Baraj Emniyeti İçin Zemin Deneyi

Mühendisler ve müteahhitler geçmişte kazandıkları bilgi ve deneyimleri, barajların planlanması ve yapımına uygulamalarına rağmen, yine de zamanımızda yapılmakta olan barajların küçük bir yüzdesi halâ yıkılmaktadır. Yıkım sonucu oluşan sel baskınları, çok sayıda insanın ölümüne ve milyonlarca liralık maddi zararın meydana  gelmesine   neden  olmaktadır.
Arizona’daki dolgu tip bir barajın çevresinde meydana gelen borulanma, olayı barajın yıkılmasına neden olmuştur.
Norveç’deki bir barajın temelindeki morenlerde meydana gelen bir çatlama o barajın yıkılmasına   neden   olmuştur.
Fransa’da İnce ve yüksek bir kemer baraj, temeldeki ince bir kil tabakasının kaya gereci gibi   kabul   edilmesi   nedeniyle yıkılmıştır.
Son zamanlardaki örnekler, barajların yıkılma nedenlerinin emniyetsiz temeller veya hatalı temellerde  meydana gelen  problemler olduğunu göstermektedir.
Gelecekteki baraj yıkılmalarını önlemek için neler yapılmalıdır? Bunun bir yanıtı baraj temelinin jeolojik ve jeofizik yöntemlerle ayrıntılı olarak incelenmesi ve temel zeminin Özelliklerinin sahada ve laboratuvarda ayrıntılı olarak, deneylerle saptanmasıdır.

ÜZERİNE  BARAJ YAPILABİLECEK YERLERİN ARAŞTIRILMASI

Arazi deneylerine başlamadan Önce, nehirleri ve baraj yerlerini kapsayan haritalar, hava fotoğrafları ve jeolojik araştırma raporları incelenmelidir. Baraj yeri olasılığı olan yerlerin bu şekilde önceden araştırılması, parasal açıdan bir tasarruf sağladığı gibi, bazen de arazide yapılması gerekli araştırma çalışmalarını gerektirmeyebilir.
İnşaat Mühendisine, araştırma kuyularının yerleri, yükseltileri, kaya mostraları, zeminin aşınma  özellikleri  ve   arazinin   morfolojisi   hakkında bilgi sağlamak için topografik ve jeolojik haritaların bulunması zorunludur. Jeolojik haritalar, baraj temeli ve etrafındaki alanların altındaki kayaları ve yapıları gösterirler.
Hava fotoğrafları, bazen arazinin incelenmesi ve numune alınacak olan yerlerin belirtilmesi için kullanılır. Hava fotoğrafları, arazide iken daima gözlenemeyen arazi şekilleri, eklem sistemleri, heyelanları, faz zonlarını ve yapısal özellikleri tespit etmeğe yardım ederler. Avustralya’daki bir dolgu barajının sahasının hava fotoğrafları, orada zayıflık zonlarının varlığına veya daha önceden hiçbir faylanma gözlenmeyen bir yerde derin ayrışma zonunun olabileceğine işaret etmiştir.

Planlama için harita ve foîografik bilgiler lüzumlu olmasına rağmen bu bilgiler daima doğru olmıyabilir, Meselâ, Güneybatı İrlanda’da yapılması planlanan bir kemer baraj için fotografik haritaların göstermiş olduğu en İyi baraj temeli sahası, daha sonra arazide yapılan çalışmaların sonunda, temelin sol sahilinde 22.000 m3 lük kaya bloklarının varlığını ortaya çıkarmıştır. Bu çalışmanın sonunda temel sahası nehrin akış yönünde, aşağıda bir yere kaydırılmıştır. Yer seçimi, özellikle yapılabilirlik ve kesin proje ihale aşamalarında yaparken; arazi çalışmalarının yerine hiçbir zamana hava fotoğrafları ve haritalar tek başlarına  kullanılmamalıdırlar.

ZEMİNİN SINIFLANDIRILMASI

Baraj temelindeki zeminin mühendislik Özelliklerini belirtmek İçin zemin tipi hakkında bilgi edinmek gereklidir. Zeminin tane büyüklüğü, derecelenmesi ve şekli barajın temelinin direncini etkir.
Zemini sınıflandırmak için çeşitli gözlem ve elle yapılan arazi deneyleri kullanılabilinir. Zeminlerin gözle mukayesesini yaparak sınıflandırmak İçin çeşitli grafikler kullanılır. Kuru mukavemet ve toughness (dayanıklılık) deneyleri, 40 numaralı elek vé su kullanarak elle yapılabililnir.

LABORATUVAR  DENEYLERİ

Zeminin kesin olarak belirlenmesi İçin, bir çeşit mekanik deney olan Atteberg limitleri, arazidekl laboratuvarda saptanmalıdır. Bu deneyler, zeminin özelliklerinin yapıdaki su miktarına göre değişmelerini belirtir.
Zeminin sınıflandırılmasından sonra baraj sahasındaki zeminin mühendislik özelliklerini belirlemek İçin daha başka deneyler yapmak gereklidir. Zemin araştırmalarında kayma direnci geçirgenlik ve sıkışablllrlik olmak üzere üç deney kullanılmaktadır.

KAYMA DİRENCİ DENEYİ

Baraj sahasından alınan numuneler üzerinde yapılan kayma deneyleri, barajın arkasında toplanan suyun oluşturduğu ve baraj dolgusu ve granüler çekirdeğine etkiyen yatay basınca karşı yeterli bir kuvvetin oluşup oluşmayacağını sağlamaya yardımcı olur.
Direk kesme kutusu deneyinde, bir kare prizma kutu yatay olarak ikiye bölünmüştür. Kutu içersine yerleştirilen zemin belirli bir sabit yük altında tutulurken, kutunun bir yarısına gittikçe artmakta olan yatay bîr kuvvet uygulanır. Bu yatay kuvvet, numunenin, kutuyu İkiye bölen düzlemi boyunca kaymasına sebep olur. Değişik normal yükler altında birkaç adet deney yaparak, zeminin kayma ve normal gerilmeleri arasında bir bağıntı kurulabilinir.

Üç eksenli deneylerle de zeminin kayma direnci elde edilebilinir. Bu deneyde, silindirik bir zemin numunesi, ince bir lastik kılıf içersine yerleştirildikten sonra, deney hücresinin İçerisine yerleştirilir. Burada numuneye kontrollü bir yanal sıvı basıncı ve düşey yükleme basıncı uygulanır. Numune kırılıncaya kadar yük artırılır. Kırılma esnasındaki, ana asaj toplam gerilme, iç hücre basıncına ve asal toplam basınç farkına eşittir.

PERMEABILITE  DENEYİ

Arızona’da eski bir barajın zemininden sızan sular, barajın tepesinde 4.5 m’İlk genişlikte bir kraterin meydana gelmesine sebep olmuştur. Barajların projelendirilmesinde zeminin geçirgenliği mühendisleri İlgilendiren önemli sorunlardan birisidir.

Geçirgenlik, bir rezervuardan sızıntı yoluyla kayıp edilebilecek olan su miktarını etkiler, Zeminlerin geçirgenliğini ölçmek için sabit seviyeli ve düşen seviyeli perméabilité deneyleri yapılır.
Sabit seviyeli perméabilité deneyi, bir zaman süreci içersinde, uzunluğu ve alanı bilinen bir zemin numunesinden geçen suyun miktarını verir*. Deney esnasında su seviyesini sabit tutmak İçin su deposu devamlı olarak dolu tutulur. Bu tip deneyler, perméabilitési yüksek olan kohezyonsuz zeminler İçin  kullanılır.
Düşen seviyeli perméabilité deneyi, pek iyi geçirgen olmayan zeminlerin permeablliteslnl ölçmek için kullanılır. Bu deneyde, suyun zemin numunesinden akıp gitmesinden dolayı açık bir boruda meydana gelen seviye düşmesi oranı Ölçülür, Deneyi yapılan numunenin alanı, ve uzunluğu İle açık borunun alanı bilinmelidir, Deney, borudaki en az iki değişik su seviyesi için yapılmalıdır.

SIKIŞABİLİRLİK  DENEYLERİ

Zeminlerin sıkışabilirliği çeşitli laboratuvar deneyleriyle saptanabilir. Elde edilen değerler, barajların temellerinin oturmalarını tahmin etmeğe yardımcı olurlar.
Tek eksenli yükleme deneyinde, bir zemin numunesi, yatay destekleme olmaksızın dikey olarak yüklenir. Dikey deformasyon, bir gösterge ile gözlenebilinir,
Konsolîdasyon deneyleri zamana bağlı olarak zeminin oturma özelliklerini tesblt eder. Deney esnasında, zemin numunesi önceden tesblt olunan bir yük altında tutulur. Numunenin alt ve üst yüzeylerine gözenekli plakalar yerleştirilerek numunelerin deney esnasında drene olmaları sağlanır. Böylece belirli bir yük altında zamana bağlı olarak numunenin boyunda meydana gelen kısalmalar ölçülür.
Bir zemin numunesi, verilen bir yük altında tam konsolidasyona eriştiği zaman, numunenin üzerine daha fazla bir yük yerleştirilir ve yeni yük altında tüm konsolidasyona erişilinceye kadar okumalara devam edilir. Bu deney değişik yükler altında istenildiği kadar tekrarlanabilinir.

SADECE ZEMİN   DENEYLERİ YETERLİ   DEĞİL

Modern barajlar eskiden yapılmış bulunan barajlardan daha emniyetli bir şekilde yapılırlar. Niçin? Zamanla barajları yaparak kazanılan tecrübeler ve bilgiler yeni yapılan barajların yıkılmalarını azaltan bir faktördür.
Hiçbir baraj tamamen (% 100) yıkılmaz değildir. Temeldeki zemin üzerinde yapılan deneyler hiçbir zaman tekbaşlarına inşaat Mühendislerine temelle İlgili tüm bilgiyi veremezler. Baraj mühendisleri, ayrıntılı zemin deneylerinin yanrsıra temel altında kalan kısımları hendek, araştırma kuyuları, burgu sondajları rotarı sondajları, penetrasyon sondajları, sismik ve rezistivite   çalışmalarıyla  araştırmalıdırlar.
Baraj mühendisine, ayrıntılı bir temel etüdü ve zemin deneyinin kombinasyonu emniyetli ve vazifesini yerine getirebilen bîr baraj yapısının projesi dizaynı için gerekli veriler sağlayabilir.