Ders 1.1 Toprak Dolgu Barajlar ve Genel Özellikleri

Transkript

1 İNM Ders 1.1 Toprak Dolgu Barajlar ve Genel Özellikleri Doç. Dr. Havvanur KILIÇ İnşaat Mühendisliği Bölümü Geoteknik Anabilim Dalı

2 İletişim Bilgileri İnşaat Mühendisliği Bölümü Geoteknik Anabilim Dalı

3 Kaynaklar 1. Sherard, J. L., Woodwaed, R.J., Gizienskki, S. F. And Clevenger, W, A. (1963) Earth and Earth-Rock Dams John Wiley and Sons, Inc. New York. 2. A Water Resources Technical Publication, (1973) Design of Small Dams United State Government Printing Office, Washington. 3. Manual (CECW-EG) (2004), General Design and Constructions for Earth and Earth-Rock-Fill Dams. Department of the Army U.S. Army Corps of Engineers, Washington, DC Edil, T. B (2003), Groundwater Seepage Notes University of Wisconsin-Madison.

4 HAFTALIK KONULAR VE İLGİLİ ÖN HAZIRLIK ÇALIŞMALARI Hafta Konular / Subjects Ön Hazırlık 1 Geoteknik araştırmaların planlanması,yürütülmesi ve raporlanması, Baraj tasarımı için arazi araştırmaları Textbook (1) (Ch. 4-5) 2 Torak dolgu barajlar, zonları ve seçimi, malzeme seçimi, tasarım örnekleri Textbook (1) (Ch. 8) 3 Toprak dolgu barajların temelleri ve hazırlanması, dolgu malzemelerinin kayma mukavemeti, Textbook (1) (Ch. 6-17) sıkışabilirlik ve permabilitesi/ 4 Toprak dolguların tasarım gereklilikleri (Sıkıştırma ve deneyler) Textbook (1) (Ch. 14) 5 Filtre tasarım kriterleri ve tasarım gereklilikleri Textbook (1) (Ch. 9) 6 Toprak dolgularda ve temel zemininde sızmanın belirlenmesi, Toprak dolgu barajlarda iç erozyon ve borulanma Textbook (1) (Ch. 10) 7 Dolgularda sızmanın, iç erozyon ve borulanmanın kontrol edilmesi Textbook (1) (Ch. 10) 8 Ara sınav 9 Stabilite analizleri, analiz yöntemleri,, limit denge analiz yöntemleri, Tasarım için kayma mukavemeti Textbook (1) (Ch. 11) parametrelerinin 10 Stabilite analizleri, kararlı akım durumu ve ani su çekilmesi durumları için boşluk suyu basıncı parametreleri ve analizler, tasarım kriterleri, stabilite analizlerinde karşılaşılan olumsuzluklar Textbook (Ch. 11) 11 Deformasyonların analizi, Deformasyon tipleri, temel zemini deformasyonları ve dolgu deformasyonları Textbook (1) (Ch. 7) 12 Yanal toprak basınçları, Donatılı toprak dolgular, Zeminin güçlendirilmesi, genel tasarım gereklilikleri Textbook (2) (Ch. 7) Textbook (2) (Ch. 8) 13 Ara sınav / Midterm 14 Geogrid, geotekstil ve metal şeritler ile donatılı toprak duvarlar- genel tasarım, iç ve dış stabilite Textbook (2) (Ch. 8) tahkikleri, örnekler 15 Donatılı şev tasarımı - genel tasarım kuralları stabilite tahkikleri, örnekler Textbook (2) (Ch. 8) 16 Final 1) Geotechnical Engineering of Dams, A.A.Balkema Publishers,Taylor and Francis Group plc, 2005, London, UK (2) Principles of Foundation Engineering, Seventh Edition, Cengage Learning, USA.

5 TOPRAK DOLGU BARAJLAR İnşaat malzemesinin %50 den fazlası zemin olan barajlara toprak dolgu barajlar denir. Toprak dolgu barajlar arkalarında su tutmak ve tutulan suyun planlanan şekilde kullanımına destek veren bir zemin yapısıdır. Toprak dolgu barajlarda, tabiattaki doğal malzemeler genellikle herhangi bir işlem görmeden kullanılabilir. Toprak dolgu barajların tarihçesi beton barajlardan daha eskidir. Tarihçesi 3000 yıl öncesine dayanır. Dünya da kayda giren barajın yaklaşık olarak %70 i toprak dolgu barajdır.

6 İnceleme, Tasarım ve İnşaat Arazi incelemeleri arazinin planlanan baraj inşaatı için uygunluğunun araştırılması Meteorolojik ve hidrolojik araştırmalar Topoğrafik ve jeolojik incelemeler Temel zemini araştırmaları- temel zemininin uygunluğunun incelenmesi Jeofizik yöntemler Sondajlar, numune alma Arazi deneyleri (geçirimlilik, sıkışabilirlik, taşıma gücü) Kaya kalitesi Dolgu malzemesi-kalite ve miktar olarak uygunluğunun belirlenmesi Jeolojik incelemeler Laboratuar deneyleri-kayma mukavemeti, kompaksiyon, geçirimlilik,.. Arazi deneyleri- kompaksiyon, yoğunluk, geçirimlilik,..

7 Tasarım Baraj gövdesinin stabilitesi Dolgu şevlerinin kaymaya karşı stabilitesi (boşluk suyu basıncının yapım sırasında ve sonrasında değerlendirilmesi) Sismik stabilite (sismik etkiler altında şevlerin stabilitesi ve malzeme davranışı, sıvılaşma, dinamik davranış analizleri) Zonlu toprak dolgu barajlarda farklı malzemelerin kontak yüzeylerinde stabilite kontrolleri kemerlenme, çarlama Temel zemininde ve dolguda sızma problemleri Sızma analizleri, borulanma, kaynama, kritik hidrolik eğim Temel zemininde iyileştirmeler Stabilite Sızma Şilte Drenaj önlemeleri

8 1 Temel baraj dolgusunu taşır ve baraj altından sızma olmamalıdır 2 Geçirimsizlik hendeği (cutoff trench) temel zemininde sızmayı önlemek için 3 Geçirimsizlik şiltesi temel zemininde sızmayı önlemek için geçirimsizlik hendeğine alternatif veya yardımcı olarak 4 Çekirdek temel zemininde sızmayı önlemek için 5 Filtreler zemin taşınmasını önlemek ve borulanmayı önlemek için 6 Kabul dolgu (shells) dolgu ve yapısal destek 7 Hava payı (freeboard) baraj gövdesi üstünden suyun aşamsını önlemek için 8 Rip-Rap dalga ve suyun dolguyu taşımasını önlemek 9 Kret (crest) baraj üzerinden ulaşımın sağlanması ve stabiliteyi artırmak

9 TOPRAK DOLGU BARAJLAR Toprak dolgu barajlar, inşası sırasında inşaat sonrasında (işletim aşamasında) güvenli ve stabil olmalıdır. Toprak barajların planlanması ve tasarımında Teknik gereklilikler Yönetimsel gereklilikler

10 Teknik gereklilikler Baraj, temel zemini ve dolgusu statik ve dinamik yükler altında stabil olmalıdır. Temel zeminine doğru sızıntı durumunda dolgunun stabilitesi sağlanmalı ve gerekli tedbirler alınmalıdır. Baraj dolgusu şevleri stabil olmalı. Baraj dolgusu su taşmasını engelleyecek şekilde yeterli yükseklikte yapılmalıdır.

11 Teknik gereklilikler Dolgu tasarımında temel zemininin ve dolgunun oturmaları göz önünde bulundurulmalıdır. Dolu savak ve çıkış ağızları menba tarafında meydana gelebilecek kontrolsüz su yükselmesi durumlarında dolgu üzerinden suyun taşmasına izin vermeyecek kapasitede yapılmalıdır.

12 Yönetimsel Gereklilikler Çevresel sorumluluklar İşletme ve bakım İzleme ve gözetim altında tutma Performansını izlemek için yeterli enstrümentasyon Tasarım, yapım ve işletme sırasında tutulan kayıtların dökümantasyonu Acil durum planı

13 Toprak dolgu bir baraj-üç boyutlu görünüş

14 Toprak dolgu baraj sınıflandırması Baraj Sınıfı Küçük Orta Büyük Baraj yüksekliği (m) 4.5 den az arasında 15 den büyük Büyük baraj; yüksekliği 15 m den daha fazla olan veya m yükseklik aralığındaki barajların - Kret genişliği 500m den daha küçük değilse - rezervuar kapasitesi 1milyon m 3 den daha küçük değilse - taşkın kapasitesi saniyede 2000m 3 den daha az değilse

15 Toprak dolgu barajı meydana getiren tesisler 1. Gövde ve tesisleri, 2. Dolusavak tesisleri, 3. Derivasyon tesisleri, 4. Dipsavak tesisleri, 5. Enerji İletim Tesisleri (Yalnız enerji amaçlı barajlarda vardır).

16 Toprak dolgu bir baraj-görünüş

17 1) GÖVDE VE TESİSLERİ Baraj Gövdesi: Akarsuyun vadisini kapayan bir seddedir. Ana görevi su sızmalarını önlemek ve stabiliteyi sağlamaktır. Baraj Gövde Tipleri Baraj gövdesinde kullanılan malzeme cinsine ve bundan yararlanma şekline göre sınıflandırma yapılır.

18 Baraj Gövde Tipleri I-Dolgu Barajlar a) Homojen gövdeli barajlar b) Zonlu barajlar - Toprak dolgu - Kaya dolgu - Karışık zonlu dolgu c) Memba şevi geçirimsiz kaplamalı kaya dolgu barajlar - Asfalt memba kaplamalı - Beton memba kaplamalı - Metal, vs. memba kaplamalı II- Beton Barajlar III- Karma Tipte Barajlar Çoğunlukla dolgu ve beton ağırlık gövde kombinasyonlarından oluşur.

19 Barajlar

20 2. DOLUSAVAK (spillway) TESİSLERİ Baraj gölüne gelebilecek büyük hacimli suların tehlikesizce baraj menbasından mansabına aktarılabilmesi için emniyet tesisidir. Üç kısımdan oluşur. Kontrol Tesisi: Gelen suyun akımının kontrol edildiği yerdir. Tahliye Kanalı: Savak kontrol kesitinden geçen suların tehlike oluşturmadan mansaba aktarılmasını sağlayan kısımdır. Enerji Kırıcı Tesisler: Tahliye kanalından gelen suların enerjisinin zararsızca kırılmasını sağlayan bir ünitedir.

21 Baraj planı

22

23 3. DERİVASYON TESİSLERİ Derivasyon, baraj inşaat alanının kuru tutulabilmesi için akarsu güzergahının geçici olarak değiştirilmesidir. Genellikle batardolar ve derivasyon tünelinden ibaret yapılardır. Batardolar baraj gövdesinin küçültülmüşü gibidir. Memba batardosu suyun baraj inşaatına girmesini önlediği gibi derivasyon tünelinden çıkan suyun inşaat alanına girmesini de önler.

24 4. DİPSAVAK TESİSLERİ Barajlarda depolanan suyu mansaba vanalar vasıtasıyla, kontrollu olarak veren tesistir. Genellikle dipsavak aşağıdaki yapılardan meydana gelir. 1. Su alma yapısı - Baraj gerisinde biriken suyun kullanılma amacı için istenilen miktarlarda alınmasını sağlayan elemanlardır. 2. Memba tüneli (Kondüvisi) - Su alma yapısı vasıtasıyla alınan suyu ileten yapıdır. 3. Tehlike vanası ve tıkacı - Cebri boru veya ayar vanasında tamirat gerektiğinde suyu kesen vanadır. 4. Cebri boru - Tehlike vanası ile ayar vanası arasında suyu ileten çelik borudur. 5. Ayar vanası ve ayar vana odası - İstenilen su miktarına göre ayar yapan vanadır. 6. Enerji kırıcı tesis - Suyun enerjisini alarak döküldüğü yere ve çevresine zarar vermesini önleyen yapıdır.

25 Baraj gövde tipinin seçimini belirleyen faktörler a)topoğrafya: Vadi profilinin şekli ve genişliği, projelendirilmesi tasarlanan barajın tipini belirler. Toprak dolgu barajlar genellikle geniş vadilerde inşa edilir. Beton kemer barajlar teknik olarak dar ve V- şeklinde bir vadi profili gerektirirler.

26 Baraj gövde tipinin seçimini belirleyen faktörler b)jeolojik Şartlar: Tasarlanan baraj aksındaki jeolojik şartlar, baraj tipinin seçiminde önemli rol oynar. Nehir yatağında derin bir alüvyon tabakası bulunması, beton barajın aleyhinde olan bir faktördür. Ayrıca temel kayasının taşıma gücünün düşük oluşu, toprak dolgu bir baraj tipinde seçim yapılmasını gerekli kılabilir.

27 Baraj gövde tipinin seçimini belirleyen faktörler (devam) c)dolgu Malzemelerinin Yeterli Miktar ve Kalitede Mevcut Olması: Baraj aksı civarında yeterli miktarda inşaat dolgu malzemesi mevcut bulunmalıdır. Örneğin, jeolojik şartlar bir dolgu barajı gerektiriyor. Fakat civarda çekirdek için geçirimsiz malzeme bulunmuyorsa, zonlu dolgu yerine homojen dolgu seçilir. Şayet barajın özellikleri (yüksekliği v.s.) buna da elvermiyorsa, asfalt veya beton memba kaplamalı kaya dolgu tipine gidilebilir.

28 Baraj gövde tipinin seçimini belirleyen faktörler (devam) d)yapı Malzemelerinin Baraj Yerine Mesafesi: Bir baraj aksı için dolgu veya beton baraj tipinin her ikisi de uygun görülüyorsa, dolgu malzeme ocaklarının uzaklığı, beton baraj tipinin tercihini gerektirebilir. Bunun için bir maliyet karşılaştırması yapılmalıdır

29 Baraj gövde tipinin seçimini belirleyen faktörler (devam) e) Bölgedeki Sismik Aktivite: Bölgede sismik aktivitenin yoğun bulunması, özel bir baraj tipinin seçilmesini gerektirebilir. Bu durumda barajın temel ve yamaç şartları da göz önünde bulundurulur. Bu bölgelerdeki dolgu barajlar da ince kil çekirdekten, gövde içersinde geçirimsizliği sağlayacak düşey beton perdelerden kaçınılır.

30 Baraj gövde tipinin seçimini belirleyen faktörler (devam) f) Meteorolojik Şartlar: Eğer inşaatta killi yapı malzemesi büyük çapta söz konusu oluyor, fakat iklim şartları bunun işlenmesine uygun olmuyorsa, örneğin her mevsim yağışlı veya uzun süre don periyodu gibi, böyle durumlarda beton baraj tipinin seçimine gidilir. Burada gerekli görülen inşaat süresi de beraber düşünülmesi gereken bir faktördür. g) İnşaat Süresi: Herhangi bir sebepten dolayı inşaat süresi kısıtlı ise, çabuk inşa edilebilecek bir baraj tipi seçilir.

31 Baraj gövde tipinin seçimini belirleyen faktörler (devam) j) Doğanın Korunması ve Çevre Şartları: Doğa ve çevrenin korunması günümüzde çok önem kazanmıştır. Örneğin, bitki örtüsünün çok yoğun olduğu bölgelerde, kil malzeme elde edebilmek için çok kıymetli tarımsal arazilerin talan edilmesi, ağaçların sökülmesi, doğaya çirkin bir görünüm verilmesi yerine, kil malzeme gerektirmeyen geçirimsiz memba kaplamalı kaya dolgu tipinde bir baraj gövdesi seçilmesi daha uygun olur.

32 TOPRAK DOLGU BARAJ TASARIM AŞAMALARI 1. Ön Fizibilite Çalışmaları: Birçok alternatif çözümler üretilerek karşılaştırılmalıdır 2. Planlama Aşaması: Etüd edilen projenin Havza içindeki yerinin Boyutlarının Ekonomisinin değerlendirildiği aşamadır.

33 TOPRAK DOLGU BARAJ TASARIM AŞAMALARI 3. Proje Aşaması: Proje safhasında barajın inşasına esas teşkil eden bütün boyutların ve ihaleye esas teşkil eden fiyat ve şartnamelerin belirlenmesidir.

34 Atatürk Barajı En Kesiti

35