ĠNġAAT MÜHENDĠSLĠĞĠNE GĠRĠġ DERSĠ
Transkript
ĠNġAAT MÜHENDĠSLĠĞĠNE GĠRĠġ DERSĠ
ĠNġAAT MÜHENDĠSLĠĞĠNE GĠRĠġ DERSĠ 1 HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 3 Hidrolik mühendisliği, suyun fiziksel hareketinin kontrol edilmesi, su kuvvetleri, yağıĢlar ve yüzeysel suların davranıĢları ve etkileri, akıĢkanların mekaniği, su yapıları, sulama yapıları, limanlar, kıyı yapıları ve okyanus hareketleriyle ilgilenir. PROF. DR. ĠLKER ÖZDEMĠR Hidrolik Mühendisleri yerleĢim birimlerinin içme suyu ihtiyacını, YRD. DOÇ. DR. OSMAN AYTEKĠN tarımsal alanların sulama suyu ihtiyacını tahmin ve analiz hesaplarını yapabilir. Aynı zamanda kullanılmıĢ suların uzaklaĢtırması ile ilgili tahmin ve analizlerini de yapabilir. HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 2 4 • ġu anda dünyada yaklaĢık 1 milyar insanın rutin olarak sağlıksız su içmektedir. Hidrolik Mühendisleri, su temini ve dağıtım Ģebekeleri, kanalizasyon sistemleri, taĢkın kontrolü (nehir-baraj-rezervuar sistemleri), sulama projeleri, hidroelektrik güç sistemleri, • Yetersiz su kalitesi ve kullanılmıĢ su uzaklaĢtırma sistemleri yılda yaklaĢık olarak 5 milyon kiĢinin kirlenmiĢ içme suyu kullanmasına neden olmaktadır. kanallar, kilitler, liman tesisleri ve deniz yapılarının planlama, tasarım ve iĢletmesiyle ilgili her alanda çalıĢma imkanı bulabilmektedir. HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 7 5 Hidrolik Mühendisleri, toplumun çevresel Barajlar, akarsu vadilerini kapatan ve arkasında su biriktiren; enerji üretimi, içme, kullanılma, sulama suyu temini ve ihtiyaçları ve su ile ilgili sorunlara akıllıca akarsuların düzenlenmesi gibi pek çok gayeye hizmet eden çözümler ekonomik faydası büyük olan tesislerdir. Barajlar, ağırlık, kemer gerektiren birçok mühendislik ve payandalı olarak betondan veya toprak ve kaya dolgudan projelerinin yapılabileceği kıyıların ve nehirlerin korunması ve yönetilmesi alanlarında çalıĢabilmektedir. da yapılırlar. Bunların karıĢımı Ģeklinde de yapılabilir. Birkaç yüz metre yükseklikte ve kilometrelerce uzunlukta Arkalarında biriken suyun kapladığı alan da binlerce hektara ulaĢabilir. HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 6 Hidrolik Mühendisliğinin Temel alanları: • Hidrolik (Hydraulics) • Baraj Mühendisliği (Dam engineering) • Hidroelektrik Santralleri (Hydropower Plants) • Kırı ve Okyanus Mühendisliği (Coastal and ocean engineering) HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 8 Baraj Çeşitleri: • Beton barajlar • Ağırlık barajları • Su Yapıları (Hydraulic structures) • Hidroloji (Hydrology) • Sulama ve Kurutma (Irrigation and drainage) • Su Kaynakları (Water resources) • Yer altı Suyu (Groundwater engineering) • TaĢkın Kontrolü (Flood control) • Boru Hatları (Transportation with pipelines) olabilir. • Kemer barajları • Payandalı barajlar • Kaya dolgu barajları • Toprak dolgu barajları HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 9 11 Beton barajlar, sağlam kaya temelinin yakın olduğu vadilerde yapılır. Sağlam kaya temellerine inilmeyen yerlerde ise, dolgu barajları tercih edilir. Teknolojinin geliĢmesi ile dünyanın en yüksek barajları, dolgu tipinde inĢa edilmiĢlerdi. Tacikistan’daki Nurek Barajı, kaya dolgu tipinde ve 310 m yükseklikte olup, dünyanın en yüksek barajıdır. 207 m yüksekliğinde, beton ağırlık ve kaya dolgu tipindeki Keban Barajı, yükseklik bakımından dünyada on sekizinci sırada yer almaktadır. Keban Barajı-ELAZIĞ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 10 12 Tacikistan'ın VahĢ Irmağı'nın Afganistan sınırlarına yakın bir mevkisine kurulan Nurek Baraj'ı 16 metre derinliği ve 300 metre yüksekliği ile dünyanın en yüksek barajıdır. 9 birimli elektrik santrali ile toplam 2.700 MW enerji sağlar. Baraj, 700.000 hektarlık alana sulama yapacak kadar kaynak sağlar. Ağırlık barajları, tesir eden dıĢ kuvvetlere ağırlığı ile karĢı koyan barajlardır. Baraj duvarının kesiti genel olarak, dik yamuk Ģeklindedir. Su tarafı 0,05 ile 0,10 eğiminde de yapılabilir. Hava tarafının eğimi 0,70 ile 0,80 civarındadır. Ağırlık barajlarının taban geniĢliğinin yüksekliğe oranı, yani geniĢlik oranı 0,70 ile 0,80 oranındadır. Ülkemizdeki 113,5 m yükseklikli Kemer ve 108 m yükseklikli Sarıyer barajları bu tiptendir. HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 13 15 Grande-Dixence Barajı- ĠSVĠÇRE Sarıyer Barajı-TÜRKĠYE HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 14 16 Ġsviçre deki Grande-Dixence Barajı, ağırlık barajı tipinde olup, 285 m yüksekliktedir ve dünyanın en yüksek beton ağırlık barajıdır. Brezilya ve Paraguay’ın ortak yapımı olan Itaipu Barajının inĢaatında 40.000 iĢçi çalıĢmıĢtır. Baraj, ana gövdesi 195 m yükseklikte olup, 14 adet kapağın açılmasıyla 52.000 m³ su tahliye basınçlı edilebilmektedir. boruların devir/dakikalık 18 her Baraj birinin adet gövdesine çapı Francis 10,5 yerleĢtirilen metredir. tipindeki 90 türbinler kullanılmaktadır. Itaipu Barajı HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 17 19 Kemer barajları: Yükü, tabanla birlikte kenar ayaklara iletir. Böylece kesitin tamamı çalıĢır. Kemer barajlar planda, daire yayı Ģeklindedir. Bunlarda geniĢliğin yüksekliğe oranı 0,10 ile 0,25 arasındadır. Kemer barajlar, baraj tepe uzunluğunun baraj yüksekliğine oranının beĢ veya daha küçük olduğu dar vadilerde inĢa edilirler. Ayrıca vadi tabanının ve Ģevinin sağlam kaya zeminden olması gerekir. Bu tip barajların en kesiti küçük olacağından, kullanılacak beton hacmi azalır. Buna karĢılık iĢçilik ve kalıp masrafları artar. Yurdumuzdaki Karakaya Barajı 187 m, Oymapınar Barajı 185 m ve Gökçekaya Barajı l58 m yükseklikte olup, kemer tipindedir. Oymapınar Barajı-TÜRKĠYE HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 18 Karakaya Barajı-TÜRKĠYE HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 20 Gökçekaya Barajı-TÜRKĠYE HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 21 23 Payandalı barajlar: Bu tip barajlarda suyu tutan Kaya dolgu barajları: En kesitleri dik yamuk Ģeklindedir. Su ve geçirimsiz bir yüzey ile bu yüzeyin dayandığı payanda hava tarafı 1/2 ile 1/2,5 eğiminde ve taĢ ile kaplıdırlar. Kesit destekler vardır. Payandalar arası boĢtur. Dolayısıyla ortasında geçirimsizliği temin eden çekirdek kısımları vardır. Çekirdek, kil veya betondan yapılır. Bazı durumlarda su tarafı, daha az malzeme kullanılır. Buna karĢılık iĢçilik ve çelik gibi bir malzeme ile de kaplanarak geçirimsizlik kalıp masrafları fazladır. Yükseklikleri 70 ile 80 sağlanabilir. Ülkemizdeki Keban (207 m), Altınkaya (195 m), metreye kadardır. Su tarafının eğimi, 45o ile 60o Atatürk (184 m), Uzköy (176 m), Kılıçkaya (140 m) gibi mevcut olmalıdır. Memleketimizdeki 49 m yükseklikte Elmalı ve inĢa edilmekte olan barajlarımız kaya dolgu tipindedir. Barajı, bu türe örnektir. Elmalı Barajı-TÜRKĠYE HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 22 24 Keban Barajı-ELAZIĞ 25 27 Altınkaya Barajı HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 26 28 Bunlardan Atatürk Barajı, gövde dolgusu hacmi 84,5 milyon m3 Toprak Dolgu Barajları: En kesitleri, kaya dolgu barajlar kaya ve toprak dolgusu ile dünyada beĢinci sırada yer gibidir. Baraj gövdesi, sıkıĢtırılmıĢ toprak tabakalarından almaktadır. Sulama ve enerji maksatlı olan Atatürk Barajı, 817 ibarettir. Bu tip barajlarda, ortasında geçirimsizliği sağlayan kil km2lik su veya betondan çekirdek vardır. Su ve hava tarafının eğimi 1/2 depolanabilmektedir. Bu su ile de toplam 727.700 hektarlık ile 1/2,5 arasındadır. Yurdumuzda iĢletmeye açılan ve inĢa arazi sulanabilmektedir. Ayrıca, her biri 300 MW gücünde olan halinde olan projesi hazır veya projesi hazırlanmakta olan 90'ı 8 adet Francis tipindeki türbin ile de yılda 8,9 milyar kilovat saat geçkin toprak dolgu barajların yükseklikleri 15 metreden 95 enerji üretilebilmektedir. Türbinlere su veren basınçlı (cebri) metreye kadar değiĢmektedir. Toprak veya kaya dolgunun borular 6,60-7,25 m çapında ve toplam 496 m uzunluğundadır. beraber kullanıldığı Kepez Barajının yüksekliği 195 metredir. göl alanına sahiptir ve 48,47 milyar m3 HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 29 31 HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 30 32 Hidroelektirik Enerji: Hemen hemen bütün enerji kaynakları, güneĢ ıĢınımının maddeler üzerindeki fiziksel ve kimyasal tesirinden meydana gelmektedir. Hidrolik enerji de güneĢ ıĢınımından dolaylı olarak oluĢan bir enerji kaynağıdır. Deniz, göl veya nehirlerdeki sular güneĢ enerjisi ile buharlaĢmakta, oluĢan su buharı rüzgarın etkisiyle de sürüklenerek dağların yamaçlarında yağmur veya kar halinde yer yüzüne ulaĢmakta ve nehirleri beslemektedir. Böylelikle hidrolik enerji kendini sürekli yenileyen bir enerji kaynağı olmaktadır. Enerji üretimi ise suyun potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüĢtürülmesi ile sağlanmaktadır. HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 33 35 Kıyı Mühendisliği - Uluslararası bütünleĢik deniz bölgeleri kullanımı. Kıyı mühendisleri denizlerimizdeki ve kıyılarımızdaki doğal kaynakların insanlık hizmetinde kullanılması için yapılan planlamalarda ve mühendislik uygulamalarında “doğa-insan” etkileĢiminde dengeyi sağlayacak çözümler üreterek bu - Kültürel varlıkların korunması. - Kıyı biyolojisi (fauna+flora+soyu tükenme tehlikesindeki türlerin korunması). - Özel çevre koruma bölgeleri. bölgelerdeki “sürdürülebilen geliĢmeyi” yürütmenin görev ve - Sulak alanlar, kumsallar, lagünler, nehir ağızları. sorumluluğunu - Ulusal ve uluslararası deniz ulaĢımı trafiği ve güvenliği. taĢımaktadır. Kıyı mühendislerinin temel konuları ve çalıĢma alanları üç ana baĢlıkta toplanabilir. - Boğazlar, kanallar, iç denizler. - Uluslararası deniz kullanımı. HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 34 36 - Kıta sahanlığı. 1. Ulusal / Uluslararası Kıyı Alanları Yönetimi ve Uygulamaları: Yasal Düzenlemeler ve Uygulamaları Kıyı alanlarında sürdürülebilen geliĢme ölçeğinde ulusal ve uluslararası bütünleĢik kıyı alanı kullanımı için yasal düzenlemelerin yapılması gerekmektedir. Bu düzenlemeler çok farklı çalıĢma alanları yaratmıĢtır. - Kara suları. - Deniz kirliliği. - Atık yönetimi. - Kıyı turizmi ve kıyı-ekolojik turizm. HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 37 39 2. Deniz ve Kıyı Hidrodinamiği: Deniz ve kıyı hidrodinamiğinde yürütülen temel bilimsel araĢtırma alanları: - Rüzgar, dalga, akıntı, gel-git. - Dalga-yapı etkileĢimi. - Lagünler. - Nehir ağızları. - Kıyılarda kum taĢınımı, aĢınma, birikim. - Kıyı çizgisi değiĢimi. - Deniz kirliliği. - Tsunami. - Küresel ısınma - deniz seviyesi değiĢimi. - Saha ölçümleri olarak verilebilir. HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 38 3. Kıyı ve Derin Deniz Yapıları Planlanması, Tasarımı ve Uygulaması: Dalga, akıntı, rüzgar, ve yapı etkileĢimini temel alan bu çalıĢma alanında konular: - Limanlar Ticaret limanları, yat limanları, balıkçı barınakları gibi farklı kullanımı olan limanların planlanması, alt yapı tasarımı, denetim, yapım ve iĢletmesi. - Gemi yanaĢma yerleri, Ġskele, blok tip ve yüzen rıhtımlar. - Kıyı koruma yapıları - Dalgakıranlar - Denizaltı boru hatları - Tüp geçiĢ - Derin deniz platformları olarak tanımlanabilir. HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 40 HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 41 43 HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 42 44 HĠDROLĠK YAPILARI Doğal yada yapay su yolları üzerinde suyu toplamak, yönünü değiĢtirmek, su akıĢını kontrol etmek, suyun akıĢını ölçmek, su taĢınımı ve su ulaĢım hizmetleri, için yapılan yapılardır. Bu yapılara örnek olarak dolu savaklar, su bentleri, su arkları, sulama kanalları ve mansaplar verilebilir. HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 45 47 Dolu Savak-Keban Barajı HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 46 Dip Savak (Monticello Barajı - Amerika ) HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 48 Barajlarda rezervuar’dan suyun bırakıldığı taraf olarak tanımlanabilir. Örneğin; Atatürk Barajı'ndan suyu bıraktılar ve sulama kanallarına verdiler; iĢte o sulama kanallarının olduğu taraf mansap tarafıdır. rezervuarın olduğu taraf da menba tarafı olur. Ayarlı Savak-Kızılırmak Mansap- Atatürk Barajı HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 49 51 Su bilimi ya da hidroloji, suların yerküre üzerindeki dağılımını ve mekanik, fiziksel, SULAMA NEDĠR? kimyasal ve biyolojik özelliklerini inceleyen disiplinler arası bir bilimdir. Bitkilerin büyümesi, kaliteli ve iyi ürün verebilmesi için suya gereksinimleri Yeryüzünde canlıların yaĢamını devam ettirmek için suyu kullanmak ve kontrol altına vardır. Bitkilerin büyüme mevsimi boyunca ihtiyaç duydukları suyun büyük bir almak istemesi gerektiğinden insanlar tarihin baĢlangıcından beri su ile ilgilenmiĢler, bölümü yağıĢlarla karĢılanmaktadır. YağıĢların yeterli olmadığı durumlarda suyun her türlü özelliklerini tanımaya, hareketini yöneten kuramları belirlemeye, bitkilerin ihtiyacı sulama ile giderilir. Sulama bitkilerin normal geliĢimi için oluĢturabileceği tehlikeleri belirlemeye, önlemeye ve sudan en iyi Ģekilde yararlanmaya ihtiyaç duydukları ancak doğal yağıĢlarla karĢılanamayan suyun, toprağa çalıĢmıĢlardır. Suyun hareketini inceleyen bilime hidromekanik, bu bilimin teknikteki verilmesi olarak tanımlanmaktadır. uygulamasına da hidrolik denir. hidroloji veya su bilimi ise suyun dünyadaki dağılımını ve özelliklerini inceler. Sulamanın temel amacı bitkilerin ihtiyacı olan ancak yağıĢlar ile karĢılanamayan su ihtiyacını doğal kaynaklardan sağlamaktır. HĠDROLĠK ÇEVRĠM HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 50 52 Sulama yöntemi, suyun toprağa, bitki kök bölgesine veriliĢ biçimi olarak tanımlanır SULAMA YÖNTEMLERĠ YÜZEY SULAMA YÖNTEMLERĠ BASINÇLI SULAMA YÖNTEMLERĠ - Salma Sulama Yöntemi - Yağmurlama Sulama Yöntemi - Tava (göllendirme) Sulama Yöntemi - Mikro Yağmurlama Sulama Yöntemi - Karık Sulama Yöntemi - Damla Sulama Yöntemi HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 53 Sulama sistemleri, hizmet götürülen alana göre ve su iletim ve dağıtım 55 biçimine göre iki grupta toplanabilir. SULAMA SĠSTEMLERĠ SUYUN ĠLETĠM VE DAĞITIM HĠZMET GÖTÜRÜLEN ALANA GÖRE BĠÇĠMĠNE GÖRE -Büyük Sulama Sistemleri -Yerçekimi (Cazibeli) Sulama Sistemleri -Tarla Sulama Sistemleri -DüĢük Basınçlı Sulama Sistemleri -Yüksek Basınçlı Sulama Sistemleri HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 54 HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 56 HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ 59 57 SU KAYNAKLARI HĠDROLĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ SIRADIġI HĠDROLĠK YAPILAR 58 60 Boru hattı taĢımacılığı bir boru aracılığıyla malların taĢınması olarak tanımlanabilir.. En sık, sıvı ve gazların gönderilir, ancak pnömatik tüpler, basınçlı hava ile taĢıma katı kapsülleri de kullanılır olmuĢtur. Gazlar ve sıvılar için olduğu gibi, herhangi bir kimyasal olarak stabil bir madde, bir boru hattı üzerinden gönderilebilir. Kanalizasyon, sulu çimento, su, ya da bir bira boru hattı bunlara örnek olarak verilebilir. Bu alanlarda en önemlisi, su, petrol ve doğal gaz taĢınmasıdır. SIRADIġI HĠDROLĠK YAPILAR 61 SIRADIġI HĠDROLĠK YAPILAR 63 SIRADIġI HĠDROLĠK YAPILAR 62 SU ÇÖKELTME HAVUZLARI 64 Ġvedik Su Arıtma Tesisleri SU ÇÖKELTME HAVUZLARI 66 65