DOLGU BARAJLARIN BİLGİSAYARLA METRAJ VE KÜBAJ HESAPLARI İÇİN BİR YÖNTEM Haldun ÖZCAN (1) N. Kemal ÖZTORUN (2) (1) İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü (2) İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Haldun ÖZCAN Adres: Barbaros Cad. Cennet Mah. No:23/8 Küçükçekmece-İstanbul Telefon : (0212) 579 66 34 Telefon(Cep) : (0505) 303 62 25 E-posta : temur@istanbul.edu.tr Doç. Dr. Namık Kemal ÖZTORUN (İ.Ü. İnş. Müh. Böl. Yapı Ana bilim dalı) Adres: İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Avcılar Kampusu 34850 Avcılar-İstanbul Telefon (iş) Direk : (0212) 591 26 50 Telefon(Cep) : (0533) 469 70 28 Telefon(Cep) : (0542) 267 75 21 Bölüm Fax : (0212) 509 66 43 E-posta : kemal@istanbul.edu.tr E-posta : nkoztorun@tnn.net E-posta : nkoztorun@superonline.com Yukarıda bildiri başlığı sunulan çalışmamızı 15,16,17 Nisan 2004 tarihinde düzenlenecek olan İMO On yedinci Teknik Kongre ve Sergisi ne katılmak üzere görüşlerinize sunuyoruz. Gereğini arz eder, çalışmalarınızda başarılarınızın devamını dileriz. Haldun ÖZCAN Giriş: İnşaat mühendisliği alanında baraj inşaatları oldukça önemlidir. Gerek inşaat öncesi çalışmalar (yer belirlenmesi vs.), gerek analiz ve tasarım, gerekse imalat oldukça zaman alıcıdır. Baraj inşaatı, inşaat mühendisliğinin diğer yer bilimleri ile ortak çalıştığı alanların başında gelmektedir. Barajlar insanlık tarihinin başlangıcından bu günlere kadar çok çeşitli uygarlıklar tarafından farklı amaçlar için inşa edilmiştir ve inşaat mühendisliği konusunda önemli çalışmaları arasında yer almaktadır.
Amaç : Farklı enkesit özelliklerine sahip değişik dolgu malzemelerinden oluşan dolgu barajların yapımı sırasında metraj ve kübaj hesaplarını hızlı ve hassas bir şekilde yapabilmek, ve inşaat esnasında üç boyutlu baraj geometrisini bilgisayar ortamında gerek sayısal gerekse görsel olarak kontrol altında tutabilmek için bir yöntem geliştirilmiştir. Mevcut çalışmada yöntemin algoritması ve söz konusu algoritma üzerine geliştirilmiş olan bir bilgisayar programı BARDOL tanıtılmaktadır. Söz konusu algoritma ve bilgisayar programı Kılıçkaya Barajı gibi bazı barajların inşaatında, analiz, tasarım, imalat, ödenekler konusunda birçok alanda kullanılmıştır. Barajlar çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir. Örneğin; Yüksekliklerine ve göl hacimlerine göre ; Gölet, Ufak Baraj, Büyük Baraj vs. Eskiliklerine göre ; Urartular, Romalılar, Osmanlı Türkleri tarafından yapılan barajlar vs. Amaçlarına göre ; İçme suyu sağlamak, Enerji üretmek, taşkından korumak, sulama yapmak vs. Gövdelerinin yapımında kullanılan malzemeye göre; Kagir (Taş) barajlar, Beton Barajlar, Toprak Barajlar vs. Bu sınıflandırma türleri arasında en yaygın olanı kuşkusuz gövdelerinin yapımında kullanılan malzemeye göre sınıflandırmadır. Baraj tipi seçimine etkiyen çeşitli faktörler vardır. Bunları sıralayacak olursak ; Topografya ; Jeoloji (litolojik ve yapısal özelikler) ; Hidrolojik ve hidrolik durum ; Kullanılacak malzemeyi sağlama olanakları ; Memleketin ekonomisi ve işçilik durumu ; İklim ve inşaat mevsimi süresi ; Baraj yüksekliği, su ihtiyacı ; Projeyi yapanın yetişme şekli ve memleketteki alışkanlıklar ;
Baraj türüne karar verilirken yukarıda anlatılan kriterler üzerinde detaylı araştırmalar yapılmalıdır. Belirtildiği gibi barajlar sınıflandırılırken en çok kullanılan sınıflandırma çeşidi gövdelerinin yapımında kullanılan malzemeye göre sınıflandırmadır. Bu sınıflandırma içinde yaygın olarak inşa edilen baraj türlerinden biri toprak (dolgu) barajlardır. Toprak barajlar; toprak ve kayanın belirli bir oranda karıştırılması ile yapılan su tutma yapılarıdır. Bunlar yeter derecede geçirimsiz olan ve arkasında su toplayan genellikle taş ve topraktan oluşan yapılar şeklinde düşünülebilir. Toprak barajlar ilk çağlardan bu yana yapılmaktadır. Son yıllarda toprak malzemesi araştırmalarında yeni metotların kullanılması ve zemin mekaniğinin gelişmesi, toprak kazılmasında ve taşımasında büyük makinelerin yapılması bu tip barajların, eski zamanlarda olduğu gibi günümüzde de tercih edilmesi için etkili olmaktadır. Toprak barajlar daha çok geçirimsiz olan ve sağlam olarak kabul edilmeyen ayrık yada çimentolanmış kayaçlar, heterojen zeminler, geniş ve yayvan vadiler üzerinde yapılamaktadır. Mevcut çalışmada Kılıçkaya Barajı örneğinde, farklı enkesit özelliklerine sahip değişik dolgu malzemelerinden oluşan dolgu barajların yapımı sırasında metraj ve kübaj hesaplarını hızlı ve hassas bir şekilde yapabilen ve çalışma esnasında kontrol etme imkanı veren bir yöntem ve yöntem üzerine geliştirilmiş bir bilgisayar programı BARDOL tanıtılmaktadır. Dolgu barajların yapımında baraj gövdesinin uzunluğu boyunca baraj eksenine dik bir enkesit alınarak geometrisine göre bir alan hesaplanmaktadır. Şekil 1 de dolgu barajının boy kesit, plan ve enkesiti görülmektedir. Bu alanların ve hacimlerin hesaplanmasında el yöntemleri oldukça zaman alıcıdır ve işlem hacmi gerektirmektedir. Ayrıca yaklaşık metotlarla yapılan el hesaplarında hata yapma olasılığı fazladır. Geliştirilen yöntem ve BARDOL (BARaj DOLgu) bilgisayar programı kullanılarak bu hesaplar pratik, hızlı ve doğru bir şekilde yapılabilmekte ve her aşamada sahadan alınan dolgu koordinatlarını bir önceki dolgu koordinatları ile ve baraj geometrisini belirleyen koordinatla karşılaştırılarak projenin hangi safhada olduğu, olası hatalar, gerekli dolgu miktarı ve geometrisi vs. takip edilebilmektedir. Gerekli enkesit alanlar ve üç boyutlu hacimler her aşamada ve her dolgu malzemesi için bilgisayar programı tarafından hesaplanmaktadır. Bilgisayar programı BARDOL baraj gövdesinin inşaatı süresince değişik zaman ve safhalarda ve her dolgu tipi için baraj kesitlerinin alanlarını ve hacimlerini hassas ve hızlı bir şekilde
hesaplayabilmekte, bunun yanı sıra hatalı olarak ölçülmüş koordinatları gerek çeşitli ikaz mesajları, gerek otomatik düzeltme opsiyonları, gerekse grafik çizim menüleri yardımıyla belirleyerek büyük ölçüde ortadan kaldırmaktadır. Ayrıca CAD programları ile entegre çalışarak söz konusu programlara otomatik veri hazırlamaktadır. Farklı dolgu tiplerinden her biri bir veya daha fazla değişik eğimle tek bir merkez noktadan başlayıp daha düşük elevasyonlara alçalan şevler (sınır çizgileri) ile birbirinden ayrılmışlardır. Merkez noktanın baraj kesitinin ortasından geçen eksenin kesitle kesiştiği en üst nokta olarak kabul edilmesi pratikte getireceği kolaylıklar açısından uygun olmaktadır. Bu noktadan başlayıp aşağıya doğru bir veya daha eğimle alçalan sınır çizgileri koordinatlarla tanımlanmaktadır. Baraj kesitinin geometrisinin tanımlanmasından sonra (bu tip kesit mevcut çalışmada şablon olarak adlandırılmaktadır.) oluşan geometrik şeklin yani sabit baraj şablonun zeminle kesiştiği hat hesaplanmaktadır. Bu nedenle gerekli görülen her kesitte zemin topografyası tanımlanmalıdır. Her kesit için gerekli sayıda, zemin üzerindeki noktaların koordinatları belirtilerek şablonun oturacağı hat belirlenmektedir. Geliştirilen bilgisayar programı, baraja ait bilgileri sabit ve değişken veriler olmak üzere iki ayrı dosyadan elde etmektedir. Barajın kesit geometrisini belirleyen bilgiler ve barajın inşa edileceği zeminin topografyasını belirleyen noktaların koordinatları sabittir. Tüm bu bilgiler barajın sabit verilerini oluşturmaktadır. Bu bilgiler tanımlandıktan sonra program çalıştırılmaktadır. Bu aşamada program şablon bilgileri içerisinde tanımlanmış olan sınır çizgileri ile zemin topografyasına ait bilgiler içerisinde tanımlanmış olan ve seçilen kesitlerde zemin yüzeyini tanımlayan çizgileri kesiştirerek her kesitte bir anlamda barajın tamamlanmış durumu olan kesit alanlarını belirler. Bu aşamada çizgilerin kesişmesinden elde edilecek gerekli ilave koordinatlar belirlenmektedir. Bu işlemler her baraj için bir kez yapılmaktadır ve program daha sonraki sürekli kullanımlarda yararlanmak üzere bir veri dosyası hazırlar. İnşaat süresince arazi ölçümleri ile elde edilecek olan istasyonlardaki (kesitlerdeki) dolgu koordinatlarına ait bilgiler ise barajın ikinci veri dosyası olan değişken veri gurubunu oluşturmaktadır. Bu bilgiler baraj inşaatının herhangi bir aşamasındaki durumunu gösteren ve yalnızca dolgunun mevcut yüzeyini belirleyen koordinatları içermektedir ve inşaat ilerledikçe dolgu miktarlarının son durumunu hesaplamak için kullanılacaktır. Her iki veri dosyası da direk olarak bir editör yardımıyla hazırlanacağı gibi programın sunacağı menülerle etkileşimli ve daha rahat hazırlanabilmektedir.
Bulgular : Geliştirilmiş bilgisayar programı işlemleri son derece hızlı ve hassas bir şekilde gerçekleştirmektedir. Ayrıca projenin uygulanması esnasında sahadan genel veriler programa girilerek baraj inşaatının hangi safhada olduğu ve eğer dolgu işleminde herhangi bir eksiklik veya olası bir hata varsa, ekran da görülmektedir. Bu sayede şantiyeye haber verilerek olası sorunların önüne geçilmektedir.
a b c d Baraj Kesiti ( Sablon Kesit ve Zemin Koordınatları) a-) Kaya Dolgu c-) Ince Filtre b-) Kil Dolgu d-) Kalin Filtre
(a) (b) ZEMIN YÜZEYI SABLON (c) Bir Barajin Görünüşü (a-boykesit, b-plan, c-enkesit)
İstasyon = 21 KP = 0+415 Not: Pparantez içindeki koordinatlar sınır çizgilerinin zeminle kesişme koordinatlarıdır. Gölet
KAYNAKLAR : 1. Öztorun N. K., Akkaş N., Baraj-Rezervuar Sistemlerinin Dinamik Analizi, Deprem Araştırma bülteni, Sayı : 44, Sayfa 14-59, (Ocak, 1984). 2..Erguvanlı, K., Mühendislik Jeolojisi