Geocell: Maden Projesinde Toprak Performansını Optimizasyon

Madencilikte Zemin Stabilizasyonunu Geliştirmede Jeohücre Teknolojisinin Katkısı

Jeohücre teknolojisini ve 3D hücreli sınırlama sistemini anlama

Jeohücreler, genellikle HDPE plastikten veya diğer modern polimer malzemelerden yapılan üç boyutlu bir hücre sistemi kullanarak çalışır. Bir araya getirildiğinde hücreler petek desenine benzer şekilde görünür ve temel olarak toprağın yanal yönde hareket etmesini engeller; bu da ağırlığı daha iyi dağıtan, erozyon sorunlarını durduran daha güçlü bir kompozit tabaka oluşturur. Kaya zırhı veya kimyasal uygulamalar gibi geleneksel yöntemler, jeohücrelerin farklı zemin koşullarına uyum sağlayabilmesi ve benzer sonuçlar almak için yaklaşık %40 daha az dolgu malzemesi gerektirmesi nedeniyle bunlara kıyasla yeterince etkili değildir. Bu 3D yapıların özellikle basıncın arttığı durumlarda toprağın yer değiştirmesini engelleme konusunda çok iyi olmalarının nedeni, madencilik operasyonlarında düşük kaliteli zeminin ciddi güvenlik sorunlarına ve üretim gecikmelerine yol açabilmesidir. Araştırmalar, jeohücrelerle güçlendirilmiş temellerin, hücrelerin toprak tanecikleri arasında kapalama etkisiyle yapay bir yapışkanlık oluşturmasından dolayı, normal kararsız topraklara göre yaklaşık %60 daha fazla yük taşıyabildiğini göstermektedir.

Yük dağılımı ve zemin sınırlamasında HDPE jeohücrelerin mekaniği

HDPE jeohücreler, dikey yükleri yatayda yeniden dağıtarak alt tabakanın gerilimini %45 hücre duvarlarının çekme dayanımı ile azaltabilir. Agrega ile doldurulduğunda yarı sert plakalar gibi çalışarak zeminin elastisite modülünü artırır ve kayma hasarına karşı direnç gösterir. Temel mekanik avantajlar şunlardır:

• Stres dağılım açısında artış (35°'den 55°'ye), taşıma yollarında oluşabilecek oluklanmayı önemli ölçüde azaltır
• Tekrarlı yükleme altında yorulma deformasyonunda azalma ağır madencilik ekipmanlarının sürekli çalışması için kritik öneme sahiptir
• Yanal sınırlama basıncı üstteki örtü yükünün üç katına eş değer olup, taban tabakasının bütünlüğünü korur

Bu özellikler, jeohücrelerin maden atıkları gibi yüksek oranda sıkışabilen zeminleri stabilize etmesine olanak tanır ve zorlu zemin koşulları için güvenilir bir çözüm sunar.

Geleneksel toprak stabilizasyon yöntemlerine göre avantajları

Altyapı inşa edilirken, jeohücre sistemleri hem sağlam yapı sunması hem de maliyet tasarrufu sağlaması nedeniyle eski yöntemlerden gerçekten ayrışır. Geleneksel beton yollarla jeoızgara çözümlerini karşılaştırırsanız, jeohücreler inşaat maliyetlerini yaklaşık yüzde 30 oranında düşürür. Ayrıca bu sistemler çok daha esnektir ve çoğu alternatifin aksine daha hızlı monte edilir. Büyük avantajlardan biri, işçilerin büyük alanları kazmak zorunda kalmaması veya zemin koşullarını değiştirmemesidir; geleneksel yöntemlerle projelere başlarken şirketlerin harcamalarının yaklaşık dörtte birini bu işlem oluşturur. Jeohücrelerin modüler yapısı, ekiplerin bunları yaklaşık yüzde 70 daha hızlı kurmasını sağlar ve ulaşılması zor bölgelerde geçici yollar oluşturulurken büyük fark yaratır. Bir diğer önemli artı ise, mevcut dolgu malzemesiyle çalışabilme yetenekleridir; bu da taşıma masraflarını yarıya indirirken performans kaybına neden olmaz. Yapılan testler, bu sistemlerin neredeyse 45 dereceye varan dik eğimlerde bile etkili şekilde erozyonu engellediğini ve zorlu arazi koşullarına rağmen başarı oranlarının yüzde 90'ın üzerinde kaldığını göstermektedir.

Ağır Madencilik Operasyonları için Yük Taşıma Kapasitesini İyileştirme

Ağır ekipmanı destekleyecek şekilde zayıf alt temelleri güçlendirme

Geocell teknolojisi, 100 tondan fazla ağırlıkta olan ağır madencilik makinelerini gerçekten taşıyabilen uygun alt temellere dönüştürerek kararsız topraklarla başa çıkmamızdaki yaklaşımı gerçekten değiştirdi. Bunun işe yaramasının nedeni, her şeyi bir arada tutan üç boyutlu petek yapıdır. Kırık kaya, eski beton parçaları veya hatta yerel olarak işlenmiş toprak gibi dolgu malzemesinin hareket etmesini engeller ve aynı zamanda tekerleklerden gelen yoğun basınçları çok daha büyük bir alana dağıtır. Geoteknik Dergisi'nin geçen yıl bahsettiği bazı saha testlerine göre, bu güçlendirilmiş alt temeller, ekipman tekerleklerinden gelen 900 kPa'lık basınçlara maruz kaldığında, normal sıkıştırılmış zemine kıyasla oyuk oluşumunu dikkate değer şekilde %85 oranında azaltmıştır. Sonuç olarak, ıslak kil bölgelerinde veya gevşek çakıl alanlarında batma sorunları artık yaşanmaz ve bu da genel olarak daha güvenli operasyonlar ve madencilik faaliyetleri sırasında daha az kesinti anlamına gelir.

Güvenilir erişim yolları için jeohücre tabanlı yük destek sistemleri

Madencilik erişim yolları, saatte 25 mil hızla hareket eden ve 50 tona kadar ağırlık taşıyan damperli kamyonları %20'nin altında çökme ile taşımalıdır. Geleneksel çakıl yollar, özellikle ıslak havalarda hızla bozulur ve genellikle 6-12 ay içinde kullanılamaz hale gelir. Buna karşılık, jeohücre ile takviyeli yollar, artmış sınırlama ve yük dağılımı sayesinde yapısal bütünlüklerini korur:

Sistem, taban hasarı olmadan 4,5 milyon eşdeğer tek aks yükünü (ESAL) kaldırabilmekte ve yoğun trafik altında bile uzun vadeli güvenilirliği sağlamaktadır.

Vaka çalışması: Jeohücre takviyesi kullanılarak taşıma yolunun performansının artırılması

2023 yılında bir bakır madeni genişletme projesi, jeohücre takviyesi uygulandıktan sonra 8 km'lik taşıma rotası boyunca %94 çalışma süresi elde etti:

• Zorluk : Haftalık yol kapanmalarına neden olan zayıf laterit toprak (CBR 2,5)
• Çözüm : Şantiyedeki taş ocağı yan ürünlerinin doldurulduğu 200 mm kalınlığında jeohücre katmanı
• Sonuçlar :
  • kamyon devir sürelerinde %22 iyileşme
  • gradör bakım saatlerinde %78 azalma
  • Yakıt tüketiminin azalması sayesinde sadece 14 haftada yatırım geri dönüşü sağlandı

Bu yaklaşım, ithal temel malzemelere olan bağımlılığı ortadan kaldırdı ve lojistik ile satın alma maliyetlerinde 1,2 milyon dolar tasarruf sağladı.

Aktif ve Kapatılmış Maden Sahalarında Eğim Stabilizasyonu ve Erozyon Kontrolü

Aktif Madencilik Ortamlarında Erozyonu Önleme ve Eğimleri Stabilizasyonu

Jeohücre sistemleri, zorlu hava koşullarına ve ağır ekipmanların sürekli darbelerine maruz kalan dik maden yamaçlarında erozyonu önemli ölçüde azaltarak toprak parçacıklarını bir arada tutan güçlü üç boyutlu ağlar oluşturur. Bu HDPE jeohücreler, patlama operasyonları sırasında veya kazı alanlarında ağırlığı daha geniş yüzeylere yayabildikleri için, kaya saplamaları veya gabion duvarlar gibi geleneksel yöntemlerden farklı çalışır. Birkaç açık ocak madeninde yapılan saha testleri, iç sürtünmeyi artırarak ve suyun daha iyi drene olmasını sağlayan açılı malzemelerle doldurulduğunda, bu takviyeli yamaçların normalde takviye edilmemiş yamaçlara kıyasla yaklaşık iki buçuk kat fazla kayma gerilmesine dayanabildiğini göstermektedir.

Madencilik Sonrası Yamaç İyileştirme ve Uzun Vadeli Alan Stabilitesi

Madenler kapatıldığında, jeohücreler toprak örtüsünü tutarak ve alanın onarımı sırasında bitkilerin kök salmasına yardımcı olarak eğim erozyonuna karşı sağlam bir koruma sunar. Benzersiz petek yapısı, köklerin daha iyi tutunmasını sağlar ve nemi daha uzun süre muhafaza eder; bu da bitkilerin hidroseme yöntemine kıyasla yaklaşık %85 daha hızlı büyümesini sağlar. Uydu görüntüleme çalışmalarına göre, beş yıllık gözlemin ardından bu stabilize edilmiş alanların yılda üç milimetreden az hareket ettiği görülmüştür. Bu tür bir stabilite, zaman içinde bakım maliyetlerinin düşmesi anlamına gelir ve şirketlerin arazi iyileştirmeyle ilgili çevresel düzenlemelere uymasını kolaylaştırır. Ayrıca bu tür kararlı zemin kaplamaları, eski maden alanlarının tarım arazisi veya insanlar için güvenli bir şekilde kullanılabilecek kamusal alanlara dönüştürülmesine olanak tanır.

Jeohücre Uygulamalarıyla Madencilik Altyapısının Optimize Edilmesi

Zorlu arazide taşıma yolu ve altyapı zorluklarının ele alınması

Jeohücre teknolojisi, özellikle zorlu dağlık bölgelerde veya zeminin kararsız olduğu alanlarda madencilik altyapısının bazı büyük sorunlarını çözmede gerçekten yardımcı olur. 400 ton civarında ağırlığı olan dev taşıma kamyonlarını taşıyabilmesini sağlayan şey, bu üç boyutlu hücre yapısıdır. Bu yapılar, toprağın yanal hareket etmesini engeller; normal çakıl yollar bunu birkaç ay kullanımın ardından dağılmadan önce başaramaz. Geçen yıl Wyoming'deki bir kömür madeni işletmesinde yaşananlara bir bakın. Jeohücre ile güçlendirilmiş yollar kurduklarında bakım maliyetlerinin yaklaşık yarısında düşüş gördü. Daha da önemlisi, yoğun yağmur mevsimleri boyunca araçların neredeyse tamamı (%98 gibi) sürekli çalışır durumda kaldı. Jeohücrelerin başka bir önemli avantajı ise esnek olmalarıdır. Zemin hareket ettiğinde ya da oturduğunda bu sistemler kırılmak yerine şekil değiştirir. Bu da onları keşif aşamalarında veya yılda sadece belli dönemler çalışan operasyonlarda geçici yollar oluşturmak için ideal hale getirir.

Maksimum geocell verimliliği için alt temel hazırlığı ve dolgu seçimi

Optimal performans, en az %90 Proctor yoğunluğuna kadar sıkıştırma ve katmanların birbirine karışmasını önlemek için jeotekstil ayırıcı yerleştirilmesi ile doğru alt temel hazırlığıyla başlar. Bu adımlar taşıma kapasitesini %150–300 oranında artırabilir. HDPE geocell performansının mekaniği, büyük ölçüde dolgu seçimine bağlıdır:

• Açısal agrega (50–100 mm) yüksek trafikli bölgeler için, >80 CBR değerlerine ulaşır
• Yerel topraklar düşük hız alanlarında %6–8 çimento ile stabilize edilir
• Gerikazanılmış maden atıkları (kadarıyla %40 geri kullanım) sürdürülebilirlik hedeflerini desteklemek için

Yayınlanan araştırma Geosynthetics International (2024), optimize edilmiş dolgu seçimlerinin kullanım ömrünü 8–12 yıl uzatabileceğini ve malzeme maliyetlerini %30 oranında düşürebileceğini belirtmektedir.

Yerel olarak bulunan dolgu malzemelerini kullanarak maliyet tasarrufu sağlama stratejileri

Operatörler, jeohücre sistemlerinde ithal agregaları sahadaki malzemelerle değiştirerek %25–%40 oranında maliyet azaltma başarısı elde eder. Örneğin, Şili'deki bir bakır madeni, taşınma ücretlerinden dolayı metrekare başına 18 ABD doları tasarruf yapmak için ezilmiş atık kaya (UCS 50–60 MPa) kullandı. Kritik faktörler şunları içerir:

• Drenajın yeterli olması için ince malzeme oranının %30'u geçmemesinin sağlanması
• Killi dolguları güçlendirmek için polimer iplik eklenmesi
• Organik tortular için enzim bazlı stabilizatörlerin kullanılması

Bu strateji, geleneksel yöntemlerin 3–5 kat daha pahalı olduğu uzak bölgelerdeki Alaska operasyonlarında özellikle etkili olmuştur.

Operatörler, jeohücreleri maden planlamasına entegre ederek dayanıklı altyapı, çevresel uyum ve düşürülmüş işletme maliyetleri gibi temel hedeflere ulaşır ve aynı zamanda mevcut saha kaynaklarını verimli şekilde kullanır.

SSS

Jeohücreler neden yapılır?

Jeohücreler genellikle yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) plastikten veya diğer modern polimer malzemelerden yapılır.

Jeohücreler toprak stabilitesini nasıl artırır?

Jeohücreler, yanal toprak hareketlerini engelleyerek, daha güçlü bir kompozit tabaka oluşturarak ve yükleri daha geniş bir alana dağıtarak toprak stabilitesini artırır.

Geleneksel yöntemlere göre neden jeohücreler tercih edilir?

Jeohücreler, çeşitli zemin koşullarına daha iyi uyum sağlar, daha az dolgu malzemesi gerektirir ve geleneksel yöntemlere kıyasla maliyet açısından daha verimli olup kurulum süreleri daha hızlıdır.

Geçici yol inşaatlarında jeohücreler kullanılabilir mi?

Evet, jeohücreler esnek yapıları ve kolay kurulumları sayesinde özellikle zorlu veya engebeli arazilerde geçici yollar için uygundur.

Jeohücreler çevre dostu mudur?

Jeohücreler yerel ve geri dönüştürülmüş malzemelerin kullanımını destekleyerek yeni kaynak ihtiyacını azaltır ve çevresel etkileri en aza indirerek sürdürülebilirlik hedeflerine katkı sağlar.