Baraj Planlama ve Tasanmi 53 bagintisi yazilir. Burada DS dolgu tamamlandiktan sonra ti' den ti' ye kadar geçen zamanda tepede olacak oturmalari (mm) gösterir. H ise dolgunun yüksekligidir (m). Si > 0,02 ise, temelin veya dolgunun ikinci konsolidasyon için veya taneli dolgunun krepi için bu deger kabul edilebilir. 3. Sizma endeksi: Sizma veya kaçak endeksi, Qi, için - Qi = Q(lOOOA ki) (9.77) yazilir. Burada Q lls cinsinden çekirdekten veya bir elemandan geçen su, A ise elemanin en kesit alanidir (m). Buradaki k ise çekirdegin maksimum geçirimlilik katsayisi (mis) ve i ise çekirdek genisliginde ortaya çikan ortalama hidrolik egimdir. Bütün sizmalar için Qi > iise, sizma miktari kabul edilebilir. 9.10 KAYA DOLGU BARAJLAR Kaya dolgu barajlarda, kayalar yapinin ana elemani olarak görev yaparlar. Iki farkli türün kaymaya karsi dirençleri farklidir ve bunlar sematik olarak Sekil 9.26'da gösterilmistir. Geçirimsiz memba perdeli elemanlarda su basinci memba yüzüne diktir ve bütün taban boyunca kaymaya karsi direnç vardir. Merkezi çekirdekli kaya dolguda su basinci iç çekirdegin memba yüzeyine diktir ve sadece çekirdegin mansap tarafinda kaymaya karsi direnç olusur. Sekil 9.26 Kaya dolgu barajlarda etkiyen su basinci ve kaymaya karsi direnç (a) Memba yüzü kaplamali kaya dolgu, (b) Merkez çekirdekli kaya dolgu Sikistirilmis kaya dolgunun temel özellikleri Tablo 9.5' te verilmistir. Kaya dolgu malzemesinin baslica üstünlükleri, kaymaya karsi yüksek sürtünme mukavemeti ve yüksek geçirimliliktir. Bunlarin birincisi sev egimlerinin daha dik seçilmesini, ikincisi insaat ve isletmede yüksek bosluk suyu basinçlanrun meydana gelmemesini saglar. Kaya dolgu baraj in zayifliklari, tünel veya kazilardan çikarilan kirma taslarin derecelendirilmesindeki zorluk ile insaat sirasinda veya sonrasinda ortaya çikan oturmalarin yüksek olmasidir. Bu durum kil ile ortak olan yüzeylerde bazi problemler ortaya çikarir. Kaya dolgunun kayma mukavemeti egri seklinde bir yikilina zarfi ile belirlenir. Bu ise Tr=A(cr')B (9.78) seklinde bir parabol ile belirlenebilir. Burada Tr knm-2 ve cr' knm-2 birimlerindedir. A ile B birer katsayidir. Akatsayisi 3,0 (zayif kaliteli siyah mermer) ile 6,8(kumtasi) arasinda
54 Prof. Dr. Necati Agiralioglu degisir. B ise 0,67 (kum tasi) ile 0,8 1(bazalt) arasinda degerler alir. Sikistirilmis kaya dolgunun sev stabilitesi toprak dolguya benzer sekilde yapilir. Kaya dolgudaki oturmalar, parçalarin kirilmasi ile de ilgilidir. Ayrica doygunluk arttikça oturmalar artar ve insaat islemleri sirasinda oturmalar giderek hizlanir. Tepe seviyesindeki insaat oturmalar, Örl, asagidaki bagintilardan bulunabilir: Ör! = 0,001 H 3/2 (9.79) (9.80) Burada Er kayanin deformasyon modülü, pr ise kayanin özgül kütlesidir. Er'nin mertebesi 20-50 MNm-2'dir. Uzun süreli konsolidasyon oturmalari ise asagidaki bagintidan bulunabilir: Ör2= 0:' (logti - logti) (9.81) Burada o: katsayisi 0,2-0,5 arasinda degisir. ti ve t2 zamanlari insaatin tamamlanma ve /veya ilk dolmasina göre belirlenir. Kaya dolgu barajlar üzerlerinden su asinca yikilirlar. Geçirimsiz yüzeyli türlerde, kaya dolgu kaplamayi ve su yükünü tasir. Yükler kayalarin birbirine temasi ile asagiya aktarildigindan iyi derecelendirilmis siki bir dolgu en iyi çözüm olabilir. Fakat arada az miktarda kum ve çakil almasi, kayanin kaya ile temasini önledigi için ve drenaj daha iyi olacagi için zararsiz olabilir. Kaya dolgu, küçük taslardan 3-4 m çapindaki kayalara kadar degisir. Kaya dolgu yüzeyi mümkün oldugunca düzgün yapilarak kaplamanin iyi desteklenmesi saglanir. Bazi yerlerde asfalt kaplamalar yapilmasina ragmen, iki yönde bol demir yerlestirilmis betonarme kaplama en yaygin kullanilandir. Pek çok kaplamada LO m araliklarla genlesme derzleri yerlestirilmistir. Bu genlesme derzleri sizmayi en aza indirmek için asfalt türü bir malzeme ile doldurulur. Bununla birlikte son zamanlarda, derz yapilmaksizin döseme yapmak tercili edilmektedir. Bu döseme kalinligi, döseme tabanina dogru giderek artacak sekilde 15 cm' den baslar, 45 cm' ye kadar devam eder. Kaya dolgu barajlarda fazla oturmalar meydana gelebilir. Bu oturmalar ise kaplamanin kirilmasina sebep olabilir. Bu durum bu tür barajlarin en zayif tarafidir. California'da Salt Spring Baraji LOyilda 0,6 m den fazla oturmustur. Diger bir baraj türünde çekirdek kismina geçirimsiz kil yerlestirilmistir. Bu tür barajlarda çekirdek kisminin kaya dolgudan, ince malzemelerden iriye dogru derecelenmis bir geçis bölgesi ile ayrilmasi çok önemlidir. Bu geçis bölgesi çekirdegi siki destekler ve onun yikanip azalmasina engelolur. Kaya dolgu ile toprak dolgu arasinda çok kesin bir sinir yoktur. Atatürk Baraji ve Yüksek Asuvan baraji toprak-kaya karisimi birer barajdir. Kaya dolgu barajlarda sev egimleri 1:1,3 veya 1:1,4 arasindadir. Sevegimlerinin daha dik oldugu iri kaya dolgu barajlarda toprak dolguya göre daha az malzeme gerekir. Taban daha dar oldugu için ve yüksek sizma ilitimalinden dolayi kaya dolgu baraj in temelinde aranan sartlar daha agirdir. Kaya dolgu barajlar beton barajlardan genellikle daha ucuzdur ve eger uygun malzeme varsa daha hizli insa edilebilirler.
Baraj Planlama ve Tasarinn 55 Asagidaki sartlardan birinin bulunmasi halinde kaya dolgu barajlar ekonomik olabilir: (1) Baraj yeri uzak ise beton barajlar için çimento tasinmasi pahali olabilir. (2) Yakin çevrede vasifli kaya bol ise veya tünel ve dolu savak gibi tesislerden bol miktarda kaya çikarsa, kaya dolgu tercih edilir. (3) Beton dökümü için yeterli uzunlukta insaat mevsimi yoksa kaya dolgu uygun olabilir. (4) Yagis mevsimleri uzun ise toprak dolgunun sikistirilmasi mümkün olmayabilir. (S) Yapilmis bir baraj sonradan yükseltilecekse kaya dolgu uygun olabilir. Kaya dolgu barajin toprak dolgu baraja göre bazi üstünlükleri vardir. Bunlar: 1. Kis mevsiminde de kaya dolgunun serilmesi müni!cüiidür. 2. Kaya dolgu ile beton enjeksiyonu ayni anda bir arada yapilabilir. 3. Kaya dolguda bosluk basinci ve borulanma yoktur. 4. Derivasyon tesisleri pahali olacaksa, büyük taskinlar kaya dolgudan geçirilebilir. Menba perdeli kaya dolgu barajlardan olan ön yüzü beton kaplamali kaya dolgu barajlar, 1980'den beri çok yaygin kullanilmaktadir. Bu türün diger türlerden üstünlükleri asagida verilmistir. 1. Her amaç ve yükseklikteki baraj için uygulanabilir. 2. Menba ve mansap sevleri i: i,3 ile 1: i,s arasinda seçilebilir. Sevlerin daha dik olmasindan dolayi taban kalinligi daha azdir ve daha az dolgu malzemesi gerekir. Diger yapi boyutlari da taban kalinligina bagli olarak azalir. 3. Sikistirma donanimina ihtiyaç yoktur. Derzler ve yerlestirilme ayrintilari ve isçilikleri azalir. 4.Ön yüz betonarme perde ile kaplandigi için sizma ve kaçak problemi yoktur. S. Tepe oturmasi olmadigi için hava payi azdir. Ayrica gövde üzerinde dolu savak yapilabilir. 6. Bosluk suyu basinci yoktur. Ayrica sevlerin kayma tewikesi azdir. 7. Deprem tewikesine karsi daha dayaniklidir. 8. Insaat daha kisa zamanda tamamlanabilir. 9. Yüksek mukavemetli temel gerekli degildir. 10. Bütün bunlarin sonucu olarak maliyet daha düsüktür.,iii ~f'. 9.11 SENTETIK MADDELER Sentetik maddelere jeosentetik de denir. Bunlar genelolarak asagidaki sekilde kullanilirlar: 1. Menba yüzünde veya içte geçirimsiz manbranlar, 2. Sizma kontrolü için filtre ve dren tabaklari, 3. Sevlerin stabilitesi gibi amaçlarla zeminin güçlendirilmesi, 4. Yagmura karsi ve üst yüzeylerin asinmasina karsi yüzeyasinmasinin kontrolü, S. Tabakalar arasinin ayrilmasi için. 1980'li yillarda sentetik modeller çesitli amaçlarla dolgu barajlarda, özellikle toprak dolgu barajlarda kullanilmaya baslandi. Bunlar iki gruba ayrilabilir: 1. Jeotekstil, 2. Jeomambran. Jeotekstil; sentetik lifli bosluklu dokunmus geçirimli yapay bir maddedir. Bu yapay maddeler polyester ve poliproplen gibi polimer maddelerden yapilmistir. Bunlar zemine gömülünce uzun süre bozulmazlar. Jeotekstiller kaya ve toprak gibi iki farkli türün birbirine karismamasi için kullanilabilirler. Özellikle zonlu (bölmeli) dolguda iki zonun birbirine
72 Prof. Dr. Necati Agiralioglu Problem 9.15 Kaya dolgu bir barajin kil çekirdegi baraj tabanindan tepesine kadar uzanmaktadir. Bu baraj in tabandan yüksekligi 45 m, hava payi 3 m'dir. Temelde, tabandan itibaren saglam kayaya kadar 22 m kil çekirdek bulunmaktadir. Barajin sevegimleri 1: 1,5'tur. Yeralti su seviyesi tabandan 2 m asagidadir. Asagidaki verilere göre: u Özeiiik - 2,0-21,5 Kaya 4522 0,8 0,98 20 Temel kili 0,5 45-20 Çekirdek (a) Kil çekirdek tabaninda baslangiçta gerçeklesmesi beklenen insaat oturmalarini bulunuz. (b) Tepenin düseyinde, tabandaki 1 Noktasinda kaya dolgunun konsolidasyon oturmasini hesaplayiniz. Mansap tarafta, tabanda bulunan ve üzerinde 20 m kaya dolgu olan 2 Noktasinda konsolidasyon oturmasini hesaplayiniz. 2 Noktasinin düseyinde bulunan ve mmsap yüzeyinde olan 3 Noktasindaki konsolidasyon oturmasini hesaplayiniz. Çözüm: (a) Çekirdek derinligi = 45 m, Ortalama gerilme!la'c (çekirdek) için!la'c = yh12 = 20x4512 = 450 kn/m2, Insaat Oturmasi = ôic = mvyh212(9.68) bagintisindan Çekirdekteki oturma ôic = 0,5 x450x45/l04 = 1,01 m olur. Çekirdek altindaki kilde oturma (9.70) esitliginden!la' = 0.98x20x45 = 882 kn/m2) Ôi= 0,8x882x22/l04 = 1,55 m Su halde toplam insaat oturmasi = 1,01 + 1.55 = 2,56 m'dir. (b) 1 Noktasinda:!la' = ôxh = 21,5 x22,5=483,8 kn/m2 Su halde kilin orta yüksekliginde Lla' = 0,98x483,8 = 474,1 kn/m2 Ôi = 0,8 x474, 1 x22/l04 = 0,83 m olur. 2 Noktasi için:!la' = 21,5 x45 = 967,5 kn/m2 Su halde 2 noktasinda toplam oturma 1 noktasindakiniii iki kati olacaktir. Ôiop= 1,66 m bulunur. 4 Noktasi için: Ôiap= kaya oturmasi + ôinakuisi avan = 21.5 x45/2=483,8 kn/m2 Bu halde Ev =av /Er=483,8/(20x 104) = % 0,24 Oturma degeri ise %0,24x22,5 = 0,54 m Toplam oturma Ôiap= 0,83+0,54=1,37 m olur.
74 Prof. Dr. Necati Agiralioglu Problem 9.18 Merkez çekirdekli kaya dolgu bir barajin menba dolgusunda bir düsey kesitte insaat oturmasi hesaplanacaktir. Bu kesitte temel derinligi 12 m, üzerindeki dolgu kalinligi ise 28 m' dir. Ayrica asagidaki bilgiler verilmistir: '1-.Kaya yan dolgunun özgül agirligi 20 kn/m3, f. Temel malzemesi özgül agirligi 25 kn/m3, 3. Yan dolgu deformasyon modülü 40 MN/m2, 4. Temel malzemesi deformasyon modülü 85 MN/m2. çözüm: Hesaplar için ideallestirilmis bir sütun esas alinmaktadir. Bu sütunun agirlikli özgül agirligi y = (20x28 +25x12)/(28 + 12) = 21,5 kn/m3 bulunur. Agirlikli deformasyon modülü ise, E = (40x28 + 85x12)/(28 + 12) = 53,5 MN/m2 dir. Bu ideallestirilmis sütunun maksimum insaat oturmasi kesitin ortasinda beklendiginden yukarida çikarilmis olan baginti yardimi ile olur. 8i = (y/ei)(h2/4) = 0,0215x402/(4x53,5) = 0,16 m Problem 9.19 Problem 9.18'de verilen barajda, akarsu tabamna göre hazne su yüksekligi 35,1 m olmasi durumunda merkez çekirdegin maksimum insaat oturmasim bulunuz. Temelin kalinligi 12 m'dir. Çekirdek malzemesinin özgül agirligi 22 kn/m3, deformasyon modülü ise 75 MN/m2'dir. Çözüm: Ideallestirilmis sütunun maksimum insaat oturmasi ortasinda olacaktir ve bu oturma asagidaki bagintidan hesaplarnr. 81 = (y/ei)(h2/4) = 0,022x(12 + 35,l)2/(4x75) = 0,163 m Problem 9.20 Problem 9.18 ve 9.l9'da insaat oturmalari hesaplanan yerlerde (düseylerde) konsolidasyon oturmalarim hesaplayimz. Çözüm: Menba yan dolgusundaki konsolidasyon oturmasi 82 = (yi/e2)(h2/2) = 2x 8i = (0,0215/53,5)402/2 =0,32 m dir. Merkezdeki çekirdekte konsolidasyon oturmasi olur. 82 = (yl/e2)(w/2) =2x 8i = 0,022/75)(47,12/2) = 0,325 m Problem 9.21 Maksimum hazne su yüksekligi 32,1 m olan toprak dolgu bir barajda ortalama çekirdek genisligi alttan 1/3 H yükseklikte olup degeri 13 m'dir. Filtre malzemesinin deformasyon modülü 225 MNP, çekirdek malzemesinin ise 75 MN/m2'dir. Hareketsiz toprak yatay basinç katsayisi 0,45'dir. Duvarin sürtünme katsayisi = tan8 =0,55 ve merkez çekirdegin özgül agirligi 22 kn/m3,tür. Bu barajin silo etkisini hesaplayiniz.