Yumuşak zeminlere oturan dolgu barajların analizi

Abstract

Yumuşak zemin tabakaları üzerine inşa olunan toprak dolgular altında meydana gelecek oturmaların tahmin edilmesi ve kontrol altında tutulabilmesi geoteknik mühendisliğinde karşılaşılan önemli sorunlardan birini oluşturmaktadır. Toprak dolgu inşaasının temel zemininde drenajsız göçmeye karşı yeterli güvenliğe sahip olacak şekilde projelendirilmesi durumunda meydana gelecek oturmaların konsolidasyon teorisine göre hesaplanması mümkün olmaktadır. Temel zemininin taşıma gücünün yeterli olmaması durumunda sıkça başvurulan zemin önyükleme veya kademeli dolgu inşaası uygulamalarında, toplam ve farklı oturmaların zamana bağlı gelişimlerinin doğru tahmin edilmesi büyük önem taşımaktadır. İstanbul Alibey Barajı, 35 m'ye varan kalınlıkta yumuşak alüvyal kil tabakaları üzerinde yaklaşık 15 yıla yayılan kademeli dolgu yerleştirilmesi ile inşa edilmiş ve arazi ölçüm aletleri ile temel zemininde oluşan boşluk suyu basıncı değişimleri ve zemin hareketleri gözlem altında tutulmuştur. Alışılmışın dışında bir en kesite sahip olan bu toprak dolgu barajın menba ve mansap batardoları doğrudan temel zemini üzerine kademeli olarak yerleştirilmiş, baraj gövdesinin değişik kesitlerinde ise konsolidasyonu hızlandırmak için farklı aralıklarda düşey kum drenler kullanılmıştır. Bu çalışmada, baraj altında farklı kesitlerde temel zemininde meydana gelen oturmaların zamana bağlı gelişimi Terzaghi konsolidasyon teorisi kullanılarak hesaplanmıştır. Kademeli inşaat programına uygun olarak, öncelikle menba batardosu altında meydana gelen oturmalar hesaplanmış ve arazi ölçümleri ile karşılaştırılarak zemin özelliklerinin arazi davranışı ile uyumu sağlanmıştır. Daha sonra barajın diğer kesitlerinde meydana gelen oturmalar hesaplanarak yaklaşık 25 yıl süre ile tutulan arazi ölçümleri ile karşılaştırılmıştır. Alibey Barajı örneğinde olduğu gibi taşıma gücü yeterli olmayan yumuşak kohezyonlu zemin tabakaları üzerine inşa olunacak toprak dolgularda, önyükleme ve kademeli inşaat programlarının yapılmasında, arazi oturma ölçümlerine dayanan gerçekçi konsolidasyon analizlerinin gerekli olduğu doğrulanmıştır. Bu araştırmada, Alibey Barajı temel zemininde, kademeli dolgu inşaatından kaynaklanan gerilme artışları ve yer değiştirmeler zemin davranışının elastik ve elasto-plastik bünye denklemleri ile tanımlanması ile hesaplanmıştır. Sonlu elemanlar yönteminin kullanıldığı analizlerde, temel zemininin kademeli yükleme altında konsolidasyonu sonucu zemin özelliklerinde meydana gelen iyileşme de dikkate alınmıştır, öncelikle, inşaat programına uygun olarak, menba batardosu altında oluşan gerilme ve yer değiştirme dağılımları için elastik ve elasto-plastik analiz sonuçlan karşılaştırılmış ve arazi davranışı ile uyumu sağlanmıştır. Bu şekilde doğrulanan zemin özellikler kullanılarak ve kademeli dolgu inşaatına uygun olarak bütün baraj kesiti için temel zemininde oluşan gerilme ve yer değiştirmeler hesaplanmıştır. Analiz sonuçlan, dolgu yükü altındaki yüksek sıkışabilirliğe sahip yumuşak zeminlerde, düşük yük kademelerinde bile plastik bölgelerin oluştuğunu, bu yüzden bu tip zeminlerde elasto-plastik analiz yapılmasının daha uygun olacağını göstermiştir. Ayrıca kademeli dolgu inşaatı sırasında yumuşak zeminde meydana gelen konsolidasyon sonucu malzeme parametrelerindeki iyileşmenin hesaplara yansıtılmasının gerekli olduğu ve bunun barajın güvenli bir şekilde inşaası için uygulanan inşaat programının belirlenmesinde dikkate alınması gerektiği görülmüştür.