Geoteknik ve Geosentetiklerin Kullanımı İle Karbon Ayakizi Azalımı Örnekleri

Son yıllarda inşaat mühendisliği projelerinde geosentetiklerin kullanılmasının karbon ayakizini azaltması hakkında yayınlanan makaleler artmıştır.

WRAP raporlarından altı durum geçmişi geoteknik mühendisliği projelerinde CO₂  salınımının azaltılmasının hesaplamalarını göstermektedir. Örnek durumlar tablo 1 a ve 1b de görülmektedir.

Tablo 1

TANIMLAR	CO2 azalımı
	Atık	Dolgu	Yapı	Toplam
1.Çevresel set Orijinal tasarım: Taş getirilmesi ve ağırlık sepeti sistemi Geosentetik tasarım: Saha zemininde güçlendirilmiş zemin kullanımı	100%	67%	96%	87%
2.Yol set Orijinal tasarım: Ayakizini azaltmak için taş getirilmesi Geosentetik tasarım: Saha zemininde güçlendirilmiş zemin kullanımı	58%	36%	Artış	31%

Setler ve toprak dolgular

WRAP durum geçmişinde ilk örnekte (Tablo 1) atıklarda bünyesel CO2 %100 azaltılmıştır. Bu kötü zeminlerin sahadan uzaklaştırılmak yerine zeminin geosentetik malzemelerle birlikte yeniden kullanılması (genelde dolgularda) ile sağlanmaktadır.

Orijinal tasarımda zeminin sahadan uzaklaştırılmasına ek olarak granüler dolgu için ham agrega da getirilmesi gerekmekteydi. Geosentetik çözüm saha dolgusunun kireçle sahada modifiye edilmesi ile bünyesel karbondioksitin % 67 azalmasını sağladı.

Bu durum geçmişinde, yapısal bileşen orijinal kum sepetinden geosentetik donatıya dönüştürüldü ve bu da bünyesel karbondioksitin %96 azalmasını sağladı. İncelenen tüm altı durum geçmişi içinde en büyük karbondioksit azalımı %87 ile bu durum için gözlemlendi.

İkinci WRAP durum geçmişi (Tablo.1’de 2)’ da görülmektedir. Orijinal tasarımda köşeli kırmataş toprak dolgu için kullanılacaktı ve killi malzemenin sahadan uzaklaştırılması gerekmekteydi. Revize edilmiş tasarımda sahada bulunan killi zeminin geogrid donatı eklenerek dolgularda kullanılması sağlandı. Bu projede kazı miktarının çokluğu nedeniyle atık malzemelerde yalnızca %58 karbondioksit azalımı sağlanabildi.

Geosentetik malzemelerin dolgularda kullanılması bünyesel karbondioksitte artmaya neden oldu çünkü orijinal dolgu tasarımında böyle bir malzeme dikkate alınmamıştı. Lakin geogrid donatı ve yeniden kullanılan kilin sayesinde bünyesel karbondioksit %31 azaldı.

Duvarlar

Sıradaki iki WRAP durum geçmişi (Tablo 2’de 3 ve 4) güçlendirilmiş betonarme duvarların ikiside geosentetikler ile güçlendirilmiş ızgara duvar ve modüler blok duvar ile değiştirilmesi ile elde edilmiştir.

Tablo 2

TANIMLAR	CO2 azalımı
	Atık	Dolgu	Yapı	Toplam
3.İstinat duvarı Orijinal tasarım: Betonarme istinat duvarı Geosentetik tasarım: Izgara dayanma duvarı	73%	73%	70%	70%
4.İstinat duvarı Orijinal tasarım: Betonarme istinat duvarı Geosentetik tasarım: Modüler blok duvar	100%	100%	81%	85%
5.İstinat duvarı Orijinal tasarım: Palplanş duvar Geosentetik tasarım: Çelik şerit donatılı zemin	-	-	84%	84%
6.İstinat duvarı Orijinal tasarım: Boşluklu beton blok drenaj Geosentetik tasarım: Geokompozit drenaj	-	Artıl	82%	73%

Birinci durumda (3) atıkların sahadan uzaklaştırılması ve uygun dolgu malzemesinin getirilmesi ile %73 CO₂ azalımı sağlanmıştır. Ek olarak geleneksel güçlendirilmiş betonarme duvar yerine geosentetikle güçlendirilmiş ızgara duvar kullanımı ile bünyesel CO₂ bu projede %70 azalmıştır.

İkinci durumda (4), modüler blok duvar kullanımı ile %100 bünyeselem CO₂ azalımı sağlanmıştır. Çünkü bu tasarımda orijinal tasarımdan farklı olarak atık ürün uzaklaştırılması ve dolgu malzemesi getirilmesi gerekmemektedir.

Bu durum orijinal dolgu malzemesinin kullanışsız olduğunun ve yüksek dereceli dolgu malzemesinin getirilmesi gerektiğinin varsayılmasından kaynaklanmaktaydı. Geogrid donatıların ve modüler blok kaplamaların getirilmesi gerekmekteydi.  Orijinal tasarımdan farklı olarak çelik donatı ve betonarme yerine  geogrid donatı ve modüler blok kaplamaların kullanılması  bünyesel CO₂ 81% azalmaya, ve toplam  CO₂ azalımının da of 85% olmasını sağlamıştır.

Beşinci durumda (5) palplanş istinat duvarının, yerinde döküm  çelik şerit donatılı betonarme paneller ile değiştirilmesinin sonuçları görülmektedir. Bu durumda iki tasarımda da atık veya getirilen dolgu malzemesinde bir azalma görülmemektedir çünkü her iki tasarımda da aynı büyüklükler söz konusudur. Lakin revize edilmiş tasarımda yapısal bileşenlerde %84 CO₂  azalımı gerçekleşmiştir.

Son WRAP durum geçmişi (6) 4m yüksekliğinde betonarme donatılı istinat duvarının sonuçlarını göstermektedir. Orijinal tasarımda boşluklu betonarme malzeme kullanılarak drenaj sağlanmıştır. Revize edilmiş tasarımda bu geokompozit ile sağlanmıştır. Geokompozit betonarme bloklardan daha ince olduğu için, kalınlık farkını gidermek için bir miktar dolgu kullanılması gerekmiştir ve buda bünyesel CO₂ de artışa neden olmuştur. Lakin beton drenaj bloklarının geokompozit drenaj sistemi ile değiştirilmesi ile %73 bünyesel CO₂ azalımı sağlanmıştır. Üstelik bu geokompozit drenaj malzemesinin İngiltere’ye Almanya’dan ithal edilmesine rağmen sağlanmıştır.  

İnşaat mühendisliği projelerinde konvansiyonel teknikler ile geosentetiklerin karşılaştırılması için bir teknik de Heerten tarafından kullanılmıştır (Reference 8). Heerten biriken enerji talebini (CED) ve CO₂ emisyonlarını hem geleneksel betonarme donatılı istinat duvarı ve geosentetik donatılı istinat duvarları için hesaplamıştır.

Geogrid donatılı  yol dolgularının inşaatlarda kullanılması %40 daha fazla zemin kazılımını gerektirse de , geosentetik çözümde getirilen ve yer değiştirilen dolgu malzemesi CED’de %70 ve CO₂ emisyonlarında %82 azalım sağlamıştır.

Bu hesaplamalardan yola çıkarak WRAP  uzun dönemli çevresel faydalarından dolayı konvansiyonel teknikler yerine geosentetik malzemelerin kullanılmasının daha uygun olduğunu rapor etmiştir.

Yollar

Heerten tarafından verilen ikinci örnek yol inşaat tasarımlarında kireç stabilasyonu ile geogrid donatının zeminlerde kullanımını karşılaştırmaktadır.  Zemin altı stabilizasyonu için çok az geogrid gerekmesinden dolayı  kireç kullanımı ile kıyaslandığınd (81%) CED ve %96 CO₂  azalımı gözlemlenmiştir. Bu da geosentetiklerin kullanılmasının faydalarını gösteren bir diğer örnektir.

Sonuç:

Geosentetiklerin kullanılması çok faydalı olabilir.İthal edilen malzemeler ve atıklardan kaynaklanan masrafların azaltılmasının dışında, nakliye  kolaylığı , gürültü ve hava kirliği azalımı gibi kısa dönem çevresel etkileri ve sosyoekonomik faydaları vardır. Ek olarak LCA ‘nın da gösterdiği gibi inşaat mühendisliği projelerinde geosentetiklerin kullanıldığı tasarım ile bünyesel CO2 azalımı sağlanabilmektedir.