08_KemalOnderCetin_DavetliKonusmaci

Zemin Mekanii ve Temel Mhendislii Onbeinci Ulusal Kongresi 16 - 17 Ekim 2014, Orta Dou Teknik niversitesi, Ankara

DOLGU BARAJLAR N SSMK TASARIM VE PERFORMANS KRTERLER

SEISMIC DESIGN AND PERFORMANCE CRITERIA FOR EARTHFILL

AND ROCKFILL DAMS

Kemal nder ETN1

ABSTRACT Within the scope of this paper, seismic assessment stages followed during the design and performance assessments of earthfill and rockfill dams will be presented. Some of these stages involve i) seismic hazard assessments, ii) pseudo-static stability evaluations and the determination of seismic coefficient k, iii) allowable permanent deformations, which will be discussed herein, with the emphasis in similarities and differences in available national and international codes, regulations and guidelines. There exists a consensus regarding the selection of a 50 % probability of exceedance in 100 years hazard level for operation basis earthquake levels. The dam subjected to this shaking level is expected to behave elastically or almost elastically. However, for risk class "high" and "very high" dams, international codes suggest a seismic assessment which adopts a 10,000 year return period hazard level for safety evaluation earthquake, whereas national guideline only recommends a 2475 year return period level. This relatively unconservative selection is somewhat compensated later by the selection of a seismic coefficient k value in the range of 0.4-0.6, surprisingly independent of the failure block geometry, level of shaking, expected permanent damage, dam height and stiffness, etc. Recommendations are listed by the author to achieve unbiased combinations of these assessment parameter choices. As the concluding remark, consistent with international literature, 1.0-1.5 meters are judged to be acceptable permanent displacement levels, which are expected to not jeopardize the stability of the dam, as a general and crude guideline. Permanent displacements exceeding 3.0 meters can be concluded as large displacements which may trigger serious slope stability problems. It should be noted that at these large displacement levels, numerical assessment results in the form of permanent displacements may be unconservatively biased due to limitations in boundary conditions and constitutive models. The 1.5 to 3 meter range is defined as the gray zone, for which additional more sensitive analyses are required. These recommendations are consistent with current state of knowledge, however use of them as a unique decision making criterion without considering the characteristics of the dam, the site and safety evaluation earthquake scenario, is not recommended. Keywords: Earthfill and rockfill dams, probabilistic seismic hazard assessment, deterministic analysis, seismic coefficient, risk assessment of dams, design of dams 1 Prof. Dr., Orta Dou Teknik niversitesi naat Mhendislii Blm, [email protected]

57

ZET Bildiri kapsamnda dolgu barajlarn dinamik tasarmna ve performans analizlerine esas tekil eden deerlendirme aamalar zetlenmi olup, bu aamalardan i) sismik tehlike deerlendirmesi, ii) yar-statik durayllk analizleri ve bu analizlere esas sismik k katsaysnn seimi, iii) izin verilebilir kalc deplasman kriterleri konularnda mevcut ulusal ve uluslararas artnameler irdelenmi, uyumlu ve uyumsuz yanlara dikkat ekilmitir. Sismik tehlike deerlendirmeleri kapsamnda iletmeye esas deprem seviyesinin belirlenmesinde 100 ylda % 50 alma olaslna karlk gelen deprem seviyesinin kullanm ulusal ve uluslararas rehber ve artnamelerde genel kabul grmtr. Bu seviyedeki sismik sarsntya maruz kalan barajn elastik davranmas beklenir. Ancak "riskli" ve "yksek riskli" barajlarn uluslararas artnamelerde emniyete esas deprem seviyesi iin 10,000 yllk tekerrr sreli depremlerle analizi beklenirken, ulusal rehberde bu seviye 2,475 yl olarak tariflenmektedir. Sismik tehlike seviyesi asndan grece gvensiz tarafta kalan bu tercih, edeer sismik katsaysnn izin verilebilir kalc deplasman kriterlerine baklmakszn, yine ulusal rehberde tariflendii zere, maksimum yer ivmesinin 0.4-0.6's aralnda seilmesi ile bu sefer de gvenli tarafta bir seimle eletirilmektedir. ki yanln bir doruya ulaabildii bu mevcut durumun, iki doru olarak yeniden dzenlenmesine ynelik olarak neriler sralanmaktadr. Bildirinin sonu blmnde dolgu barajlar iin baraj ykseklii, zonlama ve filitre kalnlklar, malzemelerin mukavemet ve rijitlik davranlar ile ilintili olmakla birlikte, deprem sonras kalc deplasmanlarn 1-1.5 metrenin (3-5 feet) altnda olduu koullarda baraj gvdesinin kabaca sismik durayllnn tehdit altnda olmasnn beklenmedii, bu deerin 3 metreyi (yaklak 10 feet) amasnn kabul edilemez performans seviyelerine iaret ettii ve bu mertebeleri aan durumlarda hesaplanan deplasman deerlerinin analiz yntemleri ve bnye modellerindeki snrlamalar sebebi ile pek de gvenilir olmayabilecei belirtilmektedir. 1.5-3.0 metre aras kalc deplasmanlarn gri blgeyi oluturduu ve hassas analizlerle yeni deerlendirmelere ihtiya duyulabilecei hatrlatlmaktadr. nerilen bu deerlerin uluslararas uygulamalar ve literatr ile uyumlu olmalarna ramen, izin verilebilir kalc deplasman kriterlerinin baraj zellikleri ve sarsnt seviyesine bal olarak deikenlik gsterebilecei, dolays ile bu nerilerin tek bana karar aamasna esas deerlendirme kriteri olarak kullanlmamas gerektii unutulmamaldr. Anahtar Kelimeler: Dolgu barajlar, sismik performans, olaslksal sismik tehlike deerlendirmesi, deterministik analiz, edeer sismik katsay, barajlarn risk puanlamas, barajlarn dinamik tasarm.

58

1. GR Barajlarn dinamik davrannn belirlenmesinde izlenen hesap analiz aamalar drt balk altnda toplanabilir. lk aama, inaa edilmesi dnlen barajn tasarmna veya mevcut barajn performans deerlendirmelerine esas tekil edecek sismik tehlike seviyelerinin belirlenmesidir. kinci aama, bu sismik tehlike seviyeleri altnda barajn dinamik tepki davrannn hesaplanmasn konu etmekte olup, saysal analizlerle belirlenecek tepki karakteristiklerinin (gerilme, birim deformasyon, deplasman vb.) incelenerek izin verilebilir performans seviyeleriyle uyumlu olup olmad ise nc deerlendirme aamasn tekil eder. Son aamada istenen performans seviyesine ulalamam ise mevcut barajlar iin iyiletirme, tasarm aamasndaki barajlar iinse proje revizyon nlemleri tartlr. Sunulan bu analiz ve deerlendirme aamalar izelge 1'de zetlenmitir.

izelge 1. Barajlarn Sismik Performans Deerlendirmesine Esas Mhendislik Deerlendirme Aamalar

Bu bildiri kapsamnda, izelge 1'de zetlenen mhendislik deerlendirme aamalarndan birincisi olan sismik tehlike seviyelerinin belirlenmesine ynelik mevcut ulusal ve uluslararas kriterler zetlenecek, bunlar arasndaki uyum ve farkllklar tartlacaktr. 2. deerlendirme aamas kapsamnda, tarihsel geliim srecinde barajlarn sismik ykler altnda tasarmnda ilk durayllk deerlendirme aamas olan yar-statik (pseudo-statik) analizlere deinilecek, bu analizlerin temel girdi parametresi olan "k" sismik katsays zerinde durulacaktr. Konunun giriftlii ve bildiri sayfa snrlamas sebebi ile dinamik tepki analizleri ile ilgili deerlendirmeler bir baka almann konusu olmak zere ertelenecektir. 3. deerlendirme aamas kapsamnda yine ulusal ve uluslararas literatrde mevcut izin verilebilir deformasyon kriterlerinden bir derleme yaplarak kriterlerin birbirleri ile uyumu ve uyumsuzluklarna ve eksikliklerine deinilecektir. Dinamik tepki analizlerinin bildiri kapsam dnda braklmas ile ayn gerekeye dayanarak, 4. deerlendirme aamasn tekil eden iyiletirme ve baraj gvde kesit revizyonlar da bir baka alma kapsamna braklacaktr. Bildirinin devamnda barajlarn sismik tasarm yntemlerinin tekamlnde izlenen tarihsel sramalarn ksa bir zetine mteakip, sralanan bu aamalar ve kapsamla uyumlu olarak deerlendirmeler sunulacaktr.

59

2. BARAJLARIN SSMK TASARIMINA VEYA PERFORMANS DEERLENDRMELERNE ESAS ANALZ YNTEMLERNDE GZLENEN TARHSEL GELM Barajlar, zellikle de beton barajlar 1930'lardan beri deprem ykleri de gzetilerek tasarlanmaya devam edilmektedir. Hatta dier mhendislik yaplaryla kyaslandnda, barajlarn sismik ykleme kriterleri gzetilerek tasarlanan ilk yaplar olduu sylenebilir. Toprak dolgu bir barajn ilk dinamik analizi Mononobe ve dierleri tarafndan 1936 ylnda gerekletirilmitir. Baraj gvdesi rijit temel zerine oturan sonsuz uzunluktaki simetrik gen kesitten olumu ve gvde iin bnye modeli olarak dorusal elastik davran modeli seilmitir (Mononobe vd., 1936; Seed ve Martin, 1966). Ancak bu nc roln getirdii olumsuz bir sonu ise mevcut barajlarn byk bir ounluunun bugn kullanm terkedilmi eski ve eksik analiz yntemleri ile tasarlanm olduu gereidir. Bugn baraj gvde mhendislik analizlerinin n deerlendirmesi aamasnda yaygn olarak kullanlmaya devam eden yar-statik analiz yntemleri, birok mevcut barajn sismik tasarmnda tek analiz yntemi olarak kullanlmtr. Bu analiz ynteminde baraj gvdesine etkiyen sismik kuvvetler kritik bloun arl ve sismik "k" katsaysnn arpm ile belirlenmitir. O dnemde kullanlan tipik sismik katsay deerleri 0.10-0.15 aralnda deimektedir. Bu analizler srasnda gvenlik katsays 1.0 deerinin altna dtnde, pek de doru olmayan bir ekilde baraj "yenilmeye yakn" olarak snflandrlmaktadr. Ambrasey (1960) sismik katsaynn seiminin sismik tepki analizlerine dayandrlmasn nererek tasarmclar sabit bir sismik katsay kullanlmasnn mahsurlarna kar uyarmtr. Yar-statik analizler gerek gvde ktlesinin eylemsizliinin, gerekse de hidro-dinamik su yklerini duraylla etkisini gznne alsa da baraj tekil eden gvde ktlesinin, temel formasyonun, rezervuarn ve depremin birleik etkileimini analize ve dolays ile sonularna yanstmakta eksik kalmtr.

Beton barajlar iin tariflenen bu tarihsel ilerleme sreciyle uyumlu olarak dolgu barajlar iin de sismik tasarm kriterleri ilerlemi, zellikle 1960 depremleri ve 1976 San Fernando Kaliforniya depremi sonras zemin ve kaya dolgu malzemelerinin dinamik mukavemet ve rijitlik davran alanlarna ek olarak zemin svlamas alanlarnda da bilgi sramalar gereklemitir. 1960'lar ncesinde barajlarn tasarm genellikle ampirik yntemlere ve ounlukla da tecrbeyi esas alan mhendislik bonsansna dayandrlmakta olup, sismik ykler altnda iyi performans gsterdii dnlen ok saydaki mevcut barajn varl da baraj mhendislerinin tasarm cesaretini artrmtr. O dnemlerde baraj mhendisleri arasnda tamamiyle gvenli barajlarn tasarlanabileceine olan inan ve mevcut baraj akslarnn "sorunsuz" sahalarda yer ald dncesi barajlarn olas yenilme durumunun sonularnn neler olabilecei hususunun deerlendirilmesi zerine dnmeyi telemitir. Oysa ki zamann iyi performans gsterdii dnlen mevcut barajlarnn bir ou, yksek sarsntlar reten ciddi depremlerle test edilmemitir (Sherard 1967, Wieland ve Brenner 2008). Daha da kts snrl sayda da olsa grece yksek sarsntlara maruz kalan barajlarda aletsel gzlem sistemlerinin eksiklii ile sismik baraj tepkisinin nitel belirlenmesi pek de mmkn olmamtr.

1976 ylnda gerekleen 6.1 byklndeki San Fernando depremi sonras Aa Van Norman, U.S.A Barajnda gzlemlenen zemin svlamas sebepli memba ev yenilmesi, dikkatleri hzla barajlarn sismik ykler altndaki deformasyon davranna ve zemin svlamasna ekmitir. ekil 1'de gsterildii zere 1912 ylnda yapmna balanan ve 44 m ykseklikteki homojen toprak dolgu barajn memba evinin svlama sebepli mukavemet kayb sonras yenilmesine mteakip 10 metre olarak braklan serbest

60

ykseklik 1.5 metrelere kadar dmtr. Barajn ayakta kalmasndaki temel unsur, deprem ncesi barajn sismik ykler altnda gvenli kalamayacann belirlenmesi sonras normal su kotu seviyesinin drlmesi kararnn alnarak hava paynn 10 metreyi aan mertebelere ykseltilmesidir. Bu karar biraz da ansn yardm ile barajn toptan gmesini engellemi olsa da barajn mansabnda yaayan 80,000'i akn yerleimcinin tahliyesine engel olamamtr. Literatrde kabul edilmeyecek performans rnekleri kadar iyi performans rnekleri de mevcuttur. Bu balamda 7.5 byklndeki 17 Austos 1999 Kocaeli depremi ile sarslan, ve faya en yakn mesafesi yaklak 20 km mertebelerinde olan 109 metre yksekliinde kayadolgu Yuvack (Kirazdere) Barajnda krete paralel klcal atlaklar gzlense de gerek memba gerekse de mansap evlerinde ciddi bir deformasyon olmad rapor edilmitir (Olgun vd.,2000).

ekil 1. Aa San Fernando Baraj Memba Grn. Kaynak: USGS Arivi, http://earthquake.usgs.gov/learn/publications/la-damstory/

Ksaca zetlenmeye allan 1960'lar ncesi tasarm pratikleri bugn, deprem mhendislii, saysal modelleme ve malzeme bnye modelleri alanlarndaki ilerlemelerle birlikte, sadece mhendislik bonsansna ve tecrbeye dayanan deerlendirmelerden, yar-statik analizlere oradan da bugnn zaman uzaynda dorusal olmayan efektif gerilme temelli bir ok zemin-kaya bnye modeli kullanlarak oklu deprem seviyeleri eliindeki iki veya boyutlu dinamik tepki analizlerine dnmtr. Bu analizlere esas tekil eden sismik tehlike (deprem) seviyelerinin belirlenmesi de uzun bir deiim sonras bugnk yar olgun haline ulam olup, bir sonraki blmde bu geliim ksaca zetlenecektir. 3. SSMK TEHLKE SEVYELERNN BELRLENMES Sismik tehlike analizi kavram, temellerinin atlndan beri uzun bir sre gemesine ramen evrimine hzla devam eden bir aratrma ve uygulama konusu olarak ilgi ekmektedir. Ana kavramlarnda herhangi bir belirgin deiiklie gidilmesine ihtiya duyulmasa da, gnmzde performans bazl tasarmla tmletirilmesi ve belirsizlik mertebelerinin kaynaklaryla birlikte doru nicelletirilmesi gibi alanlarda almalar srmektedir. Aratrma eksenindeki itici gc ise, yaygnlaan ve lkemizde de artk kritik

61

projeler iin neredeyse standart almalardan biri haline gelen uygulamalar salamaktadr. Ancak, yaygn kullanmna ramen olaslksal ve deterministik sismik tehlike analizi kavramnn doru alglanmasndaki sorunlar devam etmekte; mevcut kavramlarn daha doru aklanmasn hedefleyen metinler ise zaten sorunlu bir alanda yeni kargaalarn yaratld algsyla ar olarak nitelendirilebilecek eletiriler almaktadr. etin vd. (2012), yntemlerin felsefesiyle ilgili giri seviyesinde kk ipular vermekte, kabul grm analiz akn ksaca tanmlamakta ve zellikle kritik yaplar iin, tasarmc ve onay mercilerinin egdm iinde almasna katk salamay amalamaktadr.

Olaslksal sismik tehlike analizinin en byk admlarn tekil eden ana yap talarnn ortaya k yaklak 45 yl ncesine dayanmaktadr. etin vd. (2012)'de de zetlendii zere, 1960l yllarn balarnda Stanford niversitesinden Dr. Allin Cornell ve Universidad Nacional Autonoma de Mexicodan (UNAM) Dr. Luis Esteva nderliindeki alma grubunun kabaca 10 yllk bir srede olgunlatrd iskelet zerine oturan konu, gnmzde ayn eksen zerindeki geliimini srdrmektedir. Yaplarn gze alnan risk derecelerine uygun olarak, tasarm mrleri boyunca maruz kalacaklar tesirlerin daha optimal olarak hesaplanmasnn zmn arayan bu iki aratrmacnn yollar, yntemin ana erevesinin oluturulmas srasnda ska kesimitir. Deterministik olarak terimlendirilen senaryolarn tesinde bir felsefeye dayanan bu yeni sismik talep belirleme arac; temel olaslk uygulamalarnn, deprem tekrar skl, beklenen yer hareketlerinin genlii gibi kavramlarla btnletirilmesiyle tasarm sahnesindeki yerini yava yava almaya balamtr. 1966 sonbaharnda Dr. Cornellden stanbuldaki Alibey Barajnn tasarmnda kullanlmas gereken uygun yer hareketi mertebelerinin belirlenmesi hakknda danmanlk talep edilmesi de olaslksal sismik tehlike analizinin ilk uygulama rneklerinden birini tekil etmesi bakmndan ilgin bir anektot oluturmaktadr. Konunun ortaya kndaki aktrler ve kavramlarn, formlasyonlarn evrimi McGuire (2008) tarafndan zetlenmitir. Sz konusu metinde vurgulanan en arpc noktalardan biri de olaslksal sismik tehlike analizindeki temel kavramlara ilikin eitli platformlarda yaanmakta olan kilit kargaa ve anlamazlklar rahatlkla akla kavuturacak tanmlamalarn konunun filizlendii tarihlerde yaplm olduudur. Yaplara etkiyen yer hareketi mertebelerini tahmin etmek iin kullanlan tehlike analizi yntemlerini kabaca deterministik ve olaslksal yntemler olarak ayrmak mmkndr. Bu blm, 40 yl akn bir sredir kullanmda olan her iki yntemin temel ierikleri hakknda kaba bir hatrlatma amac gtmektedir. 3.1. Deterministik Yaklam Deterministik yaklamda, her aktif deprem kayna iin, deprem bykl ve saha-kaynak mesafesine gre oluturulmu bamsz deprem senaryosundan elde edilen medyan yer hareketi, ya da izelge 2'de zetlendii zere yksek ve en yksek risk snfna giren barajlar iin % 84 (medyan+1 standart sapma) gven seviyesine karlk gelen seviyeler hesaplanabilir. allan tm kaynak ve senaryolar arasnda en byk deeri reten senaryo, tasarm yer hareketi seviyesi olarak seilir. Bu yaklam, deprem bykl, kaynak-saha mesafesi ve medyan tahmin zerine eklenecek standart sapma says, hesaplamalarda tek olas deerler kombinasyonu olarak ele alnd iin deterministik olarak adlandrlmtr. Kritik yaplarla ilgilenenler iin ise akla gelen soru deterministik senaryoda seilen kriterlerle elde edilenden daha yksek bir tehlikenin (sarsntnn) gerekleip gereklemeyeceidir.

62

izelge 2. Barajn Risk Snfna Gre nerilen Deterministik ve Olaslksal Tehlike Seviyeleri (Emniyete Esas Deprem, EED iin)

Risk Snf Deterministik Yzdeler Olaslksal EED iin Tekerrr Sreleri, Tr

I Dk Risk %50 224 yl

II Orta Dereceli Risk %50 475 yl

III Yksek Risk %84 975 yl

IV En Yksek Risk %84 2475 yl

Fay krlma geometrisinden elde edilen medyan moment byklnn yeterlilii, veya yer hareketlerinin medyan deere 1 standart sapma deeri eklenmi halde ortaya koyduu tehlike seviyesi hakknda kendini gvende hissetmeyen yatrm sahibi ya da tasarmc; en kt durum senaryosu arayna girer.

Literatrde kabul gren en kt durum senaryosu da yine deterministik yaklamla paralel bir izgide seyreder. Burada, beklenen karakteristik deprem byklnn 2 standart sapma zerine klarak maksimum deprem bykl belirlenir, bu deerlerin girdi olarak tantld yer hareketi tahmin denkleminden elde edilen medyan yer hareket seviyelerinin ise yine en az 2 standart sapma zerine klr. 3.1.1. En Kt Durum Yeterince Tutucu Mu ? Yer bilimlerinin k tuttuu tasarm srecinde, yap maliyeti ve proje uygulanabilirlii kriterlerinin devreye girdii noktada mhendisin karar verme sreci balamaktadr. Trkiye gibi yksek sismik tehlike seviyelerine maruz kalan bir corafyada yer alan lkelerde hesaplanan "en kt durum senaryolar" 1-1.5 g mertebelerini aabilecek yer ivme deerlerine iaret edebilmekte, bu durumda cevaplanmas gereken soru ise baraj gibi kritik bir yap iin hesaplanan bu deerlerin tasarmda kullanlp kullanlmayaca olmaktadr. Szgelimi, mansapta yerleim birimlerinin olduu yksek bir kaya dolgu baraj iin gvenli tarafta kalmak istenilen, ve hasara karn toleransn "sfr" olduu ifade edilen bir sahada en kt durum senaryosuyla elde edilen yer hareketi mertebelerinin gerekten en kt durumu yansttna gvenmek mmkn mdr? Yer hareketi tahmin ilikisinde kullanlmas kararlatrlan medyan yer hareketi seviyesinin 2 standart sapma zerindeki deerin almayacann gvencesi yoktur. Aksine, dnya zerinde genileyen kuvvetli yer hareketi veritabanlar, kaydedilmi hareketlerin medyan tahminlerin 3-4 standart sapma zerine kabildiini gstermitir. Bu durumda tasarm kriterlerini hangi st uca kadar srklemenin mantkl olaca tartlr hale gelmekte, deprem annda "hasara tolerans olmadn" beyan eden iveren bu gereki olmayan beklentiden dn vermeden fizibilite kavramn dile getirmektedir. Bu durum "ne yardan geerim ne serden" deyiini hatrlatmakta olup her iki beklentinin de karlanmas pek de mmkn deildir. Mevcut durumda tartlmas fayda getirecek bir kavram da tehlike standartlarnn yapya gelecek etki terimlerinden arndrlp, yapda beklenen hasar cinsinden nicelendirilmeye balanmasdr. Genel grn aksine, deterministik ve en kt durum senaryolar kendilerine has ve deterministik dnce tarzyla rasyonel sanlan zmlemelerinin son derece speklatif hale gelebildii belirsizlikler iermektedirler. Bu noktada, olaslksal sismik tehlike analizine ksa bir bak atmakta fayda grlmektedir.

63

3.2. Olaslksal Sismik Tehlike Analizi Ak En kt durum senaryolarnn ok nadir gerekletiini bilmekle birlikte ne kadar nadir olduklarnn cevab bir anlamda olaslksal tehlike analizinde yatmaktadr. Tehlike terimi, ifade edilen bir eik ya da daha byk yer hareketi mertebesinin hangi sklkta gerekletiini belirlemek iin kullanlr. Bahsedilen sistemde, tm parametreler istatistiksel olarak beklenen deerlerinin dnda, sahip olduklar belirsizlii veya salm da ierecek ekilde modellenebilirler. Sismik kaynaklar (faylar) herhangi bir geometriyle karakterize edilebilir ve bu karakterizasyona dair arzu edilen her parametre rastlantsal deikene evrilebilir. Senaryo deprem byklklerinin sunduu tek seenein aksine sismik kaynaklar, aktivite oranlar; deprem byklklerinin olaslk younluk fonksiyonlaryla ifade edilirler. Yer hareketi tahmin ilikilerine ait standart hata (sapma) terimleriyse tmleik olarak ele alnr. Olaslksal sismik tehlike analizi, tm kaynaklardan gelebilecek, tm yer hareketlerinin tanmlanan yer hareketi mertebesine eit ya da ondan daha byk bir etki yaratmasnn birleik olasl olarak zetlenmektedir. Oranlarn toplamnn yer hareketi parametresine (maksimum ivme, spektral ivme, hz, deplasman, vb.) karlk izdirilmesiyle de tehlike erisi elde edilir.

ekil 2de olaslksal sismik tehlike aknn birok kaynakta rastlanabilecek ak diyagram sunulmutur. Eitlik 1de ise yukarda yaplan tanma ait matematiksel ifade izgisel bir kaynak iin sunulmutur. Burada tanml Mmin minimum eiinin stndeki bir deprem senaryosunun gereklemesi zerine yine belirtilen a yer hareketi deerinin alma olasl; deprem bykl m, beraberinde oluacak krk boyutlar RL ve krn tanml izgisel kaynak zerindeki lokasyonu olan x'in fonksiyonu olan saha-kaynak uzakl r'nin birleik fonksiyonu olarak ifade edilmitir.

ekil 2. Olaslksal sismik tehlike ak emas (Kramer, 1996dan deitirilerek

kullanlmtr.)

64

=

=

=

=

=

=

>=>max max

min

,

0

1

0min )()()(),(,|())(|(

RR

R

x

x

Mm

MmLxRMLiii

L

L

iiLidRdxdmxfmfmfRxrmaAPMmEaAP (1)

Gerek deterministik gerekse de olaslksal yntemlerle hesaplanm olsun, hesaplanan farkl sismik tehlike seviyeleri altnda barajdan beklenen tepki (performans) da farkllk gstermektedir. Bu farkllklara iaret edebilmek adna ulusal ve uluslararas artnamelerde sklkla atfta bulunulan sismik tehlike senaryolar ve bu senaryolar kapsamnda barajn salamas beklenilen performans seviyeleri bir sonraki blmde zetlenecektir.

4. BARAJ TASARIM KRTERLER Barajlarn sismik tasarmnda kullanlacak olan gvenlik kriterleri deerlendirildiinde karar verici mercileri ksmen rahatlatacak tanmlarn ortaya koyulduunu grmek mmkndr. Bu tanmlara ksaca deinilecektir.

letmeye esas deprem (.E.D. veya ngilizce ksaltmas ile O.B.E) barajn iletme mr iinde maruz kalmas muhtemel kuvvetli yer hareketi seviyesini tanmlamaktadr. Genellikle barajlarn iletme srelerinin 100 yl olarak ngrld hatrlandnda, .E.D. deerlendirmesi kapsamnda genel grbirlii 100 ylda % 50 tehlike seviyesine karlk gelen ve 144 yllk tekerrr sreli kuvvetli yer hareketi mertebesinin yeterli olaca ynndedir (rnein: ICOLD Bulletin 72, Revision 2010; FEMA 2005; D.S.. Rehber No: 1, 2012). .E.D. (veya O.B.E.) seviyesine maruz kalan baraj yapsndan beklenen performans seviyesi yapnn ya hi hasar grmemesi ya da hasarn, yapnn iletme faaliyetlerini kesintiye uratmayacak kadar dk mertebelerde kalmas eklinde tanmlanr. Olas dk seviyeli hasarn ekonomik ekilde ve sratle onarlmas da beklentiler arasndadr. Minimum kriterlerle uyumlu olmak kayd ile .E.D. seviyesinin belirlenmesi barajn gvenliine esas bir deerlendirmeden ziyade iletmeye esas ekonomik bir kriter olduundan dzenleyici ve onaylayc kamu kurumlarndan ok yatrmclarn tercihleri ile ekillenebilir (Wieland, 2005).

Yapnn tasarmna veya emniyetine esas tehlike seviyelerinin belirlenmesinde ise daha speklatif bir tablo ortaya kmaktadr. Bu kapsamda literatrde maksimum tasarm depremi (M.T.D. veya M.D.E.), ve son dnemde ortaya kan oklu tehlike seviyeleri ile uyumlu tasarm sonras bu terminolojinin yerini alan emniyete esas deprem (E.E.D. veya S.E.E.) tanmlarna rastlanmaktadr. Emniyete esas deprem seviyesinin belirlenmesinde ise, zerinde grece grbirlii olumu .E.D. tanmna nisbeten daha karmak bir tablo ortaya kmakta olup 475 yllk (50 ylda %10) tasarm deprem seviyesinden 10,000 yllk (100 ylda %1) seviyesine kadar geni bir yelpazede olaslksal deerlendirme seviyelerinin kullanlmas nerilmektedir. Bu farkllamaya ek olarak deterministik ve olaslksal analiz sonularnn rtmemesi durumunda hangi sonucun esas alnaca hususunda da elikiler mevcuttur. Baz kaynaklarda deterministik ve olaslksal tehlike analiz sonularndan daha dnn (DS Rehber No:1, 2012) dierlerinde ise daha ykseinin (ICOLD Bulletin 72, 2010) seilmesinin nerildiine rastlanmaktadr. izelge 3'te, izelge 2'de sunulmu olan ulusal kriterlerden farkllk gsteren literatrden derlenmi uluslararas tanm ve kriterler sunulmaktadr. izelge 4te ise ulusal ve uluslararas alanda genel kabul grm risk puanlama sistemi verilmitir.

65

izelge 3. Emniyete Esas Deprem (EED) Seviyesinin Belirlenmesinde Uluslararas Tanm ve Kriterler (Mejia 2005'ten adapte edilmitir.)

NZSOLD

(2000) ANCOLD

(1998) CDSA (1995)

USCOLD (1999)

Tehlike Snflandrmas Yksek Yksek ok Yksek

Yksek-ok Yksek

Deprem Seviyesi

EED (SEE)

MCE veya 10000 AEP

olayndan 1i

Risk deerlendirme yntemlerine dayal karar

ver

MCE veya 1/10000 AEP

olay

CMCE

ED (OBE) 150de 1 AEP olay

1/200 veya 1/1000 AEP

olay Belirtilmemi 100 ylda

50% olaslk

Yer Hareketi Tanmlamas

EED (SEE)

MCE veya 10000 AEP

olayndan 1i. MCE iin

belirtilmemi.

Risk deerlendirme yntemlerine dayal karar

ver

MCE veya 1/10000 AEP

hareketi. MCE iin

belirtilmemi.

CMCE veya 1/3000den 1/10000e

AEP hareketi.

CMCE iin belirtilmemi

ED (OBE) 150de 1 AEP hareketi

1/200den 1/1000e AEP

hareketleri Belirtilmemi 100 ylda

50% olaslk

Temel Fay Atm

EED (SEE) Aka belirtilmemi Belirtilmemi Belirtilmemi Belirtilmemi

ED (OBE) Aka belirtilmemi Belirtilmemi Belirtilmemi Belirtilmemi

66

izelge 4. Barajlarn Risk Puanlamas (ICOLD, 1989 esas alnmtr.)

Havza Kodu Blge Kodu l Kodu Baraj Ad Sra No Aamas

Risk Snf

Baraj/Glet Risk Potansiyeli Snflandrma Tablosu

Barajn/Glet

Risk Faktr ok

Yksek Yksek Orta Dk Puanlama

Rezervuar Kapasitesi

(hm3)

>120 (6)

120-1

(4)

1-0.1 (2)

45 (6)

45-30

(4)

30-15

(2)

1000 (12)

1000-100 (8)

100-1

(4)

Yok (0)

Potansiyel Mansap

Zarar (*)

Yksek

(12)

Orta (8)

Dk

(4)

Yok (0)

Toplam Risk Puan

(*) Baraj yklma analizleri neticesinde elde edilecek sonulara gre yorumlanmaldr.

TOPLAM RSK PUANI HESAPLAMASINA ETK EDEN FAKTRLER: Kapasite Risk Faktr + Ykseklik Risk Faktr + Mansaptaki nsan Says Risk Faktr +

Potansiyel Mansap Zarar Risk Faktr

Tm bu farkllamaya ve karmaaya ramen, ok aktr ki, gnmzde getirilen yeni tanmlamalarla baraj trleri, ykseklikleri, hasar halinde ortaya kacak etki boyutlarna gre snflandrma abalar, stlenilecek riskin mertebesinde karar verme konusunda bir nebze daha yardmc olmaktadr. Ancak zellikle emniyete esas tehlike seviyelerinin belirlenmesinde ulusal ve uluslararas standartlarla karlatrldnda ciddi farkllklar ve uzlamazlklar olduu grlmektedir. zellikle yksek ve en yksek riskli grup kapsamndaki barajlar iin olaslksal almalarla belirlenen E.E.D. seviyesinin 2475 yllk tekerrr sresine karlk gelen deprem senaryosu ile tanmlanmas 10,000 yllk tekerrr srelerini neren ICOLD Bulletin 72, 2010 revizyonu ile uyumsuzluk sergilemektedir. Sismik tehlike seviyelerinin son derece yksek olduu lkemizde daha dk tekerrr srelerine karlk gelen seviyelerde E.E.D belirlemek, bazen 10,000 yllk tekerrr sreleri ile uyumlu 1.5-2.0 g mertebelerinde hesaplanan maksimum yer ivmesi deerlerini daha makul seviyelere ekerek, proje fizibilitelerini olumlu destekleyebilmektedir. Ancak tanmlanan bu grece daha dk tekerrr seviyelerinin ne kadar gvenli olduu tartlmaldr. Bu aamada bir adm daha ilerlemek adna belirtilmesi gereken bir nokta, iin sahibiyle yer bilimci, deprem mhendisi arasnda ortak bir dil kurulmasnn gerekliliidir. Bu ilikide, stlenilecek riski iin sahibi veya denetleyici kurum ak olarak ortaya koymal; tehlike belirleyicinin zihninde hangi gvenlik kriterlerinin kabul edilebilir

67

olacann karar yatmamaldr. Gnmz bilgi birikimi, artk kararlar yapya gelecek etkiler (kuvvetler) zerinden vermek yerine, yapnn gsterecei davran (tepki) ekseninde belirlemeye msait duruma gelmitir. 4.1. Performans Bazl Tasarma rnek

Karar verme aamalarnda etki terimlerinden uzaklap, yap tepkisinden bahsedebilmek iin mhendislikte her gn daha sk karmza kan performans bazl tasarm kavramyla tanmak gitgide zorunluluk haline gelmektedir. Geoteknik mhendislii alanndaki uygulamalar artmaya balayan bu felsefede, olaslksal sismik tehlike analizini yap tepkisiyle tmletirebilmek ve dorudan hasar terimleri zerinden karlatrma yapabilecek sonulara ulamak mmkndr (Kramer, 2008). Bu dorultuda, tek senaryo depreminden ziyade, hipotetik bir olaslksal sismik tehlike almasyla entegre edilmi baraj temeli zeminlerine dair svlama ve hasar tahmini almasnn sonularndan birini ekil 4te incelemek mmkndr (nsal vd., 2009). ekil 3te yatay eksen barajdaki yatay deplasman, dey eksen ise hizmet hayat boyunca alma olasln gstermektedir. rnek vermek gerekirse, 100 yllk bir ekonomik mr biilen yap iin 25 cm. yanal deplasmann tolere edilebilecek azami eik deer olduu kabul ile, buna karlk gelen alma olaslnn %25 olduu grlr. Baka bir deyile, 100 ylda %25 olaslkla, baraj 25 cm lik, veya daha fazla kalc yanal deplasman yapacak etkileri tecrbe edecektir. Bu rnek, yer ivmeleri ekseninin bir adm tesine geerek tasarmc ve karar verici arasnda daha salkl kprler kurulmasnn anahtarlarndan birini oluturacak kalc deplasmanlarn nasl hesaplanabileceini rneklemektedir.

ekil 3. Tmleik olaslksal sismik tehlike analiziyle elde edilmi yanal deplasman tehlike

erisi (nsal ve di., 2009).

Doal olarak bu tr deerlendirmeler detayl dinamik tepki analiz sonular esas alnarak yaplabilecek olup, bu da yar-statik durayllk ve sonrasnda ise dinamik tepki analizlerini gerektirmektedir. Bir sonraki ksmda yar-statik durayllk analizleri ve bu analizlere girdi tekil eden sismik "k" katsays zerinde durulacak olup, daha nce de belirtildii zere

68

bildiri sayfa snrlamas nedeni ile dinamik tepki analizleri ile ilgili tartma kapsam dnda braklacaktr.

5. EDEER SSMK "k" KATSAYISININ PERFORMANSA BALI BELRLENMES

Bugn baraj gvde mhendislik analizlerinin n deerlendirme aamasnda yaygn olarak kullanlmaya devam eden yar-statik analiz yntemleri, 1960'lar ve ncesi inaa edilen birok mevcut barajn sismik tasarmnda tek analiz yntemi olarak kullanlmtr. ekil 4'te gsterildii zere bu analiz ynteminde baraj gvdesine etkiyen sismik kuvvetler, kritik bloun arl, W ve sismik "k" katsaysnn arpm ile belirlenmektedir. Sismik katsay yatay ve dey ynlerdeki deprem sarsntsn modellemek zere en gayri msait kombinasyonlar kullanlarak kritik blok zerine uygulanr. O dnemde kullanlan tipik sismik katsay deerleri 0.10-0.15 aralnda deimektedir. Bu analizler srasnda gvenlik katsays 1.0 deerinin altna dtnde, teknik bir yanlgyla baraj "yenilmeye yakn" olarak snflandrlmaktayd.

Daha ncede tekrarland zere bu eksiklie iaret ederek, Ambrasey (1960) sismik k katsaysnn seiminin sismik tepki analizlerine dayandrlmasn nererek tasarmclar sabit bir sismik katsay kullanlmasnn mahsurlarna kar uyarmtr. Yar-statik analizler gerek gvde ktlesinin eylemsizliinin, gerekse de hidro-dinamik su yklerini duraylla etkisini gznne alsa da baraj tekil eden gvde ktlesinin, temel formasyonun, rezervuarn ve depremin birleik etkileimini analize ve dolays ile sonularna yanstmakta eksik kalmtr. izelge 5'da literatrde mevcut deiik "k" deeri nerileri zetlenmitir.

ekil 4. Yar-statik Analiz Yaklam

69

izelge 5. nerilen Yatay Sismik k Katsaylar

Yatay Sismik Katsay, kh

Tanmlama

0.05- 0.15 Amerika 0.12-0.25

Japonya

0.1 byk depremler

Terzaghi 0.2 sert, ykc depremler

0.5 katastrofik depremler

0.1-0.2 Seed, G.K. 1.15

0.10 Byk Deprem G.K.>1.0 U.S. Corps of Engineers 0.15 Byk Deprem

MYnin 1/2-1/3 Marcuson 1981, G.K.>1.0

MYnin si Hynes-Griffin ve Franklin 1984, G.K.>1.0

G.K.= Gvenlik Katsays, MY = Maksimum Yatay vme (g)

Seed & Martin (1966) sabit deerler semek yerine, sismik "k" katsaysnn dinamik tepki analizleri ile ve de baraj gvdesini tekil eden malzemenin rijitlii (kayma dalga hz) dikkate alnarak seilmesi gerektiini vurgulamtr. Mononobe kayma kirii yntemi ve visko-elastik tepki analizlerinden yararlanarak baraj gvdesinde oluan ivme ve gerilme zaman deiimlerini belirlemitir. Bu ekilde barajn kayma dzlemlerinde oluan gerilmeleri, baraj gvdesince ve zaman aralnda deien edeer sismik katsaylara dntrmek mmkn olmutur. O dnemde irdelenen tm rneklerde sismik katsaynn 0.4 deerini amad grlmtr. Ancak maksimum yer ivmesi ile sismik k katsays arasnda bir iliki kurulmamtr. Marcuson (1981) sismik katsay ile maksimum yer ivmesi arasndaki ilikiye iaret ederek uygun yar-statik k katsaysnn baraj sahasndaki yerel zemin koullar ile uyumlu bytme veya kltme etkilerini de gznne alarak hesaplanm maksimum yer ivmesi/g'nin 1/3' ile 1/2'si mertebelerinde seilmesini nermitir. Benzer olarak Newmark yntemini uygulayarak gerekletirdii bir ok analiz sonras Hynes-Griffin & Franklin (1984) maksimum yer ivmesi/g'nin 1/2'si mertebesinde seilen bir sismik k katsays ile gerekletirilen yar-statik durayllk analizleri sonucu gvenlik katsays 1.0'dan yksekse barajda beklenen deformasyonlarn ok kk ve kabul edilebilir mertebelerde olaca sonucuna varmtr. Yar-statik analizlerin deprem sarsnts srasnda baraj gvdesinde temel zeminlerinde geliebilecek boluk suyu basn artlarn gzard etmeleri sebebi ile deprem srasnda maksimum % 15-20 merteberinde mukavemet kaybnn olumasnn beklendii baraj tiplerinde kullanlmas eklinde de bir snrlama getirilmitir.

Olduka yaygn kullanmlarna ramen, bugn yar-statik analiz yntemleri ampirik yaplar ve deprem gibi tekrarl bir hareketi edeer statik yklemeye evirme abas gibi ok da rasyonel olmayan bir ama gtmeleri sebebi ile kullanmlar sadece n-tasarm aamas ile snrlandrlmtr. ou zaman analiz srasnda gvenlik katsaysnn 1.0 deerinin altna dtnn grlmesi ile kritik baraj ktlesinin yenilecei ve tamamiyle

70

eim aa kayaca trnden yanl yarglara varlmaktadr. Oysa ki deprem gibi tekrarl ve srekli yn deitiren bir ykleme altnda eylemsizlik kuvvetlerinin hep ayn ynde uygulanmas mmkn olmayp depremin her milisaniyesinde bu ykler yn deitirmektedir. Dolays ile depremin harhangi bir milisaniyesinde duraysz hale gelen rijit blok deplase olacak, sarsnt yn deitirerek devam ettiinden, sonrasnda uygulanan eylemsizlik kuvvetinin yn deitirmesi veya azalmas ile ayn blok yeniden durayl hale geebilecektir. Hatta eim aa kayan blok ters ynde gelebilecek bir sarsnt ile eim yukar hareketlenerek depremin nceki saniyelerinde eim aa oluan kalc deformasyonlar belki de ksmen de olsa dzeltebilecektir. Bu gzlemlerden yola karak Newmark (1965), depremlerin barajlar zerindeki etkisinin minimum gvenlik katsaylar veya edeer sismik katsaylar yerine deformasyonlar cinsinden incelenmesinin daha doru olaca dncesini getirmitir. Newmark ve trevi yntemler, kayma dzlemi zerinde etkiyen kayma gerilmelerinin kayma mukavemetini atnda kritik ktle blounun kaymaya balayaca kabln esas alarak gelitirilmitir. Kaymann tetiklendii andaki ivme seviyesine yenilme ivme seviyesi denir. Rijit bloun deplasman yenilme seviyesi zerindeki ivme zaman verilerinin iki kere integralinin alnmas ile elde edilebilir. Sk sk yksek sarsnt seviyelerine maruz kalan Meksika'daki La Villita Baraj'nn kaydedilmi deplasman verileri kullanlarak yntemin geerlilii dorulanmtr (Elgamal vd., 1960). Newmark ynteminin deprem ykleri altnda ciddi seviyede mukavamet kaybnn beklenmedii (kaybn % 20'yi amad durumlar), yine benzer olarak ciddi boluk suyu seviyeleri retmeyen, ve hassasiyeti dk olan dolgu malzemelerinden oluan baraj gvdeleri iin kullanlabilecei unutulmamaldr.

Makdisi ve Seed (1977), bugn iin snrl sayda diyebileceimiz, ancak o gnn imkanlar iin ciddi emek ieren saysal analizlerle sismik "k" katsaysnn baraj ykseklii, kritik bloun derinlii, maksimum kret ivmesi ve izin verilebilir deplasman parametrelerinin etkileimi ile belirlenebileceini ortaya koymutur. ekil 5'te gsterildii zere maksimum kret ivmesinin belirlenmesi sonras kritik blok derinlii olan "y" nin baraj ykseklii, h'ye blnmesi ile belirlenen oran kullanlarak maksimum sismik k deeri olan kmaks bulunur. Kaymay tetikleyen ve yar-statik analizlerde 1.0 gvenlik katsaysn reten sismik k katsays deeri olan ky'nin kmaks'a blnmesi ile elde edilen oran kullanlarak barajda beklenen sarsnt sonras kalc yatay deplasman mertebeleri elde edilebilir.

ekil 5. Makdisi ve Seed (1977)'ye gre Sismik k katsaysnn Belirlenmesi

y

71

Makdisi ve Seed analiz ynteminin kullanlmasna esas tekil eden ana girdi parametrelerinden birisi de maksimum kret ivme deerinin bulunmasdr. Dr. etin'in danmanl bnyesinde gerekleen yksek lisans almalar kapsamnda Kavruk (2003)'da sunulduu ve ekil 6'da gsterildii zere maksimum ivme, baraj gvdesince deiime uramakta olup, maksimum kaya yer ivmesine kyasla kret blgesi ivmeleri 1.5-4.0 kat mertebelerinde iddetlenebilmektedir.

ekil 6. Maksimum vmenin Baraj Gvdesince Deiimi

Bu davrann baraj rijitlii, ykseklii, deprem kayt karakteristikleri ile geni bir aralkta deitii unutulmadan, sadece mertebe tahkiki amac ile maksimum kaya yer ivmesi deerinin baraj kretinde 2.0 kat mertebelere amplifiye olaca kabul ile izelge 6 ve izelge 7 de sunulan gvenlik katsays 1.0 iin, izin verilebilir deplasman, moment bykl ve y/h deerlerine bal sismik "k" katsays deerleri elde edilebilir. Bu basit hesap silsilesince de gsterildii zere, sismik k katsaysnn seimine etkiyen ana parametreler ncelikle izin verilebilir deplasman kriteri, depremin moment bykl, kritik kayma blounun derinlii olup, sismik k katsaysnn baz artname ve tasarm rehberlerinde nerildii zere maksimum kaya yer ivmesinin 0.4-0.6's mertebelerinde seilmesi trnden toptanc bir yaklam topuktan geecek daireler iin ksmen uyumlu veya gvenli tarafta kalmakla birlikte, izelge 6'de rneklendii zere daha s daireler iin yer yer gvensiz tarafta kalabilmektedir.

izelge 6. k/(amaks-kay a/g) orannn deplasmana ve moment byklne bal deiimi (y/h=1, baraj topuundan geen kritik daireler iin)

Kalc Deplasman (cm) Depremin Moment Bykl, Mw 6.50 7.50 8.25 2.5 0.41 0.44 0.53 10 0.24 0.33 0.45 30 0.12 0.24 0.38 60 0.08 0.17 0.33

72

izelge 7. k/(amaks-kay a/g) orannn deplasmana ve moment byklne bal deiimi (y/h=0.6; topuu kretten % 60 baraj yksekliine karlk gelen derinlikten geen kritik

daireler iin)

Kalc Deplasman (cm) Depremin Moment Bykl, Mw 6.50 7.50 8.25 2.5 0.64 0.69 0.83 10 0.38 0.52 0.70 30 0.19 0.37 0.60 60 0.13 0.27 0.52

Burada zetlenmeye allan ve basit bir hesapla Makdisi ve Seed (1977) almasna dayandrlarak izelge 6 ve izelge 7'de zetlenen edeer k katsaylarnn sunulmasndaki asl ama, bu deerlerin n tasarma esas yar-statik durayllk analizlerinde kullanlmasn nermek olmayp, edeer k katsaysnn izin verilebilir deplasman, kritik bloun geometrisi, deprem moment bykl (veya sresi) gzetilerek seilmesi gerekliliidir. zin verilebilir kalc deplasman miktarlarnn artmasna mteakip, barajn daha dk edeer sismik k katsaylar ile analizi ve tasarm mmkndr. Bu arada gncelliini yitirmi literatrde sklkla kullanlan maksimum yer ivmesinin 0.5'ine tekabul edecek ekilde seilen k katsaysnn ise yaklak 1.5-2.5 cm mertebelerindeki kalc deplasmanlar hedefledii de grlmelidir. Bu deerlendirme nda bildirinin bir sonraki ksmnda barajn kendisinden beklenen su tutma ilevini yitirmeden hangi mertebelerde kalc deplasmanlara maruz kalabilecei literatr ve mevcut artnameler nda sorgulanacaktr. Bu sayede bu beklentilerle uyumlu sismik k katsays deerini de belirlemek mmkn olabilecektir.

6. DOLGU BARAJLAR N ZN VERLEBLR KALICI DEPLASMAN KRTERLER

ncelikle dolgu barajlar iin izin verilebilir deplasman tanmlamasnn en az iki farkl deprem senaryosu esas alnarak yaplmasnn gereklilii vurgulanmaldr. letmeye esas deprem seviyesinde beklentiler barajn bu deprem senaryosu sonrasnda iletme faaliyetine aksatmadan devam edebilmesi olup, bu durumda baraj gvdesinin sismik tepkisinin elastik snrlar iinde kalmas gerektii aikardr. Kum, kil ve kaya malzemesi iin birim deformasyona bal tipik modl azalm ilikileri hatrlandnda elastik veya neredeyse elastik snrlarn kumlar ve killer iin sras ile kabaca 10-4-10-3 % ve 10-3-10-2 % mertebelerindeki makaslama gerinmelerine (birim deformasyonlarna) karlk gelecei belirtilebilir. Benzer olarak kaya iin ise elastik davran snr 10-3 % olarak seilebilir.

Emniyete esas deprem senaryosunda ise beklentilerin barajn su tutma yeteneini kaybetmemesi olduu hatrlandnda tartlmas gereken hususun bu senaryoya karlk gelebilecek izin verilebilir kalc deplasmanlarn belirlenmesi olduu aktr. izelge 8'de gsterildii zere, emniyete esas deprem senaryosu altnda literatrde olduka geni bir aralkta izin verilebilir kalc deplasman deerlerinin tariflendii grlmektedir. Baraj ykseklii, zonlama ve filitre kalnl, malzemelerin mukavemet ve rijitlik davranlar ile ilintili olmakla birlikte, kalc deplasmanlarn 1-1.5 metrenin (3-5 feet) altnda olduu koullarda baraj gvdesinin kabaca durayllnn tehdit altnda olmayaca sylenebilir.

73

izelge 8. Ulusal ve Uluslararas Kaynaklarda Belirtilen zin Verilebilir Kalc Deplasman Deerleri

lgili artname / Rehber neri

Hawaii Baraj Emniyeti Rehberi

0-1.5 m Kabul edilebilir (Dey deformasyonun baraj yksekliinin 1/10'u mertebelerinden dk olmas koulu ile) 1.5 - 3 m Baraj gvenlii/durayll tehdit altndadr. > 3 m Kabul edilemez (Analiz hesap hassasiyeti kaybedilmitir.)

Baraj Gvenlii Federal Rehberi, FEMA 2005 0 - 0.6 m Gvenli performans limitleri

DSOD, California 0 - 1.5 m Kabul edilebilir. FHWA-SA-97-076 0 - 0.3 m Kabul edilebilirkalc deformasyon limitleri

DS Rehber No: 1

Merkezi kil ekirdekli barajlarda toplam kalc deplasman filitre kalnlnn yarsn amamaldr. Kalc dey deplasman kret kotu ile normal su seviyesi arasndaki farktan dk olmaldr. Oturma baraj yksekliinin % 2'sini ayorsa hava pay da hesaba katlabilir. Emniyete esas deprem sonras normal su seviyesi zerinde 100 yllk takn hacmini depolayabilecek ykseklik kalmaldr.

Kalc deplasmanlarn 3 metreyi (yaklak 10 feet) amasnn kabul edilemez olduu, hatta bu mertebeleri aan durumlarda hesaplanan deplasman deerlerinin analiz yntemleri ve bnye modellerindeki snrlamalar sebebi ile pek de gvenilir olmayabilecei hatrlanmaldr.1.5 - 3.0 metre aras kalc deplasmanlarn gri blgeyi oluturduu ve hassas analizlerle yeni deerlendirmelere ihtiya duyulabilecei bilinmelidir. Bu deerlendirmelerin literatrdeki genel ve kaba neriler olduu, bu snrlarla uyumsuz durayl veya duraysz baraj performans rneklerinin olabilecei de unutulmamaldr. Toptanc yaklam yerine analizlerin ve sonularnn deerlendirmesinin konunun uzman mhendislerce projeye zel yaplmasnn gereklilii aikardr.

7. ZET VE SONULAR Barajlarn dinamik davrannn belirlenmesinde izlenen hesap analiz aamalar drt analiz aamasn ierir. lk aama, barajn tasarmna veya performans deerlendirmelerine esas tekil edecek sismik tehlike seviyelerinin belirlenmesidir. kinci aama bu sismik tehlike seviyeleri altnda barajn dinamik tepki davrannn hesaplanmasn konu etmekte olup, bu aama srasnda belirlenen tepki karakteristiklerinin (gerilme, birim deformasyon, deplasman vb.) incelenerek beklenen veya izin verilebilir performans seviyeleriyle uyumlu olup olmad ise nc aamay tekil eder. Son aamada ise belirlenen performansn kabul edilebilir mertebelerle uyumlu olmamas halinde mevcut barajlar iin iyiletirme, tasarm aamasndaki barajlar iinse revizyon nlemleri tartlr.

Bu bildiri kapsamnda 1. analiz aamas olan sismik tehlike seviyelerinin belirlenmesine ynelik mevcut ulusal ve uluslararas kriterler zetlenmi, bunlar arasndaki uyum ve

74

farkllklar vurgulanmtr. 2. aama kapsamnda, tarihsel geliim srecinde barajlarn sismik ykler altnda tasarmnda ilk durayllk deerlendirme aamas olan yar-statik (pseudo-statik) analizlere deinilmi, zellikle yar-statik analizlerin temel girdi parametresi olan "k" sismik katsays zerinde durulmutur. Konunun giriftlii ve bildiri sayfa snrlamas sebebi ile dinamik tepki analizleri ile ilgili deerlendirmeler bir baka almann konusu olmak zere ertelenmitir. 3. deerlendirme aamas kapsamnda yine ulusal ve uluslararas literatrde mevcut izin verilebilir deformasyon kriterlerinden bir derleme yaplm, kriterlerin birbirleri ile uyumu ve uyumsuzluklarna ek olarak eksikliklerine de deinilmitir. Dinamik tepki analizlerinin bildiri kapsam dnda braklmas ile ayn gerekeye dayanarak, 4. deerlendirme aamasn tekil eden iyiletirme ve kesit revizyonlar da bir baka alma kapsamna braklmtr. Bildirinin devamnda barajlarn sismik tasarm yntemlerinin tekamlnde izlenen tarihsel geliimin ksa bir zetine mteakip, sralanan bu aamalar ve kapsamla uyumlu olarak deerlendirmeler sunulmutur.

Bu kapsamda sras ile aada zetlenen sonu ve deerlendirmelerin sunulmasnda fayda grlmektedir.

Baraj tr yaplarn hangi seviyelerdeki sismik tehlikelere maruz kalaca ynndeki aratrmalar sismik tehlike deerlendirmeleri bal altnda allmaktadr.

Bu balk altnda tek bir deprem bykl ve mesafe parametresi kullanlarak gerekletirilen deterministik almalar olduu gibi, olas tm faylar zerinde meydana gelebilecek tm deprem senaryolarn gznne alan oklu olaslksal sismik tehlike analizleri de mevcuttur.

Deterministik sismik tehlike analizlerinde fay geometrisi ve segmantasyonu esas alnarak maksimum deprem bykl belirlenir. Bu deerin belirlenmesinde fay geometrisini esas alan bantlarn kullanlmas durumunda (rnein: Wells and Coppersmith, 1994) medyan tahmin deerinin zerine 2 (veya 3) standart sapma eklenerek maksimum deprem bykl bulunabilir. Bu deer ayn zamanda en kt senaryo olarak da anlabilir.

Deterministik senaryo kapsamnda, maksimum deprem bykl senaryosu iin barajn nemine gre risk seviyesi yksek veya ok yksek barajlar iin medyan+1 standart sapma, dierleri iinse medyan iddet ls (ivme, hz, deplasman, vb.) deerleri kullanlr.

letmeye esas deprem senaryosu, olaslksal sismik tehlike analiz yntemleri kullanlarak 100 ylda % 50 alma olaslna karlk gelen ve 144 yllk tekerrr sreli deprem iin tariflenir.

Bu senaryo altnda barajn iletme faaliyetlerinin sekteye uramadan devam etmesi beklenir. Bu kapsamda baraj yapsndan beklenen performans seviyesi yapnn elastik davranarak ya hi hasar grmemesi ya da hasarn, yapnn iletme faaliyetlerini kesintiye uratmayacak kadar dk mertebelerde kalmas eklinde tanmlanr. Olas dk seviyeli hasarn ekonomik ekilde ve sratle onarlmas da beklentiler arasndadr.

Minimum kriterlerle uyumlu olmak kayd ile .E.D. seviyesinin belirlenmesi barajn gvenliine esas bir deerlendirmeden ziyade iletmeye esas ekonomik bir kriter olduundan dzenleyici ve onaylayc kamu kurumlarndan ok yatrmclarn tercihleri ile ekillenebilir.

Ulusal ve uluslararas artnamelerde .E.D. seviyesinin nasl belirlenecei ve baraj performans beklentileri alanlarnda genel bir grbirlii mevcuttur.

75

Emniyete esas deprem seviyesinin belirlenmesinde daha karmak bir tablo ortaya kmakta olup, 475 yllk (50 ylda %10) tasarm deprem seviyesinden 10,000 yllk (100 ylda %1) seviyesine kadar geni bir yelpazede olaslksal deerlendirme seviyeleri sunulmaktadr.

DS Teknik Rehberinde yksek riskli barajlar iin 2475 yllk tekerrr sreli depremlerin esas alnmas tavsiye edilirken, ICOLD Bulletin 72 bu seviyeyi 10,000 yl olarak tariflemektedir.

Bu farklla ek olarak, deterministik analiz sonular ile olaslksal analiz sonularnn kyaslanmasnda da uyumsuzluklar mevcuttur.

Baz kaynaklarda deterministik ve olaslksal tehlike analiz sonularnn daha dnn (rnein: DS Rehber No:1,2012) dierlerinde ise daha ykseinin (rnein: ICOLD Bulletin 72, 2010) seilmesinin nerildiine rastlanmtr.

lkemiz gibi yksek sismik tehlikeye maruz bir corafyada yer alan blgeler iin sunulan bu farkllamalar tasarma esas deerlerde ciddi ayrmalara yol amaktadr.

10,000 yllk tekerrr sreleri yerine 2475 yllk srelerin seimin iin dillendirilen gereke uzun tekerrr sreleri iin hesaplanan yksek ivme deerleri altnda barajn durayl "tutulamayaca" olarak da sunulabilmektedir.

Oysaki unutulmamas gereken husus, bu yksek tekerrr seviyesine karlk gelen deprem sarsnts altnda barajdan beklenen performans ciddi kalc izin verilebilir deplasmanlara maruz kalsa da, su tutma yeteneini (duraylln) korumasdr.

Bu durumda izin verilebilir kalc deplasmanlarn ne mertebelerde olaca sorusu akllara gelmektedir. Baraj ykseklii, zonlama ve filitre kalnl, malzemelerin mukavemet ve rijitlik davranlar ile ilintili olmakla birlikte, kalc deplasmanlarn 1 -1.5 metrenin (3-5 feet) altnda olduu koullarda baraj gvdesinin kabaca sismik durayllnn tehdit altnda olmayaca sylenebilir. Kalc deplasmanlarn 3 metreyi (yaklak 10 feet) amasnn kabul edilemez olduu, hatta bu mertebeleri aan durumlarda hesaplanan deplasman deerlerinin analiz yntemleri ve bnye modellerindeki snrlamalar sebebi ile pek de gvenilir olmayabilecei hatrlanmaldr.1.5 - 3.0 metre aras kalc deplasmanlarn gri blgeyi oluturduu ve hassas analizlerle yeni deerlendirmelere ihtiya duyulabilecei bilinmelidir.

Buradan yola karak ve yine bu bildiride detayl olarak sunulduu zere yar-statik analizlere esas sismik k katsays izin verilebilir bu deplasman seviyeleri gzetilerek seilmelidir. rnein E.E.D. senaryosunun yar-statik n deerlendirmesi bnyesinde baraj topuuna kadar uzanacak bir kayma blounun analizinde, 7.5 moment byklndeki bir senaryo iin ve 30 cm izin verilebilir kalc deplasman iin edeer k katsays 0.25-0.35 mertebelerde seilebilir. zin verilebilir deplasmann 60 cm mertebelerde olmas durumunda bu deer 0.20-0.25 mertebelerine inebilir.

Dolays ile k katsaysnn ivmenin 0.4-0.6 aralnda seilmesi toptanclndan klarak izin verilebilir deplasman temelli seilmesi analizlere esas k deerini drebilecektir.

Elde edilen bu daha dk k katsaylar ile deerlendirme yapabilme "kazanm", tasarma esas sismik tehlike seviyelerinin 2475 yllk tekerrr srelerinden, uluslaras uygulamalarla uyumlu 10,000 yllk tekerrr srelerine karlmasnda "harcanabilecektir".

Bu nerinin teknik artnemelere yanstlmas durumunda "iki yanln bir doru etmesi" durumunun ortadan kaldrlmas da mmkn alabilecektir.

76

KAYNAKLAR

Ambrasey, N.N., 1960, On the seismic behaviour of earth dams: Proceedings of the Second World Conference on Earthquake Engineering, Tokyo and Kyoto, Japan, v.1, p. 331-358

Cetin, K. O., Yunatc, A. A., Bilge, H. T. Baraj yaplarnn tasarmnda sismik tehlike analizlerinin nemi: artnamelere kyaslamal bak. 2. Ulusal Baraj Gvenlii Sempozyumu, Eskiehir, Trkiye, Ekim, 2012.

D.S.. Rehber No: 1, 2012. "Baraj Tasarmnda Sismik Parametre Seimi Rehberi", 2012 1. Barajlar Kongresi, Ekim 2012, Ankara.

Elgamal, Ahmed-Waeil M., Scott, R.F., Succarieh, M.F. & Yan, L., 1990. La Villita dam response during five earthquakes including permanent deformations. J. Geotech. Engrg, ASCE, 116(10):1443-1462.

FEMA 2005, Federal Guidelines for Dam Safety, Earthquake Analyses and Design of Dams, May 2005.

Hynes-Griffin, M. E., & Franklin, A. G., 1984. Rationalizing the Seismic Coefficient Method, Miscellaneous Paper No. GL-84-3, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, Vicksburg, Mississippi.

ICOLD Bulletin 72, 2010 Revision, Selecting Seismic Parameters for Large Dams Guidelines, ICOLD 2010.

Kavruk, F., 2003. "Seismic Behavior of Embankment Dams M. S. thesis, Middle East Technical University, April, 2003.

Kramer, Steven L., Geotechnical Earthquake Engineering, Publ. Prentice Hall, 1996.

Kramer, S.L., 2008. Performance-Based Earthquake Engineering: Opportunities and Implications for Geotechnical Engineering Practice, Keynote Paper, Fourth Conference on Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics, ASCE, Sacramento, 32 pp.

Kramer S. L. ve Mayfield R. T.,2007. Return Period of Soil Liquefaction J. Geotech. Eng. Div., ASCE 133(7), 802-813.

Makdisi, Faiz I.; Seed, H. Bolton, UCB/EERC-77/19, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, 1977-08, 65 pages (480.2/M21/1977)

Marcuson W. F., 1981. "Seismic Design and Analysis of Embankment Dams: The State of Practice", The Donal M. Burmister Lecture.

77

McGuire, R. K., 2008. Probabilistic Seismic Hazard Analysis: Early History, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 37, No. 3, 329-338.

Mononobe, N., Takata, A. & Matumura, M., 1936. Seismic stability of the earth dam. Trans. 2nd Congress on Large Dams, Washington, D.C. Q. VII, pp.435-444

Newmark, N.M., 1965. Effects of earthquakes on dams and embankments. Gotechnique, 15(2):139-160.

Olgun C. G., Martin J. R., Mitchell J. K., Emrem C., Durgunoglu H. T., Cetin K. O., Karadayilar T. Chapter 9: Performance of improved ground and earth structures. Earthquake Spectra, EERI, Volume 16: 191-225, December, 2000.

Seed, H.B. & Martin, G.R., 1966. The seismic coefficient in earth dam design. J. Soil Mech. and Found. Div., ASCE, 92(SM3):25-58.

Sherard, J.L., 1967. Earthquake considerations in earth dam design. J. Soil Mech. and Found.Div., ASCE, 93(SM4):377-401.

nsal, S., Yunatc, A., etin, K. ., 2009. "An Integrated Seismic Hazard Framework for Assessing the Liquefaction Triggering of Dam Foundation Soils", International Conference on Performance-Based Design in Earthquake Geotechnical Engineering, IS-Tokyo 2009, Tsukuba, June 15-17, 2009, Japan.

Wieland, M., 2005. Review of Seismic Design Criteria of Large Concrete and Embankment Dams, 73rd Annual Meeting of ICOLD, Tehran, Iran, May 1-6, 2005, Paper No. 012-W4.

Wieland M., Brenner R.P., 2008. Current seismic safety requirements for large dams and their implication on existing dams, Proc. Int. Symposium on Operation, Rehabilitation and Upgrading of Dams, 76th Annual ICOLD Meeting, Sofia, Bulgaria.

78