SSB Barajlarda Birinci ve İkinci Seviye Termal Analizin Karşılaştırılmasına Yönelik Bir Sayısal Model Çalışması

Benzer belgeler
İzmit Körfez Geçişi Asma Köprü Projesi Keson ve Ankraj Yapıları. Oyak Beton Mart/2014

KONU: ÖZET DEĞERLENDİRME SUNUM YAPAN: DR. ERSAN YILDIZ

7.3 ELASTĐK ZEMĐNE OTURAN PLAKLARIN DAVRANIŞI (BTÜ DE YAPILAN DENEYLER) BTÜ de Yapılan Deneyler

Beton Yol Kalınlık Tasarımı. Prof.Dr.Mustafa KARAŞAHİN

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Beton sınıfına göre tanımlanan hedef (amaç) basınç dayanımları (TS EN 206-1)

Prefabrik Beton İmalatında Buhar Kürü. Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

HİDROLOJİ. Buharlaşma. Yr. Doç. Dr. Mehmet B. Ercan. İnönü Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

2.3. Dinamik Benzeri Yöntemler ile Ölçekli Beton Barajda Deprem Simulasyonu

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

Beton Şartnamesinin Hazırlanması. Beton için şartname hazırlayıcı aşağıda verilen hususları dikkate almalıdır:

Doç. Dr. Halit YAZICI

REZA SHIRZAD REZAEI 1

ARTIMLI DİNAMİK ANALİZ YÖNTEMİ İLE BETON AĞIRLIK BARAJLARDAKİ HASAR BELİRLENMESİ

YAPI MALZEMESİ OLARAK BETON

Elastisite modülü çerçevesi ve deneyi: σmaks

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin

8. HAFTA ZAMANA BAĞLI ISI İLETİMİ

LED Aydınlatma Çiplerinde Isıl ve Yapısal Dayanım Analizleri

2.1. Yukarıdaki hususlar dikkate alınarak tasarlanmış betonun siparişinde aşağıdaki bilgiler üreticiye verilmelidir.

SARILMIŞ VE GELENEKSEL TİP YIĞMA YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ. Ali URAL 1

KOMPOZİT MALZEMELERİN TERMAL ANALİZİ

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

5/3/2017. Verilenler: a) TS EN standardından XF1 sınıfı donma-çözülme ve XA3 sınıfı zararlı kimyasallar etkisi için belirlenen kriterler:

ÇATI KONSTRÜKSİYONLARINDA GAZBETON UYGULAMALARI Doç.Dr.Oğuz Cem Çelik İTÜ Mimarlık Fakültesi Yapı Statiği ve Betonarme Birimi

Betonda Dayanıklılık Sorunları ve Çözümleri Alkali Silika Reaksiyonu (ASR) Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

Uygulanan dış yüklemelere karşı katı cisimlerin birim alanlarında sergiledikleri tepkiye «Gerilme» denir.

ISIDAÇ 40 Esaslı Yüksek Performanslı Beton. Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

BÖLÜM II D. YENİ YIĞMA BİNALARIN TASARIM, DEĞERLENDİRME VE GÜÇLENDİRME ÖRNEKLERİ

BETONARME-I 5. Hafta KİRİŞLER. Onur ONAT Munzur Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Tunceli

BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-5

İnşaat Mühendisleri İster yer üstünde olsun, ister yer altında olsun her türlü yapının(betonarme, çelik, ahşap ya da farklı malzemelerden üretilmiş)

Deneyin Amacı Çekme deneyinin incelenmesi ve metalik bir malzemeye ait çekme deneyinin yapılması.

BİNA HAKKINDA GENEL BİLGİLER

Pnömatik Silindir Tasarımı Ve Analizi

5/8/2018. Windsor Probe Penetrasyon Deneyi:

Çimentolu Sistemlerde Alkali Silika Reaksiyonu (ASR) Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

Mukavemet 1. Fatih ALİBEYOĞLU. -Çalışma Soruları-

beton karışım hesabı

Köpük Beton - I. Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi. Kasım, 2015

Çelik Yapılar - INS /2016

Isı Farkı Analizi: Nasıl Yapılır? Neden Gereklidir? Joseph Kubin Mustafa Tümer TAN

İNŞAAT MALZEME BİLGİSİ

Yrd.Doç.Dr. Hüseyin YİĞİTER

ORTAM SICAKLIĞI ALTI VEKRİYOJENİK UYGULAMALARI İÇİN ESNEK ENDÜSTRİYEL YALITIM

Derz sızdırmazlığı için PVC esaslı Su Tutucu Bantlar

Güçlendirme Alternatiflerinin Doğrusal Olmayan Analitik Yöntemlerle İrdelenmesi

2.2 KAYNAKLI BİRLEŞİMLER

BİNA HAKKINDA GENEL BİLGİLER

RÜZGAR ETKİLERİ (YÜKLERİ) (W)

Bahar. Su Yapıları II Hava Payı. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi n aat Mühendisli i Bölümü 1

KONU: Beton Baraj Tasarım İlkeleri, Örnek Çalışmalar SUNUM YAPAN: Altuğ Akman, ESPROJE Müh.Müş.Ltd.Şti

Bölüm 4 BİNALARDA ISITMA SİSTEMİ PROJELENDİRİLMESİNE ESAS ISI GEREKSİNİMİ HESABI (TS 2164)

Isı Yalıtım Projesini Yapanın ONAY

ANTAKYA MÜZE OTEL TAŞIYICI SİSTEM PROJESİ. İnş.Yük.Müh. Bülent DEVECİ

Yığma yapı elemanları ve bu elemanlardan temel taşıyıcı olan yığma duvarlar ve malzeme karakteristiklerinin araştırılması

BETONARME YAPILARDA BETON SINIFININ TAŞIYICI SİSTEM DAVRANIŞINA ETKİSİ

Sıcak Havada Beton Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi. Kasım, 2015

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

BARAJ PLANLAMA VE TASARIMI

MEKANİK TİTREŞİMLER ve İZOLASYONU (Teorik Açıklamalar ve Uygulamalar)

SOĞUK HAVA KOŞULLARINDA BETON ÜRETİMİ VE UYGULAMASI

Binanın Özgül Isı Kaybı Hesaplama Çizelgesi

Doç. Dr. Halit YAZICI

Kirişli Döşemeli Betonarme Yapılarda Döşeme Boşluklarının Kat Deplasmanlarına Etkisi. Giriş

BASMA DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Basma Deneyinin Amacı

T.C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER II DERSİ

KÜTLE BETONU VE RADYE TEMELLERDE BETON VE DONATI

UBET72 DM BETON KÖŞK YAPISI BETONARME STATİK HESAP RAPORU

10. KONSOLİDASYON. Konsolidasyon. σ gerilmedeki artış zeminin boşluk oranında e azalma ve deformasyon yaratır (gözeneklerden su dışarı çıkar).

Yapı Malzemeleri BÖLÜM 5. Agregalar II

Malzemenin Mekanik Özellikleri

28. Sürekli kiriş örnek çözümleri

Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESİ II DERSİ BETON TEKNOLOJİSİ DOÇ.DR. KAMİLE TOSUN FELEKOĞLU

BETONARME BİNALARIN FARKLI HESAP YÖNTEMLERİNE GÖRE PERFORMANS SINIRLARININ İNCELENMESİ ÜZERİNE BİR DEĞERLENDİRME

Yrd.Doç.Dr. Hüseyin YİĞİTER

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

= ε s = 0,003*( ,3979)/185,3979 = 6,2234*10-3

SOĞUK HAVA KOŞULLARINDA BETON ÜRETİMİ VE UYGULAMASI

DUMLUPINAR ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GÜZ YARIYILI

ISI TRANSFERİ LABORATUARI-1

EKSENEL YÜKLERDEN OLUŞAN GERILME VE ŞEKİL DEĞİŞİMİ Eksenel yüklü elemanlarda meydana gelen normal gerilmelerin nasıl hesaplanacağı daha önce ele

Barajlarda 3 Boyutlu Dinamik Analiz Metodolojisi. Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh

YAPI MALZEMELERİ DERS NOTLARI

KOÇAK KEMER BETON BARAJI SİSMİK PERFORMANSININ İNCELENMESİ

Ders Notları 3 Geçirimlilik Permeabilite

BARA SİSTEMLERİ HAKKINDA GENEL BİLGİLER

Malzemelerin Mekanik Özellikleri

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

BETONARME KESİT DAVRANIŞINDA EKSENEL YÜK, MALZEME MODELİ VE SARGI DONATISI ORANININ ETKİSİ

ZEMİN BETONU ÇATLAKLARI VE ÖZEL KONULAR

SÜRTÜNME ETKİLİ (KAYMA KONTROLLÜ) BİRLEŞİMLER:

LİMİT DENGE ANALİZİ (Deterministik Yaklaşım)

AGREGALAR Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

RİSKLİ YAPILARIN TESPİT EDİLMESİNE İLİŞKİN ESASLAR. 6- Risk Tespit Uygulaması: Yığma Bina

BETONARME BİR YAPININ MALZEME KALİTESİNİN TAHRİBATSIZ VE TAHRİBATLI YÖNTEMLERLE BELİRLENMESİ

Bolomey formülünün gelişmiş şekli; hava boşluğunun dayanıma etkisini vurgulamak

p 2 p Üçgen levha eleman, düzlem şekil değiştirme durumu

Transkript:

SSB Barajlarda Birinci ve İkinci Seviye Termal Analizin Karşılaştırılmasına Yönelik Bir Sayısal Model Çalışması İnş. Müh. Mesut Yapmış, İnş. Yük. Müh. Mustafa Selvi E-Posta: mselvi@espm.com.tr Dr. İnş. Y. Müh. İhsan Kaş E-Posta: ihsankas@espm.com.tr Turan Güneş Bul. Cezayir Cad. 718.Sokak No:14 Çankaya Ankara Eser Proje ve Mühendislik A.Ş Tel: (0312) 408 00 00 Öz Silindirle Sıkıştırılmış Beton (SSB) malzemesi 1970 li yıllardan beri kullanılmaktadır. Gelişen teknoloji ile birlikte hem dünya çapında hem de ülkemizde tamamlanan ve inşaatı devam eden SSB baraj sayısı giderek artmaktadır. Geleneksel betona göre düşük hidratasyon ısısına sahip olması, hızlı imalat ve daha kolay yerleştirme imkanı sağlaması nedeniyle tercih edilmektedir. Kütle betonu olarak büyük hacimlerde dökümü yapılan geleneksel betonda, hidratasyon ısısı nedeniyle ortaya çıkan yapısal çatlaklar SSB baraj tasarımında da dikkat edilmesi gereken bir husustur. İçeriğinde bulunan çimentonun azlığı nedeniyle teorik olarak geleneksel betona göre daha az hidratasyon ısısı çıkarması beklenen SSB barajlarda, gövde hacminin büyüklüğü ve SSB imalat teknolojisi termal analiz ihtiyacını ortaya çıkarmaktadır. Çevresel şartlara bağlı olarak (hava veya su sıcaklığı, temel kayası koşulları vs.) dökümü tamamlanan SSB de ısı artışı veya ısı azalışı meydana gelir. Daha sonra zamanla soğuma başlar ve hacimsel bir azalma oluşur. Eğer bu hacimsel azalma betonu dışardan çevreleyen temel kayası, bitişik kütle betonu gibi engellerle tutulur ise betonun çatlamasına neden olabilecek çekme gerilmeleri ortaya çıkar. Çekme gerilmelerinin boyutları, barajın hangi bölgelerinde hangi yoğunlukta oldukları gibi detaylar SSB barajlarda birinci, ikinci ve üçüncü seviye olarak adlandırılan termal analizlerin yapılmasıyla ortaya çıkarılmaktadır. Bu çalışmada, kati ve uygulama projeleri tamamlanmış, inşaat aşamasındaki yüksek bir SSB baraj için yapılan birinci ve ikinci seviye termal analizlere ait detaylar hakkında bilgi verilecektir. Anahtar sözcükler: SSB, Termal analiz, Termal çatlak, Sonlu elemanlar, Adiyabatik sıcaklık Giriş Hemen tüm baraj inşaatlarında doğayla olan mücadele inşaat süresinin planlanandan daha uzun olmasına sebep olabilmektedir. Dolayısıyla güvenlik tedbirlerini bir kenara bırakmadan inşaat hızı ne kadar çok artırılırsa doğayla olan mücadele süresi de o oranda azalacaktır. Buna ek olarak inşaat maliyeti de azalacak ve baraj çok daha kısa sürede faaliyete geçecektir. 288 4. Su Yapıları Sempozyumu

Özellikle son yıllarda gelişen teknoloji ile birlikte SSB barajlar yeni nesil olarak adlandırılan barajlar arasında yerini almıştır. Bu barajlar düşük çimento dozajına sahip olması ve teknolojisi gereği daha hızlı inşa edilmeleri nedeniyle geleneksel beton barajlara göre daha çok tercih edilmektedirler. Söz konusu malzeme beton olduğu için hızlı imalat sırasında ortaya çıkacak ısı da önem kazanmaktadır. Çünkü çevresel koşullara ek olarak ortaya çıkan hidratasyon ısısı betonun dayanımını olumsuz yönde etkilemekte ve hatta ciddi çatlakların oluşmasına neden olabilmektedir. SSB barajlar ile ilgili termal analizler, bu tip barajların sayısının artması ve gelişen bilgisayar teknolojisi ile birlikte akademik çevrelerde, baraj tasarımı ile ilgilenen kamu kurumları ve özel sektör firmaları arasında son yıllarda güncelliğini artıran konular arasındadır. Bu çalışma termal analiz konusunda sonlu elemanlar yönteminin kullanımına bir örnek teşkil etmektedir. Ayrıca, detayları ilerleyen sayfalarda verilen termal analiz seviyelerinin tasarımcı için ne ifade ettiğinin ve kullanım amaçlarının açıklanması bu çalışmanın bir diğer amacıdır. Isı Transferi İçin Temel Kavramlar Beton içinde meydana gelen ısı transferini anlamak için öncelikle betonun termal açıdan sahip olduğu bazı özelliklerin anlaşılması gerekmektedir. Termal iletkenlik Isıyı transfer etme hızı veya transfer edebilme oranıdır. Betonun sahip olduğu su içeriği, yoğunluğu ve sıcaklık ısıl iletkenliği doğrudan etkilemektedir. Betonun üretildiği agreganın kökenine göre (bazalt, kireçtaşı vs.) değişiklik göstermektedir. Termal yayılım kapasitesi Betonun sıcaklık değişimine uyum sağlayabilme yeteneği olarak tarif edilebilir. Termal yayılım kapasitesi iyi olan bir beton kolaylıkla sıcaklık değişimlerine eşlik etmektedir. Matematiksel olarak termal iletkenliğin özgül ısı ve yoğunluk değerlerinin çarpımına bölünmesiyle elde edilir. Özgül ısı Bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığını 1 C derece yükseltebilmek için gerekli olan ısı enerjisidir. Farklı özelliklere sahip betonlar için hemen hemen aynıdır ve 0.75 kj/kg C alınabilir. Termal genleşme katsayısı Sıcaklık değişimiyle birlikte birim boyda meydana gelen değişimi veren katsayıdır. Betonun 20 C deki genleşme katsayısı ortalama olarak 12 x 10-6 / C dır. Hidratasyon ısısı Su ve çimento reaksiyonu uzun bir periyot boyunca önemli miktarda ısı ortaya çıkmasına neden olan bir reaksiyondur. Hidratasyon ısısını asıl belirleyen bileşen çimentodur. 28 günlük bir karışımda hidratasyon ısısı 70-110 cal/g arasındadır. 4. Su Yapıları Sempozyumu 289

Bir cisimdeki ısı transferi, sıcaklık değişiminin lineer fonksiyonu olan ve Fourier Kanunu ile açıklanan bir kavramdır. Formüle edilirse; (Amberg,2003) Formülde x doğrultusundaki ısı transferi, ise termal iletkenliktir. Beton içinde ortaya çıkan ısı zamanla dengeye ulaşacağından ısı akışı değişimi aşağıdaki bileşenler ile tariflenebilir; (Amberg,2003) Burada Rh hidratasyon ısısı değişimi olup beton gövde içindeki enerji değişimini gösterir. yoğunluk, c ise özgül ısıdır. SSB Barajlarda Termal Analiz Seviyeleri SSB baraj için yapılacak termal analiz, elle yapılabilen bir hesap olabileceği gibi kompleks bir bilgisayar programı kullanımını da gerektirebilmektedir. Temel olarak analiz seviyeleri basitten karmaşığa doğru 1., 2. ve 3. seviye olarak adlandırılmaktadır. Seviye 1 ve seviye 2 için USACE 1110-2-542 sayılı kaynak, seviye 3 için ise 1110-2- 536 sayılı kaynak temel referanslar olarak kullanılabilir. Tasarım mühendisleri açısından herhangi bir projede bu seviyelerden hangisinin kullanılacağı, aşağıda verilen iki başlığın açığa çıkarılması açısından önemlidir. a) Gövde boyunca oluşturulacak düşey derzlerin aralıkları ve yerleri, b) Maksimum SSB yerleştirme sıcaklığı. Bu iki başlık termal çatlakların ortaya çıkış ve ilerleyiş mekanizmalarının belirlenmesi açısından önemlidir. Çünkü çatlaklar SSB bir barajda görüntünün bozulmasına, sızma problemlerine ve hatta ileri seviyede yapı bütünlüğünün bozulmasına neden olabilmektedir. Birinci Seviye Termal Analiz Birinci seviye termal analiz için kabullere, çeşitli basit hesaplara, proje yapımı sırasında elde edilen verilere ve basılı kaynaklardan alınacak bazı değerlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu değerlerin temin edilmesiyle birlikte basit matematiksel işlemlerin ardından, proje için öngörülen çatlak genişliği esas alınarak gövde boyunca maksimum derz aralığı hesaplanabilmektedir. İkinci Seviye Termal Analiz Birinci seviye analizden daha detaylı bir analizdir. Daha çok bilgisayar programları yardımıyla gövde içindeki sıcaklık değişimi, yüzeydeki ve gövde içindeki birim şekil değiştirmeler bu seviye analiz ile elde edilebilmektedir. Olası çatlakların, yapı üzerindeki etkisinin ciddi sorunlara neden olabileceği düşünülüyor ise ikinci seviye termal analiz yerine üçüncü seviye analize geçilmelidir. 290 4. Su Yapıları Sempozyumu

Birinci Seviye Termal Analiz Prosedürü ve Elde Edilen Sonuçlar Birinci seviye termal analiz için gerekli girdiler, kavramsal olarak bildirinin önceki bölümlerinde verilmiştir. Birinci seviye termal analiz sırasında yapılan işlemler son derece basittir. Fakat girdiler ne kadar sağlıklı ise alınan sonuç da o kadar hassas olmaktadır. Bu seviye analizde, SSB un bütünsel olarak tek seferde dökülüp inşaatın tamamlandığı kabul edilmektedir. Bu seviyedeki analiz, excel programı yardımıyla hızlı bir şekilde yapılabilmektedir. Analize ait çıktılar Tablo 1 ve Şekil 1 de verilmiştir. Tablo 1 Proje Verileri Ve Analizde Kullanılan Katsayılar. Çimento (kg/m³) Uçucu Kül (kg/m³) Eşdeğer Çimento Miktarı Ç+0.5*P PROJE VERİLERİ VE TEMEL KATSAYILAR Kret Uzunluğu (m) Varsayılan Çatlak Genişliği (mm) Yapı Sınırlama Etki Katsayısı Ç P A Y W Kr 100 40 120 450,00 Beton Elastisite Modülü (MPa) 2,5 1 17750 Temel Elastisite Modülü (MPa) Temel Sınırlama Etki Katsayısı Ec Ef Kf 13000 0,65 Ortalama Aylık Sıcaklıklar / Bir Önceki Ayın Ortalama Sıcaklığı Aylar Ort. Sıc. ( C) T' Bir Önceki Ay Ort. Sıc.( C) T D F='- 0.67*(B-T) +B+1.1 G='0.67* (T'-F) +F+1.1 H=( C+G) ( B ) J= ( H-B ) E= ( J*N*Kf*Kr) K=(E-D ) L= (Y*K)/1000 M= ( L / W ) Ocak 5,30 7,5 10 19,43 90 10,81 8,22 27,64 14,2 13,44 86,96-3,04 0,00 0,00 0,00 Şubat 5,80 5,3 10 19,43 90 9,34 8,07 27,49 14,2 13,29 85,98-4,02 0,00 0,00 0,00 Mart 7,60 5,8 10 19,43 90 9,67 9,38 28,81 14,2 14,61 94,49 4,49 2,02 0,81 556,66 Nisan 12,10 7,6 10 19,43 90 10,88 12,80 32,22 14,2 18,02 116,57 26,57 11,95 4,78 94,11 Mayıs 16,70 12,1 10 19,43 90 13,89 16,87 36,30 14,2 22,10 142,93 52,93 23,82 9,53 47,23 Haziran 21,30 16,7 10 19,43 90 16,98 20,97 40,40 14,2 26,20 169,44 79,44 35,75 14,30 31,47 Temmuz 23,70 21,3 10 19,43 90 20,06 23,60 43,02 14,2 28,82 186,42 96,42 43,39 17,36 25,93 Ağustos 23,70 23,7 10 19,43 90 21,67 24,13 43,55 14,2 29,35 189,85 99,85 44,93 17,97 25,04 Eylül 20,20 23,7 10 19,43 90 21,67 21,78 41,21 14,2 27,01 174,69 84,69 38,11 15,24 29,52 Ekim 15,60 20,2 10 19,43 90 19,32 17,93 37,35 14,2 23,15 149,75 59,75 26,89 10,75 41,84 Kasım 10,90 15,6 10 19,43 90 16,24 13,76 33,19 14,2 18,99 122,81 32,81 14,76 5,90 76,21 Aralık 7,50 10,9 10 19,43 90 13,09 10,44 29,87 14,2 15,67 101,35 11,35 5,11 2,04 220,25 Ortalama 14,2 Termal Genleşme Katsayısı Cth (millionth s / C) N Hidratasyon Kaynaklı Isı Artışı Tad C=36.1*(A) / 223 Birim Uzama Kapasitesi εtc (milionths) Agrega Depo Sıcaklığı ( C) BİRİNCİ SEVİYE TERMAL ANALİZ Beton Döküm Sıcaklığı ( C) En Yüksek Beton Sıcaklığı ( C) Mak s imum Stabil Beton Sıcaklığı ( C) Uzun Dönem Sıcaklık Değişimi t ( C) Toplam Birim Deformasyon (mm) Toplam Birim Uzama (mm) Toplam Çatlak Genişliği (mm) Çatlak Sayısı Derz Aralığı (m) N= ( Y / M) Bilgisayar Programı Şekil 1 Birinci seviye termal analiz özeti Kullanılan Bilgisayar Programı Ve Sayısal Analiz Sonlu eleman modeli ile yapılan termal analizde TNO DIANA isimli bilgisayar programı kullanılmıştır. TNO DIANA Versiyon 9.4, inşaat mühendisliğinin farklı disiplinlerinde etkin olarak kullanılabilen çok amaçlı bir sonlu eleman programıdır. Yazılım kendi içinde çok sayıda malzeme modeli barındırmaktadır. Benzer şekilde analiz çeşitliliği ve modelde kullanılacak eleman tipleri açısından da oldukça geniş bir kütüphaneye sahiptir. 4. Su Yapıları Sempozyumu 291

Analiz Modeli, Program Girdileri ve Malzeme Parametreleri Analiz modeli projelendirilen barajın maksimum kesiti kullanılarak iki boyutlu olarak hazırlanmıştır. Baraj maksimum kesitinde temelden yükseklik 92.20 m, kret genişliği 8.00 m, taban genişliği 73.50 m dir. Memba yüzeyi düşey, mansap yüzeyi ise 0.8 Yatay/1Düşey eğime sahiptir. Hazırlanan model ve kullanılan bilgisayar programı aşamalı imalatın analize yansıtılmasına olanak sağlamaktadır. Fakat birinci seviye analiz ile karşılaştırma yapabilmek amacıyla, aşamalı imalat opsiyonu kullanılmamış; tek bir aşamada inşaatın tamamlandığı kabul edilerek analiz yapılmıştır. Modelde ön yüzde bulunan geleneksel beton (GB), SSB, SSB+Yastık Betonu (YB) ve Temel Kayası ayrı ayrı modellenmiştir. Dış yüzeylere baraj gövdesinin mevsimsel hava sıcaklıklarıyla etkileşime girebilmesi için ara yüz elemanları tanımlanmıştır. Malzeme Parametreleri Yapılan analiz sıcaklık akışı ve değişimlerine karşı oluşan birim şekil değiştirmeleri çözümleyeceği için, kullanılan modele malzeme - sıcaklık ilişkisini tanımlayacak parametreler girilmiştir. Tablo 2 de de görüleceği üzere ısı sığası, ısıl genleşme katsayısı, yayılım ve iletim katsayıları SSB ve temel elemanları için ayrı ayrı tanımlanmıştır. Bununla birlikte zamana bağlı beton sıcaklığı artışı da malzeme parametreleri içinde tanımlanan bir diğer değişkendir. Zamana bağlı hidratasyon ısısı artışının maksimum 20 C olacağı belirlenmiştir. Şekil 3 de gösterildiği gibi ısı artışının büyük kısmı ilk 10 gün içinde gerçekleşecek; ilerleyen zamanda ısı artışı devam edecek ve uzun dönemde 20 C nin önemsiz bir miktar daha üzerinde olabileceği öngörülmüştür. Tablo 2 Modelde Kullanılan Malzeme Parametreleri. MALZEME PARAMETRELERİ SSB TEMEL KAYASI Termal Isı İletim Katsayısı (W/ C) 2.5 2.5 Isı Sığası (J/M³ C) 1840000 1840000 Isıl Genleşme Katsayısı (1/ C) 0.00001 0.00001 Birim Ağırlık (KN/m³) 2.45 2.7 Konveksiyon Katsayısı (W/ C) 7.1 7.1 Poisson Oranı (u) 0.2 0.2 Basınç Dayanımı (Mpa) 14 4 Elastisite Modülü (Gpa) 17.78 13 Yükler Yapılan analiz ve değerlendirme sıcaklık etkileri üzerinden olacağı için, dikkate alınan yüklerde sadece sıcaklık kaynaklı yükler olacaktır. Sıcaklık yükleri verilirken, temel kayası için iç sıcaklık sabit ve 10 C alınmıştır. Beton döküm sıcaklığı ise 15 C kabul edilmiştir. Projelendirilen baraj yerinde ölçülen meteorolojik veriler kullanılarak elde edilen mevsimsel sıcaklıklar, 1. aşama analizle uyumlu olacak şekilde 5 C ile 25 C arasında, her çevrimi 1 yıl süren ve toplamda 4 kez tekrarlayan bir sinüs fonksiyonu olarak verilmiş; başlangıç değeri olarak ise 15 C kabul edilmiştir (bkz. Şekil 3). Analiz 4 yıllık bir zamanı kapsamaktadır. 292 4. Su Yapıları Sempozyumu

Şekil 2 Sayısal analiz modeli ve mevsimsel sıcaklık yükü. 40 Mevsimsel Sıcaklık ( C) 35 30 25 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 Zaman (sn) Zaman (gün) Şekil 3 Mevsimsel sıcaklık değişimi ve betondaki sıcaklık artış grafikleri Beton Sıcaklığı ( C) Analiz Sonuçları Analiz sonuçları değerlendirilirken düşey yönde 10 farklı seviyeden (S1, S2,..,S10) birim şekil değiştirmeler ve sıcaklıklara ait değer okuması yapılmıştır. Her seviyede 6 farklı nokta seçilmiştir. Yapılan okumalara ait zaman birim şekil değiştirme ve zaman - sıcaklık grafikleri çizilmiş; seçilen dört farklı noktaya ait zaman sıcaklık grafikleri de burada verilmiştir. Tüm okumaların yapıldığı noktalar Şekil 4 de gösterilmektedir. 4. Su Yapıları Sempozyumu 293

S10 S9 S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 Şekil 4 Okumaların yapıldığı seviyeler ve noktalar. Analiz sonuçları incelendiğinde, maksimum sıcaklığın 268. günde S4N3 noktasında 31.23 C, maksimum birim şekil değiştirmenin 226. günde Y yönünde S5N3 noktasında 264*10-6 m (264*10-3 mm) değerinde olduğu görülmüştür. 226. günde gövde içinde oluşan sıcaklık dağılımı ve birim şekil değiştirmeler kütle beton davranışına uygundur. Gerilme artışı sıcaklık farkının en fazla olduğu dış yüzeylerde meydana gelmekte ve bu bölgelerde yüzeysel çatlaklar oluşmaktadır. Dış yüzeyde oluşan birim şekil değiştirmelerin gövde ortasında elde edilen birim şekil değiştirmelere göre çok çok küçük değerlere sahip olduğu görülmüştür. Kret boyunca uygulanacak derz aralığı, öngörülen çatlak genişliğinin maksimum birim şekil değiştirmeden betonun birim şekil değiştirme kapasitesinin çıkarılması sonucu bulunan değere bölünmesiyle elde edilmiştir. Derz Aralığı = Öngörülen çatlak genişliği /(Maksimum birim şekil değiştirme Betonun birim şekli değiştirme kapasitesi) Derz Aralığı = 2.5 mm /(264*10-3 - 90*10-3 ) mm / m = 2.5 / 0.174 = 14.36 m olarak bulunmuştur. 294 4. Su Yapıları Sempozyumu

S3N1 S3N4 300 35,00 250 30,00 EYY(M*10-6) 200 150 100 Sıcaklık ( C) 25,00 20,00 15,00 10,00 50 5,00 0 0 500 1000 1500 2000 0,00 0 500 1000 1500 2000 Zaman (Gün) Zaman (Gün) Max Min Zaman (Gün) EYY(M*10-6) 86 262 1 1 Max Min Zaman (Gün) 207 1 Sıcaklık ( C) 31,13 10 S5N3 S4N3 300 35 EXX(M*10-6) 250 200 150 100 50 0 0 500 1000 1500 2000-50 Sıcaklık ( C) 30 25 20 15 10 5 0 0 500 1000 1500 2000 Zaman (Gün) Zaman Max Min Zaman (Gün) EXX(M*10-6) 226 264 1 0 Max Min Zaman (Gün) Sıcaklık ( C) 268 31,23 1 10 Şekil 5 Maksimum birim şekil değiştirme ve sıcaklık değerlerinin alındığı noktalara ait sonuç grafikleri Elde edilen sonuçlar değerlendirilmiş, Şekil 5 de görüldüğü gibi S5N3 noktasında maksimum birim şekil değiştirmenin 226. günde ortaya çıktığı belirlenmiştir. 226. gündeki sıcaklık, birim şekil değiştirme ve gerilme değerleri model üzerinde Şekil 6 da gösterilmiştir. 4. Su Yapıları Sempozyumu 295

226. Gün Sıcaklık Değerleri 226. Gün EXX 226. Gün EYY 226. Gün SXX 226. Gün SYY Şekil 6 226. günde elde edilen veriler. Sonuç ve Öneriler Elde edilen sonuç birinci seviye analiz ile mertebe olarak uyumludur. Fakat sonlu eleman modeli ile daha hassas bir çalışma yapıldığından, beklendiği üzere derz aralıklarının daha da azaltılması gerektiği sonucuna ulaşılmıştır. Mevsimsel sıcaklığın değişken olması ve analizin 4 yılı kapsaması maksimum etkinin elde edilmesini sağlamıştır. Sıcaklık artışı ve sıcaklık değişiminin birinci ve ikinci seviye analizde kullanılış biçimleri sonuçların farklı olmasında temel etkenlerdir. Ayrıca betonun sahip olduğu termal özellikler de sonuçlara direkt olarak etki eden bir diğer faktördür. Birinci ve ikinci seviye termal analiz sonuçları mertebe olarak birbirine yakın sonuçlar vermekle beraber; proje bazında özel koşullar var ise termal analizlerde sonlu eleman modellerinin kullanılması daha hassas sonuçların elde edilmesine olanak sağlayacaktır. Projelendirilen barajın bulunduğu bölgenin iklimsel koşulları, SSB karışım tasarımı ve istenen dayanımın yüksek olması (çimento oranının yüksek olması) gibi parametreler 296 4. Su Yapıları Sempozyumu

nedeniyle birinci seviye termal analiz yerine ikinci ve hatta gerekli görülmesi durumunda üçüncü seviye termal analize geçilmelidir. Birinci seviye termal analiz ön projelendirme aşamasında kullanılmalıdır. Diğer taraftan sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak aşamalı beton dökümünün modele yansıtılması, betonun termal açıdan sahip olduğu gerçek davranışa daha yakın sonuçlara ulaşılmasına imkan verecektir. Çünkü dökümler arasında geçen zaman ve dolayısıyla betonda meydana gelecek soğuma gövde içinde, beton dış yüzeylerinde ve temelde ısı yayılımının daha farklı olmasına neden olacaktır. Bu çalışmada, birinci seviye analizde beton dökümü açısından herhangi bir işlem tanımlanmadığından, ikinci seviye analizde de beton gövdenin tek seferde inşa edildiği varsayılarak çözüm yapılmıştır. Böylece sonuçların birbiri ile aynı düzlemde karşılaştırılması amaçlanmıştır. Kaynaklar Amberg, Francesco. (2003) Thermal analysis of a rcc dam during construction. 7. ICOLD Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams, Bucarest, Romania Eser Proje ve Mühendislik (2012) Kirazlıköprü Barajı Proje Yapımı: Gövde Analiz Raporu, Ankara Hansen, Kenneth D. (2012) Thermal induced cracking performance of rcc dams. 6. International Symposium On Roller Compacted Concrete (RCC) Dams, Zaragoza, Spain U.S Army Corps of Engineers (1997) ETL 1110 2-542: Thermal Studies of Mass Concrete Structures. Washington U.S Army Corps of Engineers (1995) EM 1110 2 2200: Gravity Dam Design. Washington 4. Su Yapıları Sempozyumu 297