KONU: SUNUM YAPAN: - DOLGU BARAJLARDA TASARIMA YÖNELİK ANALİZLER -KİL ÇEKİRDEKLİ DOLGU BARAJLAR - ASFALT ÇEKİRDEKLİ BARAJLAR MUSTAFA SELVİ

Transkript

1 KONU: SUNUM YAPAN: - DOLGU BARAJLARDA TASARIMA YÖNELİK ANALİZLER -KİL ÇEKİRDEKLİ DOLGU BARAJLAR - ASFALT ÇEKİRDEKLİ BARAJLAR MUSTAFA SELVİ

2 DOLGU BARAJLARDA TASARIMA YÖNELİK ANALİZLER

3 Analizler genel olarak 3 başlıkta toplanabilir; 1. Şev Stabilitesi Analizleri (Limit Denge Analizi) 2. Gerilme Deformasyon Analizleri 3. Sızma Analizi

4 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.

5 Hal Emniyet Katsayısı Yükleme Durumu İnşaat Sonu 1.3 Olağan dışı İnşaat Sonu Depremli > 1.0 Ekstrem (İED) 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.

6 Yatay Eşdeğer Deprem Katsayısı k katsayısı seçilirken; k 1. K=(0,40~0,60)a max a max : Seçilen depremin pik ivmesi (Peak Ground Acceleration) g den küçük ivmeler için PGA, 0.2g den büyük yer ivmeleri için ise ((PGA)^0.333)/3

7 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:

8 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.

9 Sızma analizi; Sızma Analizleri İşletme ve ani boşalma durumları için, geçici ve uzun dönem akım ağlarının belirlenmesi, Temelde sızmanın incelenmesi, Geçirimsizlik perdesi efektifliğinin belirlenmesi amaçlarıyla yapılır.

10 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.

11 KİL ÇEKİRDEKLİ DOLGU BARAJLAR

12 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

13

14 Homojen Dolgu Tipi

15 Merkezi Kil Çekirdekli Yarı Geçirimli Dolgu Barajlar

16 Merkezi Kil Çekirdekli Kum-Çakıl Dolgu Barajlar

17 Eğik Kil Çekirdekli Kum-Çakıl Dolgu Barajlar

18 Merkezi Kil Çekirdekli Kaya Dolgu Barajlar

19 Eğik Kil Çekirdekli Kaya Dolgu Barajlar

20 Karışık Zonlu Dolgu Barajlar

21 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.

22 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.

23 Malzeme, optimum rutubette, sıkıştırma gerecinin ağırlık ve tipine göre 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.

24 Yarı Geçirimli Geçirimli Kum Çakıl Dolgu Yarı geçirimli malzeme, geçirimlilik katsayısı K= 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 cm. dir.

25 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 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.

26 Kaya Dolgu(Devamı) 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.

27 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.

28 Riprap ve Koruma Tabakası Riprap, memba şevinde dolgunun su dalgaları etkisi ile yıkanmasını önlemek amacıyla yerleştirilir. Riprap Tabakası kalınlığı (cm) Ortalama Dane Çapı (D50) (cm) Geçirimli-Yarı Geçirimli veya Homojen Dolgu tiplerinde mansap şevini yağmur sularının erozyonundan korumak için 1.00 m ile 0.50 m kalınlığında koruyucu örtü malzemesi kaya ocağı artığından veya elek üstü malzemelerden temin edilebilir.

29

30

31 Kabuk Dolgu Kil Dolgu Kum Filtre

32 ASFALT ÇEKİRDEKLİ BARAJLAR

33 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.

34 Tipik Baraj Kesiti 1: Asfalt Çekirdek, 2: Filtre/Geçiş zonu, 3: Geçiş zonu, 4A 4B: Kaya dolgu 5: Riprap Koruyucu zon (Gerekmesi halinde)

35 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.

36 1: Asfalt çekirdek, 2-3: Filtre geçiş zonları, 4a: Kaya dolgu (ince)

37 1: Asfalt çekirdek, T: Filtre geçiş zonu, 3: Geçirimli malzeme

38 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.

39 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.

40 Uygun karışımlar ile imal edilmiş asfalt çekirdeklerde geçirimlilik katsayısı K 10-7 cm/s mertebesinde olmaktadır. Asfalt çekirdek sıkıştırma sırasında C arasında bir sıcaklığa sahip olmalıdır.

41 Asfalt Çekirdekte Optimum Birleşim Optimum birleşimde şunlar amaçlanır; Geçirimsizlik, Deformasyonların belli limitlerde tutulması ve hidrolik kırılmaya karşı stabil kalmak, Kayma gerilmelerine karşı dayanım, İşlenebilirlik

42 Optimum Birleşim Eğrileri 1- Rijit 2- Mineral birleşim fazlalığı 3- Yoğunluk 4- Yerleştirilebilirlik 5- Akışkanlık 6- Yumuşak 7- Bitüm

43 Gövde Zonları Çetin Barajı Fizibilite Aşaması Baraj Tip Kesiti 1: Asfalt Çekirdek, 2: Filtre zonu, 3: Geçiş zonu, 4A 4B: Kaya dolgu 5: Riprap Koruyucu zon

44 Filtre ve Destek Zonları Geçiş bölgesi kalınlığı 1.00 m ile 2.00 m arasındadır. Filtre/geçiş bölgelerinde maksimum dane çapının 60 mm olması, d 50 >10 mm ve d 15 <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.

45 Destek zonlarında dane çapları genellikle 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.

46 Sızma Performansı Baraj Adı Yeri Asfalt Çekirdek Alanı (m²) Sızma Miktarı (l/s) Megget İskoçya Finstertal Almanya Berdalsvatn Norveç Styggevatn Norveç - 20 Storvatn Norveç Lastioulles Nord Fransa - 75 Lastioulles Sud Fransa - 4.2

47 Örnek Tip Kesitler Hydropower and Dams, World Atlas, 2011 e göre, 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.

48 Murwani Barajı,Suudi Arabistan A: Rezervuar su kotu, 1: Asfalt çekirdek, T: Geçiş zonu, 2: Yarı geçirimli malzeme 3: Geçirimli malzeme, 4: Kaya dolgu, 5: Kontrol ve enjeksiyon galerisi, 6: Enjeksiyon perdesi

49 Grosse Dhünn Barajı, Almanya A: Rezervuar su kotu, 1: Asfalt çekirdek, 2: Geçiş zonu, 3: Küçük boyutlu kaya dolgu 4: İri boyutlu kaya dolgu, 5: Sınıflanmamış kaya dolgu, 6: Kontrol ve enjeksiyon galerisi

50 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: Riprap 5: Yatak malzemesi buzultaş içerikli

51 Asfalt Çekirdek Uygulamaları

52

53

54

55