Dr.Ersan YILDIZ

KONU: ÖZET DEĞERLENDİRME
SUNUM YAPAN: DR. ERSAN YILDIZ
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
KONU BAŞLIKLARI
1 – Beton Barajlar ile İlgili Genel Bilgiler
2 – Temel Kayası
3 – Beton Özellikleri
4 – Ön Tasarım İçin Rijit Blok Stabilite Analizi
5 – Beton Barajların Deprem Analizleri
6 – Beton Barajların Termal Analizleri
7 – Beton Baraj Ölçüm Sistemleri
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
1 – BETON BARAJLAR İLE İLGİLİ GENEL BİLGİLER
Beton Barajlar
Ağırlık Barajlar
Kemer Barajlar
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
1 – BETON BARAJLAR İLE İLGİLİ GENEL BİLGİLER
Ağırlık Barajlar
‐ Geleneksel Kütle Beton Barajlar
‐ Silindirle Sıkıştırılmış Beton Barajlar
(Günümüzde tercih edilmektedir)
Cindere Barajı, Katı Dolgu
Yüklere Ağırlık ve Malzeme Dayanımı ile Mukavemet Gösterirler.
Wolvedans Barajı, Kemer RCC
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
1 – BETON BARAJLAR İLE İLGİLİ GENEL BİLGİLER
SSB Barajlar
SSB
Sıradan toprak işleri ekipmanı ile
taşınabilen, serilebilen ve sıkıştırılabilen,
sıfır çökme (no‐slump) beton.
Hızlı yapım sürelerine ve düşük maliyetlere olanak
sağladığı için günümüzde tercih edilmektedir.
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
1 – BETON BARAJLAR İLE İLGİLİ GENEL BİLGİLER
Kemer Barajlar
‐ Tek Eğrilikli Kemer Barajlar
‐ Çift Eğrilikli Kemer Barajlar
Monticello Barajı, Tek Eğr. Kemer
Yükleri kemerlenme etkisi ile vadi ayaklarına ileterek taşırlar.
Deriner Barajı, Çift Eğr. Kemer
Vadi Genişliği / Baraj Yüksekliği < 3 olduğu durumlarda tercih edilebilir.
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
2 – TEMEL KAYASI
Hazırlanan rehberde, Temel Kayası
Bölümünde,
‐ Baraj Göl Alanı ve Baraj Yerinde
Yapılması
Gerekli
Jeolojik
Haritalama, Arazi ve Laboratuvar
Deneyleri, Jeofizik Araştırma, Kaya
Sınıflama
Değerlendirmeleri
ve
Haritalama ile ilgili detaylı bilgiler,
‐ Konsolidasyon ve Perde Enjeksiyonu
Tasarımı ve Uygulaması ile ilgili
detaylı bilgiler
yeralmaktadır.
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
3 – BETON ÖZELLİKLERİ
‐ Çimento,
‐ Katkılar,
Beton
Çimento, Su, Agrega ve Katkı maddelerinin
uygun oranlarda karıştırılması ile elde
edilen, taze halde iken şekil verilebilen ve
zamanla sertleşen ve dayanım kazanan bir
malzemedir.
Karışım Tasarımı
Betonun kullanılacağı iklim koşulları,
yükleme durumu, yapı tipine ve malzeme
özelliklerine göre uygun işlenebilme
özelliğine,
yoğunluğa,
geçirimsizliğe,
dayanım ve dayanıklılığa sahip olan en
ekonomik betonun tasarlanmasıdır.
‐ Agrega,
‐ Karma Suyu,
‐ Beton Sınıfları,
‐ Karışım Tasarımı,
‐ Beton Kalite Kontrolü,
‐ Beton Dayanımı ile ilgili kriterler ve detaylı bilgiler hazırlanan
rehberde yer almaktadır.
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
3 – BETON ÖZELLİKLERİ
Beton Dayanımı
‐ Beton barajların göçme mekanizmaları beton çatlaması ile ilişkilidir. Bu anlamda,
özellikle deprem performansı için beton kayma ve çekme dayanımları son derece
önemlidir.
‐ Çekme ve kayma gibi yükleme durumları için beton dayanımı, basınç dayanımı üzerinden ifade edilebilmektedir.
GKB için çekme dayanımı yaklaşık olarak (USACE,1995)
 0.12 fc k f c k  20 MPa fspt : yarmada çekme day.
f spt  
0.6 f ck f ck  20 MPa Rc,Rd,Rab : faktörler
f ct  Rc Rd Rab f spt
SSB için çekme dayanımı yaklaşık olarak (USACE,1995)
f ct  Rc Rd Rab f spt
f spt
 0.12 fc k f c k  25 MPa fspt : yarmada çekme day.

0.6 f ck f ck  25 MPa Rc,Rd,Rab : faktörler
f dct  R dr f ct
SSB döküm derzleri için Rdr : 0.67 (YB’lu), 0.33 (YB’suz) 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
4 – RİJİT BLOK STABİLİTE ANALİZİ (ÖN TASARIM)
Yükler
‐ Zati Ağırlıklar : Baraj gövdesinin kendi ağırlığı ile gövde üzerindeki dolguların ve
yardımcı yapıların ağırlıkları.
‐Hidrostatik Yükler : Suyun, barajın akışaşağı ve akışyukarı yüzlerinde yaptığı
hidrostatik basınç nedeniyle oluşturduğu yükler.
‐ Dolgu ve Sediment İtkisi : Dolgu veya sedimentin gövde üzerinde uyguladığı yanal
basınçlardan oluşan kuvvetler.
‐ Kaldırma Kuvveti : Baraj temeli ile temel kayası arasındaki su basınçları nedeniyle
gövdeye etki eden kaldırma kuvvetleri.
‐ Eşdeğer Statik Deprem Kuvvetleri : Barajın kendi ataleti, dolgular ve rezervuar suyu
nedeniyle deprem sırasında gövde üzerine etki edecek dinamik kuvvetlerin temsil
edildiği eşdeğer statik kuvvetler.
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
4 – RİJİT BLOK STABİLİTE ANALİZİ (ÖN TASARIM)
Kaldırma Kuvveti
Deprem (MDE) Sonrası
Drenaj Delikleri
Drenaj Perdesi
Drenaj Delikleri
Drenaj Perdesi
U2
U3
H2
H3
x
H2
H1
H1
İşletme ve Deprem
U2
L
U1
U1
Enjeksiyon Perdesi
Drenaj Perdesi
U1 = w x H1
U2 = w x H2
Enjeksiyon Perdesi
Drenaj
Perdesi
U1 = w x H1
U2 = w x H2
U3 için genel formül (USACE,2005)
U3 = (1‐E) (U1‐U2) [(L‐X) / L] + U2 [E : Dren Efektifliği, 0.67’ye kadar alınabilir]
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
4 – RİJİT BLOK STABİLİTE ANALİZİ (ÖN TASARIM)
Eşdeğer Statik Deprem Kuvvetleri
‐ Sismik katsayı, k, yer hareketine, barajın dinamik özelliklerine, geometrisine, zemin
yapı etkileşimine göre değişebilir, ön stabilite hesabının diğer öğeleriyle uyumlu olacak
şekilde tasarımcı tarafından mühendislik yargısı ile belirlenmelidir.
USACE(2005)
k = 2/3 x PGA değerinin altında alınmaması önerilir.
‐Düşey yöndeki deprem kuvvetleri ön stabilite
hesaplarında, yapı periyodu ve sistem dinamik
özelliklerine bağlı olarak dikkate alınabilir.
(Düşey deprem hareketi, barajın gerilme
tahkiklerinin yapıldığı ve deprem davranışının
daha doğru bir şekilde modellendiği tepki
spektrumu, zaman tanım alanında analizler gibi
yöntemlerde kesinlikle dikkate alınmalıdır)
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
4 – RİJİT BLOK STABİLİTE ANALİZİ (ÖN TASARIM)
Yükleme Durumları
1 –
Yapım Sonu Durumu (Olağandışı)
2 –
İşletme (Normal)
3 –
Yapım Sonu Durumu + İEE (Akışyukarı Yönde) (Aşırı)
4 –
İşletme + İEE (Akışaşağı Yönde) (Olağandışı)
5 –
İşletme + EED (Akışaşağı Yönde) (Aşırı)
6 –
Olası En Büyük Taşkın (Olağandışı)
7 –
Deprem Sonrası Statik Durum (Normal‐Rezidüel)
8 –
Deprem Sonrası + Artçı (Aşırı‐Rezidüel)
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
4 – RİJİT BLOK STABİLİTE ANALİZİ (ÖN TASARIM)
Ön Tasarım İçin Dayanım Parametreleri
Bölge
Çekme
Dayanımı, t
Pik Kohezyon
Sürtünme Açısı,
Rezidüel

Kohezyon**
Ana SSB
0.09 c
0.09 c
450
0
Kaya – SSB
Kontağı *
0.05 c
0.05 c
420
0
Yastık betonlu
döküm derzi
0.05 c
0.05 c
420
0
Yastık betonsuz
döküm derzi
0.015 c
0.015 c
450
0
* Kaya Kayma Dayanımı, Kaya‐SSB kontağı dayanımından daha küçükse, Kaya Kayma Dayanım parametreleri
kullanılacaktır.
** Çatlamış bölgelerde kohezyon dayanımı kalmadığı varsayılır.
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
4 – RİJİT BLOK STABİLİTE ANALİZİ (ÖN TASARIM)
Güvenlik Sayıları
Yükleme
Durumu
Kayma
Tabanda
Güvenlik
Basınç
Sayısı
Bölgesi
(1)
Zemin
Betonda İzin
Betonda İzin
Emniyet
Verilen
Verilen
Gerilmesi
Basınç
Çekme
Güv. Sayısı
Gerilmesi
Gerilmesi
Çekmeye izin
Normal
3.0 (2.0)
100%
3.0
0.33 c
Olağandışı
2.0 (1.5)
75%
2.0
0.5 c
1.35 t
Aşırı
1.0 (3) (1.1)
1.0
0.9 c
(2)
Bileşen taban
içerisinde
verilmiyor
1
Sahaya özgü detaylı bilgi bulunması durumunda parantez içindeki değerler kullanılabilir.
2
İzin verilebilir çekmenin üstünde, betonda çatlamanın dikkate alındığı nonlineer analiz yapılabilir.
3
Dinamik analiz sonucunda kabul edilebilir deplasmanlar bulunursa G.S. <1 olmasına izin verilebilir.
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
5 – BETON BARAJLARIN DEPREM ANALİZLERİ
Deprem Seviyeleri ve Perfomans Kriterleri
Durum
İşletme Esaslı Deprem (İED)
Emniyet Esaslı Deprem (EED)
Taban Çatlaması
Yok veya oldukça sınırlı
Beklenir
Gövde Çatlaması
Yok
Beklenir
Kayma
Yok
Yok veya sınırlı
Devrilme
Yok
Yok
Beton Ezilmesi
Yok
Yok
Yerel kopma
Yok
Yok
Su Kaçağı
Yok veya oldukça sınırlı
Beklenir
Enjeksiyon Perdesi Hasarı
Yok
Hasar Görebilir
Temel Kayası Hasarı
Yok
Çatlama beklenir, ezilme beklenmez
Mekanik Aksam
Kullanıma Hazır
Hasar Görebilir
Dolusavak Hasarı
Yok
Hasar Görebilir
Dipsavak Hasarı
Yok
İşlevsel Kalmalı
Rezervuar Boşaltımı
Gerekmez
Gerekebilir
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
5 – BETON BARAJLARIN DEPREM ANALİZLERİ
Analiz Yöntemleri (Ağırlık Barajlar)
PGA
L / H2
Düşey Derz Ön Tasarım
Kati Tasarım
Mevcut Barajların
Değerlendirmesi
2D Statik Elastik Analiz
2D Dinamik Elastik
Analiz
Var
>4
Yok
< 0.2 g
Var
<4
2D Statik
Elastik
Analiz
Yok
3D Statik Elastik Analiz
Veya
Var
>4
Yok
> 0.2 g
Var
<4
Yok
Rijit Blok
Stabilite
Analizi
2D Dinamik Elastik
Analiz
3D Dinamik Elastik
Analiz
2D Dinamik Elastik
Analiz
3D Dinamik Elastik
Analiz
3D Dinamik Elastik
Analiz
2D Dinamik Elastik
Ötesi Analiz
3D Dinamik Elastik
Ötesi Analiz
2D Dinamik Elastik
Ötesi Analiz
3D Dinamik Elastik
Ötesi Analiz
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
5 – BETON BARAJLARIN DEPREM ANALİZLERİ
Analiz Yöntemleri (Kemer Barajlar)
PGA
Kati Tasarım
Mevcut Barajların
Değerlendirmesi
< 0.2 g
3D Statik Elastik
Analiz
3D Dinamik Elastik
Analiz
> 0.2 g
3D Dinamik Elastik 3D Dinamik Elastik
Analiz
Ötesi Analiz
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
6 – BETON BARAJLARIN TERMAL ANALİZLERİ
Beton Barajlarda Çatlaklar
‐ Yüzey Gradyant Çatlaklar
Betonun içerisindeki sıcaklık ve dış sıcaklık farkları sebebi ile açık yüzeylerde oluşan çatlaklardır. Genelde sınırlı biçimde yayılması nedeniyle yapısal sağlamlığı tehdit
etmemektedir.
‐ Yatay Çatlaklar
Kütle beton içinde düşeyde oluşan sıcaklık farkları nedeni ile oluşur.
Temel bölgesinin yaratacağı rijitlik etkisi ile bu çatlakların temele yakın
oluşması muhtemeldir.
Özellikle SSB gibi katmanlar arası çekme dayanımının zayıf olduğu
malzemelerde bu çatlakların oluşması engellenmelidir.
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
6 – BETON BARAJLARIN TERMAL ANALİZLERİ
Analiz Metodları
I. Derece Analiz
‐ Basit ve hızlı analiz yöntemi
‐ Girdiler :
Beton Adibiyatik Ortamda Çıkaracağı Sıcaklık
Aylık Sıcaklık Ortalamaları
Beton için Elastisite Modülü ve Genleşme Katsayısı
‐ Basit sınır koşulları öngörülerek maksimum sıcaklık farkı için yapılır.
‐ Termal çatlamanın geniş çatlak açıklıklarına neden olacağı barajlarda derz aralıklarının tahmin edilmesi amacı ile kullanılır.
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
6 – BETON BARAJLARIN TERMAL ANALİZLERİ
Analiz Metodları
II. Derece Analiz
‐ 1D veya 2D bir ağ üzerinde sıcaklıkların gövde içerisinden dışarısına doğru
değişimi, detaylı el hesapları veya bilgisayar programları ile yapılır.
‐ Girdiler :
Beton Adibiyatik Ortamda Çıkaracağı Sıcaklık
Aylık ve Günlük Sıcaklık Ortalamaları
Beton için Elastisite Modülü ve Genleşme Katsayısı
‐ Hem yüzey, hem yatay çatlaklar için gerçekleştirilebilir.
‐ Termal çatlamanın risk yaratmayacağı barajlarda kesin hesap yöntemi olarak
kullanılabilir.
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
6 – BETON BARAJLARIN TERMAL ANALİZLERİ
Analiz Metodları
III. Derece Analiz
‐ 2D veya 3D sonlu elemanlar analizleri ile gerçekleştirilen en detaylı analiz
yöntemidir.
‐ Girdiler :
Beton Adibiyatik Ortamda Çıkaracağı Sıcaklık
Aylık ve Günlük Sıcaklık Ortalamaları
Beton için Elastisite Modülü, Sünme Modülü ve Genleşme Katsayısı
Beton dayanımının zamana göre değişimi
Yapım planı ve imalat miktarları
Zemin elastisite modülü ve genişleme modülü
Beton ve zeminin termal konduktivitesi ve kapasitans değerleri,
Saha koşulları, rüzgar/güneş durumu ve benzeri diğer bilgiler
‐ Hem sıcaklık değişimleri, hem gerilmeler belirlenebilir.
‐ Kemer barajlar ile büyük barajlarda kullanılması önerilir.
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
7 – BETON BARAJ ÖLÇÜM SİSTEMLERİ
‐ Deplasman Ölçümleri
‐ Diğer Ölçümler
Röperler,
İvme Ölçerler
Derz Ölçerler,
Termometre/Termokapl
Dikey Gezler,
Toplam Basınç Ölçerler
Tiltmetreler,
Birim Uzama Ölçerler
GPS Tabanlı Ölçümler
‐ Sızma Ölçümleri
V ağızlı savaklar,
Piyezometreler
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
TEŞEKKÜRLER …