konu: - dolgu barajlarda tasarima yÖnelİ sunum … · sunum yapan: mustafa selvİ ... •...

KONU: - DOLGU BARAJLARDA TASARIMA YÖNELİK ANALİZLER- KİL ÇEKİRDEKLİ DOLGU BARAJLAR- ASFALT ÇEKİRDEKLİ BARAJLAR

SUNUM YAPAN: MUSTAFA SELVİ

DOLGU BARAJLARDA TASARIMA YÖNELİK

ANALİZLER

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Analizler genel olarak 3 başlıkta toplanabilir;

1. Şev Stabilitesi Analizleri (Limit Denge Analizi)

2. Gerilme – Deformasyon Analizleri

3. Sızma Analizi

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Şev Stabilitesi• Dolgu baraj şevleri, dinamik analiz yapabilmek

için bilgisayar kapasiteleri ve bilgisayar programları günümüzde olduğu gibi geliştirilmeden önce yarı - statik şev stabilite analizleri ile projelendirilmiştir. Günümüzde ise, ön tasarımda halen yarı – statik yöntem kullanılmakla birlikte, dinamik analizler ile nihai baraj gövdesi şevleri belirlenmektedir.

• Şev stabilite analizlerinde sağlanması gereken minimum emniyet katsayıları şu şekildedir.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Hal Emniyet Katsayısı

Yükleme Durumu

İnşaat Sonu 1.3 Olağan dışı

İnşaat Sonu Depremli (İED)

> 1.0 Ekstrem

İşletme 1.5 Olağan

İşletme Depremli (İED) 1.2 Olağan dışı

İşletme Depremli (EED) > 1.0 Ekstrem

Ani Boşalma* 1.2 Olağan dışı

Ani Boşalma Depremli (İED)**

> 1.0 Ekstrem

* Ön yüzü kaplamalı barajlarda dikkate alınmayacaktır.** Sadece pompajlı depolamalar için uygulanacaktır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Yatay Eşdeğer Deprem Katsayısı “k”

k katsayısı seçilirken;

1. K=(0,40~0,60)amax

amax: Seçilen depremin pik ivmesi (Peak Ground Acceleration)

2. 0.2g´den küçük ivmeler için PGA, 0.2g den büyük yer ivmeleri için ise ((PGA)^0.333)/3

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Gerilme - Deformasyon Analizleri• Sonlu elemanlar, sonlu farklar, sınır

elemanlar veya bu metodların birlikte kullanıldığı karma (hybrid) elemanlar yöntemleri kullanılarak gerilme –deformasyon analizleri yapılmalıdır.

• Analizler sırasında, mümkün olduğunca aşağıda verilen hususlara dikkat edilmelidir:

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Baraj inşaatı kademeli olarak modellenmeli.

2. İnşaat sonu ve işletme hallerinde ayrı ayrı, ivme – zaman grafikleri modele yansıtılmalı ve kalıcı deplasmanlar hesaplanmalıdır.

3. Baraj İED durumunda işlevini sürdürebilmeli ve EED durumunda, çok büyük felaketlere neden olabilecek boyutlarda stabilitesini kaybetmemelidir.

4. Ön projelendirme aşamasında, dinamik analiz sonuçları Makdisi ve Seed Metodu ve Bureau Metodu gibi basitleştirilmiş analitik yöntemlerle karşılaştırılabilir.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Sızma AnalizleriSızma analizi;

• İşletme ve ani boşalma durumları için, geçici ve uzun dönem akım ağlarının belirlenmesi,

• Temelde sızmanın incelenmesi,• Geçirimsizlik perdesi efektifliğinin

belirlenmesi amaçlarıyla yapılır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

• Model için öncelikle sayısal ağ modeli oluşturulmalıdır.

• Baraj tipine ve yapılan malzeme deneylerine uygun olarak malzeme parametreleri belirlenmelidir.

• Sınır koşulları (memba ve mansap su seviyeleri) belirlenmeli ve modele tanıtılmalıdır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

KİL ÇEKİRDEKLİ DOLGU BARAJLAR

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Kil çekirdekli barajlar; baraj yeri jeolojisi, topoğrafya ve temel şartları gibi nedenler gözönünde bulundurularak iki şekilde tasarlanabilirler;

1. Merkezi kil çekirdekli

2. Membaya doğru eğik kil çekirdekli

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Homojen Dolgu Tipi

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Merkezi Kil Çekirdekli Yarı Geçirimli Dolgu Barajlar

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Merkezi Kil Çekirdekli Kum-Çakıl Dolgu Barajlar

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Eğik Kil Çekirdekli Kum-Çakıl Dolgu Barajlar

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Merkezi Kil Çekirdekli Kaya Dolgu Barajlar

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Eğik Kil Çekirdekli Kaya Dolgu Barajlar

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Karışık Zonlu Dolgu Barajlar

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Dolgu Malzemelerinde Aranan Genel Kriterler

• Suda çözülebilir, inorganik ve likit limiti 80’in üzerinde olan geçirimsiz malzeme dolguda kullanılmamalıdır.

• Su muhtevası optimumda olan bir malzeme ile dolgu yapılabilir. Geç drene olabilen kil malzemeyi dolguda kullanmak sakıncalı olabilir.

• Kaya dolgu barajlarda sağlam kaya malzemesinin kullanılması tercih edilir. Kazı esnasında veya dolgu sırasında ezilebilen ve dolguyu geçirimsiz hale getiren malzeme kullanılmamalıdır.

• Soğuk iklimlerde don etkisine karşı dış kabuk dolgularında daha sağlam malzeme kullanılmalıdır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Geçirimsiz Dolgu• Genel olarak geçirimsiz kil çekirdek daha

geçirimli kabuk dolgular ile desteklenirler. • Kil çekirdeğin genişliği sızma, borulanma ve

sismik parametreler dikkate alınarak tespit edilmelidir. Genel olarak kil çekirdeğin taban genişliği, maksimum su seviyesi ile kuyruksuyu seviye farkının %25’ne eşit veya daha fazla olmalıdır. Kil çekirdeğin kret seviyesindeki genişliği batardolarda en az 4.00 m, baraj gövdesinde en az 6.00 m olmalıdır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

• Malzeme, optimum rutubette, sıkıştırma gerecinin ağırlık ve tipine göre 20-30 cm’lik tabakalar halinde serilerek sıkıştırılır. Genel olarak zonlar arasında en fazla 1.00 m kot farkı oluşmasına izin verilir.

• Kuru arazi kesafetinin laboratuvarda normal proktor deneyi ile bulunan maksimum kuru kesafete oranı %98’in altına düşmeyecektir.

• Dolguda kullanılan kil malzemenin (PI) Plastisite İndisinin 15’in altında olmamasına özen gösterilmelidir.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Yarı Geçirimli – Geçirimli Kum Çakıl Dolgu

• Yarı geçirimli malzeme, geçirimlilik katsayısı K=10-4 – 10-6 cm/s arasında olan ve içinde ince tane oranı %12’den az olan malzemedir.

• Geçirimli malzeme, geçirimlilik katsayısı K= 10-4

cm/s’den büyük, ince tane içeren kum-çakıl ve bloklardan oluşan malzemedir. İnce malzeme miktarı %5’den fazla olmamalıdır.

• Kum-çakıl karmaşığı malzemede max. tane çapı 7.5 cm’den daha büyük olmamalıdır.

• Aksine bir durum olmadıkça sıkışmış tabaka kalınlığı 25-30 cm.’dir.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Kaya Dolgu• Özgül ağırlık 2.60 gr/cm³’den büyük olmalıdır. • Don sonu direnç kaybı en fazla %10 olmalıdır.• Los Angeles aşınma kaybı 100 devirde en fazla

%10, 500 devirde en fazla %40 olmalıdır. Kaya malzeme içinde 2.5-10 cm çapında olan tane miktarı dolgunun %10’unu geçmemelidir.

• Dökme-serme-sıkıştırma işlemleri esnasında hiç bir şekilde parçalanmayacak ve ayrışmayacak nitelikte olmalıdır.

• Kaya ufağı olarak kullanılacak malzemenin maksimum boyutu yaklaşık olarak 30 cm’yi aşmamalıdır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

• İnce malzeme maksimum boyutu yaklaşık 30 cm, sıkışmış tabaka kalınlığı 40 cm.

• Orta malzeme maksimum boyutu yaklaşık 60 cm, sıkışmış tabaka kalınlığı 100 cm.

• İri malzeme maksimum boyutu yaklaşık 90 cm, sıkışmış tabaka kalınlığı 120 cm.

• Sıkıştırma aleti tipi, ağırlığı ve hızına bağlı olarak pas sayısı belirlenmekle birlikte; 15 tonluk titreşimli silindir ile, ince malzemede 6 pas,orta ve iri malzemede 4 pas sıkıştırma yapılması önerilir.

Kaya Dolgu(Devamı)

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Filtre Dolguları• Filtrelerin yerleştirildiği zemin sağlam olmalıdır. • Temiz filtre malzemesi yerleştirme sırasında yeteri kadar nem

içermelidir. (%3 – 10)• Filtreler serbest drenajlı kum-çakıl dolgularında aranan şartlara uygun

şekilde, rölatif kesafeti %85’den büyük olacak şekilde sıkıştırılırlar.• Kalın malzemeli (maksimum tane ebadı 3") filtrelerin tabaka

kalınlıkları 20 cm’den aşağı olamaz. Daha ince malzemeli filtrelerin minimum tabaka kalınlıkları da 15 cm’den aşağı olamaz.

• Drenaj borularına yakın kısımlardaki filtre malzemesi yeteri büyüklükte kaba malzemeyi içermelidir.

• Filtre ve taban malzemesi tane dağılım eğrileri ince kısımlarda mümkün olduğu kadar birbirlerine paralel olmalıdır.

• Sıkıştırılmış tabaka kalınlığı ince filtre zonu için 40 cm’den ve kaba filtre zonu için 60 cm’den daha fazla olmayacak tabakalar halinde serilecektir.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Riprap ve Koruma TabakasıRiprap, memba şevinde dolgunun su dalgaları etkisi ile yıkanmasını önlemek amacıyla yerleştirilir.

RiprapTabakasıkalınlığı(cm)

Ortalama Dane Çapı

(D50) (cm)

60 3875 4590 53

Geçirimli-Yarı Geçirimli veya Homojen Dolgu tiplerinde mansap şeviniyağmur sularının erozyonundan korumak için 1.00 m ile 0.50 mkalınlığında koruyucu örtü malzemesi kaya ocağı artığından veya eleküstü malzemelerden temin edilebilir.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

KabukDolgu

KilDolgu Kum

Filtre

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

ASFALT ÇEKİRDEKLİ BARAJLAR

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Neden Asfalt Çekirdekli Baraj?• Geçirimsizliği sağlayacak malzemenin hem

nitelik hem de nicelik olarak uygun olmadığı veya taşıma mesafesinin kabul edilebilir sınırlar dışında kaldığı durumlarda seçilebilecek en uygun baraj tipleri arasındadır.

• Kayanın yüksek geçirgenliği nedeniyle sızma meydana gelse bile borulanma tehlikesi yaşanmaz.

• Asfalt çekirdek serme ve sıkıştırma işlemleri olumsuz hava şartlarına çok bağımlı olmadan yürütülebilmektedir.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1: Asfalt Çekirdek, 2: Filtre/Geçiş zonu, 3: Geçiş zonu, 4A – 4B: Kaya dolgu5: Riprap – Koruyucu zon (Gerekmesi halinde)

Tipik Baraj Kesiti

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Asfalt Çekirdek-Temel Kayası Kontağı

• Kaya temel ile asfalt çekirdek arasında beton bir platform teşkil edilerek geçirimsiz bir yüzey oluşturulur ve asfalt çekirdeğin temel boyunca uygun bir şekilde yerleştirilmesi sağlanır.

• Enjeksiyon perdesi için uygun bir platform elde edilir ve enjeksiyon için başlık betonu ihtiyacı ortadan kalkar.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1: Asfalt çekirdek, 2-3: Filtre – geçiş zonları, 4a: Kaya dolgu (ince)

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1: Asfalt çekirdek, T: Filtre – geçiş zonu, 3: Geçirimli malzeme

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Asfalt Çekirdek• Asfalt çekirdek, geçiş zonu ve filtre zonu ile

birlikte genel olarak 20 cm’lik kademeler halinde birlikte sıkıştırılarak imal edilmektedir.

• 30 m’den daha yüksek barajlarda asfalt çekirdek kalınlığı 50 cm ile 150 cm arasında değişmektedir.

• Pratikte asfalt çekirdeğin baraj temelinde maksimum kalınlığı, baraj yüksekliğinin %1’i kadar alınabilir.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

• Asfalt çekirdek içinde kullanılacak dolgunun (filler), kum ve çakıl dane çapı aralığı 0 – 18 mm arasında olmalıdır.

• Asfalt çekirdekteki bitüm oranı genellikle ağırlığın %6’sı oranında kullanılmalıdır. Bu oran %5.5 ile %6.5 arasında değişmektedir.

• Boşluk oranı ise hacmen %3’den daha az olmalıdır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

• Uygun karışımlar ile imal edilmiş asfalt çekirdeklerde geçirimlilik katsayısı K 10-7

cm/s mertebesinde olmaktadır. • Asfalt çekirdek sıkıştırma sırasında 140 –

155 °C arasında bir sıcaklığa sahip olmalıdır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Asfalt Çekirdekte Optimum Birleşim

Optimum birleşimde şunlar amaçlanır;

• Geçirimsizlik,• Deformasyonların belli limitlerde tutulması

ve hidrolik kırılmaya karşı stabil kalmak,• Kayma gerilmelerine karşı dayanım,• İşlenebilirlik

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1- Rijit2- Mineral birleşim fazlalığı3- Yoğunluk 4- Yerleştirilebilirlik5- Akışkanlık6- Yumuşak7- Bitüm

Optimum Birleşim Eğrileri

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Gövde Zonları

1: Asfalt Çekirdek, 2: Filtre zonu, 3: Geçiş zonu, 4A – 4B: Kaya dolgu5: Riprap – Koruyucu zon

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Çetin Barajı Fizibilite Aşaması Baraj Tip Kesiti

Filtre ve Destek Zonları• Geçiş bölgesi kalınlığı 1.00 m ile 2.00 m

arasındadır.• Filtre/geçiş bölgelerinde maksimum dane

çapının 60 mm olması, d50>10 mm ve d15<10 mm koşullarının sağlanması tavsiye edilmektedir.

• Asfalt çekirdekte meydana gelebilecek bir yırtılma durumunda, filtre zonlarındaki ince malzeme asfalt çekirdekte meydana gelen yırtığı tıkayarak sızmayı azaltmaktadır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

• Destek zonlarında dane çapları genellikle 0 – 200 mm arasındadır.

• Asfalt çekirdek ve filtre/geçiş bölgesi 0.20 m’lik tabakalar halinde ve beraber imal edilmekte, destek zonu ise genellikle daha yüksek tabaka kalınlıklarına (0.40 m gibi) sahip olarak imal edilmektedir.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Sızma Performansı

Baraj Adı Yeri Asfalt Çekirdek Alanı (m²)

Sızma Miktarı

(l/s)Megget İskoçya 20 000 1.6

Finstertal Almanya 37 000 2.5

Berdalsvatn Norveç - 2.5

Styggevatn Norveç - 20

Storvatn Norveç 79 000 10

Lastioulles Nord Fransa - 75

Lastioulles Sud Fransa - 4.2

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Örnek Tip KesitlerHydropower and Dams, World Atlas, 2011’egöre, 2011 yılı itibariyle 55 tanesi yapım aşamasında olmak üzere dünya üzerinde yaklaşık 150 adet asfalt çekirdekli baraj bulunmaktadır. Bu barajların çoğu Almanya, Norveç ve Çin’de bulunmaktadır. Şimdiye kadar tamamlanan en yüksek asfalt çekirdekli baraj 1997 yılında işletmeye açılan ve 128 m yüksekliğe sahip Storglomvatn barajıdır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Murwani Barajı,Suudi Arabistan

A: Rezervuar su kotu, 1: Asfalt çekirdek, T: Geçiş zonu, 2: Yarı geçirimli malzeme3: Geçirimli malzeme, 4: Kaya dolgu, 5: Kontrol ve enjeksiyon galerisi, 6: Enjeksiyon perdesi

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Grosse Dhünn Barajı, Almanya

A: Rezervuar su kotu, 1: Asfalt çekirdek, 2: Geçiş zonu, 3: Küçük boyutlu kaya dolgu4: İri boyutlu kaya dolgu, 5: Sınıflanmamış kaya dolgu, 6: Kontrol ve enjeksiyon galerisi

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Finstertal Barajı, Avusturya

A: Rezervuar su kotu, 1: Asfalt çekirdek , 2a: Geçiş zonu – buzultaş, 2b: Geçiş zonu –sınıflanmış kırmataş, 3a: Sınıflanmış kaya dolgu, 3b: Kaya dolgu – buzultaş, 4: Riprap5: Yatak malzemesi – buzultaş içerikli

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Asfalt Çekirdek Uygulamaları

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012