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