Genleşen karayolu taban zeminlerinin mühendislik özelliklerinin atık kâğıt fabrikası arıtma suyu çamuru ile iyileştirilmesi
Yükleniyor...
Tarih
2025-03-17
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Batman Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Bu tez çalışmasında, farklı şişme-büzülme özelliklerine sahip üç farklı karayolu taban zemininin geoteknik ve mühendislik özellikleri atık kâğıt fabrikası arıtma suyu çamuru (KFASÇ) kullanarak iyileştirilmeye çalışılmıştır. Bu amaç doğrultusunda ilk olarak taban zeminlere kuru ağırlığınca %3, %6, %9, %12 ve %15 oranlarında KFASÇ eklenmiş ve plastisite, şişme-büzülme, kompaksiyon, serbest basınç dayanımı (UCS), Kaliforniya taşıma oranı (CBR), direkt kesme kutusu, düşen koni, konsolidasyon ve esneklik modülü (Mr) deneyleri olmak üzere kapsamlı laboratuvar analizleri gerçekleştirilmiştir. Zeminlerin içyapısında KFASÇ kullanımı sonucunda meydana gelen değişimleri incelemek amacıyla taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılım X-ışını spektrometresi (EDX) ve X-ışını difraksiyon (XRD) analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında elde edilen deney sonuçları kullanılarak UCS ve Mr değerlerini tahmin etmek amacıyla farklı yapay sinir ağları (YSA) modelleri geliştirilmiştir. Son olarak Plaxis 2D programı ile taban zeminlerinin modellemesi yapılarak sonlu elemanlar analizi gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar incelendiğinde KFASÇ içeriğinin zeminlerin plastisitesi ve şişme-büzülme potansiyelini önemli derecede azalttığı görülmüştür. Kompaksiyon parametrelerinin zemin türünden etkilendiği sonucuna varılmıştır. Zeminlerin yük taşıma kapasitesinin kür süresi ve KFASÇ içeriğiyle artabileceği görülmüştür. Konsolidasyon parametrelerinin zemin türünden ve KFASÇ içeriğinden etkilendiği belirlenmiştir. Mr deneyi sonuçları incelendiğinde belirli bir oranda KFASÇ ile taban zeminlerin rijitliğinin arttığı görülmüştür. SEM, EDX ve XRD analizleri ile elde edilen sonuçlar incelendiğinde KFASÇ ile iyileştirilmiş taban zeminlerinin içyapısının, zemin ile KFASÇ daneleri arasında meydana gelen katyon değişimi ve puzolanik reaksiyonlar sonucu floküle olmuş tanecikler ile birlikte çimentomsu jellerden oluştuğu görülmüş ve yeni mineralojik bileşimlerin ortaya çıktığı tespit edilmiştir. UCS ve Mr parametrelerini tahmin etmek amacıyla geliştirilen YSA modelleri çoklu regresyon modellerine kıyasla daha yüksek belirleme katsayıları (R2) ve daha düşük hata oranları ile daha iyi performans göstermiştir. Plaxis 2D ile gerçekleştirilen analizler sonucunda taban zeminlerin KFASÇ ile iyileştirilmesi sonucu trafik yüklerinden kaynaklanan deformasyonların ve gerinimlerin azaldığı, daha rijit yol platformu elde edildiği ortaya çıkmıştır. Sonuç olarak, elde edilen veriler KFASÇ’nin bu tez çalışmasında kullanılan taban zeminlerinin geoteknik ve mühendislik özelliklerini iyileştirmede kullanılabilirliği belirlenmiştir.
In this thesis, the geotechnical and engineering properties of three different highway subgrade soils with different swelling-shrinkage potentials were tried to be improved by using waste paper mill treatment water sludge (WPS). For this purpose, firstly, WPS was added to the subgrade soils at the rates of 3%, 6%, 9%, 12% and 15% by dry weight and comprehensive laboratory analyses including plasticity, swelling-shrinkage, compaction, unconfined compressive strength (UCS), California bearing ratio (CBR), direct shear box, falling cone, consolidation and resilient modulus (Mr) were performed on soil specimens. Scanning electron microscope (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and X-ray diffraction (XRD) analyses were carried out to examine the changes in the microstructure of the soils with the use of WPS. Different artificial neural network (ANN) models were developed to predict UCS and Mr values using the experimental results obtained within the scope of the study. Finally, the modeling of the subgrade soils was done with the Plaxis 2D program and finite element analysis was performed. When the test results are examined, it is seen that the WPS content significantly reduces the plasticity and swelling shrinkage potential of the soils. The compaction parameters are found to be affected by the soil type. It is deduced that the load-bearing capacity of the soils can increase with the curing period and WPS content. It is determined that the consolidation parameters are influenced by the soil type and WPS content. When the Mr test results are examined, it can be concluded that the stiffness of the subgrade soils increases with a certain amount of WPS. The results obtained by SEM, EDX and XRD analyses showed that the microstructures of subgrades with WPS revealed cementitious gels formation with flocculated particles as a result of the cation exchange and pozzolanic reactions that occurred between the soil and WPS grains, and new mineralogical compositions were determined to emerge. ANN models developed to estimate the UCS and Mr parameters showed better performance with higher coefficients of determination (R2) and lower error rates compared to multiple regression models. The results of the Plaxis 2D analyses showed that the stabilization of the subgrade soils with WPS reduced the deformations and strains caused by the traffic loads and provided a more rigid road platform. As a consequence, the data obtained showed that WPS can be used to improve the geotechnical and engineering properties of the subgrade soils used in this thesis.
In this thesis, the geotechnical and engineering properties of three different highway subgrade soils with different swelling-shrinkage potentials were tried to be improved by using waste paper mill treatment water sludge (WPS). For this purpose, firstly, WPS was added to the subgrade soils at the rates of 3%, 6%, 9%, 12% and 15% by dry weight and comprehensive laboratory analyses including plasticity, swelling-shrinkage, compaction, unconfined compressive strength (UCS), California bearing ratio (CBR), direct shear box, falling cone, consolidation and resilient modulus (Mr) were performed on soil specimens. Scanning electron microscope (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and X-ray diffraction (XRD) analyses were carried out to examine the changes in the microstructure of the soils with the use of WPS. Different artificial neural network (ANN) models were developed to predict UCS and Mr values using the experimental results obtained within the scope of the study. Finally, the modeling of the subgrade soils was done with the Plaxis 2D program and finite element analysis was performed. When the test results are examined, it is seen that the WPS content significantly reduces the plasticity and swelling shrinkage potential of the soils. The compaction parameters are found to be affected by the soil type. It is deduced that the load-bearing capacity of the soils can increase with the curing period and WPS content. It is determined that the consolidation parameters are influenced by the soil type and WPS content. When the Mr test results are examined, it can be concluded that the stiffness of the subgrade soils increases with a certain amount of WPS. The results obtained by SEM, EDX and XRD analyses showed that the microstructures of subgrades with WPS revealed cementitious gels formation with flocculated particles as a result of the cation exchange and pozzolanic reactions that occurred between the soil and WPS grains, and new mineralogical compositions were determined to emerge. ANN models developed to estimate the UCS and Mr parameters showed better performance with higher coefficients of determination (R2) and lower error rates compared to multiple regression models. The results of the Plaxis 2D analyses showed that the stabilization of the subgrade soils with WPS reduced the deformations and strains caused by the traffic loads and provided a more rigid road platform. As a consequence, the data obtained showed that WPS can be used to improve the geotechnical and engineering properties of the subgrade soils used in this thesis.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Genleşen Taban Zeminleri, Atık Kâğıt Fabrikası Arıtma Suyu Çamuru, İyileştirme, Esneklik Modülü, Plaxis 2D, Expansive Subgrade Soils, Waste Paper Mill Treatment Water Sludge, Improvement, Resilient Modulus
Kaynak
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
Sayı
Künye
Tanyıldızı, M. (2025). Genleşen karayolu taban zeminlerinin mühendislik özelliklerinin atık kâğıt fabrikası arıtma suyu çamuru ile iyileştirilmesi. (Yayınlanmamış Doktora Tezi). Batman Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Batman.
