KÜÇÜK DOLGU BARAJLARDA ŞEV TASARIMI VE UYGULAMALAR

KÜÇÜK DOLGU BARAJLARDA ŞEV TASARIMI VE UYGULAMALAR SLOPE DESIGN FOR SMALL DAMS AND CASE STUDIES Hasan TOSUN* 1 T. Vatan TOSUN* 2 ABSTRACT Turkey has a good practice in construction of embankment dams. For large embankment dams slope stability is detailly analyzed as based on the actual material properties and dam site seismicity. Whereas nomograms are used for slope stability of small dams. In this study, slope stability of 32 small dams having heights between 7.5 and 46.0 m from river bed were re-analysed by means of a software as based on material properties given in their planning reports. Analyses includes end-of-construction stage for upstream and downstream slopes, operation stage for partly and fully storage, rapid drawdown stage from maximum water and gate levels, and earthquake stage for end-of-construction and operation stages. For each dam, the seismic coeffient value was obtained for the limit equilibrum condition at operation stage with earthquake loading, which is the most critical case for an embankment dam, by means of pseudo-static analysis. Maximum Design Earthquake (MDE) was defined by Probabilistic Seismic Hazard Analysis and then seismic coefficent was obtained for each dam. The results of this study indicated that k-values obtained by two separate methods confirms to each other for limit equlibrium condition (Factor of safety of 1.0). Keywords: embankment dam, slope stability and factor of safety ÖZET Dolgu barajların inşasında ülkemizde önemli bir pratik oluşmuştur. Büyük barajlarda hesaplanan güvenlik sayısının büyüklüğüne göre şev tasarımı son şeklini alır. Küçük dolgu barajlarda ise genellikle temel zemin ve dolgu malzemesi cinsine göre daha önce tanımlanmış şev eğimleri dikkate alınır. Burada kritik durum, pseudo-statik analizler için sismik katsayının ne seçileceğidir. Bu çalışmada talvegden yüksekliği 7.5 m ile 46.0 m arasında yer alan ve birinci deprem bölgesinde yer alan 32 adet küçük baraj dolgusu şevi, bir bilgisayar programı kullanılarak planlama raporlarında yer alan malzeme özellikleri dikkate alınarak yeniden değerlendirilmiştir. Analizler, inşaat sonu hali (memba ve mansap şevleri), ani düşme hali (en büyük su ve kapak seviyesinden), işletme hali (kısmi ve tam depolamalı) ve deprem hali olmak üzere farklı yükleme şartları için gerçekleştirilmiştir. En kritik durumu temsil eden işletme hali deprem durumu için sınır denge şartları için sismik katsayı değeri hesaplanmıştır. Her bir baraj yeri için sismik tehlike analizi gerçekleştirilerek probabilistik yöntemle En Büyük Tasarım Depremi (MDE) tanımlanmış ve buna bağlı olarak ampirik esasta sismik katsayı değeri belirlenmiştir. Çalışmada sınır denge durumunda (Güvenlik sayısı=1.0) oluşan k-değeri ile MDE ile önerilen k-değerleri mukayeseli olarak değerlendirilmiş ve sonuçlarının birbirini teyit ettiği görülmüştür. Anahtar kelimeler: dolgu baraj, şev stabilitesi, güvenlik sayısı * 1 Prof Dr., Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, hasantosun26@gmail.com * 2 İnş. Müh. Baraj Güvenliği Derneği, barajproje@gmail.com 961

1. GİRİŞ Yerleşim alanlarına yakın inşa edilen barajlar, arkalarında önemli su depolaması olması nedeniyle, mansap yaşamı için yüksek riske sahiptir. Bu nedenle ilgili yapılar, kamu güvenliği açısından kritik yapılar olarak değerlendirilir ve özgün esaslara göre tasarlanır ve işletilir. Bu yapılar, hem statik hem de dinamik koşullarda gereken tasarım güvenliğine sahip olmalıdır. Son yıllarda depremlerle oluşan baraj hasar ve göçmeleri, baraj güvenliliği ile ilgili tasarım ve inşaat önlemlerinin daha tutucu esaslar dâhilinde dikkate alınmasını gerekli kılmaktadır. Tasarım parametrelerinin oluşturulmasında dikkate alınması gerekli iki önemli husus vardır ki; bunlardan birincisi, sıkışabilir temeller üzerine veya dar ve derin vadilerde inşa edilen dolgulardaki farklı oturma etkisidir. Diğeri ise, dolgunun ve temel zemininin birim deformasyon karakteristiklerinin uyumudur. Baraj dolgularının statik stabilite analizinde, farklı yükleme koşulları için bir kayma yüzeyi boyunca oluşan dayanım değişikliklerini dikkate almak suretiyle değerlendirme yapılır. Bu kapsamında yapılacak analizler için sondaj çalışmalarına dayalı zemin profili, litoloji ve jeolojik detaylar, yeraltısuyu konumu ve sızma koşulları, temel biriminin gerilme tarihçesi, yapısal süreksizlikler veya zayıflık zonlarının konumu ve eklem sistemleri ile ilgili detay bilgilere ulaşılması gereklidir. Ayrıca temel biriminin ayrışma derecesi ile heyelan ve deprem aktivitesi hakkında da bilgi edinilmesi gerekliliği önemle belirtilmelidir. Toprak ve kaya dolgu barajların statik stabilite analizi, dolgu malzemesi ve temel zeminin özellikleri ile yerel zemin koşulları dikkate alınarak genellikle sınır denge şartları esasında gerçekleştirilir. Bu analizlerde kritik bir kayma yüzeyi boyunca kayma neden olan kuvvetler ile bu yüzey boyunca kaymaya direnç gösteren kuvvetlerin dengesi dikkate alınır. Öncelikle inşaat sonu, işletme aşaması ve ani boşalma hali için analizler yapılır. Deprem durumunu temsilen yapılan analizlerde inşaat sonu ve işletme hali için baraj yerine etkiyen en büyük yer ivmesine bağlı sismik katsayı dikkate alınarak memba ve mansap şevlerine ait güvenlik sayıları belirlenir. Deprem durumunu temsilen yapılan analizlerde, genelde daha önce tanımlanan deprem bölgelerine ait sismik katsayı kullanılmaktadır. Ancak son zamanlarda sismik tehlike esasında tanımlanmış depremlerin (OBE, MDE gibi) oluşturulduğu en büyük ivme değerine dayalı ampirik ilişkilere bağlı bulunan sismik katsayı büyüklüğünün kullanımı benimsenmeye başlanmıştır. Bu çalışmada, 32 küçük baraj dikkate alınarak farklı yöntemle bulunan k-değerlerinin mukayeseli olarak değerlendirmesi yapılmaktadır. Çalışmada birinci deprem bölgesi içinde yer alan 32 küçük baraj dikkate alınmıştır (tablo 1). Dikkate alınan küçük barajlar, bütünüyle Anadolu nun batı bölümünde yer almakta olup temelden yükseklikleri 7.5 m ile 46.0 m arasında değişmektedir. Bütünüyle sulama amaçlı olan bu yapılarda en büyük depolama hacimleri değişken olup 0.30 hm 3 ile 2.47 hm 3 arasında yer almaktadır. İlgili barajlarda toplam gövde hacimleri de 78 797 m 3 ile 728 889 m 3 arasında bulunmaktadır. Batı Anadolu bölgesindeki 9 ilde yer alan bu küçük barajların 9 adedi toprak dolgu ve 13 adedi merkezi kil çekirdekli kaya dolgu baraj tipindedir. 962

Tablo 1. Çalışmada Dikkate alınan barajlar ve özellikleri Baraj Temelden Dolgu Rezervuar No Adı İl Nehir yükseklik (m) Tip (*) hacmi (m 3 ) hacmi (hm 3 ) 1 Gökçeburun Peyşan 32.0 RF 337 693 1.193 2 İbrahimkavağı Aydın Elderesi 29.0 RF 150 954 0.383 3 Çakıl Yarımcakoru 36.6 RF 265 640 0.906 4 Çavlu Kocapınar 21.4 RF 92 706 0.539 5 Çukurlar Değirmendere 33.8 RF 178 213 2.470 6 Değirmendere Saz 31.0 RF 143 086 0.758 7 Dereköy Ballıbüvet 33.0 RF 178 229 1.218 8 Dörtyol Karaman 7.50 RF 143 014 1.066 9 Erdek-1 Balıkesir Alişan 39.9 RF 310 130 1.158 10 Hacıömer Hacıömer 33.5 RF 231 559 0.454 11 Kayapınar Çınar 29.5 RF 177 102 0.896 12 Küpeler Kazan 27.3 EF 147.316 1.183 13 Orhanlar Yarımca 22.5 RF 78 797 0.796 14 S-Dallımandra Kazan 22.7 EF 87 522 0.303 15 Tütünlük Tütünlük 33.5 RF 251 675 2.207 16 Ulubeyler Akçalar 34.0 RF 163 799 0.751 17 Bövet Akçay 37.5 RF 728 889 1.943 18 Dimbazlar Karlık-Çaltılı 27.8 RF 151 542 0.431 19 Koparan Denizli Kocadere 10.0 RF 172 746 1.229 20 Kozlar Kozaklı 32.6 RF 118 447 0.415 21 Seki Kahve 27.2 RF 193 730 0.660 22 Harputlu Hamamdere 20.9 RF 95 125 0.480 23 Kiraz İzmir Öküzdere 44.5 EF 337 000 0.680 24 Yenişehir Kızılkaya 39.5 EF 345 478 0.680 25 Aydıncık Katrancık 29.5 EF 278 300 2.250 26 Bebekli Manisa Bebekli 35.5 EF 348 255 0.932 27 Çamlıbel Sarhoş 46.0 RF 341 152 1.119 28 Gökpınar Muğla Gökdere 28.5 RF 127 427 0.474 29 Derbent Cami 31.5 EF 582 273 3.640 30 Dereköy Sarıgöl 27.9 EF 213 046 0.919 31 Güllübağ Uşak Kocadere 31.5 RF 180 275 1.300 32 Karaköse Çayözü 34.5 EF 612 450 2.359 (*) EF: Toprak Dolgu Baraj RF: Kaya Dolgu Baraj 2. DEĞERLENDİRME ESASLARI VE YÖNTEM Toprak yapılarda kayma göçmesi, dolgu ve/veya temel zemininde bir yüzey boyunca ilgili malzemenin hareket etmesi olarak değerlendirilir. Bu tip analizlerde göçmenin gerçekte belli bir kalınlığa sahip zon boyunca oluştuğu varsayılır. Hâlbuki zonlu dolgularda veya ana kaya üzerinde düşük kalınlıktaki zemin biriminin yer aldığı örneklerde, düzlemsel bir kayma 963

yüzeyi oluşur (Tosun ve diğ., 2014). Kayma yüzeyi boyunca oluşacak göçmenin analizi, sınır denge koşulları için dilim yüzeyine etkiyen yüklerin farklı kombinasyonu dikkate alınarak analiz edilir ( Bishop, 1955; Morgenstern ve Price, 1965; Spencer, 1967; Janbu, 1973; Lowe, 1988). Analizlerde toplam gerilme ve efektif gerilme esasında değerlendirme yapılır. Efektif gerilmeler, kısmi dolu ve kararlı akım koşullarının oluştuğu dolgularda, piezometre ile gözlemlerin yapılabildiği inşaat sonrası stabilite koşullarının incelenmesinde ve temel ile dolgu malzemesinin bütünüyle konsolide olup aşırı boşluk suyu basınçlarının oluşmadığı mevcut barajların stabilite tahkiklerinde dikkate alınır. İnşaat sonu durumun analizi ise toplam gerilme esasında yapılır. Tosun (2009); dolgu şev stabilite analizlerinde kullanılan kayma dayanım parametreleri ve deneyleri ile detaylı değerlendirme yapmıştır. Analizler sonucunda her kayma yüzeyi için bir güvenlik sayısı belirlenir. Belirlenen güvenlik sayılarının yaklaşık değerinin; analiz edilen tasarım koşuluna, kayma dayanımı tasarım değerlerinin belirlenme hassasiyetine, dolgu yüksekliğine, dolgu içindeki yapıların varlığına, araştırmanın kapsamına, malzemenin gerilme birim-deformasyon karakteristiklerine, dolgutemel zemini ortak davranışına, sıkışma kontrolünün güvenilirliğine bağlı olduğu belirtilmelidir (USBR,1987). ABD Ordu Mühendisleri el kitabında, değişik tasarım koşulları için gereken en düşük güvenlik sayısı değerleri önerilmiştir (EM 1110-2, 2003). Memba ve mansap şevlerinin inşaat anı ve sonrası için sağlanması gerekli en düşük güvenlik sayısı, 1.3 olarak verilmiştir. Memba şevinin ani düşme koşulu için en düşük sayısı için bir aralık önerilmiştir (G.S= 1.3-1.5). En düşük güvenlik sayısının, mansap şevinin işletme hali için en büyük sürşarj seviyesinde 1.4 ve en büyük depolama seviyesinde 1.5 olması gerekmektedir. Deprem hali analizleri için sağlanması gerekli en düşük güvenlik sayısı değeri 1.0 olmalıdır. ABD Su İşleri Teşkilatı şartnamesinde de deprem hali için en düşük güvenlik sayısının 1.1 olması önerilmiştir (USBR,1987). Tosun ve Batmaz (2007); konuyla ilgili detaylı değerlendirmeler yapmış, kritik noktaları vurgulamış ve uygulama esasları üzerinde durmuştur. Deprem durumu tahkiklerinde analizlerde kullanılacak sismik katsayının seçimi önem arz etmektedir. Ülkemizde sismik parametrelerin seçimiyle ilgili rehber yayın hazırlanmıştır (DSİ, 2012). Uluslararası Büyük Barajlar Komitesi de yakın zamanda aynı konuyla ilgili esasları ortaya koymuştur (ICOLD (2016). Bu yayınlarda ilgili parametrenin seçimi, sismik tehlike analizi sonuçlarına dayandırılmaktadır. Sismik tehlike analizi, deterministik ve probabilistik esasta yapılır. Deterministik sismik tehlike analizi, dört aşamalı bir sismik senaryoyu öngörmektedir. Çok basit bir uygulama esasına sahip bu analiz tipinde, en kötü zemin hareketlerinin değerlendirilmesi için doğrusal bir yaklaşım dikkate alınır. Probabilistik sismik tehlike analizinde de, yer hareketi parametrelerinin ve depremlerin tekrarlama aralıklarındaki belirsizlikler nedeniyle istatistiksel bir değerlendirme yapılmaktadır. Depremlerin tekrarlama aralıklarını dikkate alan bir dağılım fonksiyonu tanımlanarak, depremlerin birim zaman dilimi içinde gerçekleşme oranları tahmin edilir (Kramer, 1996). Her iki analiz tipinde de, güçlü yer hareketi kayıtlarının olmadığı durumda, en büyük yer ivmesinin tespiti için değişik azalım ilişkileri kullanılır. Sismik tehlike analizi kapsamında, İşletme Esaslı Deprem (OBE), En Büyük Tasarım Depremi (MDE) ve Güvenlik Değerlendirme Depremi (SEE) gibi tanımlar getirilmiştir (FEMA, 2005). Probabilistik yönteme bağlı olarak tanımlanan İşletme Esaslı Deprem, baraj yerinde projenin hizmet ömrü içinde olması muhtemel yer hareketi seviyesi olarak tanımlanır. Baraj sismik tasarımcılarına göre, En Büyük Tasarım Depremi, deterministik yöntemle belirlenen En Büyük Güvenilir Deprem (MCE) in baraj yerinde yaratması muhtemel yer hareketi seviyesidir. Güvenlik Değerlendirme Depremi (SEE) ise, hasarın oluşacağı ancak baraj rezervuarından kontrolsüz su boşalımının gerçekleşmeyeceği yer hareketi seviyesi 964

olarak ifade edilir. Ülkemizde çoğu büyük baraj, bu deprem tanımları esasında değerlendirilmiştir. Ülkemizdeki uygulamada, barajın toplam risk oranına bağlı olarak deprem seviyelerinin seçilmesi önerilmektedir (DSİ, 2012). Pseudo-statik analizlerde kullanılacak sismik katsayısının belirlenmesi için iki ayrı yönteme göre yer hareketi tahmini yapılır: (1) Tanımlanan deprem seviyesine bağlı olarak oluşan en büyük yer ivmesi (a maks ) büyüklüğünün % 40-60 aralığındaki bir değerinin alınması. (2) Eğer a maks değeri 0.20 den küçük ise ilgili değerin aynen kullanılması, büyük ise bir formüle [k=( a 0.333 max )/3] bağlı olarak sismik katsayının (k) belirlenmesi. Analizlerde kullanılacak k-değeri, farklı deprem seviyeleri (OBE, MDE ve SEE gibi) için farklı değerler alabilmektedir. Baraj Mühendisliğinde inşaat anı ve sonu durumun analizinde OBE seviyesinin ve işletme aşaması durumun analizinde de MDE seviyesinin alınması genel bir kabul görmektedir. 3.ANALİZLER Bu çalışmada birinci derece deprem bölgesinde yer alan ve Ülkemizin Batı Anadolu Bölgesinde yer alan 32 küçük baraj için yapılan çalışmalar, konuyla ilgili bir uygulama pratiği kazanılması amacıyla detaylı değerlendirilmiştir. Çalışmasının birinci aşamasında her bir baraj için şev stabilite analizi sonuçlarına ulaşılmıştır. Bu analizler, Basitleştirilmiş Bishop yöntemi esasında bir yazılım (GSTABl7) ile farklı durumlar için gerçekleştirilmiş ve her yükleme koşulu bir güvenlik katsayısı hesaplanmıştır. Analizler, inşaat sonu hali (memba ve mansap şevleri), ani düşme hali (en büyük su ve kapak seviyesinden), işletme hali (kısmi ve tam depolamalı) ve deprem hali olmak üzere farklı yükleme şartları için gerçekleştirilmiştir. En kritik durumu temsil eden işletme hali deprem durumu için sınır denge şartları için sismik katsayısı değeri belirlenmiştir. Analiz sonuçları, toplu olarak tablo 2 de sunulmaktadır. Tablo 3 de de ilgili barajların memba ve mansap şev eğimleri ile kritik güvenlik sayısının oluştuğu şev ve gereken güvenlik sayısı (G.S =1.1) na göre aşılma oranı sunulmaktadır. Çalışma kapsamında yer alan İzmir-Kiraz göletinin sınır denge şartları için yapılan analiz sonuçları, örnek bir uygulama olarak şekil 1 de sunulmaktadır. Şekil 1. Çalışma kapsamında yer alan bir barajda sınır denge şartları için yapılan analizlere bir örnek (İzmir-Kiraz göleti) 965

Tablo 2. Beş farklı durum için yapılan şev stabilite analizi sonuçları ve sınır denge şartları (GS=1) da oluşan sismik katsayı değeri Baraj Güvenlik Sayısı* No Adı Tipi I-U 1-D II-D IV-D V-U I-UE I-DE IV-DE V-UD (*) 1 Gökçeburun RF 2.75 2.32 2.18 2.09 2.21 1.71 1.45 1.29 1.17 0.26 2 İ.kavağı RF 2.49 2.12 2.20 1.97 2.21 1.54 1.34 1.33 1.22 0.30 3 Çakıl RF 3.10 2.27 2.34 2.12 2.39 1.75 1.39 1.23 1.27 0.29 4 Çavlu RF 2.49 2.45 2.20 2.12 2.22 1.54 1.55 1.13 1.33 0.25 5 Çukurlar RF 2.70 2.32 2.19 2.13 2.21 1.66 1.43 1.18 1.31 0.27 6 Değirmendere RF 2.59 2.09 2.21 2.07 2.22 1.59 1.46 1.28 1.30 0.31 7 Dereköy RF 2.82 2.24 2.06 2.08 2.08 1.71 1.42 1.10 1.30 0.23 8 Dörtyol RF 2.69 2.08 2.22 2.08 2.22 1.64 1.30 1.24 1.28 0.30 9 Erdek-1 RF 2.78 2.66 2.37 2.06 2.45 1.60 1.40 1.25 1.29 0.28 10 Hacıömer RF 2.69 2.30 2.20 2.14 2.23 1.67 1.45 1.16 1.33 0.25 11 Kayapınar RF 2.85 2.05 2.16 2.05 2.17 1.74 1.50 1.16 1.29 0.26 12 Küpeler EF 3.12 2.71 2.66 2.75 2.70 1.77 1.58 1.35 1.17 0.24 13 Orhanlar RF 2.73 2.09 2.17 2.36 2.19 1.68 1.31 1.22 1.10 0.23 14 S-Dalımandra EF 3.24 2.89 2.67 2.74 2.83 1.84 1.70 1.43 1.10 0.23 15 Tütünlük RF 2.58 2.09 2.18 2.02 2.18 1.60 1.31 1.18 1.30 0.27 16 Ulubeyler RF 2.76 2.29 2.24 2.14 2.27 1.69 1.42 1.27 1.30 0.31 17 Bövet RF 2.71 2.67 2.35 2.61 2.37 1.61 1.54 1.29 1.10 0.23 18 Dimbazlar RF 2.91 2.87 2.17 2.21 2.12 1.73 1.77 1.26 1.10 0.23 19 Koparan RF 2.55 2.35 2.12 2.38 2.21 1.59 1.47 1.20 1.14 0.25 20 Kozlar RF 2.78 2.24 2.24 2.25 2.12 1.70 1.42 1.20 1.33 0.27 21 Seki RF 2.70 2.28 2.05 2.17 2.12 1.66 1.41 1.11 1.33 0.24 22 Harputlu RF 2.63 2.31 2.19 2.28 2.36 1.58 1.52 1.20 1.14 0.25 23 Kiraz EF 2.81 2.30 2.14 2.04 2.15 1.52 1.33 1.10 1.11 0.23 24 Yenişehir EF 3.56 2.71 2.61 2.71 2.77 2.01 1.50 1.43 1.10 0.23 25 Aydıncık EF 2.55 2.44 2.01 1.99 2.10 1.50 1.41 1.20 1.13 0.25 26 Bebekli EF 2.92 2.19 2.03 2.04 2.14 1.78 1.38 1.19 1.28 0.27 27 Çamlıbel RF 2.69 2.27 2.15 2.26 2.26 1.63 1.44 1.13 1.10 0.23 28 Gökpınar RF 2.65 2.45 2.29 2.13 2.29 1.65 1.52 1.20 1.10 0.23 29 Derbent EF 2.23 2.04 1.59 2.65 2.23 1.29 1.25 1.13 1.10 0.23 30 Dereköy EF 3.03 2.68 2.41 2.59 2.55 1.74 1.60 1.19 1.12 0.24 31 Güllübağ RF 2.59 2.16 2.27 2.06 2.29 1.73 1.51 1.38 1.10 0.18 32 Karaköse EF 2.36 2.11 1.99 1.77 2.05 1.48 1.42 1.18 1.16 0.21 k kritik (*) I-U: İnşaat sonu durum için memba şevinin güvenlik sayısı I-D: İnşaat sonu durum için mansap şevinin güvenlik sayısı II-D: Ani düşme durumu için memba şevinin güvenlik sayısı IV-D: İşletme durumu için mansap şevinin güvenlik sayısı V-U: İşletme durumu için memba şevinin güvenlik sayısı I-UE: Depremli şartlarda inşaat sonu durum için memba şevinin güvenlik sayısı I-DE: Depremli şartlarda inşaat sonu durum için mansap şevinin güvenlik sayısı IV-DE: Depremli şartlarda işletme durumu için mansap şevinin güvenlik sayısı V-UE: Depremli şartlarda işletme durumu için mansap şevinin güvenlik sayısı 966

Tablo 3. Dikkate alınan küçük barajların şev eğimleri ile hesaplanan en düşük güvenlik oranı ve aşılma oranları Baraj Kaya dolgu baraj şev eğimleri Toprak dolgu baraj şev eğimleri Hesaplanan en düşük güvenlik sayısı Aşılma Oranı No Adı Tipi (*) Memba (Y/D) ** mansap (Y/D) ** Memba (Y/D) ** mansap (Y/D) ** Memba şevi Mansap şevi (%) 1 Gökçeburun RF 2.50/1.0 2.00/1.0 - - - 1.17 6.4 2 İbrahimkavağı RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - - 1.22 10.9 3 Çakıl RF 2.50/1.0 2.20/1.0 - - 1.23-11.8 4 Çavlu RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - 1.13-2.7 5 Çukurlar RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - 1.18-7.3 6 Değirmendere RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - 1.28-16.4 7 Dereköy RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - 1.10-0.0 8 Dörtyol RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - 1.24-12.7 9 Erdek-1 RF 2.50/1.0 2.20/1.0 - - 1.25-13.6 10 Hacıömer RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - 1.16-5.5 11 Kayapınar RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - 1.16-5.5 12 Küpeler EF - - 3.50/1.0 2.25/1.0-1.17 6.4 13 Orhanlar RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - - 1.10 0.0 14 S-Dallımandra EF - - 3.50/1.0 3.25/1.0-1.10 0.0 15 Tütünlük RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - 1.18-7.3 16 Ulubeyler RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - 1.27-15.5 17 Bövet RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - 1.10-0.0 18 Dimbazlar RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - - 1.10 0.0 19 Koparan RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - - 1.14 3.6 20 Kozlar RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - 1.20-9.1 21 Seki RF 2.50/1.0 2.00/1.0 - - 1.11-0.9 22 Harputlu RF 2.50/1.0 2.00/1.0 - - - 1.14 3.6 23 Kiraz EF - - 3.25/1.0 3.00/1.0 1.10-0.0 24 Yenişehir EF - - 3.25/1.0 3.00/1.0-1.10 0.0 25 Aydıncık EF - - 3.00/1.0 2.25/1.0-1.13 2.7 26 Bebekli EF - - 3.00/1.0 2.25/1.0 1.19-8.2 27 Çamlıbel RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - - 1.10 0.0 28 Gökpınar RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - - 1.10 0.0 29 Derbent EF - - 3.25/1.0 3.00/1.0-1.10 0.0 30 Dereköy EF - - 3.00/1.0 2.50/1.0-1.12 1.8 31 Güllübağ RF 2.50/1.0 2.25/1.0 - - - 1.10 0.0 32 Karaköse EF - - 3.50/1.0 3.00/1.0-1.16 5.5 (*) EF: Toprak Dolgu Baraj RF: Kaya Dolgu Baraj (**) (Y/D) : (Yatay/Düşey) Çalışma kapsamında yer alan her baraj için muhtemel enerji kaynakları belirlenmiş ve konuyla ilgili geliştirilmiş bir model ve bu modele dayalı bir yerel yazılım (DAM-HA kullanılarak sismik tehlike analizleri gerçekleştirilmiştir. İlgili model için bölgesel ve yerel tektonik oluşumlar dikkate alınmış ve literatürde mevcut kaynaklar dikkate alınarak bir çalışma yürütülmüştür ( Fraser and Howard, 2002 ve Jimenez v.diğ., (2001). Analizlerde son 100 içinde oluşan ve kaydı bulunan depremler dikkate alınmıştır. Tüm çalışmada her bir baraj yeri için 100 km yarıçaplı ilgi alanı içinde oluşan ve büyüklüğü 4.0 de 967

büyük depremler ve sismik zonlar dikkate alınarak değerlendirme yapılmıştır. Deterministik ve probabilistik sismik tehlike analizleri esasında tanımlanan depremler için en büyük yatay yer ivmesini belirlemek amacıyla sekiz ayrı azalım ilişkisi dikkate alınmıştır (Campbell, 1981; Boore et al, 1993; Ambraseys, 1995, Campbell and Bozorgnia, 1994; Boore et al, 1997; Gulkan and Kalkan, 2002; Kalkan and Gülkan, 2004 and Ambraseys et al, 2005). Çalışmada belirlenen İşletme Esaslı Deprem (OBE) seviyeleri, probabilistik yöntemle belirlenmiştir. OBE, projenin hizmet ömrü içinde oluşması muhtemel yer hareketi seviyesi olup en düşük tekerrür zamanı 144 yıl olarak tanımlanmıştır. Bir başka ifade ile OBE, 100 yılda % 50 aşılma ihtimali olan deprem olarak ifade edilmektedir. En Büyük Tasarım Depremi (MDE) ise, 475 yıllık tekerrür zamanı ile temsil edilir ve 50 yılda % 10 aşılma ihtimali her hareketi seviyesi olarak tanımlanır. FEMA (2005) ya göre MDE, deterministik yöntemle tanımlanan En Büyük Güvenilir Deprem (MCE) seviyesine eşit yer hareketi seviyesidir. Bu çalışmada, pseudo-statik analizlerde kullanılacak k-değerlerinin belirlenmesi için OBE ve MDE seviyelerinde oluşacak en büyük yer ivmesi değeri hesaplanmıştır. OBE ye dayalı olarak bulunan k-değerleri inşaat sonu durum ve MDE ye dayalı değerler de işletme durumu için kullanılmıştır. Ancak bu çalışmada yalnızca sınır denge şartları (GS=1.0) için bir değerlendirme yapılacağından yalnızca MDE ye bağlı k-değerleri sunulmuştur (tablo 4). İlgili deprem büyüklüklerine bağlı sismik katsayı (k-değeri) için bölüm 2 de verilen basit ilişki kullanılmıştır. 4.TARTIŞMA Çalışma kapsamında yer alan 23 kaya dolgu ve 9 toprak dolgu küçük baraj için şev stabilite analizi sonuçlarında memba ve mansap şevleri için inşaat sonu ve işletme aşamaları, ani düşme için memba şevi işletme aşaması statik stabilite analizleri ile memba ve mansap şevlerinin inşaat sonu ve işletme durumları için pseuda-statik analizlerle güvenlik sayıları hesaplanmıştır. Memba ve mansap şevlerinin her durum için hesaplanan güvenlik sayıları, tablo 2 de sunulmaktadır. Ayrıca bu tabloda sınır denge şartı (Gs =1.0) için ilgili şev ve yükleme koşullundaki sismik katsayı (k-değeri) verilmiştir. Hesaplanan bu verinin aşırı değerleri hariç tutulursa, genelde dar bir aralıkta (0.23-0.27) değiştiği görülmektedir. İlgili tabloda yeşil ile gösterilen toprak dolgu barajlarda sapma değerleri daha azdır. Bu sonucun, esas itibariyle çalışmada dikkate alınan tüm barajların birinci derece deprem bölgesi içinde olmasından kaynaklandığı belirtilmelidir. Analizde ilgili küçük barajlar kritik durum, deprem halidir. Bu durumda, işletme aşaması için en düşük güvenlik sayısı değerleri elde edilmiştir (Tablo 2). DSİ nin genel şartnamesinde merkezi kil çekirdekli kaya dolgu barajlar (küçük baraj) için genel şev eğimleri önerilmektedir. Bu tip barajlar için memba şevinin 2.5/1 (yatay/düşey) ve mansap şevinin (2.25/1) olması kabul görmüştür. Tablo 3 de her bir baraj için memba ve mansap şev eğimleri ile en kritik durum için elde edilen güvenlik sayıları verilmektedir. Kritik güvenlik sayısı değerleri, vadi şekli, katof derinliği ve yamaç durumu etkisi ile farklı şevlerde oluşabilmektedir. Bu durumda, kritik güvenlik sayısı % 41 oranında mansap şevinde ve % 59 oranında memba şevinde oluştuğu görülmüştür. Küçük toprak dolgular için memba şevinin 3.0/1 ile 3.5/1(yatay/düşey) arasında ve mansap şevinde de 2.50/1 ile 3.0/1 (yatay/düşey) arasında bir eğimde alınması genel bir uygulamadır. Bu çalışmada dikkate alınan küçük toprak dolguların kritik güvenlik sayısı, % 20 oranında memba şevinde ve % 80 oranında mansap şevinde oluştuğu görülmektedir. Bu durum, küçük toprak dolgu barajlarda zayıflık noktasının mansap şevi olduğunu göstermektedir. 968

Çalışma kapsamında yer alan her baraj için muhtemel enerji kaynakları belirlenmiş, bir model oluşturulmuş ve bu modele dayalı sismik tehlike analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizlerde İşletme Esaslı Deprem (OBE) ve En büyük Tasarım Depremi (MDE) seviyeleri probabilistik yöntemle belirlenmiştir. Tablo 4 de ilgili deprem tanımları için her bir baraja yerine ait en büyük yer ivmesi değerleri ile pseudo-statik analize ve MDE ye göre belirlenen k-değerleri verilmektedir. Ayrıca bu tabloda her baraj yeri için pseudo statik yöntemle elde edilen k- değerinin, bir güvenlik sayısı tanımı yapılarak sağlanma oranı da sunulmaktadır. İlgili verilerin grafiksel sunumu Şekil 2 de verilmektedir. Tablo 4. İki ayrı esasta belirlenen sınır denge koşullarındaki k-değerleri ve aşılma oranları Baraj Büyük Yer İvmesi (g) * k-değeri Güvenlik No İsim Tip (*) OBE MDE Pseudo-statik analize göre MDE ye göre Sayısı, G s 1 Gökçeburun RF 0.321 0.423 0.26 0.25 1.04 2 İbrahimkavağı RF 0.320 0.420 0.30 0.25 1.20 3 Çakıl RF 0.202 0.311 0.29 0.23 1.26 4 Çavlu RF 0.267 0.362 0.25 0.24 1.04 5 Çukurlar RF 0.253 0.337 0.27 0.23 1.17 6 Değirmendere RF 0.334 0.461 0.31 0.26 1.19 7 Dereköy RF 0.309 0.424 0.23 0.25 0.92 8 Dörtyol RF 0.361 0.488 0.30 0.26 1.15 9 Erdek-1 RF 0.220 0.311 0.28 0.23 1.21 10 Hacıömer RF 0.180 0.238 0.25 0.21 1.19 11 Kayapınar RF 0.259 0.348 0.26 0.24 1.08 12 Küpeler EF 0.209 0.282 0.24 0.22 1.09 13 Orhanlar RF 0.297 0.403 0.23 0.25 0.92 14 S-Dallımandra EF 0.277 0.385 0.23 0.24 0.95 15 Tütünlük RF 0.210 0.295 0.27 0.22 1.22 16 Ulubeyler RF 0.165 0.219 0.27 0.19 1.42 17 Bövet RF 0.228 0.284 0.23 0.22 1.04 18 Dimbazlar RF 0.340 0.444 0.23 0.25 0.92 19 Koparan RF 0.422 0.558 0.25 0.27 0.92 20 Kozlar RF 0.200 0.280 0.27 0.22 1.22 21 Seki RF 0.238 0.313 0.24 0.23 1.04 22 Harputlu RF 0.280 0.380 0.25 0.24 1.04 23 Kiraz EF 0.230 0.310 0.23 0.23 1.00 24 Yenişehir EF 0.296 0.394 0.23 0.24 0.95 25 Aydıncık EF 0.230 0.340 0.25 0.23 1.08 26 Bebekli EF 0.300 0.410 0.27 0.25 1.08 27 Çamlıbel RF 0.246 0.318 0.23 0.23 1.00 28 Gökpınar RF 0.250 0.400 0.23 0.25 0.92 29 Derbent EF 0.280 0.370 0.23 0.24 0.95 30 Dereköy EF 0.270 0.360 0.24 0.24 1.00 31 Güllübağ RF 0.170 0.230 0.18 0.20 0.90 32 Karaköse EF 0.210 0.280 0.21 0.22 0.95 ( ) 969

Şekil 2. Sınır şartlarda belirlenen k-değerleri ile MDE ye göre belirlenen ilgili değerler arasındaki ilişki. Çalışmada MDE değerlerinden bulunan en büyük yer ivmesi (a maks ) değerine bağlı olarak sismik katsayı hesaplanmıştır (k = a maks 0.333 /3). Tablo 4 de sunulan bu verilere göre toprak dolgu barajlarda k-değerlerinin MDE ye bağlı değerlendirme ile sağlanma değerleri, 0.95 ile 1.09 arasında değişmekte olup ortalaması 1.00 olarak gerçekleşmiştir. Kil çekirdekli kaya dolgu barajlarda ise k-değerlerinin MDE ye bağlı değerlendirme ile sağlanma değerleri, 0.92 ile 1.42 arasında değişmekte olup ortalaması 1.08 dir. Bu çalışma sonuçları, ilgili ilişkinin birinci derece deprem bölgesinde inşa edilecek toprak dolgu barajlar için çok daha güvenle kullanılabileceğini göstermektedir. 5.SONUÇLAR Bu çalışmada, birinci deprem bölgesi içinde yer alan 32 küçük baraj dikkate alınarak farklı yöntemle bulunan k-değerlerinin mukayeseli olarak değerlendirmesi yapılmış ve aşağıda özetlenen sonuçlara ulaşılmıştır: i. Ülkemizde birinci deprem bölgesinde bulunan ve kaya birimi üzerinde yer alan küçük merkezi kil çekirdekli kaya dolgu baraj tipi için memba 2.5/1 (yatay/düşey) ve mansap 2.25/1 (yatay/düşey) şev eğimleri uygun bir uygulama esası olarak görülmektedir. ii. Birinci deprem bölgesinde yer alan ve kaya birim üzerinde yer alan toprak dolgu barajların şev eğimleri ile ilgili temel bazı belirsizlikler söz konusudur. Bu nedenle ilgili şev eğimlerinin belli bir aralık için kullanılması ve bu aralıkta yer alan farklı şev eğimleri için analizler yapılarak mühendislik optimizasyonun sağlanması uygun 970

iii. iv. olur. Yukarıda belirtilen şartlara haiz toprak dolgu barajlarda başlangıç çalışması için memba şev eğimin 3.0/1-3.5/1(Yatay/Düşey) ve mansap şev eğiminin de 2.25/1-3.0/1(Yatay/Düşey) aralığında seçilmesi uygun olur. MDE değerlerinden bulunan en büyük yer ivmesi (a maks ) değerine bağlı olarak sismik katsayısının hesaplanmasında kullanılan basit ilişki, sınır şartlardaki yüklemeler için genelde uygun sonuçlar vermektedir. Özellikle ilgili ilişkinin birinci derece deprem bölgesinde inşa edilecek toprak dolgu barajlar için çok daha güvenli olduğu belirtilmelidir. Bu konuda çok daha geniş bir veri tabanı ile hassas analitik çözümler yapılması mümkün gözükmektedir. Bu çalışma, yalnızca birinci deprem bölgesinde ve sağlam ana kaya üzerinde yer alan küçük kil çekirdekli kaya dolgu ve zonlu toprak dolgu tipindeki barajlar için yapılmıştır. Çalışma farklı deprem bölgeleri ve farklı temel zemin koşulları için geliştirilebilir. Ayrıca dolgu tipleri de bir başka değişken olarak dikkate alınabilir. Bu genişletilmiş kapsamda yapılacak yeni bir çalışma ile küçük dolgu barajlar için farklı deprem bölgeleri ve dolgu tipleri ile değişken temel zemin koşulları için ülke pratiğine uygun daha gerçekçi uygulama esası/esasları oluşturulabilir. TEŞEKKÜR Yakın ilgi ve desteklerinden ötürü DSİ yetkilerine ve TVT Hidrotek Proje yöneticilerine teşekkür ederiz. KAYNAKLAR 1. Tosun, H., Karadag, A. ve Topçu, S., Dolgu Barajların Şev Tasarımında Temel Esaslar ve Türkiye Pratiği Uluslararası Katılımlı IV. Ulusal Baraj Güvenliği Sempozyumu, 9-11 Ekim 2014, Elazığ, 335-344. 2. Bishop, A.W., The Use of the Slip Circle in the Stability Analysis of Slopes Geotechnique, V.5, No.1, 7-17, 1955. 3. Morgenstern, N.R. and Price, V.E., The Analysis of Stability of General Slip Surfaces Geotechnique, Vol.15.N0.1, 1965. 4. Spencer, E., A method of Analysis Assuming Parallel Interslices Technique Geotechnique, 17 (1), 11-26, 1966. 5. Janbu, N., Slope Stability Computation Embankment Dam Engineering, Casagrande Memorial Volume, Wiley, New York, 47-86, 1973. 6. Lowe, J., Stability Analysis in Advanced Dam Engineering for Design, Construction and Rehabilitation (edited by R.B.Jansen), Van Nostrand Reinhold, New York, 275-285, 1988. 7. USBR, Static Stability Analysis. Design Standards No.13-Embankment Dams. US. Bureau of Reclamation, Denver,1987. 8. EM 1110-2-1902, Slope Stability, Engineering and Design Manual, US Army Corps of Engineers, 2003. 9. Tosun, H., Toprak Yapılar Dersi Notları, Osmangazi Üniversitesi İnşaaat Mühnedisliği Bölümü, Yüksek Lisans Ders Notları, Eskişehir, 2009 (yayımlanmamış). 10. Tosun, H. ve Batmaz, S., Dolgu Barajlarda Statik Stabilite Analiz-Kritik Noktalar I.Ulusal Baraj Güvenliği Sempozyumu ve Sergisi, Ankara, 2007. 971

11. DSİ, Selection of Seismic Parameters for Dam Design. State Hydraulic Works, Ankara, 29 p, 2012 (in Turkish). 12. ICOLD, Selecting Seismic Parameters for Large Dams-Guidelines, ICOLD, Bulletin 148, 2016. 13. Kramer, S.L., Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ 653 p, 1996. 14. FEMA, Federal Guidelines for Dam Safety Earthquake Analyses and Design of Dams, 2005 15. Fraser, W.A. and Howard, J.K., Guidelines for Use of the Consequence-Hazard matrix and Selection of Ground Motion Parameter Technical Publication, Department of Water Resources, Division of Safety of Dams, 2002. 16. Jimenez, M.J., Giardini, D and Grünthal, G. Unified Seismic Hazard Modelling throughout the Mediterranean Region. Bolettino di Geofisica Teorica ed Applicata, Vol.42, N.1-2, Mar-Jun., 3-18, 2001. 17. Campbell, K.W. Near-Source Attenuation of Peak Horizontal Acceleration Bulletin Seism. Soc. Am., V.71, N.6, 2039-2070, 1981. 18. Boore, D.M, Joyner, W.B. and Fumal, T.E. Estimation of response spectra and peak accelerations from Western North American earthquakes. An interim report. Open file report 93-509.U.S.G.S, 1993. 19. Ambraseys, N.N., The Prediction of Earthquake Peak Ground Acceleration in Europe Earthquake Engineering and Structural Dynamics, V.24, 467-490, 1995. 20. Campbell, K.W. and Bozorgnia,Y., Near-source attenuation of peak horizontal acceleration from worldwide accelerograms recorded from 1957 to 1993 Proceeding of the Fifth U.S. National Conference on Earthquake Engineering. V.3, 283-292, 1994. 21. Boore, D.M., Joyner, W.B. and Fumal, T.E., Equation for Estimating Horizontal Response Spectra and Peak Acceleration from Western North American Earthquakes. A Summary of recent Work. Seismological Research Letters, V.68, N.1, January /February, 128-153, 1997. 22. Gülkan, P. and Kalkan, E., Attenuation modeling of recent earthquakes in Turkey Journal of Seismology, 6(3), 397-409, 2002. 23. Kalkan, E. and Gülkan, P., Site-Dependent Spectra Derived from Ground Motion Records in Turkey, Earthquake Spectra, 20, 4, 1111-1138, 2004. 24. Ambraseys, N.N., Douglas, J, Karma, S.K and Smit, P.M. Equations for the Estimation of Strong Ground Motions from Shallow Crustal Earthquakes Using Data from Europe and the Middle East, Horizontal Peak Ground Acceleration and Spectral Acceleration, Bulletin of Earthquake Engineering, 3, 1-53, 2005. 972