ÇUKUROVA ÜN VERS TES FEN B MLER ENST TÜSÜ

ÇUKUROVA ÜN VERS TES FEN B MLER ENST TÜSÜ YÜKSEK L SANS TEZ Mustafa KILIÇ NERG ZL K BARAJI (ADANA) K L ÇEK RDEK MALZEMES N JEOTEKN K NCELEMES JEOLOJ MÜHEND SL ANAB M DALI ADANA, 20

ÖZ YÜKSEK L SANS TEZ NERG ZL K BARAJI (ADANA) K L ÇEK RDEK MALZEMES N JEOTEKN K NCELEMES Mustafa KILIÇ ÇUKUROVA ÜN VERS TES FEN B MLER ENST TÜSÜ Dan man : Prof. Dr. Hasan ÇET N Y l: 20, Sayfa: 232 Jüri : Prof. Dr. Hasan ÇET N : Doç. Dr. aziye BOZDA : Doç. Dr. Abdülazim YILDIZ Bu çal ma 200-20 ö retim y nda Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisli i Anabilim Dal nda Yüksek Lisans Tezi olarak haz rlanm r. Adana iline ba Karaisal ilçesinin 5 km kuzeyinde yer alan Nergizlik Baraj n n kil çekirdek özellikleri, bu tezin çal ma konusunu olu turmu tur. Barajda su tutulmaya ba land ktan k sa bir süre sonra gövdeden su kaça olmu ve baraj n güvenli i için acil olarak su seviyesi dü ürülmü tür. Sorun önce enjeksiyon ile çözülmeye çal lm fakat bunun ba ar z olmas nedeni ile slurry-trench yöntemi uygulanm r. Nergizlik baraj nda kil çekirdek malzemesi olarak kullan lan eyl numunesi, jeoteknik özellikleri dolay ile fisürlu bir yap ya sahiptir. Bu malzemenin kil çekirdek malzemesi olarak uygun olup olmad ve ayr ca ya anan soruna katk olup olmad ara lacakt r. Bunun için baraj kil çekirde inde kullan lan malzemenin bulundu u kil oca ndan numune al narak, laboratuar ortam nda optimum su içeri inde s lm r. Daha sonra söz konusu numune ile baraj kil çekirde inin iki farkl lokasyonundan al nan örselenmemi numuneler üzerinde indeks deneyler (Atterberg limitleri, tane boyu analizi, özgül a rl k tayini) ve baz zemin mekani i deneyleri (permeabilite, konsolidasyon) yap lm r. Bu i lemlerin sonunda tüm deney sonuçlar incelenerek, baraj kil çekirde inde kullan lan malzemenin, kil çekirdek malzemesi olarak kullan lmaya uygun olup olmad ve ayr ca ya anan soruna katk olup olmad ortaya konmu tur. Anahtar Kelimeler: Nergizlik Baraj, Kil Çekirdek, Kompaksiyon, Permeabilite, Konsolidasyon. I

ABSTRACT MSc THESIS GEOTECHNICAL INVESTIGATION OF THE CORE MATERIAL OF NERGIZLIK DAM (ADANA) Mustafa KILIÇ DEPARTMENT OF GEOLOGY INSTITUE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor : Prof. Dr. Hasan ÇET N Year: 20, Page: 232 Jury : Prof. Dr. Hasan ÇET N : Assoc. Prof. Dr. aziye BOZDA : Assoc. Prof. Dr. Abdülazim YILDIZ This study has been prepared as an MSc thesis at the Department of Geology in the Institute of Natural and Applied Sciences, University of Çukurova in the academic year of 200-20. Soil mechanical properties of the core material of Nergizlik Dam located 5 km north of Karaisal district of Adana is the subject of this study. Shortwhile after the completion of the dam and impoundent filling of the reservoir, leakage was detected downstream in the mid portion of the body and in an emergency resense the water level was dropped in a very short time. The problem was first tried to be solved by means at cement injection, slurry trench was tried after it was not succesful. The core material used in the Nergizlik Dam has a structure dominated with fissures. Suitability of this material as a clay core and whether it has any contribution to the leakage problem have been investigated in this study. Samples were taken from clay core quarry area and compacted under the optimum water content. Later, classification (Atterberg limits and grain size analysis) and some soil mechanichal (permeability, consolidation) tests were performed both on this sample and two samples taken from different locations on the clay core during the improvement sudies. Finally, the results of the tests were studied and suitability of the clay core material and wheather it has any contribution to the leakage problem was determined. Keywords: Nergizlik Dam, Clay Core, Compaction, Permeability, Consolidation. II

TE EKKÜR Çukurova Üniversitesi Jeoloji Mühendisli i Anabilim Dal nda yapm oldu um bu yüksek lisans çal mas boyunca bana gerekli imkanlar sunan, de erli öneri, yard m ve yap ele tirileriyle bana yol gösteren dan man hocam Say n Prof. Dr. Hasan ÇET N e te ekkürlerimi sunmay bir borç bilirim. Erasmus/LLP program bünyesinde yüksek lisans ö renimimin bir bölümünde ders ald m, de erli bilgilerini benimle payla maktan kaç nmam olan, Università degli Studi dell'aquila dan Say n Prof. Marco TALLINI ye te ekkür ederim. Arazi çal malar mda yard mc olduklar için arkada lar m Jeo. Müh. As m EM R ve Atilla ORUÇ a te ekkürlerimi sunar m. Çukurova Üniversitesi Ara rma Fonuna (MMF20YL4) sa lad maddi kaynaktan dolay te ekkür ederim. Bu çal mada, hayat m boyunca benden hiçbir ekilde eme ini esirgemeyen can m Aileme te ekkür ederim. III

NDEK LER SAYFA ÖZ.....I ABSTRACT.....II TE EKKÜR...III NDEK LER...IV EK LLER D...X ZELGELER D...XIV MGELER VE KISALTMALAR XVI. G...... Barajlar ve Göletler.......2. Baraj Türleri..... 2.2.. Beton Barajlar... 3.2.. A rl k Barajlar.. 3.2..2. Payandal A rl k Barajlar.... 5.2..3 Kemer Barajlar.... 6.2.2. Dolgu Barajlar. 8.2. Barajlarda Gözlenen Jeolojik ve Jeoteknik Problemler.. 0.4. Nergizlik Baraj ve Amaç. 2 2. ÖNCEK ÇALI MALAR... 25 2. Genel Jeoloji Çal malar... 25 2.2. Mühendislik Jeolojisi Çal malar... 30 3. MATERYAL VE METOT... 33 3. Materyal... 33 3.2 Metot. 33 3.2. Arazi Öncesi Çal malar... 34 3.2.2 Arazi Çal malar... 34 3.2.3 Laboratuar Çal malar.. 34 3.2.3.. Atterberg Limitleri. 34 3.2.3..(). Deney çin Numunenin Haz rlanmas... 35 3.2.3. (2) Likit Limit Deneyi... 35 IV

SAYFA 3.2.3. (2) (a) Gerekli Aletler ve Malzemeler... 35 3.2.3..(2).(b). Casagrande (Likit Limit) Aleti nin Ayarlanmas 36 3.2.3..(2).(c). Deneyin Yap.. 37 3.2.3. (3) Plastik Limit Deneyi... 38 3.2.3. (3). (a) Gerekli Aletler ve Malzemeler 38 3.2.3..(3).(b). Deneyin Yap. 39 3.2.3..(4). Plastisite ndisi (PI),. 40 3.2.3.2 Özgül A rl k... 40 3.2.3.2 () Gerekli Araçlar ve Malzemeler..... 40 3.2.3.2.(2). Piknometrenin Kalibrasyon....... 4 3.2.3.2.(3). Deneyin Yap... 42 3.2.3.2.(4). Hesaplamalar.... 43 3.2.3.3 Tane Boyu Analizi... 44 3.2.3.3 () Hidrometre deneyi... 46 3.2.3.3.().(a). Gerekli Araçlar ve Malzemele. 46 3.2.3.3.().(b). Deneyin Yap 47 3.2.3.3.().(c). Hesaplamalar.... 49 3.2.3.3 (2) Elek analizi.. 50 3.2.3.3 (2).(a) Gerekli Aletler ve Malzemeler... 5 3.2.3.3 (2).(b) Deneyin Yap.... 5 3.2.3.4 Standart Proctor Deneyi. 5 3.2.3.4.(). Gerekli Araçlar ve Malzemeler... 53 3.2.3.4 (2) Numunenin haz rlan.. 54 3.2.3.4 (3) Deneyin Yap.. 54 3.2.3.5 Permeabilite Deneyi.. 57 3.2.3.5 () Kullan lacak Aletler ve Malzemeler 58 3.2.3.5.(2). Gerekli Ölçümler 58 3.2.3.5.(3). Numunelerin Deneye Haz rlanmas...... 59 V

SAYFA 3.2.3.5.(4). Deneyin Yap..... 59 3.2.3.5.(5). Hesaplamalar.... 6 3.2.3.6 Konsolidasyon Deneyi.... 62 3.2.3.6.() Bir Boyutlu Konsolidasyon Teorisi.... 63 3.2.3.6.().(a). Bir Boyutlu Konsolidasyon Teorisinde Yap lan Kabuller....... 64 3.2.3.6.(2). Gerekli Araçlar ve Malzemeler.... 66 3.2.3.6.(3). Gerekli Ölçümler.. 67 3.2.3.6.(4). Numunelerin Deneye Haz rlanmas.. 68 3.2.3.6.(5). Deneyin Yap... 68 3.2.3.6.(6). Hesaplamalar 69 3.2.4. Büro Çal malar... 72 4. BULGULAR VE TARTI MA... 73 4. Adana Baseninin Genel Jeolojisi.. 73 4.2 nceleme Alan n Genel Jeolojisi 74 4.2. Otokton Birimler 76 4.2.. Paleozoyik 76 4.2.. (a) Yerköprü Formasyonu 76 4.2.. (b) Karahamzau (Yellikaya) Formasyonu 76 4.2..2 Mesozoyik.... 77 4.2..2 () Demirkaz k Formasyonu 77 4.2..2 (2) Yavça Formasyonu... 78 4.2..3 Senozoyik 78 4.2..3 () Gildirli Formasyonu... 78 4.2..3 (2) Karsant Formasyonu. 79 4.2..3 (3) Kaplankaya Formasyonu 80 4.2..3 (4) Karaisal Formasyonu 80 4.2..3 ( 5) Cingöz Formasyonu.. 8 4.2..3 (6) Güvenç Formasyonu.. 8 4.2..3 (7) Kuzgun Formasyonu.. 82 VI

SAYFA 4.2..3.(7) (a) Kuzgun Üyesi.. 82 4.2..3.(7) (b) Salba Tüfit Üyesi 82 4.2..3.(7) (c) Memi li Üyesi.. 83 4.2..3.(8) Handere Formasyonu. 83 4.2..3.(8) (a) Gökkuyu Alç ta Üyesi 83 4.2..3.(9) Taraça. 84 4.2..3.(0) Kaliçi. 84 4.2..3.() Alüvyon 84 4.2.2 Allokton Birimler 85 4.2.2. K lda Melanj.. 85 4.2.2.2 Fara a Ofiyoliti 86 4.3 Bölgenin Yap sal Jeolojisi 87 4.4 Baraj Alan n Jeolojisi 88 4.4. Baraj Alan n Genel Jeolojisi.. 88 4.4.. Kumta Çak lta 88 4.4..2 Kumta ().... 88 4.4..3 Kumta (2).... 88 4.4..4 Kilta ( eyl).. 89 4.4..5 Çak lta (Taraça)... 89 4.4..6 Yamaç Molozu.... 89 4.4..7 Alüvyon 89 4.4.2 Baraj Alan n Yap sal Jeolojisi.. 92 4.4.2. Katmanlanma 92 4.4.2.2 K vr mlanma. 92 4.4.2.3 Eklemlenme.. 92 4.4.2.4 Faylanma.. 92 4.4.2.5 Diskordans Konkordans 93 4.4.3 Baraj Alan n Depremselli i.... 93 4.5 Nergizlik Baraj.. 94 4.6 Numunelerin ndeks ve Mühendislik Özellikleri. 97 VII

SAYFA 4.6. Numunelerin ndeks Özellikleri. 97 4.6.2 Numunelerin Mühendislik Özellikleri 00 4.6.2. Standart Proctor Deneyi 00 4.6.2.2 Konsolidasyon Deneyi. 0 4.6.2.3 Permeabilite Deneyi. 04 4.6.3 Numune Özelliklerinin Kar la lmas 06 5. SONUÇLAR VE ÖNER LER. 7 KAYNAKLAR. 9 ÖZGEÇM... 29 EKLER. 3 VIII

IX

EK LLER D SAYFA ekil.. Bir beton a rl k baraj kesiti 4 ekil.2. Grande Dixence Baraj 4 ekil.3. Kemer Baraj... 5 ekil.4 Payandal a rl k baraj. 6 ekil.5 Loch Errochty Baraj. 6 ekil.6 Tek ve çift kavisli kemer barajlar n yandan ve üstten görünü ü.. 7 ekil.7 Berke Baraj (kemer). 7 ekil.8. Kemer-a rl k tipteki Hoover Baraj (ABD) 8 ekil.9 Bir zonlu dolgu baraj kesiti... 8 ekil.0 Atatürk Baraj.. 9 ekil.. Malpasset Baraj n n kesiti... 2 ekil.2. Malpasset Baraj n n y lmadan önceki ve y ld ktan sonraki hali.. 2 ekil.3 Malpasset Baraj n n memba topu u yak nda bas nç serbestlemesi nedeniyle aç lan çatlak. 3 ekil.4. Saint Francis Baraj yeri jeoloji kesiti... 3 ekil.5 San Francis baraj n y lmadan önceki hali... 4 ekil.6. San Francis baraj n y ld ktan sonraki hali... 4 ekil.7 Teton Baraj n n a amalar halinde y. 6 ekil.8 Vajont Baraj genel görünümü... 7 ekil.9. Vaiont rezervuar sa yamac ndan sol yamaçtaki kopma bölgesine bak... 7 ekil.20 May Baraj n n su tutmayan rezervuar.. 8 ekil.2 May Baraj nda Terra-rosa ile örtülü düdenlerden sular n kaçmas 9 ekil.22 Keban Baraj genel görünümü.... 20 ekil.23 Keban Baraj sol yamaç Petek Ma aras ndan su kaçaklar. 20 ekil.24 Keban Baraj rezervuar ndan kaçan sular n sifon yaparak, Keban Deresi sol yamac ndan ç kmas.. 2 X

SAYFA ekil.25 Nergizlik Baraj yer bulduru haritas... 23 ekil 3. Atterberg limitleri deney seti.... 36 ekil 3.2. Likit limit cihaz nda 3 mm lik kapanman n görüldü ü an 38 ekil 3.3. Plastik limit deneyinin yap. 39 ekil 3.4. Piknometre içerisindeki kar n s cakl n ölçülmesi.. 44 ekil 3.5. ASTM, AASHTO ve USCS s flama sistemlerinin kar la rmas. 46 ekil 3.6. Mezürün ba a getirilmesi.. 48 ekil 3.7. Hidrometre okumas n al.. 48 ekil 3.8. S lm bir zeminin k -w ili kisi. 52 ekil 3.9 Kompaksiyon numunesinin haz rlan 54 ekil 3.0. Standart proctor deneyiyle numunenin s lmas 55 ekil 3. Üst yüzeyi tra lanan numunenin tart lmas. 56 ekil 3.2 Numunenin kriko yard yla molddan ç kar 56 ekil 3.3. Permeabilite deney emas 60 ekil 3.4. Darcy yasas n ematik gösterimi 6 ekil 3.5. Konsolidasyonda hacim azalmas n blok diyagramda görünümü 64 ekil 3.6. Konsolidasyon süreci... 65 ekil 3.7. Konsolidasyon hücre düzene i. 67 ekil 3.8 Konsolidasyon deney okumas n al... 69 ekil 4. nceleme alan n genel jeoloji haritas... 75 ekil 4.2 Baraj alan jeoloji haritas 90 ekil 4.3 Baraj yerinin genelle tirilmi stratigrafisi... 9 ekil 4.4 Adana Baseni deprem bölgesi haritas 93 ekil 4.5 Baraj gövdesi genel görünümü (mansap taraf )... 94 ekil 4.6 Baraj gövdesi görünümü (memba taraf ). 95 ekil 4.7 Baraj rezervuar alan ndan bir görünüm... 95 ekil 4.8 Nergizlik Baraj na ait gövde kesiti.. 96 ekil 4.9. Casagrande plastisite kart üzerinde zeminlerin s flanmas 98 ekil 4.0 Numunelere ait granülometri e rileri.. 99 XI

SAYFA ekil 4.. KO- numunesine ait standart proctor deney grafi i. 0 ekil 4.2 KÇ- numunesine ait konsolidasyon grafi i... 02 ekil 4.3 KÇ-2 numunesine ait konsolidasyon grafi i... 03 ekil 4.4 KO- numunesine ait konsolidasyon grafi i.03 ekil 4.5. Deney numunelerinin farkl yükler alt ndaki permeabilite de erleri 05 ekil 4.6. Toprak dolgu baraj malzemelerinin çatlama ve borulanma direnci... 07 ekil 4.7. KÇ- numunesine ait çatlama ve borulanma direncini gösterir diyagram.. 08 ekil 4.8. KÇ-2 numunesine ait çatlama ve borulanma direncini gösterir diyagram.. 09 ekil 4.9. KO- numunesine ait çatlama ve borulanma direncini gösterir diyagram.. 09 ekil 4.20. KO-2 numunesine ait çatlama ve borulanma direncini gösterir diyagram.. 0 ekil 4.2. Proctor deneyinde tek tabaka halinde ve üç e it tabaka halinde serilen numunelere ait ön konsolidasyon bas nc de erlerini gösterir grafik. 2 ekil 4.22 KÇ-, KÇ-2 ve KO- numunelerine ait konsolidasyon grafikleri 4 ekil 4.23. Permeabilite katsay n tayini için permeabilite, drenaj, zemin çe idi ve yöntemler..6 XII

XIII

ZELGELER D SAYFA Çizelge 3.. Zeminin cinsine göre de ik hacimdeki piknometrelere konulmas gereken numune miktarlar.. 42 Çizelge 3.2. Elektrik mikseri ile kar rma süreleri.. 47 Çizelge 4.. Atterberg limitleri deney sonucu. 97 Çizelge 4.2. Plastisite derecesinin plastisite indisine (PI) göre belirlenmesi.. 98 Çizelge 4.3 Deney numunelerine ait tane boyu yüzdeleri ve zemin s flar.. 99 Çizelge 4.4. Numunelere ait baz mühendislik özellikleri 3 Çizelge 4.5. Geçirgenli in tan mlanmas 6 XIV

XV

MGELER VE KISALTMALAR : 3,45 e : Bo luk oran fark (birimsiz) u : Bo luk suyu bas nc : Gerilme (kg/cm 2 ) : Gerilme art V : Hacim fark (cm 3 ) H : Yükseklik fark (cm) s : Zemin numunesinin deney ba lang ndaki tane birim hacim a rl : Deney s cakl ndaki suyun viskozitesi A : Su alt ndaki birim hacim a rl k (gr/cm 3 ) d : Suya doygun birim hacim a rl k (gr/cm 3 ) k : Kuru birim hacim a rl k (gr/cm 3 ) n : Do al birim hacim a rl k ( slak yo unluk) (gr/cm 3 ) s : Kat (tane) birim hacim a rl (gr/cm 3 ) w : Suyun birim hacim a rl (gr/cm 3 ) a : Cam tüp en kesit alan (cm 2 ), A : Numune alan (cm 2 ) A 0 A C : Deney ba numune alan : Aktivite A d : Düzeltilmi Alan (cm 2 ) A J : Mezürün kesit alan (cm 2 ) ABD : Amerika Birle ik Devletleri ASTM : American Society of Testing Materials CFS CH CI CL d D : Cubic feet per second (ft 3 /sn) : Yüksek plastisiteli kil : K vam indisi : Dü ük plastisiteli kil : Hidrometre düzeltme de eri : Tane çap (mm) XVI

D o DS e e o G s G s(tx) G w(tx) GAP H h h h 2 H s : Düzeltilmi okuma (mm) : Devlet Su leri : Bo luk oran (birimsiz) : Deney Ba Bo luk Oran (birimsiz) : Numunenin özgül a rl (birimsiz) : Zemine ait özgül a rl k (birimsiz) : Suyun Tx s cakl ndaki özgül a rl : Güneydo u Anadolu Projesi : Baraj yüksekli i (m) : Numune boyu (cm) : Ba lang çtaki su yüksekli i (cm) : t süresi sonundaki su yüksekli i (cm) : Kat (Tane) K sm n Yüksekli i (cm) H 0 : Zemin numunesinin deney ba lang ndaki kal nl (gr/cm 3 ) H f H.E.S i : Zemin numunesinin deney sonundaki kal nl (cm) : Hidroelektrik santrali : Hidrolik e im J : 0,002 mm den küçük tanelerin a rl kça yüzdesi (kil yüzdesi) (%) k L LI : Permeabilite katsay (m/sn, cm/sn) : Deneyi yap lan numunenin boyu (cm) : Likitlik ndisi LL : Likit Limit (%) M m M ms M s : Kompaksiyon mold kütlesi (gr) : Kompaksiyonu yap lm numune + mold kütlesi (gr), : Zemin tanelerinin kütlesi (gr) M si : Zemin numunesinin deney ba lang ndaki kütlesi (gr) N : D tane çap ndan küçük tanelerin yüzdesi (%) n : Porozite (%) P : Kuvvet halkas okumas PI : Plastisite ndisi (%) PL : Plastik Limit (%) XVII

q : Suyun debisi (m 3 /sn, cm 3 /sn) R : Numune yar çap (cm) r : Süspansiyondaki düzeltilmi hidrometre okumas r a R A R D R L r s S SC SL S r t t USBR : Deney s ras ndaki süspansiyondaki hidrometre okumas : Ring a rl (gr) : Ring çap (cm) : Ring boyu (cm) : Sudaki hidrometre okumas : Doygunluk derecesi : Killi kum : Rötre limit : S r hava bo lu u çizgisi : Toplam geçen zaman (dk) : Deney süresi (sn) : U.S Bureau of Reclamation USCS : Birle ik Zemin S flama Sistemi V : Baraj rezervuar hacmi (m 3 ) V 0 : Deney ba numune hacmi (cm 3 ) V H : Hidrometre hacmi (cm 3 ) V m : Kompaksiyon mold hacmi (cm 3 ) V s : Deney ba numune içi kat (tane) hacmi (cm 3 ) V sp : Süspansiyonun hacmi (cm 3 ) V T : Toplam hacim (cm 3 ) V v : Numune çi Bo luk Hacmi (cm 3 ) w : Deney ba su içeri i (%) w : Numune su içeri i (%) W slak W kap W kap: W Kuru : Islak numune a rl (gr) : Kap a rl (gr) : Kap a rl (gr) : Kurutulmu numune a rl (gr) W numune : Deney sonu kurutulmu numune a rl (gr) W numune : Deney sonu kurutulmu numune a rl (gr) XVIII

W psw(tx) : Tx s cakl ndaki piknometre + numune + su a rl (gr), W pw(tx) : Tx s cakl ndaki piknometre + su a rl (gr), W s W s W skn W su W T : Kuru numune a rl (gr), : Kuru zemin a rl (gr) : Deney sonu kuru numune a rl (gr) : Su a rl (gr) : Toplam a rl k (gr) W f : Zemin numunesinin deney sonundaki su içeri i (%) W i : Zemin numunesinin deney ba lang ndaki su içeri i (%) Z r L : Süspansiyonun yüzeyinden hidrometre hacim merkezine olan uzakl k (cm) : Toplam deformasyon (cm) XIX

.G Mustafa KILIÇ. Bir akarsu üzerine; enerji üretimi, içme, kullanma ve sulama suyu temini, ta n önleme ve akarsular n düzenlenmesi gibi amaçlar için in a edilen mühendislik yap lar na baraj denir (Erguvanl, 982). Jeolojinin mühendislik i lerine en çok uyguland alanlardan biri Baraj Jeolojisi dir. 928 y nda Amerika da St. Francis baraj n y lmas ndan sonra 929 y nda, barajlar n y lmas na etki yapan faktörleri ara rmak amac yla bir sempozyum düzenlenmi ve problem her yönden ele al nm r. Bu sempozyuma baraj jeolojisinin temel atma töreni gözüyle bak labilir. Bugün dünyan n her yerinde, projeler haz rlanmadan önce baraj yerleri ve göl alanlar n (rezervuar) jeolojik etütleri yap lmaktad r (Ertunç, 2003).. Barajlar ve Göletler Barajlar, bir akarsu vadisini kapatan ve arkas nda su biriktiren; enerji üretimi, içme ve\veya sulama suyu temini ve akarsular n düzenlenmesi gibi pek çok gayeye hizmet eden ekonomik faydas büyük olan tesislerdir. Akarsular tutmak ve toplamak için yeryüzünde yap lan en eski baraj n Dicle üzerinde yap lm Maruk toprak baraj oldu u söylenmektedir. Ak düzenlemek ve ta nlar önlemek amac ile tarih öncesi devirde yap lan bu barajdan 3. yüzy n sonuna kadar yararlan lm r. Yeryüzünde ta tan yap lan ilk kâgir baraj ise Nil nehrinin sular çevirmek ve ehre içme suyu sa lamak için Menfiz ehrinin 20 km güneyinde, M.Ö. 4000 y nda yap lan barajd r. Bu barajdan 4-5 bin y l yararlan lm r. Bu gün spanya da, çok eskiden in a edilmi olup bugün de yararlan lan barajlar vard r. Bunlar n en eskisi 384 y nda Araplar taraf ndan yap lm olan, Almansa Baraj r. Bu tarihe kadar yap lan barajlarda bugünkü tekni in gerektirdi i hesaplar yap lm de ildir. Modern hidrolik hesaplara göre yap lan ilk baraj Fransa da Chartrain (888-892) dir. lk beton a rl k baraj ise 887 888 de Kaliforniya da in a edilen Sen Mates Baraj r. 9. yüzy n sonunda ve 20. yüzy n ba nda yüksek enerji ve içme suyu elde etmek, sulama yapmak ve ta n önlemek amac ile k sa zamanda çe itli tiplerde

.G Mustafa KILIÇ yüksek barajlar in a edilmeye, emniyet ve maliyet bak ndan ayr nt etütler yap lmaya ba lanm r (Erguvanl, 982). Gölet ise çevre sular n, akarsular n ve artezyen veren yeralt sular depolayabilmek ve bu sular n faydas artt rmak için vadilerin kapat lmas sureti ile yap lan, yükseklikleri en fazla 0 m kadar, su depolama kapasiteleri 50.000 m 3 den az olan su tutma yap lar r (Erguvanl, 982). Türkiye de Köy Hizmetleri taraf ndan yap lan tüm su tutma yap lar gölet olarak adland lmaktad r. Genel olarak talvegden 24 metreye kadar olan su yap lar na da gölet ismi verilmektedir (Boyac, 2005)..2. Baraj Türleri Baraj jeolojisi üzerine çal an ara rmac lar barajlar kendilerine özgü olarak fland rmaktad rlar. Örne in, Erguvanl (982) ye göre barajlar 4 tipte fland lm r. Bunlar;. Yüksekliklerine (H) ve göl hacimlerine göre (V) u ekilde s fland r: - Gölet : H < 0 m ve V < 50.000 m 3 - Ufak baraj : 0 m < H < 5 m, 50.000 m 3 < V <.000.000 m 3 - Büyük baraj : H > 5m, V >.000.000 m 3 2. Eskiliklerine Göre: Urartular, Romal lar, Osmanl Türkleri taraf ndan yap lan barajlar olarak adland rlar. 3. Amaçlar na göre u ekilde s fland rlar: - çme suyu sa lamak - Enerji üretmek (Hidroelektrik Santralleri, H.E.S) - Ta n önlemek - Sulama yapmak 4. Gövdelerinin yap nda kullan lan malzemeye göre: Bunlar Kâgir (ta ) barajlar, Beton barajlar, Toprak barajlar, Kaya barajlar, Kaya Toprak barajlar, Ah ap barajlar ve Çelik barajlar olarak s fland lmaktad r. Ertunç (2003) e göre ise barajlar, amaçlar na ya da yap mlar nda kullan lan malzemeye göre s fland lmaktad r. Genel olarak barajlar n amac ; içme suyu 2

.G Mustafa KILIÇ sa lanmas, enerji üretimi, ta n önleme ve sulamad r. Bundan ba ka ula m, dinlenme yeri, spor tesisleri, bal kç k, termik santral kül depolanmas, maden art klar n depolanmas amaçlar yla da baraj yap labilmektedir. Ço u baraj birden fazla amaçla yap lmaktad r. Barajlar, yap mlar nda kullan lan malzemeye göre beton, kaya dolgu, toprak dolgu, ah ap, çelik olarak s fland lmaktad r. Bunlardan beton barajlar; a rl k, payandal a rl k, kemer olmak üzere üç gruba ayr lmaktad r..2.. Beton Barajlar Beton barajlar da a rl k, payandal a rl k, kemer olmak üzere üç gruptur:.2.. A rl k Barajlar rl k barajlar, suyun kald rma ve döndürme kuvvetine kar kendi rl klar yla duran masif yap lard r. Bu tip barajlar eskiden ta la yap lmaktayd, bugün betonla yap lmaktad r. Bu tip barajlar n eksenleri do ru eklinde ya da ak yukar do ru hafifçe kavisli olabilir (kemer-a rl k). Baraj n enine kesiti üçgene benzeyen yamuktur ( ekil.). A rl k barajlar n sa lam temele oturmas istenir. Vadi yamaçlar az e imli, geni, V ekilli olabilir (Ertunç, 2003). sviçre deki Grande Dixence Baraj, beton a rl k baraj tipindedir. 285 m yüksekli e sahip olan baraj, dünyan n en büyük baraj unvan na sahiptir ( ekil.2). Türkiye de de Ayd n ili s rlar içerisinde olan 08 m yükseklikteki Kemer Baraj beton a rl k barajlara örnektir ( ekil.3). 3

.G Mustafa KILIÇ ekil.. Bir beton a rl k baraj kesiti (Ertunç, 2003) ekil.2. Grande Dixence Baraj (http://www.energiethun.ch). 4

.G Mustafa KILIÇ ekil.3. Kemer Baraj (http://i628.photobucket.com).2..2. Payandal A rl k Barajlar Bu tip barajlar n memba taraf, su bas nc na kar duran düz ya da az e imli betonarme bir perde eklindedir. Mansap taraf nda, su bas nc temele ileten payandalar vard r ( ekil.4). Payandal a rl k barajlar na, a rl k barajlar na oranla daha az beton gider, temel kaz da az olur. Payandalar aras ndaki yerlere kuvvet santralleri ve di er baz yap lar yerle tirilebilir. Payandal a rl k barajlar nda kaliteli beton dökme ve kal p i çili i önemlidir (Ertunç, 2003). Payandalara fazla yük dü er, payandalar aras na ise fazla yük binmez. Zay fl k zonlar (fay, çatlak v.s.) payandalar aras na rastlat r. Yamaç e imi az, geni, V ekilli vadilerde payandal a rl k barajlar yap labilir. skoçya da bulunan Loch Errochty Baraj, payandal barajlara örnektir ( ekil.5). 5

.G Mustafa KILIÇ ekil.4 Payandal a rl k baraj (Ertunç, 2003) ekil.5 Loch Errochty Baraj (http://www.corestore.org).2..3 Kemer Barajlar Kemer baraj, kavisli tek bir beton duvardan olu an su tutma tesisidir. Suyun bas nc, kemer tesiriyle yamaçlara vermek için, beton duvar memba yönüne do ru kavisli yap r ( ekil.6). Bas nç, temele ve yamaçlara e it da yorsa baraj kemer- rl k veya a rl k-kemer olarak yap labilir. Yükün büyük bir k sm kemer etkisiyle yamaçlara naklettirilebilirse bu baraja ince kemer baraj ad verilir. Bunun için yamaçlar çok sa lam olmal ve kemer yamaç içine iyice kenetlenmelidir. Kayaya merdivenimsi ekiller verilerek, gerilmelerin toplanmas na ve betonda çatlaklar n 6

.G Mustafa KILIÇ olu mas na engel olunur. Kemerin yamaçlara iyi bir ekilde kenetlenmesi için, kemer ile vadinin birle ti i noktadaki aç n 45 0 olmas gerekir (Ertunç, 2003). Türkiye de Osmaniye nin Düziçi ilçesinde bulunan Berke Baraj kemer barajlara verilecek örneklerdendir ( ekil.7). Dünyada kemer barajlara örnek olarak Hoover Baraj (ABD) verilebilir ( ekil.8). ekil.6 Tek ve çift kavisli kemer barajlar n yandan ve üstten görünü ü (Ertunç, 2003) ekil.7 Berke Baraj (kemer) (http://www.kaliteliresimler.com/) 7

.G Mustafa KILIÇ ekil.8. Kemer-a rl k tipteki Hoover Baraj (ABD) (http://www.paylessflights.com).2.2. Dolgu Barajlar Dolgu barajlar, toprak ve kayan n belli bir oranda kar lmas ile yap lan su tutma tesisleridir ( ekil.9). Bu tip barajlar zeminin yeterince sa lam ve homojen olmamas halinde tercih edilir. Geni ve yayvan vadilerde de toprak baraj yap r. Baraj yerine yak n bol malzeme olmas gerekir. Bu malzeme; kaya parças, çak l, kum, silt, kil ve bunlar n kar r (Ertunç, 2003). ekil.9 Bir zonlu dolgu baraj kesiti (Ertunç, 2003) 8

.G Mustafa KILIÇ Toprak barajlar n s fland lmas, baraj gövdesinde kullan lan malzemeye göre: a) Homojen gövdeli b) Bölgeli (zonlu) gövdeli c) Kaya dolgu gövdeli d) Toprak dolgu gövdeli e) Kaya-toprak dolgu gövdeli olarak yap labilir. Eldeki malzemeden en çok yararlanmaya çal r. Homojen gövdede her taraftaki malzeme ayn özelliktedir. Bölgeli gövdelerde ortada geçirimsiz bir k m (çekirdek), iki tarafta tane boyu d a do ru büyüyen geçirimli k m ile memba ve mansap topuklar nda filtre bulunur. Kaya dolgu gövdeler k lm ta tan yap r (Ertunç, 2003). Ülkemizde GAP Projesi kapsam nda yap lan Atatürk Baraj, kaya dolgu tip barajlara örnektir ( ekil.0). ekil.0 Atatürk Baraj (http://4.bp.blogspot.com/) 9

.G Mustafa KILIÇ Toprak veya kaya dolgu biçiminde in a edilen barajlarda s zmay önlemek için geçirimsiz bir çekirdek bulunur. Çekirdek genellikle killi malzemeden olu ur. Killer üç ana gruba ayr r; () montmorillonit/simektit, (2) kaolinit ve (3) illit. Mühendislik özellikleri aç ndan montmorillonit killer birçok soruna neden oldu undan mecbur kal nmad kça kil çekirdek malzemesi olarak önerilmemektedir. Ancak ço u zaman daha uygun malzeme bulunamamas ndan dolay montmorillonit killer veya kar mlar, bazen de eyl türü birimler barajlarda kil çekirdek malzemesi olarak kullan lmaktad r. Yeterli miktarda kil mevcut olmad zaman beton veya asfaltik beton membranlar kullan r (Bell, 2004). Baraj n alt nda s zman n kontrol edilmek istendi i durumlarda çekirdek, normalde kal n bir perde eklinde zemin yüzeyinden a devam eder. Bu ç nt lar bazen çok derin olabilir; baz durumlarda kanat hendekleri olarak abatman içlerinde devam ederler. Dolgu baraj n içine ve alt na yerle tirilen kum ve/veya çak l drenleri de s zmay kontrol etmeye yard mc olur. Tabanlar n geni olmas ndan dolay, dolgu barajlar n zemine uygulad bas nç, beton barajlar nkine göre dü üktür. Ayr ca oturma gibi deformasyonlar kolayl kla kar layabilirler. Sonuç olarak, dolgu barajlar zay f ve peki memi akarsu ve buzul çökellerinden yüksek dayan ml kaya kütlelerine kadar çok geni bir aral ktaki temel ko ullar nda in a edilebilirler (Bell, 2004). Baraj gibi önemli mühendislik projelerinde özellikle kaya ve toprak dolgu barajlarda malzeme seçimi büyük önem arz etmektedir. Uygun malzeme seçilmemesi gibi durumlarda baraj gövdesinde y lmayla son bulabilecek seviyede hasarlar olu abilmektedir. Bununla beraber yap lan malzeme deneylerinde standartlara uyulmamas ve/veya deneylerde dikkatsiz davran lmas ciddi problemlere yol açabilmektedir..2 Barajlarda Gözlenen Jeolojik ve Jeoteknik Problemler Baraj yeri ve göl alan jeolojisinin iyice anla lmam olmas nedeniyle dünyada 928 y na kadar 250 baraj y lm r. 0

.G Mustafa KILIÇ 2 Aral k 959 da Fransa da Malpasset baraj n y lmas yla 42 ki i ölmü tür ( ekil.,.2). Malpasset baraj, beton kemer tipinde ve 60 m yüksekli indeydi. Baraj n y lmas yla ilgili dava s ras nda bilirki i, y lman n alttan kald rma bas nc nedeni ile aç klanabilece i sonucuna varm r. Bilirki i raporuna göre alttan kald rma bas nc konusunda etkisini hissettiren ana jeolojik ko ulun, baraj yerinin alt ndan geçen, ak yukar do ru e imli bir fay n varl oldu u söylenebilmektedir. Bundan ba ka, istoziteye az-çok paralel ve bu faya yakla k dik bir eklemin varl dü ünülebilir. Rezervuardaki suyun itkisiyle memba (ak yukar ) topu unda bir bas nç serbestlemesi olmu ve aç lan eklemlere su girmi tir. Mansap (ak a ) topu unda ise s ma gözlenmi tir ekil.3). Gövde alt na s zan su burada bir alttan kald rma bas nc olu turmu tur. Alttan kald rma bas nc, kemer baraj n sol kanad n temelini olu turan kayay fay düzlemi boyunca ak a do ru giderek artan öteleme ile harekete geçirmi tir. Baraj n sa kanat etraf nda dönerek harekete kat lmas yla birlikte, önce tek parça olan gövde, nehir üstündeki ve sa yamaçtaki temeller aç lmas ile gövdenin ak yukar yüzünün dibinde bir yar k olu mu tur ( ekil.6). Bir anda dönme durmu ve sol yamaçtaki temel kayas n parçalanmas yla ve ta temelin k lmas yla baraj n gövde alt ndan gedik aç lm r. Ama yine de kemerin üst k mlar henüz korunmaktayd, çünkü bunlar n itkisi sol yamaç dayana te etsel olarak etkilemekteydi. Dayanaktan yoksun kalan bu kesimde, baraj n sol kanad sonunda parçalanm ve çökmü tür. Ak nt dan orta ve sa kesimleri de etkilenmi ama bunlar n temeli ve gövdenin alt k mlar yerinde kalm, üst k mlar y lm r. Oldukça büyük boyutlu beton bloklar 500 m ak a da bulunmu tur (Ertunç, 2003). 928 y nda ABD de St. Francis baraj y lm, 436 ki i ölmü tür. Saint Francis baraj 50 m yar çap nda bir kemerli a rl k baraj idi. Gövde kal nl tabanda 55 m, krette 5 m, yükseklik 62 m idi. Barajda Mart 926 da su toplanmaya ba lanm r. Temelden büyük ölçüde su kaçaklar görüldükten sonra, 2 Mart 928 de baraj y lm r. Temel kayas heterojen yap dad r: Tabanda ve sol yamaçta yapraklanmal mika ist, sa yamaçta çak lta (konglomera) vard ve bu iki litolojinin kontakt fayl r ( ekil.4,.5,.6). Jipsli kil çimentolu çak lta, kuru iken sa lam görünmektedir fakat slanma sebebiyle kum ve çak llar n ayr ld ve zeminin

.G Mustafa KILIÇ da ld görülmü tür. Y lma faya yak n bölgede olmu tur. Ana nedenin, suyla temas eden çak lta n yumu amas ve da lmas oldu u dü ünülmektedir (Ertunç, 2003). ekil.. Malpasset Baraj n n kesiti (Ertunç, 2003) ekil.2. Malpasset Baraj n n y lmadan önceki ve y ld ktan sonraki hali (http://www.ecolo.org/) 2

.G Mustafa KILIÇ ekil.3 Malpasset Baraj n n memba topu u yak nda bas nç serbestlemesi nedeniyle aç lan çatlak (Ertunç, 2003) ekil.4. Saint Francis Baraj yeri jeoloji kesiti (Ertunç, 2003) 3

.G Mustafa KILIÇ ekil.5 San Francis baraj n y lmadan önceki hali ( http://web.mst.edu) ekil.6. San Francis baraj n y ld ktan sonraki hali (http://web.mst.edu) 4

.G Mustafa KILIÇ 5 Haziran 976 da ABD de 00 m yükseklikte Teton baraj sa yamaca yak n gövdede meydana gelen s nt lar nedeniyle birkaç saat içinde y lm r. Ak daki yerle im alanlar zaman nda bo alt ld için ölü say i geçmemi tir ekil.7) (Ertunç, 2003). Baraj yerlerinin yeterince sa lam yerlerde seçilmesi gerekti inden, buralarda heyelan sorununu s rl olaca kabul edilebilir. Barajlarda heyelanlar n iki türlü etkisi vard r. Baraj gölü (rezervuar) heyelanlar suyu gövde üzerinden ta r; ak daki heyelanlar ise santral tesislerini su basmas na neden olur. Barajlarla ilgili en büyük heyelan, 963 y nda talya da Vaiont baraj rezervuar n sol yamac nda meydana gelmi ve sular baraj gövdesi üzerinden a arak ak a da 2600 ki inin ölümüne neden olmu tur. Vaiont baraj, 265 m yüksekli inde bir kemer barajd r ekil.8). Rezervuar sol yamac ndaki Mesozoyik ya kireçta ve marnlar n imi, göle do rudur. Jeolojik etüdüler s ras nda baz hareketler görülmü ve sa yamaçtan suyun bir k sm uzakla racak derivasyon tünelleri aç lm r. Ancak heyelan h zl oldu undan, bunlar i e yaramam r. iddetli ya lardan sonra bir gece birdenbire 250.000.000 m 3 malzeme, 50 km/saat h zla rezervuar doldurmu ve sa yamaca kadar dayanm r ( ekil.9). Olay n iddetinden çevredeki binalar n çat lar uçmu ve Avrupa daki rasathaneler olay deprem olarak kaydetmi tir. Olu an 200 m yüksekli indeki dalgalar baraj gövdesi üzerinden a arak ak a da önüne gelen her eyi y karak büyük hasara neden olmu tur. Buna ra men baraj gövdesi sa lam kalm, sadece korkuluklar n bir k sm hasar görmü tür. Olaydan Longarone ve Barcis yerle im alanlar büyük zarara u ram ve 2600 ki i ölmü tür (Ertunç, 2003). 5