Chemical, Mineralogical And Geotechnical Properties Of Gunkırı Tandır Clay


Günaydın H. İ., Çimen Ö., Dereli B.

1st International Rahva Technical and Social Researches Congress, Bitlis, Turkey, 4 - 05 December 2021, pp.170-172

  • Publication Type: Conference Paper / Summary Text
  • City: Bitlis
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.170-172
  • Akdeniz University Affiliated: Yes

Abstract

Clay and clay minerals, which are among the most important industrial minerals, are widely used in the solution of environmental problems, agriculture and construction due to their unique properties. They are natural materials and are effectively used as an impermeable soil material in core fillings of dam bodies, road structures and solid waste landfills.
Clay minerals can affect the structure of the soil. Therefore, it is necessary to determine the engineering properties properly. Montmorillonite, illite and kaolinite are commonly used clay mineral types formed by chemical weathering. Even if these minerals are found in small amounts, they can affect the engineering properties of the soil. For this reason correct determination of the clay behavior is important for the soil design. Soil index properties (particle-size distribution, relative density and consistency limits) are used to determine the behavior of clayey soils. They are practical because give quick results. In addition, the determination of their chemical and mineralogical properties is also necessary to fully reveal the behavior. Soil problems such as subsidence, shrinkage, swelling, leakage, and piping are usually the result of faulty design and materials. These problems are caused by clay materials, which tend to disperse in water, and they are also defined as dispersive clay soils.

This study was carried out to determine the chemical and mineralogical structure, soil index and engineering properties of the Günkırı Tandır Clay, which was taken by being disturbed from the Günkırı town of Bitlis Güroymak district, to represent the entire land. The chemical components of the powdered Günkırı tandoori clay were carried out in the ICP-OES device. Mineralogical properties were determined by X-ray diffraction method (XRD) and images were obtained by scanning electron microscope (SEM). The particle size distribution was determined by the sieve analysis method, the silt and clay content was specified by the hydrometer analysis method (TS EN ISO 17892-4, 2016), and the unit volume weight of the soil grains was determined by the pycnometer method (TS EN ISO 17892-3, 2016). Liquid limit, plastic limit and shrinkage limit, optimum water content, and maximum dry unit weight were carried out according to TS 1900-1 (2006); permeability, pinhole, and crumb tests were executed according to TS 1900-2T1 (2007). As a result of the chemical analysis, it was observed that the SİO2, Al2O3 and Fe2O3 amounts of Günkırı Tandır Clay were higher than the other components. Percentage of the particle size distribution of this clay, were determined by weight gravel 8.3%, sand 22.4%, silt 36.3%, clay 33%. Also, particle density was specified as 2.765 g/cm3, the liquid limit was 43%, the plastic limit was 17%, and the shrinkage limit was 12.89%. Compaction test results show that the optimum water content is 16% and the maximum dry unit weight is 17.43 kN/m3. According to the permeability test, no water flow was observed from the samples for 20 days and therefore the experiment was terminated. It showed a clear feature (ND1) in the pinhole test, and cloudiness wasn’t observed in the crumb test.

As a results, the high level of SiO2 content in Günkırı Tandır clay is related to the existing quartz mineral in the relevant clay. In this study, XRD analysis showed that along with illite minerals, silicate and carbonate group, non-clay minerals were also found and these results were supported by SEM images. As a result of the consistency limit values, Günkırı Tandır clay was considered to be low plasticity (CL) clay group according to the ASTM D 2487. It showed an impermeable property according to the permeability test. Also, it was evaluated that this clay wasn't dispersive according to the pinhole and crumb tests.

 Keywords: Günkırı tandır clay; Soil index properties; Bitlis

En önemli endüstriyel minerallerden olan kil ve kil mineralleri özelliklerinden dolayı çevresel sorunların çözümü ile tarım ve inşaat uygulamalarında yaygın bir biçimde kullanılmaktadır. Killer özellikle baraj gövdelerinin çekirdek dolgularında, yol yapılarında ve katı atık depolama tesislerinin taban sızdırmazlığında doğal malzeme olarak etkili bir şekilde kullanılmaktadır. Kil minerali zeminin yapısını etkileyebildiğinden, bu doğal malzemenin mühendislik özelliklerinin çok iyi belirlenmesi gerekmektedir.

Kimyasal ayrışma sonucu oluşan kil minerallerinden yaygın olarak kullanılanlar illit, montmorillonit ve kaolinitdir. Bu mineraller herhangi bir zemin kütlesinde çok az miktarda bulunsa bile, zeminin mühendislik özelliklerini etkileyebilmektedir. Bundan dolayı killi zeminlerin göstereceği davranışın sağlıklı olarak belirlenmesi, yapılacak tasarım açısından önemlidir. Killi zeminlerin davranışlarının belirlenmesinde hızlı sonuçlar verebilen zemin indeks özellikleri kullanılmaktadır. Bunlar dane boyu dağılımı, zemin danelerinin bağıl yoğunluğu ve kıvam limitleridir. İndeks özellikleri ile birlikte killi zeminin kimyasal ve mineralojik özelliklerinin belirlenmesi de, kilin davranışlarının tam olarak ortaya konması açısından gereklidir. İnşaat uygulamalarında doğru bir tasarım yapılmadığında; yapılarda göçme, oturma, büzülme, şişme, sızma ve borulanma problemleri oluşabilir. Bu tür sorunlara su içinde dağılma eğilimi gösteren kil malzemeleri sebep olmakta ve bunlar aynı zamanda dispersif kil zemin olarak da tanımlanmaktadır.

Bu araştırma Bitlis’in Güroymak ilçesine bağlı Günkırı beldesinden tüm araziyi temsil edecek şekilde örselenerek alınan tandır kilinin kimyasal ve minerolojik yapısı ile zemin indeks ve mühendislik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla yapılmıştır. Toz haline getirilen Günkırı tandır kilinin kimyasal bileşimleri ICP-OES cihazında tespit edilmiştir. Bu killerin minerolojik özellikleri X-ışınları kırınımı yöntemiyle (XRD) belirlenmiş ve görüntüleri de taramalı elektron mikroskobunda (SEM) görüntülemiştir. Dane boyu dağılımı elek analizi yöntemiyle, silt ve kil içeriği hidrometre analizi yöntemiyle (TS EN ISO 17892-4, 2016) ve zeminin dane yoğunluğu ise piknometre yöntemi ile (TS EN ISO 17892-3, 2016) belirlenmiştir. Likit limit, plâstik limit ve büzülme limitleri ile optimum su muhtevası ve maksimum birim hacim ağırlığı TS 1900-1 (2006), standartına göre permeabilite, iğne deliği ve dağılma deneyleri ise TS 1900-2T1 (2007), standartına göre yapılmıştır.

Yapılan kimyasal analizlerde Günkırı tandır kilinin SİO2, Al2O3 ve Fe2O3 miktarlarının diğer bileşiklere göre daha fazla olduğu belirlenmiştir. Geoteknik açıdan bu kilin dane boyu dağılımlarından ağırlıkça; çakıl yüzdesi %8.3, kum yüzdesi %22.4, silt yüzdesi %36.3 ve kil yüzdesi ise %33 olarak belirlenmiştir. Ayrıca, dane yoğunluğu 2.765 g/cm3, likit limit %43, plastik limit %17 ve büzülme limiti %12.89 olarak tespit edilmiştir. Kompaksiyon deneyi sonucunda da optimum su muhtevası %16 ve maksimum kuru birim hacim ağırlığı ise 17.43 kN/m3 olarak belirlenmiştir. Permeabilite deneyine göre, örneklerden 20 gün boyunca su geçişi gözlenmemiş ve bundan dolayı deney sonlandırılmıştır. İğne deliği deneyine göre berrak bir özellik (ND1) gösteren Günkırı tandır kili, aynı zamanda dağılma deneyine göre de bulanıklık göstermemiştir.

Sonuç olarak; Günkırı tandır kilinde SİO2 içeriğinin yüksek seviyelerde bulunması ilgili kildeki mevcut kuvars minerali ile ilişkilidir. Bu araştırmada XRD analizi sonuçlarına göre illit minerali ile birlikte silikat ve karbonat grubu kil olmayan minerallerin de bulunduğu belirlenmiş ve SEM görüntüleri ile bu sonuçlar desteklenmiştir. Kıvam limiti değerleri sonucunda Günkırı tandır kilinin ASTM D 2487 standardına göre düşük plastisiteli (CL) kil grubuna girdiği görülmüş, permebalite deneyine göre geçirimsiz bir özellik gösterdiği belirlenmiş, ayrıca iğne deliği deneyi ve dağılma deneyi sonuçlarına göre de bu kilin dispersif olmadığı değerlendirilmiştir. 

Anahtar kelimeler: Günkırı tandır kili; Zemin indeks özellikleri; Bitlis