JEOTEKST LLERDE KULLANILAN
POL PROP LEN L FLER N KULLANIM
ANINDAK ÖZELL KLER N N ÇE TL
METODLARDA NCELENMES
Ümit Halis ERDO#AN
Eylül, 2008 ZM R
ANINDAK ÖZELL KLER N N ÇE TL
METODLARDA NCELENMES
Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi
Tekstil Mühendisli4i Bölümü, Tekstil Mühendisli4i Anabilim Dal7
Ümit Halis ERDO#AN
Eylül, 2008 ZM R
ii
ÜM T HAL S ERDO#AN, taraf ndan PROF. DR. N LÜFER ERDEM yönetiminde
haz rlanan “JEOTEKST LLERDE KULLANILAN POL PROP LEN L FLER N
KULLANIM ANINDAK ÖZELL KLER N N ÇE TL METODLARDA
NCELENMES ” ba l kl tez taraf m zdan okunmu , kapsam ve niteli i aç s ndan bir
doktora tezi olarak kabul edilmi tir.
…..………. Prof. Dr. Nilüfer ERDEM
Dan man
……….……….. …...……….….. Prof. Dr. Ramazan KARAKUZU Doç. Dr. A. Merih SARII-IK
Tez /zleme Komitesi Üyesi Tez /zleme Komitesi Üyesi
……….………. ……….……….. Prof. Dr. Arif KURBAK Doç. Dr. Dilek Toprakkaya KUT
Jüri Üyesi Jüri Üyesi
Prof. Dr. Cahit HELVACI Müdür
iii
bilgisini esirgemeyen dan man m say n Prof. Dr. Nilüfer Erdem’e te ekkür ederim. Tez izleme toplant lar nda ve sonras nda çal mam fikirleri ile destekleyen tez izleme komitesi üyeleri Prof. Dr. Ramazan Karakuzu ve Doç. Dr. Merih Sar k’a te ekkür borçluyum. Bu çal ma Dokuz Eylül Üniversitesi Bilimsel Ara t rma Projeleri -ube Müdürlü ü Taraf ndan 2005.KB.FEN.004 nolu proje ile desteklenmi tir. Maddi deste i için üniversitemize te ekkür ederiz. Çal ma numunelerinin ve dinamik delinme cihaz n n temininde yard mc olan Hassan Firmas ile deneysel ve teorik çal malar n yap ld Dokuz Eylül Üniversitesi Tekstil Mühendisli i ve Ege Üniversitesi Makine Mühendisli i Laboratuar sorumlu ve görevlilerine te ekkürlerimi sunar m. Çal mam s ras nda destekleri ile her zaman yan mda olan e im R. Befru Turan’a, aileme ve çal ma arkada lar ma ayr ca te ekkür ederim.
Ümit Halis ERDOBAN Eylül 2008, /zmir
iv
ÖZ
Jeotekstiller, sahip olduklar birçok avantaj ile in aat sahalar ve tar m alanlar gibi kompleks uygulamalarda giderek daha fazla önem kazanan teknik tekstil malzemeleridir. Uygulama alanlar nda maruz kald klar çe itli yükler nedeni ile jeotekstillerin mekanik davran lar ; tasar m, üretim ve projelendirme i lemlerinde bilinmesi gereken bir parametredir. Bu çal mada, stapel polipropilen liflerinden i neleme yöntemi ile üretilmi dokusuz yüzey jeotekstil kuma lar n mekanik davran lar n hammadde ve ürün parametrelerini kullanarak önceden belirlemek için teorik bir model olu turulmu tur. Bu amaçla öncelikle jeotekstil numunelerinde kullan lan polipropilen liflerinin ve dokusuz yüzey kuma lar n özellikleri standart test metodlar yla analiz edilmi tir. Daha sonra jeotekstil kuma lar için tabakal kompozit yap lardakine benzer teorik bir yakla m yap lm ve geni enli çekme testini dikkate alan uygun bir sonlu elemanlar modeli olu turulmu tur. Olu turulan bu teorik modelin çözümlenmesinde polipropilen liflerinin ve referans kuma lar n gerilme-uzama oran e rileri ve mühendislik sabitlerini dikkate alan iki yakla m yap lm t r. Her iki yakla mda da malzemelerin nonlineer davran lar da dikkate al nm t r. Deneysel veriler ve teorik yakla mlar kullan larak, sonlu elemanlar paket program ANSYS ile kuma larda teorik gerilme analizleri yap lm t r. Teorik ve deneysel bulgular n kar la t r lmas sonucu, her iki teorik yakla m n da geni enli çekme testinde kuma larda olu an gerilme de erleri ve da l mlar aç s ndan uyumlu sonuçlar verdi i görülmü tür. Ancak her iki yakla mda da teorik olarak hesaplanan uzama de erleri ile deneysel olarak ölçülen uzama de erleri aras ndaki fark yüksek bulunmu tur. Bununla birlikte teorik uzama de erleri, referans kuma yakla m nda tek lif yakla m na göre daha yüksek ve gerçek kuma de erlerine k smen daha yak n hesaplanabilmi tir. Bu bilgiler nda; teorik modelin, jeotekstil üretiminde hammadde ve ürün tipi seçimini kolayla t rarak üreticilere tasar m ile üretim a amalar nda zaman ve maliyet aç s ndan avantaj sa layaca dü ünülmektedir.
Anahtar Sözcükler: Polipropilen Lifleri, Jeotekstiller, Dokusuz Yüzey Kuma lar,
v
ABSTRACT
Geotextiles, which are the members of technical textiles, are gaining more and more importance in complex applications such as construction sites and agricultural areas by virtue of their many advantages. Geotextiles are exposed to various loads in their application areas so that the knowledge of their mechanical behaviours is a required parameter in the design and production processes and in projects. In this study, a theorical model was constructed by using the raw material and product parameters to predict the mechanical properties of needle punched nonwoven geotextiles, which were produced from staple polypropylene fibers. For this purpose, at first the properties of polypropylene fibers and nonwoven fabrics were analyzed with standard test methods. Then a theoretical model was constructed using theory of layered composite materials and finite element method considering wide-width tensile test of geotextiles. In the analysis of model, two approaches were assumed in consideration with the stress-strain curves of polypropylene fibers and reference fabrics respectively. The nonlinear behaviour of material was taking into account in both of the approaches. Stress analysis of fabrics were performed in commercial finite element programme ANSYS by using experimental and theoretical data. The comparison of theoretical and experimental results indicated that, meaningful stress data can be obtained from the stress distribution of computed models for both of the approaches. However, it was found that the difference between computed and measured elongation was high. The computed elongation values of reference fabric approach were higher then the single-fiber approach values and close to the measured elongation values to some extent. Consequently it can be said that, the model can be used as a tool to ease the selection of raw material and product type, and thus it will provide advantage to the manufacturers in terms of cost and duration of design and production processes.
Kew Words: Polypropylene Fibers, Geotextiles, Non-wovens, Finite Element
vi
Sayfa
DOKTORA TEZ/ SINAV SONUÇ FORMU………. ii
TE-EKKÜR………... iii
ÖZ………... iv
ABSTRACT……….... v
BÖLÜM B R - G R ………..…………. 1
1.1 Genel Bilgiler………... 1
1.1.1 Teknik Tekstiller ve Kullan m Alanlar ……….……... 2
1.1.2 Jeotekstiller ve Üretim Parametreleri….………... 7
1.1.2.1 Polimer Madde Çe idi……….………... 10
1.1.2.2 Lif Tipi………….………... 11
1.1.2.3 Kuma Tipi…….………... 11
1.1.3 Dokusuz Yüzey Kuma lar ve Üretim Yöntemleri…….…………... 12
1.1.3.1 Dokusuz Yüzey Kuma Üretiminde Tülbent Olu turma Yöntemleri………...………... 15
1.1.3.2 Dokusuz Yüzey Kuma Üretiminde Tülbent Birle tirme Yöntemleri………...………... 18
1.1.3.3 Jeotekstillerin Eldesinde Kullan lan Dokusuz Yüzey Üretim Yöntemleri………...………... 21
1.1.4 Jeotekstillerin Kullan m Alanlar ve Fonksiyonlar ……….………. 22
1.1.4.1 Jeotekstillerin Mekanik Fonksiyonlar ……….…. 23
1.1.4.2 Jeotekstillerin Hidrolik Fonksiyonlar …….………. 25
1.1.5 Jeotekstillerin Genel Özellikleri ve Analiz Yöntemleri……….…... 28
1.1.5.1 Fiziksel Özellikler……….……….... 29
1.1.5.2 Mekanik Özellikler……….………... 30
1.1.5.3 Hidrolik Özellikler……….………... 35
vii
1.1.6.1 Polipropilen Liflerinin Tarihsel Geli imi……….………. 39
1.1.6.2 Polimer Madde Eldesi ve Özellikleri……….…………... 43
1.1.6.3 Lif Üretimine Haz rl k……….………... 48
1.1.6.4 Lif Üretimi……….………...………….. 50
1.1.6.4.1 Eriyikten Çekim Yöntemi……….……….... 51
1.1.6.4.2 Film Yarma Metodu…….………. 52
1.1.6.5 Lif Özellikleri……….………... 53
1.1.6.6 Ba l ca Kullan m Alanlar ……….……….... 57
1.1.6.7 Jeotekstiller ve Polipropilen Lifleri….………. 59
1.1.7 Sonlu Elemanlar Metodu………….………... 60
1.1.7.1 Problemin Belirlenmesi ve Sonlu Elemanlar Metodunu Kullanmaya Karar Verme………... 63
1.1.7.2. Deneysel Parametrelerin Belirlenmesi………. 64
1.1.7.3 Model Geometrisinin Olu turulmas ……….……….... 64
1.1.7.4 Sonlu Elemanlar Modelinin Olu turulmas ………….………. 64
1.1.7.5 S n r -artlar n n ve Sisteme Etki Eden Kuvvetlerin Belirlenmesi………...………. 70
1.1.7.6 Çözüm ve Sonuçlar n De erlendirilmesi……….……. 71
1.1.7.7 Sonlu Elemanlar Yönteminin Kullan lmas n n Avantajlar ….. 72
1.2 Önceki Çal malar……….…………...……….. 73
1.3 Ara t rman n Amac ……….………...…………... 88
BÖLÜM K - MATERYAL VE METOD………. 89
2.1 Materyal……….………...……….. 89
2.2 Metod……….………...……….. 91
2.2.1 Lif ve Kuma Numunelerinin Özelliklerinin Belirlenmesi……….. 92
2.2.1.1 Liflerin Genel Özellikleri……….………. 92
2.2.1.2 Tek Lif Mukavemet Özellikleri……….………... 93
viii
2.2.1.6 Kuma larda Lif Oryantasyon Aç s Ölçümleri……….…….... 98
2.2.1.7 Referans Kuma larda Kayma Gerilmesinin Belirlenmesi….... 100
2.2.1.8 Kuma lar n Darbe Dayan mlar n n Belirlenmesi……….……. 101
2.2.2 Teorik Modellerin Olu turulmas ve Sonlu Elemanlar Analizi….... 102
BÖLÜM ÜÇ-ARA TIRMA SONUÇLARI VE TARTI MA………... 103
3.1 Deney Sonuçlar ……….……….. 103
3.1.1 Liflerin Genel Özellikleri……….……… 103
3.1.2 Tek Lif Mukavemet Özellikleri……….………... 104
3.1.3 Kuma Gramajlar ………. 107
3.1.4 Kuma Kal nl klar ……….... 107
3.1.5 Jeotekstil Kuma lar n Mukavemet ve Uzama Özellikleri….……... 108
3.1.5.1 Alt Denye Liflerden Üretilmi Kuma lar n Mukavemet ve Uzama Özellikleri………. 109
3.1.5.2 Üç Denye Liflerden Üretilmi Kuma lar n Mukavemet ve Uzama Özellikleri………. 112
3.1.6 Referans Kuma larda Lif Yerle imi Da l m ………….…………. 116
3.1.7 Jeotekstil Kuma lar n Darbe Dayan mlar ....……….... 117
3.2 Teorik Modeller……….………... 118
3.2.1 Teorik Modellerin Olu turulmas ………. 118
3.2.1.1 Teorik Modeller için Genel Kabuller……….………... 119
3.2.1.2 Model Parametreleri Aras ndaki /li kiler…….………. 120
3.2.1.3 Sonlu Elemanlar A Model Yap s n n Olu turulmas ….….... 125
3.2.1.4 Teorik Model-I: Tek Lif Yakla m ……….………. 128
3.2.1.5 Teorik Model-II: Referans Kuma Yakla m …….…………. 136
3.3 Teorik Analiz Sonuçlar ve Deneysel Veriler ile Kar la t r lmas ….…. 143 3.3.1 Teorik Model-I: Tek Lif Yakla m Sonuçlar ……….. 143
3.3.1.1 Alt Denye Liflerden Üretilmi Jeotekstil Kuma larda Teorik Analiz Sonuçlar ……….... 143
ix
3.3.2 Teorik Model-II: Referans Kuma Yakla m Sonuçlar ………….. 166 3.3.2.1 Alt Denye Liflerden Üretilmi Jeotekstil Kuma larda Teorik Analiz Sonuçlar ……….... 166 3.3.2.2 Üç Denye Liflerden Üretilmi Jeotekstil Kuma larda Teorik Analiz Sonuçlar ……….... 179 3.4 Sonuçlar….………... 191
1
1.1 Genel Bilgiler
Son y llarda bilim ve teknolojideki geli melere ba l olarak tekstil yap lar için geleneksel uygulama ve kullan m alanlar n n d nda farkl alternatifler ortaya ç kmaktad r. Çok çe itli ve geni olan bu yeni kullan m alanlar in aat, otomotiv, savunma, spor, t p, elektronik, denizcilik ve benzeri sektörlerde birçok teknik uygulamay içermektedir. Bu ve benzeri amaç ve fonksiyonlar için kullan lan tekstil yap l maddeler “teknik tekstiller” olarak adland r lmaktad rlar. Günümüzde mühendislik uygulamalar nda teknik tekstillerin önemi ve kullan m halen h zla artmakta ve yeni uygulama alanlar ara t r lmaktad r.
Bu malzemeler içerisinde jeosentetiklerin bir alt grubu olan “jeotekstiller” toprak ve/veya toprak esasl yap larla ilgili kullan lan tekstil yap lar n ifade etmektedir. Jeotekstiller sahip olduklar birçok avantaj ile in aat sahalar ve tar m alanlar gibi kompleks uygulamalarda giderek daha fazla önem kazanmaktad rlar. Jeotekstillerin uygulama alanlar nda kullan m amaçlar takviye, ay rma, filtrasyon vb. gibi birçok fonksiyonu yerine getirmek olabilir. Bu nedenle, jeotekstillerin uygulama alanlar ndaki özelliklerinin çe itli test yöntemleri ve say sal çözümlemeler ile önceden belirlenmesi ve buna göre ürün seçiminin yap lmas önemlidir. Ürün seçimi ve jeotekstil özelliklerini etkileyen en önemli faktörler ise üretim teknikleri ve kullan lan hammaddelerdir. Dolay s ile hammadde özellikleri ve ürün parametrelerinden, nihai malzemenin kullan m an ndaki özelliklerini önceden tahmin ederek do ru ürünü, do ru yerde kullanmak üretici ve tüketicilere maliyet ve zaman aç s ndan önemli yararlar sa layan bir i lemdir. Bu amaçla, ara t rmac lar taraf ndan farkl yap lardaki jeotekstillerin fiziksel davran lar ele al narak, nihai ürün özelliklerini belirleyecek çe itli deneysel ve teorik yöntemler geli tirilmi tir. Jeotekstillerin günümüzde h zla yayg nla an kullan m alanlar ve tüketim miktarlar na paralel olarak jeotekstil kuma lar n özellikleri ve davran lar n inceleyen yöntemler de çe itlenerek artmaktad r.
Bu çal mada, teknik tekstiller içerisinde yer alan jeotekstillerin mekanik davran lar n , hammadde ve ürün özelliklerini kullanarak önceden belirleyebilmek için teorik bir model olu turulmu tur. Çal ma numunesi olarak günümüzde Dünyada ve Türkiye’de jeotekstil uygulamalar nda en çok kullan lan hammadde olan “polipropilen liflerinden” üretilmi “dokusuz yüzey” jeotekstiller seçilmi tir. Teorik modelin çözümlenmesinde ise mühendislik uygulamalar nda yayg n olarak yararlan lan “sonlu elemanlar yöntemi” kullan lm t r.
1.1.1 Teknik Tekstiller ve Kullan m Alanlar
Yüksek performans, hafiflik, üretim ve kullan m kolayl gibi kavramlar n ön plana ç kt mühendislik uygulama alanlar nda geleneksel ürünleri ile birlikte tekstil esasl malzemelerin kullan m çe itlili i de zamanla artm t r. Bu amaçla kullan lan tekstil maddeleri ba lang çta endüstriyel tekstiller olarak adland r lm lard r. Fakat kullan m alanlar n n zamanla daha fazla yayg nla mas endüstriyel tekstiller terimine daha özel bir anlam kazand rm t r. Geleneksel uygulama ve kullan m alanlar n n d ndaki tekstil yap lar günümüzde “Teknik Tekstiller” olarak adland r lmaktad rlar. Teknik tekstillerin tan mlanmas ve s n fland r lmas birçok ara t rmac taraf ndan farkl ekillerde yap lmaktad r. Genel olarak teknik tekstiller; “Estetik veya dekoratif özelliklerinden ziyade fonksiyonel özellikleri ve teknik performanslar için üretilen tekstil materyalleri ve ürünleri” eklinde tan mlanabilirler (Denton ve Daniels, 2002). Teknik tekstiller terimi ile birlikte bu tip tekstil yap lar için kullan lan baz di er terimler ise fonksiyonel tekstiller, performans tekstilleri, yüksek-teknoloji tekstilleridir.
Tekstil malzemelerinin teknik amaçlar için kullan lmas na daha önceleri de birçok tekstil ürününün ke fine ve geli tirilmesine vesile olan savunma ve askeri sanayi Ar-Ge faaliyetleri öncülük etmi tir. Bu alanda kullan lan ilk ürünler para ütler, yüksek fonksiyonlu üniformalar, çad rlar ve havac l k/uzay çal malar için geli tirilen kompozit malzeme bile enleridir. Zaman içerisinde tekstil malzemelerinin teknik alanlardaki uygulamalar günlük ya ant m z n da bir parças haline gelmeye ba lam ve in aat, ileti im, otomotiv, spor, tar m, t p, denizcilik vb.
sektörlerde tekstil malzemesi esasl veya tekstil malzemesi içeren farkl ürünler geli tirilmi tir. Çok çe itli üretim yöntemleri ile elde edilebilen teknik tekstil yap lar n n ba l ca kullan m alanlar na göre s n fland r lmas Tablo-1.1’de verilmi tir.
Tablo 1.1 Teknik tekstillerin kullan m alanlar (Adanur, 1995; Horrocks ve Anand, 2000)
Kullan7m Alan7 Örnek Uygulamalar ve Ürünler
Jeotekstiller
Asfalt takviyesi Çöp depolama alanlar Erozyon önleme
Tar m alanlar nda Baraj /n aatlar Drenaj amaçl vb T bbi Tekstiller Ameliyat iplikleri Eldivenler, maskeler
Anti-bakteriyel ürünler
Yapay damarlar, organlar Bandajlar, Sarg Bezleri Cerrahi Örtüler vb. Koruyucu
Giysiler
Balistik koruyucu
Çevresel etkilerden (nem, s cakl k vb) koruyucu
Temiz oda giysileri
/ giysileri: itfaiyeci, polis Nükleer, biyolojik ve kimyasal koruyucu.
Otomotiv Tekstilleri
Emniyet kemerleri Hava yast klar
Lastik kord bezleri
Kompozit malzeme bile enleri (kaporta vb. yerlerde)
Ak ll Tekstiller
Kimyasal ve fiziksel olarak reaksiyon verebilen giysiler Elektronik fonksiyonlara sahip giysiler vb. Filtrasyon Tekstilleri Vakumlu temizleyici filtreleri
Fabrika baca filtreleri
Sigara filtreleri At k su kanallar vb.
Askeri -Savunma Amaçl Tekstiller
Kamuflaj giysileri,
Fosforlu (reflektif) giysiler Para ütler Çad rlar Gizlenme a lar vb. /n aat ve Yap Malzemeleri Çat kaplamalar Ta y c bandlar Hortumlar, borular Ambalajlar Liflerle güçlendirilmi betonlar Kolon sa lamla t r c kuma lar vb. Spor Malzemeleri
Formalar, spor çantalar Kayak malzemeleri T rman ipleri
Yelkenler
Yar sürücüsü giysileri Tenis raketi, topu vb. Denizcilik Malzemeleri Halatlar Can simitleri Bal k a lar Olta ipleri vb Tekstil Kompozitleri
Plastik malzemelere takviye olarak ve metallerin yerine özellikle havac l k ve uzay ekipmanlar nda kullan lan
malzemeler
Lif ve Kuma takviyeli plastiklerin kullan ld di er tüm uygulamalar
Tekstil malzemelerinin teknik alanlarda kullan m n n yayg nla mas na paralel olarak Dünya’da teknik tekstiller endüstrisi ve pazar giderek daha fazla önem kazanmaktad r. Günümüzde teknik tekstiller, haz r giyim ve ev tekstilleri ile birlikte dünya tekstil pazar n n üç önemli bile eninden biridir. Teknik tekstillerin tekstil sektörü içerisindeki pay %25-30’lara ula m t r (Emek, 2004). Öte yandan teknik alanlarda kullan lan tekstil malzemeleri kullan m alan na göre lif, iplik ve kuma gibi farkl ürün tiplerinde olabilmektedir. Tablo-1.2’de hammadde tipine göre teknik tekstillerin Dünya tüketimi ve tahminleri verilmi tir. -ekil-1.1’de ise 2010 y l için ürün tiplerinin toplam kullan m içindeki yüzde da l m tahminleri görülmektedir.
Tablo 1.2 Hammadde tipine göre dünyada teknik tekstillerin tüketimi (1000 ton) (David Rigby Associates [DRA], 2008)
Y7llar Art7G Oran7 (%) Ürün Tipi 1995 2000 2005 2010* 95-00 00-05 05-10* Lif 3.289 4.004 4.774 5.763 4,0 3,6 3,8 plik 1.382 1.570 1.776 2.079 2,6 2,5 3,2 KumaG 9.300 11.140 13.133 15.932 3,7 3,3 3,9 TOPLAM 13.971 16.714 19.683 23.774 3,7 3,3 3,8 * Tahmin Lif 24% plik 9% Kuma 67%
-ekil 1.1 Ürün tipine göre dünyada teknik tekstillerin tüketim tahmini - 2010 y l (DRA, 2008)
Tablo-1.2 ve -ekil-1.1’de görüldü ü üzere, teknik uygulamalarda kullan lan tekstil yap lar n n büyük bir k sm kuma lard r. 2010 y l nda teknik alanda kullan lan tekstil malzemelerinin %67’sinin kuma , %24’ünün lif ve %9’unun iplik yap s nda
olaca tahmin edilmektedir. Teknik alanda kullan lan kuma lar n tamam na yak n ise dokusuz yüzey kuma lardan olu maktad r.
Teknik tekstillerin kullan m alanlar na göre dünyadaki tüketim miktarlar ve tahminleri ile ilgili bilgiler Tablo-1.3’de, bunlar n yüzde da l mlar ise -ekil-1.2’de verilmi tir.
Tablo 1.3 Uygulama alan na göre teknik tekstillerin dünya tüketimi (1000 ton) (Chris, 2000; DRA, 2008)
Y7llar Art7G Oran7 (%) Uygulama Alan7 1995 2000 2005 2010* 95-00 00-05 05-10*
Jeotekstiller 251 400 570 700 5,4 4,6 5,3
T bbi Tekstiller 1.228 1.543 1.928 2.380 4,7 4,6 4,3
Koruyucu Kuma lar 184 238 279 340 5,3 3,3 4,0 Otomotiv Tekstilleri 2.117 2.479 2.828 3.338 3,2 2,7 3,4 /n aat ve Yap Malzemeleri 1.261 1.648 2.033 2.591 5,5 4,3 5,0 Spor Malzemeleri 841 989 1.153 1.382 3,3 3,1 3,7 Tar m, Bahçecilik ve Bal kç l k 1.173 1.381 1.615 1.958 3,3 3,2 3,9 Mobilya ve Yer Dö emeleri 1.864 2.186 2.499 2.853 3,2 2,7 2,7 Endüstriyel Ürünler (Filtreler, bandlar vb.) 1.846 2.205 2.624 3.257 3,6 3,5 4,4 Ambalaj 2.189 2.552 2.990 3.606 3,1 3,2 3,8 Di er 1.072 1.238 1.413 1.656 2,9 2,7 3,2 TOPLAM 14.026 16.859 19.932 24.061 3,7 3,3 3,8 * Tahmin Ambalaj 14% Jeotekstiller 3% Spor Malzemeleri 6% Tar#m, Bahçe ve Bal#kç#l#k 8% Mobilya ve Yer Dö emeleri 12% Endüstriyel Ürünler
14% n aat ve Yap#Malzemeleri
11% Koruyucu Kuma lar 1% T#bbi Tekstiller 10% Otomotiv Tekstilleri 14% Di6er 7%
-ekil 1.2 uygulama alan na göre dünyada teknik tekstil tüketim tahminleri 2010 y l (DRA, 2008)
Tablo-1.3 ve -ekil-1.2’de görüldü ü gibi teknik tekstillerin dünyada en fazla kullan ld uygulama alan otomotiv tekstilleri, ambalaj malzemeleri, endüstriyel ürünler ve t bbi tekstiller olarak s ralanabilir. Teknik tekstillerin önemli bir uygulama alan olan jeotekstiller ise dünya teknik tekstil tüketimi içerisinde %3-4’lük bir paya sahiptir. Türkiye’de ise teknik tekstil alan ndaki üretim ve tüketimler otomotiv tekstilleri, hijyenik pedler, dayan kl büyük çuvallar (big-bag’ler), kord bezleri ve temizlik ürünlerinde yo unla m t r. Bununla birlikte özellikle t bbi tekstiller ve jeotekstiller alan nda üretim ve tüketim giderek artmaktad r. Ülkemizde teknik tekstil yat r mlar n n yeni olmas , bu alanda çal an kurulu lar n üretim ve yat r m bilgilerini gizli tutmas ve henüz yeterli bilgi envanterinin olu turulamam olmas gibi nedenlerle firmalar n üretim kapasitelerine ve ürün yelpazelerine ait sa l kl veriler bulunmamaktad r. /thalat ve ihracat aç s ndan ise armonize sistem s n fland rmas na göre D Ticaret Müste arl taraf ndan aç klanan veriler mevcuttur. Bu verilere göre Türkiye teknik tekstil ihracat nda yakla k 1 milyar dolarl k hacme sahiptir. /hraç ürünleri içerisinde en fazla paya sahip olan ürünler s ras ile büyük ta ma çuvallar (big-bag’ler) (%24,3) ve kord bezleridir (% 16,6). Türkiye’nin teknik tekstil ithalat ise yine yakla k 1 milyar dolar civar ndad r. /thal ürünler içindeki en fazla pay ise %20 ile dokusuz yüzey kuma lar ve %15 ile kaplama kuma lara aittir (Emek, 2004).
Teknik tekstilleri normal tekstil malzemelerinden farkl k lan özellikler; kullan m an ndaki fonksiyonlar ile birlikte bu fonksiyonlar sa layan hammadde (polimer madde, lif tipi vb) ve üretim teknikleridir. Teknik tekstil uygulamalar nda gerekli kullan m fonksiyonlar n n sa lanmas , mevcut tekstil malzemelerinin modifikasyonu veya yeni geli tirilen tekstil malzemeleri ile gerçekle tirilmektedir. Teknik tekstiller alan nda kullan lan kimyasal liflerin üretiminde, bilinen polimer maddelerle birlikte likit kristal polimerler, kat -rijid polimerler vb. hammaddeler kullan lmaktad r. Bu polimer maddelerden lif çekimi ise, geleneksel yöntemlerden ziyade jelden lif çekimi, likit kristal lif çekimi, elektrik alan lif çekimi yöntemleri ile yap lmakta ve nihai ürün olarak yüksek performansl lifler, yüksek konforlu lifler, mikro ve nano lifler elde edilmektedir. Ayr ca mevcut lif çekim sistemlerinde ya polimer madde içerisine ya da lif bitim i lemleri s ras nda lifin üzerine çe itli kimyasal maddeler
eklenerek biyo-aktif lifler, elektrik ileten lifler gibi farkl fonksiyonlara sahip lifler de elde edilebilmektedir. Teknik tekstillerde kullan lan iplik yap lar ise klasik iplik yap lar ndan farkl olarak halatlar, ameliyat iplikleri gibi özel uygulamalarda kullan lan ipliklerdir. Teknik tekstil kuma yap lar , kullan m alanlar na göre farkl özellikler içermesi gereken özel yap lar da olabilmektedir. Bu aç dan de erlendirildi inde klasik örme ve dokuma kuma yap lar n n yan s ra dokusuz yüzey kuma lar, çok eksenli dokumalar, 3 boyutlu örgüler, çözgülü örme kuma yap lar teknik alanlarda s kl kla kullan lan kuma yap lar d r. Teknik tekstil üretiminde terbiye i lemleri, klasik terbiye i lemleri ve fonksiyonellik kazand ran özel terbiye i lemleri olarak ikiye ayr labilir. Ürünün kullan m yeri ve artlar yukar da bahsedilen tüm i lemleri etkiledi i gibi terbiye sürecini de etkiler. Teknik tekstillerde kullan lan özel terbiye i lemlerinin baz lar u ekilde özetlenebilir; kontrollü sal n m sistemleri, anti-mikrobiyal bitim i lemleri, sol-gel kaplama i lemleri, di er kaplama ve laminasyonlar, faz de i tiren materyal aplikasyonu, nano-teknoloji uygulamalar , plazma uygulamalar .
Teknik tekstillerin önemli bir uygulama alan olan jeotekstiller sahip olduklar birçok avantaj ile in aat sahalar ve dolgu alanlar gibi kompleks projelerde giderek daha fazla önem kazanmaktad rlar. Öte yandan jeotekstillerin üretiminde kullan lan parametrelerin çe itlili i nedeni ile farkl özelliklere sahip nihai ürünler elde edilebilmektedir. Jeotekstillerin üretiminde kullan lan hammaddeler, imalat yöntemleri ve jeotekstillerin özelliklerinin saptanmas nda kullan lan metodlar ile ilgili genel bilgiler a a daki k s mlarda ayr nt l olarak aç klanm t r.
1.1.2 Jeotekstiller ve Üretim Parametreleri
“Jeotekstil” terimi yeryüzü-toprak anlam na gelen jeo- kelimesi ile tekstil kelimelerinin birle iminden meydana gelmi bir sözcüktür. Jeotekstiller genel olarak polimer maddelerden olu mu geçirgen tekstil yap lar olarak tan mlan rlar ve çe itli mühendislik uygulamalar nda özellikle in aat alanlar nda toprak, kaya ve/veya su ile etkile imli olarak kullan l rlar (Adanur, 1995; Ingold ve Miller, 1988; Koerner, 2005; Van Zanten, 1988).
Jeotekstiller uygulama alanlar itibari ile a a daki ürünleri de içeren ve “jeosentetikler” olarak adland r lan malzeme grubu içerisinde yer al rlar (Geosynthetic Materials Association [GMA], 2002). Jeosentetikler toprak vb. zemin malzemeleri ile etkile imli olarak kullan lan farkl formlardaki sentetik esasl malzemeleri ifade eden genel bir terimdir. -ekil-1.3’de fakl üretim teknikleri ile elde edilen jeosentetiklerin s n fland r lmas verilmi tir.
Jeosentetikler
- Jeotekstiller - Jeosentetik köpükler - Jeomembranlar - Jeokompozitler - Jeonetler - Jeogridler ( zgaralar) - Jeoborular - Jeosentetik kil kaplamalar -ekil 1.3 Jeosentetiklerin s n fland r lmas (Koerner, 2005)
Jeotekstiller, jeosentetikler grubu içerisinde en fazla kullan lan malzemelerdir ve yap lar itibariyle gerçek tekstil materyalleridir. Baz uygulamalarda jeotekstil terimi yerine tar msal veya zirai kuma lar terimleri de kullan lmaktad r.
Tekstil malzemelerin toprak ve topra n yap s yla ilgili uygulamalarda çok eskilerden beri kullan ld bilinmektedir. Babilliler ve Çinliler 1000 y ldan daha önce bina in aatlar nda zemini güçlendirmek için bambular kullanm lard r. Benzer
ekilde Romal lar da yollar n yap m nda topra desteklemek için kam (sazl k) dan yap lm dokular kullanm lard r. Kuma lar n jeotekstiller olarak gerçek anlamda ilk kullan mlar 1930’lu y llarda Amerika’da olmu tur, yollar pamuk kuma larla desteklenmeye çal lm t r ama bu uygulama devam etmemi tir. Ticari anlamda kullan lan ilk jeotekstiller ise filtrasyon kuma lar olarak bilinen ve 1950’lerde erozyon kontrolünde ABD’de kullan lan dokunmu endüstriyel kuma lard r. Daha sonra 1960’larda Avrupa’da ilk dokusuz yüzey jeotekstil i ne ile keçele tirme yöntemi ile üretilmi tir. Dokusuz yüzey jeotekstillerin ilk kullan m alanlar genellikle baraj in aat projeleri olmu tur. Dokusuz yüzey üretim tekniklerinin geli mesi ve kullan m n n artmas na paralel olarak 1970 sonras jeotekstillerin kullan m ve uygulama alanlar da h zla artm t r (GMA, 2002; Leclerco, 1993). Dünya Jeotekstil
üretim miktar 1970’li y llarda 10 milyon m2 iken, 1985 y l nda 350 milyon m2 ve 2007 y l nda ise yakla k 4 milyar m2 olarak gerçekle mi tir. -ekil-1.4’de y llar itibari dünya jeotekstil üretimi verilmi tir.
10 110 350 610 1300 1890 3460 4000 0 1000 2000 3000 4000 5000 1970 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2007 Y llar Ü re ti m (m il yo n m 2)
-ekil 1.4 Dünya jeotekstil üretimi (Hörschelmann, 2007)
-ekil-1.4’de görüldü ü gibi dünya jeotekstil üretimi y llar itibari ile h zla artmaktad r. Son y llarda jeotekstillerin üretiminde meydana gelen büyük art n sebepleri birçok de i ik faktörden kaynaklanmaktad r: Bu faktörler teknik geli meler ve ekonomiklik ba l klar alt nda özetlenebilir. Kimyasal liflerin fiziksel-kimyasal özelliklerinde ve üretim tekniklerinde meydana gelen geli meler teknolojik sebep, jeotekstillerin in aat alan na getirilen tanecikli dolgu materyali miktar n azaltmas dolay s yla maliyetleri dü ürmesi ise ekonomik sebeptir. Jeotekstillerin toprak, kaya ve/veya su ile etkile imli olarak çe itli uygulamalarda kullan lmas n n klasik yöntemlere göre avantajlar u ekilde s ralanabilir (GMA, 2002);
- Malzeme kontrolü - Yerden tasarruf
- Konstrüksiyon kalite kontrolü - Maliyet verimlili i - Teknolojik üstünlük - Çevresel duyarl l k
Jeotekstillerin Türkiye’deki ilk önemli kullan m Atatürk Baraj in aat ile ba lam t r. Otoyol in atlar ndaki drenaj ve ay rma amaçl uygulamalar jeotekstil kullan m zamanla artt rm t r. Günümüzde havaalan in aatlar ve çöp depolama alanlar nda jeotekstil kullan m zorunludur. Jeotekstil uygulamalar , Türkiye için yeni bir konu gibi görünmesine kar n h zla yayg nla maktad r. Türkiye’nin
jeotesktil üretimi y ll k 6 milyon m2civar ndad r. Bunun 5 milyon m2’sinden fazlas dokusuz yüzey jeotekstiller iken 1 milyon m2’sine yak n ise dokuma jeotekstillerdir. Türkiye’de jeotekstil üretimi yapan firmalar bulunmas na kar n kullan lan ürünlerin birço u da ithal edilmektedir (Sad ko lu, 2003).
Jeotekstil kuma lar n üretim s ras nda ve kullan mda davran n belirleyen ba l ca parametreler lif ve/veya iplikleri olu turan polimer madde çe idi, kuma olu turan lif ve/veya ipliklerin tipi ve kuma çe ididir. Jeotekstil kuma lar n üretimi ile ilgili bu parametreler a a daki k s mlarda aç klanm t r.
1.1.2.1 Polimer Madde Çe idi
Jeotekstillerin üretiminde ço unlukla (%98) kimyasal lifler kullan lmaktad r. Nadiren de olsa baz uygulamalarda jüt veya hindistan cevizi gibi do al lifler de kullan lmaktad r. -ekil-1.5’de Dünyada jeotekstil üretiminde kullan lan liflerin yüzde da l mlar verilmi tir.
Polipropilen 80% Poliamid 1% Do6al Lifler 2% Polietilen 2% Poliester 15%
-ekil 1.5 Jeotekstil üretiminde kullan lan hammadde çe itleri (Koerner, 2005)
-ekil-1.5’de görüldü ü gibi jeotekstil uygulamalar nda en fazla kullan lan kimyasal lifler s ras ile polipropilen (%75-80) ve poliesterdir (%10-15). Bunun d nda çe itli özel uygulama alanlar nda poliamid, polietilen ve di er baz kimyasal liflerde kullan lmaktad rlar. Polipropilen ve poliester lifleri di er do al ve kimyasal liflere k yasla yüksek kimyasal dayan m, yüksek mukavemet ve dü ük maliyet
özelliklerini bir arada sa lad klar ndan jeotekstil uygulamalar nda en fazla tercih edilen liflerdir. Jeotekstiler, kullan m yerleri itibari ile toprak ve su ile etkile imde oldu u için topra n ve suyun kimyasal yap s na göre çe itli kimyasallar n etkisine maruz kalabilirler. Bu nedenle jeotekstil uygulamalar nda kimyasal dayan m yüksek liflerin seçilmesi gerekli ve önemlidir. Hammadde mukavemeti ürün özelliklerine etki edece inden, liflerin ürünün yerine getirece i fonksiyona göre seçilmesi de gerekmektedir. Öte yandan tüm uygulamalarda bu ko ullar n uygun maliyetler ile sa lanmas esas önceliktir.
1.1.2.2 Lif Tipi
Jeotekstillerin üretiminde kullan lan lif tipleri üretilen kuma çe idi ve kullan m yerine göre farkl olabilir, üretilecek kuma larda kullan lan lifler monofilament, multifilament, stapel, film, bi-komponent vb formlarda olabilirler (Adanur, 1995; Ingold ve Miller, 1988). Kuma yap s na göre lif tipi seçimi üretilecek kuma n fiziksel özelliklerini belirlemede önemli bir etkendir. Dolay s ile jeotekstilin kullan m yerine göre uygun lif tipi ve kuma yap s n n belirlenmesi önemlidir. Örne in dokuma kuma lar genellikle monofilament veya filmlerden üretilirken dokusuz yüzey kuma lar filament veya stapel haldeki liflerden üretilmektedirler. Termal birle tirme yöntemi ile üretilen dokusuz yüzeylerde ise bikomponent lifler de kullan lmaktad r.
1.1.2.3 Kuma Tipi
Jeotekstil kuma lar dokuma, örme ve dokusuz yüzey gibi klasik kuma üretim teknikleri ile üretilirler. Uygulamalarda kullan lacak jeotekstil yap s kullan m yerine göre bu kuma yap lar n n birle iminden de olu abilir. Günümüzde üretilen jeotekstillerin yakla k %70-80’ni dokusuz yüzeyler, %10-15’i dokuma kuma lar ve %5-10’u örme kuma lardan olu maktad r (Koerner, 2005; Lieberenz, 2003). Tablo-1.4’de y llar itibari ile dünya jeotekstil tüketimi ve dokusuz yüzey kuma lar n bu tüketim içindeki paylar verilmi tir.
Tablo 1.4 Dünya jeotekstil tüketimi ve dokusuz yüzeylerin pay (DRA, 2008; Lieberenz, 2003)
1990 1995 2000 2005 2007
Jeotekstil Tüketimi (ton) 178.000 251.000 400.000 574.000 600.000 Dokusuz Yüzeylerin Pay (%) 63 65 72 75 80
Tablo-1.4’de görüldü ü gibi dünya jeotekstil tüketiminin çok büyük bir k sm n dokusuz yüzey kuma lar olu turmaktad r ve tüketimleri son 10 y l içerisinde yakla k %10–15 oran nda artm t r. Dokusuz yüzey kuma lar ile ilgili genel bilgiler ve jeotekstillerde yayg n olarak kullan lan dokusuz yüzey kuma tiplerinin özellikleri ileriki k s mlarda aç klanm t r. Jeotekstil uygulamalar nda dokusuz yüzey kuma lardan sonra en fazla tercih edilen kuma tipi dokuma kuma lard r. Jeotekstillerde kullan lan dokuma kuma lar genellikle düz, basket veya dimi yap daki dokuma kuma lard r. En fazla kullan lan düz dokumad r ve geni en tezgahlarda dokunur. Dokuma kuma lar olu turan lifler ço unlukla monofilament, multifilament veya film eklindedir. Dokuma kuma lar n mukavemetleri dokusuz yüzeylere göre fazlad r ancak esneklikleri daha azd r. Bu da kuma lara daha yüksek modül ve e ilme rijitli i sa lar. Kullan m alan nda bu gibi özelliklerin gerekti i uygulamalarda dokuma kuma lar tercih nedenidir. Örme kuma lar n jeotekstil olarak kullan mlar azd r. Jeotekstil uygulamalar nda genellikle atk ve çözgü takviyeli çözgülü örme kuma lar tercih edilmektedir.
1.1.3 Dokusuz Yüzey Kuma$lar ve Üretim Yöntemleri
Dokusuz Yüzey kuma lar “Düzenli veya düzensiz bir lif oryantasyonu ile olu turulan lif tülbentlerinin sürtünme, kohezyon ve/veya adezyon yolu ile sabitle tirilmesi suretiyle elde edilen tekstil yüzeyleri” eklinde tan mlanmaktad rlar (Massenaux, 2003). Dokusuz yüzey kuma lar, jeotekstillerin yan s ra teknik tekstillerin di er alanlar nda ve klasik tekstil malzemeleri formunda çok geni bir uygulama alan na sahiptirler. Dolay s ile günümüzde dokusuz yüzey kuma lar n çe itli uygulamalardaki kullan m miktarlar artmaya devam etmektedir. Tablo-1.5’de y llar itibari ile Dünya dokusuz yüzey üretimi -ekil-1.6’da ise bölgeler baz nda üretim oranlar verilmi tir.
Tablo 1.5 Dünya dokusuz yüzey üretimi (ton)(European Disposable and Nonwovens Association [EDANA], 2008) 2003 2004 2005 2006 Avrupa 1.288.400 1.335.900 1.403.000 1.494.000 Kuzey Amerika 1.108.000 1.193.000 1.247.000 1.310.000 Japonya 296.800 296.900 313.900 329.000 Çin 615.000 755.000 838.000 966.000 Kore 199.300 203.900 205.960 210.000 Tayvan 135.700 139.100 140.550 144.000 Di er 519.400 568.300 601.600 670.000 Toplam 4.102.600 4.492.100 4.750.010 5.124.688 Avrupa 29% Kuzey Amerika 26% Japonya 6% Çin 19% Tayvan 3% Di6er 13% Kore 4%
-ekil 1.6 Bölgeler baz nda dünya dokusuz yüzey kuma üretimi, 2006 y l
Tablo-1.5 ve -ekil-1.6’da görüldü ü gibi dünyan n en büyük dokusuz yüzey üreticileri Kuzey Amerika, Avrupa ve Çin’dir. 2006 y l baz nda dünya dokusuz yüzey üretimi 5.124.688 ton olarak gerçekle mi tir. Teknik tekstillerde dokusuz yüzey malzemelerin geni bir kullan m alan na sahip olmas , dokusuz yüzey üretimi için yap lan yeni yat r mlar ülkemizde de art rm t r. Türkiye’de yakla k 41 adet orta ve büyük ölçekli dokusuz yüzey üreticisi bulunmaktad r. Türkiye’nin toplam dokusuz yüzey üretimi dünya üretiminin %3-4’ü kadard r. Bu da yakla k 150-200 bin ton civar ndad r. D Ticaret Müste arl verilerine göre 2004 y l dokusuz
yüzey tekstiller ithalat n n 41 bin ton, ihracat n n ise 18 bin ton oldu u görülmektedir. Türkiye’nin dokusuz yüzey tekstiller ihracat n n ülkelere göre da l m nda % 31,5’lik pay ile ABD ilk s rada yer almaktad r. ABD’yi % 11,7 ile /ngiltere, % 6.7 ile Almanya, % 5 ile Bulgaristan ve 3.9 ile Polonya izlemektedir (Emek, 2004).
Dokusuz yüzey üretiminde 2006 y l nda yakla k 3,5 milyon ton lif kullan lm t r. Bu liflerin tamam na yak n n jeotekstillerdekine benzer ekilde kimyasal lifler olu turmaktad r. -ekil-1.7’de dokusuz yüzey üretiminde dünyada kullan lan liflerin yüzde da l mlar verilmi tir.
Polipropilen 62% Poliamid 2% Poliester 23% Di6erleri 3% Viskoz 7% Poliakrilonitril 3%
-ekil 1.7 Dokusuz yüzey üretiminde kullan lan lifler, 2006 y l (Koslowski, 2007)
-ekil-1.7’de görüldü ü gibi Dünya’da dokusuz yüzey üretiminde kullan lan liflerin % 62,7’si Polipropilen, % 23’ü poliester, % 1,5’ü poliamid, % 2’si poliakrilonitril, % 7’si viskoz ve % 2,8’i ise di erleridir. Türkiye’de ise toplam 80.000-100.000 ton civar nda lif, dokusuz yüzey üretiminde kullan lmaktad r. Bunlar n 35-40 bin tonu polipropilen, 30-35 bin tonu poliester, 5.000 tonu viskoz ve 4.000 ton di er döküntü liflerdir (Duran 2004; Usta ve ark, 2004).
Tekstil sektöründe çok geni bir uygulama alanlar na sahip olan dokusuz yüzey kuma lar farkl üretim teknikleri ile elde edilebilmektedir. Dokusuz yüzey kuma lar n üretim basamaklar örme ve dokuma kuma lardan farkl d r. Genel olarak dokusuz yüzey kuma lar n üretim basamaklar ;
* Lif üretimi,
* Liflerden tülbent yüzeyin olu turulmas ,
* Tülbent yap daki liflerin birbirine ba lamas ve * Bitim i lemleri a amalar ndan olu ur.
Dokusuz yüzey kuma lar; tülbent yap n n olu turulmas ve tülbent eklindeki yap y olu turan liflerin birbirine ba lanma yöntemlerine göre karakterize edilirler. Tülbent yap , kesikli veya filament liflerden olu an ve kendi do al tutunma yetenekleri ile birbirine tutunan bir veya birkaç kat halindeki vatkaya denir (Duran 2004). Dokusuz yüzey kuma lar n üretiminde, tülbent olu turulmas nda ve tülbentlerin birle tirilmesinde yayg n olarak kullan lan yöntemler a a da özetlenmi tir.
1.1.3.1 Dokusuz Yüzey Kuma Üretiminde Tülbent Olu turma Yöntemleri
Dokusuz yüzey üretiminde hammadde olarak kullan lan liflerden tülbentlerin olu turulmas mekanik, aerodinamik, hidrodinamik ve eriyikten çekim yöntemleri ile gerçekle tirilir. Çe itli kaynaklarda mekanik ve aerodinamik yöntemler kuru yöntemler olarak da adland r l rken, hidrodinamik yöntem su kullan ld için ya yöntem olarak da adland r lmaktad r (Albert ve ark.,2003; Duran, 2004).
Mekanik Yöntem: Bu yöntemde liflerden tülbent üretimi tarak makinas nda gerçekle tirilir. Balya aç c veya harman hallaçtan tarak makinas na beslenen stapel lifler burada tarak telleri vas tas ile aç l p paralel hale getirilerek tülbent formuna sokulurlar (-ekil-1.8). Bu yöntemle üretilen tülbent içindeki lifler tülbent boyunca ço unlukla paralel yönlenmi lerdir. Tülbent kal nl ve a rl tara n üretim h z ve besleme miktar na ba l d r. Yöntem dokusuz yüzey jeotekstillerin üretiminde en çok kullan lan tülbent eldesi yöntemidir (Albrecht ve ark., 2003).
-ekil 1.8 Mekanik yöntem ile tülbent üretimi (EDANA, 2008)
Aerodinamik Yöntem: Bu yöntemde hava ak m ile bir emme tamburu üzerine sevk edilen stapel lifler tambur üzerine tabakalar halinde tutunarak tülbent yap y olu tururlar (-ekil-1.9). Yöntemde liflerin tülbent boyunca rasgele yönlendi i tabaka elde edilir. Bu yolla üretilen tülbentler mekanik yöntem ile üretilen tülbentlere göre daha ince, gev ek ve yumu ak yap dad rlar. Elde edilen tülbendin kal nl ve a rl elekli tamburun h z na ba l d r (Albrecht ve ark., 2003).
-ekil 1.9 Aerodinamik yöntem ile tülbent üretimi (EDANA, 2008)
Hidrodinamik Yöntem: Yöntemde çok seyreltik durumdaki lif/su süspansiyonu üzerinde paralel hale getirilmi lifler suyun uzakla t r lmas na müteakiben gözenekli bir sonsuz bant üzerine sevk edilerek tülbent formuna sokulurlar (-ekil-1.10). Üzerinde kalan sular silindirlerle s k larak uzakla t r lan tülbentlere ön sabitle tirme amac ile bir yap t r c püskürtülür ve sar m i lemi gerçekle tirilir. Üretim tekni i ve
kullan lan makinalar ka t üretimi ve makinalar na benzerdir (Albrecht ve ark., 2003).
-ekil 1.10 Hidrodinamik yöntem ile tülbent üretimi (EDANA, 2008)
Eriyikten Çekim (Spun-Laid) Yöntemi: Bu yöntemde eriyikten çekim ile üretilen filamentler, sonsuz bir ta ma band üzerine direk olarak tülbent formu olu turacak biçimde yo unla t r larak serilmektedirler. Tülbent formundaki bu yap daha sonra tülbent birle tirme i lemlerinden birisi kullan larak kesintisiz bir ekilde dokusuz yüzey kuma haline getirilmektedir. Di er yöntemlerden daha sonra geli tirilen bu yöntemde lif çekim i lemi, tülbent olu turma, tülbent birle tirme ve bitim i lemleri birle tirilmi tir. Yani kesintisiz bir sistem elde edilmi tir. Eriyikten çekim sonras direk dokusuz yüzey kuma üretim tekni i, kullan lan lif çekim yöntemi ve üretilen liflerin yap s na göre ticari olarak “Spunbond”, “Meltblown”, “Flashspun” ve “Fibrile edilmi Film” gibi isimler almaktad r (Albrecht ve ark., 2003). -ekil-1.11’de polimer maddeden kesintisiz olarak dokusuz yüzey üretim yönteminin esas ematik olarak verilmi tir.
-ekil 1.11 Eriyikten çekim yöntemi ile tülbent üretimi (EDANA, 2008)
Yukar da anlat lan çe itli yöntemler ile elde edilen tülbentler, tülbent katlama (serme) sistemleri vas tas ile üst üste serilerek tülbent birle tirme makinas na sevk edilirler. Tülbentlerin üst üste serilmesindeki ba l ca amaçlar; nihai ürün kütlesini ve enini art rmak, ürünün makina yönündeki ve makina yönüne dik yöndeki özelliklerini ve kalitesini belirlemektir (Albrecht ve ark., 2003). Tülbentlerin üst üste serimi üretilecek kuma n tipine veya kullan m alan na ba l olarak boyuna, enine, çapraz veya kar k halde olabilir.
1.1.3.2 Dokusuz Yüzey Kuma Üretiminde Tülbent Birle tirme Yöntemleri
Tülbent yüzeylerin çe itli metodlar kullan larak birle tirilmesi sonucunda dokusuz yüzey kuma lar elde edilmektedir. Dokusuz yüzey kuma lar tülbent birle tirme i lemlerinde uygulanan yönteme göre isimlendirilirler. Dokusuz yüzey kuma lar tülbent birle tirme i leminin yap ld makinadaki üretim ak yönüne göre belirlenen “makina yönü” (MD) ve “makina yönüne dik yön” (CD) olmak üzere iki temel yönde farkl fiziksel özellikler gösterirler. Kuma lar n bu iki temel yönde farkl fiziksel özellik göstermelerinin sebebi kuma olu turan stapel lif veya filamentlerin kuma içindeki yerle imlerinden kaynaklanmaktad r. Dolay s ile yukar daki k s mlarda anlat lan tülbent olu turma i lemleri ile a a daki k s mlarda anlat lacak tülbent birle tirme i lemleri kuma n iki temel yönündeki özelliklerini belirleyen esas i lem kademeleridir. Tülbent birle tirme i lemi fiziksel veya kimyasal yöntemler ile gerçekle tirilir. Öte yandan tülbentler, kuma n kullan m yerine göre birkaç yöntemin
kombinasyonu ile de birle tirilebilirler. Tülbentlerin birle tirme i lemleri için yayg n olarak kullan lan yöntemler -ekil-1.12’de verilmi tir.
-ekil 1.12 Tülbent birle tirme yöntemleri (Albrecht ve ark., 2003)
-ekil-1.12’de verilen tülbent birle tirme yöntemlerinden kimyasal yöntemlerde kullan lan malzemelerin çevresel etkileri ve geri dönü üm problemleri nedeni ile fiziksel birle tirme yöntemleri günümüzde daha yayg n olarak kullan lmaktad r. Fiziksel yöntemler ise kendi içerisinde mekanik yöntemler ve termal yöntemler olarak ikiye ayr lmaktad r. Bunun yan s ra polimer maddelerden do rudan dokusuz yüzey eldesi günümüzde giderek önem kazanmaktad r. Bu yöntemde de -ekil-1.12’de verilen tülbent birle tirme i lemlerinden birisi uygulanmaktad r, ancak i lem kesintisizdir. Tülbent birle tirme i lemlerinde yayg n olarak kullan lan fiziksel yöntemlerin prensipleri a a da özetlenmi tir.
Mekanik Yöntemler: Mekanik yöntemlerden dokusuz yüzey üretiminde en fazla kullan lan “ 4neleme ile birleGtirme” (i ne ile keçele tirme) yöntemidir. Yöntem tülbent yap y olu turan liflerin, ucu çentikli i neler ile birbirine kar t r lmas ve ba lanmas n içermektedir (-ekil-1.13). Tülbent tabakas içerisinde i neler a a do ru ilerlerken çentikler taraf ndan tutulan lifler ileri ta n r, i nelerin yukar hareketi ile bu lifler tülbent içinde karma k bir ekil al lar ve di er liflerle ba lant noktalar n olu tururlar. Böylece i neleme öncesinde tülbent tabakalar içerisinde paralel halde bulunan lifler i neleme sonras farkl aç larda yönlenmi olurlar.
Kimyasal Tülbent Birle tirme Yöntemleri
Fiziksel Mekanik - / neleme - Su Jeti - Dikme Termal - S cak Hava - Kaland rlama - Ultrasonik - Emdirme - Püskürtme - Bask - Köpükle Aplikasyon - Kaplama
Tülbent katlar makinada birkaç kez i nelenebilirler. Bu yöntemde üretilen dokusuz yüzeyler di erlerine göre nispeten daha kal nd r ve joetekstillerin üretiminde en çok bu yöntem tercih edilmektedir (Gupta, 2000; Lieberenz, 2003).
-ekil 1.13 / neleme yöntemi ile tülbent birle tirme i lemi (EDANA, 2008; www.fibertex.com, 2008)
“Su Jeti ile BirleGtirme”, i neleme ile birle tirmeye göre daha az kullan lan bir
mekanik yöntemdir. Bu yöntemde jetlerden bas nçla üflenen su ile tülbent tabakas içerisindeki lifler mekanik olarak kar t r larak birbirlerine ba lanmaktad rlar. “Dikme” yönteminde ise tülbent tabakalar dikilerek birle tirilmektedir.
Termal Yöntemler: Tülbent yüzeyi olu turan liflerin erime noktalar ndan faydalan larak kesi me noktalar nda birbirine ba lanmas yöntemin esas n olu turur. Liflerin erime noktas na kadar s t lmas nda s cak hava veya buhar, s cak silindirler (kaland rlama) ve ultrasonik yöntemler kullan lmaktad r. Yöntemde termoplastik liflerin kullan lmas gereklidir. Dokusuz yüzeyi olu turacak liflerin erime noktalar e er çok yüksek ise lifleri birbirine ba lamak için erime noktalar dü ük toz veya granül halindeki polimerler ilave madde olarak kullan labilir. Ayr ca erime noktalar farkl polimerlerden olu an bikomponent liflerde bu yöntem ile dokusuz yüzey üretiminde kullan lmaktad rlar. Bu yöntemde üretilen dokusuz yüzeyler di erlerine göre nispeten daha incedirler (Adanur, 1995; Ingold ve Miller, 1988). S cak silindirler ile tülbent birle tirme i leminin esas -ekil-1.14’de ematik olarak gösterilmi tir.
-ekil 1.14 S cak silindiler ile tülbent birle tirme yöntemi (EDANA, 2008)
1.1.3.3 Jeotekstillerin Eldesinde Kullan/lan Dokusuz Yüzey Üretim Yöntemleri Dokusuz yüzey kuma üretim yöntemleri içerisinde jeotekstillerin eldesinde en fazla kullan lan metodlar -ekil-1.15’de özetlenmi tir. Jeotekstil üretiminde kullan lan ba l ca yöntem mekanik birle tirme metodlar ndan biri olan i nelemedir (Lieberenz, 2003).
-ekil 1.15 Jeotekstiller için dokusuz yüzey kuma üretim yöntemleri
-ekil-1.15’de görüldü ü gibi termal birle tirme ile üretilen jeotekstiller ço unlukla filamentlerden üretilirler. Bu yöntem ile genellikle daha ince jeotekstil kuma lar üretilir. Termal birle tirme yönteminde elde edilen kuma lar n mekanik özelliklerini eriyerek birbirine ba lanan lifler belirler. Kuma kal nl artt kça yöntemin verimlili i azal r. Kal n kuma larda iç k s mdaki lifleri birbirine
Stapel Liflerden Olu mu Dokusuz Yüzey Jeotekstiller
Filamentlerden Olu mu
ba layabilmek için s n n art r lmas gerekir bu da yüzeydeki liflerin a r s nmas na neden olur.
Mekanik birle tirme yöntemlerinden biri olan i neleme ile üretilen jeotekstiller ise stapel veya filament liflerden olu turulan tarak tülbentlerinden elde edilirler. -ekil-1.16’da i neleme ile üretilen jeotekstillerin üretim a amas ematik olarak gösterilmi tir.
-ekil 1.16 / neleme ile birle tirilen jeotekstil kuma lar için üretim ak emas
/ ne ile bile tirme yönteminde kuma lar n özelliklerini birbirine mekanik olarak ba lanm lifler sa lar. Bu yöntemde çok kal n ve a r jeotekstil kuma lar üretilebilir (Rankilor, 2000).
Eriyikten çekim ve direk birle tirme yöntemi ile dokusuz yüzey jeotekstil üretimi ise düzeden ç kan filament haldeki liflerin i neleme veya s l i lem ile birle tirilmesiyle elde edilmektedir. Kullan m alan nda istenilen kuma özelliklerini elde edebilmek için jeotekstil üretiminde birden fazla tülbent birle tirme i lemi bir arada da kullan labilir. Örne in i neleme ile birle tirme yönteminde elde edilen dokusuz yüzey kuma lar n bir yüzeyine s l i lem uygulanarak kuma lar n boyutsal stabilitesi ve mukavemetleri de i tirilebilir.
1.1.4 Jeotekstillerin Kullan m Alanlar ve Fonksiyonlar
Jeotekstiller, genel olarak kullan ld klar yerlerde toprak ya da zemin özelliklerini iyile tirme görevini yerine getirirler. /n aat projelerinde bu amaçla kullan lan jeotekstillerin uygulamas çok farkl ve çe itli alanlarda olabilmektedir. Tablo-1.6’da jeotekstillerin yayg n kullan m alanlar özetlenmi tir (Ingold ve Miller, 1988; Koerner, 2005; Shukla, 2003) .
Lifler Tülbent OluGturma (Tarak Makinasi)
Katl7 Tülbent Serimi
4ne ile
Tablo 1.6 Jeotekstillerin kullan m alanlar
Karayollar , otoyollar ve park alanlar Barajlar, su kanallar , göletler Köprü ve viyadükler K y koruma, çöp toplama sahalar Demiryollar , havaalanlar Erozyon kontrolü, arazi doldurma Tüneller, alt geçitler, metrolar Ziraat alanlar , bahçeler, teraslar Spor sahalar (golf, tenis, hal saha) /stinat duvarlar
Jeotekstilin, zemin / jeotekstil yap s içerisindeki kullan m amac na fonksiyonu denir. Tablo-1.6’da görülen uygulama alanlar nda kullan lan jeotekstillerin birçok farkl fonksiyonu yerine getirmesi gerekmektedir. Jeotekstillerin kullan m alanlar ndaki fonksiyonlar temel olarak mekanik fonksiyonlar ve hidrolik fonksiyonlar olmak üzere ikiye ayr l r (GMA, 2002; Shukla, 2003; Van Zanten, 1988).
1.1.4.1 Jeotekstillerin Mekanik Fonksiyonlar/
Jeotekstillerin mekanik fonksiyonlar , genellikle ay rma, takviye ve koruma amaçl kullan mlar olarak s n fland r l r.
Ay/rma Fonksiyonu: Jeotekstillerin ay rma amaçl kullan m iki farkl tanecikli ortam n ayr lmas , tanecikli yap lar n sulardan ayr lmas gibi çe itli yüzeyler aras nda da olabilir. Burada amaç iki farkl zemin tabakas n n birbirine kar mas n önlemektir. Böylece yararl ve pahal olan malzemelerin zay f zemine kar mas önlenmi olur. Ayn zamanda zemin ta ma kapasitesi korunarak yap stabilli ini ve bütünlü ünü sa lanm olur. Jeotekstiller hemen hemen tüm uygulamalarda ay rma rolü oynarlar ancak esas fonksiyonun ay rma oldu u jeotekstil uygulamalar karayolu ve demiryolu projeleridir. Ay rma fonksiyonu için kullan lacak jeotekstil kuma larda kal nl k, kopma uzamas , mukavemet (kopma ve patlama) ve geçirgenlik dikkat edilmesi gereken fiziksel özelliklerdir (Adanur, 1995; Lieberenz, 2003). Jeotekstillerin ay rma fonksiyonu ile ilgili uygulama örnekleri a a daki ekillerde verilmi tir.
-ekil 1.17 Jeotekstil kullan lmayan ve kullan lan bir yol in aat projesi örne i (www.geotextile.com, 1994)
-ekil 1.18 Jeotekstil kuma lar n ay rma fonksiyonun yap ya kazand rd özellikler (www.geotextile.com, 1994; www.fibertex.com, 2008)
Takviye (Stabilizasyon) Fonksiyonu: Zemin/Jeotekstil yap s üzerine gelen yükleri bütün satha üniform olarak da tma amaçl fonksiyondur. Böylece yap n n dayan m art r lm olur. Jeotekstiller, zemine (topra a) gerilme mekanizmas sa layarak yük ta ma kapasitesini art r rlar. Hemen hemen birçok uygulamada jeotekstiller takviye fonksiyonu sa larlar ancak takviye fonksiyonun daha önemli oldu u uygulamalar ço unlukla istinat duvarlar , otoyollar ve erozyon kontrolü projeleridir. Takviye fonksiyonu sa layan birçok uygulama ayn zamanda ay rma fonksiyonunu da sa lamaktad r. Takviye fonksiyonunu sa layacak bir jeotekstil kuma ta dikkat edilmesi gereken özellikler kal nl k, kayma gerilmesi, sürtünme davran , kopma uzamas , kopma yükü ve kimyasal dayan kl l kt r. Jeotekstillerin takviye fonksiyonu ile ilgili uygulama örnekleri -ekil-1.19’da görülmektedir.
-ekil 1.19 Jeotekstillerin takviye fonksiyonu için uygulama örnekleri (www.fibertex.com, 2008)
Koruma Fonksiyonu: Jeotekstillerin, d etkenlere kar gerekli tabakalar ve/veya malzemeleri koruma amaçl kullan m özelli idir. Jeotekstiller dö eme s ras nda ve sonras nda baz uygulamalarda birlikte kullan ld klar di er jeosentetik malzemelere delinme ve a nma gibi mekanik hasarlara kar uzun süreli koruma sa larlar. Ayr ca çat veya ba ka yüzeylerin kaplanmas uygulamalar nda bu yap ya koruma sa larlar. Koruma amaçl kullan lacak jeotekstillerin a nma ve y rt lma dayan mlar ile kimyasal davran lar önemli parametrelerdir. -ekil-1.20’de koruma fonksiyonu sa layan bir jeotekstil uygulamas görülmektedir.
-ekil 1.20 Koruma amaçl kullan lan jeotekstil uygulamas (www.fibertex.com, 2008)
1.1.4.2 Jeotekstillerin Hidrolik Fonksiyonlar/
Jeotekstillerin hidrolik fonksiyonlar , genellikle filtrasyon, drenaj ve yal t m amaçl kullan mlar olarak s n fland r l r.
Filtrasyon Fonksiyonu: Jeotekstiller birçok uygulamada filtre gibi davran rlar. Jeotekstilin, düzlemine dik yönde su, gaz vb. maddelerin geçi ine, zemindeki ince partikülleri tutarak izin verme özelli idir. Jeotekstillerin filtrasyon fonksiyonu ile ilgili bir uygulama örne i -ekil-1.21’de görülmektedir. Filtrasyon fonksiyonu için önemli jeotekstil parametreleri kal nl k, gözenek aç kl , jeotekstil düzlemine dik yöndeki geçirgenlik ve uzun süreli dayan md r (Adanur, 1995; Lieberenz, 2003).
-ekil 1.21 Jeotekstillerin filtrasyon fonksiyonu (www.fibertex.com, 2008)
Drenaj Fonksiyonu: Drenaj, at klar , yeralt suyunu ve/veya di er ak kanlar toplamak ve nakletmektir. Jeotekstil kullan lan projelerde kuma , kendi düzleminde fazla suyun hareketine izin vererek fonksiyonu yerine getirebilir. Dolay s ile kuma kal nl ve yatay geçirgenlik drenaj için önemli parametrelerdir. Jeotekstillerin sa lad drenaj fonksiyonu ile ilgili uygulama örnekleri -ekil-1.22’de verilmi tir.
-ekil 1.22 Jeotekstillerin drenaj fonksiyonu ile ilgili uygulama örnekleri (www.fibertex.com, 2008; www.typargeotextiles.com, 2008)
Yal/t/m (Su Geçirmezlik) Fonksiyonu: Jeotekstiller, zift veya polimerik dolgu materyalleri ile doymu hale getirildiklerinde su geçirmez maddeler gibi davran rlar. Kaplamadan sonra, kuma n hem dikey yönde hem de enine kesiti boyunca su ve buhar geçirgenli i çok dü ük hale gelir. Kullan lacak jeotekstilin kaplama maddesi ile uyumlu olmas bu fonksiyon için aranan özelliktir. Bu ekildeki jeotekstiller su rezervlerinin korunmas , barajlar, tüneller, su kanallar ve çöp depolama alanlar gibi kritik uygulamalarda kullan lmaktad rlar.
Bir jeotekstil uygulamas ayn anda birden fazla fonksiyonu yerine getirebilir. Genellikle bu fonksiyonlardan birisi en önemli olan d r ve uygulamada öncelikli jeotekstil fonksiyonu olarak dikkate al n r. Di er fonksiyonlar ise tali fonksiyonlar olarak de erlendirilir. Jeotekstillerin projelendirme i lemlerinde jeotekstillerin sa lamas gereken fonksiyonlar n belirlenmesi önemli ve ilk ad md r. Kullan m yerine göre fonksiyonlar n saptanmas uygulamada kullan lacak hammadde ve ürün özelliklerini de belirler. Örne in otoyollarda veya havaalanlar nda zemin güçlendirmesinde kullan lan bir jeotekstil ay rma ve takviye gibi öncelikli fonksiyonlar n yan s ra filtrasyon, drenaj, koruma gibi birçok tali fonksiyonu da yerine getirmektedir (-ekil-1.23).
-ekil 1.23 Birden çok fonksiyonun sa land jeotekstil uygulamas (www.typargeotextiles.com, 2008)
-ekil-1.23’de görüldü ü gibi jeotekstil uygulamas sayesinde yap üzerine gelen gerilmeler azaltmaktad r. Asfalt alt dolgu tabakas n n lastik geni li ine göre daha geni bir alanda esnemesi iyi bir yük da l m , uniform oturma ve tekerle in yapt oyulmalar n asgariye indirilmesini sa lanm olur. Böylece üst yüzeyde bulunan
asfalt ya da beton tabakas n n çatlamas / k r lmas ve dolgu malzemesinin alt zeminle kar mas önlenerek yap n n kullan m ömrünü uzat lm olur. Jeotekstillerin yukar da bahsedilen uygulama ve fonksiyonlar n n sonucu olu an yap lar ço unlukla mekanik olarak stabilize edilmi topraklar olarak ifade edilmektedir ve bu tip uygulamalar günümüzde h zla artmaktad r (GMA, 2002). Dolay s ile jeotekstillerin uygulama alanlar nda yerine getirecekleri fonksiyonlara uygun özelliklere sahip olup olmad klar n n çe itli test yöntemleri ve say sal çözümlemeler ile belirlenmesi ve buna göre ürün seçiminin yap lmas önemlidir. Bu seçimi belirleyen ise hammadde ve üretim tekni ine ba l olarak de i en jeotekstil kuma lar n genel fiziksel ve kimyasal özellikleridir.
1.1.5 Jeotekstillerin Genel Özellikleri ve Analiz Yöntemleri
Jeotekstillerin genel fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirleyen esas parametreler jeotekstil kuma lar olu turan liflerin özellikleri ve kuma özellikleridir. Dolay s ile jeotekstillerin özellikleri bu iki parametrenin birçok de i kenine göre çe itlilik gösterir. Örne in jeotekstilleri olu turan liflerin; polimer maddesi, tipi, kesit ekli, inceli i, uzunlu u, mukavemeti, yüzde uzamas vb. birçok bile eni kuma n nihai özelliklerinin belirlenmesine etki eder. Bununla birlikte dokusuz yüzey jeotekstil kuma larda liflerin kuma içindeki yerle imleri jeotekstil kuma lar n özelliklerini etkileyen di er önemli bir parametredir. Dolay s ile jeotekstil üretiminin tamam na yak n n olu turan dokusuz yüzey kuma lar n özelliklerini belirleyen temel parametreler lif özellikleri, üretim tekni i ve liflerin kuma içindeki yerle imleridir. Bu parametreler ve birbirleri ile etkile imleri de göz önüne al nd nda genel olarak dokusuz yüzey jeotekstiller karma k bir yap ya sahiptirler ve karakterize edilmeleri zordur. Öte yandan jeotekstillerin kullan m yerleri itibari ile toprak, su vb. zemin malzemeleri ile olan etkile imleri de jeotekstillerin özelliklerinin de erlendirilmesi aç s ndan önemli bir parametredir. Jeotekstil kuma lar n genel özelliklerini belirleyen parametreler ve bunlar n analizi için geli tirilen baz önemli test yöntemleri a a daki özetlenmi tir.
1.1.5.1 Fiziksel Özellikler
Jeotekstil kuma lar n fiziksel özeliklerini belirleyen en önemli de i kenler kal nl k ve birim alan a rl d r. Kuma lar n maliyeti ile mekanik ve hidrolik özellikleri büyük oranda birim alan a rl ile ba lant l d r. Birim alan art ile kuma lar n mukavemet özellikleri artarken, gözeneklilik ve geçirgenlikleri ise ço unlukla azalmaktad r. Kal nl k ise özellikle filtrasyon fonksiyonu gerektiren uygulamalarda önemli bir özelliktir.
Jeotekstillerin birim alan a rl gr/m2 ile ifade edilir ve yayg n olarak kullan lan jeotekstil kuma lar n birim alan a rl klar 100 gr/m2 ile 1000gr/m2 aras ndad r. 250 gr/m2 den daha hafif jeotekstiller genellikle dokuma, i neleme ile üretilmi ince dokusuz yüzey veya termal birle tirme ile üretilmi dokusuz yüzey kuma lard r. Daha a r jeotekstiller ise genellikle i neleme ile üretilmi kal n dokusuz yüzey kuma lar veya kordonlardan olu mu dokuma kuma lard r (Ingold, ve Miller, 1988). Jeotekstil kuma lar n kal nl klar genellikle sabit bas nç alt nda bir bask aya vas tas ile ölçülür ve ço unlukla mm olarak ifade edilir.
Jeotekstilerin özgül a rl , erime noktas , yumu ama noktas , donma noktas vb. genel fiziksel özellikleri kuma olu turan polimer maddenin çe idine ba l d r ve jeotekstilin uygulama alan na göre dikkat edilmesi gereken de i kenlerdir. Örne in, jeotekstilleri olu turan liflerin özgül a rl klar kimi kullan m yerleri için önemli bir parametredir. Polipropilen ve polietilen gibi özgül a rl klar suyun özgül a rl olan 1’den küçük malzemeler kullan lmas durumunda uygulama alan nda su ve jeotekstil etkile imine dikkat etmek gerekecektir. Jeotekstilleri olu turan polimer maddelerin termal davran lar da baz uygulamalarda önemlidir. Otoyol yap m çal malar nda kullan lan s cak asfalt e er polimerin erime derecesine yak n bir s cakl a sahip ise jeotekstil kuma zarar görebilir. Benzer ekilde çok so uk yerlerdeki uygulamalarda polimerler k r lgan hal alarak kuma lar n zarar görmesine neden olabilir.
Kullan m yerleri aç s ndan temel fiziksel özelliklerin yan s ra jeotekstil kuma lar genellikle mekanik ve hidrolik özellikleri ile karakterize edilirler.
1.1.5.2 Mekanik Özellikler
Jeotekstil kuma lar n kullan m s ras ndaki fonksiyonlar incelendi inde birçok uygulamada kuma lar n mekanik dayan mlar n n önemli bir parametre oldu u görülmektedir. Jeotekstil kuma lar n mekanik özelliklerinin de erlendirilmesindeki en önemli de i kenler ise kopma mukavemeti, uzama oran , diki (birle tirme) mukavemeti, s k t r labilirlik, darbe dayan m , y rt lma mukavemeti ve patlama mukavemetidir (Adanur, 1995; Rilem, 1988).
Her türlü jeotekstil uygulamas nda yerle tirme ve fonksiyonlar n sa lanmas için belirli bir kuma mukavemeti ve uzama oran gereklidir. Dolay s ile jeotekstil kuma lar n çe itli yükler alt ndaki davran lar en önemli mekanik özellikleridir ve direk olarak kuma parametrelerine ba l d r. Jeotekstil kuma lar n mukavemet ve uzama davran lar n incelemek için tek eksenli gerilme testleri yayg n olarak kullan lan yöntemdir. Uzama art oran sabit tek eksenli gerilme testlerinde genel olarak kuma lara ait maksimum kopma yükü, kopma uzamas ile birlikte yük uzama e rileri elde edilerek bu verilerden kuma lar n gerilme, uzama oran ve modül de erleri hesaplanabilir. Ayr ca gerilme-uzama oran e risinde kuma kopmadan hemen önce e ri alt ndaki alandan birim hacim ba na yap lan i de hesaplanabilir. Jeotekstil kuma lar n yük-uzama e rileri kuma yap s na göre farkl l k gösterir. -ekil-1.24’de dokuma ve i neleme yöntemi ile üretilen dokusuz yüzey jeotekstil kuma lara ait tipik yük uzama e rileri görülmektedir.
-ekil 1.24 Farkl jeotekstil kuma lara ait yük uzama e rileri (www2.dupont.com, 2008)
-ekil-1.24’de görüldü ü gibi dokuma kuma lar dokusuz yüzey kuma lara göre yüksek mukavemet ve dü ük uzama yüzdesine sahiptirler. Dokusuz yüzey kuma larda ise çe itli do rultularda yerle mi liflerin çekme testinde yeniden yönlenmeleri ve daha sonra yük almalar nedeni ile uzama belli bir de erden sonra s n rlanarak azal r (Rankilor, 2000). Ayr ca dokuma kuma larda yük ve uzama de eri atk ve çözgü yönüne göre iki farkl de er al rken dokusuz yüzey kuma larda ise makina yönü ve makina yönüne dik yön olmak üzere iki temel yönde farkl de erler gösterirler. Bununla birlikte dokusuz yüzeyler üretim tekniklerine ve sonras nda uygulanan i lemlere ba l olarak tüm çekme yönlerinde ayn yük ve uzama de erlerinin elde edildi i izotropik yap davran da gösterebilirler. Farkl tekstil yap lar n n gerilme özelliklerini belirlemek için birçok test yöntemi geli tirilmi tir. Ancak bu testlerin tamam n n sonuçlar jeotekstil uygulamalar için kabul edilebilir veya kar la t r labilir de erler vermemektedir. Jeotekstil kuma lar n gerilme özellikleri belirlenmek için kabul edilmi iki yayg n çekme testi yöntemi kullan lmaktad r (Anadur 1995; Koerner ve Hsuan, 2001). Bunlardan biri kavrama yöntemi di eri ise geni enli çekme yöntemidir. Geni enli çekme yöntemi daha uzun süren bir test olmas na ra men çekme yönüne dik yönde daralmas fazla olan dokusuz yüzeyler gibi kuma larda daha iyi sonuçlar veren bir yöntemdir (Koerner ve Hsuan, 2001; www.geotextile.com, 1994). -ekil-1.25’de her iki yöntemin ematik gösterimleri verilmi tir.
Geni Enli Çekme Yöntemi Kavrama Yöntemi -ekil 1.25 Geni enli çekme ve kavrama yöntemleri (www2.dupont.com, 2008)
Jeotekstil kuma lar n hemen hemen hepsi esnektirler ve kullan lan liflerin mekanik özelliklerine ba l olarak dü ük e ilme direncine sahiptirler. Jeotekstillerin bu özellikleri ambalajlanma, nakliye ve yerle tirme i lemlerinde kolayl k sa larlar. Jeotekstillerin s k t r labilme özellikleri dokuma ve s l ba lama i lemi ile üretilen kuma larda dü ük iken dokusuz yüzey kuma larda daha yüksektir (Adanur, 1995). Kuma lar n s k t r lmas gözenek yap s n de i tirdi inden geçirgenlik özelliklerini azalt r.
Jeotekstil kuma lar uygulama alanlar nda kuma topu uçlar ndan çe itli diki ler, kimyasal veya termal yollar ile birle tirilerek kullan l rlar. Dolay s ile kuma toplar n n birle me yerlerindeki mukavemet de eri de uygulama alan na uygun olmal d r. Birle tirme yeri uygunlu u birle tirme yeri mukavemeti ile jeotekstil kuma n kendi mukavemetin kar la t r lmas ile a a daki formül yard m ile ifade edilebilir. %90 uyumluluk genellikle birle tirmenin uygun oldu u eklinde kabul edilir (Adanur, 1995). 100 x Mukavemeti Kuma Mukavemeti Alan n n e Birle tirm % Uygunluk = (1.1)
Jeotekstil yerle tirme ve uygulamalar nda kar la lan di er bir sorun ise ta veya kaya parçalar n yerle tirme s ras nda kuma yüzeyine çarparak olu turduklar y rt k ve deliklerdir (-ekil-1.26).
-ekil 1.26 Yerle tirme s ras nda jeotekstil üzerine dü en ta veya kaya parçalar (www.fibertex.com, 2008)
Kuma lar n bu gibi darbeler kar s ndaki davran lar n ve dayan mlar n de erlendirmek için uygulanan yöntem konik dü ürme (dinamik delinme) testidir. -ekil-1.27’de testin ematik gösterimi verilmi tir. Teste, ta parçalar n simule eden konik uçlu bir metal gerilmi halde bulunan jeotekstil kuma üzerine b rak larak olu an delik çap ölçülmekte ve farkl tipteki jeotekstillerin darbeler kar s ndaki dayan m bu yönteme göre k yaslanabilmektedir.
-ekil 1.27 Konik dü ürme testi (www2.dupont.com, 2008)
Jeotekstil kuma lara uygulama alanlar nda sa layacaklar fonksiyonlara göre a a da ematik gösterimleri verilen patlama mukavemeti, y rt lma mukavemeti ve benzeri testler de uygulanarak kuma lar n bu özellikleri de de erlendirilebilir.
a) b) -ekil 1.28 a) Statik patlama testi (CBR Testi) b) Trapezoid y rt lma testi
(www2.dupont.com, 2008)
Jeotekstillerin kullan m yerleri aç s ndan ili kili olduklar yüzeyle ilgili mekanik özellikleri de önemlidir. Bu özellikler kullan m an nda jeotekstil ve zeminin etkile imi sonucu olu an kuvvetler ve etkiler sonucu ortaya ç kan özelliklerdir. Zemin ve jeotekstil aras nda olu an mekanik etkile im kayma kuvveti ile karakterize edilir. Güçlendirmelerde zemin-jeotekstil sürtünmesi çok kritiktir. E er jeotekstil
zemini takviye için kullan lm sa yüksek temasta bir kayma kuvveti gerekir. Öte yandan jeotekstil ve zemin biri birine göre hareket edecek ekilde tasarlanm ise dü ük temas yüzeyli bir kayma kuvveti gereklidir. Kayma kuvveti, zemin ve jeotekstil aras nda olu an iç sürtünme aç s ile ifade edilir ve jeotekstil ile zemin aras ndaki sürtünme özelliklerini test etmek için iki farkl yöntem uygulan r.
Direk Kesme Testi: Bu testte, jeotekstil normal bas nç alt nda iki kayma kutusu aras na konur. Üst k s mdaki kutu hareket ettirilerek normal kuvvetlere kar gelen kayma kuvvetleri ölçülüp grafik haline getirilir ve buradan kayma testi ile ilgili parametreler hesaplan r (Ingold ve Miller, 1988; Koerner ve Hsuan, 2001).
-ekil 1.29 Direk kesme testi
Çekme Testi: Bu testte ise jeotekstil toprak tabakas içerisine gömülmü tür. Jeotekstil normal bir gerilme ile çekilir. Jeotekstili topraktan ç kartmak için uygulanan yatay kuvvetler kaydedilir. Bu kuvvetlerin kar l k geldi i noktalarda jeotekstilin uç noktas n n yer de i tirmesinden faydalan larak bir grafik çizilir ve kayma kuvveti için hesaplamalar yap l r (Adanur, 1995; Ingold ve Miller, 1988).
-ekil 1.30 Çekme testi
Kayma kuvveti parametrelerini kuma geometrisi, zemin tipi ve jeotekstilin geometrisi gibi özellikler etkiler. Testlerde zemin olarak genellikle tanecik büyüklü ü belli olan standart kumlar kullan l r. Yukar daki iki testten farkl olarak uygulama yeri dikkate al narak jeotekstillerin özelliklerini de erlendirmek için e ik düzlemde kayma kutusu testleri de yap labilir.
1.1.5.3 Hidrolik Özellikler
Kullan m yerleri itibariyle jeotekstillerin di er önemli bir özelli i ise hidrolik özelliklerdir. Jeotekstillerin, filtrasyon ve drenaj fonksiyonu ile do rudan ilgili özelliktir. Jeotekstillerin bu özelliklerini ifade etmek için kullan lan parametreler a a da k saca aç klanm t r.
Kuma Düzlemine Dik Yönde Geçirgenlik: Filtrasyon fonksiyonu için önemli bir özelliktir. Kuma lar n düzlemine dik yöndeki “su ak oran ” ölçülerek belirlenir. Yük alt nda kuma lar n bu özelli i de i ece inden yükle de i imi inceleyen uygun standart test yöntemleri geli tirilmi tir. Ayr ca her hangi bir yüklemenin olmad durumlarda da kuma n düzlemine dik yöndeki geçirgenli ini ölçmek için kullan lan standart test metodlar mevcuttur.
Kuma Düzlemi Boyunca Geçirgenlik: S v malzemelerin kuma düzlemi boyunca hareketini ifade eder. Düzlem boyunca olu an geçirgenlik genellikle çok azd r ve kuma enine kesitine ba l d r. Dokuma ve s l ba lama dokusuz yüzeylerde kuma kal nl klar çok ince oldu undan ihmal edilebilir. Dokusuz yüzey kuma lar n özellikle drenaj uygulamalar nda önemli bir parametredir.
Gözeneklilik: Jeoteksillerin gözeneklili i kuma lardaki gözeneklerin (deliklerin) büyüklü ü ve kuma taki da l m ile ifade edilir. Filtrasyon fonksiyonu için önemli bir parametredir. Uygulamalarda gözenek büyüklü ü s v geçi ine izin verebilecek ancak toprak parçalar n n geçi ine izin vermeyecek ekilde seçilmelidir. Jeotekstil üzerine uygulanan yükler gözenek aç kl n n de i mesine neden olabilirler. Dolays s ile kuma lar n gözeneklilik özellikleri de erlendirilirken kuma n yük alt ndaki davran da dikkate al nmal d r (Ingold ve Miller, 1988).
Aç/k (Bo ) Alan Yüzdesi: Jeotekstil üzerindeki bo alan n toplam alana oran d r. Sadece monofilament dokuma jeotekstiller için kullan lan bir de erdir.
