BBK Tasarım Dökümanı

T.C.
ORMANVESUİŞLERİBAKANLIĞI
DEVLETSUİŞLERİGENELMÜDÜRLÜĞÜ
BETONBARAJLAR
TASARIMİLKELERİ
REHBERİ
REHBERNO:004
EKİM 2012
ANKARA
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 ÖNSÖZ
Birçok medeniyetin kesişme noktası olan Anadolu'da yaklaşık 4000 yıldır süren hidrolik
mühendisliği çalışmaları, bilhassa Selçuklu ve Osmanlıların yaptıkları muhteşem eserler,
Türkiye'yi tarihi su yapıları açısından en zengin ve en dikkat çekici açık hava müzelerinden
birisi haline getirmiştir. Bugün ise ülkemiz, inşa halindeki barajların sayısı bakımından
Dünya’daki sıralamada üst sıralarda yer almaktadır. Ülkemizde her tipten barajlar inşa edilmiş
ve edilmektedir. Ayrıca; bu barajlar dolgu hacmi, yükseklik, rezervuar kapasitesi, kret uzunluğu
gibi teknik karakteristikleri ile de dünyadaki inşa edilmiş barajlar arasında ön sıralarda yer
almaktadır. Atatürk Barajı 84 milyon m3 dolgu hacmi ile dünya sıralamasında beşinci sırada
yer almaktadır.
Şubat ayında su tutma merasimine bizzat katılmış olduğum Deriner Barajı 249 m yüksekliği
ile ülkemizin en yüksek barajı, kendi sınıfında Dünya’nın 6. yüksek barajıdır. İnşaat ihalesi
safhasında bulunan Yusufeli Barajı’nın yüksekliği ise 270 metredir. Yusufeli Barajı
tamamlandığında Türkiye’nin en yüksek barajı olma özelliğine sahip olacaktır.
Ülkemizin su yapıları sahasında ulaşmış olduğu bu güzel seviye, bu sektörde çalışanların
fedakar çalışmaları ve mesleklerine olan saygının neticesinde oluşmuştur. Yıllardan beri
ülkemizde ve yurt dışında barajlar ve su yapıları alanından sayısız eserler kazandıran
mühendislerimizin ve müteahhitlerimizin çalışmalarını hepimizin malumlarıdır. Ülkemizdeki
baraj ve diğer su yapılarının projelendirilmesi ve inşası sürecine olumlu katkısı olacağını
düşündüğüm; Uluslararası Büyük Barajlar Komisyonu (ICOLD) kriterlerini esas alarak
ülkemiz ihtiyaçları ve şartları dikkate alınarak uygulanması konusunda proje ve uygulama
kriterleri ile ilgili olarak Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü’nün (DSİ) Uluslararası Büyük
Barajlar Komisyonu Türk Milli Komitesi (TRCOLD) ve Türk Müşavir Mühendisler ve Mimarlar
Birliği (TMMMB) ile başlatmış olduğu çalışmanın neticesinde hazırlanan bu rehber
dokümanların bu sektörde çalışanlara büyük fayda sağlayacağı aşikardır.
Bu gayeye hizmet etmek için komitelerde görev alan, başta DSİ personeli olmak üzere bütün
mühendislik ve müşavirlik firmaları temsilcilerine teşekkür ederim.
Su gibi aziz olunuz.
Prof. Dr. Veysel EROĞLU
Orman ve Su İşleri Bakanı
BETON BARAJLAR i 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 GİRİŞ
Ülkemizin su kaynaklarının yönetiminden ve geliştirilmesinden sorumlu olan Devlet Su İşleri
Genel Müdürlüğü geçmişinden günümüze kadar üstlenmiş olduğu görevleri başarı ile
tamamlamış ve insanımızın hizmetine sunarak kalkınmamıza ve refah düzeyimizin artmasına
büyük katkı sağlamış ve sağlamaya devam etmektedir.
Bugün itibari ile, Genel Müdürlüğümüz merkezde 15 Daire Başkanlığı, taşrada 26 Bölge
Müdürlüğü ve bünyesinde bulunan takriben 20200 personel ile çalışmalarına devam
etmektedir. Muhtelif yüksekliklere ve değişik maksatlara hizmet eden 741 adet baraj bugün
için işletmede olup, yenilerinin inşası da devam etmektedir.
Genel Müdürlüğümüzün vizyonu: Su kaynaklarımızın geliştirilmesi, korunması ve yönetimi
konularında dünya lideri olmaktadır.
Bu konuma gelmek için yapacağımız çalışmaları; diğer ilgili kurum ve kuruluşlar,
müteahhitlerimiz, mühendislik ve müşavirlik firmalarımız ve de akademisyenlerimizle
koordineli bir şekilde gerçekleştirmekteyiz.
1. Barajlar Kongresi’nin hazırlanması ve çıktıları buna çok güzel bir örnek oluşturmuştur. Bu
kongremizin maksadı takriben 1 yıla yakın bir süredir yapılan çalışmalar neticesinde
ülkemizdeki barajların/su yapılarının projelendirilmesi ve uygulanması sırasında kullanılacak
kriterlerin, Uluslararası Büyük Barajlar Komisyonu (ICOLD) kriterlerini baz alarak ülkemizin
ihtiyaçlarına göre uygulanmasında yol gösterecek rehber dokümanlar ile ilgili ilk çalışmaların
neticelerinin sunulmasıdır.
Bu rehber dokümanlar 8 ana başlık altında toplanmıştır.
Baraj ve su yapıları ile ilgili çalışmalarda büyük fayda sağlayacağına inandığım bu rehber
dokümanların hazırlanmasında emeği geçen tüm ilgililere içtenlikle teşekkür eder bu ve
benzer çalışmaların devamını dilerim.
Akif ÖZKALDI
DSİ Genel Müdürü
BETON BARAJLAR ii 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 BU REHBER DOKÜMAN ORMAN VE SU İŞLERİ BAKANLIĞI’NIN KATKILARI İLE
DEVLET SU İŞLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ (DSİ), ULUSLARARASI BÜYÜK
BARAJLAR KOMİSYONU TÜRK MİLLİ KOMİTESİ (TRCOLD), TÜRK MÜŞAVİR
MÜHENDİSLER VE MİMARLAR BİRLİĞİ’NİN (TMMMB) ORTAK ÇALIŞMASI VE
TÜRKİYE MÜTEAHHİTLER BİRLİĞİ (TMB) VE TÜRKİYE İNŞAAT SANAYİCİLERİ
İŞVEREN SENDİKASI (İNTES)’NIN DESTEKLERİ SONCUNDA HAZIRLANMIŞTIR.
BETON BARAJLAR iii 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 AÇIKLAMA
Bu rehber doküman, barajlar, hidroelektrik santrallar ve hidrolik yapıların planlama,
tasarım, proje hizmetlerini ve inşaatını yapan firmaların, bu konuda görev ifa eden
kamu kurum ve kuruluşlarının ve özel sektör yatırımcılarının çalışmalarına baz
olması gayesi ile Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü, Uluslararası Büyük Barajlar
Komisyonu Türk Milli Komitesi, Türk Müşavir Mühendisler ve Mimarlar Birliği ile
akademisyenlerin bir yıla yakın süre ile çalışmaları sonucunda hazırlanmıştır.
Bu doküman ülkemizde bu konuda yapılan ilk çalışmalardan biri olup, ilgili
taraflardan
gelecek
görüş
ve
öneriler
çerçevesinde
revize
edilecek
ve
güncelleştirilecektir.
Bu doküman bu konuda çalışan, hizmet üreten ve imalat yapan kişi, firma, kurum ve
kuruluşlara rehber olması amacı ile hazırlanmış olmakla birlikte, tasarım, imalat,
montaj, inşaat, su tutma, işletme ve baraj emniyeti ile ilgili her türlü sorumluluk
tasarım, imalat, montaj ve inşaat işlerini yapan yüklenicilere aittir.
©Telif Hakkı
Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü’nün önceden izni alınmadan bu yayının hiç bir
bölümü mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik kayıt veya başka yollarla hiç bir
surette çoğaltılamaz, muhafaza edilemez, basılamaz.
BETON BARAJLAR iv 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 İÇİNDEKİLER
1. GİRİŞ ................................................................................................................................... 1 1.1 Amaçlar ve Kapsam........................................................................................................... 1 1.2 Beton Barajlar .................................................................................................................... 1 2. TEMEL KAYASI ................................................................................................................... 4 2.1 Baraj Yeri ........................................................................................................................... 4 2.2 Konsolidasyon ve Perde Enjeksiyonu................................................................................ 5 3. BETON ÖZELLİKLERİ....................................................................................................... 11 3.1 Genel Özellikler ............................................................................................................... 11 3.2 Katkılar............................................................................................................................. 14 3.3 Agrega ............................................................................................................................. 15 3.4 Beton Karma Suyu........................................................................................................... 16 3.5 Beton Sınıfları .................................................................................................................. 20 3.6 Beton Karışım Tasarımı ................................................................................................... 21 3.7 Beton Kalite Kontrolü ....................................................................................................... 23 3.8 Yerinde Beton Deneyleri .................................................................................................. 26 3.9 Beton Dayanımı ............................................................................................................... 26 4. ÖN TASARIM İÇİN RİJİT BLOK STABİLİTE ANALİZİ ...................................................... 31 4.1 Genel ............................................................................................................................... 31 4.2 Yükler............................................................................................................................... 31 4.3 Güvenlik Sayıları.............................................................................................................. 36 5. BETON BARAJLARIN DEPREM ANALİZLERİ ................................................................. 38 5.1 Genel ............................................................................................................................... 38 5.2 Sönüm ............................................................................................................................. 39 5.3 Deprem Analizleri ............................................................................................................ 41 5.4 Analiz Yöntemleri ............................................................................................................. 45 5.5 Performans Kabul Kıstasları ............................................................................................ 52 6. TERMAL ANALİZ YÖNTEMLERİ ...................................................................................... 56 6.1 Genel ............................................................................................................................... 56 6.2 Analiz Metodları ............................................................................................................... 58 6.3 Analiz Girdileri.................................................................................................................. 60 6.4 Analiz Yönteminin Seçilmesi............................................................................................ 64 6.5 Kütle Betonda Çatlak Kontrolü......................................................................................... 64
7. BETON BARAJ ÖLÇÜM SİSTEMLERİ ............................................................................. 66 7.1 Deplasman Ölçümleri ...................................................................................................... 66 BETON BARAJLAR v 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 7.2 Sızma Ölçümleri .............................................................................................................. 67 7.3 Diğer Ölçümler ................................................................................................................. 67 7.4 Ölçüm Sistemleri İşletimi ................................................................................................. 68 7.5 Ölçüm Bilgisi Kullanımı ve Acil Eylem Planı .................................................................... 69 REFERANSLAR .................................................................................................................... 71
BETON BARAJLAR vi 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 1.
GİRİŞ
1.1
Amaçlar ve Kapsam
Bu rehber, beton barajların tasarımında kullanılacak yöntemleri sunmaktadır. Beton
karışım tasarımı, kaya ıslah metotları, baraj ön tasarım stabilite analizleri, deprem
analizleri ve termal analizler doküman kapsamındadır.
Karışım tasarımı bölümü, beton bileşen malzemelerinin oranları, kalitesi ve üretim
kontrolü konusunda yol gösterici niteliktedir.
Yeni inşa edilecek barajlar için verilen analiz yöntemleri ile güvenli ve ekonomik
baraj boyutları belirlenir. Ayrıca, baraj gövdesi üzerinde bulunan dolusavak, köprü
v.b. yapıların tasarımında kullanılması gereken deprem tepki spektrumu da analizler
neticesinde elde edilir.
Beton barajlar, geleneksel beton ağırlık barajlar, silindirle sıkıştırılmış beton barajlar
ve kemer barajlar olarak sınıflandırılır. Her üç baraj sınıfı için de yöntemler bu
doküman kapsamında sunulmaktadır.
Mevcut
barajların
deprem
performans
değerlendirilmesi
de
bu
doküman
kapsamında verilen gerilme analizi yöntemleri ile gerçekleştirilebilir. Mevcut barajlar
için deprem analizleri ile deprem performans değerlendirilmesi yapılarak iyileştirme
ve güçlendirme ihtiyacı tespit edilir.
Bu doküman baraj gövdesi haricinde kalan yapıların tasarımına ilişkin yöntemleri
içermez.
1.2
Genel İlkeler
Beton barajlar, tasarım yüklerine karşı denge durumlarını geometrileri, ağırlıkları ve
malzeme dayanımları ile sağlayan barajlardır. Beton barajlar, ağırlık ve kemer tipi
olmak üzere iki gruba ayrılır. Ağırlık beton barajların aksı çizgisel, kavisli veya kurplu
olabilir. Kemer barajlar silindirik veya çift eğrilikli olarak tasarlanır. Tek eğrilikli kemer
barajlarda yalnızca yatayda kemer şekli verilmiş olup, düşeyde düz ya da eğimlidir.
1950' li yıllara kadar dünyada uygulanmış baraj tipleri olup, çift eğrilikli kemer
barajların projelendirme esasları geliştikçe ve bilgisayar programlarının kullanımı
arttıkça artık fazla tercih edilmemektedir. Çift eğrilikli kemer barajlar, hem yatay hem
de düşey yönde eğriselliğe sahiptir. Çift eğrilikli kemer barajlar sahip oldukları çift
BETON BARAJLAR 1 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 yöndeki kemer etkisinden dolayı daha ince beton kesitine sahip olurlar. Çift eğrilikli
kemer barajlar sahip oldukları taşıyıcı sistemin özelliği sayesinde beton hacminde
önemli miktarda ekonomi sağlarlar. Çift eğrilikli bir kemer barajın düşey konsol
etkisinden dolayı oluşan gerilmeleri kontrol etmek için, barajın tepe noktası, temeli
ve baraj aksının mansap eğrisini kestiği noktadaki kesitte olması gereken kalınlık
oranları ile baraj düşey ekseninin memba – mansap doğrultusundaki mesafeler
arasındaki oranlar literatürde ampirik olarak tanımlanmış olup, bu değerler ön
projelendirme aşamasında kullanılabilir.
Beton ağırlık barajlar tasarım yüklerine ağırlıkları ve malzeme dayanımları ile
mukavemet gösterirler. Kemer barajlar ise yükleri büyük oranda kemerlenme etkisi
ile vadi ayaklarına ileterek taşır. Kemer barajlarda, beton ağırlık barajların aksine
ikincil etken konsol mekanizmasıdır.
Vadi genişliğinin baraj yüksekliğine oranının 3’ten küçük olduğu durumlarda kemer
baraj tercih edilmesi ciddi ekonomik avantajlar sağlar. Bu oranın 3 ile 6 arasında
olduğu durumlarda da kemer baraj tipi göz nünde bulundurulmalıdır. Vadi
genişliğinin baraj yüksekliğine oranının 6’dan büyük olduğu durumlarda kemerlenme
etkisinin azalması ile kemer baraj tipi etkinliğini kaybeder.
Beton barajlarda beton yerleştirmesi esnasında hidratasyon ısısı sebebi ile yüksek
sıcaklıklar meydana gelebilir. Yapım aşamasında hidratasyon ısısının kontrolü için
yatay ve düşey derzli olarak inşa edilebilir veya soğutma sistemi tesis edilebilir.
Kontrolsüz sıcaklık artışı ve dış ortam sıcaklığının ani bir şekilde değişmesi aşırı
çekme gerilmelerine sebep olarak istenmeyen çatlaklara yol açabilir.
Silindirle sıkıştırılmış beton (SSB), beton barajların yapımında 1970’lerden bu yana
kullanılmaktadır (Raphael, 1971; Cannon 1972; Cannon, 1974). SSB, düşük
hidratasyon ısısı, hızlı yapım ve yerleştirme imkanı ile baraj yapım maliyeti için
uygun bir malzemedir. Beton ağırlık barajlar, SSB ile inşa edildiklerinde düşey derzli
veya derzsiz olarak yapılabilir (Abdo, 2008). Genellikle düşey derzli geleneksel
beton ile imal edilen kemer barajlarda SSB kullanımı az da olsa mümkündür (Xie
and Chen, 2005). Yapım koşulları, derz yerleri ve inşaat teknikleri beton barajların
deprem performansını doğrudan etkileyen faktörlerdir. Bu sebeple inşaat koşul ve
aşamalarının gerçekçi kabuller ile deprem analizlerinde dikkate alınması gereklidir.
BETON BARAJLAR 2 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Beton barajları maliyet etkin hale getiren sebeplerden biri de dolusavakların gövde
üzerine inşa edilebilmeleridir. Beton baraj tasarımında gövde üzerinde bulunan
dolusavağın baraj gövde davranışı üzerindeki etkileri dikkate alınmalıdır.
Barajın geometrisinin belirlenmesinde, baraj yerindeki mevcut jeolojik durum,
mevcut topoğrafya, baraj aksındaki vadi şekli, küçük faylar ve mevcut kaya
parametreleri
dikkate
alınarak
değişik
alternatifler
değerlendirilerek,
tüm
alternatiflerin teknik ve ekonomik karşılaştırmaları sonucunda en uygun baraj
geometrisi tanımlanmalıdır.
BETON BARAJLAR 3 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 2.
TEMEL KAYASI
2.1
Baraj Yeri
Baraj yeri temel araştırmalarına başlamadan önce, baraj göl alanında incelenmesi
gereken parametreler aşağıda sunulmaktadır:
(i)
Göl alanının komşu vadileri kapsayacak şekilde 1/25000 ölçekli stratigrafik
– yapısal jeoloji haritası yapılmalıdır (sorunlu bölgelerde ölçek 1/5000 10000 olabilir).
(ii) Haritada kaya birimlerinin hidrojeolojik özelliklerine göre geçirimli – yarı
geçirimli – geçirimsiz olarak sınıflandırılması ve gölalanı ile baraj ekseni
mansabındaki kaynakların haritaya işlenmesi gereklidir. Özellikle mansap
kaynaklarının yağışlı ve kurak mevsimlerde debilerinin, sıcaklıklarının
periyodik olarak ölçülmesi ve meteorolojik veriler ile ilişkilerinin saptanması
önem arz eder
(iii)
Göl alanından kaçak olasılıklarının irdelenmesine ve baraj geçirimsizlik
perdesi yamaç geometrisine baz oluşturacak şekilde bölgenin “Hidrojeolojik
Modeli”nin belirlenmesine ihtiyaç vardır.
(iv)
Düşük kotlu komşu vadilere veya belirgin karst yollarına kaçak olasılığı
düşünülen yerlerde karotlu sondajlar ile desteklenmiş jeofizik araştırmaların
yapılması gerekir.
(v)
Göl alanı vadi yamaçlarındaki büyük ölçekli heyelanların sondaj ve jeofizik
yöntemler ile araştırılmalıdır.
Baraj yeri ve yakın dolayındaki kaya birimlerinin dokanaklarının, birimlerdeki
süreksizlik düzlemlerinin (katmanlanma, eklem takımları, makaslama zonları, kıvrım
eksenleri, birincil-ikincil faylar), kireçtaşı temeldeki karstik oluşukları içeren 1/1000
veya 1/500 ölçekli jeoloji haritasının hazırlanması; topoğrafla çalışılan haritada baraj
gövdesi ve mühendislik yapılarının (dolusavak, enerji tüneli, santral) jeolojiyi
örtmeyecek şekilde çizgisel olarak gösterilmesi gerekir.
Baraj gövdesi ve mühendislik yapılarındaki temel kayası özelliklerinin yeterli
sayıdaki karotlu ve basınçlı su testli kuyular ile araştırılmalıdır. Yamaçlarda açılacak
kuyular ile yeraltı suyu tablasının yağışlı ve kurak mevsimlerdeki seviye
değişimlerinin ölçülmesi (kuyuların baraj yerindeki yüksek topoğrafya dolayısıyla
yüzeyde açılamaması durumunda araştırma galerilerinden yaralanılabilir) gereklidir.
BETON BARAJLAR 4 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Yamaçlardaki YAS seviyelerinin nehrin eşele bağlı seviyeleri ve meteoroloji
istasyonlarından alınan yağış verileri ile birlikte değerlendirilmelidir. Mansap
kaynaklarının olması durumunda, kaynaklardaki debi değişimlerinin aynı koşullarda
irdelenmesi gerekir. Ayrıca, kaynaklardan yağışlı ve kurak mevsimlerde numune
alınarak kimyasal analizlerinin yaptırılması elzemdir.
Temel kayasının, Bieniawski – RMR (Rock Mass Rating System: Kaya Kütlesi
Puanlama Sistemi) , Barton – Q=NGI (Norvegian Geotchnical Institue) sistemine
göre Kütle Sınıflaması’nın ve Hoek and Brown – Rock Mass Properties
parametrelerine göre karotlu araştırma kuyuları ve galerilerinden elde edilecek
veriler de kullanılarak yapılması gereklidir.
Karotlu araştırma kuyularından alınan numunelerde ve temel kayasının jeomekanik
özelliklerini saptamak amacıyla laboratuvar deneylerinin yapılması; araştırma
galerilerinde kayanın jeomekanik özellikleri için jeofizik yöntemlerin uygulanması
gereklidir.
Araştırma kuyularındaki karot sandıklarının tekçe renkli fotoğrafları çekilmeli; karot
tanımlaması ISRM (International Society for Rock Mechanic) parametrelerine göre
yapılmalı, araştırma galerilerinin periferik jeoloji haritaları hazırlanmalıdır.
Araştırma galerilerinde veya kuyularında rastlanabilecek kalın kil dolguların
minerolojik-petrografik ve gronulometrik analizlerinin yaptırılması ve montmorillonit
gibi şişme yüzdesi yüksek kil gruplarının var olup olmadığının belirlenmesi gereklidir.
Temel kayasında jips gibi eriyebilir minerallerin mevcudiyeti araştırılmalıdır.
2.2 Konsolidasyon ve Perde Enjeksiyonu
Baraj temeli güçlendirme ve ıslahında en önemli parametrelerden birisi enjeksiyon
karışımlarının seçimidir. Genel prensipler öz olarak aşağıda belirtilmiştir:
(i)
Saha laboratuvarında elde edilen deney sonuçlarına göre seçilen
karışımlar, enjeksiyon perdesi test paneli öncesi temel kayasının kontak ve
konsolidasyon işlerinde kullanılabilir. Bu aşamada bulunması gereken
deney cihazları Marsh hunisi, Prepakt hunisi, çamur terazisi, 1000 ml’lik
mezur (6 cm çaplı mezür), vicat iğnesi, kırma presi, hassas terazi,
kronometre, termometre, 74-149 mikron ve 90-45 mikron açıklıklı eleklerin
ve laboratuvar tipi karıştırıcıdır.
BETON BARAJLAR 5 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Çimento, enjeksiyon karışımlarının en önemli bileşenidir. Temel kayası
jeoteknik özelliklerinin gereksinimi olarak, enjeksiyonda standart dışı
incelikteki çimento (Özgül Yüzeyi 3500 cm2/gr dan daha büyük )
kullanılabilir.
Bentonit ve kum laboratuvar deney sonuçları hedeflenen değerler ile uyum içinde
olmalıdır. Kumlu karışımlar hariç hiçbir durumda karışımın viskozitesini arttıran
bentonit %1 den fazla kullanılmamalıdır.
Modern enjeksiyon teknolojisinde, beton için kullanılan kimyasal katkılar, viskozite,
kohezyon ve priz sürelerinin istenildiği şekilde düzenlenebilmesi amacıyla
enjeksiyon karışımlarına adapte edilmişlerdir. Süper akışkanlaştırıcı, priz hızlandırıcı
niteliğindeki ürünlerinin etkinlik dereceleri ve çimento ile uyum mertebeleri saha
laboratuvarında yapılacak deneylerin değerlendirilmesi sonucu belirlenmelidir.
Enjeksiyon karışım tasarımları laboratuvar deneyleri ile belirlenmelidir. Karışımların
laboratuvar deneylerinde (4) aşamalı bir deney yöntemi öngörülmektedir. Aşama I,
nüfuz etme parametreleri en uygun (düşük viskozite ve kohezyonlu) kumsuz
karışımların seçimini içerir. Diğer aşamalarda seçilen karışımların (kumlu karışımlar
dahil) priz süresi ve basınç dayanımları saptanır. Reometre ve Süzme presi
deneyleri de gerçekleştirilmelidir.
Enjeksiyon karışımının nüfuzunu belirleyen faktörler aşağıda sıralanmaktadır:
(i)
Dane Boyutu: Çimentolu karışımlardaki parçacıkların dane boyutu, özellikle
ince çatlaklı temellerde, şerbetin nüfuzunu etkileyen en önemli faktördür.
Şerbetteki katı parçacıkların maksimum boyutunun ince çatlaklardaki
açıklığın minimum boyutundan önemli ölçüde küçük olması gerekmektedir
(genel olarak çatlak açıklığından üç kat, tercihan beş kat küçük ).
(ii) Viskozite ve Kohezyon: Viskozite parametresi, şerbetin belirli bir basınç
altında açık çatlak içerisindeki hareket etme mertebesini verir. Kohezyon
ise şerbetin nüfuz edebileceği son mesafeyi belirleyen diğer bir önemli
faktördür.
(iii) Çökelme, Duraylılık ve Şerbetin Filtrasyon Durumu: Karışımlardaki katı
madde parçacıklarının (çimento-bentonit) çökelme yüzdesinin minimum
olması, karışımın nüfuz kabiliyetini arttıran ve bir süreksizlik düzleminin
(tabakalanma-çatlak-eklem-makaslama-fay) doldurulmasında en etkin rol
oynayan parametrelerden biridir.
BETON BARAJLAR 6 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 (iv) Delgi Örneği ve Basınç: Kuyu aralıkları ve enjeksiyon basıncı, kuyular
arasındaki etkinleşme alanlarının üst üste bindirmeli olmalarında rol
oynayan iki önemli faktördür.
(v) Duraylı Karışım Parametreleri: Viskozite (Marsh Hunisi), 30/35 – 50 sn,
çökelme (3 saat), maksimum %5, su/çimento oranı ise 0.7/1 - 1/1 arası
olmalıdır. Viskozite mertebeleri yönünden duraylı karışımlar dört kategoriye
ayrılabilir: a)Düşük: 30 – 35 sn, b) Orta derece: 35 – 40 sn, c) Yüksek : 40 –
45 sn, d) Çok yüksek
: 45 – 50 sn.
(vi) Nüfuz edici Karışım Parametreleri: Çimentonun uygun gronülometresi,
düşük viskozite ve kohezyon, minimum çökelme, kuyuların etkinleşmesini
sağlayan aralık, yeterli derecede etkin basınç
Perde enjeksiyonu öncesi, kullanılan enjeksiyon karışımlarının nüfuz etme
derecesini, uygulanan enjeksiyon basınçlarının etkinliğini ve elverişliliğini, akış
şemasının işlerliliğini, BST sonuçları ile uygulama yönteminin geçerliliğini belirleyen
test panellerin yapılmaları gerekmektedir.
Beton/SSY barajların temel kayasını güçlendirmek, açık çatlakların yük altında
olasılıklı kapanmalarının neden olacağı potansiyel oturmalara engel olmak amacıyla
baraj
gövdesinin
tabanında
ve
yamaçlarında
konsolidasyon
enjeksiyonu
yapılmaktadır.
Baraj temeli ve yamaç konsolidasyon işleminde Basınç-Hacim (GIN) ilişkisi kullanılır.
Kullanılan yöntemde enjeksiyon limit hacminin en büyük değeri en düşük basıncın
karşıtıdır. Bu şekilde, beton-kaya dokanağında veya konsolidasyon zonunda geniş
alana yayılarak bir çatlak vasıtasıyla betonla irtibat kurabilecek enjeksiyon şerbetinin
uygulama basıncı altında, betonda çatlamalara neden olmasının önüne geçilebilir.
Kireçtaşı temel kayaları, karstlaşma gösteren veya göstermeyen zemin olarak iki
grupta değerlendirilmektedir. Karstlaşma göstermeyen sağlam kayadaki enjeksiyon
yöntemi “basınç x hacim = N sabite” eğrisi ile tanımlanmıştır. N sabitesi “ enjeksiyon
yoğunluk numarası”nı (GIN) göstermektedir. Konsolide edilecek bölümdeki “N”
değeri, izin verilen en yüksek basınç (Pmaks.= Limit Basınç) ve izin verilen en fazla
enjeksiyon alışı (Vmaks = Limit Hacim) ile belirlenmiştir. Temeldeki delgi
uygulamasında 4x4 m veya 5x5 m karelaj sistemi kullanılmaktadır. Delgi derinliği
temel kayasının niteliğine bağımlı olarak genelde 5 ile 15 m arasında değişmektedir.
Pmaks 5 bar olarak uygulanmaktadır.
BETON BARAJLAR 7 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Perde enjeksiyonu projelendirilmesi ve yapım yöntemi baraj temeli-yamaç
konsolidasyonu enjeksiyonundan farklı nitelikte ve çok yönlü parametreleri
içermektedir.
Perde
enjeksiyonu
inşasındaki
amaçlar
baraj
temelindeki
tabakalanma, eklem, çatlak, makaslama ve fay gibi zayıflık düzlemleri vasıtasıyla
oluşabilecek kaçak miktarını azaltmak, kaçakların neden olacağı erozyonu kabul
edilebilir düzeye indirmek, alttan kaldırma basıncını azaltmak, baraj temelindeki
oturmalara mani olmak olarak sıralanabilir.
Baraj temelinde geçirimsiz birim bulunması durumunda enjeksiyon perdesi kabul
edilebilir derinlikteki geçirimsiz birime bağlanır (5-10 m geçirimsiz birimde ilerlenir).
Geçirimsiz birimin çok derinde olması halinde askıda perde yapılabilir. U.S.B.R
pratiğine göre, genel olarak enjeksiyon perdesi derinliği temel kayasının
geçirimliliğine ve barajın yüksekliğine (h) bağlıdır (Tablo 2.1). Avrupa pratiğine göre
ise enjeksiyon perdesinin derinliği baraj yüksekliği kadardır.
Tablo 2.1
Baraj Yüksekliğine (h) Göre Geçirimlilik Katsayısı
K Değeri 10 ‐2 10
‐3
10
‐4
10
‐5
10 ‐6 Lu > 8 Lu = 4 ‐ 8 Lu = 3‐6 C = 75 feet 22,5 cm C = 50 feet 15 cm C = 25 feet 7,5 cm h' =2/3 h+C h' =1/2 h+C h' =1/3 h+C h' = perde derinliği h = baraj yüksekliği C = katsayı Perde projesindeki birincil (P) kuyuların son kademesindeki basınçlı su deneylerinin
5 LU veya daha yüksek olması durumunda kuyu ilk aşamada 5 m derinleştirilir ve
(P) kuyusu ile birlikte en azından 1,5 – 3,0 ve 6,0 m (kireçtaşında) mesafedeki
kuyuların enjeksiyonu da aynı derinlikte yapılır. Bu durum kuyunun son
kademesinde enjeksiyon alış mertebesinin yüksek olması durumu için de geçerlidir.
BETON BARAJLAR 8 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Temel kayasının jeolojisi esas olarak perde derinliğinin belirlenmesinde en önemli
faktördür. Zemin koşullarına göre geometrisine bakılmaksızın simetrik olmayan bir
perde projelendirilebilir. Karstik kireçtaşında karstlaşmanın taban durumu ve diğer
hidrojeolojik koşullar göz önüne alınarak perde derinliği belirlenmelidir. Planlama
aşamasında perde derinliği baraj yüksekliği kadar alınmalı ve perde geometrisi
yapılabilirlik-kesin proje aşamasında nihai şeklini almalıdır. Karstik kireçtaşlarının
bulunduğu bölgelerde mümkün olduğu kadar enjeksiyondan kaçılmalı, beton
kaplama veya blanket alternatifleri düşünülmelidir.
Enjeksiyon Perdesinin Yamaçlardaki Uzunluğu: Temel kayasının cinsine bağımlı
olarak yeraltı suyu tablası yamaçlarda belli bir mesafede baraj kret kotuna ulaşır.
Perdenin yamaçtaki uzanımı uygun bir mesafede ise yeraltı suyu tablasına 5,00 m
uzaklıkta nihayetlenebilir. Karstik kireçtaşında hidrolik gradyan yataya yakın olduğu
için perdenin yamaçtaki uzanımı sızma boyu göz önüne alınarak askıda bırakılabilir.
Perdenin yanal uzunluğu gerekli durumlarda 1 000 metrenin üzerinde olabilir. Baraj
yüksekliğine bağımlı olarak belirlenecek enjeksiyon galerileri arasındaki kot farkı,
özellikle karstik kireçtaşı zeminlerde zorunlu haller dışında 50,00
metreyi
geçmemelidir. Galeri sonunda yelpaze tipi perde yapılması gerektiğinde eğimli
kuyuların düşey kuyuya göre daha fazla sapması olacağı göz önüne alınmalıdır.
Delgi Örneği: Birincil (P) kuyu aralıklarına göre, delgi örneği 8 – 10 – 12 – 24 – 36 m
alınmaktadır. (P) kuyuları karotlu ve basınçlı su testlidir. Karstik kireçtaşında/
karbonat çimentolu kumtaşında minimum delgi aralığı 1,5 m olmalıdır; diğer tip
kayaçlarda 1,5 m aralıkta kuyu açılımına olanak sağlayacak limit hacim sağlanması
koşuluyla minimum açıklık 3 m olabilir. 1,5 m veya 0,75 m aralıklı destekleme
kuyuları 100 kg/m (Projeye göre değişebilir) alış yapan kuyunun bir tarafında ve alış
yapan kademenin 5 m altına kadar derinlikte açılmalıdır.
Kontrol Kuyuları: Paneldeki kontrol kuyularının genel olarak (P) kuyuları arasında
çapraz konumda açılmalarını öngören kesin bir kural bulunmamaktadır. Çapraz
konumlu kuyularla değişik konumlardaki tüm fazla alış yapan kademeler kontrol
edilememektedir. Karotlu basınçlı su testli kuyuların fazla alış yapan kademelerin
konumuna göre açılması perdenin geçirimsizliği hakkında daha ayrıntılı bilgi
verecektir. Kontrol kuyuları açılmadan önce perde kuyu serilerine “indirgeme oranı”
yöntemi
(kuyu serilerinin ortalama alışlarının birbirine oranının yüzde 20-50
aralığında olması) uygulanmalı ve bu oranın dışına çıkan kuyu kademelerinin her iki
BETON BARAJLAR 9 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 tarafına destekleme kuyularından sonra kontrol kuyuları açılmalıdır (karstik
birimlerde bu kuralın uygulanması sakıncalıdır).
DSİ’de düşük basınç uygulanmaktadır.
Rezervuarın oluşturacağı hidrostatik basınç,

Baraj tipi ve yüksekliği,

Perdenin geometrisi ve yeri,

Enjekte edilecek kayaç cinsi,

Süreksizliklerin konumu-açıklıkları,

Süreksizlerdeki dolgunun granülometresi, minerolojik bileşimi, konsolidasyon
derecesi,

Enjeksiyon şerbetlerinin nüfuz etme özelliği,

Derinlerde yer alan süreksizlerdeki dolgu malzemesinin gereken yüksek
basınç altında sıkıştırılarak erozyona karşı dayanımlı hale getirilmesi, (her
zaman değil)
Aşağıda formülleri verilen U.S.A tekniğine göre enjeksiyon basıncı hesaplanabilir:
-
Pe = 0,33 X H
-
Pe= Efektif (gerçek basınç) bar; H=enjeksiyon kademesi ortası ile kuyu ağzı
arasındaki mesafe (m)
-
Artı katsayılı uygulama formülleri;
-
Pe= 2+0,33 H
Enjeksiyon işlerinin projelendirilmesi, uygulaması ve kontrolünde “DSİ Temel Sondaj
ve Enjeksiyon Teknik Şartnamesi” kriterleri baz alınmalıdır.
BETON BARAJLAR 10 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 3.
BETON ÖZELLİKLERİ
3.1
Genel Özellikler
Beton çimento, su, ince agrega, iri agrega ve katkı maddelerinin uygun oranlarda
karıştırılması ile elde edilen, taze halde iken şekil verilebilen ve zamanla priz alıp
katılaşarak sertleşen ve dayanım kazanan bir yapı malzemesidir. Betonun zamanla
sertleşerek dayanım kazanması çimentonun su ile olan hidratasyonu özelliği
sayesinde olmaktadır. Beton karışım tasarımı çalışması, betonun kullanılacağı iklim
koşulları, yüklenme durumu, yapı tipine ve malzeme özelliklerine göre uygun
işlenebilme özelliğine, yoğunluğa, geçirimsizliğe, dayanım ve dayanıklılığa sahip
olan en ekonomik betonun tasarlanmasıdır.
Çimento hidrolik bir bağlayıcıdır. Betonun ana iskeletini oluşturan agregayı (KumÇakıl) birbirine bağlar. Su ile bir araya geldiğinde hemen başlayan kimyasal
reaksiyonların (hidratasyon) sonucunda zamanla (şekil verilebilme özelliğini) plastik
durumunu kaybederek sertleşir ve dayanım kazanır.
Portland Çimentosu; uygun evsafta kalker ve kilin 1400 -1500 °C derece sıcaklıkta
dönen ve %6-7 meyilli fırınlarda pişirilip soğutulması sonucu elde edilen klinkere,
%3,0-%6,0 oranında alçı taşı (jips) katılarak uygun incelikte öğütülmesi ile elde
edilen hidrolik bir bağlayıcıdır. Çimentonun fiziksel ve kimyasal yapısı ile ilgili olarak
uyması gereken özellikler TS EN 197 - 1 de verilmiştir. Portland Çimentosunun ana
bileşenleri: tri-kalsiyum sülfat (C3S), di-kalsiyum sülfat (C2S), tri-kalsiyum alüminat
(C3A) ve tetra-kalsiyum alüminoferrit’tir (C4AF). Üretimde kullanılan hammadde
özelliklerine bağlı olarak bu oranlar değişmekte ve elde edilen çimentolar da
amaçlarına göre sınıflara ayrılmaktadır. Bileşim ve özelliklerine göre TS EN 1971’de 27 farklı çimento ürünü 5 ana tip çimento adı altında toplanmaktadır (Tablo
3.1). CEM I; Portland Çimentosu, CEM II; Portland – Kompoze Çimentosu, CEM III;
Yüksek Fırın Cüruflu Çimento, CEM IV; Puzolanlı Çimento ve CEM V; Kompoze
Çimento tanımlarını ifade eder. Çimentolar dayanım sınıflarına göre her bir tipte
32,5; 42,5 ve 52,5 MPa dayanım sınıfı ile yine erken dayanımlara göre; (N) normal
erken dayanım ve (R) yüksek erken dayanım sınıflarına ayrılmaktadır (Tablo3.2).
Çimentoların Kimyasal bileşimi için sınır değerler Tablo 3.3’te verilmiştir.
BETON BARAJLAR 11 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 a)
Bileşim (kütlece
Ana
27 Ürüne Ait İşaret
Tipler
(Genel Çimento Tipleri)
CEM I
Portland Çimento
Portland-Curuflu
Çimento
Portland-Silis Dumanlı Çimento
İLAVE
Genel Çimentolar Grubuna Ait 27 Ürün
% olarak)
Ana Bileşenler
Klinker
Yüksek
Fırın
Cürufu
K
S
Silis
Dumanı
Puzolan
Uçucu Kül
Pişmiş
Şist
Kalker
Doğal
Doğal Kalsine
Silissi
Kalkersi
T
L
P
Edilmiş (Q)
V
W
6 - 10
6 - 20
21- 35
6-20
21-35
6 - 20
21-35
6-20
21-35
6-20
21-35
6-20
21-35
---------------------------------------------- 6 – 20 ---------------------------------------------
--------------------------------------------- 21 - 35 ---------------------------------------------
-------------------- 11 - 35 ------------------------
 ---------------------- 36 - 55 -------------------- -
--------- 18 - 30 ---------
----------- 31 - 50 -------
D
b)
LL
MİNÖR
BİLEŞEN
Tablo 3.1:
CEM I
95-100
0-5
CEM II/A-S
80-94
6-20
0-5
CEM II/B-S
65-79
21-35
0-5
CEM II/A-D
90-94
0-5
CEM II/A-P
80-94
0-5
Portland-Puzolanlı
CEM II/B-P
65-79
0-5
Çimento
CEM II/A-Q
80-94
0-5
CEM II/B-Q
65-79
0-5
CEM II/A-V
80-94
0-5
CEM II
Portland-Uçucu Küllü
CEM II/B-V
65-79
0-5
Çimento
CEM II/A-W
80-94
0-5
CEM II/B-W
65-79
0-5
Portland-Pişmiş Şistli
CEM II/A-T
80-94
0-5
Çimento
CEM II/B-T
65-79
0-5
PortlandCEM II/A-L
80-94
0-5
Kalkerli
CEM II/B-L
65-79
0-5
Çimento
CEM II/A-LL
80-94
6-20
0-5
CEM II/B-LL
65-79
21 -35
0-5
0-5
Portland-Kompoze
CEM II/A-M
80-94
c)
0-5
Çimento
CEM II/B-M
65-79
Yüksek fırın
CEM III/A
35-64
36-65
0-5
CEM III
Curuflu
CEM III/B
20-34
66-80
0-5
Çimento
CEM III/C
5-19
81-95
0-5
0-5
CEM IV
Puzolanik
CEM IV/A
65-89
c)
0-5
Çimento
CEM IV/B
45-64
CEM V
Kompoze
CEM V/A
40-64
18-30
0-5
c)
Çimento
CEM V/B
20-38
31-50
0-5
Çizelgedeki değerler ana ve minör ilâve bileşenlerin toplamı ile ilgilidir.
Silis Dumanının oranı % 10’la sınırlanmıştır.
Portland Kompoze Çimento CEM II / A-M ve CEM II / B-M’de, Puzolanik Çimento CEM IV / A ve CEM IV / B’de, Kompoze Çimento CEM V / A ve CEM V / B’de klinkerin yanındaki diğer ana bileşenler çimentoya
ait işaretle beyan edilmelidir ( Madde 8).
BETON BARAJLAR 12 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Tablo 3.2:
Çimentolarda Karakteristik Değerlerle Verilen Mekanik ve Fiziksel Özellikler
Basınç dayanımı (MPa)
Priz başlama
Erken dayanım
Standard dayanım
süresi
(dakika)
2 günlük
7 günlük
28 günlük
32,5 La
 12,0
32,5 N
 32,5
 52,5
 75
 16,0
32,5 R
 10,0
42,5 La
 16,0
42,5 N
 42,5
 62,5
 60
 10,0
42,5 R
 20,0
52,5 La
 10,0
52,5 N
 52,5
 45
 20,0
52,5 R
 30,0
a
Dayanım sınıfı sadece CEM III çimentoları için tanımlanmıştır.
Dayanım
sınıfı
Tablo 3.3:
Özellik
2
Deney
Standardı
Kızdırma kaybı
EN 196-2
Çözünmeyen
kalıntı
EN196-2 b)
EN 196-2
3
Çimento
Tipi
CEM I
CEM III
CEM I
CEM III
CEM I
CEM II c)
CEM IV
CEM V
CEM III
a)
b)
c)
d)
e)
f)
 10
Çimentolarda Karakteristik Değer Olarak Tanımlanan Gerekli Kimyasal Özellikler
1
Sülfat miktarı
(SO3 olarak)
Genleşme
(mm)
d)
4
Dayanım
Sınıfı
5
Gerekler a)
Hepsi için
 % 5,0
Hepsi için
 % 5,0
32,5 N
32,5 R
42,5 N
42,5 R
52,5 N
52,5 R
 % 3,5
 % 4,0
Hepsi için
e)
Klorür
EN 196-2
Hepsi için
 % 0,10 f)
Hepsi için
muhtevası
Puzolanik
EN 196-5
CEM IV
Hepsi için
Deneyi sağlar
özellik
Gerekler, nihai çimento kütlesinin yüzdesi cinsinden verilir.
Hidroklorik asit ve sodyum karbonatla çözünmeyen kalıntı tayini.
Bütün dayanım sınıfları için T muhtevası > % 20 ile çimento tipleri CEM II/B-T ve
CEM II/B-M, % 4,5'e kadar sülfat ihtiva edebilir.
CEM III/C tipi çimento, % 4,5'e kadar sülfat ihtiva edebilir
CEM III tipi çimento, % 0,10'dan fazla klorür ihtiva edebilir, bu takdirde azami klorür
muhtevası ambalaj ve/veya teslim belgesinde belirtilmelidir.
Ön germeli uygulamalar için çimento düşük gerek değerine göre üretilebilir. Bu
durumda, teslim belgesinde % 0,10 değerinin yerine bu düşük değer yazılır.
Tüm kütle betonlarında kullanılacak çimentonun hidratasyon ısısı 7 ve 28 günde
sırasıyla 60 Cal/g ve 70 cal/g değerini aşmamalıdır. Bunu sağlayabilmek için
Portland çimentosu ile mineral katkı bir arada kullanılarak kapsamlı bir deneysel
çalışma yapılması gerekebilir.
BETON BARAJLAR 13 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 3.2
Katkılar
Katkı maddeleri betonun reolojik özelliklerini, taze ve sertleşmiş haldeki beton
özelliklerini iyileştirmek amacıyla betona katılması gereken mineral veya kimyasal
maddelerdir. Mineral katkılar, ekonomi sağlamak veya belirli agregalar ile
çimentodaki alkali oksitler arasında, reaksiyon ile meydana gelen parçalayıcı
genleşmeye engel olmak, hidratasyon ısısını; ısıya bağlı hacim değişimini ve
betonun geçirgenliğini düşürmek maksadıyla kullanılır. Başlıca Mineral Katkılar;
Uçucu Kül, Tras (Doğal Puzolan), Yüksek Fırın Cürufu ve Silis Dumanı gibi
malzemelerdir.
Betonda bağlayıcı malzemede kullanılacak olan tip II mineral katkı ve kullanım
oranları, ilgili TS EN 450-1 veya ASTM C618, TS 25, TS EN 15167-1 ve TS EN
13263-1 ile TS EN 206-1 ve TS 13515 standartlarına uygun olmalıdır. Bağlayıcı
malzemede kullanılacak olan mineral katkı maddesi oranı şantiye laboratuvarı
veya İş Sahibi tarafından kabul edilen bir laboratuvarda yürütülecek deneysel
çalışma sonucu hazırlanan rapor doğrultusunda belirlenmelidir.
Kullanılacak kimyasal katkı maddesi TS EN 934-1 ve TS EN 934-2 veya ASTM
C494 ve ASTM C260'a uygun olarak katkı uygunluk ve kullanım dozajı rapor
edilmedikçe kesinlikle kullanılmayacaktır. Deneylerin sonuçlanması ve rapor
hazırlanması için gerekli zaman dikkate alınarak kullanılması düşünülen katkı
maddesi en az 60 gün önceden laboratuvara teslim edilecektir.
Betonun dayanıklılığını artırmak ve işlenebilme özelliği temin etmek için kullanılacak
hava sürükleyici katkı maddesi TS EN 934-1, TS EN 934-2, ASTM C260 ve ASTM
C233 standartlarına uygun olacaktır. Hava sürükleyici katkı maddesi karışıma,
karışım suyunun bir kısmı ile çözelti şeklinde ilave edilebilir.
Su azaltıcı katkı maddesi, birlikte kullanılması tasarlanan hava sürükleyici katkı
maddesi ile uyumlu olacak ve betona, hava sürükleyici katkı maddesi ihtiva eden
karışım suyundan ayrı olarak, belirlenen dozajda ilave edilip karıştırılacaktır.
Kullanılacak su azaltıcı katkı maddesinin miktarı İş Sahibi’nin onayı ile
imalatçının kullanım dozaj aralığına uygun bir şekilde olacaktır. Su azaltıcı katkı
maddesi TS EN 934-1, TS EN 934-2 veya ASTM C-494 Tip A, Tip D veya Tip E
Standardı şartlarına uygun olacaktır.
BETON BARAJLAR 14 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Yüksek oranda su azaltıcı katkı maddeleri TS EN 934-1, TS EN 934-2 veya ASTM
C-494 Tip F veya G standartları koşullarına uygun olacaktır.
Kendiliğinden yerleşen beton üretmede kullanılan kimyasal katkı maddeleri ASTM
C-1017, Tip I veya Tip II' ye uygun olacaktır.
Betonun yüzeyinde ince bir film
tabakası teşkil eden beton kür maddesi TS 10966 veya ASTM C-309 Tip 1 veya Tip
1-D standartlarına uygun olacaktır.
3.3
Agrega
Betonun hacimce yaklaşık %70’ini meydana getiren inert, taneli malzeme, kum-çakıl
veya agrega olarak isimlendirilir. Beton agregaları, doğal şekillenmiş nehir agregası
veya ocak işletilerek veya kazıdan çıkan kayaların kırılması ile üretilen kırmataş
agregalar olabilir. Betonda kullanılacak agregalar TS 706 EN 12620 ve/veya ASTM
C33 standardlarına uygun olmalıdır.
Şantiye Sahasında kurulacak agrega işleme tesisinde toplama, kırma, eleme,
depolama, hazırlama, yıkama, tekrar eleme ve temiz ve uygun boyuttaki agregaların
beton tesisine taşınması için yeterli vasıtalar sağlanmalıdır.
Beton karışımları için ince agrega (kum) elek analizi TS EN 933-1 ve/veya ASTM
136
yöntemlerine
göre
yapılacaktır
ve
beton
karışımı
için
karıştırıcıya
gönderildiğinde Tablo 3.4’te verilen gerekleri sağlayacaktır. İnce agreganın
incelik modülü (İM) 2,3 ile 3,1 arasında bulunmalıdır.
Tablo
3.4 Agrega Elek Analizi
Standart Elek
Geçen Ağırlık Yüzdesi
9,5 mm (3/8")
100
4,75 mm (No: 4)
95-100
2,36 mm (No:8)
80-90
1,18 mm (No:16)
60-80
0,59 mm (No:30)
30-60
0,30 mm (No:50)
10-30
0,15 mm (No:100)
2-10
0,075 mm (No:200)
0-3
Çok ince malzeme (200 nolu elekten geçen) doğal şekillenmiş agregalar için ağırlık
olarak % 5 veya daha az miktarda olmalıdır. Şayet 200 nolu elekten geçen madde
kaya veya taş unu ise ve kil veya silt gibi herhangi kirlilik içermediği deneylerle
ispatlandığında İdare’nin onayı ile en fazla %10’a kadar müsaade edilebilir.
BETON BARAJLAR 15 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Hiç bir durumda agrega en büyük tane boyutu veya maksimum tane çapı;

Yerleştirileceği yerdeki minimum donatı aralığının veya donatı ile kalıp
aralığının; 3/4'ünden,

Kalıp genişliğinin 1/5'inden veya

Döşeme kalınlığının 1/3'ünden fazla olmamalıdır.
Beton agregalarının petrografik analizi (TS 10088 EN 932-3, ASTM C-295) göre
yaptırılmalıdır. Beton agregalarının çimento içindeki alkaliler ile potansiyel
reaktivitesini araştırmak üzere önce TS 2517’ye göre kimyasal ve sonra
hızlandırılmış mortar bar testi ile (TS 13516 veya ASTM C1105) Alkali Agrega
Reaktivite (AAR) deneyi yaptırılmalıdır. Betonun dayanıklılığı, (TS CEN/TS 12390-9,
TS CEN/TR 15177 veya ASTM C 666 hangisi uygunsa) donma ve çözülme
deneyleri, projede kullanılacak agrega ile yapılan beton numuneleri üzerinde
yapılacaktır. Şayet beton 300 donma ve çözülme devrine kırılıp parçalanmadan
dayanıyor ise agrega ve beton dayanıklı olarak kabul edilecektir. Beton
agregalarının dona dayanıklılığı ASTM C-88, TS 1367-1 ve 2 standardları gerekleri
yerine getirilerek tespit edilecektir. TS 699 standardına göre belirlenen taşın suya
doygun haldeki küp veya çapı yüksekliğine eşit silindir basınç dayanımı en az 100
MPa olması durumunda agrega tane dayanımı yeterli kabul edilecektir. Basınç
dayanımı 100 MPa den az olması durumunda TS EN 1097-2 göre parçalanma
direnci ve/veya ASTM C-131 standardına göre aşınmaya dayanıklılık deneyleri
uygulanacaktır.
TS ISO 3310-1, 2 ve/veya ASTM E11 eleklerine göre agrega büyüklüğü dağılımı
Tablo 3.5’te verilmektedir.
İnce ve iri agreganın tipik fiziksel ve mekanik özellikleri sırasıyla Tablo 3.6 ve 3.7’de
verilmektedir.
3.4
Beton Karma Suyu
Su kaynağı kullanılmadan önce İş Sahibi tarafından ilgili TS EN 1008 veya ASTM C94'e uygunluğu rapor edilerek onaylanmalıdır. Betonun bakımı (kürü) için kullanılan
su için bir örnek Tablo 3.8’de verilmiştir.
BETON BARAJLAR 16 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Agregaların yıkanması ve betonun karıştırılması ve bakımı (kürü) için kullanılacak su
zararlı miktarda yağ, asit, tuz, alkali, organik madde veya diğer zararlı maddeleri
içermeyecek ve TS EN 1008 veya ASTM C-94'e uygun olacaktır.
Beton üretimine geçmeden önce ve agrega rutubet oranı değiştikçe nem sensörü
tarafından rutubet düzeltmesi yapılmıyorsa mutlaka rutubet düzeltmesi uygun aralıklarla
manuel olarak yapılmalıdır.
Betonun bakımı (kürü) için kullanılan su, betonun veya harcın renginin bozulmasına
neden olacak veya yüzeyinde asit oyulmaları meydana getirecek miktarda zararlı
madde içermeyecektir.
BETON BARAJLAR 17 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Tablo 3.5
İri Agrega Tane Büyüklüğü Dağılımı (ASTM E11 Eleklerine göre) Kare Delikli Standart Eleklerden Geçen Oran % (Kütlece)
Elek
Boyut
Sayısı
Elek
açıklığı
mm.
(inç)
75
(3)
63
(2 ½)
50
(2)
37.5
(1 ½)
25
(1)
19
12.5
(3/4)
2
63,0-37,5
100
90-100
35-70
0-15
--
3
50,0-25,0
--
100
90-100
35-70
357
50,0-4,75
--
100
95-100
4
37,5-19,0
--
--
467
37,5-4,75
--
5
25,0-12,5
56
(1/2)
9.5
(3/8)
4.75
no.4
2.36
no.8
1.18
no.16
0,300
no.50
0-5
--
--
--
--
--
--
0-15
--
0-5
--
--
--
--
--
--
35-70
--
10-30
--
0-5
--
--
--
100
90-100
20-55
0-15
--
0-5
--
--
--
--
--
100
95-100
--
35-70
--
10-30
0-5
--
--
--
--
--
--
100
90-100
20-55
0-10
0-5
--
--
--
--
25,0-9,5
--
--
--
100
90-100
40-85
10-40
0-15
0-5
--
--
--
57
25,0-4,75
--
--
--
100
95-100
--
25-60
--
0-10
0-5
--
--
6
19,0-9,5
--
--
--
--
100
90-100
20-55
0-15
0-5
--
--
--
67
19,0-4,75
--
--
--
--
100
90-100
--
20-55
0-10
0-5
--
--
7
12,0-4,75
--
--
--
--
--
100
90-100
40-70
0-15
0-5
--
--
8
9,5-2,36
--
--
--
--
--
--
100
85-100
10-30
0-10
0-5
--
89
9,5-1,18
--
--
--
--
--
--
100
90-100
20-55
5-30
0-10
0-5
9
4,75-1,18
--
--
--
--
--
--
--
100
85-100
10-40
0-10
0-5
BETON BARAJLAR 18 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Tablo 3.6
SIRA
NO
İnce Agrega Fiziksel ve Mekanik Özellikleri
ARANAN ÖZELLİK
DENEY
STANDARTI
SINIR DEĞER
%
1
Yumuşak Taneler
C - 142
0,0
2
Kömür ve Linyit
C - 142
1,0 (1)
3
Hafif Maddeler
TS 3528
0,5
4
Kil Topakları ve Eriyebilen Parçacıklar
C - 142
3,0
İnce Madde Oranı – Aşınmaya Maruz
TS 3530 EN 9331 TS 130
5
İnce Madde Oranı – Aşınmaya Maruz Değil
7
5,0 (2) (3)
ASTM C 88
10,0 (4)
Dona Dayanıklılık - Magnezyum Sülfat
TS EN 1367-2
12,0 (4)
Organik Madde
TS EN 1744-1
ASTM C-40
Referans Renkten
Koyu Olmayacak (5)
Dona Dayanıklılık - Sodyum Sülfat
6
3,0 (2) (3)
Not 1: Yüzey görünümünün önemli olmadığı yapılarda en fazla
Not 2: İnce Madde Oranları kırma kumlarda TS EN 933-9 standardı esaslarına göre yapılan deney sonucunda kum
agregasının tavsiye edilen maksimum metilen mavisi değeri en fazla 2,0 gr/kg’dır.
Not 3: İnce maddesi kil ve şeyl kaynaklı olmayan kırma kumlar için bu değer sırasıyla 5,0 ve 7,0’ye kadar arttırılabilir.
Not 4: Bu limiti aşan agregalarla en az 5 sene önce inşa edilmiş, tabii hava şartları altında aşırı derecede yıpranma
göstermemiş inşaatlar varsa İdare’nin onayı ile o malzemenin kullanılmasına izin verilebilir.
Not 5: Renk deneyinde standart referans renkten daha koyu renk çıktığı takdirde, harç/beton yapma kabiliyeti
denemesine tabi tutulurlar. Organik madde miktarı fazla olan ince agrega ile hazırlanan harcın/betonun 7 ve 28
günlük dayanımları kontrol (şahit) harcı/betonu ile hazırlanan küp dayanımlarının en az %95’ini sağlıyorsa bu
agrega kullanılabilir, aksi halde reddedilir.
Tablo 3.7
İri Agrega Fiziksel ve Mekanik Özellikleri
ARANAN ÖZELLİK
DENEY
STANDARTI
SINIR
DEĞER
%
1
Yumuşak Taneler
ASTM C-142
5,0
2
Kömür ve Linyit
ASTM C-142
0,25
3
Hafif Maddeler
TS 3528
2,0
4
Kil Topakları ve Eriyebilen Parçacıklar
ASTM C-142
0,50 (4)
İnce Madde Oranı – Aşınmaya Maruz
TS 3530 EN 933-1
TS 130
1,0 (1)
ASTM C 88
12,0 (2) (3)
Dona Dayanıklılık - Magnezyum Sülfat
TS EN 1367-2
18,0 (2) (3)
Los - Angeles Aşınma Oranı - 100 Devir
ASTM C-131
10,0
Los - Angeles Aşınma Oranı - 500 Devir
TS EN 1097-2
50,0
TS 3814 EN 933-4
25,0
SIRA
NO
5
İnce Madde Oranı – Aşınmaya Maruz Değil
Dona Dayanıklılık - Sodyum Sülfat
6
7
8
Şekil İndisi
1,0 (1)
Not 1:
İnce maddesi kil ve şeyl kaynaklı olmayan kırma kumlar için bu değer 1,5’e kadar arttırılabilir.
Not 2:
Bu limiti aşan agregalarla en az 5 sene önce inşa edilmiş, tabii hava şartları altında aşırı derecede yıpranma
göstermemiş inşaatlar varsa İdare’nin onayı ile o malzemenin kullanılmasına izin verilebilir.
BETON BARAJLAR 19 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Not 3:
Kimyasal yöntemle don etkilerine karşı dayanıklılık sınır değerlerini aşan iri agrega, TS EN 1367-1 standart
deney yöntemine göre deneye tabi tutulur. Deney sonucu agregada kütle kaybı % 4,0’dan fazla değilse
İdare’nin onayı ile malzeme kullanılabilir.
Not 4:
Betonun kullanılacağı iklim şartları ve yapının aşınmaya maruz kalıp kalmayacağına göre oran
değişmektedir. Detaylı bilgi için ASTM C33’e başvurulmalıdır.
Tablo 3.8
Beton Karma Suyu İçin Sınır Değerler (TS EN 1008 Nisan 2003) (ÖRNEK)
KİRLİLİK OLUŞTURAN
MADDE
SINIR DEĞER
Max. (mg/l)
Test
Sonucu*
Uygunluk
Ön germeli beton
500
< 5,0
√
Diğer Donatılı Betonlar
Donatı veya Metal
Bulunmayan Betonlar
Tüm Betonlarda
1000
< 5,0
√
4500
< 5,0
√
2000
5,0
√
Alkaliler (NaO)
“
208,6
√
Organik Madde
“
Açık Sarı
√
Askıda Katı Madde
“
1500
Sarıya Dönük
Kahverengi
4ml
0,0
√
Şeker
“
100
0,0
√
Fosfatlar (P2O5)
“
100
< 0,8
√
Nitratlar (NO3)
“
500
5,9
√
Kurşun (Pb)
“
100
< 0,003
√
Çinko (Zn)
“
100
< 0,05
√
pH
“
>4
7,49
√
Koku
“
Olmamalı
Yok
√
Renk
“
Berrak
√
Sıvı ve Katı Yağlar
“
Yok
√
Deterjan
“
Açık Sarı
Görünür
İzlerden Daha
Fazla
Olmamalıdır.
Herhangi
Bir
köpük
2
Dakikada
Kaybolmalıdır.
Yok
√
Elektriksel İletkenlik(EC)
“
Klorür (Cl)
Sülfat (SO4)
BETON KULLANIM
YERİ
Bilgi İçindir
339
*: Ekosistem Çevre Analiz Laboratuvarı (Adana) da yaptırılan 16.01.2010 tarihli test sonuçlarıdır.
3.5
Beton Sınıfları
Beton basınç dayanımları TS EN 206-1 ‘e göre 15x30 cm silindir veya 15 cm’lik
küp şekilli numuneler üzerinde belirlenmektedir. Beton sınıfları, Tablo 3.9’da
verilmektedir.
BETON BARAJLAR 20 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Tablo 3.9
TS EN 206-1 de verilen Beton Basınç Dayanımı Sınıfları
C8/10
En Düşük Karakteristik
Silindir Dayanım
F ck sil ( N/mm2 )
8
En Düşük Karakteristik
Küp Dayanım
F ck küp ( N/mm2 )
10
C12/15
12
15
C16/20
16
20
C20/25
20
25
C25/30
25
30
C30/37
30
37
C35/45
35
45
C40/50
40
50
C45/55
45
55
C50/60
50
60
C55/67
55
67
C60/75
60
75
C70/85
70
85
C80/95
80
95
C90/105
90
105
C100/115
100
115
Basınç Dayanım
Sınıfı
3.6
Beton Karışım Tasarımı
Beton karışım oranlarının tayini, TS 802 Beton Karışım Hesabı Esaslarına uygun
olarak yapılacaktır. Ayrıca betonun bulunacağı iklim şartları dikkate alınarak TS
13515’de verilen ilgili çevre etki sınıfına ait kriterler de dikkate alınmalıdır. Beton
karışım oranlarının belirlenmesi çalışmalarında öncelikle o yapı için belirlenen
maksimum su/çimento oranı dikkate alınacaktır. Bu su/çimento oranına (maksimum
su/çimento oranı) bağlı olarak yapılan karışım tasarımında istenilen dayanım
sınıfına ulaşılamaz ise su/çimento oranı daha aşağı seviyelere çekilerek hedeflenen
beton sınıfının elde edilmesi sağlanacaktır. Eğer yapı için seçilen maksimum
su/çimento oranında yapılan karışım sonucunda elde edilen beton sınıfı, projede
belirtilen beton sınıfından daha yüksek ise projede belirtilen beton sınıfı yerine,
karışım sonucu belirlenen beton sınıfı kullanılacaktır. Yüklenici kendisine verilen
beton karışım elemanları miktarı raporu doğrultusunda, belirlenenden daha düşük
kalitede olmayan beton üretmekle sorumlu olacaktır.
Beton, segregasyona (ayrışmaya) uğramadan kalıbın tüm kısımlarında, kalıpsız
yüzeylerde, donatı ve gömülü kısımların etrafında rahat bir şekilde çalışılacak
kıvamda olmalıdır. Kıvam, çökme (slump) deneyi (TS EN 12350-2 veya ASTM C-
BETON BARAJLAR 21 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 143) veya ASTM C1170 standardına göre Ve-be cihazı ile ölçülen betonun
işlenebilirliğini tarif eden bir terimdir.
Aksi belirtilmedikçe, Beton Barajlarda kullanılan betonlar Türk Standartlarına (TS) ve
ASTM ve diğer standartlara ve şartnamelere uygun olacaktır. Standartta
değişiklik olduğu takdirde yerine geçen standart esas alınacaktır.
Projede öngörülen beton sınıfına ait beton basınç dayanımı (karakteristik dayanım,
fck) aşağıda belirtildiği üzere belirli bir ihtiyat payı kadar arttırılarak beton karışım
hesaplarında esas alınacak olan hedef dayanım, fem tespit edilecektir.
fem = fck + ∆f
Dayanım sınıflarına göre alınacak ∆f değerleri Tablo 3.10’da verilmiştir.
Tablo 3.10
Dayanım Sınıfları ve ACI 318’de verilen Δf (ihtiyat payı) Değerleri
28 Günlük Karakteristik
Basınç Dayanımı, (MPa)
< 21,0
≥ 21,0 ≤ 35,0
> 35,0
28 Günlük Ortalama veya
Hedef Dayanım, (MPa)
f c  7, 0
f c  8,5
1,1 f c  5, 0
Her karışım tasarımı, karışımın hangi işte kullanılacağını, karışımın içeriğini ve
aşağıda belirtilenleri açıkça gösterecektir:
 Mineral katkı, kimyasal katkı maddeleri ve diğer içeriklerin tipi, markası ve
miktarı.
 Su ve agrega miktarı.
 İri ve ince agreganın elek analizleri
 Her karışım tasarımının agrega granülometrisi
 Tüm malzemelerin özgül ağırlığı (ve agrega için su emme değerleri)
Çeşitli yapı kısımlarında kullanılacak agrega en büyük tane boyutu projelerde
gösterildiği gibi olacaktır. Beton karışımları mümkün olduğu kadar en büyük boyut
ve maksimum miktarda iri agrega kullanmaya yönelik olacaktır.
Değişik yapı kısımlarında kullanılacak betonun çimento miktarı laboratuvar deneyleri
ile belirlenecektir. Arzu edilen dayanım ve kıvamda bir beton karışımı üretimi için
gerekli
su
miktarı
agreganın
en
büyük
tane
boyutuna,
tane
şekline,
gradasyonuna, çimento miktarı ve inceliğine, karışıma girecek hava miktarına
BETON BARAJLAR 22 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 bağlıdır. Betonda kullanılacak su miktarı, miksere girecek olan katkı maddesinin ve
agreganın nem muhtevası veya gradasyonundaki değişikliklerin etkisi dikkate
alınarak, uygun kıvamdaki betonu elde etmek için belirlenmiş olan su çimento oranı
limitleri içinde olacaktır.
Çökme Sınıfları (TS EN 206-1’e göre) aşağıdaki şekildedir:
Sınıf
S1
S2
S3
S4
S5
Çökme (mm)
10-40
50-90
100-150
160-210
>220
Yukarıda verilen çökme değerlerine ait toleranslar ilgili standartta verilmektedir.
Betonun çökme (slump) miktarı Tablo 3.11’ de belirtildiği gibi olacaktır.
Tablo 3.11
3.7
Çökme (Slump) Değerleri (mm)
Yapı Tipi
Çökme sınıfı
Duvarların üst kısımları ve yatay veya yataya yakın döşemeler:
S1
Bina döşemeleri, kolonlar, kirişler ve 50 cm kalınlığa kadar duvarlar:
S3
50 cm' den daha kalın yapı duvarları:
S2
Kütle Betonu:
S1
Başlangıç Karışımı:
S3
Kendiliğinden Yerleşen Beton:
S5
Beton Kalite Kontrolü
Beton deneyleri Kontrol Mühendisi gözetiminde yapılacaktır. Şantiye Şefi Kontrol
Mühendisine numune alma ve deney yapılmasında gerekli olan bütün yardımı ve
işbirliğini temin edecektir. Yapılacak olan bir ön çalışma aşağıdaki hususların
belirlenmesini sağlayacaktır:

Agregaların özellikleri,

Çimento tipi ve kalitesinin seçilmesi,

Katkı maddelerinin seçilmesi ve dozajı,

Karışımdaki agrega sınıflarının oranları,
BETON BARAJLAR 23 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 
Çimento dozajı,

Su/çimento oranı,

Çökme (slump) değeri,

Farklı taze beton karışımlarının özellikleri
Her 50 m3 beton için bir çökme (slump) deneyi yapılacaktır. Çökme, TS EN 12350-2
veya ASTM C-143 e uygun şekilde belirlenecektir. Slamp deneyi ile ilgili toleranslar
için TS EN 206-1 standardına bakılmalıdır.
Bir çökme deneyi kabul edilen sınırların dışında sonuç verdiğinde, beton dökümü
durdurulacak, geri kalan beton reddedilecek ve gelecek olan yeni beton
dökülmeden önce test edilecektir. Kabul edilebilir kıvamın sağlandığı deney
sonucu ile belirlenmedikçe beton dökümüne izin verilmeyecektir.
Taze betonda hava miktarı deneyi, her günün ilk üç karışımından herhangi
birinden alınan betonda ve beton basınç test silindirlerinin döküldüğü beton
karışımlarının her birinden alınan betonda yapılacaktır. Hava miktarı TS 12350-7
veya ASTM C-231’e veya ASTM C-138'e göre belirlenecektir.
Beton basınç test silindirlerinin alındığı beton karışımlarının her birinden alınan
betonda birim ağırlık deneyi yapılacaktır. Birim ağırlık TS EN 12350-6 veya ASTM
C-138’e göre belirlenecektir.
Beton basınç test silindirlerinin döküldüğü beton karışımlarının her birinde betonda
sıcaklık ölçümü yapılacaktır.
İşlerin yapımı sırasında beton deneyleri, betonun sınıfına ve dökülecek betonun
miktarına bağlı olarak, bir deney programına göre yürütülecektir. Çıkan günlük beton
miktarı ve deney numuneleri, karotlar ve alınan diğer numunelere ait kayıtlar iş
yerinde Yüklenici tarafından saklanacaktır.
Beton
karışım
oranları
belirlendikten
sonra,
uygulamada
kullanılacak
malzemeler, oranlar, çökme, karıştırma ve dökme ekipmanları ve yöntemlerle
uyumlu bir şekilde beton tesisinde deneme karışımları hazırlanacaktır. Tatmin
edici
karışımlar
bulununcaya
kadar,
önceden
belirlenmiş
olan
karışım
oranlarında gerekli olan ayarlamalar yapılacaktır.
Karışım tasarımında belirtilen maksimum su miktarına sahip olan deneme
karışımından 10 adet test silindiri alınacaktır. İkişer adet silindir 1 inci ve 3 üncü
BETON BARAJLAR 24 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 günlerde test edilecektir. Üç adet silindir, yedi günlük ortalama basınç dayanımını
belirlemek için 7 inci günde test edilecektir. Geri kalan üç silindir 28 inci günde test
edilecektir ve bu üç silindirin ortalama basınç dayanımı belirtilen karakteristik
dayanımdan (∆f) kadar fazla olacak ve tekil hiçbir netice belirtilen karakteristik
dayanımdan daha az olmayacaktır.
Beton silindirlerin boyutları aşağıdaki gibi olacaktır:
Agrega En Büyük Anma Boyutu
(mm)
Silindir Çapı (mm)
37,5
150
37,7-75
250
75-150
450
Silindir
(mm)
Yüksekliği
300
500
900
Beton Küp numunelerinin boyutları 150 mm veya 200 mm olabilir.
Yüklenici, Kontrol Mühendisi tarafından belirlenecek sayıda deney numunesini
alacak ve uygun kür koşullarında saklayacak ve günü geldiğinde test edecektir.
Genel olarak dökülen her beton sınıfı için deney programına uygun olarak üç takım
üç adet deney silindiri alınacaktır.
Betonun kalıplara yerleştirilmesinden önce, belirlenen boyuttan daha büyük olan iri
agrega taneleri elenerek (ıslak eleme ile) ayıklanacaktır. Deney için kalıplara
dökülen beton iyice prizini tamamlamadan oynatılmayacak ve yaz mevsiminde
dökümü izleyen 16 saatlik zaman diliminde; kış mevsiminde dökümü izleyen 24
saatlik zaman diliminde taşınmayacaktır.
Silindir numuneler TS EN 12390-2 esaslarına göre alınıp deney anına kadar
bakımı TS EN 12390-2 Standardı gerekliliklerine uygun olarak kür edilecektir. Kalıp
açma süresinin tayini amacıyla alınan numunelerin bakımı arazi şartlarında
yapılacaktır. Söz konusu numuneler TS EN 12390-3 veya ASTM C 39
standartlarının şartlarına uygun olarak Kalite Kontrol Yetkilisi gözetiminde basınç
dayanım tayini deneyine tabi tutulacaktır. Alınacak beton test silindirlerinin minimum
sayısı aşağıda verilmiştir:
Bir Günde
Dökülen Her
Beton Sınıfı İçin
Her 250 m3
BETON BARAJLAR Basınç Dayanım Deneyi
Toplam Adet
12 =
Minimum
Numune
adedi
7 Gün 28 Gün 90 Gün Ekstra
3
+
3
+
3
+
3
25 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Ekstra silindirler 72 saatlik dayanım tayini için veya 7, 28 veya 90 günlük test
sonuçlarını ispatlamak için kullanılabilir. Kütle betonları veya puzolanik maddelerin
kullanıldığı betonlarda her hafta üç silindirden oluşan en az bir deney grubu 90
günlük deney için hazırlanacaktır. Yapı betonları için her hafta 3 silindirden oluşan
bir deney grubu 90 günlük deney için hazırlanacaktır. Dökülmüş olan betonu temsil
eden beton basınç dayanım deneyleri 28 günlük dayanımı gösterecektir.
Birbiri ardına yapılan üç dayanım deneyi grubunun ortalama dayanımı, belirtilen 28
günlük dayanıma eşit veya daha büyük olacaktır. 28 günlük karakteristik
dayanımdan daha düşük deney oranı %5 ten daha fazla olmayacaktır. Hiçbir test
sonucu belirtilen 28 günlük dayanımdan, 3 MPa dan daha fazla düşük
olmayacaktır.
3.8
Yerinde Beton Deneyleri
Yapıdaki sertleşmiş beton, tamamlanmış yapılardan alınacak karot numuneleri ile
test edilecektir. Beton dayanımının uygunluğunun basit ve hızlı bir kontrolü, beton
test çekici (Schmit Hammer) veya Windsor Probu veya ultrasonik pulse hızı
yöntemleri kullanılarak yapılabilir, ancak bu durumda beton çekici veya diğer
yöntemler için her özel karışım için karot numunelerle korele edilmelidir. Karotlar, 28
günlük basınç dayanım deneyinin sağlanmadığı alandan minimum üç adet
alınacaktır. Eğer tüm karotların basınç dayanımı deney sonuçları belirtilen 28
günlük basınç dayanımının yüzde 85'ini veya daha fazlasını sağlarsa, deneyi
yapılan beton daha fazla işleme gerek görülmeden kabul edilecektir. Karot alımı
nedeniyle zarar gören yerler Yüklenici tarafından tamir edilecektir. Şayet karot
deneyi dökülen betonun şartnameye uygun olmadığını gösterir ise, beton imalatı
reddedilir.
3.9
Beton Dayanımı
Beton barajların inşasında geleneksel kütle betonu (GKB) ve silindirle sıkıştırılmış
beton (SSB) kullanılmaktadır. GKB, geleneksel yöntemlerle karıştırılıp güçlü
vibrasyon teknikleri ile yerleştirilir. GKB büyük miktarlarda yerleştirilmesi sebebi ile
termal çatlamaya sebep olabilecek derecede hidratasyon ısısı çıkarır. SSB, döküm
sonrası silindiri taşıyabilecek derecede sert ve çökmesi olmayan betondur. SSB,
hızlı yerleştirme imkânı ve düşük hidratasyon ısısı ile ekonomik baraj yapımında
öncü malzemedir.
BETON BARAJLAR 26 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Beton barajlar gevrek sistemlerdir ve göçme şekilleri beton çatlaması ile ilişkilidir.
Deprem performansının yeterli olması için çekme ve kayma dayanımı değerleri, en
az basınç dayanımı kadar önemlidir. Yapı mühendisliğinde beton basınç dayanımı,
beton kalitesinin ifadesidir. Çekme, kayma gibi diğer yükleme durumları için ilgili
dayanımlar basınç dayanımı cinsinden ifade edilir. Beton barajlar için basınç
dayanımı seçimi, hedef çekme veya kayma dayanımını sağlayan beton sınıfını
belirlemek içindir.
GKB barajların deprem analizlerinde kullanılacak çekme dayanımı değerleri karışım
tasarımı kesinleştikten sonra gerçekleştirilecek deneylerle belirlenir. Mevcut barajlar
için esas alınması gereken çekme dayanım değerleri ise alınacak karotlar üzerinde
gerçekleştirilecek deneyler ile tespit edilir. Tasarım veya analizler esnasında bu
değerlerin deneylerle elde edilemediği durumlarda aşağıdaki sunulan yaklaşık
değerler kullanılarak çekme dayanımı tayin edilebilir. Tasarımda kullanılan yaklaşık
değerler, karışım tasarımı nihai halini aldıktan sonra malzeme deney sonuçları ile
gerçeklenmelidir.
Geleneksel Kütle Betonu (GKB) Çekme Dayanımı: Deney sonuçları ve barajlardan
alınan karotlar neticesinde GKB’nin basınç ve çekme mukavemetini ilişkilendiren
kapsamlı çalışmalar gerçekleştirilmiştir (Örneğin Raphael, 1984, Harris ve diğ.
2000). USACE (1995) dokümanının Appendix E bölümünde önerilen yöntem,
Raphael’in çalışmalarına ek olarak agrega boyutunun dayanım üzerindeki etkisi ve
Raphael tarafından dikkate alınmamış daha düşük dayanımlı beton numunelerin
deney
sonuçlarını
da
göz
önünde
bulundurur.
USACE
(1995)
önerileri
doğrultusunda deney verisi bulunmadığı durumlarda aşağıdaki denklem GKB
dinamik direk çekme dayanımının ( f ct ) tahmini için kullanılabilir:
f ct  Rc Rd Rab f spt
(1)
Yukarıdaki denklemde f spt statik yarmada çekme dayanımı, Rc yarmada çekme
dayanımının direk çekme dayanımına oranı, Rab agrega boyutuna göre dayanım
azaltma katsayısı, Rd ise statik çekme dayanımını deprem durumu için dinamik
çekme dayanımına dönüştüren katsayısıdır. Rc değeri GKB için 0.8’dir. Maksimum
agrega boyutu 40 mm’den az olan GKB için Rab değeri 1.0, 40 mm’den büyük olan
GKB için ise Rab değeri 0.9 olarak verilmektedir. Raphael (1984) ve Harris ve diğ.
BETON BARAJLAR 27 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 (2000) tarafından önerilen Rd değeri 1.5'tir. GKB için yarmada çekme dayanımı ise
aşağıdaki denklem ile tahmin edilebilir:
 0.12 f ck f ck  20 MPa
f spt  
0.6 f ck f ck  20 MPa
(2)
Yukarıda verilen iki durum da ortalama değerler olup yaklaşık % 15 sapma
gösterebilir (USACE, 1995). f ck değeri 90 günlük GKB karakteristik statik basınç
dayanımıdır. JSCE (1999) tarafından önerildiği üzere GKB için 90 günlük dayanımın
28 günlük dayanıma oranı yaklaşık 1.1’dir.1
3.9.5 GKB için elastisite modülü değeri ACI 318-11 (2011) tarafından önerilen
0,043*w1,5
f ck veya 4750 f ck değeri ile hesaplanır. Bu değer, dinamik analizlerde
ani yükleme sebebi ile %20 büyütülerek kullanılmalıdır (USACE, 1995). GKB için
Poisson oranı 0.15-0.20 arasında ölçülmüştür (MacGregor, 1997).
Silindirle Sıkıştırılmış Beton (SSB) Çekme Dayanımı: SSB için mevcut barajlarda
ölçülen çekme dayanımı ile ilgili en geniş veri tabanı USACE (1995) ve ACI 207.5R99 (1999) dökümanlarında yer almaktadır. Yerleşim koşulları ve derzli yapısı sebebi
ile SSB’nin çekme dayanımı benzer dayanımlı GKB’den oldukça farklıdır. Yatay
derzlerin çekme ve kayma dayanımları, yerleşim ve hava koşulları, yüzeyin çabuk
su
kaybedebilmesi,
derzlerin
temizlenme
metodu
ve
sıkıştırılması,
olası
segregasyon, maksimum agrega çapı ve derzlerde kullanılan bağlayıcı miktarı gibi
faktörlerden etkilenir1. USACE (1995) dökümanının Appendix E bölümüne göre SSB
dinamik direk çekme dayanımı ( f ct ) madde 3.9.4’te verilen denklem ile tahmin edilir.
SSB için Chuhan ve diğ. (2002) tarafından deneysel olarak tespit edilmiş Rd değeri
1,5'tir. Rc değeri SSB için 0.75’tir (USACE, 1995). Maksimum agrega boyutu 40
mm’den az olan SSB için Rab değeri 1,0, 40 mm’den büyük olan SSB için ise
Rab değeri 0,9’dur. SSB için yarmada statik çekme dayanımı ise aşağıdaki denklem
ile tahmin edilebilir:
1
Bu doküman hazırlanırken Türkiye’de yapılmış fazla sayıda SSB baraj bulunmamaktadır. Ayrıca, ülkemizdeki mevcut barajların SSB derz dayanımına ilişkin karot deney sonuçlarına dayanan verileri henüz derlenmemiştir. Bu sebeple öneriler USACE (1995) bilgileri esas alınarak yapılmaktadır. BETON BARAJLAR 28 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012  0.12 f ck f ck  25 MPa
f spt  
0.6 f ck f ck  25 MPa
(3)
Yukarıda verilen iki durum da ortalama değerler olup yaklaşık % 25 sapma
gösterebilir (USACE, 1995). SSB derzleri için çekme dayanımı ise aşağıdaki
denklem ile tahmin edilir:
f dct  Rdr f ct
Burada Rdr katsayısı, akışkan (30 saniye sıkıştırma ile konsolide olabilen) SSB için
0,7, akışkan olmayan (30 saniye sıkıştırma ile konsolide olamayan) SSB için ise
yastık harcı kullanıldığında 0,67, kullanılmadığında ise 0,33 olarak alınır. Maksimum
agrega çapının 40 mm’den büyük olduğu SSB derzlerinde yastık harcı
kullanılmalıdır. Yukarıda kullanılan f ck değeri 90 günlük karakteristik SSB statik
basınç dayanımıdır.
3.9.7 ACI 207.R5-99 tarafından inşa edilmiş SSB barajlarda ölçülen değerler ve
karışım tasarımı neticeleri Şekil 3.1’de sunulmaktadır. 90 günlük dayanımın 28
günlük dayanıma oranı SSB için güvenli tarafta kalınarak 1,3 değeri alınabilir. SSB
için basınç dayanımı 90 günden sonra dahi ciddi miktarda artmaya devam edebilir.
Bu artış, rezerv güvenlik seviyesi olarak alınmalı ve hesaplarda ihmal edilmelidir.
3.9.8 Amerika Birleşik Devletleri’nde barajlarda kullanılan çeşitli SSB basınç
dayanımı değerlerine göre elastisite modülü değerinin değişimi Şekil 3.2’de
sunulmaktadır (ACI 207.R5-99, 1999). Sonuçlar, ACI 318-11 (2011) tarafından
önerilen 0,043*w1,5
f ck veya 4750 f ck denklemi elastisite modülünü, 20 MPa
basınç dayanımına kadar başarılı tahmin etmektedir. Ancak daha yüksek dayanımlı
SSB için elastisite modülünü fazla tahmin etmektedir (Şekil 3.2). 20 MPa’dan büyük
basınç dayanımına sahip SSB için 2000 f ck değerinin kullanılması uygundur. Statik
elastisite modülü dinamik yükleme durumları için %25 artırılmalıdır. SSB için
Poisson oranı 0.17-0.22 arasındadır (ACI 207.R5-99).
BETON BARAJLAR 29 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 90 Günlük Beton Basınç Dayanımı 28 Günlük Beton Basınç Dayanımı
2
SSB Barajlardan Alınan Silindir Deney Sonuçları
1.75
Tavsiye Edilen Değer
1.5
1.25
1
0
5
10
15
20
25
28 Günlük Beton Basınç Dayanımı (MPa)
a) SSB Barajlarda alınan silindir numunelerinden elde edilen sonuçlar
35 35
28 28
1 Yıl
21 90 Gün
28 Gün
14 14 Gün
7 7 Gün
30 60 90
120
150 180
Basınç Dayanımı (MPa) Basınç Dayanımı (MPa) 1 Yıl 90 Gün 28 Gün 21
14 Gün 14
7 Gün 7
30
210
60
90
120
150 180 210
Çimento (kg/m3)
Çimento (kg/m3) b) İki farklı agrega kalitesi için karışım tasarımı sonuçlarından elde edilen sonuçlar
Şekil 3.1:
Basınç Dayanımının Zamana Bağlı Değişimi (ACI 207.R5-99, 1999)
BetonElastisite Modülü (GPa)
35
30
4750 f ck
25
3375 f ck
20
15
2000 f ck
10
5
0
0
10
20
30
Beton Basınç Dayanımı (MPa)
Şekil 3.2:
BETON BARAJLAR 40
50
SSB için Elastisite Modülü’nün Basınç Dayanımına Göre Değişimi (ACI 207.R5-99)
30 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 4.
ÖN TASARIM İÇİN RİJİT BLOK STABİLİTE ANALİZİ
4.1
Genel
Bu bölümün amacı, beton ağırlık barajların ön tasarımlarında kullanılacak stabilite
analizleri için yöntemleri tarif etmektir. Bu bölümde verilen yöntemler baraj nihai
tasarımı veya baraj güvenliğini tayin etmek için kullanılamaz.
muhakkak
gerilme
analizleri
ile
gerçekleştirilmelidir.
Nihai tasarım
Analizler
aşamasında
kullanılacak veriler ve kabullerin (müsaade edilebilir gerilmeler, kesme dayanımı,
drenlerin etkileri ve yükleme koşulları gibi); temel araştırma deneylerinin sonuçları,
malzeme parametreleri gibi destekleyici bilgiler ile doğrulaması gerekir.
4.2
Yükler
Beton ağırlık barajların ön stabilite analizlerinde dikkate alınması gereken yüklerin
büyük çoğunluğunun kesin olarak belirlenmeleri mümkün olamayabilir. Bu yüklerin
büyüklükleri, yönleri ve etki bölgeleri, mevcut bilgiler ışığında mühendis tarafından
en olumsuz koşulları yaratacak şekilde düşünülmeli ve tecrübeler ışığında
değerlendirilmelidir.
Zati Ağırlıklar: Baraj stabilitesine etki eden ölü yükler olarak baraj gövdesinin kendi
ağırlığı ile gövde üzerindeki dolguların ve kullanılan köprü, kapak gibi yardımcı
yapıların ağırlıkları kullanılır.
Hidrostatik Yükler: Suyun, barajın akışaşağı ve akışyukarı yüzlerinde yaptığı
hidrostatik basınç nedeniyle oluşturduğu yüklerdir.
Dolgu ve Sediment İtkisi: Dolgu veya sedimentin yapı üzerinde uyguladığı statik ve
dinamik yanal basınçlardır. Baraj gövdesine etki edecek dolgu yükleri için basit bir
yaklaşımla aktif toprak basınçları kullanılabilecektir. Söz konusu yükler, temel
şartları, dolgu malzemesi özellikleri, gövdenin deformasyon davranışı ve inşaat
sırasındaki uygulama sırası gibi farklı faktörlere bağlıdır. Özellikle toprak
basınçlarının diğer yüklere göreceli olarak önemli olduğu hallerde, toprak
basınçlarının uygun yöntem ile belirlenmesi gereklidir. Dolgu malzemesi su
içerisinde ise, birim ağırlığındaki azalmalar göz önünde bulundurulmalıdır. Baraj
gövdesinin mansap tarafında yapılacak dolgular, gövde stabilitesine olumlu yönde
etki edecektir. Ancak, bu tip dolguların pasif toprak basınçları, mansap şartları
nedeni ile aşınma olasılığı bulunduğu durumlarda dikkate alınmamalıdır.
BETON BARAJLAR 31 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Rezervuar içerisinde oluşacak olan silt seviyesinin belirlenebilmesi için hidrografik
araştırmaların yapılması gerekecektir. Doygun haldeki silt tarafından etki edecek
düşey
yüklerin
büyüklüğü
derinliğe
bağlı
olarak
artacaktır.
Yatay
yükler
hesaplanırken ise doygun haldeki dolgu yüklerinin hesaplanma yöntemi izlenecektir.
Doygun haldeki siltin deprem yükleri altında sıvılaşacağı kabul edilmelidir. Diğer bir
deyişle, deprem sonrası analizlerde silt için kayma dayanımı sıfır alınmalıdır.
Kaldırma Kuvveti: Alttan kaldırma basıncı baraj temeli ile temel kayası arasında
oluşan ve ön stabilite analizlerinde hesaba katılması gereken bir kuvvettir. Alttan
kaldırma basıncı, temel kayası ile temas yüzeyi ile olası herhangi bir yenilme
yüzeyine (gövde veya temel kayası içerisinde de olabilir) %100 etki edecek şekilde
hesap edilmelidir. Baraj temeli ile temel kayası temas yüzeyindeki alttan kaldırma
basıncı dağılımı, oluşturulacak olan drenaj sisteminin derinliğine ve aralıklarına,
perde enjeksiyonunun boyutlarına, temel kayasının geçirimliliğine ve temel
kayasının suyun akışına etki edecek her türlü özelliğine bağlı olmaktadır. Etkili bir
drenaj ve enjeksiyon sistemi alttan kaldırma basıncının azaltılmasında faydalı
olacaktır. Ancak, temel kayasının jeolojik özellikleri tam olarak araştırılmadan drenaj
ve enjeksiyon önlemlerinin etkisi dikkate alınmamalıdır. Su kaldırma basınçlarının
hesabı Şekil 4.1’de önerilen yöntem ile yapılabilir. Deprem sonrası çatlayacağı
belirlenen bölgelerdeki kaldırma kuvveti hesabında sabit kaldırma basıncı
alınmalıdır.
Eşdeğer Statik Deprem Kuvveti: Eşdeğer statik yöntem ile yapılacak ön stabilite
tahkiklerinde, barajın kendi ataleti, dolgular ve rezervuar suyu ile ilgili dinamik
kuvvetlerin belirlenmesinde, genellikle maksimum yer ivmesinin etkin yer ivmesi
katsayısı (k) ile kullanılması sonucu elde edilen ivme değeri kullanılır. Literatürde k
değeri için kullanılmış değerler Tablo 4.1’de sunulmaktadır. Bu değerler geçmişten
günümüze değişim göstermiştir. Genellikle dolgu barajların deprem hesabında
kullanılan bu yöntem beton barajlar için büyük bir itina ile kullanılmalıdır. Zira, k
katsayısı, yer hareketine, barajın dinamik özelliklerine, geometrisine, zemin yapı
etkileşimine göre değişebilir. Bu sebeple, ön stabilite hesabının diğer öğeleriyle
uyumlu olacak şekilde tasarımcı tarafından mühendislik yargısı ile belirlenmelidir.
Tablo 4.1’de literatürde verilen farklı katsayılar sunulmakta olup, sismik katsayının
söz konusu tabloda beton barajlar için verilen tek formül olan ve USACE(2005)
tarafından önerilen 2/3 x PGA değerinin altında alınmaması önerilir.
BETON BARAJLAR 32 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Drenaj Delikleri
U3
H2
x
H3
H1
a) İşletme ve Deprem Durumları İçin Kaldırma Kuvvetleri
U2
L
U1
Enjeksiyon Perdesi
U1 = w G H1
U2 = w G H2
U3 için genel formül (USACE,2005)
U3 = (1-E) (U1-U2) [(L-X) / L] + U2
[Yukarıdaki U3 formülünde, H3 > H2 ise U2 için (w x H3) değeri kullanılacaktır. E
dren efektifliğini göstermektedir]
Drenaj delikleri ve enjeksiyon perdesi göz önünde bulundurularak, genel bir
yaklaşım olarak E = 0.67’ye kadar alınabilir.
Şekil 4.1
İşletme ve Deprem Durumları İçin Kaldırma Kuvvetlerinin Şematik Gösterimi
b) Deprem Sonrası Durum için Kaldırma Kuvveti
BETON BARAJLAR 33 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Drenaj Delikleri
H2
H1
U2
U1
Enjeksiyon Perdesi
U1 = w G H1
Şekil 4.2
BETON BARAJLAR U2 = w G H2
Deprem Sonrası Durum İçin Kaldırma Kuvvetlerinin Şematik Gösterimi
34 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Etkin Yer İvme Katsayısı
(k)
0.05-0.15
0.12-0.25
0.1, 0.2, 0.5
0.1-0.2
0.1-0.15
(0.33’den 0.5’e)xPGA*
0.5xPGA
2/3xPGA
PGA1/3/3
Açıklama
Amerika Birleşik Devletleri Pratiği (1970-1980)
Japonya Pratiği (1970-1980)
Terzaghi (1950)
Seed (1979)
US Corps of Engineers (1982)
Marcuson (1983)
Hynes-Grifin (1984)
USACE (2005)
Towhata-Nadai (2008)
* PGA: Azami Yer ivmesi
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
muhakkak dikkate alınacaktır.
Deprem nedeniyle rezervuar suyunun meydana getireceği toplam hidrodinamik itki,
suyu sıkıştırılamaz olarak kabul eden Westergaard (1933) yöntemi veya suyu
sıkıştırılabilir olarak kabul eden ve baraj birinci modunu dikkate alan Fenves ve
Chopra metodu (1986) ile hesaplanabilir. Burada elde edilecek hidrodinamik kuvvet,
deprem yönü doğrultusunda, gerek akışaşağısı, gerekse akışyukarısı hidrostatik
kuvvetlere eklenmelidir.
Baraj gövdesinin ön stabilite tahkiklerinde göz önüne alınacak yükleme durumları
aşağıda özetlenmiştir.
1–
Yapım Sonu Durumu (Olağandışı)
2–
İşletme (Normal)
3–
Yapım Sonu Durumu +Deprem[İED] (Akışyukarı Yönde) (Aşırı)
4–
İşletme + Deprem[İED] (Akışaşağı Yönde) (Olağandışı)
5–
İşletme + Deprem[EED] (Akışaşağı Yönde) (Aşırı)
6–
Olası En Büyük Taşkın (Olağandışı)
7–
Deprem Sonrası Statik Durum (Normal-Rezidüel)
8–
Deprem Sonrası + Artçı Deprem (Aşırı-Rezidüel)
Ön stabilite tahkikleri, baraj gövdesi, baraj-temel kayası kontağı veya temel kayası
içinde
BETON BARAJLAR yer
alabilecek
en
kritik
kesitler
için
yapılmalıdır.
Kritik
kesit
35 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 değerlendirmesinde, düşey derzler ile birbirinden ayrılan gövde bloklarının
yamaçlardaki durumu da dikkate alınmalıdır. Deprem sonrası için yapılacak ön
stabilite tahkiklerinde, statik durum için göz önüne alınan kesitler ile birlikte, çatlak
bölgeleri de göz önünde bulundurulmalıdır.
4.3
Güvenlik Sayıları
Silindirle sıkıştırılmış beton barajlarda ana beton ve döküm derzleri için, beton
basınç dayanımına bağlı olarak ön stabilite analizlerinde kullanılabilecek dayanım
parametreleri Bölüm 3.9.4 ve 3.9.6’ta önerildiği şekilde alınabilir. Alternatif olarak
Tablo 4.2’de verilen basitleştirilmiş değerler SSB için güvenli tarafta kalınarak
kullanılabilir.
Tablo 4.3’de ön stabilite güvenlik sayıları ve rijit blok üzerinde kiriş teorisi
kullanılarak elde edilen gerilmeler için limit değerler sunulmaktadır.
Tablo 4.3’de verilen kayma güvenlik sayılarının belirlenmesinde, “sınırlı bilgi” ve
“sahaya özgü detaylı bilgi” olmak üzere iki farklı bilgi seviyesi dikkate alınmıştır.
Sahaya özgü detaylı bilgi bulunması halinde, önerilen güvenlik sayıları parantez
içerisinde verilen rakamlara düşürülebilir.
Kayma güvenlik sayısı reziduel dayanım kullanılarak gerçekleştirilen deprem sonrası
tahkiklerde normal durum için 1.5, artçı depremli surum için 1.0 olarak alınabilir.
Artçı deprem için elde veri bulunmaması durumunda İşletme Değerlendirmesine
Esas Deprem kullanılabilir.
Tablo 4.2
SSB için Ön Stabilite Analizinde Kullanılabilecek Dayanım Değerleri
Referans : EM-1110-2-2006, Roller Compacted Concerete, USACE, 2000
Bölge
Çekme
Dayanımı, t
0.09 c
Ana SSB
Kaya – SSB
0.05 c
Kontağı *
Yastık
betonlu
0.05 c
döküm derzi
Yastık betonsuz
0.015 c
döküm derzi
Pik
Kohezyon
0.09 c
Sürtünme
Açısı, 
450
Rezidüel
Kohezyon**
0
0.05 c
420
0
0.05 c
420
0
0.015 c
450
0
* Kaya-SSB kontağı dayanımından daha küçükse, Kaya Kayma Dayanım parametreleri kullanılacaktır.
** Çatlamış bölgelerde kohezyon dayanımı kalmadığı varsayılır.
BETON BARAJLAR 36 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Tablo 4.3
Baraj Gövdesi için Ön Stabilite Güvenlik Sayıları ve Gerilme Kriterleri
Referans : EM-1110-2-2100, Stability Analysis of Concrete Structures, USACE, 2005
Yükleme
Durumu
Kayma
Güvenlik
Sayısı (1)
Tabanda
Basınç
Bölgesi
Zemin
Emniyet
Gerilmesi
Güv. Sayısı
Betonda İzin
Verilen
Basınç
Gerilmesi
Betonda İzin
Verilen
Çekme
Gerilmesi
Çekmeye
izin
verilmiyor
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)
Bileşen taban
1.0
içerisinde
0.9 c
(2)
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.K. <1 olmasına izin
verilebilir.
BETON BARAJLAR 37 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 5.
BETON BARAJLARIN DEPREM ANALİZLERİ
5.1
Genel
Bu bölüm, beton ağırlık ve kemer barajların tasarım ve performans değerlendirilmesi
için yapılacak deprem analizlerini ve performans değerlendirme yöntemlerini içerir.
Yeni inşa edilecek barajlar için deprem analizleri ile güvenli ve ekonomik baraj
boyutları belirlenir. Ayrıca, baraj gövdesi üzerinde bulunan dolusavak, köprü v.b.
yapıların tasarımında kullanılması gereken deprem tepki spektrumu da analizler
neticesinde elde edilir. Mevcut barajlar için ise deprem analizleri ile deprem
performans değerlendirilmesi yapılarak iyileştirme ve güçlendirme ihtiyacı tespit
edilir.
Beton barajların deprem analizlerinde iki farklı deprem seviyesi göz önünde
bulundurulmalıdır:
i.
İşletme Esaslı Deprem (İED): Barajların servis ömrü boyunca olma olasılığı
yüksek olan depremdir. İED olması halinde oluşacak sınırlı çatlama hasarı,
barajın normal işleyişini engellemeyecek seviyede kalmalı ve süratli bir şekilde
tamir edilebilmelidir. İED, “Baraj ve İlgili Yapıların Tasarımında Sismik
Tehlikenin Tahminine İlişkin Temel İlkeler” kısmında belirtilen yöntemler ile
belirlenir.
ii.
Emniyet Esaslı Deprem (EED): Barajların servis ömrü boyunca olma olasılığı
düşük olan depremdir. EED olması halinde oluşacak yıkım, kırılma, kopma,
göçme, rezervuar boşalması gibi hasarlar baraj gövdesi ve mansap güvenliğini
tehlikeye atmamalıdır. EED,
“Baraj Ve İlgili Yapıların Tasarımında Sismik
Tehlikenin Tahminine İlişkin Temel İlkeler” kısmında belirtilen yöntemler ile
belirlenir.
İED ve EED depremleri için performans hedefleri Tablo 5.1’de verilmektedir.
Beton barajlar için deprem performans hedefi İED için barajın işletmede
kalmasıdır. İED sonrası, sahada yapılacak gözlemsel inceleme sonrası işletme
kesintiye uğramadan devam edebilmelidir. EED esnasında, yaşanabilecek artçı
depremler sırasında ve sonrasında baraj gövdesinde herhangi bir göçme, beton
blok kopması, devrilmesi gibi mansapta can kaybı yaratabilecek felaketlerin
oluşmasına
izin
verilmeyecektir.
Bu
bağlamda
EED
için
göçme
riski
oluşturmayacak elastik ötesi çatlama, kayma, derz açılma/kapanma davranışına
izin verilebilir. EED sonrası rezervuarın kontrollü olarak boşaltılabilmesi için ilgili
BETON BARAJLAR 38 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 mekanik ve yapısal elemanların işlevsel kalması gerekir.
Tablo 5.1:
Deprem Seviyeleri için Performans Hedefleri
Durum
Taban Çatlaması
Gövde Çatlaması
Kayma
Devrilme
Beton Ezilmesi
Yerel kopma
Su Kaçağı
Enjeksiyon Perdesi
Hasarı
İşletme Esaslı Deprem
(İED)
Yok veya oldukça sınırlı
Yok
Yok
Yok
Yok
Yok
Yok veya oldukça sınırlı
Emniyet Esaslı Deprem
(EED)
Beklenir
Beklenir
Yok veya sınırlı*
Yok*
Yok
Yok
Beklenir
Yok
Hasar Görebilir
Temel Kayası Hasarı
Yok
Mekanik Aksam
Dolusavak Hasarı
Dipsavak Hasarı
Rezervuar Boşaltımı
Kullanıma Hazır
Yok
Yok
Gerekmez
Çatlama beklenir, ezilme
beklenmez
Hasar Görebilir
Hasar Görebilir
İşlevsel Kalmalı
Gerekebilir
*: Deprem sonrası çatlama sebebi ile artan kaldırma kuvvetleri ile de tahkik edilmelidir.
**. Bazı özel projeler için bu tablodaki hedefler minimum olarak kabul edilerek, daha yüksek hedefler
belirlenebilir.
5.2
Sönüm
Beton barajların deprem davranışını önemli ölçüde etkileyen kavramlardan birisi
sönümdür. Deprem esnasında baraj tepkisini önemli ölçüde azaltabilen sönümün
başlıca kaynakları şu şekilde sıralanabilir:
‐
Malzeme Sönümü: Beton ve temel kayasında içsel sürtünme ve/veya elastik
ötesi davranış kaynaklıdır.
‐
Rezervuar Işıma Sönümü: Teorik olarak sonsuza uzandığı düşünülen
rezervuar kanalında barajdan enerji taşıyarak uzaklaşan dalgaların geri
gelmemesi sebebi ile ortaya çıkmaktadır.
‐
Temel Işıma Sönümü: Teorik olarak sonsuza uzandığı düşünülen zemin
kayasında barajdan enerji taşıyarak uzaklaşan dalgaların geri gelmemesi
sebebi ile ortaya çıkmaktadır.
‐
Rezervuar Altı Sönüm: Rezervuar dibinde biriken tortuların izolatör vazifesi
görerek enerjinin bir kısmını emmesi ile ortaya çıkmaktadır.
Yukarıdaki etmenlerin bir araya gelmesi ile ortaya çıkan sönüm hıza bağlı vizkoz
sönüm modeli ile hesaba katılır. Vizkoz sönüm, kritik sönümün oranı (kısaca sönüm
oranı) olarak ifade edilir. Ağırlık barajlar için sönüm oranı %20, kemer barajlar için
BETON BARAJLAR 39 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 ise %10 mertebelerine kadar çıkabilmektedir. Dünya baraj mühendisliğinde
sönümün
dikkate
alınması
konusunda
farklı
görüşler
bulunmaktadır.
Bazı
araştırmacılar (örneğin Fenves ve Chopra, 1984; Tan and Chopra 1995; Lotfi v.d.
1987; Chuhan v.d, 2008; Cao v.d. 2000; Chopra 2012) ile bazı kamu kurum ve
kuruluşları (USBR, 1977; USACE, 1995) sönümün önemli bir rol oynadığını ve
ağırlık barajların tasarımında dikkate alınması gerektiğini belirtmişlerdir. Bu sebeple
ABD’de yayınlanmış beton ağırlık barajlar için deprem analizleri kılavuzlarında etkin
sönümün hesabı yer almaktadır. Diğer yandan bazı baraj tasarımcıları ise (örneğin
Chuhan ve Feng 2008, Weiland 2012) yüksek sönüm değerlerinin özellikle kemer
barajlar
için
sahada
gerçekleştirilen
tahribatsız
titreşim
deneyleri
ile
gerçeklenemediğini belirterek tasarımda kullanılmaması gerektiğini belirtmiştir. Suni
olarak artırılmış sönüm, aslında sadece statik elastikliği dikkate almak için zeminin
sonlu ve kütlesiz bir alanla modellendiği durumlarda kullanılır. Baraj-zemin-rezervuar
probleminde meydana gelecek ışıma etkilerinin frekansa bağlı “doğru” rijitlik
matrisleri ile ele alındığı durumlarda ise böyle bir artırım gerekmemektedir.
Literatürde gerçekleştirilen hemen tüm çalışmalar kütlesiz zemin modellerine
artırılmış sönüm eklendiğinde deney veya analitik çözümlere yakın sonuçlar ortaya
çıktığını ortaya koymaktadır (Proloux ve Paultre, 1997; Proloux vd. 2004, Chuhan
v.d. 2009, Arici vd. 2012). Işıma etkileri nedeniyle sadece malzeme sönümü ile
ortaya çıkandan daha fazla sönüm oluşma halini destekleyen iki olgu önemlidir:
1- Deprem geçirmiş mevcut barajların hasarları, ışıma sönümünün ihmal edildiği
sayısal modellerle tahmin edilen hasarların oldukça altındadır. Beton ağırlık
barajların “iyi” deprem performansı vermelerinin en önemli sebebi yapı-zeminrezervuar etkileşimidir.
2- Tahribatsız saha deneyleri, barajlarda ancak sınırlı frekans içeriğine sahip
düşük genlikli titreşimler meydana getirerek gerçekleştirildiğinden gerçekçi
sönüm değerleri vermesi beklenemez.
Kütlesiz Modellerde Sönüm: Beton barajların İED analizlerinde malzeme sönümü
%5, GDD analizlerinde ise %7 olarak alınır (USACE, 1994; USACE 1995). Derzli
inşa edilen ve blokların aks boyunca ayrık davranabileceği düşünülen beton ağırlık
barajlar için Fenves ve Chopra (1986) tarafından önerilen yaklaşım ile diğer
etmenlerin de dikkate alındığı etkin sönüm miktarı %20 değerini geçmemesi koşulu
ile hesaplanır. Hesaplanacak etkin sönüm değeri kullanılarak iki boyutlu kütlesiz
zeminli sonlu eleman modelleri ile dinamik analizler gerçekleştirilir. Üç boyutlu
BETON BARAJLAR 40 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 dinamik analizlerde gerçekçi gerilmelerin elde edilmesi için modellerde sonsuza
uzanan zeminde meydana gelecek ışıma etkilerinin frekansa bağlı “doğru” rijitlikler
ile temsil edilmelidir. Basitleştirilmiş kütlesiz zemin modelleri ile gerçekleştirilecek üç
boyutlu elastik veya elastik ötesi analizlerde artırılmış sönüm değeri, analiz
sonuçlarının geçerliliğinin “doğru” modeller veya saha titreşim deneyleri ile
doğrulanmasından sonra kullanılmalıdır2.
5.3
Deprem Analizleri
Barajların deprem performansının tahmininde iki veya üç boyutlu, statik veya
dinamik, elastik veya elastik ötesi analizler gerçekleştirilir. Analizler sonucunda
gerilme yığılması bölgeleri ile potansiyel hasar bölgeleri tespit edilir. Elastik
analizlerde gerilme limitleri göz önüne alarak, elastik ötesi analizlerde ise hasar
bölgelerinin deprem sonrası baraj stabilitesine etkisi incelenerek kesit güvenliği
belirlenir.
Şekil 5.3’te deprem analizleri ile deprem sonrası yapılması gereken tahkikler
özetlenmektedir. İED ve EDD için gerçekleştirilecek lineer elastik gerilme analizleri
Bölüm 6’da belirtilen gerilme kıstasları ile tahkik edilir. Kıstasları sağlamayan
barajların kesiti büyütülebilir veya yetersiz olduğu tespit edilen bölgelerde daha
yüksek dayanımlı beton ya da harç kullanılabilir.
Lineer elastik analizler neticesinde gerilme kıstaslarını sağlamayan ancak elastik
ötesi davranışın sınırlı kalabileceği düşünülen kesitler için elastik ötesi doğrusal
olmayan analizler ile baraj gövdesinin güvenliği tahkik edilebilir. Genellikle zaman
tanım alanında gerçekleştirilen elastik ötesi analizler oldukça zahmetli ve karmaşık
analizlerdir. Bünye modellerinde beton çatlama davranışının mutlaka doğru
modellendiğinden emin olunduktan sonra bu modeller kullanılmalıdır.
Deprem analizlerinde statik ve dinamik yüklerin dikkate alınması gerekir. Lineer
elastik analizlerde statik ve dinamik analiz sonuçları doğrudan toplanır. Elastik ötesi
analizlerde ise yükler, oluş sıralarına göre modellere yansıtılır. Barajlar üzerine etki
eden dinamik yükler, baraj gövdesinin atalet kuvvetleri, memba ve mansaptaki
rezervuar ve kuyruksuyu kaynaklı hidrodinamik yükler, rezervuar tabanı ve var ise
dolgu malzemesinin yaratabileceği dinamik etkilerdir. Statik yükler ise barajın
2
: Üç boyutlu olarak modellenmesi gereken beton ağırlık ve kemer barajlar için artırılmış sönüm kullanılmasını haklı gösteren çalışmalar mevcuttur (örneğin Cao v.d. 2000, Chuhan vd. 2009; Arici vd. 2012). Ancak, bu çalışmalar basitleştirilmiş üç boyutlu sonlu eleman modellerinde kullanılacak etkin sönümü hesaplamak için henüz genelleştirilmemiştir. BETON BARAJLAR 41 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 ağırlığı, hidrostatik su basıncı, baraj tabanında oluşan silt yükleri ve kaldırma
kuvvetleridir. Hidrostatik ve hidrodinamik yükler baraj su seviyesinin asgari ve azami
su seviyeleri düşünülerek ayrı durumlar için ele alınmalıdır. Dolgu etkisi, statik
durum için Coulomb metodu ile dinamik durum için ise ekli kütle olarak dikkate
alınabilir. Zemin kayası ile beton arayüzünün ve beton katmanlar arasındaki
arayüzlerin geçirimsiz olduğu (örneğin gözenek oranı düşük yastık harcı kullanılması
sayesinde) durumlarda kaldırma kuvvetlerinin etkisi deprem analizlerinde ihmal
edilebilir. Arayüzlerin geçirimli olması durumunda, kaldırma kuvvetleri Dewey v.d.
(1993) tarafından sunulan ve Şekil 5.4’te özetlenen sonlu eleman yaklaşımı ile
dikkate alınabilir. Bu modellerde kaldırma kuvveti, düğüm noktası çiftleri üzerine zıt
yönlü etki eder. Kaldırma kuvveti çatlamış bölgelerde ayrık düğüm noktalarının
birbirine bağlı olmadığı kabulü ile sabit basınç olarak modellenir. Çatlamamış
bölgelerde ise düğüm noktalarının birbirine bağlı olduğu kabulü ile lineer basınç
olarak modellenir Elastik ötesi analizlerde oluşan çatlaklarda ani dinamik hareket
sebebi ile su basıncı ihmal edilecek seviyelerde kalır (USACE, 1995; USBR 1987,
CDSA 1997)3. Ancak, kaldırma kuvveti özellikle deprem sonrası baraj güvenliğinin
tahkikinde dikkate alınmalıdır. Deprem sonrası çatlaklarda kaldırma kuvveti alınarak
çatlakların ilerlemesi ve kayma güvenliği tahkik edilmelidir. Bölüm 6.3’te bu
tahkiklerle ilgili yöntem anlatılmaktadır.
3
: Yakın zamanda gerçekleştirilen bazı araştırmalar çatlaklarda az da olsa su basıncı oluşacağını gösterse (Javanmardi v.d., 2005) de, konu ile ilgili daha detaylı çalışmalara ihtiyaç bulunmaktadır. BETON BARAJLAR 42 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Baraj Kesiti ve Malzeme Bilgileri
Lineer Elastik Analiz
(İDD, GDD)
Performans kabul kıstasları sağlanıyor mu ? Kesit Büyüt veya Daha Yüksek Dayanımlı Beton EVET Kesit büyütülebilir veya yüksek dayanım harç kullanılabilir mi?
EVET
HAYIR
Çatlaklarda kaldırma Kuvveti İle Deprem Sonrası Stabilite Sağlanıyor mu? Elastik Ötesi Analiz (GDD)
Kesit Güvenli
Şekil 5.3:
BETON BARAJLAR HAYIR EVET
Deprem Tahkiklerinde İzlenecek Akış Şeması
43 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Taban çatlağı bulunan baraj Baraja etki eden kaldırma kuvveti Serbest düğüm noktası çiftleri Beton Zemine etki eden kaldırma kuvveti Elastik Rijitliğe sahip düğüm noktası çiftleri Arayüz Sonlu Eleman Modeli Kaya Boşluk suyu basınçlı elemanlar Kaldırma kuvveti etki eden sonlu elemanlar Şekil 5.4:
Kaldırma Kuvvetinin Sonlu Eleman Analizlerinde Modellenmesi, a) Taban çatlağı
bulunan kesit, b) Kaldırma kuveti, c)Sonlu eleman modeli, d) Düğüm
noktalarına uygulanan basınç kuvvetleri (Dewey v.d. 1994)
BETON BARAJLAR 44 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Deprem hareketi barajlar üzerinde çok yönlü tersinir istemler talep eder. Deprem
hareketinin atımları, frekans içeriği ve azami ivmelerin zaman ve yönleri elde
edilecek en kritik durumu belirler. Bu sebeple mümkün olan her deprem yönü ve
işareti düşünülerek analizler gerçekleştirilmelidir. Tablo 5.2’de iki ve üç boyut
analizler için dikkate alınması gereken deprem yük kombinasyonları sunulmaktadır.
Bu kombinasyonlarından kritik olduğu belirlenen durumlar statik sonuçlar ile
birleştirilerek Bölüm 6.3’te belirlenen kabul kıstaslarına göre değerlendirilmelidir.
Zaman tanım alanı dinamik analizlerinde tasarım spektrumu ile uyumlu olarak
üretilmiş 3, 7 veya istatistiksel olarak anlamlı sayıda deprem kullanılmalıdır. Üç
deprem
kullanılması
durumunda
azami
istem
değerlerini
veren
yükleme
kombinasyonu kritik olarak değerlendirilecektir. Yedi veya daha fazla deprem
kullanıldığında ise istem değerleri ortalama değerler için değerlendirilmelidir.
Tablo 5.2:
Yük Kombinasyonları
Analiz Tipi
İki Boyutlu Analiz
Üç Boyutlu Analiz
5.4
X Yönü Deprem*
(Memba-mansap Yönü)


Y Yönü Deprem*
(Baraj Aksı Yönü)
 / 0**
Düşey Yön
Deprem*
+ / 0**
 / 0**
*:
Dinamik analiz sonuçları Ağırlık, Hidrostatik, Dolgu Yükü, Kaldırma Kuvveti yükleri dikkate alınarak
gerçekleştirilmiş statik analiz sonuçları ile birleştirilmelidir.
**: 0:
Kombinasyona dahil edilmeme durumunu ifade eder. Tüm deprem yönleri en elverişsiz kombinasyonu
verecek şekilde denenmelidir.
Analiz Yöntemleri
Barajların deprem analizlerinde yapılan kabuller ve uygulanan analiz yöntemleri elde
edilecek sonuçlar üzerinde oldukça etkindir. Zemin-yapı-rezervuar etkileşimi
modelleme yöntemleri, seçilen yer hareketleri ve malzeme modelleri davranışı
etkileyen önemli unsurlardır. Farklı baraj tipleri için farklı analiz metotları
uygulanabilir. Deprem analiz yöntemleri basitleştikçe sonuçların mutlaka güvenli
tarafta kalacağı düşünülmemeli ve sonuçlar dikkatli değerlendirilmelidir.
Tasarımda ve mevcut baraj değerlendirmelerinde kullanılacak deprem analiz
yöntemleri deprem tehlikesinin büyüklüğüne, baraj tipine ve geometrisine bağlı
olarak seçilir. Deprem tehlikesinin büyüklüğü azami yer ivmesi değerine bağlı olarak
değerlendirilir. Deprem analiz yöntemleri, dikkate alınacak geometrik boyuta (iki
boyut, üç boyut), deprem yüklerinin uygulanma metoduna (statik, dinamik)
ve
malzeme modellerinde yapılan kabule (elastik, elastik ötesi) göre sınıflandırılır.
Analizler, baraj ön tasarımı, nihai tasarımı ve mevcut baraj değerlendirmesi için
Tablo 5.3 ve 5.4’te önerilen yöntemler kullanılarak gerçekleştirilir. Bu yöntemler
BETON BARAJLAR 45 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 asgari analiz seviyeleri olup önerilenden daha ileri seviye analizler kullanılması
mümkündür.
Mevcut baraj değerlendirmesi için yapılacak dinamik elastik analizlerde dinamik
çekme dayanımının geçilmediği gösteriliyorsa elastik ötesi analiz yapılmasına gerek
yoktur. Bu koşulun bütün yük kombinasyonları ve deprem yönleri için sağlanmış
olması gerekir.
Tablo 5.3:
Azami
Yer
İvmesi1
Beton Ağırlık Barajlar için Deprem Analiz Yöntemleri
L/H2
Düşey
Derz3
>4
Var
>4
Yok
<4
Var
< 4
Yok
>4
Var
>4
Yok
<4
Var
< 4
Yok
< 0.2 g
> 0.2 g
Ön Tasarım4
İki Boyutlu Statik
Elastik Analiz
Yöntemi
İki Boyutlu Statik
Elastik Analiz
Yöntemi
Kati Tasarım5
Değerlendirme6
İki Boyutlu Statik
Elastik Analiz Yöntemi7
İki Boyutlu Statik
Elastik Analiz Yöntemi8
İki Boyutlu Statik
Elastik Analiz Yöntemi7
Üç Boyutlu Statik
Elastik Analiz Yöntemi
İki Boyutlu Dinamik
Elastik Analiz Yöntemi7
Üç Boyutlu Dinamik
Elastik Analiz Yöntemi8
İki Boyutlu Dinamik
Elastik Analiz Yöntemi7
Üç Boyutlu Dinamik
Elastik Analiz Yöntemi
İki Boyutlu Dinamik Elastik
Analiz Yöntemi7
İki Boyutlu Dinamik Elastik
Analiz Yöntemi8
İki Boyutlu Dinamik Elastik
Analiz Yöntemi7
Üç Boyutlu Dinamik Elastik
Analiz Yöntemi
İki Boyutlu Dinamik Elastik
Ötesi Analiz Yöntemi8
İki Boyutlu Dinamik Elastik
Ötesi Analiz Yöntemi8
İki Boyutlu Dinamik Elastik
Ötesi Analiz Yöntemi7
Üç Boyutlu Dinamik Elastik
Ötesi Analiz Yöntemi
1:
GDD depremi için azami yer ivmesi değeridir.
2:
L/H oranı baraj aks uzunluğunun en derin kesit yüksekliğine oranıdır.
3:
Düşey derzlerin membadan mansaba doğru sürekli olduğu durumlarda düşey derz var kabul edilir.
4:
Ön tasarım için rijit blok stabilite analizleri de kullanılabilir. Detayları “Stabilite Analizleri” dokümanında
sunulmaktadır.
5:
Baraj aksında kurp, eğrilik gibi iki boyut modellenmesini etkileyen geometriler bulunması halinde üç boyutlu
analizler gerçekleştirilmelidir.
6:
Mevcut barajların deprem performansı değerlendirmesi için yöntemlerdir.
7:
Düzlemsel Gerilme Sonlu Eleman modeli kullanılacaktır.
8:
Düzlemsel Şekil Değiştirme Sonlu Eleman modeli kullanılacaktır.
Tablo 5.4:
Azami
Yer
İvmesi (g)
< 0.2
> 0.2
BETON BARAJLAR Kemer Barajlar için Deprem Analiz Yöntemleri
Kati Tasarım
Değerlendirme
Üç Boyutlu Statik Elastik
Analiz Yöntemi
Üç Boyutlu Dinamik Elastik
Analiz Yöntemi
Üç Boyutlu Dinamik Elastik
Analiz Yöntemi
Üç Boyutlu Dinamik Elastik
Ötesi Analiz Yöntemi
46 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 İki Boyutlu Statik Elastik Analiz Yöntemi: Bu yöntem tüm beton ağırlık barajların ön
tasarımında ve düşük deprem riskine sahip geometrisi iki boyut modellemeye uygun
barajların nihai tasarımında kullanılabilir. Baraj ve zemin iki boyutlu sonlu elemanlar
ağı ile ifade edilir (Şekil 5.5.a). L/H oranı 4’ten büyük ve anosuz (SSB için) inşa
edilecek barajlar düzlem şekil değiştirme, anolu inşa edilecek barajlar ise düzlem
gerilme elemanları ile modellenir. Hidrodinamik yükler ekli kütle metodu ile
bulunabilir. Sıkıştırılamaz su kabulü ile Westergaard (1933) tarafından önerilen ekli
kütle metodu ve Fenves ve Chopra (1986) tarafından sıkıştırtabilir su kabulü ile
önerilmiş ekli kütle modelleri kullanılabilir. Sonlu eleman modellerinde zemin kütlesiz
elemanlarla modellenerek zeminin atalet etkileri yaratmadığı, sadece statik
elastikiyet ile baraj davranışını etkilediği düşünülür. Fenves Chopra (1986) metodu
ile yarı sonsuz zeminin ışıma etkileri ve siltlenme sebebi ile oluşan etkin sönüm
miktarı belirlenir. Tasarım spektrumu, gerekmesi halinde etkin sönüme göre
değiştirilir. Yatay ve düşey deprem spektrumları kullanılarak mod birleştirme yöntemi
ile deprem analizleri gerçekleştirilir.
Analizler sonucunda baraj elemanlarında elde edilen gerilme değerleri statik
analizlerden elde edilen gerilmeler ile toplanır. Tüm gerilmeler toplandıktan sonra
hesaplanan asal çekme gerilmeleri Bölüm 5.5’te verilen çekme gerilme sınırları ile
kıyaslanarak baraj kesit yeterliliği tahkik edilir.
>2H
H
>2H Ekli kütleler
>2H a) Kütlesiz Zemin Yaklaşımı
BETON BARAJLAR 47 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Rezervuar Silt ve Tortu Baraj
Yer İvmesi Yarı Sonsuz Zemin
b) Fenves Chopra (1986) Yöntemi
Şekil 5.5:
Kütlesiz Zeminli İki Boyutlu Sonlu Eleman Modeli
İki Boyutlu Dinamik Elastik Analiz Yöntemi: Bu yöntem iki boyut modelleme ile gerçekçi
gerilmelerin elde edilebileceği tüm beton ağırlık barajların nihai tasarımında ve mevcut
barajların değerlendirilmesinde kullanılabilir. Yapı-zemin-rezervuar etkileşimi dikkate alınarak
dinamik analizler gerçekleştirilir (Şekil 5.5.b). Analizler frekans tanım alanında Fourier
Transform yöntemi kullanılarak, zaman tanım alanında ise adım adım integrasyon yöntemleri
ile gerçekleştirilir (Clough ve Penzien 1975; Chopra, 2006). Fenves ve Chopra (1984, 1986)
frekans tanım alanında iki boyutlu zemin-yapı-rezervuar etkileşimini dikkate alan yöntemi
önermektedir. Bu yöntem ile zemin yarı sonsuz düzlem olarak ele alınır ve yarı düzlem
kabulünün gerçekçi olduğu düşünülen zeminler için dinamik rijitlik fonksiyonları frekansa
bağlı olarak elde edilir. Yaklaşık baraj yüksekliğinin 4 katı mesafeye kadar aynı kaya
oluşumunun mevcut olduğu zeminler için yarı sonsuz düzlem kabulü gerçekçidir (Medina et.
al. 1990). Hidrodinamik etkiler ise sıkıştırılabilir su kabulü ile sonsuz rezervuar ışıma etkilerini
dikkate alacak şekilde modellenir. Alt model yaklaşımı ile frekans tanım alanında işlem gören
Fenves-Chopra (1986) yaklaşım oldukça kapsamlı, gerçekçi ve elastik analizler için en son
gelişmeleri yansıtan modelleme tekniğidir.
Bu yönteme ek olarak, iki boyut statik analizler için önerilen model kullanılarak da iki
boyut dinamik analizler gerçekleştirilebilir. Basitleştirilmiş bu modelde, kütlesiz
zemin, etkin sönüm oranı ve ekli kütle ile hidrodinamik etkiler dikkate alınır (Şekil
5.5.a). Ancak, etkin sönüm ve ekli kütle ile hidrodinamik etkilerin modellenmesi
yaklaşımının gerilmeler üzerinde özellikle derinliği 50 metrenin üzerinde rezervuara
sahip barajlarda ciddi farklılıklar gösterebilir (Chopra, 1966; 1974). Alternatif olarak
su sonlu elemanları kullanılarak uygun sınır koşulları ile oluşturulan modeller ile
dinamik analizler gerçekleştirilebilir (örneğin Lee v.d., 1996; Bouaanani ve Lu,
2008).
BETON BARAJLAR 48 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Analizler sonucunda baraj elemanlarında elde edilen gerilme değerleri her bir zaman
adımı için statik analizlerden elde edilen gerilmeler ile toplanır. Tüm gerilmeler
toplandıktan sonra hesaplanan asal çekme gerilme kayıtları Bölüm 6.3’te verilen
aşılma zamanı-etki kapasite oranı sınır eğrisi ile kıyaslanarak baraj kesit yeterliliği
tahkik edilir.
İki Boyutlu Dinamik Elastik Ötesi Analiz Yöntemi: İki boyutlu elastik analizler
neticesinde baraj gövdesinde hesaplanan gerilmelerin Bölüm 6.3’te verilen elastik
gerilme limitlerini sağlamadığı, ancak baraj kesitinin yeterli olabileceği düşünülen
durumlarda elastik ötesi analizler gerçekleştirilebilir. Elastik ötesi dinamik analizler
ile deprem esnasında hasarın sınırlı kaldığı, stabilitenin bozulmadığı ve deprem
sonrası çatlaklara nüfuz etmiş kaldırma kuvvetleri ile kayma ve devrilme güvenliğinin
bulunduğu gösterilmelidir. Elastik ötesi analizlerde iki boyutlu statik ve dinamik
elastik analizlerde kullanılan kütlesiz zeminli, etkin sönüm oranına sahip ve ekli kütle
yaklaşımı
ile
hidrodinamik
etkilerin
modellendiği
sonlu
eleman
modelleri
kullanılabilir. Analizler yükleme sırasını dikkate alacak şekilde zaman tanım alanında
gerçekleştirilir. Öncelikle statik yükler sisteme uygulanır, daha sonra deprem
hareketi zaman tanım alanında adım adım integrasyon metodu ile sisteme
uygulanır. Tüm kombinasyonlar için dinamik analiz sonuçları derlenerek en kritik
hasar durumu tespit edilir. Deprem hareketi sonrası çatlamış taban kesitinde
artırılmış kaldırma kuvvetleri ile deprem sonrası baraj güvenliği kontrol edilir.
Elastik ötesi analizler büyük bir itina ile sonuçları değerlendirme bilgisi bulunan
tecrübeli mühendisler tarafından kullanılmalıdır. Sonuçlar neticesinde ekonomik
kesitler tasarlanması mümkün olabilir, ancak yanlış varsayımlar ve kullanımlar ile
güvensiz tasarımlar da ortaya çıkabilir.
Üç Boyutlu Statik Analiz Yöntemi: Bu yöntem, düşük seviye deprem tehlikesine
sahip, üç boyut etkilerin önemli olduğu, L/H oranı 4’ten küçük dar vadilere anosuz
olarak inşa edilecek SSB ağırlık barajlar ile düşük seviye deprem tehlikesine sahip
kemer barajların nihai tasarımında kullanılabilir. Baraj ve zemin sonlu eleman
modellerinde üç boyutlu sonlu elemanlar ağı ile ifade edilir (Şekil 5.6). Hidrodinamik
yükler Kuo (1982) tarafından üç boyut için genelleştirilmiş ekli kütle metodu ile
bulunabilir. Sonlu eleman modellerinde zemin kütlesiz elemanlarla modellenerek
zeminin atalet etkileri yaratmadığı, sadece statik elastikiyet ile baraj davranışını
etkilediği düşünülür. Tasarım spektrumu gerekmesi halinde Bölüm 5’te sunulan
öneriler ışığında etkin sönüme göre değiştirilerek analizlerde kullanılır. Yatay ve
BETON BARAJLAR 49 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 düşey deprem spektrumları kullanılarak mod birleştirme yöntemi ile deprem
analizleri gerçekleştirilir.
Analizler sonucunda baraj elemanlarında elde edilen gerilme değerleri statik
analizlerden elde edilen gerilmeler ile toplanır. Tüm gerilmeler toplandıktan sonra
hesaplanan asal çekme gerilmeleri Bölüm 6.3’te verilen çekme gerilme sınırları ile
kıyaslanarak baraj kesit yeterliliği tahkik edilir.
Kütlesi
Şekil 5.6:
Kütlesiz Zeminli Üç Boyutlu Sonlu Eleman Modelleri
Üç Boyutlu Dinamik Analiz Yöntemi: Bu yöntem, orta ve yüksek seviye deprem
tehlikesine sahip, üç boyut etkilerinin önemli olduğu, L/H oranı 4’ten küçük dar
vadilerde anosuz inşa edilecek SSB ağırlık barajlar ile orta ve yüksek seviye deprem
BETON BARAJLAR 50 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 tehlikesine sahip kemer barajların nihai tasarımında kullanılabilir. Yapı-zeminrezervuar etkileşimi dikkate alınarak zaman tanım alanında dinamik analizler
gerçekleştirilir. Analizler frekans tanım alanında Fourier Transform yöntemi
kullanılarak, zaman tanım alanında ise adım adım integrasyon yöntemleri ile
gerçekleştirilir (Chopra, 2003, Clough ve Penzien 1993). Şekil 5.6’da özetlenen Tan
ve Chopra (1995) tarafından önerilmiş frekans tanım alanındaki yöntem üç boyutlu
zemin-yapı-rezervuar etkileşimini dikkate almaktadır4. Bu yöntem ile zemin yarı
sonsuz düzlem olarak ele alınır ve yarı düzlem kabulünün gerçekçi olduğu
düşünülen zeminler için dinamik rijitlik matrisleri, sınır elemanları metodu ile
frekansa bağlı olarak elde edilir.
Bu yönteme ek olarak üç boyutlu dinamik analizler, üç boyutlu statik analizler için
önerilen modeller kullanılarak da gerçekleştirilebilir. Basitleştirilmiş bu modellerde,
kütlesiz zemin, etkin sönüm oranı ve ekli kütle ile hidrodinamik etkiler dikkate alınır.
Ancak, etkin sönüm ve ekli kütle ile hidrodinamik etkilerin modellenmesi
yaklaşımının gerilmeler üzerinde özellikle derinliği 50 metrenin üzerinde rezervuara
sahip barajlarda ciddi farklılıklar gösterebilir (Chopra, 1966; Chakrabarti ve Chopra,
1974, Tan ve Chopra 1995). Alternatif olarak su sonlu elemanları kullanılarak uygun
sınır koşulları ile oluşturulan modeller ile dinamik analizler gerçekleştirilebilir (Yang
v.d. 1996, Ling ve Tasssoulas 1987).
Analizler sonucunda baraj elemanlarında elde edilen gerilme değerleri her bir zaman
adımı için statik analizlerden elde edilen gerilmeler ile toplanır. Tüm gerilmeler
toplandıktan sonra hesaplanan asal çekme gerilme kayıtları Bölüm 6.3’te verilen
aşılma zamanı-etki kapasite oranı limit eğrisi ile kıyaslanarak baraj kesit yeterliliği
tahkik edilir.
Işıma sınır Baraj‐Rezervuar koşulları Arayüzü Sonsuza uzanan kanallar Vadi üst yüzeyi
Baraj‐Zemin Arayüzü Sabit kesitli sonsuza uzanan kanal
Rezervuarın düzensiz sonlu kısmı
Baraj Düğüm Noktaları a) Baraj b) Rezervuar Sonsuza uzanan vadi kesiti
c) Zemin Modeli 4
: Sınır elemanlarının kullanıldığı diğer yöntemler ile de frekans tanım alanında analizler gerçekleştirilmesi mümkündür (Örneğin Dominguez ve Maeso, 1993) BETON BARAJLAR 51 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Şekil 5.6
Tan ve Chopra (1995) tarafından önerilen Yapı-Zemin-Rezervuar Etkileşimli Alt
Model Yaklaşımı
Üç Boyutlu Dinamik Elastik Ötesi Analiz Yöntemi: Üç boyutlu elastik analizler
neticesinde baraj gövdesinde hesaplanan gerilmelerin Bölüm 6.3’te verilen elastik
gerilme limitlerini sağlamadığı, ancak baraj kesitinin yeterli olabileceği düşünülen
durumlarda elastik ötesi analizler gerçekleştirilebilir.
Elastik ötesi analizlerde iki
boyutlu statik ve dinamik elastik analizlerde kullanılan kütlesiz zeminli, etkin sönüm
oranına sahip ve ekli kütle yaklaşımı ile hidrodinamik etkilerin modellendiği sonlu
eleman modelleri kullanılabilir. Analizler yükleme sırasını dikkate alacak şekilde
zaman tanım alanında gerçekleştirilir. Öncelikle statik yükler sisteme uygulanır,
daha sonra deprem hareketi zaman tanım alanında adım adım integrasyon metodu
ile sisteme uygulanır. Tüm kombinasyonlar için dinamik analiz sonuçları derlenerek
en kritik hasar durumu tespit edilir.
Üç boyutlu modeller oldukça yüksek sayıda düğüm noktası ve serbestlik derecesine
sahip olduğundan oldukça zahmetli analizlerdir. Deprem hareketi sonrası çatlamış
taban kesitinde artırılmış kaldırma kuvvetleri ile deprem sonrası baraj güvenliği
kontrol
edilir.
Bu
kontroller
basitleştirilmiş
iki
boyutlu
modeller
üzerinde
gerçekleştirilebilir. Elastik ötesi analizler büyük bir itina ile sonuçları değerlendirme
bilgisi bulunan tecrübeli mühendisler tarafından kullanılmalıdır. Sonuçlar neticesinde
ekonomik kesitler tasarlanması mümkün olabilir, ancak yanlış varsayımlar ve
kullanımlar ile güvensiz tasarımlar da ortaya çıkabilir.
5.5
Performans Kabul Kıstasları
Göçme Modları: Beton ağırlık barajlarda depremler sebebi ile gözlemlenebilecek
önemli hasarlar (Ghanaat, 2004; Javanmardi 2003; USACE, 2003): i) Baraj
gövdesinde aşırı gerilmeler neticesinde taban ve gövde çatlaması, ii) Çatlak
yüzeylerinde veya temeldeki zayıf yüzeyler üzerinde kayma, iii) Çatlakların
birleşerek oluşturacağı kayma ve devrilme blokları, olarak sıralanabilir. Anolu inşa
edilmiş iki boyut davranışının hakim olduğu barajlar için olası çatlama tipleri Şekil
5.7’de sunulmaktadır (USACE, 2003; Javanmardi, 2003; Leger Leclerc, 1996; Arici
et. al. 2012). Çatlama genellikle baraj tabanında yatay olarak veya baraj gövdesi
üzerinde yatay veya eğik olarak oluşur. Tüm kesitin çatlaması sonucu oluşacak
çatlaklar, kopma bloğu oluşturarak gövde stabilitesini bozabilir. Anosuz inşa edilmiş
beton ağırlık barajların deprem yüklerin altında öncelikle kesitin daha dar olduğu
BETON BARAJLAR 52 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 vadi kenarlarında, sonrasında ise en derin kesit tabanı ile gövde üzerinde çatlaması
beklenir (Şekil 5.7.b).
Kemer barajlarda depremler sebebi ile gözlemlenebilecek önemli hasarlar (Şekil
5.8.): i) Büzülme derzlerinde oluşacak çatlaklar, ii) Konsol hareketi sebebi ile
çatlaklar iii) kemer etkisinin yitirilmesi ile serbest blok kopması, iv) vadi
kenarlarındaki ayaklarda zorlanma sebebi ile ezilme ve deformasyon olarak
sıralanabilir.
Gerilme Limitleri: Lineer elastik statik analizler neticesinde elde edilen asal çekme
ve basınç gerilmeleri beton dayanım değerleri ile kıyaslanarak kesit güvenliği tahkiki
yapılır. Beton için dinamik direk çekme dayanımı Bölüm 4’te sunulan dayanım
tahmin denklemleri ile belirlenebilir. Bu değerler, yapım aşamasında mutlaka
laboratuvar deney sonuçları ile gerçeklenmelidir. İDD için analizlerden elde edilen
asal çekme değerlerinin dinamik direk çekme dayanımından küçük olması, GDD için
ise dinamik çekme dayanımının 1.33 katından küçük olması gerekir. 1.33 katsayısı,
Raphael (1984) tarafından önerilmiş olup, lineer elastik analizler ile beton gerilmebirim uzama eğrisindeki elastik ötesi davranışın hesaba katılmasını sağlar. Ek
olarak, İDD için basınç asal gerilmelerinin barajın hiçbir bölgesinde basınç
dayanımının %50’sini geçmemesi beklenir.
İDD için lineer elastik dinamik analizler neticesinde elde edilen asal çekme
gerilmelerinin deprem zamanı boyunca dinamik direk çekme dayanımından küçük
olması gerekir. GDD için ise lineer elastik dinamik analizler neticesinde elde edilen
asal çekme gerilmelerinin dayanım değerleri ve toplam elastik ötesi davranış süresi
dikkate alınarak (Şekil 5.9) kontrol edilir (USACE, 2003; Ghanaat, 2004; USACE,
2007). Bu yöntemde, tüm yük kombinasyonları için dinamik analizlerden elde
edilecek kritik asal çekme gerilme-zaman sonuçları toplam elastik ötesi davranış
süresi-etki kapasite oranı (EKO) grafiklerine dönüştürülür. Etki kapasite oranı
dinamik analizlerde elde edilen ve beton statik çekme mukavemetini geçen asal
çekme değerlerinin beton statik direk çekme mukavemetine oranıdır. Toplam elastik
ötesi davranış süresi ise EKO>1 durumuna karşılık gelen her bir gerilme değeri için
aşılma sürelerinin toplamıdır (Şekil 5.9). Toplam elastik ötesi davranış süresi-etki
kapasite oranı (EKO) eğrilerinin Şekil 5.9’da tanımlanan limit çizginin altında kalması
durumunda baraj güvenliğinin yeterli olduğu üstüne çıkması halinde ise elastik ötesi
analizler ile detaylı tahkiklerin yapılması sonucuna varılır. GDD için basınç asal
BETON BARAJLAR 53 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 gerilmelerinin barajın hiçbir bölgesinde basınç dayanımının %85’ini geçmemesi
beklenir.
A
A: Boyun bölgesinde çatlak B: Yatay derzlerde çatlak C: Eğik çatlak D: Tabanda zemin‐beton arayüzü çatlağı E: Zemine doğru eğik çatlak F: Zeminde kayma düzlemi G: Zeminde düşey çatlak B
B
C
C
D
D
E
G
E
F
a) İki boyut davranışı hakim ağırlık barajlar
Memba yüzü çatlakları Memba yüzü çatlakları Vadi kenarında çatlamış bölge En derin kesitte taban çatlakları
Tabanda çatlamış bölge b) Üç boyut davranışı hakim ağırlık barajlar (Çatlama bölgeleri renkli gösterilmiştir)
Şekil 5.7:
Beklenen Deprem Hasarları (Devam Ediyor)
Serbest Blok
Açılmış düşey derz
Konsol hareketi ile açılan yatay çatlak Şekil 5.8:
Beklenen Deprem Hasarları
GDD için lineer elastik dinamik analizler neticesinde izin verilen sınırların ötesinde
gerilmeler veya aşılma süreleri tespit edilmesi halinde kesit büyütülebilir veya yerel
olarak dayanımı yüksek beton önerilebilir. Alternatif olarak lineer elastik dinamik
analizler ile yetersiz bulunan kesit, daha detaylı elastik ötesi zaman tanım alanı
BETON BARAJLAR 54 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 analizler ile tahkik edilebilir. Analizler neticesinde çatlama bölgeleri ve potansiyel
kopma blokları belirlenir. Deprem sonrasında bu bölgelerin baraj stabilitesini
bozmayacağı veya gövde üzerinde blok kopmaları sebebi ile yarık oluşmayacağı
gösterilmelidir. Memba yüzünden başlayarak çatlayan yüzeyler üzerine kaldırma
kuvveti yükleri de dikkate alınarak deprem sonrası stabilite analizi Şekil 5.4’te
özetlenen model ile gerçekleştirilir. Bu amaçla, elastik ötesi model veya üzerinde
çatlak bölgelerinin ayrık iki düğüm noktası gurubu ile tanımlanır. Kesit statik olarak
baraj ağırlığı, kaldırma kuvveti ve hidrostatik yükler altında analiz edilir. Deprem
sonrası durumda tespit edilen çatlamamış kesitin uzunluğu tespit edilir. Bu yatay
uzunluk, deprem sonrası kayma güvenliği için yeterli olmalıdır. Kayma güvenliği
kontrolleri çatlamamış iki boyutlu kesit üzerinde elde edilen düşey ve kayma
gerilmelerinin Coulomb sürtünme prensibi uyarınca gerçekleştirilebilir.
*: Alanların toplamı EKO=2 için aşılma süresini verir
(a) Aşılma Zamanı Hesabı
Şekil 5.9:
BETON BARAJLAR (b) Değerlendirme Ölçütleri
Lineer Elastik Dinamik Analiz Sonuçlarının Değerlendirilmesi
55 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 6.
TERMAL ANALİZ YÖNTEMLERİ
6.1
Genel
Bu doküman hidratasyon ısısının yapısal çatlamaya sebep olabileceği kütle beton
yapılar için termal analiz rehberi olarak hazırlanmıştır.
Beton karışımının kimyasal reaksiyonla ortaya çıkardığı ısı özellikle kalın veya geniş
beton yapılarda istenmeyen çatlaklara sebep olabilir. Kütle beton dokümünü
gerektiren bu tip yapılar:
I)
II)
III)
IV)
V)
Ağırlık barajları,
Kemer barajlar,
Büyük, derin temeller,
Ciddi beton hacmi içeren, yüksek kalınlıklı santral, enerji yapıları,
Diğer mühendislik yapıları (temeller, büyük köprü ayakları, vs.)
olarak nitelenebilir. Normal beton döküm sistemine göre daha düşük ısı çıkarması
beklenen silindirle sıkıştırılmış beton sistemler için de termal analiz gereksinimleri
benzer olarak değerlendirilir. Bu dokümanda kütle beton yapılarda çatlama kontrolü
ve/veya önlenmesi için tasarımcının izleyebileceği analiz yöntemleri ve bu analizler
sırasında kullanılması gereken öngörüler yer almaktadır.
Kütle beton yapılarda termal analizler sıcaklık gradyantları nedeni ile meydana
gelebilecek ve çeşitli zamanlarda yapısal bütünlüğü tehdit edecek ciddiyette
oluşabilecek çatlaklar nedeni ile yapılması gerekmektedir. Bu tip çatlaklar genel
olarak üç değişik sebeple yapı davranışını bozucu etkilere yol açabilir. Bunlar:
I)
Estetik Bozulma: Özellikle su tutucu yapılarda çatlaklardan geçen su ciddi
renk
değişimine,
mansapta
bozulmalara,
kopmalara
ve
istenmeyen
görüntülere sebep olabilir. Yapısal olarak problem yaratmayacak durumda
dahi bu tip çatlaklar kullanım sırasında tehlikeli olarak değerlendirilip ciddi
tamir/renovasyon masraflarına sebep olabilir.
II)
Sızma Problemleri: Su tutucu yapılarda derzler haricinde kontrolsüz olarak
çatlaklardan
sızan
su,
ciddi
boyutlara
ulaşıp
yapının
fonksiyonunu
engelleyebilir. Özellikle kendisine ciddi bir sızma yolu yaratmış olan çatlakların
sonradan tedavisi çok ciddi masraflara neden olabilir ve çoğu zaman da tespit
ve erişim zorlukları nedeni ile tamirat mümkün olamayabilir.
BETON BARAJLAR 56 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 III) Yapısal Bütünlüğü Tehdit: Özellikle silindirle sıkıştırılmış barajlarda yatay
derzler ciddi devamsızlık düzlemleri oluşturmaktadır. Kontrollü derzler dışında
başlayacak çatlakların bu devamsızlık düzlemlerinde kendilerine yol açması
kuvvetle muhtemeldir. Bu derzlerde sızma nedeni ile oluşacak dayanım
azalmaları ekstrem yükleme durumlarında bu barajlar için yapısal analizlerde
öngörülmeyen durumlara yol açabilir.
Derz aralıklarının GKB barajlara göre çok daha fazla olarak seçilmesi nedeni ile
birçok SSB barajda çatlaklar oluşmuştur. Sünme ve düşük hidratasyon ısısı
sebepleri ile az çimentolu SSB’lerde problemler fazla yaşanmamıştır. Bu çatlakların
oluşması normal sızmadan farklı olarak ani sızma artışları ile tespit edilir. Kış
aylarına doğru sızmalar çatlakların daha çok açılması nedeni ile artar. Literatürde bu
tip barajlar hakkında bilgi sınırlıdır: geomembran veya başka yöntemlerle tamir
edilen pek çok baraj mevcuttur (Dona Francisca Barajı, Platanovryssi Barajı,
(Papadopoulos, 2002, Scuero ve Vascetti, 2010, ICOLD, 2010), Upper Stillwater
(Hall ve diğerleri, 2005), Galesville Barajı (USACE, 2000)). Çatlak sonrası ciddi
sızma yaşanan barajlarda tamir oldukça masraflı olabilir. Örneğin, yüksek karışım
tasarımlı (>200kg çimento+pozzolan malzeme) ve 25m lik derzlerle yapılan
Platanovryssi Barajında oluşan termal çatlak su altında geomembran kaplanması ile
kapatılmıştır.
Masif beton yapılarda çatlaklar 1) yüzey gradyant çatlakları ve 2) yatay termal
çatlaklar olarak meydana gelebilir. Yüzey gradyantı çatlakları betonun içerisindeki
sıcaklık ve dış sıcaklık farkları sebebi ile açık yüzeylerde oluşan çatlaklar olup bu
çatlakların gövde içine genelde sınırlı biçimde yayıldığı görülmüştür. Bu nedenle bu
tip çatlakların yapısal sağlamlığı tehdit etmemesi kuvvetle muhtemeldir. Bu tip
çatlaklar mevkide hızlı değişiklikleri, soğuk şokları gibi nedenlerle kısa vadede
oluşabilir.
Yatay çatlaklar masif blok içerisinde düşeyde oluşan sıcaklık farkları nedeni ile
oluşur. Temel bölgesinin yaratacağı rijitlik etkisi ile bu çatlakların masif yapının
temeline daha yakın oluşması da muhtemeldir. Özellikle SSB gibi katmanlar arası
çekme
dayanımının
zayıf
olduğu
malzemelerde
bu
çatlakların
oluşması
engellenmelidir. Zira, direk sızma yolu oluşturmanın dışında yapısal sağlamlığı da
tehdit edebilecek olup katmanlar arasında zayıf arayüzler oluşturacaktır. Bu tip
çatlaklar uzun zaman zarfında oluşabilecek çatlaklar olup masif beton yapıda uzun
zamanlı soğuma süresinde oluşabilir.
BETON BARAJLAR 57 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 6.2
Analiz Metodları
Kütle beton yapılarda analiz yöntemleri basit el hesapları ve tablolar kullanımından
tam ölçekli doğrusal olmayan aşamalı sonlu eleman analizlerine kadar geniş bir
spektrumda yer alır. Daha detaylı analiz yöntemleri için doğal olarak daha detaylı bir
ön çalışma ve girdi gerekmektedir. Örnek olarak basit el hesapları için betonun
çıkaracağı adiyabatik sıcaklık ve ortalama ortam sıcaklığı kullanılabilecekken,
doğrusal olmayan aşamalı analizlerde ise zamana dayalı sıcaklık gelişimi, döküm
sıcaklığı, sünme katsayısı, gece ve gündüz etkisi, günlük ortam sıcaklığı, imalat
planı gibi birçok etmen analizde değerlendirilmelidir. Daha karmaşık analiz
yöntemleri imalat aşamasına dair daha çok öngörü içermekle birlikte, daha fazla da
sonuç ve daha gerçekçi çatlama tahminleri sunacaktır. Bu analizlerle imalat süreleri,
derz aralıkları, yalıtım gerekliliği, günlük döküm miktarı gibi konularda alınacak
kararlar, güvenli tarafta yer alacak öngörülerle yapılan basit analizlere göre imalat
aşamasını hızlandırabilir ve/veya kritik günlerde ve imalat aşamalarında istenmeyen
çatlaklar elde edilmesini engelleyebilir.
Aşağıda USACE tarafından tanımlandığı gibi ayrılan termal analiz kademeleri ayrı
ayrı sunulmaktadır (USACE, 1997):
I. Derece Analiz
En basit ve çabuk analiz yöntemi olarak değerlendirilebilecek I. Derece
analizin en büyük avantajı laboratuvar ya da şantiye deney gereksiniminin en
aza indirgenmesi veya istenmemesi ve malzeme dair bir takım girdiler ve
kabuller ile hesaplama yapılabilmesidir.
Öngörüler: Betonun adiyabatik ortamda (sıcaklık kaybı yaşanmayacağı izole
ortam) çıkaracağı sıcaklık, aylık mevkide sıcaklık ortalamaları, beton
elastisite modülü ve genişleme katsayısı bu analiz yöntemi için yeterli olacak
öngörülerdir.
Kullanım: Termal çatlamanın geniş çatlak açıklıklarına sebep olabileceği
yapılarda derz aralıklarını tahmin etmek maksadıyla kullanılabilir.
II. Derece Analiz
Daha detaylı bir yaklaşım olarak değerlendirilebilecek ikinci derece
analizlerde beton sıcaklık değişiminin daha detaylı olarak hesaplanması
BETON BARAJLAR 58 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 hedeflenir. Bu analizler, detaylı el hesapları ya da bilgisayar programları ile
yapılabilir. Bir boyutlu çizgi veya iki boyutlu bir dörtgen ağ üzerinde
sıcaklıkların gövde içerisinden dışarısına doğru değişimi hesaplanır. Hem
yüzey hem de yatay çatlaklar için gerçekleştirilebilir. Çatlamanın kritik olarak
değerlendirileceği yapılarda kullanılmalıdır. Çatlak kontrolü için ciddi inşa
önlemleri alındığı veya çatlak kontrolünün ciddi masraflara yol açacağı
düşünüldüğü durumlarda daha detaylı analizler ile bu masrafları azaltmak
için kullanılabilir.
Öngörüler: Betonun adiyabatik olarak çıkaracağı sıcaklık, mevkide aylık
veya günlük sıcaklık ortalamaları, beton elastisite modülü ve genişleme
katsayısı bu analiz yöntemi için yeterli olacak öngörülerdir.
Kullanım: Termal çatlamanın risk yaratmayacağı küçük yapılar için kesin
hesap yöntemi olarak kullanılabilir. Ciddi baraj yapıları için ise sadece ön
analizlerde kullanılır.
III. Derece Analiz
En detaylı termal analiz yöntemidir. Bu analizin yapılması için ciddi bilgi
birikimine ve mevki/laboratuvar çalışmasına gerek duyulacaktır. Kritik,
yüksek riskli projeler için önemli olup tasarımcının termal yükler dışında diğer
yüklerinde etkisini zaman içerisinde hesaplara dahil etmesi gerekir. Bu analiz
yöntemi kritik yapılar dışında diğer yapılarda da termal çatlamayı önlemek
için yapılan masraflı çözümleri veya sınırlamaları ortadan kaldırmak için
kullanılabilir. İki ve/veya üç boyutlu sonlu eleman analizleri ile yapı
içerisindeki sıcaklık değişimlerinin ve gerilme istemlerinin belirlenmesini
içerir. Ciddi girdi gerekliliğinin yanında model büyüklükleri de analiz şartlarını
zorlaştırmaktadır.
Öngörüler: Betonun adiyabatik olarak çıkaracağı sıcaklık, mevkide günlük
sıcaklık ortalamaları, beton elastisite modülü, genişleme katsayısı, sünme
modülü, betonun dayanımının zaman göre değişimi, yapım planı, imalat
miktarları, zemin elastisitesi, zemin genişleme modülü, beton ve zeminin
termal konduktivitesi ve kapasitans değerleri, mevki koşulları, rüzgar/güneş
durumu, ve bunun gibi diğer bilgiler.
BETON BARAJLAR 59 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Kullanım: Büyük barajlar, kemer barajlar, kompleks masif beton yapılar.
Ayrıca diğer sistemler için çatlamayı önlemek için alınan önlemlerin
azaltılmasını sağlamak için kullanılabilir.
6.3
Analiz Girdileri
Beton: Geleneksel beton özellikleri iyi bilinen ve önceden göreceli olarak güvenli
biçimde tahmin edilebilmektedir.. Silindirle sıkıştırılmış betona göreli olarak daha
fazla çimento ve su içermekteolup hidratasyon ısısı daha yüksektir. Bu malzeme
hakkında genel bilgiler USACE (1997), ACI (2002) gibi standardlarda mevcuttur.
Silindirle Sıkıştırılmış Beton: Silindirle sıkıştırılmış beton su miktarı geleneksel
betona göre oldukça az olup yapıştırıcı malzeme ve agrega karışımının silindirle
sıkıştırılması ile kohezyonu sağlanan bir malzemedir. Metreküp beton içerisinde su
miktarı genelde 100 kg´dan daha az olarak tasarlanır. Çimento miktarı (pozolan
harici) 70-80 kg/m3´den 200-250kg/m3e çıkarılabilir. Pozolan malzemenin yapıştırıcı
olarak kullanılması genelde termal ısı salınımının azaltılması açısından tercih
edilmekte olup 50-250 kg/m3 arası pozolan bu tip karışımlarda kullanılmıştır.
Silindirle sıkıştırılmış betonun özellikleri geleneksel betondan oldukça farklıdır. Bu
malzemenin özellikleri agrega özelliklerine bağlı olarak ciddi değişim gösterir.
Konvansiyonel bir imalat için yapılan karışım için dayanım ve egzotermik özellikler
kullanılan çimentonun karışımı ve özelliklerine bağlı olarak yüksek doğruluk oranı ile
tahmin edilebilecek durumda iken silindirle sıkıştırılmış beton için bu tahmin yetersiz
kalabilir. Agrega özelliklerine bağlı olarak benzer karışım oranlarına sahip olan bir
malzemenin elastisite modülü GKB´ye göre SSB´de çok daha farklı elde edilebilir.
Termal hacim değiştirme katsayısı 7 ve 14 e-6/Co (USACE, 2000), dayanımda 11 ila
51 MPa arası değişebilir (ACI, 1999). Bu verilerin imalat sonrasında da zaman
içerisinde de değiştikleri düşünülürse silindirle sıkıştırılmış beton malzemesinin
konvansiyonel beton gibi değerlendirilmemesi gerektiği ortaya çıkmaktadır.
Beton Dayanımı: GKB ve SSB dayanımı döküm anından itibaren kimyasal reaksiyon
sonucu ile artar. GKB dayanımı SSB´ye göre çok daha hızlı olarak almaktadır. SSB
malzemede dayanım alma süreci çok daha uzun süreye yayılacak olup 180-360
güne kadar dahi dayanımın ciddi miktarda artması beklenebilir. Dolayısı ile bu
malzemelerin yapım sürecine termal gerilme kontrollerine dayanım kazanma
davranışları yansıtılmalıdır. Şekil 6.1’de dayanımını hızlı kazanan konvansiyonel
BETON BARAJLAR 60 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 beton ve yavaş kazanan SSB tipi iki malzeme için örnek iki dayanım kazanma eğrisi
sunulmaktadır.
4
Cekme Muk.[MPa]
Cekme Muk.[MPa]
2
1.5
1
0.5
0
0
20
40
60
3
2
1
0
80
0
20
Zaman [Gun]
Şekil 6.1
40
60
80
Zaman [Gun]
Çekme Dayanımı Zamana Göre Değişimi
Çekme dayanımının zamana göre değişimi için yapılan deneyler istatistiksel baz
oluşturmayacak düzeyde azdır. Dolayısı ile çekme dayanımının zamana göre
değişimi için karışım tasarımı esnasında çekme deneyleri gerçekleştirilmelidir.
Beton Sıcaklığının Zamana Bağlı Artışı: GKB ve SSB´nin ısı salınım özellikleri ciddi
derecede farklıdır. Isı salınım özelliği kullanılan çimentonun içerdiği pozolan
miktarına göre de değişecektir. Dayanımını yavaş alan SSB karışımlarında sıcaklık
artışı uzun süre sürebilir. KKB´de ise bu salınım daha hızlı olacaktır. KKB ve SSB
için salınım farkları Şekil 6.2’de görülebilir.
20
10
0
Şekil 6.2
BETON BARAJLAR 30
Sicaklik [Der.]
Sicaklik [Der.]
30
0
20
40
60
80
20
10
0
0
20
40
60
Zaman [Gun]
Zaman [Gun]
(a) SSB
(b) GKB
80
SSB ve GKB için ısı salınımı farkları
61 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Betonda hidratasyon esnasında sıcaklık artışı 1) adiyabatik ortamda sıcaklık
artışının
tespit
edilmesi
veya
2)
kimyasal
reaksiyonun
modellenmesi
ile
simülasyonlara yansıtılabilir. Kimyasal özelliklerle betonun sıcaklık artış grafiğinin
elde edilmesi daha detaylı parametrelere ve testlere gerekmektedir. Adiyabatik
sıcaklık salınımı ölçümü ise kullanılacak karışımın adiyabatik veya yarı-adiyabatik
olarak test edilmesi ile elde edilebilir.
Beton Çekme Birim Uzama Kapasitesi: Beton yapılar çekme gerilmelerine veya
deformasyon istemlerine sınırlı olarak karşılık verebilir. Dolayısı ile çatlamayı
sağlayacak olan istemler bu sınırlı dayanımın üstünde kalacak istemlerdir. Betonun
çekme birim uzama kapasitesinin bulunması için 3, 7, 28 ve/veya daha fazla yaşlı
beton kirişler için yavaş ve hızlı yükleme durumları kullanılarak testler yapılabilir
(Houghton, 1976). Yavaş yükleme deneylerinde yedinci (7) günde yüklenen ve 90
günde göçen numunelerde birim uzama kapasitesi 88 ila 237ϻϵ olarak elde
edilmiştir. Yedinci günde hızlı yükleme yapılan numunelerde ise kapasite yavaş
yükleme durumuna göre oldukça azdır (40 ila105 ϻϵ ). Doksanıncı günde yapılan
hızlı yükleme deneylerinde ise 73-136 ϻϵ birim uzama kapasiteleri elde edilmiştir.
USACE (1997) iki kapasite arasında averaj 1.4 faktörünün yükleme zamanından
bağımsız olarak kullanılabileceğini belirtmektedir.
Dış sıcaklık: Çevresel ölçümler yapının inşası sırasında termal durumu etkileyecek
faktörlerin belirlenmesi için kullanılır. Çeşitli ölçümler gerekebilir. Birinci derece
analizde örnek olarak sadece averaj aylık sıcaklık gerekmektedir. İkinci ve üçüncü
derece analizlerde ise günlük averaj sıcaklık, ekstrem sıcaklık durumu yaratabilecek
soğuk dalgaları, mevkide yapının maruz kalacağı rüzgar hızı, rezervuar sıcaklığı gibi
etmenlerin ölçülmesi gerekebilir. Şekil 6.3’te örnek bir günlük sıcaklık grafiği yer
almaktadır.
BETON BARAJLAR 62 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Günlük Sıcaklık
30
25
20
15
10
5
0
-5 0
-10
-15
365
730
1095
1460
1825
2190
2555
2920
Zaman [gün]
Günlük Sıcaklık
(a) Günlük Sıcaklık (Marmara Bölgesinde bir mevkide)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
365
730
1095
1460
1825
2190
2555
2920
Zaman [gün]
(b) Günlük Sıcaklık (Akdeniz Bölgesinde bir mevkide)
Şekil 6.3
Mevkide 8 yıllık Averaj Günlük Sıcaklık (Meteoroloji İstasyonlarından)
GKB ve SSB yapımında termal koşulların belirlenmesi imalat planı için önemli rol
oynar. Yapının hızlı yapılması, içerisinde daha çok sıcaklık yığılmasına ve daha
uzun sürede soğumasına sebep olur. Yavaş yapılması ile termal gradyant
azaltılabilir, bununla birlikte yavaş yapılma durumunda ise beton istenmeyen hava
şartlarına (çok sıcakta ve ya çok soğukta döküm, soğuk şokları, vs...) maruz
kalabilir.
Termal analizler için önemli bir analiz girdisi imalat ile ilgili planlama koşullarıdır.
Birinci veya ikinci derece analizlerde bu girdi, kullanılacak katman döküm yüksekliği
ve döküm zamanıdır. Daha detaylı analizlerde ise günlük döküm miktarı kullanılarak
katmanların ne kadar hızlı yükseldiği, hangi anda tamamlandığı ve ne kadar hava
koşullarına maruz kaldığı modele yansıtılabilir.
BETON BARAJLAR 63 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 6.4
Analiz Yönteminin Seçilmesi
Birinci kademe analizler çatlama durumunun yapı için ciddi risk yaratmayacağı
küçük ölçekli yapıların (temeller, dipsavak, dolusavak yapıları, setler, nehir
santralleri) termal analizleri için kati olarak kullanılabilir. Yapı için çatlama riskinin
ciddi olduğu durumlarda ise bu analizler uygulama projeleri için sadece bir ön
tahmin olarak kullanılmalı imalat sürecinde kullanılmamalıdır.
İkinci ve üçüncü kademe analizler girdi bilgisi oldukça fazla olan analizlerdir. Bu
analizlerde beton ve çevre özellikleri için kullanılacak girdi bilgilerinin derlenmesi için
birçok ölçüm ve deney yapılması gerekebilir. Dolayısıyla bu analizler sonucunda
gerçekçi sonuçların elde edilebilmesi için ciddi bir deney ve ölçüm planı
gerekmektedir.
Bu
tip
ölçümlerin
büyük
bölümünün
inşaat
mevkisindeki
bilinmeyenlere bağlı olması nedeni ile bu tip analizlerin inşaat safhasının başında
yapılması daha gerçekçi olacaktır. Mevkideki sıcaklıklar, döküm koşulları, imalat
planı, aggrega durumu ve stoklama koşulları, rüzgar hızı ve güneş ışınlarına açıklık
gibi koşulların belirlenmesi ile bu analizler uygulama sürecinin başında şantiye
kurulması aşamasında gerçekleştirilmelidir. Bu süreç dışında projelendirme
aşamasında bu analizlerin gerçekleştirilmesi imalat koşullarına ve gereksinimlerine
bir ön yaklaşım olup projelendirme sırasında gerçekleştirilmesi ancak bir ön hazırlık
niteliğinde olabilir.
Çok önemli büyük hacimli ağırlık barajı ve kemer baraj tasarımlarında yapısal analizi
ciddi miktarda etkileyebileceği için projelendirme aşamasında ikinci ve üçüncü
kademe analizlerin yapılması gerekmektedir.
6.5
Kütle Betonda Çatlak Kontrolü
Termal çatlamayı önlemenin en önemli yolu beton yerleştirme ısısını düşürmektir.
Bunun dışında derz sayısı arttırılarak da termal genişleme-kısalmaların yapı üstünde
çatlamaya yol açması önlenebilir. Büyük, masif beton yapılarda karışım tasarımının
ve malzeme seçiminin termal çatlamayı azaltacak şekilde yapılması, soğutma
sistemi tesis edilmesi veya izolasyon vb. başka önlemler alınması için harcanacak
zaman ve para sarfiyatını azaltacaktır.
GKB için ısı kontrol yöntemleri, döküm sıcaklığını düşürme, gece dökme, dökme
periyotlarını düzenleme ve karışım tasarımı ile gerçekleştirilebilir. Bunun yanında
GKB için agrega stoklarında ön soğutma veya soğuk su ile betonun imal edilmesi de
BETON BARAJLAR 64 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 sıcaklığı düşürebilir. Sonradan borular ile yapılan soğutma da GKB sistemlerde sık
kullanılan ancak maliyetli ve yavaş olabilen bir yöntemdir.
SSB malzemesi için de GKB´da olduğu gibi termal çatlama azaltılması, döküm
ısısını düşürme, gece dökme, dökme periyotlarının ayarlanması, düşük hidratasyon
ısılı karışım tasarımı yapılması ile mümkündür. SSB için karışım suyunun sıcaklığını
düşürerek döküm ısısı azaltmak mümkün değildir. Zira karışımın sıcaklığını asıl
belirleyen stoklanan aggrega sıcaklığı olmaktadır. Çok gerekli durumlarda sıvı
nitrojen ile karışım hazırlanarak döküm sıcaklığı azaltılabilir. Aggrega sıcaklığının
azaltılması için soğutulmuş depolarda direk güneş temasından uzakta stoklama
yapılabilir.
BETON BARAJLAR 65 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 7.
BETON BARAJ ÖLÇÜM SİSTEMLERİ
Beton barajlarda ölçüm sistemleri öncelikle baraj davranışını izlemek ve olası
sıradışı gelişmeleri önceden belirleyebilmek için kullanılır. Sıradışı davranış
sınırlarının
tamir/renovasyon
ve/veya
acil
eylem
kararlarının
alınması
için
belirlenmesi önemlidir. Ölçüm sistemleri genel anlamda deplasman izleme ve sızma
miktarını belirlemek üzerine kurulacaktır. Bu iki davranış parametresinde de normal
davranışın dışında elde edilecek varyasyonlar baraj davranışını menfi yönde
etkileyen bir etmen olduğunu gösterebilir. Bununla birlikte hem deplasman hem
sızma davranışının mevsimsel olarak değiştiği ve yıl içinde değişen bir trend ile
davrandığı
unutulmamalıdır.
Trend
dışı
davranışlar
mevsimsel
olarak
da
düşünülmeli, mevsimsel averaj davranışın dışında oluşan varyasyonlar dikkatle
incelenmelidir.
7.1
Deplasman Ölçümleri
Baraj gövdesinin deplasman davranışını belirlemek için ölçüm röperleri, derz
ölçerler, dikey gezler, tiltmetreler veya GPS tabanlı ölçüm üniteleri kullanılabilir.
Aşağıda bu ölçüm üniteleri detaylandırılmaktadır.
Röperler: Manuel olarak ölçüm gerektiren röper noktaları barajın mansap tarafına
dikey ve yatay hatlar boyunca yerleştirilir. Deplasmanların belirlenmesi için bir ekip
tarafından aralıklarla ölçüm yapılması gerekir. Dolayısı ile özellikle uzak bölgelerde
yer alan, kötü hava koşullarına sahip bölgeler için uygun tercih olmayabilir.
Derz Ölçerler: Barajların büzülme derzlerinde açılmanın miktarının ölçülmesi için
kullanılır. Özellikle kış aylarında artacak olan bu açılmalar yaz aylarında azalacaktır.
Dikey Gezler: Anolar halinde yapılan barajlarda anonun rotasyon miktarı dikey
gezlerle belirlenebilir. Bu gezlerin içerisinde genelde ters sarkaç tipi bir ölçüm cihazı
kullanılır.
Tiltmetreler: Bu ölçüm cihazları da anoların rotasyonlarını belirlemek için
kullanılabilir.
GPS Tabanlı Ölçümler: GPS bazlı üniteler, GPS uydularından üçgenleme ile yer
üstündeki noktaların deplasmanını belirlemek için kullanılabilir. Yüksek doğrulukla
(+-1-2mm) ölçüm yapan sistemler oldukça maliyetlidir. Bununla birlikte devamlı bilgi
akışı ve insansız bilgi toplama opsiyonu sağlamaları da bu sistemlerin avantajlarıdır.
BETON BARAJLAR 66 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Bu yöntemlerin dışında lazer veya fotogrammatik yöntemlerle ‘çok doğru’
deplasman ölçümleri yapılabilir. Bu yöntemlerin çok önemli olarak nitelendirilen
ve/veya davranış problemi olan barajların izlenmesinde kullanılması önerilir.
7.2
Sızma Ölçümleri
Barajlarda sızma davranışı gerek dikey büzülme derzlerinde, gerekse de SSB
sistemlerde yatay soğuk derzlerde oluşabilecek problemleri belirlemek ve trend dışı
davranışları anlamak için kullanılabilir. Sızma davranışı periyodiktir, yaz ayları ve kış
aylarında değişik sızma ölçülür. Barajın rezervuar dolumda en yüksek seviyelerde
izlenecek olan sızmanın zamanla azalması ve stabil bir düzeye inmesi beklenir.
Mevsimsel olarak bu stabil düzeyin üstünde gözlenen davranışlar suyun sızma
yolunu değiştirecek şekilde baraj yapısal durumunu değiştirdiğini gösterebilir. Bu
açıdan dikkatle incelenmelidir. V-ağızlı savaklar sızmanın izlenmesi ve otomatik bilgi
toplanması için en etkin yöntemdir.
Barajlarda su tutma problemi yaratabilecek temel sızmalarını izlemek ve sızma
perdesinin etkinliğini belirlemek için temellerde piezometrik ölçümler de yapılmalıdır.
Bir kaç kesitte, memba, baraj gövdesi hizası ve mansap olarak değişik yönlerde
yapılacak bu ölçümler ile temelde sızma problemi oluşması durumunda bu sızmanın
sebebini oluşturan temel bölgesi etkin olarak belirlenebilir. Bir çok barajda bu
bölgeye enjeksiyon ile ulaşılarak sızma durdurulabilir.
7.3
Diğer Ölçümler
Barajlarda ivme ölçüm sistemleri baraj yapısının deprem hareketi sırasında ne
seviyede sarsıntı geçirdiğini anlamak açısından gereklidir. Baraj ölçüm sistemlerinde
en azından üç mevkide, zemin seviyesi, kret ve arazide ana kaya üstünde olmak
üzere bir ivme ölçer şebekesi kurulmalıdır. Barajın tasarım depremine göre ne
derecede yüklendiğinin belirlenmesi hızlı tepki verilmesi ve/veya daha detaylı
inceleme konusunda karar verilmesi konusunda işleticiye bilgi sağlayacaktır.
Bu kritik ölçüm sistemleri dışında gerek işletim sırasında bilgi toplamak gerekse de
tasarımı doğrulamak için beton barajlarda birçok başka değerler de ölçülür. Aşağıda
bu ölçüm üniteleri konusunda bilgi yer almaktadır:
Termometre: Rezervuar sıcaklığını ölçmek için termometreler kullanılabilir.
BETON BARAJLAR 67 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Termometre/Termokapl: Baraj gövdesinde yüzeyde ve içerde sıcaklık ölçümü
yapılması için kullanılır. Özellikle sert hava koşullarına, ve yüksek sıcaklık
değişimlerine maruz kalacağı düşünülen barajlarda sıcaklık farklarının incelenmesi
termal çatlakların oluşup oluşmayacağını belirlemek için kullanılabilir. Genel
anlamda çok yüksek veya çok düşük derecelerde yapılan barajlarda termal
davranışı izlemek, çatlamayı önlemek ve bunun için önlem almak için yapım
aşamalarında kullanılır.
Su Seviyesi Ölçer: Rezervuar seviyesini belirlemek için kullanılır.
Toplam Basınç Ölçer: Çeşitli kesitlerde ve çeşitli seviyelerde gövdede oluşan
basınç değerleri ölçülebilir. Tasarım verilerinin ve/veya yapılması gereken analizlerin
doğrulanması için kullanılır.
Birim Uzama Ölçerler: Gövdedeki birim uzamaların gövdede oluşabilecek çatlama
bölgelerini belirlemek açısından ölçülmesi gerekmektedir Birim uzama ölçerleri
koymak için önerilecek yerler işletme ve deprem sırasında olası açılma
gerilmelerinin beklendiği noktalardır. Elektrikli ya da titreşen telli birim uzama ölçerler
ya da mekanik ölçerler uzamaların kritik noktalarda ölçülmesi için kullanılabilir.
7.4
Ölçüm Sistemleri İşletimi
Kritik değişimlerin hızlı farkedilmesi için bütün ölçümlerde otomasyona gidilmesi
önerilmektedir. Uzak merkezlerden izleme yapılması için bütün ölçüm aletlerinde
otomatik data okunması ve iletiminin yapılması önerilmektedir. Ölçer ve otomasyon
sistemlerinin manuel ölçüm ve bakıma en az ihtiyaç duyacak şekilde seçilmesi
yararlı olacaktır.
Kalibrasyon konusunda ölçüm aletleri üzerine ekstra dikkat gösterilmelidir.
Kalibrasyon dokümanları ve alet bağlantı bilgileri, okuma sistemi detayları kurucu
şirket tarafından hesap dokümanları/çizimler ve ilk okumalar seti olarak işleticiye
aktarılmalı, baraj işletmesinde, DSİ Bölge Müdürlüğünde ve Genel Müdürlükte
olacak şekilde üç kopya olarak hazırlanmalıdır. Bu bilgilere doğacak ihtiyacın barajın
işletiminin başlamasından onlarca yıl sonra olabileceği unutulmamalı, sistemi kurma
ve işletme ile ilgili tecrübesi olmayacak bir inşaat mühendisinin anlayabileceği
basitlikte hazırlanmalıdır.
BETON BARAJLAR 68 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Ölçüm sistemlerinden otomatik bilgi toplanması yapılmıyorsa periyodik olarak ölçüm
sistemlerinin fonksiyonelliği kontrol edilmelidir. Yılda iki defa bu kontrollerin
yapılması önerilir. Kontrol sırasında aletin etkinliği dışında bilgi okuma sisteminin
çalışırlığı ve kalibrasyona uygunluğu da kontrol edilmelidir. Aletlerin güç kaynakları
da kontrol edilmelidir.
Son olarak, ölçüm sistemlerinin baraj gövdesine kurulmasında izlenen prosedürlerin
son derece önemli olduğunun altını çizmek gerekmektedir. İyi ihtimalde kötü
kurulum sonucu çalışamayacak olan bu ölçüm aletleri, daha kötü şartlarda baraj
performansını etkileyebilir; sızma, lokal çatlamalar gibi durumlara sebep olabilir.
Ölçüm aletlerinin kurulum prosedürleri dikkatli şekilde planlanmali ve bu prosedürler
aletlerin RCC barajlar üzerinde kurulması üzerinde tecrübeli mühendisleri tarafından
kontrol edilmelidir. Kurulum, barajlarda bu gibi sistemlerin kurulmasında tecrübeli
personel tarafından gerçekleştirilmelidir. (ASCE, 2000)
7.5
Ölçüm Bilgisi Kullanımı ve Acil Eylem Planı
Baraj üzerinde yapılan ölçümler daha önce de belirtildiği gibi sıradan olmayan
davranışın belirlenmesi için kullanılır. Sıradan olmayan davranışın bir sistem için
belirlenmesinde
iki
değişik
akım
mevcuttur.
Uygulama
çizimlerine
göre
modelleme/simülasyon ile davranış limitlerinin belirlenmesi son yıllarda önemli
sistemler için öne çıkmaktadır. Rezervuar dolumunun ardından yapılacak ilk
ölçümlerle doğrulanacak bu simülasyon ile hangi deplasman/sızma durumlarının
yapı için sıradan davranışın dışında olarak değerlendirilip daha detaylı bir
incelemeye gidilmesine yol açacağı belirlenebilir.
Diğer bir yöntem ise ilk yıllarda ölçümlerin çok sık alınarak baraj davranışı ve
mevsimsel özellikleri hakkında bilgi toplanmasıdır. Sıradan olmayan davranış
sınırları bu ölçümlere göre niteliksel veya niceliksel olarak belirlenebilir.
Sıradan olmayan davranışın belirlenmesi baraj acil eylem planları geliştirilmesi,
baraj göçmesi planları yapılması ve mansap kısmında önlem sistemi kurulması ile
ilgilidir. Sıradan olmayan davranışın belirlenmesi sonucu mansapta alınacak
önlemler ile rezervuar boşalması ya da sel nedeni ile oluşacak can kayıpları ciddi
olarak azaltılabilir. Acil eylem planlarının ölçümler ve modelleme eşliğinde
hazırlanması, baraj işletmesi ve acil eylem durumları için personel eğitimi, ölçüm
sistemleri ve işletme mekanizmasının bütünleştirilmesi acil durum eylemleri için çok
önemlidir.
BETON BARAJLAR 69 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 Barajlar için acil eylem planı işletme aşamasından önce teorik modelleme ve
beklenen ölçüm değerleri/ simülasyonlara göre hazırlanmalıdır. Modelleme ve baraj
üstünde toplanan bilgiler ile baraj işletmesinin 3 yıl ardından acil eylem planı
yeniden değerlendirilmeli, sıradan olmayan davranışların sınırları belirlenmelidir. Bu
bilgiler ve baraja özel davranışın daha iyi anlaşılması ile izleme sisteminde
revizyonlar yapılabilir. Bu tip toplantıların 3-5 yıl aralıklarla yapılması ile baraj
davranışı konusunda bilgiler yenilenir ve acil eylem planı yeniden değerlendirilir.
Ölçüm Sistemleri İçin Referans:
ASCE Task Committee, 2000. Guidelines for Instrumentation and Measurements for
Monitoring Dam Performance.
BETON BARAJLAR 70 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 REFERANSLAR

Abdo, F. (2008). Roller-Compacted-Concrete Dams: Design and Construction Trends.
2008-11-01, http://www.hydroworld.com.

American Concrete Institute (ACI 207.5R-99). (1999). Roller-Compacted Mass Concrete.
Farmington Hills, MI.

Arici, Y., Binici, B., Aldemir, A. (2012). Comparisons of Expected Damage Patterns from
Two and Three Dimensional Nonlinear Dynamic Analyses of an RCC Dam, Structure
and Infrastructure Engineering, Kabul Edildi.

Bouaanani, N. ve Lu, F.Y. (2008). Assesment of Potential Based Fluid Finite Elements
for Seismic Analysis of Dam-Reservoir Systems, Computers and Structures, 87(3), 206224.

Canadian Dam Safety Association (CDSA). (1997). Dam Safety Guidelines. Edmonton,
Alberta.

Cannon, R. W. (1974). Compaction of Mass Concrete with Vibratory Roller, ACI Journal,
71(10), pp. 506-513.

Cannon, R.W. (1972). Concrete Dam Construction Using Earth Compaction Methods,
Proceedings, Conf. on Economical Construction of Concrete Dams, ASCE, New York,
pp. 143-152.

Cao, Z. Yoshida, M. Ariga, Y., Watanabe, H. (2000). Evaluation of The Radiation
Damping In Dam-Foundation System. 12th World Conference on Earthquake
Engineering, Auckland, NZ.

Chakrabarti, P. ve Chopra, A.K. (1974). Hydrodynamic Effects in Earthquake Response
of Gravity Dams. ASCE, Journal of Structural Divison, 100(6), 1211-1224.

Chopra, A. K. (1966). Hydrodynamic Pressures on Dams During Earthquakes. Report
No. UCB/EERC-66/2-A, Earthquake Engineering Research Center, University of
California, Berkeley, Calif., 48 p.

Chopra, A.K. (2006). Dynamics of Structures, Prentice Hall, NJ.

Chopra, A.K. (2012). Earthquake Analysis of Arch Dams: Factors to be Considered.
ASCE, Journal of Structural Engineering, 138 (2), 205-214.

Chuhan, F., Feng, J. Seismic Safety Evaluation Of High Concrete Dams Part I: State Of
The Art Design And Research. The 14th World Conference on Earthquake Engineering,
Beijing, China.

Chuhan, Z. Feng, J., Jianwen, P. Yuchuan, L. (2008). Seismic Safety Evaluation Of High
Concrete Dams Part Ii: Earthquake Behavior Of Arch Dams: Case Study. The 14th World
Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China.

Chuhan, Z. Guanglun, W., Shaomin, W., Yuexing, D. (2002). Experimental Tests of
Rolled Compacted Concrete and Nonlinear Fracture Analysis of Rolled Compacted
Concrete Dams. ASCE, Journal of Materials in Civil Engineering, 14(2), pp. 108-115.
BETON BARAJLAR 71 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 
Chuhan, Z., Jianwen, P., ve Jinteng, W. (2009). Influence Of Seismic Input Mechanisms
And Radiation Damping On Arch Dam Response. Soil Dynamics and Earthquake
Engineering, 29, pp. 1282-1293.

Clough R.W. ve Penzien J. (1975). Dynamics of Structures, McGraw Hill Co. OH.

Dewey, R.R., Reich, R.W., Saouma, V.E. (1994). Uplift Modeling for Fracture Mechanics
Analysis of Concrete Dams. 120(12), pp. 3025-3044.

Dominguez, J., Maeso, O. Earthquake Analysis of Arch Dams II: Dam-Water-Foundation
Interaction, ASCE, Journal of Engineering Mechanics, 119(3), 513-530.

Fenves, G., and Chopra, A. K. (1984). Earthquake Analysis and Response of Concrete
Gravity Dams. Report No. UCB/EERC-84/10, Earthquake Engineering Research Center,
University of California, Berkeley, Calif., 236 p.

Fenves, G., and Chopra, A. K. (1986). Simplified Analysis for Earthquake Resistant
Design of Concrete Gravity dams. Report No. UCB/EERC-85/10, Earthquake
Engineering Research Center, University of California, Berkeley, Calif., 141 p.

Ghanaat, Y. (2004). Failure Modes Approach to Safety Evaluation of Dams, 13th World
Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, CA.

Harris, D.W., Mohorovic, C.E., and Dolen, T. Dynamic Properties of Mass Concrete
Obtained from Dam Cores. ACI Materials Journal, 81(2), pp. 290-296.

Japanese Society of Civil Engineers. (1999). Japan Concrete Specification, JSCE Tech.
Rep.

Javanmardi, F. (2003). Seismic Water-Crack Interaction in Gravity Dams: Experimental
Study and Numerical Simulations, Ph.D. Dissertation, Universite De Montreal, Canada.

Javanmardi, F., Leger, P., Tinawi, R. (2005). Seismic Structural Stability of Concrete
Gravity Dams Considering Transient Uplift Pressures in Cracks, Engineering Structures,
27, 616-628.

Kuo, J.S. (1982). Fluid Structure Interactions: Added Mass Computations for
Incompressible Fluid, Report No. UCB/EERC-82/09, Earthquake Engineering Research
Center, University of California, Berkeley, Calif., 126 p.

Leger, P. Leclerc, M. (1996). Evaluation of Earthquake Ground Motions to Predict
Cracking Response of Gravity Dams, Engineering Structures, 18(3), pp 227-239.

Ling, Chang-Yu ve Tassoulas, J.L. (1987). Three Dimensional Dynamic Analysis of
Dam-Water Sediment Systems, ASCE, Journal of Engineering Mechanics, pp. 19451958.

Lotfi, V., Roesset, J.M., Tassoulas, J.L. (1987). A Technique for the Analysis of the
Response of Dams to Earthquakes, Earthquake Engineering and Structural Dynamics,
15(4), pp. 463-490.

MacGregor, J.G. (1997). Reinfoced Concrete Mechanics and Design. Prentice Hall, NJ.

Medina, F., Dominguez, J. ve Tassoulas, J.L. (1990). Response of Dams Including
Effects of Sediments, 116(11), 3108-3121.
BETON BARAJLAR 72 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 
Proulx, J, Paultre, P. (1997). Experimental and Numerical Investigation of
Dam Reservoir Foundation Interaction For A Large Gravity Dam. Canadian Journal of
Civil Engineering, 24, pp. 90-105.

Proulx, J., Darbre, G.R., Kamileris, N. (2004). Analytical And Experimental Investigation
Of Damping In Arch Dams Based On Recorded Earthquakes. 15th World Conference on
Earthquake Engineering, Lisbon, Portugal.

Raphael, J.M. (1971). The Optimum Gravity Dam, Proceedings, Conf. on Rapid
Construction of Concrete Dams, ASCE, New York, pp. 221-247.

Raphael, J.M. (1984). Tensile Strength of Concrete. ACI Journal, 81(2), pp. 158-165.

Tan, H. ve Chopra, A.K. (1995). Earthquake Analysis and Response of Concrete Arch
Dams. UC Berkeley, UCB/EERC-95/07, 173 p.

U.S. Army Corps of Engineers (USACE). (1994). Arch Dam Design. Engineering
Manuals, EM 1110-2-2201.

U.S. Army Corps of Engineers (USACE). (1995). Seismic Design Provisions for Roller
Compacted Concrete Dams. Engineering Pamphlets, EP 1110-2-12.

U.S. Army Corps of Engineers (USACE). (2003). Time-History Dynamic Analysis of
Concrete Hydraulic Structures, Engineering Manuals, EM 1110-2-6051.

U.S. Army Corps of Engineers (USACE). (2007). Earthquake Design and Evaluation of
Concrete Hydraulic Structures, Engineering Manuals, EM 1110-2-6053.

US Department of Interior Bureau of Reclamation (1977). Design Criteria for Concrete
Arch and Gravity Dams, EM-19, CO.

US Department of Interior Bureau of Reclamation (1987). Design of Small Dams, 3RD
Ed., CO.

Weiland, M. (2012). Seismic Design and Performance Criteria for Large Storage Dams,
15th World Conference on Earthquake Engineering, Lisbon, Portugal.

Westergaard, H.M. (1933) Water Pressures on Dams during Earthquakes, Trans.
ASCE, 98, 418–434.

Xie, H. ve Chen, Y. (2005). Influence of the Different Pipe Cooling Scheme on
Temperature Distribution in RCC Arch Dams. Commun. Numer. Meth. Engng., 21, 769778.

Yang, R., Tsai, C.S. Lee, G.C. (1996). Prcedure for Time Domain Seismic Analyses of
Concrete Dams, ASCE, Journal of Structural Engineering, 122(2), 116-122.

Scuero, A., Vaschetti, G.L., 2010. “The New ICOLD Bulletin on Impervious
Geomembranes for Dams” , ICOLD Bulletin in Review, ICOLD,

Hall, R.F., Krumm, P., Allen, J.C., 2005. “ Remediation of RCC Dam Seepage Upper
Stillwater Dam Rehabilitation – Phase 1”, Technical Report Nicholson Cons. Company,
Cuddy, PA.

ICOLD, 2010. “ Geomembrane Sealing Systems for Dams”, Bulletin 135, ICOLD, Paris,
France.
BETON BARAJLAR 73 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012 
Papadopoulos, D. (2002). “Seepage evolution and underwater repairs at Platanovryssi”.
The International Journal on Hydropower & Dams, Vol. 9, Issue 6.

USACE, 2000. “ Roller-Compacted Concrete”, Engineering and Design Manual, EM
1110-2-2006, US Army Corps of Engineers, Washington D.C., USA.

USACE, 1997. “ Thermal Studies of Mass Concrete Structures ”, Engineering Technical
Letter ETL 1110-2-542, US Army Corps of Engineers, Washington D.C., USA.

ACI, 1999. “Roller-Compacted Mass Concrete”, ACI Committee Report 207.5R-99.

ACI, 2003. “ Guide to Thermal Properties of Concrete and Masonry Systems” ACI
Committee Report 122R-02.

Houghton, D. L. 1976. “Determining Tensile Strain Capacity of Mass Concrete.” ACI
Journal Proceedings, Vol 73, No. 12, 1976, pp 691-700.
BETON BARAJLAR 74