KONU: GEOMEMBRAN UYGULAMA REHBERİ SUNUM YAPAN: HÜSEYİN KÜSMEZ
KAYNAKLAR: 1- Bulletin 135 ICOLD, 2- Geosynthetic Barriers Systems for Dams (Prof. Jean-Pierre GIROUD,5-6 Haziran ANKARA, 3- Geosynthetic Barriers Systems for Dams (Extra)(Prof. Jean- Pierre GIROUD,5-6 Haziran ANKARA, 4 International Water Power &Dam Construction, 5- A Drained Synthetic Geomembrane System for Rehabilitation and Construction of Dams Scuero& Vaschetti, 6- GFR Engineering Solutions. 2
Geomembranlar ve geokompositler gibi yapay geçirimsizlik malzemeleri göreceli olarak yeni ve alternatif bir çözüm oluşturmaktadır. Bu çözüm sadece doğal geçirimsiz malzemenin bulunmadığı, uygun olmadığı, temininin ekonomik olmadığı veya kullanılmasının zor olduğu durumlarda alternatif olarak değerlendirilmektedir. 3
Geomembran, geçirimsizlik elemanını oluşturur. Geomembran ile teşkil edilen gövdelerin tasarımında sızma, alttan kaldırma, stabilite vb. konularla ilgili tüm projelendirme kriterleri geçerlidir. 4
Geomembran Sızdırmazlık Sistemi (GSS) aşağıdaki tekniklerle uygulanabilir: 1- Geçirimsiz geomembran tabakasının barajın membasında yer aldığı, Memba Sistemi (The Upstream System), - Korumasız(Açıkta, exposed) - Korumalı,(Kapalı, covered) 2- Geçirimsiz geomembran tabakasının barajın merkezinde yer aldığı, Merkezi Sistem (The Internal System) 5
Geomembran Kullanıldığı Bildirilen Dolgu Barajlar Toplam Toplam dolgu baraj sayısı 173 Toplam yeni inşa edilen baraj sayısı Memba Sistemi Memba Memba Açıkta Kapalı 48 106 % 27 % 61 Merkezi Sistem 20 % 12 103 22 66 15 Toplam rehabilite edilen baraj sayısı Yeni inşa edildiği veya rehabilite edildiği belli olmayan 56 21 31 5 14 5 9 0 6
Geomembran sızdırmazlık sisteminin temel gereksinimleri: * Geçirimsiz geomembran sisteminin baraj temeline ve beton yapılara uygun bir şekilde bağlanması, * Oturmalardan dolayı gövde deformasyonlarına uyum sağlayabilecek özellikte olması, * Geomembranı sabitlemek için ankraj sistemi (ankraj veya ağırlık), alttan kaldırmayı önlemek ve geomembranın sızdırmazlığını ölçebilmek için geomembran mansabında olası kaçakları toplayacak drenaj sistemi yapılması. 7
GEOMEMBRAN SERİLMESİNDNE BAZI ÖRNEKLER; 8
GEOMEMBRAN SERİLMESİNDNE BAZI ÖRNEKLER; 9
GEOMEMBRAN SERİLMESİNDNE BAZI ÖRNEKLER; 10
Geomembran Sızdırmazlık Sistemi yeni inşa edilecek barajlarda gövde içinde de inşasına imkân verir. Merkezi Geomembran Sistemi sınırlı sayıda uygulamada kullanılmıştır. (Geomembranın konumu bilinen 174 uygulamanın 20 tanesinde % 12) Benzer durum şuan Türkiye de projelendirilen ve imalatı başlayan baraj/gölet inşaatlarında görülmektedir. GEOMEMBRAN SİSTEMİNİN MERKEZİ OLARAK KULLANILMASI SADECE DOLGUNUN YARI GEÇİRİMLİ VEYA ÇOK AZ GEÇİRİMLİ OLDUĞU DURUMLARDA UYGULANABİLİR. 11
1-) Transizyon / Filtre / Drenaj Zonu, 2-) Geomembran, 3-) Perde Enjeksiyonu İki Tip aynı olmak ile birlikte aralarındaki fark zig-zag aralıkların farklı olmasıdır. Örnek: Fencheng ve Wantuzhou Barajları (Çin) 12
1-) Transizyon / Filtre / Drenaj Zonu,2-) Geomembran, 3-) Enjeksiyon Geomembran açılı konumda. Örnek: Valence d Albi (Fransa) Geomembran düşey konumda. Örnek: Atbashinsk (Kırgızistan) 13
Geomembranın açık veya kapalı olarak dolgu barajın memba yüzüne yerleştirildiği "memba sistemi" en yaygın uygulanan sistemdir. (% 88) AVANTAJLARI: Dolgunun tamamının zati ağırlığı hidrolik itkiye karşı destek teşkil eder. Rezervuar su yükü dolgunun memba kısmında şev stabilitesini artırır. Baraj kesitinin hiçbir bölgesinde boşluk suyu veya sızıntı suyu basınçlarının oluşmadığı kabul edilmektedir. Dolayısı ile Memba Sistemi boşluk suyu basıncı olmadığından stabiliteyi artırır. İnşaat süresini önemli ölçüde azaltabilir. Uygulanması sadece hava koşullarından etkilenir. Uygulama aşamalar halinde yapılabildiği için inşaat programına göre ayarlanabilir ve inşahızı artırılabilir. 14
AVANTAJLARI: Üst kotlarda gövde dolgusu devam ederken alt kotlarda geomembran uygulaması yapılabilir. Tabi ki bunun için ilave sabitleyici sistem gerekir ve üst kotlardan kaya düşmelerine karşı çok dikkatli olunmalıdır. Alt kotlarda sızdırmazlığın daha erken teşkil edilmesi geçici derivasyon yapılarının daha ekonomik tasarlanabilmesine yardımcı olur. Daha az malzeme kullanılmasının yanında örnek olarak ön yüzü beton kaplı kaya dolgu barajlara kıyasla daha kısa inşaat süresi gerektirir. İşletme sırasında Açık Memba Sistemi pratik ve ekonomik tamir imkânı sağlar. Kapalı Memba Sisteminde ise örtünün kaldırılması halinde bu durum geçerlidir. 15
Memba yüzü geçirimsizlik sistemi için aşağıdaki temel ilkeler değerlendirilmelidir: Geomembran temas edebileceği pürüzlü tabakalar tarafından oluşabilecek delinmelere karşı korunmalıdır. Koruyucu geotekstil ile bu koruma sağlanabilir. Bir sızıntı durumunda oluşabilecek sızmaları azaltabilecek uygun geçirimsiz karakterde geomembran altında yastık (destek) tabakası sağlanmalıdır. Bir sızıntı durumunda Geomembran altında alttan kaldırma kuvvetlerini (uplift) önleyecek uygun serbest drenaj sağlanmalıdır. 16
Geomembran sızdırmazlık sistemi detayları uygulama tipine bağlıdır. G :Geomembran (opsiyonlu olarak koruyucu geotekstile lamine) SL : Destek Tabakası DZ/GZ :Drenaj Zonu/Geçiş Zonu C2 : Beton Plaklar C1 : Geotekstil G : Geomembran S2 : Geotekstil (opsiyonel) S1 : Asfalt Beton (opsiyonel) B1,B2 : Geçiş Dolgu Zonları D : Baraj Gövde Dolgusu - Kaya 17
Memba sistemi değişik biçimlerde ve değişik koşullarda uygulanmıştır. Bu uygulamaların kombinasyonları da mevcuttur. 1-) Transizyon / Filtre / Drenaj Zonu,2-) Geomembran, 3-) Perde Enjeksiyonu Bu tipler açık ya da kapalı geomembran uygulaması ile tesis edilebilirler. 18
1-) Transizyon / Filtre / Drenaj Zonu, 2-) Geomembran, 3-) Cut-Off, 4-) Batardo Bu tipler açık ya da kapalı geomembran uygulaması ile tesis edilebilirler. 19
1-) Transizyon / Filtre / Drenaj Zonu,2-) Geomembran, 3-) Perde Enjeksiyonu Bu tipler açık ya da kapalı geomembran uygulaması ile tesis edilebilirler. 20
Kapalı Memba Sistemi Uygulama Tipleri 1. Tranzisyon / Filtre / Drenaj zonu 2. Geomembran 3. Enjeksiyon 4. Kısmen kaplanan zon 1. Tranzisyon / Filtre / Drenaj zonu 2. Geomembran 3. Enjeksiyon 4. Tamamen kaplanan zon 21
1-) Transizyon / Filtre / Drenaj Zonu,2-) Geomembran, 22
Memba Sisteminin Uygulandığı Barajlar Sadece Memba sistemi TOPLAM Açık + Kapalı + Merkezi Açık Kapalı Uygulama sayısı 173 48 (% 27) 106 (% 61) En büyük uygulama alanı (m²) En yüksek Baraj (m) En eski uygulama 165 000 30 000* 165 000** 101 (Salt Springs, USA) 198 (Karahnjukar, Iceland) 1959 (Contrada Sabetta, Italy 101 (Salt Springs, USA) 1973 (Banegon, Fransa) 91 (Bovilla, Arnavutluk) 198 (Karahnjukar, Iceland) 1959 (Contrada Sabetta, İtalya) * Sadece baraj içindeki miktardır. Geomembranın rezervuar altında blanket olarak uzatıldığı uygulamada alan maksimum 120 000 m 2 artmıştır. ** Sadece baraj içindeki miktardır. Geomembranın rezervuar altında blanket olarak uzatıldığı uygulamada alan maksimum 1 200 000 m 2 artmıştır. 23
24
Yeni inşa edilecek barajlarda açık sistemin avantajları: Baraj gövdesinin daha hızlı ve kolay inşa edilmesi, Geomembranın gözle muayene imkânı, Ekonomik inşaat maliyeti sağlaması, Tamir gereğinde kolay ve hızlı müdahale imkanı, 25
Yeni inşa edilecek barajlarda açık sistemin dezavantajları: Kötü niyetli kişiler veya yamaç ve kretten düşen keskin objeler sisteme zarar verilebilmesi, Doğru tasarlanmadığında memba sistemi rüzgâr ve dalgalardan dolayı kaldırma kuvvetlerine maruz kalması, Geomembranı gövde yüzünde sabitlemek için onu yamaç etek çizgisine ve gövde yüzüne ankrajlamak gerekmesi, Minimum su seviyesi altında biriken iri, sivri uçlu rusubatın geomembrana zarar vermesi. 26
1996 yılında inşa edilmiş Moravka Barajı Çek Cumhuriyeti'nde bulunan 39 m yükseklikte toprak dolgu bir barajdır. Geçirimsiz bitümlü betondan olan orijinal memba yüzü bozulması sonucu 1999 yılında, barajın üst kısmında ek bitümlü beton katman çıkarıldıktan sonra yeni bir PVC Geomembran (2,5 mm) + Geotekstil kompozit astar tüm baraj yüzü üzerinde mevcut bitümlü beton üzerine doğrudan yerleştirilmiştir. 25 400 m². 500 yıllık taşkına dayanıklı gergi hatlarına ankrajlanmış. Sızıntı miktarı < 2 l/s. 27
Depolaması:175 milyon m 3. Tipi: Ön yüzü beton kaplı kayadolgu İnşaat sırasında zayıf konsolidasyon var. Sızıntıların sebep olduğu oturmalar, çatlaklar yüzünden sık sık tamir gördü. Sorun büyüyünce 2004 de geomembran kaplanmaya karar verildi. 28
Geomembran sistem kurulumu: Yüzey hazırlama maliyetlerinin azaltılması için barajın pürüzlü yüzeyine, 2000g/m 2 geotekstil. Drenaj toplama katmanı için Tridüzlemsel geonet. PVC Geocomposite (Geotekstil 500g/m 2 +2,5 mm PVC geomembran ). 29
Kretten itibaren 51 metrelik kısmın bitmiş halinin membadan görünümü. 30
Geomembran ömründeki artış örtü maliyetini dengelediği zaman veya yukarıda bahsedilen hasar sebeplerinden kaygı duyulursa kapalı geomembran sızdırmazlık sistemi seçilebilir. En yaygın uygulama şeklidir. (% 61) 31
Photo 47 years after construction 32
33
34
35
36
8 inç uzunluk, 3 inç kalınlık 37
Kaplama işi bitmek üzereyken 38
İnşaatın tamamlanmasından 4 yıl sonra kuvvetli bir fırtına bazı blokları kaldırdı. 39
Fakat geomembran zarar görmedi. 40
Bu olaydan alınan dersler; Geotekstil,geomembran ve kaplama blokları arasında yastık işlevi görmüş ve geomembran zarar görmemiştir. Tamir aynı kaplama blokları ve beton ile yapıldı. SONRAKİ BARAJLARDA, BETON DÖŞEME TERCİH EDİLECEKTİR. 41
42
43
Geomembranı Korumak İçin Beton Plaka Düzenlemesi 44
GSS nin Topuk Kirişlerine Bağlanması 45
GSS nin Topuk Kirişlerine Bağlanması Pürüzsüz çıta şeridi etrafında geomembran betonun içine gömülmeden önce. 46
Geomembranı Korumak İçin Beton Döşeme İnşaatı 47
U.S:1,7H/1V D.S:1,5H/1V 48
Yapım Problemleri: Geomembranı alta döşenen geotekstilden bağımsızdı. Bu ise iki büyük probleme sebep oldu. Geomembran yapım esnasında şevden aşağıya doğru kaydı, Geomembran zarar görmeden rüzgar tarafından yukarı kaldırıldı fakat geotekstil geomembranın altından çıkarıldı. Geomembran geotekstil yeniden konumlandırmak için çıkarılmak zorundaydı ve geomembranın % 50'si çöpe atılmak zorunda kaldı. 49
Bu hadiselerden alınan dersler: Geotekstil ile güçlendirilmemiş geomembran dik eğimlerde ( i < 2 ) kullanılmamalıdır. Geomembranın büyük ihtimalle inşaat esnasında rüzgar tarafından yukarı kaldırılmasına karşı geotekstil ile geomembran birbirine bağlanmalı,lamine edilmelidir. 50
1996 ya kadar dünyada inşa edilen GSS kullanıldığı en büyük baraj. Orijinal tasarımı sulama ve elektrik üretimi amaçlı CFRD barajı. Baraj alanında farklı yerleşimler ve sismik olaylar olasılığı vardı. su geçirmez eleman rijitliği ve sututucuların güvenilirliği önemli bir endişe kaynağı oldu. 51
Ayrıca, * Baraj dik eğiminin sebep olduğu önemli inşaat zorlukları, * Uzun bir süre ( çalışmalar zaten zamanlamanın gerisinde), * Çok fazla işgücü, * Kesintilerin sızdırmazlık sistemini tehlikeye sokma ihtimali vardı. 1.55H/1V 1.6H/1V 52
Sonunda, sentetik geomembran seçeneği ; benzer başarılı uygulamalar ve su yalıtımı yüklenicisi ile tasarımcısı tarafından yürütülen kapsamlı test programı tatminkar bulunarak seçilmiştir. 53
Beton Korumanın Duraylılığı: 1 Geomembran (GM) ile beton arasına örgüsüz 750 gr/m 2 geotekstil (GTX) konuldu. 2 GM ile GTX arasındaki sürtünme açısı: 22 0, şev eğimi : 33 0, 3 Beton döşeme ucu çevresel kiriş tarafından desteklenmektedir. Donatısız beton kalınlıkları: 0,3 m 0,2 m 54
(pp, 750 g/m2 ) örgüsüz geotekstile lamine edilmiş 3 mm PVC geomembran. 3 m x 6 m lik anolar halinde,düşey derzler /drenaj devamlı, yatay derzler şaşırtmalı, yatay derzler çevre kirişine dik olacak 55
2 : Membran 3 : Jeotekstil 4 : Beton Plak 5 : Polyester Topuk 6 : Jeotekstilli serbest drenaj yer 56
57
58
1 : Çelik Plaka 2. Genleşme ankrajı 3 4 : Kaynak 5 : Beton 6 : Primer 59
Birleşik Devletlerin Sierra Nevada sıradağlarının tabanında yer alan, Mud Lake Barajı, 100 yılı aşkın bir süre önce, atların çektiği kazıyıcılar ve buharlı kepçelerle, bir toprak baraj olarak inşa edilmişti. Artık Nevada Eyaletinin Baraj Güvenlik Dairesi tarafından belirlenen güvenlik şartlarını karşılayamadığından, bir rehabilitasyon gerekli görülmüştü. Önerilen geosentetik çözüm geotekstil koruyucu tabakalar içeren bir geomembran ve bir beton dolgulu geocell (geohücre) koruyucu kaplaması içermekteydi. 60
Geosentetik çözüm üç nedenle seçilmişti. Maliyet tasarrufu sağlıyordu. Müşteri geleneksel betonarme yöntemlere göre $600,000-$700,000 arasında tasarruf etti. Baraj yüzünde bir su geçirmez koruma sağladı, müşteri daha fazla su tasarruf edecek ve çok uzun bir süre işlev görecek bir çözüme sahip olacak, İnşa edilebilirlik ve özel inşaat ekipmanlarına ihtiyacı olmaması. 61
TASARIM KRİTERLERİ: Örgüsüz geotekstil koruyucu alt tabaka 435 gr/m 2, 1,14 mm takviyeli poli-propilen geomembran, Örgüsüz geotekstil koruyucu alt tabaka 435 gr/m 2, 75-mm (3-in.) bağlanmış, delikli Geocell hücresel kısıtlama sistemi; 75-mm (3-in.) yerinde-dökülen çimento ön kaplama elemanı, altta yer alan geomembranı korumak için. 62
Geleneksel kazıklar ile ankraj mümkün olmadığında burada olduğu gibi entegre tendonlar/bağlar ve yük-transfer kenetleyicileri geocell/geohücre sisteminin geomembran üzerine onun bütünlüğünü tehlikeye atmadan, asılmasını mümkün kılmakta ve hasar görmesini engellemekte olumsuz hava şartlarına karşı korumaktadır. 63
75 mm derinliğindeki geohücre tabakasının montajından sonra baraj yüzündeki geohücre içine 10 mm (3/8 inç) ince çakıl agregalı beton dökülmüştür. Geohücre bölmelerinin esnekliği de inşaat işçilerinin hücreler içerisinde yürümelerine ve beton dolguyu tararken eğim yüzeyinde kolaylıkla hareket etmelerine imkan vermiştir. 64
Sonuç olarak; Geomembran üzerine yayılmış olan, beton dolgulu geohücresel yapı, geomembranın bütünlüğünü bozmadan stabilite ve koruma sağlar. Bu tür baraj rehabilitasyonu oldukça kısa bir programda gerçekleştirilebilir.(bu proje tasarım, inşaat ve havza doldurma dahil altı ayda bitirilmiştir.) 65
66