KONU: ÖN YÜZÜ BETON KAPLI DOLGU BARAJLAR SUNUM YAPAN: IŞIN ERGENEMAN

Transkript

1 KONU: ÖN YÜZÜ BETON KAPLI DOLGU BARAJLAR SUNUM YAPAN: IŞIN ERGENEMAN 1

2 SUNUM İÇERİĞİ Ön Yüzü Beton Kaplı Dolgu Barajların Tarihçesi ve Genel Tasarım Özellikleri Temel kazıları ve iyileştirmeler Topuk plağı, ön yüzey betonu ve derzlerin tasarım esasları Baraj dolgu zonları ve parapet duvarın tasarım esasları Hasar gören yüksek barajlardan örnekler ve alınan dersler 2

3 ERKEN DÖNEM ( ) GEÇİŞ DÖNEMİ ( ) MODERN DÖNEM (1965 ) California Altına Hücum döneminde madencilerin inşa ettiği kaya dolgu barajlar (ön yüzleri ahşap, maks. 25 m., çokdikeğimler) İlk ön yüzü beton dolgu baraj : Chatsworth Park 1895 California Geçiş döneminin son örneği New Exchequer Dam 1965 California (150 m. Yükseklik) Sorunlar: Yığma kaya dolgu nedeniyle yüksek oturmalar Kaya dolgunun sıkıştırılması ile ilgili sorunlar Ciddi sızıntı problemleri Foz do Areia Barajı Brezilya (160 m. yükseklik) Modern dönemin ÖBKB ye güveni oluşturan bir örneği. Titreşimli silindirlerin gelişmesi Sulama ile dolgu zonlarının daha iyi sıkıştırılması Gelişen baraj performansı 3

4 MODERN DÖNEM DÜNAYDAKİ VE TÜRKİYE DEKİ ÖBKB ÖRNEKLERİ ÖN YÜZÜ BETON KAPLI BARAJ YÜKSEKLİĞİ (m) TAMAMLANMA TARİHİ ITAIPU, Paraguay/Brezilya TSQ 1, Çin ANTAMINA, Peru MOHALE, Lesotho CAMPOS NOVOS, Brezilya BARRA GRANDE, Brezilya BAKUN, Malezya SHUIBUYA, Çin KÜRTÜN, Gümüşhane TORUL, Gümüşhane DİM, Antalya ATASU, Trabzon SİLVAN, Diyarbakır İnşaat halinde 4

5 ÖBKB GENEL TASARIM ÖZELLİKLERİ Maksimum işletme su seviyesi Parapet Duvar Baraj Kret Kotu Ön yüzey betonu (Su bariyeri) Dolgu Tasarrufu Beton bordür Topuk Plağı Dolgu Zonları (Kuru Parametreler) Enjeksiyon perdesi Rezervuardaki su yükü Stabiliteye olumlu etki Dolgu zonları kuru Depremde boşluk suyu basıncı oluşmaması, iç erozyon olmaması 5

6 NEDEN ÖBKB TERCİH EDİLİYOR? Ekonomik nedenler dolgu miktarının azalması, inşaat süresinin kısalması (Ilısu Barajı gövde tasarımı kil çekirdekli dolgu tipinden ön yüzü beton kaplıya çevrilerek, toplam dolgu hacmi 43.8 Milyon m 3 ten 25 Milyon m 3 e indirilmiştir.) Her türlü geçirimli/yarı-geçirimli malzemenin kullanılabilmesi Kil malzemenin bulunamadığı durumlar Beton baraj için temelin uygun olmadığı yerler Depreme karşı dayanıklılık 6

7 TASARIM AŞAMASI ANALİZLER Tasarım esasıtasarım teorileri değil ampirik yöntemler Daha önceki tecrübeler Şev Stabilite Analizleri Gerilme-Deformasyon Analizleri (Oturma miktarının hesaplanması, kamber hesabı) Dinamik Analizler Deprem durumundaki oturma miktarının belirlenmesi (Hava payı 3-4 katı) Gövde Altı Sızma Analizleri 7

8 ÖBKB BARAJ ŞEVLERİ, KRET KOTU VE KRET GENİŞLİĞİ Maksimum su seviyesi (Muhtemel maksimum feyezan) Maksimum işletme su seviyesi Hidrostatik su basıncı Kaya dolgu Kum-çakıl dolgu Baraj Kret Kotu = Maks. İşl. s.s. + Maksimum hava payı veya Maksimum s.s. + Normal hava payı Kaya dolgu Kum-çakıl dolgu Memba şevi mansap şevinden daha dik Kret genişliği H<150 m 8-10 m H>150 m m 8

9 İNŞAAT OTURMA MİKTARININ HESAPLANMASI (Kamber) S = (γ r * H 2 )/(100 * E v ) S = Oturma (m) γ r = Kaya dolgunun birim hacim ağırlığı (kn/m 3 ) H = Barajdaki sütun yüksekliği (m) E v = Düşey deformasyon modülü (MPa) E v Oturma miktarı Baraj Kaya Cinsi E v (MPa) Foz de Aria Bazalt 32 Segredo Bazalt 45 Aguamilpa Çakıl 190 Salvajina Temiz Çakıl 390 Alto Anchicaya Hornblend-Diyorit 145 Golilas Kirli Çakıl 210 9

10 ÖN YÜZEY BETONU DEFORMASYON TAHMİNİ Maksimum deformasyon: Betona normal doğrultuda Baraj yüksekliğinin %40 - %50 sinde İnşaat oturma miktarına bağlı Vadi şekil faktörüne bağlı (A/H 2 ) Maksimum Ön Yüzey Betonu sapmasının H 2 /E v ye oranı (Pinto ve Marques, 1998) 10

11 TEMEL KAZILARI VE İYİLEŞTİRMELER Sıyırma kazısı Yüzey temizliği (Baraj temeli temizliğinin pratik olmaması halinde erozyon ve borulanmayı önleyici tedbir) Topuk plağı boyunca enjeksiyon uygulaması İnşaat kaydı Jeolojik harita Yüksek basınçlı hava ve su ile temizlik Topuk plağından uzaklaştıkça dolgu miktarı doğrusal olarak artmalı 11

12 TEMEL KAZILARI VE İYİLEŞTİRMELER Çevresel derz bölgesi altında dolgu yüksekliği0.6 m-1.0 m Lokal boşluklar beton ile desteklenir. A : Topuk plağı B : Ön yüz betonu C : Beton dolgu D : 1D:2Y eğim E : Ana kayaya 4 m saplanmış ankraj demiri 12

13 ALÜVYON ÜZERİNE ÖBKB TASARIMI Alüvyonun taşıma gücü / ekonomik değerlendirmeler Alüvyon tamamen kazılabilir. Alüvyonun üzerinde ÖBKB. Topuk plağı sağlam kayaya oturabilir. Alüvyonda sızdırmazlık perdesi mafsal ile topuk plağına bağlanır. Bakır Su Tutucu Düşey Cut-Off Duvarı Derz Dolgusu Topuk Plağı o o Arkun Barajı (140 m), 60 m alüvyon üzerinde, inşaat halinde Puclaro Barajı, Şili, 2000 (80 m) 113 m alüvyon üzerinde 13

14 ALÜVYON KAZILARAK TOPUK PLAĞININ YERLEŞTİRİLMESİ Topuk plağı sağlam kayaya oturtulması durumunda, topuk plağı mansabında kazının baraj yüksekliğinin 1/3 ü kadar bölgede kazılması önerilir. 14

15 TOPUK PLAĞI TASARIMI Topuk plağı ilk olarak Terzaghi nin 1960 yılında, beton cut-off duvarı eleştirisi Exchequer ve Cabin Creek Barajları Topuk plağı uzunluğu o Sağlam, enjeksiyona elverişli ve erozyona karşı dayanıklı kaya 3 10 m o Sağlam olmayan, zayıf kayalar Daha uzun topuk plağı A B C D E F G H I Sürüklenmeyen 1/18 >70 I ile II 1 ile 2 <1 1 II Az sürüklenebilir 1/ II ile III 2 ile 3 1 ile 2 2 III Sürüklenebilir 1/ III ile IV 3 ile 5 2 ile 4 3 IV Çok sürüklenebilir 1/ IV ile VI 5 ile 6 >4 4 A = Ana kayanın sınıflandırılması ( I en iyi, IV en kötü) B = Ana kayanın durumu C = Minimum Hidrolik Gradyan Oran: Topuk plağı genişliği/rezervuar su yüksekliği D = Kaya Kalitesi Sınıflandırması, RQD, (%) E = Ayrışma Derecesi : I: sağlam ve masif kaya VI: rezidüel zemin F = Süreklilik Derecesi : 1= çok sağlam kaya 6: kırılgan kaya G = Ayrışmış makro süreksizliklerin sayısı, her 10 m. de bir H = Kazı Klası: 1 = patlatma gerektiren 2 = ağır kırıcı ve bir miktar patlatma gerektiren 3 = hafif kırıcı ile kazılabilir 4 = dozer bıçağı ile kazılabilir 15

16 TOPUK PLAĞI TASARIMI Topuk plağı kalınlığı o T (m) = H H=Su yükü (m) Tasarım kolaylığı Sabit kalınlık (0.3 m 0.4 m) Donatı oranı Tek sıra, her iki yönde, 0.3%, paspayı 100 mm İnşaat derzleri Donatı devam edecek şekilde Su tutucu İnşaat derzlerinde kullanılmaz Ankrajlar 3 sıra 26 (2 m x 2 m) 24 (1.5 m x 1.5 m) 16

17 TOPUK PLAĞI UYGULAMA ÖRNEKLERİ 17

18 TOPUK PLAĞI UYGULAMA ÖRNEKLERİ 18

19 İÇ TOPUK PLAĞI TASARIMI Kazıdaki Muhtemel Tasarruf Dış Topuk Plağı Ön Yüz Betonu İç Topuk Plağı Betonarme betonu (Donatı oranı %0.2, 20 cm kalınlık) Püskürtme betonu (Çelik hasır, 15 cm kalınlık) Dış topuk plağı ile bağlantı Su tutucu 19

20 İÇ TOPUK PLAĞI UYGULAMA ÖRNEĞİ 20

21 ÖN YÜZEY BETONU TASARIMI Panel genişliği: m, genelde 15 m Panel kalınlığı: e = e o + k* H H 100 m e = H H>100 m e sabit = 0.3~0.4 m H<60 m e 0 = 0,30m ~ 0,35m H Topuk plağı ile normal su seviyesi arası yükseklik G=(H/t) 200 G Hidrolik eğim t Hesap yapılan kottaki kalınlık H Hesap yapılan kot ile rezervuar su seviyesi arası kot farkı 21

22 ÖN YÜZEY BETONU TASARIMI Beton karışımı: 28 günlük hedef dayanım 20 MPa Agrega: 38 mm maksimum dane boyutu Donatı: Bir veya iki sıra Bölge Yatay Donatı Oranı Düşey Donatı Oranı Çevresel Derz Yakınında 0.40 % 0.40 % Çevresel Derz Haricinde 0.30 % 0.35 % *Topoğrafyada ani değişim gösteren bölgeler için donatı oranı artırılır. Paspayı: 100 mm ile 150 mm arasında seçilmesi önerilmektedir. 22

23 ÖN YÜZEY BETONU UYGULAMA ÖRNEKLERİ 23

24 ÖN YÜZEY BETONU UYGULAMA ÖRNEKLERİ 24

25 ÖN YÜZEY BETONU UYGULAMA ÖRNEKLERİ 25

26 DERZLERİN TASARIMI Her baraj için düşey büzülme ve genleşme derzlerinin yerleri, panel genişlikleri, ön yüzey betonu analiz sonuçlarına göre belirlenir. 26

27 ÇEVRESEL DERZ TASARIMI (150 m nin altındaki barajlar) 27

28 ÇEVRESEL DERZ TASARIMI (150 m den yüksek barajlar) 28

29 ÇEVRESEL DERZ UYGULAMA ÖRNEKLERİ 29

30 DÜŞEY GENLEŞME DERZİ 1 : Ön yüzey betonu donatısı 2 : Harç desteği 3 : Alt su tutucu 4 : Üst su bariyeri 5 : Yüksek ÖBKB ler için ezilme donatısı 30

31 DÜŞEY BÜZÜLME DERZİ 1 : Harç desteği 2 : Ön yüzey beton donatısı 3 : Alt su tutucu 4 : Geniş, vadi şekil faktörü yüksek vadilerde donatı devam ettirilebilir. Ahşap dolgu kullanımı irdelenmeli. 31

32 YATAY İNŞAAT DERZİ 1 : Ön yüzey betonu 2: Donatı üstünde devam eden inşaat derzi 3 : Derz boyunca devam eden donatı 4 : Donatı altında devam eden inşaat derzi 5 : 2B zonu 32

33 DÜŞEY DERZ UYGULAMA ÖRNEKLERİ 33

34 DOLGU ZONLARI VE ÖZELLİKLERİ 3D 1A:Kohezyonsuz silt, ince kum, uçucu kül 1B: Zaiyat dolgu 2A: Çevresel derz filtre zonu 2B: Yastık zonu 3A: Geçiş zonu 3B: Kaya dolgu zonu 3C: Kaya dolgu zonu 3D: Koruyucu dolgu 34

35 ÖN YÜZEY BETONU MANSAP DESTEK ZONLAR 2A VE 2B 1A ZONU: Kohezyonsuz silt, ince kum, uçucu kül Maksimum dane boyutu : 150 mm cm lik tabakalar Düşük sıkıştırma İŞLEVİ: Ön yüzey betonunda oluşabilecek çatlakların içerisine sürüklenmek yolu ile arkadaki filtre zonlarını tıkaması 1B ZONU: Zayiat dolgu (Silt, kil, kum ve çakılın rastgele karışımı) cm lik tabakalar İŞLEVİ: Düşük sıkıştırma 1A Zonunu korumak 35

36 ÖN YÜZEY BETONU MEMBA KORUYUCU ZONLAR 2A VE 2B 2A ZONU: Çevresel derz filtre zonu - kohezyonsuz İŞLEVİ: Topuk plağı arkası 1.5 m yükseklikteki bölge cm lik tabakalar Yüksek sıkıştırma (2B ile aynı) Çevresel derzdeki su tutucularda sorun olması halinde 1A zonu malzemesine filtre teşkil etmesi, Filtre kriterlerini sağlamalı, içsel stabilitesi olmalı 2B ZONU: Yastık zonu (kum, çakıl filtre) 2 4 m kalınlıkta, 40 cm lik tabakalar Önerilen hedef permeabilite: 1 x 10-4 cm/s Yüksek sıkıştırma (Min. 10 ton titreşimli silindir ile en az 4 pas) İŞLEVİ: Ön yüzey betonu için düzgün ve az geçirimli destek 36

37 2A VE 2B ZONLARI TAVSİYE EDİLEN DANE BOYU DAĞILIMLARI ABD STANDART ELEKLER ELEK BOYUTU (mm) 2A BÖLGESİ İÇİN TAVSİYE EDİLEN DAĞILIM 2B BÖLGESİİÇİN TAVSİYE EDİLEN DAĞILIM ½ ¾ No No No No (kohezyonsuz) 37

38 DOLGU ZONLARI 3A, 3B, 3C, vb. (Artan maksimum dane boyutuna göre) 3A ZONU: Geçiş zonu (2B ve 3B zonları arasında) Filtre kriterlerini sağlamalı Maksimum dane boyu 30 cm, en fazla 45 cm lik tabakalar Yüksek sıkıştırma (10 ton minimum 4 pas) İŞLEVİ: 2B zonu malzemesinin 3B zonuna borulanmasını önlemek Filtre kriterlerini sağlamalı, içsel stabilitesi olmalı 3B ZONU: Kaya dolgu (Ön yüzey betonu davranışında önemli) Maksimum dane boyu 60 cm, 90 cm lik tabakalar En az 300 lt/m 3 su, Yüksek sıkıştırma (15 ton, 6 pas) 3C ZONU: Kaya dolgu (Kazıdan çıkan malzeme) Maksimum dane boyu 90 cm, 120 cm lik tabakalar En az 300 lt/m 3 su, Orta sıkıştırma (10 ton, 4 pas) 3D ZONU: Mansap koruyucu dolgu (en az 1 m çapında) 38

39 ÖN YÜZÜ BETON KAPLI KUM ÇAKIL DOLGU BARAJ o 1 : 1A ZONU 2 : 1B ZONU 3 : 2B ZONU 4 : 2A ZONU 5 : 3A ZONU 6 : 3B ZONU Örnek: Karacasu Barajı, Aydın, 60 m 7 : 3C ZONU 8 : 3D ZONU 9 : Topuk drenajı 10 : Düşey ve yatay drenaj zonu 11 : Ön yüzey betonu 12 : Alüvyon 39

40 İNŞAAT ESNASINDA 2B ZONUNUN KORUNMASI Yağmur esnasında erozyondan korumak Ön yüzey betonu kalıp-donatı çalışmaları için sert yüzey Püskürtme betonu, asfalt veya şerbet uygulamaları Beton bordür yöntemi (70-75 kg/m 3 çimento) Ön Yüz Koruması Topuk Plağı Beton bordür kalıbı 2A Zonu Avantajları: Beton Mikseri Segregasyonun azalması Erozyondan korunma, Uygulama kolaylığı Temiz, pürüzsüz yüzey oluşumu 2B zonunun kolaylıkla sıkıştırılması Tedbirler: Drenaj tedbiri Ön yüzey betonu ile bağ oluşumunu önlemek için yalıtım malzemesi 40

41 2B ZONUNUN KORUNMASI PÜSKÜRTME BETONU UYGULAMASI 41

42 42

43 PARAPET DUVAR TASARIMI Dolgu hacminin azaltılması Parapet duvar üst kotu (baraj kret kotu) İşletme ve su tutma sırasındaki oturmalar, dinamik deformasyon dikkate alınmalıdır. Ön yüzey beton kaplaması için artan yüzey alanı sağlar. Otokorkuluk Parapet Duvar 43

44 PARAPET DUVAR TASARIMI 8 m 7 m C L Dam Baraj aksı EL rete face EL Post-tensioning tendons Kaplama yol Sıkıştırılmış malzeme Sıkıştırılmış dolgu Diş 3D zonu Ön yüz Mevcut dolgu Mevcut yol 44

45 PARAPET DUVAR YÜKSEKLİĞİNE ÖRNEKLER Baraj Yüksekliği Parapet Duvar Baraj Yüksekliği m m El Pescador 43 5 Shiroro Golilas Khao Laem Mohale Salvajina Areia Aguamilpa Shuibuya

46 PARAPET DUVAR UYGULAMA ÖRNEKLERİ 46

47 ÖN YÜZÜ BETON KAPLI DOLGU BARAJLARDA MEYDANA GELEN HASARLAR Campos Novos Barajı Brezilya, 202 m, 2006 Kaya Dolgu (E=55 MPa) Vadi Şekil Faktörü (A/H 2 =2.57) Tek sıra su tutucu= Bakır ve mastik Yüksek basınç gerilmesi Ön yüzey beton kırılması Sızma miktarı= 1400 l/s 47

48 ÖN YÜZÜ BETON KAPLI DOLGU BARAJLARDA MEYDANA GELEN HASARLAR Campos Novos Barajı, Brezilya, 202 m 48

49 ÖN YÜZÜ BETON KAPLI DOLGU BARAJLARDA MEYDANA GELEN HASARLAR Barra Grande Barajı, Brezilya, 140 m, 2005 Kaya Dolgu (E=40-50 MPa) Vadi Şekil Faktörü (A/H 2 =3.15) Uygun olmayan merkezi düşey büzülme derzleri Yüksek basınç gerilmesi Ön yüzey beton kırılması Sızma >1300 l/s 49

50 ÖN YÜZÜ BETON KAPLI DOLGU BARAJLARDA MEYDANA GELEN HASARLAR TSQ 1 Barajı, Çin, 187 m, 1998 Kaya Dolgu (E=40 MPa) Vadi Şekil Faktörü (A/H 2 =5.68) Uygun olmayan merkezi düşey büzülme derzleri Yüksek basınç gerilmesi Ön yüzey beton kırılması Sızma= 70 l/s 50

51 ÖN YÜZÜ BETON KAPLI DOLGU BARAJLARDA MEYDANA GELEN HASARLAR Mohale Barajı, Lesotho, 145 m Kaya Dolgu (E=32 MPa) Vadi Şekil Faktörü (A/H 2 =3.85) Düşey büzülme derzi kırılması Krette hasar Sızma= 600 l/s 51

52 ÖN YÜZÜ BETON KAPLI DOLGU BARAJLARDA MEYDANA GELEN HASARLAR Mohale Barajı, Lesotho, 145 m 52

53 ÖN YÜZEY BETONU TAMİRİ 53

54 ÖN YÜZEY BETONU TAMİRİNDE GEOMEMBRAN KULLANIMI 54

55 ALINAN DERSLER Ön yüzey betonu tasarımının doğru şekilde yapılması o Ön yüzey betonunun davranışının numerik modeller ile doğru şekilde analiz edilmesi o Merkezdeki düşey büzülme derzlerinin ve düşey genleşme derzlerinin doğru şekilde seçilmesi o Dik yamaçlar yakınında ve vadi faktörü dikkate alınarak gerektiğinde merkezi derzlerde panel genişliğini azaltarak, derz sayısının artırılması 55

56 ALINAN DERSLER Merkezdeki düşey büzülme derzlerindeki gelişmeler o Merkezdeki ön yüzey betonunun daha kalınlaştırılması o Merkezdeki düşey büzülme derzinde sıkışabilir ahşap malzeme kullanımı o Ezilme donatısı kullanımı (Anti-spalling rebars) o Derz üstündeki V şeklindeki girintinin azaltılması o Harç desteğinin teorik ön yüzey betonu hattı dışında tutulması o Bakır su tutucunun merkezindeki girintinin azaltılması Beton Ezilme donatısı Üst su tutucu Sıkıştılabilir ahşap dolgu Bakır su tutucu Harç desteği Ön yüz betonunun lokal olarak kalınlaştırılması 56

57 ALINAN DERSLER Mansap tarafındaki 3C zonunun 3B zonundan daha düşük Elastisite Modülüne sahip olması durumunda krete yakın bölgede 3C zonunun sınırlanması H/5 H/4 3B zonu 3C Geçiş bölgesi Düşük modüllü dolgunun kret bölgesinden uzak tutulması 57

58 ALINAN DERSLER Özellikle vadi şekil faktörü (A/H 2 )< 4 olan barajlar için dolgu zonlarının elastisitesinin azaltılması (Yüksek Elastisite Modülü) o Katman yüksekliğinin azaltılması o Daha yüksek sıkıştırma enerjisi o Sıkıştırma sırasında daha fazla su kullanımı (memba için> 200 l/m 3, mansap için>100 l/m 3 ) o İyi derecelendirilmiş malzeme kullanımı o İnşaat esnasında dolgunun sıkışma miktarının sürekli olarak denetlenmesi Beton bordür kullanımı ve beton bordürde derz uygulanması Beton bordür ile ön yüzey betonu arasında bitümlü malzeme kullanımı ile bağ oluşumunun önlenmesi Ön yüzey betonunun t 0.6 m olduğunda veya kritik bölgelerde (topuk plağı yakınında, düzensizlik olan bölgelerde) çift sıra donatı 58

59 ÖN YÜZÜ BETON KAPLI BARAJLAR PERFORMANSLARI KİLİT NOKTALARI Aşırı miktarlardaki sızıntılar bile ÖBKB lerin stabilitesi ile ilgili herhangi bir risk oluşturmamıştır. Ön yüzey betonu ve merkezi büzülme derzleri hasarlı olan bütün barajlar tamir edilmiş, ikinci su tutma aşaması sonrasında veya rezervuara silt ilavesi sonrasında iyi performans sergilemiştir. Doğru tasarım yaklaşımı, baraj performansı için vazgeçilmezdir, aynı zamanda işletme ve rehabilitiasyon maliyetlerini de azaltacaktır. Gelecekteki baraj tasarımlarına ışık tutması açısından, işletmede ve inşa halinde olan ÖBKB lerde, baraj ölçüm aletleri verilerinin doğru periyodlarda okunması ve verilerin geri analiz ile yorumlanması özellikle önem taşımaktadır. Ön Yüzü Beton Kaplı Barajlar, gelişen teknolojisi ve performansları ile gelecekte de başlıca baraj tipleri arasındaki yerini koruyacaktır. 59

60 ÖN YÜZÜ BETON KAPLI DOLGU BARAJLAR Işın ERGENEMAN ERGES Mühendislik Müşavirlik Ltd. Şti. 60