Determination and Modeling of Shear Strength Behavior of Soil – Geosynthetic Interface

Bu çalışmada, farklı zeminler ve geomembranlar (GM) arasındaki arayüzleri
etkileyen mühendislik parametreleri, kür sıvısı, kür süresi ve normal gerilme sınıfı
gibi çeşitli koşullar altında incelenmiştir. Ayrıca depolama sahaları gibi birden çok
geosentetiğin (GS) bir arada kullanıldığı tasarımlarda, GS’ler arasında oluşan
arayüzeylerde de potansiyel kayma yüzeyleri oluşabilir. Bu nedenle, bu çalışmada
aynı zamanda GM ve geotekstiller arasındaki arayüzeyler de araştırılmıştır. İlk
aşamada, GS’lerin ve zeminlerin mühendislik parametreleri laboratuvar deneyleri ile
belirlenmiştir. İkinci aşamada, zeminlerin kayma dayanımı parametrelerini
belirlemek amacıyla orta ölçekli direkt kesme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Üçüncü
aşamada, değişen koşullar altında, zeminlerin GM’ler ile oluşturdukları
arayüzeylerin kayma davranışı incelenmiştir. Buradaki değişkenlerin çoğu,
zeminlerin geoteknik özellikleri ve GM'lerin fiziko-kimyasal özellikleri ile ilgilidir
ve literatürde çalışılmayan parametreleri içerir. Bu parametreler morfolojik
özellikler, dane boyu ve normal gerilme sınıfıdır. Farklı kimyasal özellikteki HDPE,
LDPE, PVC ve TPO ülkemizde en çok kullanılan GM türleridir ve bu çalışmada aynı
zaman kalınlıkları da incelenmiştir. Gerçek saha koşullarını yansıtabilmek amacıyla,
direkt kesme deneylerinde boşluk suyu olarak çeşme suyu, 0.5 molaritede tuzlu ve
laboratuvarda sentetik olarak hazırlanmış atık sızıntı sıvıları (asidik maden drenajı
sızıntısı, kömür yanma ürünü sızıntısı, kentsel katı atık sızıntısı) kullanılmıştır.
GM’ler bu boşluk sıvıları içerisinde 4, 8 ve 16 ay bekletilmiş, böylece yaşlandırma
etkisi incelenmiştir. Dördüncü aşamada GM – geotekstil arayüzeyleri oluşturulmuş
ve kayma davranışları incelenmiştir. Geosentetiklerin yüzeyinde oluşan
deformasyonlar ve pürüzlülükleri Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM) ve Optik
Profilometre (OPM) analizleri ile incelenmiştir. Böylece, GS arayüzeyleri üzerinde
zemin özelliklerinin, boşluk sıvısının, yıllandırmanın ve normal gerilmenin etkileri
belirlenmiştir. Son aşamada, deneyler, bir bilgisayar yazılımı olan Plaxis 2D ile
modellenmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Deneylerin sonucunda, tüm
arayüz sürtünme açılarının içsel sürtünme açılarında daha düşük olduğu tespit
edilmiştir. Köşeli ve iri daneli zeminlerin arayüzey sürtünme açıları daha yüksek elde
edilmiştir. Tüm kür sıvıları için kür süresi arttıkça arayüzey sürtünme açıları
azalmıştır. GM'lerin arayüzey sürtünme açılarına en çok zarar veren sızıntı sıvısı
asidik maden drenajı iken minimum hasar yaratan ise kömür yanma ürünüdür. Plaxis
2D, OPM ve SEM analizlerinin sonuçları arayüzey direkt kesme deneyleri sonuçları
ile uyumludur ve deneylerden elde edilen sonuçlar bu analizlerle desteklenmiştir.


In this study, engineering parameters affecting the interfaces between different soils and geomembrane (GM) were examined under various conditions such as curing liquid, curing time, and normal stress level. Besides, in designs where multiple geosynthetics (GSs) are used together, such as landfill sites, potential shearing surfaces may occur in interfaces formed between GSs. For this reason, the study aimed to investigate the interface behaviors between GMs and geotextiles (GTXs). In the first stage, the engineering parameters of the GSs and soils to be used were determined by laboratory experiments. In the second stage, medium-scale direct shear experiments were carried out to determine the shear strength parameters of soils. In the third stage, the shearing behavior of soil samples with GM interfaces was examined under changing conditions. Most of the variables in here were related to the geotechnical properties of the soils and the physico-chemical properties of the GMs such as tensile strength, elongation at break, static puncture resistance, yield strength etc., and these variables included the effect of parameters not studied in the literature. These parameters were morphological properties, grain size, and normal stress levels. HDPE, LDPE, PVC, and TPO with different chemical properties are GMs that are commonly used in our country and their thicknesses were examined in experiments. To reflect the actual field conditions, tap water, salt water at 0.5 molarities, and synthetic waste leachate (acidic mine drainage leachate, coal iv combustion product leachate, municipal solid waste leachate) were used as pore liquid. GMs were kept in different pore liquids in the curing pool for 4, 8, and 16 months, and their aging effects were examined. In the fourth stage, interfaces between different GMs and geotextiles were created and the shear behavior of the surface was examined. The surface deformations and roughness of the geosynthetics used in the experiments were examined by Scanning Electron Microscope (SEM) and Optical Profilometer (OPM) analyses. So, the effect of soil properties, pore liquids, aging, and normal stress on the geosynthetic surface could be investigated. The experiments carried out in the last stage were modeled with a finite element software (Plaxis 2D) and the results were compared. As a result of the experiments, all interface friction angles were lower in terms of internal friction angle. The interface friction angle of more angular and coarser grain soils was higher. The interface friction angles decreased as the curing time increased for all curing liquids. The most damaging leachate of GMs to the interface friction angle was acidic mine drainage, while the minimal damage was the coal combustion product. The results of Plaxis 2D, OPM, and SEM analysis were compatible with the interface direct shear test results and the results from the experiments were supported by these analyzes