n aat M BÖLÜM 12- BARAJLARIN JEOLOJ Prof Giri -Barajlar n s fland lmas -Baraj tipi seçimi-baraja etki eden kuvvetler-baraj lmalar - Barajlar n ömrü-baraj gölü ve yeri çal malar -Baraj ve çevresel etkiler ma sman eol D tlar V YA I- G eoloji KAYA YA Baraj, Su tutma yap r. Tek ve Çok Amaçl Barajlar: 1. Akarsular n düzenlenmesi 2. Su sa lamak (içme+kullanma+sulama suyu) 3. Enerji üretmek 4. Ta n önlemek 5. Di er amaçlar (Bal kç k+turizm+spor+vd ) 1
Barajlarda Kullan lan Ortak Terimler 1. Abatman (Abutment): Baraj n, üzerine in a edildi i vadinin her iki taraf ndaki e imli yüzeylerdir. 2. Vadi Kesiti (River-Channel Section): Baraj gövdesinin akarsu yata na oturdu u kesimin en kesitidir. 3. Baraj Menba Ete i (Hael of The Dam): Baraj n menba yüzünün temel kayas na oturdu uk m. 4. Baraj Topu u (Toe of The Dam): Baraj n mansap yüzünün temel kayas na oturdu uk m. 5. Baraj Tepesi (Crest): Baraj nenüstk sm. Prof P sman M çin eoloji sm Jeol S VRa 6. Kenar Duvar (Parapet): Baraj tepesinin her iki k sm nda görülen nduvarlar. Baraj tepesinin yol olarak kullan lmas halinde emniyetli trafi isa lar. is la 7. Serbest K m (Freeboard): Baraj tepesi ile maksimum su seviyesi aras nda kalan k m. Bu k sma dalga pay ya da emniyet pay dadenir. 8. Baraj Ekseni (Axis of The Dam): Baraj tepesinin tamortas ndan veya baraj n menba yüzü taraf nda tepenin kenar ndan geçen hayali çizgi. 9. Baraj Kesiti (Dam Cross Section): Baraj n eksenine dik kesiti. 10.Galeriler (Galleries): Baraj gövdesi içinde, baraj eksenine paralel, dik ve e ik olarak yap lm bo luklar. eol Ders V KAYA YA baraj nya Not tlar 2
11.Dip Savak (Outlet Conduit): Ölü hacminin üstündeki suyu bo altmaya yarayan tünel. 12.Ölü Hacim Yüzeyi (Dead-Storage Water Surface): Baraj n içinde kalan, bo alt lmayan su yüzeyi. Bu hacim barajlarda toplanacak silti depolamaya yarar. 13.Baraj Yüksekli i: Talvegten (H1) ya da temelden (H2) baraj tepesine kadar olan mesafe. 14.Kuyruk Suyu Yüzeyi (Tail Water Surface): Baraj n dolu savak, dip savak ya da türbinlerinden ç kan suyun mansaptaki yüzeyi. 15.Maksimum Su Yüzeyi (Maximum Water Surface): Baraj gölünde su seviyesinin en yüksek oldu u (dolu savaktan akmadan) seviye. Prof P sman sm S V YA eol tlar KAYA YA 3
Prof 16. Minimum Su Yüzeyi (Minimum Water Surface): Baraj gölünde faydal ekilde kullan labilecek en dü ük su yüzeyi. 17. Dolu Savak (Spillway): Baraja maksimum su seviyesinin üstünde gelen suyu bo altmaya yarayan kanal. 18. Çevirme Tüneli (Diversion Tunnel): Baraj n gövde in aat ras nda akarsuyun yönünü de tirmeye yarayan tünel. 19. Batardo (Cofferdam): Baraj n in as ras nda akarsuyun çevirme tüneline girmesine yard mc olan ve akarsuyun in aat sahas basmas engelleyen ufak barajlar. Menba ve mansapta olmak üzere iki adet bulunur. P sman sm S V YA eol tlar KAYA YA 4
II- BARAJLARIN SINIFLAMASI Prof. AMAÇLARINA GÖRE 1. SU SA LAMA ( ÇME, KULLANMA, SULAMA) 2. TA KIN DENET 3. ENERJ ÜRET 4. ULA IM 5. TUR ST K 6. ATIK MALZEMEYE GÖRE 1. BETON a. Kemer b. Payandal c. A rl k 2. DOLGU a.toprak dolgu b. Kaya dolgu c. Kar k dolgu 3.KAG R 4.D ER (Ah ap,vs. ) P Dr. YÜKSEKL KLER NE GÖRE VE GÖL HACM NE GÖRE 1. H D< < 10 m GÖLET V < 5. 10 4 m 3 2. 10 < H <15m m KÜÇÜK... 5. 10 4 < V < 10 6 m 3 3. H > 15 m. BÜYÜK.. B V > 10 6 m 3 sman eoloji eol tlar V YA KAYA YA 5
Dolu Savak Baraj gölü maksimum su seviyesine eri tikten sonra baraj gölüne gelen ta n sular baraj gövdesine ve göl alan yamaçlar na zarar vermeden bo altan kanallard r. Barajlar n emniyet vanalar r. 1. Kuyu Tipi Dolu Savak. 2. Üstten Akan Dolu Savak. 3. Üstten Kapakl Dolu Savak. 4. Dip Savak. 5. Tehlike Sava. Prof P sman M çin eoloji eol Ders Jeol ji V re ü BETON BARAJLAR Beton barajlar; A rl k, Payandal a rl k, ojk, Kemer olmak üzere üç gruptur. a) A rl k Barajlar rl k barajlar, suyun kald rma ve döndürme kuvvetine e kar kendi rl klar yla duran masif yap lard r. Bu tip barajlar n eksenleri do ru eklinde ya da ak yukar do ru hafifçe kavisli olabilir (kemer-a rl k). KAYA gruptuya Not tlar Baraj n enine kesiti üçgene benzeyen yamuktur. rl k barajlar n sa lam temele oturmas istenir. Vadi yamaçlar ; az e imli, geni, V ekilli olabilir. 6
Pro P Dr. sman M çin eoloji Sar yer Beton A rl k Baraj Jeol eol Ders b) Payandal A rl k Barajlar V Bu tip barajlar n memba taraf, su bas nc na na kar duran düz ya da az imli betonarme bir perde eklindedir. Mansap taraf nda, su bas nc temele ileten payandalar alar vard r. Payandalar aras ndaki yerlere kuvvet santralleri ve di er baz yap lar yerle tirilebilir Payandalara fazla yük dü er, payandalar aras na ise fazla yük binmez. KAYA YA Yamaç e imi az, geni, V ekilli vadilerde payandal rl k barajlar yap labilir. Not tlar 7
Prof P sman M çin eoloji Elmal II Baraj (Göksu nehri) Jeol eol Ders c) Kemer Barajlar V Kemer baraj, kavisli tek bir beton duvardanolu an sututma tesisidir. idi Suyun bas nc, kemer tesiriyle yamaçlara vermek için, beton duvar membaya do ru kavisli yap r. Kayaya merdivenimsi ekiller verilerek, gerilmelerin toplanmas na ve betonda çatlaklar nolu mas na engel olunur. Kemerin yamaçlara iyi bir ekilde kenetlenmesi için, kemer ile vadinin birle ti i noktadaki aç n45 0 olmas gerekir. KAYA YA Not tlar 8
Prof P sman ma Karakaya Baraj (F rat nehri) DOLGU BARAJLAR ojmas le y eoloji Ders KAYA YA Toprak ve kayan n belirli bir oranda kar lmas ile yap lan su tutma yap lar r. Toprak barajlar, daha çok geçirimsiz olan ve çok sa lam olarakak kabul edilmeyen ayr k ya da çimentolanm kayalar, heterojen zeminler, geni ve yayvan vadiler üzerinde yap lmaktad r. Depreme dayan kl rlar. 1. Toprak Dolgu ( Seyhan, Aslanta, Sülo lu, Büyükçekmece vb.). 2. Kaya Dolgu (Hirfanl, Hasan U urlu, Do anc, Keban, ). 3. Kar k Dolgu (Güzelhisar, Atatürk, Kralk ). i veya Not tlar 18 9
Kaya dolgu baraj n aat M çin eoloji P sman Toprak dolgu baraj sm n Baraj eol tlar Jeol Kompozit Baraj (A rl k ve Kaya dolgu) V Keban Baraj (F rat nehri) AYA YA t Atatürk Baraj (F rat nehri) Kaya dolgu baraj 10
COMPOSITE DAMS Composite dams are combinations of one or more dam types. Most often a large section of a dam will be either an embankment or gravity dam, with the section responsible for power generation being a buttress or arch. P r. sman Prof Keban Dam F rat River; Height= 163 m; Reservoir Capacity= 31 billion m 3 Gravity & Rock Fill eoloji eol tlar V YA KAYA YA 11
III- BARAJ T VE YER SEÇ NE ETK EDEN FAKTÖRLER Topografyas (vadi ekli) Litolojik özellikleri Yap sal özellikleri. Prof. Dr. Hidrolojik ve hidrolik durumu Hidrojeolojik özellikleri (rezervuar n ve baraj yerinin su tutmas ) Malzeme olanaklar klim ko ullar Bölgenin depremselli i Ülkenin ekonomik durumu ve i çilik Sosyalko ullar Çevre ko ullar Bilgi birikimi ve deneyimler sman eol Ders tlar eoloji ji V ) VAD EKL (Akarsu, Buzul, Litoloji, Yap, Evrim) Rrim Bo az ya da kanyonlar ( U ekilli vadiler) Darvadiler(Dar V ekilli vadiler) Geni vadiler (Geni V ekilli vadiler) Geni ve düz vadiler Kar ekilli vadiler KAYA YA Vadi Geni li i / Vadi Yüksekli i Oran U ekilli Vadilerde : 3 > Dar ekilli Vadilerde : 3-6 Geni Vadilerde : 6-7 Düz Vadilerde : 7 < ot 12
Vadi ekli Faktörü (K) K= TEPE UZUNLUÐU BARAJ YUKSEKLIGI = B H Prof. K= P Dr. b H (tan U1 tan U 2) H = H b + (tanu 1 + tanu 2 ) K: Vadi ekli faktörü b: Vadi taban geni li i H: Baraj yüksekli i U 1 ve U 2 : Vadi yamaçlar n ortalama do rultusunun dü eyle yapm oldu u aç. V ekilli Vadilerde: Fransa da Da K < 11 talya da K < 7 Amerika da K < 5 olmas istenir. U ekilli Vadilerde: K 4.5 ise Kemer baraj K 5 ise A rl k baraj K > 5 ise Dolgu baraj olmas istenir (Amerika da). sman eoloj eol tlar Litoloji 1. Litoloji cinsi 2. Kal nl klar ve Ayr ma derinlikleri 3. Geoteknik Özellikler: Ta ma Gücü Ayr ma Dayan m Suya Kar Hassasiyet Geçirgenlik-Gözeneklilik V KAYA YA Yap Geometri Baraj ekseni ile tabaka ve çatlaklar n do rultu / e imleri aras ndaki ili kiler. Baraj yerindeki kayaçlar n k vr ml olmas. Süreksizlik-su kaça ili kisi. Yamaçlardaki süreksizliklerin durumu. 13
Pr P Dr. sman eol Ders tlar V YA eoloji Hidroloji Büyük debili nehirler. Düzensiz debili (Vah i dereler). dereleri. Ak m ölçümleri. Baraj gölü alt nda kalan kaynaklar. Ya miktar ve rejimi. Yeralt suyu hareketi, yönü vs. KAYA YA klim Ko ullar klim ko ullar na göre dolgu barajlarda ki malzemelerin yerle tirilmesi (ya fazla olan ve don yapan bölgelerde). Don yapan bölgelerde beton dökümünün zorla mas. Kurak bölgelere toprak baraj gövdesinin kompaksiyonu, beton barajlarda betonun prizi esnas nda so utulmas için gerekli suyun sa lanmas. 14
Bölgenin Depremselli i Deprem bölgesinde yap lacak barajlarda aranan özellikler: 1. Dolgu barajlar (toprak ve kaya dolgu) tercih edilmelidir. 2. Gövde geni tabanl geçirimsiz zon üzerine oturmal r. 3. Yüksek dalga pay (3-4m.) b rak lmal r. 4. Geni tepe b rak lmal r. 5. Gövde evlerinin e imi az olmal r. Prof. Dr. Malzeme Olanaklar Baraj yap nda kullan lacak malzemenin uygun nitelikte, yeterli miktarda ve baraj yerine yak n olmas gerekir. Kaz lardan kar lacak malzemelerin kullan labilirli i. Malzeme ocaklar n baraj yerine uzakl. sman eol Ders tlar eoloji V ER IV- BARAJ GÖVDES NE ETK YEN KUVVETLER 1. Baraj A rl. 2. Hidrostatik Bas nç. 3. Suyun Kald rma Kuvveti. 4. Buz Bas nc. 5. Deprem Etkisi. 6. Silt Bas nc. 7. Dalga Etkisi. 8. Di er. KAYA YA 15
V- BARAJ YIKILMALARI ve PROBLEMLER Prof P sman A. Do al Nedenler (%40) a) Fazla Ya. b) Heyelan. c) Deprem. d) A nma. e) Rezervuar Alan nda Oyulmalar Meydana Gelmesi. f) Dalga Etkisi, Üstten A ma. g) Buz Etkisi. B. Yap m Hatalar (%35) eoloji Ders a) Borulanma. b) Baraj Gövdesi Alt nda S nt Olmas. c) Çökme. d) Baraj evlerine Uygun E im Verilmemesi. e) Yetersiz Kitle. f) Dolguda Farkl Oturma. g) Betonda Çatlama Ve Bozulma. h) Kayma. i) Kil Çekirde in Su Geçirmesi (Filtrelerin T kanmas ). j) Savak Yetersizli i. k) Di er Sebepler. V KAYA YA Not tlar 16
Pr P sman eol tlar V YA BÜYÜK BARAJLAR KOM SYONU (200 Baraj Y lmas nda) eoloj Üstten a ma Heyelan Borulanma zma Çökme Dalga etkisi nma etkisi aat kusurlar Yetersiz gövde Deprem Buzlanma (37.%18.5) (21.%10.5) (18.%9) (13.%6) (9 %4.5) (5 %2.5) (5 %2.5) (5 %2.5) (8 %4) (9 %4.5) (1 %0.5) AYA YA 34 17
Baraj yeri ve göl alan jeolojisinin iyice anla lmam olmas nedeniyle dünyada 1928 na kadar 250 baraj y lm r. 1928 y nda ABD de St. Francis baraj y lm, 436 ki i ölmü tür. P sman Prof 2 Aral k 1959 da Fransa da Malpasset baraj n y lmas yla 421 ki i ölmü tür. sm 35 eol D tlar V YA eoloji 5 Haziran 1976 da ABD de 100 m yüksekliktekte Teton baraj sa yamaca yak n gövdede meydana gelen s nt lar nedeniyle birkaç saat içinde y ld. Ak daki yerle im alanlar zaman nda bo alt ld için ölü say 11 i geçmedi. KAYA YA ot Teton Baraj n n ak a dan görünü ü. lk s nt lar n ba lamas ve gedik aç lmas. 18
Sular n f rmaya ba lamas ve gedi in krete do ru ilerlemesi Prof. P Dr. sman Kretin dü ü sm S V YA 37 eo eol tlar Tam yar lma YA Gövdenin üçte birinin ve santral n kaybedili i. 19
Sular n durulmas. P Dr. Prof. Ak daki su bask yla ilgili gazetee haberi. sman 39 eoloji eol tlar V YA Barajlarla ilgili su tutma problemleri KAYA YA Keban Baraj sol yamaç Petek ma aras nda mermerlerde yer alan karstik bo luklardaki su kaçaklar Not Keban Baraj rezervuar ndan, yer alt karstik bo luklar içinden kaçan sular n sifon yaparak Keban Deresi sol yamac ndan ç kmas akt May Baraj nda kireçta n ayr mas yla olu mu rm renkli toprak (Terra-Rosa) ile örtülü düdenlerden sular n kaçmas 20
Atatürk baraj mansap topu undan su kaçaklar Prof P sman eol De eoloji V er Barajlarla ilgili heyelan problemleri KAYA Barajlar n kar la bir di er önemli mühendislikik jeolojisini ilgilendiren nproblem ise kütle hareketleridir YA D tlar Vayont Baraj Vayont Baraj göl havzas nda olu an kütle hareketi Vayont Baraj n n memba durumu (Heyelândan hemen sonra) 21
Vayont (Vaiont) Baraj Gölü yamac nda meydana gelen heyelân sonucu ta an baraj gölü suyunun, baraj n mansab nda yer alan yerle im yerlerini basmas sonucu, yerle im yerlerinde meydana gelen can ve mal kayb ve kullan lmaz hâle gelen Vayont Baraj. P Dr. sman M çin oji Vaiont Baraj rezervuar n heyelan malzemesiyle dolmu hali eol Ders Jeol eoloj V VI- BARAJLARIN ÖMRÜ VE S LTLENME Barajların yapımından sonra, suların taşıdığı malzeme (blok, çakıl, kum, silt,,kil)bar baraj gölüne dolmaya başlar ve baraj ömrü gitgide kısalır. Özellikle sağanak yağışları izleyen sellenme ile çok malzeme gelir. Bitki örtüsü azsa erozyon daha da fazla olur. KAYA YA ları Siltlenme mekanizması Taşınan malzeme baraj gölüne gelirken, iriden ufağa doğru çökelmeye başlar. Silt ve kil baraj gövdesi dolayında çökelir ve özgül ağırlığı 1,3-1,6 olan bir çamur oluşur. ur. yenya Akış yukarıda maksimum su düzeyinin üstünde kalan çökeltilere tepe çökelleri denir. Ön çökeltiler, suların baraj gölüne girdiği kısımda biriken tortullardır. Burada suyun hızı azalır; iri blok ve çakıllar toplanır. Bunlar akışa engelolur,akış yukarıda çökelme artar. Baraja yaklaştıkça daha ince malzeme çökelir, bunlara taban çökeltileri denir. Baraj gövdesine yakın çökelen en ince tortulara ağır akım çökeltileri adı verilir. Bunlar zamanla kompaksiyona uğrar, yoğunlukları artar ve baraj eksenine basınçları çoğalır. Not tlar int 22
Siltlenmenin Nedenleri A. Ya Alan n 1. Morfolojisine 2. Bitki Örtüsünün Türüne, S kl na 3. klim Ko ullar na 4. Ya lar n Tipi Ve iddetine B. Ya Alan ndaki Kayalar n 1. Litolojik Özelliklerine 2. Yap sal Özelliklerine 3. Ayr ma Derecelerine Ba r. P Dr. Prof. Siltleşmeyi Önleme için yapılan başlıca işlemler 1. Yer Seçimi. 2. Ye il Örtü. 3. Kaz vs. Azaltma. 4. Yan Kollar n Denetlenmesi (Gölet, Sel kapan ). 5. Siltin Uzakla lmas. 6. Dip Sava n a n Çal lmas. sman eoloji Baraj n Ömrü R L S C i T e T e Si S S i o eol Ders tlar V YA KAYA YA R L C S i S o T e : Baraj Ömrü : Rezervuar n Kapasitesi : Rezervuara Gelen Silt Hacmi : Rezervuara Bir Y lda Gelen Silt Hacmi : Silt Tutma Niteli i 23
VII- BARAJ GÖLÜ VE YER ÇALI MALARI BARAJ GÖLÜ ÇALI MALARI Göl alan ndaki kayaçlar n; a) Türleri, Litolojik Özellikleri b) Yatay ve Dü ey De imleri c) çerdikleri mineraller ve suya olan hassasiyetleri d) Yap sal özellikleri (Süreksizlikler) e) Porozite, Geçirgenlikleri (S zma ve Bas nçl su deneyleriyle) f) Ayr ma ve Erimeleri (Jeofizik çal malar, Sondajlar ve enjeksiyon). cak ve so uk kaynaklar, Kuyular, Artezyenler (Debi, Is ve Bas nçlar ölçülür). Yeralt suyu seviyesi ve de imi Sular n kimyasal analizleri Prof. P Dr. sman eol Ders V plan Yan dere sular ve getirdi i selinti miktarlar (Baraj ömrü hesaplan r) Baraj gölünden kom u havzalara su kaçma olas klar Yamaçlar n stabilitesi Depremsellik Do al Yer Alt Kaynaklar Tarihi Eserler eoloji KAYA YA Not tlar 24
BARAJ YER ÇALI MALARI Baraj yerinin Litolojisi (Litolojilerin türleri, Yay, Dü ey ve yatay de imi, S rlar) Kayalar n ayr ma derecesi ve Bitkisel topra n kal nl. Yamaç ve kaz lar n durayl. Baraj yerinin yap sal özellikleri (Süreksizlikler). Akarsu yata nda alüvyon kal nl ve Vadi kesiti. Prof. P Dr sman V YA eol Ders eoloji Baraj yerinin su tutma derecesi (Bas nçl su deneyleri) Sondaj kuyular nda YASS tespiti Mühendislik özellikleri ara rmak için aç lan galeri ve yerinde deneylerin yap lmas, RQD nin belirlenmesi. Depremsellik zma olup-olmayaca. sondajlarda KAYA YA Not tlar 25
ÖNEML KONULAR Baraj yeri ve tipinin belirlenmesi. Baraj yeri ve göl alan n su tutmas. Malzeme olanaklar. Prof. Dr. Ya alan. Çevre sorunlar (deprem, heyelan, kirlenme, kamula rma vb ). Barajlar n y lmas na sebep olan olaylar. Su hukuku. sman S VR eoloji eol D tlar V YA Malzemeler 1. Dolgu Malzemesi (Toprak dolgu, Kaya dolgu). 2. Filtre Malzemesi. 3. Agrega. 4. Çimento vb AYA YA Baraj yap nda kullan lan malzemeler Uygun nitelikte, Yeterli miktarda Baraj yerine Kaz lardan ç kar lacak malzemelerin kullan labilirli i ara lmal r. 26
VIII- BARAJLARIN ÇEVREYE SOSYAL VE EKONOM K ETK LER Bölgeye Çok Say da Eleman Gelmesi. Baz Arazilerin Kamula lmas. Önemli Miktarda Para Girdisi. Örf Ve Al kanl klara Etki. Prof. Dr. Yol Yap lmas. Kuru Tar mdan Sulu Tar ma Geçi. Elektrik, TV Mahkemeler, Avukat Bürolar, Okullar Aç lmas. Yeni Bir Ya ant. M çin eoloji sman eol Ders HAVAYA Ya a cakl a Buharla maya Kalitesine Di er Jeol Barajlar n Çevreye Etkileri SUYA YÜZEY SULARINA Akarsuyun Göle Dönü mesine Buharla ma Miktar n Artmas na YER ALTI SULARINA zma-beslenme Artmas na. YASS ve E iminin De mesine. Su Kalitesinin De mesi. KAYNAKLARA Termal Kaynaklara SULARDAN YARARLANMAYA Suda ya ama. Ta mac kla. Avc k, bal kç k, su sporlar. SULARIN K RLENMES NE. YER ALTI DEPOLAMASI. V KAYA YA RAY YA KARAYA Arazi Kullan na Canl lara Toprak Örtüsüne Kalitesine Erozyona Yamaç Stabilitesine Depremselli e Not tlar 27
Prof P sman eoloj eol s tlar V YA KAYA YA 28
n aat Pr sman sm S V YA 57 eol tlar AYA YA 58 29
n aat Pr sman sm S V YA 59 eoloj eol tlar AYA YA 30
ún üa at Pr M úç in sm an Je S ol ú V 61 AY A N ot la rö 62 31
n aat Pr sman sm S V YA 63 eol tlar AYA YA 64 32
Pr P. sman eoloj eol Ders tlar V YA KAYA YA 33
Pr P sman oji Ders Notlar KAYA 34