirlenmesi çok önemlidir. Depolama sahalarının deprem sırasındaki davranışı, nümerik modellerle analiz edilebileceği gibi, sarsma masası deneyleri ile de belirlenebilmektedir. Bu çalışmada, EKA depolama sahasıının deprem sırasındaki davranışının sarsma masası modelleri ile belirlenmesi amaçlanmaktadır. Çalışma üç aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada, sarsma masası deneylerinde kullanılacak malzemenin fiziksel özellikleri belirlenmiştir. İkinci aşamada, depolama sahasının sarsma masasında modellenebilmesi için esnek numune kutusu (ENK) dizayn edilmiş ve imal ettirilmiştir. Son aşamada ise, üç farklı modelin analiz sonuçları verilmiştir. Boş ENK (Model 1), vahşi depolama sahası (Model 2) ve modern depolama sahası (Model 3) modelleri yapılarak deney sonuçları karşılaştırılmıştır. Modern depolama sahası modelinde, deprem sırasında önemli bir iyileşme sağlandığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Katı atık depolama sahası, deprem, sarsma masası deneyi

ABSTRACT

Municipal Solid Waste Landfills (EKA) are places where heterogeneous mixtures of municipal and industrial wastes are disposed. Mechanical properties of EKA such as strength and compressibility depend on composition of waste, mechanical properties of components of the material deposited, water content and decomposition. Landfills in seismic regions must be safe against not only static forces but also seismic forces. Determination of dynamic properties of waste material is crucial for reliability of dynamic analysis of landfills in seismic regions. Behavior of landfills during earthquakes can be determined by shaking table tests as well as by numerical analyses. The object of this study is to determine behavior of landfills during earthquakes by shaking table experiments. This study is composed of three stages. In the first stage the physical properties of materials to be used in shaking table experiments were determined. In the second stage, a flexible shear stack was designed and manufactured in order to model landfills on the shaking table.In the last stage a series of shaking table model tests were carried out in the flexible shear stack. Within the scope of this study, three separate shaking table models were selected and their analyses results were examined. Some were considered as an unregulated landfill model (Model 2) whereas some were prepared as a modern solid waste landfill model (Model 3). With the use of Model 3, a significant decrease in the values was observed. Keywords: Solid waste landfill, earthquake, shaking table test

1 Doç.Dr., Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul, [email protected] 2 Prof.Dr., Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul, [email protected] 3 Prof.Dr., Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul, [email protected] 4 Yard.Doç.Dr., Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul, [email protected]

676 Katı Atık Depolama Sahalarının Deprem Sırasındaki Davranışının Modellenmesi

GİRİŞ Evsel katı atık (EKA) depolama sahaları, homojen olmayan çeşitli ticari ve evsel katı atıkların depolandığı yerlerdir. Bu tür malzemelerin özellikleri sahadan sahaya değişmektedir. Türkiye’de, EKAlar çoğunlukla vahşi depolama sahalarında depolanmaktadır. Kontrolsüz depolanan atıkların, çevre kirliliğine neden olduğu ve insan sağlığını tehdit ettiği bilinmektedir. Şekil 1’de kesiti verilen Modern depolama sahalarının kullanımının artması bu duruma çözüm getirmektedir.

Atık depolama sahalarının kompleks yapılar olmasından dolayı stabilitesi önemli bir konudur. Stabil atık depolama sahası dizaynı; oturma, yamaç duraylılığı, ve sismik davranış gibi mekanizmaların anlaşılması ile mümkün olabilmektedir. Deprem bölgelerindeki depolama sahaları sadece statik şartlarda değil, aynı zamanda sismik şartlar altında da göçmelere karşı güvenli olmalıdır. Kil kaplamalarda veya geosentetik kaplamalardaki deformasyonlar, sızıntıya, ve böylece yeraltı suyunun kirlenmesine neden olacaktır. Aynı zamanda, sızıntı suyu toplama boruları ve gaz toplama borularında oluşan kırıklar veya kopukluklar, atık depolama sahasının kullanım performansını azaltmaktadır. Çöpün heterojen yapısından dolayı, oturma, yamaç stabilitesi, ve sismik davranış zeminden farklı ve daha karmaşık olmaktadır. EKAların mukavemet ve sıkışabilirlik gibi mekanik özellikleri, çöpün kompozisyonuna, depolanan malzemenin bileşenlerinin mekanik özelliklerine, su muhtevasına ve bozulmanın etkisine bağlıdır (Jessberger ve Kockel, 1995).

Bu çalışmada, katı atık çöp depolama sahalarının deprem sırasındaki davranışınının belirlenmesi amaçlanmaktadır. Çalışma, üç aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşama, deneylerde kullanılacak malzemenin fiziksel özelliklerinin belirlenmesini içermektedir. Malzemenin geoteknik özelliklerini belirlemek ve statik yük altındaki davranışının belirlenmesi için bir seri deney yapılmıştır. Projenin ikinci aşamasında, çöp depolama sahasının deneysel modelinin oluşturulacağı esnek numune kutusu (ENK) dizayn edilmiştir. Üçüncü aşamada ise vahşi depolama ve modern depolama sahası modelleri geliştirilen ENK içinde oluşturularak, sarsma masası deneyleri ile gerçek deprem kaydı altındaki davranışları değerlendirilmiştir. Sarsma masası deneyleri, Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, Deprem Mühendisliği Anabilim Dalı’nda mevcut olan ANCO R-148 yatay tek eksenli hareket yeteneğine sahip Sarsma Masası Laboratuvarında yapılmıştır.

Şekil 1. Modern Depolama Sahası Kesiti

A.Edinçliler, G. Baykal, M. Erdik ve W. Mowrtage 677

EVSEL KATI ATIKLARIN GEOTEKNİK VE DİNAMİK ÖZELLİKLERİ Geoteknik Özellikler EKAlara ait veriler daima geniş bir aralık göstermektedir ve değerler tutarsız ve birbiriyle uyumlu olmamaktadır. Bu duruma, katı atık özelliklerini etkileyen sınır şartlarının değişikliği kadar, atık bileşenlerinin de değişken olması neden olmaktadır.

EKAların birim hacim ağırlığını etkileyen en önemli etken, çöpün kompozisyonu, günlük örtünün hacmi ve çöpün yerleştirilmesi esnasındaki sıkıştırma derecesidir. Sızıntı ve atık depolama sahası gazlarını etkileyen kimyasal ve biyolojik bozulma, atığın kompozisyonu ve organik madde miktarından etkilenmektedir. Organik içerik, aynı zamanda mekanik mukavemeti ve katı atığın deformasyon özelliklerini de etkilemektedir. Maksimum kuru birim hacim ağırlığı ve serbest basınç mukavemeti, artan organik miktara bağlı olarak azalma göstermektedir. Atığın birim hacim ağırlığı, çöpün yaşı ile de bağlantılıdır. Yaşlı çöpün birim hacim ağırlığı, bozulmanın derecesine, derinliğe ve nem gibi çevresel faktörlere bağlıdır. Birim hacim ağırlığının derinlikle değişimi, basınç ve böylece boşluk oranının azalması ve uygulanan aşırı yük altında çöpün konsolidasyonuna bağlıdır.

Evsel katı atığın ağırlığı, günlük kaplamanının yüksek birim hacim ağırlığından etkilenmektedir. Genellikle, arazi gözlemleri ve laboratuvar deneyleri, evsel katı atığın birim hacim ağırlığının sıkıştırılmamış veya az sıkıştırılmış atıklar için 3 kN/m3 ile çok sıkıştırılmış çöpler için 17 kN/m3 arasında değiştiğini göstermektedir. Komposizyon ve yerleştirme karakterlerine göre bu değer 18 kN/m3’e kadar yükselebilmektedir (Kavazanjian vd., 1995).

Depolama sahalarının statik ve dinamik davranışını analiz etmek için, atık malzemelerin kayma mukavemeti parametreleri önemli göstergelerdir. Zeminler için uygulanan Mohr-Coulomb göçme kriteri, atık malzemelere de uygulanabilir.

Edinçliler vd. (1996), Wisconsin’da bulunan çöp depolama sahasından aldıkları EKA ile büyük boy kesme deneyi yapmışlardır. Literatür çalışmalarına da dayanarak geniş bir kayma mukavemeti aralığı (φ= 28 - 42o; c = 0 - 30 kPa) tanımlamışlardır. Dinamik Özellikler Evsel Katı Atık (EKA) depolama sahaları, önemli sismik performans kriterleri olan mühendislik yapılarıdır. Depolama sahalarının dinamik analizinin güvenirliliği, atık malzemelerin dinamik özelliklerinin doğru karakterizasyonuna bağlıdır. Bu özellikler;

• EKAnın birim hacim ağırlığı profili, • Küçük-birim deformasyon kayma modülü (Gmax) veya kayma dalgası hızı (Vs), • Birim deformasyona bağlı normalize edilmiş kayma modülü azalımı (G/Gmax) ve

malzeme sönümleme ilişkisi olarak verilmektedir (Zekkos vd., 2006). 1990 öncesinde, atık malzemelerin sismik kayma hızı, Vs, hakkında çok az veri

bulunmaktadır. Sharma vd. (1990), California’da bulunan atık depolama sahasında “down hole” testleri ile ortalama kayma dalgası hızını 200 m/sn olarak ölçmüşlerdir. Sismik refraksiyon araştırması ile de kayma dalgası hızını 244 m/sn olarak bulmuşlardır. Singh ve Murpy (1990) Kaliforniya’da “down-hole” ve “cross-hole” teknikleri ile kayma dalgası hızını 30 m/sn ile 275 m/sn arasında bulmuşlardır. Kavazanjian vd. (1995), kayma dalgası hızının atık depolama sahasının yaşı ve derinlikle değiştiğini göstermişlerdir. 20 metre derinlikte, kayma dalgası hızı taze atık için 150 m/sn iken yaşlı ve sıkıştırılmış atık için 300 m/sn arasında değişmektedir.

EVSEL KATI ATIK DEPOLAMA SAHASI ANALİZLERİ Sarsma Masası Deneyleri Çok pahalı altyapı gerektiren sarsma masası deneyleri, dünyada bu olanağa sahip çok az merkez tarafından gerçekleştirilmektedir. Öncelikle yapıların modellenmesi için tasarlanan sarsma masaları, geoteknik modelleme amacıyla da kullanılmaya başlanmıştır. Literatürde geoteknik problemler için gerçekleştirilmiş sarsma masası deneyleri mevcuttur (Fukutake vd., 1990;


Richards vd., 1990; Kanatani vd., 1991). Testlerde zemin numunelerinin konulduğu kutular, iki kategoriye ayrılmaktadır: sert kenarlı kutular ve esnek, tabakalı numune kutuları. Bunlardan ikincisi genellikle kauçuk tabakalarla birbirinden ayrılmış yatay dikdörtgen metal halkalardan oluşmaktadırlar.

Taylor vd. (1994) tarafından yapılan bir araştırmada, 1.2 m. uzunluğunda, 0.6 m. genişliğinde ve 0.9 m. yüksekliğinde bir “esnek-tabakalı kesme kutusu” geliştirilmiştir. Yatay dikdörtgen kesitler alüminyumdan yapılmış olup, kauçuk tabakalar ile birbirlerinden ayrılmışlardır. “ENK” tek boyutlu yatay hareketler için dizayn edilmiştir. Taylor vd. (1994), bu düzenekle kuru kum depozitlerin sismik davranışlarını araştıran birçok test gerçekleştirmişlerdir. “ENK” ile yapılan araştırmalarda numunelerin, yatay düzlemde, oldukça düzenli ivme davranışları ürettiği gözlemlenmiştir. İvmelerin düşey profilinin arzulanan sinüzoidal şekli verdiği görülmüştür. Taylor vd. (1994) yaptıkları ENK prototipi ışığında, ECOEST (European Consortium of Earthquake Shaking Tables) projesiyle büyük ölçekli bir “ENK” geliştirmiştir. Geliştirilen ENK, 5 m. uzunluğunda, 1 m. genişliğinde ve 1.15 m. yüksekliğindedir. Yapılan deneyler sonucunda “ENK”nun geoteknik problemlerin araştırılmasında gerçeğe yakın sonuçlar verdiği belirtilmiştir. Literatür çalışmasından, atık depolama sahaları için yapılan bu çalışmanın ilk olduğu görülmüştür. Nümerik Yöntemler Toprak dolguların sismik stabilitesini analiz etmek için geliştirilen yöntemler tecrübe ile birlikte depolama sahalarına uygulanabilir. Kaplama ve örtüler; değişik geosentetikler ve kil kaplamalar gibi değişik malzemelerden oluşmaktadır. Atık malzemeler genellikle homojen değildir. Fiziksel özelliklerini belirlemek, atığın biyolojik ve kimyasal bozulmasına bağlı olduğu için kolay olmamaktadır. Bu durumda, depolama sahalarının sismik davranışı, dolguların sismik stabilite analizi için uygulanan yöntem ile çok fazla uyumlu değildir. KADSlarının sismik dizaynı için prensipler, dolgu barajların dizaynında kullanılan prensiplere benzemektedir (Pinto, 1995).

Genelde, depolama sahalarının sismik stabilitesi, pseudostatik stabilite analizi veya kalıcı deformasyonlara bağlı sismik analizlerle gerçekleştirilebilir. Pseudostatik analiz, genellikle, toprak dolgular için geliştirilmiş yöntemlerden tahmin edilen sismik katsayı kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Depolama sahalarının dinamik karakterlerinin, toprak dolgulardan farklı olması nedeniyle sismik katsayının seçimi depolama sahaları için güvensiz olabilmektedir.

QUAD4M, DIANA-SWAYNDYNE-II kullanılarak kesme kutusunun dinamik analizi yapılmıştır (Augello vd, 1995; Taylor, 1997). Depolama sahalarının, sarsma masası modelleri Edinçliler vd.(2007) tarafından, FLAC 5.0 ile gerçekleştirilmiştir.

YÖNTEM Geoteknik Özellikler Atık malzemelerin düşük birim hacim ağırlığı, yüksek boşluk oranı ve kilitlenme özelliği, mekanik özelliklerini farklı kılmakta ve yükler altındaki davranışını tahmin etmeyi zorlaştırmaktadır. Yükler altındaki malzemenin davranışını belirlemek için geoteknik deneyler büyük önem taşımaktadır. Ülkemizde üretilen katı atık kompozisyonu esas alınarak Tablo 1’de verilen numune laboratuvar şartlarında hazırlanmıştır. Deneylerde kullanılan katı atık kompozisyonunun birim hacim ağırlığı 14.9 kN/m3, içsel sürtünme açısı, 10.3o, kohezyonu ise 4.9 kPa olarak bulunmuştır.

Tablo 1. Deneylerde Kullanılan Katı Atık Kompozisyonu Kompozisyon Organik atık

(%) Tekstil

(%) Kağıt (%)

Lastik (%)

Tahta parçası (%)

Bahçe çöpü (%)

(%) 53 8 3 3 10 3 Ağırlık /kg) 156 26 9 9 30 9


Deney Düzeneğinin Hazırlanması Geoteknik problemlerin deprem sırasındaki davranışını modellemek için zemin özelliklerinin ve sınır şartlarının doğru modellenmesi çözümün doğruluğunu önemli ölçüde etkilemektedir. Gazetas (1982) tarafından, kesme kutusunun sağlaması gereken iki temel performans kriteri; zemin ve kesme kutusuna doğru herhangi bir yatay düzlemdeki yanal hareketin üniform olması ve kesme kutusu derinliği boyunca yanal hareketlerin sinüzoidal profil takip etmesi olarak verilmektedir.

Katı atık depolama sahasının sarsma masası modelinin yapılabilmesi için dizayn edilen ENK, dikdörgen katmanlı sekiz adet alüminyum içi boş kesitli halkaların sekiz adet kauçuk katmanlarla birbinden ayrılması ile oluşmaktadır. Kauçuk katmanlar halkaların kesme kirişi davranışında deforme olmasına izin verirken, aliminyum halkalar, zeminin yanal sınırını sağlamaktadır. ENK’nun, boyutları ve malzeme özellikleri Gazetas (1982)’ın belirttiği başarı kriterleri esas alınarak Sonlu Elemanlar Programı çıktılarına göre belirlenmiştir. Analizler sonucunda, ENK’nun 1450 mm boyunda, 750 mm genişliğinde ve 780 mm yüksekliğinde olmasına karar verilmiştir. ENK, sarsma masasına tabanındaki rijit çelik levhadan tutturulmuştur. Laboratuarda, atık malzemenin değişik derinlikteki davranışının değişen düşey basınçlar altındaki değişiminin araştırılması amaçlanmıştır. Kesme kutusu içine numune yerleştirildiktan sonra, numune üzerine düşey basınç uygulamak için yastıklar dizayn edilmiştir. Yastıklar kompresöre bağlı olup, istenen basınç numune üzerine uygulanabilmektedir.

Kutunun uzun kenarının bulunduğu her iki kenarına yatay yönde hareket edebilen ve sarma masasına monte edilen sistem geliştirilmiştir. Her iki yöndeki alüminyum boru, hareket edebilen küçük millerle desteklenmiştir. Yastıklara gerekli basınç verildikten sonra, kesme kutusu yanlarda bulunan ve bir boru üzerinde yatay yönde sürtünmesiz olarak hareket imkanı olan sisteme sabitlenmiştir. Bu durumda, sarsma masası hareketine bağlı olarak, masanın üzerindeki deney düzeneği de aynı hareketleri yapabilme kapasitesine sahip olmaktadır (Şekil 2).

Şekil 2. Hazırlanan Deney Düzeneği

Numune Hazırlama Deneye başlamadan önce uzun kenar duvarların iç kısmı yağlanmakta, ince kauçuk kılıf test edilen numunenin yan duvarlarındaki sürtünmeyi en aza indirmek için kullanılmaktadır. Uç kenarların iç yüzeylerinde ve kutunun tabanına kum yapıştırılmıştır.

Deneylerde 16 adet akselometre, 7 adet LVDT kullanılmıştır. Aletlerin yerleştirilme planı, Şekil 3 ve 4’de verilmektedir. Akselometre 1 (A1), masanın davranışını ölçmek için sarsma masasına tutturulmuştur. Akselometre 2 ile 9 (A2-A9) arası, numunenin deprem sırasındaki yatay ivmesini ölçmek için kutunun üzerine LVDT ler’in yanına yerleştirilmiştir.

Her bir malzeme kesme kutusunun içine üç farklı katmanda yerleştirilerek katmanlar sıkıştırılmıştır. Numune yerleştirme aşamasında, Şekil 3’de verildiği gibi numunenin içine altı adet akselometre yerleştirilmiştir. 11, 12, ve 13 No’lu akselometreler (A11, A12 ve A13) numunenin üst yüzeyinden 10 cm derine yerleştirilmiştir. 14, 15 ve 16 No’lu akselometreler (A14, A15 ve A16) ise numunenin üst yüzeyinden 30 cm altına yerleştirilmiştir (Şekil 3). Numune yerleştirme


aşamasından sonra, numunenin üstü membran ile kaplanmıştır. Bunun amacı, hava yastıkları ile malzeme arasındaki davranışın genel sonucu etkilemesinin engellenmesi ve bünyesinde değişik boyutta malzeme bulunduran atığın hava yastığına zarar vermesinin önlenmesidir. Daha sonra, numunenin üzerine farklı basınçların uygulanmasını mümkün kılacak iki adet hava yastığı yerleştirilmektedir. Hava yastıkları yardımıyla, numunelerin üzerine 10, 20 ve 40 kPa düşey basınç uygulanarak, farklı basınçlar altında numunenin deprem sırasındaki davranışı gözlenmiştir.

Şekil 3. Deneylerdeki Akselometre Düzeni

Şekil 4. Deneylerdeki LVDT Düzeni

Sarsma Masası Deneyleri Literatürde ilk defa olarak, çöp depolama sahası modeli ENK kutusu içinde oluşturulmuştur. Bu çalışma kapsamında, toplam olarak 135 adet sarsma masası deneyi yapılmıştır. Bu çalışmada, sonuçların değerlendirilmesi için üç farklı basınç altında üç farklı model (Model 1, Model 2 ve Model 3) seçilmiştir. Model 1’de, kesme kutusu boş olarak test edilmiştir. Sarsma masasına, 2.5 ve 4 Hz’lik frekansta sinüs dalgası hareketi verilerek deneyler yapılmıştır. Model 2, yönetmeliklere göre dizayn edilmemiş vahşi depolama sahası modelini, Model 3 ise modern depolama sahası modelini temsil etmektedir. Model 2 ve Model 3’te El Centro (1940) deprem kaydı ¼ ölceğine göre kullanılmıştır.

Model 3’de modern depolama sahasını temsil edecek bir konfigürasyon yapılmıştır (Şekil 5). Tabanda, alt kaplama vardır. Kaplama özellikleri ve kullanılan geosentetik malzemeler, çevre geotekniği standartlarına uygundur. Kullanılan malzemeler 1/4 ölçeğine göre azaltılarak kullanılmıştır. Geomembran tabakası, geonet drenaj katmanı ve geotekstilin kullanımı şekilde görüldüğü gibidir (Şekil 5).


Şekil 5. Model 3’ün Hazırlanması

DENEYSEL SONUÇLAR Model 1 Model 1’de, iki farklı sinüs dalgası (2.5 ve 4.0 Hz) uygulanmıştır. Deneyler sırasında, yerdeğiştirme ölçümleri alınmıştır (Şekil 6). ENK tabandan yukarıya doğru artan yerdeğiştirme yapmıştır. ENK’nın her iki frekansta da, sinüzoidal hareket yapması istenen bir sonuçtur.

Model 1 (2 Hz Sin wave)

-4

-3

-2

-1

0

1

2

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Zaman ( sn)

Yerd

eğiş

tirm

e (m

m)

LVDT1LVDT2LVDT3LVDT5LVDT6LVDT7

Model 1 (4.0 Hz sin wave)

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

0 2 4 6 8 10 12 14 16

zaman (sn)

Yer

değişt

irme

(mm

)


Şekil 6. Model 1 için Yerdeğiştirme – Zaman Değişimi


Model 2 ve Model 3 Model 2 ve Model 3 için LVDT’lerin yanına yerleştirilen akselometrelerden alınan maksimum değerler üç farklı basınç için Tablo 2 ve Tablo 3’de verilmektedir. Modellerde maksimum ivmeler, en üstteki noktada (A9) oluşmuştur. Model 2’de, düşük basınç altında, maksimum ivmeye t = 2.76 sn’de ulaşılırken, 20 kPa’lık basınçta t=1.22’de, yüksek basınç altında ise t = 2.76’da ulaşılmıştır. Model 3’de ise düşük basınçtan yüksek basınca doğru maksimum ivmelere, t = 2.40sn, t = 2.75sn ve t = 1.20 sn’de ulaşılmıştır.

Model 2’de, 20 kPa altında ivme büyütme faktörü oldukça yüksektir. Numunenin doğal frekansı artarak yer hareketi etkin frekansına yakın değere ulaşmıştır. 40 kPa basınç altında ise, basınçtan dolayı ivme büyütme faktörü düşmüştür. Model 2, 20 kPa altında en kritik durumdadır. Numunenin basınç altında sıkışmasının sonuçları etkilediği görülmüştir. Model 3’de, ivme büyütme faktörünün artan basınçtan çok fazla etkilenmediği görülmektedir. Bu durumun, en altta bulunan kaplama sisteminden kaynaklandığı düşünülmektedir.

Tablo 2. Model 2’de Farklı Basınçlarda Maksimum İvmeler Basınç 10 kPa 20 kPa 40 kPa

Akselometre No. Amax (g) (t) Amax (g) (t) Amax (t) 2 0.35 2.75 0.28 1.22 0.63 2.75 3 0.34 2.76 0.31 1.22 0.66 2.75 4 0.38 2.76 0.36 1.22 0.68 2.76 6 0.43 2.15 0.40 1.22 0.73 2.76 7 0.48 2.15 0.47 1.2 0.78 2.76 8 0.52 2.15 0.50 1.22 0.79 2.76 9 0.57 2.76 0.54 1.22 0.82 2.76

Tablo 3. Model 3’de Farklı Basınçlarda Max İvmeler Basınç 10 kPa 20 kPa 40 kPa

Akselometre No. Amax (g) (t) Amax (g) (t) Amax (t) 2 0.40 2.39 0.36 2.74 0.33 1.20 3 0.41 2.39 0.38 2.75 0.35 1.20 4 0.45 2.39 0.39 2.75 0.36 1.20 6 0.47 2.39 0.41 2.75 0.38 1.20 7 0.50 2.40 0.43 2.75 0.39 1.20 8 0.51 2.40 0.45 2.75 0.39 1.20 9 0.54 2.40 0.47 2.75 0.41 1.20

Tablo 4 ve Tablo 5’de numune içine yerleştirilen akselometrelerden elde edilen farklı basınçlar için maksimum ivme değerleri Model 2 ve Model 3 için verilmiştir. Şekil 3’de görüldüğü gibi, A11 ile A16 arası numunenin içine yerleştirilmiştir. A11, A12 ve A13 üstte, A14, A15 ve A16 ise altta bulunmaktadır. Model 2’de basınç arttıkça maksimum ivme değeri de artmaktadır (Tablo 4). Model 3’de ise maksimum ivmenin 10 kPa’lık basınç uygulandığı zaman gerçekleştiği görülmektedir (Tablo 5). Numunenin orta bölgesinde üst üste yerleştirilmiş olan A12 ile A15 kıyaslandığında, üstteki ivme büyütme faktörü daha yüksek çıkmaktadır. A12 ve A15’in sağ yanındaki ve sol yanındaki, A11-A14 ile A13-A15’in farklı davranış gösterdiği izlenmiştir. Bu durumun, EKA’nın homojen olmayan yapısından kaynaklandığı düşünülmektedir. Model 3’de, genel olarak maksimum ivmenin artan basınçla azaldığı görülmektedir (Tablo 5).

Tablo 4. Numune İçinde Oluşan Maksimum İvmeler (Model 2)

Düşey Basınç 10 kPa 20 kPa 40 kPa Akselometre (Üst) A11 A12 A13 A11 A12 A13 A11 A12 A13 Amax (g) 0.38 0.49 0.12 0.42 0.41 0.44 0.68 0.79 0.65 Akselometre (Alt) A14 A15 A16 A14 A15 A16 A14 A15 A16 Amax (g) 0.24 0.46 0.27 0.38 0.38 0.40 0.67 0.71 0.75


Tablo 5. Numune İçinde Oluşan Maksimum İvmeler (Model 3) Düşey Basınç 10 kPa 20 kPa 40 kPa Akselometre (Üst) A11 A12 A13 A11 A12 A13 A11 A12 A13 Amax (g) 0.53 0.50 0.17 0.46 0.44 0.18 0.41 0.39 0.15 Akselometre (Alt) A14 A15 A16 A14 A15 A16 A14 A15 A16 Amax (g) 0.34 0.40 0.40 0.32 0.36 0.37 0.15 0.13 0.33

Model 2, düşük basınç altında (10 kPa), A13’de maksimum ivme değeri taban ivmesinden

daha düşüktür. Maksimum ivmeye 5.98 sn’de ulaşılmıştır. Dıştaki akselometrede maksimum ivmeye 2.15 sn’de ulaşılmıştır. Bu durumun, malzemenin içindeki kaymadan oluşabileceği düşünülmektedir. 20 kPa ve 40 kPa altında A13’de maksimum ivmenin yüksek olduğu görülmektedir. Bu tür davranışların artan basıncın etkisi ile farklı kompozisyondaki ve farklı fiziksel özelliklere sahip malzemenin ezilmesi, kayması nedeni ile oluşabileceği düşünülmektedir.

Model 3’de basıncın artmasından dolayı maksimum ivme ve hız değerleri ve aynı anda ivme büyütme faktörü de düşmektedir. Model 2 ile Model 3 kıyaslandığında, Model 3’de gözlenen ivme büyütme faktöründeki azalmanın EKA’nın tabanını oluşturan geosentetik malzemelerin varlığından kaynaklanmaktadır.

Her bir model için farklı basınç altında oluşan, maksimum ivme (Amax), maksimum hız (Vmax), maksimum yerdeğiştirme (Dmax) değerleri ve bunların gerçekleştiği zamanlar, A9 ve A12 için karşılaştırılmıştır (Tablo 6 ve Tablo 7). Model 2, A9’da, basınç arttıkça, Amax (0.57g- 0.82g), Vmax (9.5 cm/sn- 17.00 cm/sn) ve Dmax (7.6 mm) değerleri de artmaktadır. Model 2 – A12’de de, Amax (0.488g- 0.79g), Vmax (8.36 cm/sn- 16.5 cm/sn), ve Dmax (5.28 mm-8.4 mm) değerleri basınç arttıkça artış göstermektedir.

Tablo 6. Model 2 için A9 ve A12’de Amax, Vmax ve Dmax Değerleri

Akselometre No. Amax (g) Vmax (cm/sn) Dmax (mm) 10 kPa

9 0.570 (t=2.76sn) 9.5 (t = 1.36sn) 7.60 (t = 1.28sn) 12 0.488 (t=2.15sn) 8.36 (t = 1.37sn) 5.28 (t = 1.22sn)

20 kPa 9 0.54 (t=1.22sn) 8.47 (t = 1.2sn) 6.8 (t = 1.22sn) 12 0.412(t=1.22sn) 7.3 (t = 1.19sn) 6.33 (t = 1.23sn)

40 kPa 9 0.82 (t=2.76sn) 17.0 (t = 1.33sn) 10.3 (t =1.2sn) 12 0.79 (t=2.76sn) 16.5 (t =1.33sn) 8.4 (t = 1.21sn)

Model 3- A9’da, basınç arttıkça, Amax (0.54g- 0.42g), Vmax (11.67 cm/sn- 10.18 cm/sn) ve

Dmax (6.68 mm-5.58) değerleri azalmaktadır (Tablo 7). Model 3 - Aks.12’de de, Amax (0.50g- 0.39g), Vmax (11.25 cm/sn- 9.59 cm/sn), ve Dmax (6.28 mm-8.4 mm) değerlerinin basınç arttıkça azaldığı görülmüştür.

Tablo 7. Model 3 için A9 ve A12’de Amax, Vmax ve Dmax Değerleri Akselometre No. Amax (g) Vmax (cm/sn) Dmax (mm)

10 kPa 9 0.54 (t=2.40sn) 11.67 (t = 2.79sn) 6.68 ((t = 5.34sn) 12 0.50 (t=2.40sn) 11.25 (t = 2.79sn) 6.18 (t = 1.22)

20 kPa 9 0.47 (t=2.75sn) 9.67(t = 2.77sn) 6.18 (t = 11.22sn) 12 0.44 (t=2.75sn)

8.69 (t = 2.77sn) 5.05 (t = 1.21sn)

40 kPa 9 0.42 (t=1.95sn) 10.18 (t = 2.78sn) 5.58 (t = 1.21sn) 12 0.39 (t=1.20sn) 9.59 (t = 1.18sn) 6.06 (t = 1.21sn)


Vahsi depolama sahasını temsil eden Model 2, modern depolama sahasını temsil eden Model 3’den daha büyük değerlere sahiptir. Bu durum da, modern depolama sahasının deprem sırasındaki davranışları iyileştirdiğini vurgulamaktadır

Tablo 8’de , Model 2 (40 kPa) ve Model 3 (40 kPa) için A12 ve A15’de hesaplanan kayma dalgası hızı (Vs) değerleri verilmiştir. Tablo 8 incelendiğinde, Model 3’de daha düşük Vs değerleri görülmektedir. Model 2’de doğal frekans 24 Hz iken Model 3’de 19 Hz’e düşmektedir. Bu durum, modern depolama tesisinin yapısından kaynaklanmaktadır.

Tablo 8. Kayma Dalgası Hızı Değişimi Akselometre No. Model 2 Model 3

Vs (m/sn) Vs (m/sn) 12 74.8 60 15 74.8 60

Şekil 7 ve 8’de, Model 2 ve 3 için 40 kPa’lik basınç altında El Centro (1940) deprem kaydı

ile oluşan yerdeğiştirme-zaman ilişkisi LVDT kayıtlarına göre verilmektedır. Deney sonuçlarından Model 3’de, yerdeğiştirme değerinin azaldığı görülmektedir. Maksimum yerdeğiştirmelerin, yarıya yarıya azaldığı bu durumun, geosentetik kaplamalardan kaynaklandığı düşünülmektedir.

-15

-10

-5

0

5

10

15

4 6 8 10 12 14 16Zaman (sn)

Yer

değişt

irme

(mm

)

LVDT1

LVDT2

LVDT3

LVDT5

LVDT6

LVDT7

Şekil 7. Model 2 (40 kPa) Yerdeğiştirme - Zaman İlişkisi

-15

-10

-5

0

5

10

15

8 9 10 11 12 13 14 15 16zaman (sn)

Yer

değişt

irme

(mm

)


Şekil 8. Model 3 (40 kPa) Yerdeğiştirme - Zaman İlişkisi


SONUÇLAR Güvenli ve sağlam EKA depolama sahalarının, bünyesinde bulunan üniform olmayan malzemelerden dolayı dizaynı oldukça zordur. Ülkemizde, vahşi depolama sahalarının sağlık ve çevre açısından çok ciddi sorunlar yarattığı bilinen bir gerçektir. Bu nedenle, özellikle büyük şehirlerde, yönetmeliklere göre dizayn edilmiş modern depolama sahalarının kullanımına az da olsa başlanılmıştır. Atık malzemenin statik ve dinamik özelliklerinin deprem sırasındaki davranışlar üzerinde çok önemli etkileri vardır. Ayrıca, EKA’nın birim hacim ağırlığı zaman içinde, atığın yaşı, bozulma gibi faktörlerden etkilenmektedir. Uzun vadeli etkileri de göz önüne alan dizaynlarda, zamanla depolama sahasında oluşacak değişimlerde hesaba katılmalıdır.

Bu çalışmada, oldukça karmaşık davranış özelliklerine sahip EKA depolama sahalarının deprem sırasındaki davranışının sarsma masası deneyleri ile modellenmesi gerçekleştirilmiştir. Modellemelerde gerçeğe yakın sonuçlar elde edebilmek için sonlu elemanlar programı yardımı ile ENK dizayn edilmiştir. Malzemenin deprem sırasındaki davranışı, atıkların kontrolsüz olarak depolandığı (Model 2) ve yönetmeliklere göre dizayn edildiği (Model 3) durumlarda incelenmiştir. Deney sonuçlarından;

• EKAların sarsma masası modellerinin ENK içinde gerçekleştirilmesi mümkün olabilmektedir.

• Atıkların kontrolsüz depolanması malzemenin davranışını önemli ölçüde etkilemektedir. • Yönetmeliklere göre dizayn edilen EKA depolama sahalarında atık malzemenin

davranışında iyileşme gözlenmektedir. Amax, Vmax, Dmax ve ivme büyütme değerlerinde önemli azalmalar olmaktadır.

• Değerleri yönetmeliklere göre belirlenmiş geosentetik ve sıkıştırılmış kil kaplamalardan oluşan Model 3’de, ENK’nın dışında oluşan yerdeğiştirmelerde Model 2’ye göre yarı yarıya azalma olmaktadır.

• Modellerin üzerine uygulanan farklı büyüklükteki basınçlar belirgin olarak sonuçları etkilemektedir.

• Geliştirilen deney düzeneğinin bu tür çalışmalar için uygun olduğu görülmüştür. • Heterojen yapıya sahip olan EKA’nın, farklı büyüklükteki ve farklı fiziksel özellikteki

malzemeyi bünyesinde bulundurması nedeniyle, boşluk oranları farklı olmakta, bu durumda deprem sırasındaki davranışı etkilemektedir.

• Modellerde tabanda kullanılan geosentetik malzemeler deprem etkisini azaltmaktadır. • Kontolsüz atık depolama sahalarında deprem sırasında çok önemli geoteknik problemler

oluşabilecektir. Sarsma masası deneyleri, geoteknik uygulamaların deprem davranışının belirlenmesi için

önemli bir araçtır. Güvenli bir dizayn yapılabilmesi için, sadece nümerik model sonuçları yeterli olmamaktadır. Sarsma masası modelleri sayesinde, daha gerçekçi verilere ulaşmak mümkündür. Tecrübe ve uygun modelleme tekniği ile çevregeotekniği konularında da sarsma masası modelleri kullanılabilir. Bu tür uygulamalarn çoğalması, mühendislik uygulamaları için faydalı olacaktır.

Teşekkür Çalışmanın gerçekleştirilebilmesi için verdikleri desteklerden dolayı Boğaziçi Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü’ne (Proje No. 03T102D) ve TÜBİTAK-MAG’a (Proje No: 103I010) teşekkür ederim.

KAYNAKLAR

Edinçliler A, Benson,CH., ve Edil TB (1996) Shear Strength of Municipal Solid Waste, Environmental Geotechnics Report No.96-2, University of Wisconsin, USA.

Edinçliler A, Baykal G, Erdik M ve Mowrtage W (2007) Katı Atık Depolama Sahalarının Deprem Sırasındaki Davranışının Modellenmesi, Proje Raporu, TÜBİTAK-MAG, Proje No. 03I010.


Fukutake K, Ohtsuki A, ve Shamoto Y (1990) “Analysis of Saturated Dense Sand – Structure System and Comprarison with Results from Shaking Table Test”, Earthquake and Structural Dynamics, Vol. 19, 977-992

Jessberger H L ve Kockel R (1995) “Determination and Assessment of the Mechanical Properties of Waste Materials”, Waste Disposal by Landfill-Green’93, Balkema, Rotterdam, (1995), 313-322.

Gazetas G (1982) “Vibrational Characteristics of soil deposits with variable velocity”, International Journal of Numerical and Analytıcal Methods. 6: 1-20.

Kanatani M, Nishi K, Tourma J, Ohnami M and Nsrnita H (1991) “Numerical simulation of shaking table tests by non-linear response analysis method”, Proc. 2nd Int. Conf. On Recent Advances in Geomechnaical Earthqauke Engineering and Soil Dynamics, March 11-15, St. Lous, Missouri, Paper No.5.6.

Kavazanjian EJr, Matasovic N, Bonaparte, R, and Schmertmann, GR (1995) “Evaluation of MSW Properties for Seismic Analysis”, Proc., Geoenvironment 2000, ASCE Geotech. Spec. Publ. No. 46, ASCE. Reston, Va., 1126-1141

Kavazanjian, EJr, and Matasovic, N (1995) “Seismic Analysis of Solid Waste Landfills”, Proc., Geoenvironment 2000, ASCE Geotech. Spec. Publ. No. 46, ASCE. Reston, Va., 1066-1080

Pinto PS (1995) “Dynamic Analysis of Solid Waste Landfills and Lining Systems” Environmental Geotechnics, Pinto PSS. ed., Balkema, Rotterdam, 1125-1159.

Rıchards R, Elms DG, and Budhu M (1991) “Dynamic fluidization of soils”, Journal of Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 116, No.5, 740-759.

Singh S and Murphy B (1990) “Evaluation of the Stability of Sanitary Landfills” Geotechnics of Waste Fills- Theory and Practise, Landva A., and Knowles D. G., Eds., ASTM, 240-259.

Sharma HD, and Goyal HK (1991) “Performanc of a Hazardous Waste and Sanitary Landfill Subjected to Loma Prieata Earthquake”, Proceedings Seconf Internationa Conference on Recent Advances in Geotecnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics, St.Lous, Mo, April,.1717-1725.

Taylor CA, Dar AR, ve Crewe AJ (1994) “ Shaking table modelling of seismic geotechnical problems”, Proc. 10 th European Conference on Earthqauke Engineering, Vianne, Austria, Rottersa:AA, Balkema, 441-446.

Zekkos DP, Bray D and Riener MF (2006) “Shear Modulus Reduction and Material Damping Relations for Municipal Solid Waste”, Proceedings of 8th U.S. National Conference on Earthquake Engineering, 216-226.

Documents

KATI ATIK DEPOLAMA SAHALARININ DEPREM SIRASINDAKİ ... · • Birim deformasyona bağl ı normalize edilmiş kayma modülü azalm (G/Gmax) ve malzeme sönümleme ilişkisi olarak