Ağırlık Barajı Stabilitesi Nedir?

Ağırlık barajları kendi ağırlıkları ile su basıncına karşı koyar. Stabilite üç modda kontrol edilir: devrilme (overturning), kayma (sliding) ve taban gerilmeleri. Bu araç üçgen kesitli beton ağırlık barajı için devrilme ve kayma güvenlik sayısını hesaplar.

Hidrolik · Baraj

Stabilite Kontrolleri

Devrilme: FS_dev = M_dirençci / M_devirici ≥ 2.0
Kayma: FS_kay = μ·(W−U) / F_h ≥ 1.5
Taban gerilmesi: σ_max ≤ f_cd ve σ_min ≥ 0 (çekme yok)

3 Kontrol

Dikkat Noktaları

Uplift (U): Baraj tabanında boşluk suyu basıncı ağırlığı azaltır — ihmal edilemez.
Deprem: Dinamik yükler (yalancı-statik yöntem: a_h·W) eklenmeli.
Drenaj galerisi: Uplift'i %30-50 azaltır, FS'yi önemli ölçüde iyileştirir.
Bu araç basitleştirilmiş üçgen kesit varsayar — gerçek tasarımda trapez kesit ve ayrıntılı yük kombinasyonları kullanılır.

Temel Kavramlar

W — Baraj AğırlığıW = ½·γ_c·H·B (üçgen kesit). Beton γ_c ≈ 24 kN/m³. Ağırlık merkezinin konumu devrilme momentini belirler.

F_h — Hidrostatik İtkiF_h = ½·γ_w·h_w². Üçgen basınç dağılımı. Etki noktası h_w/3 yüksekliğinde.

U — Uplift KuvvetiU = ½·γ_w·h_w·B. Baraj tabanında yukarı yönlü su basıncı. Efektif ağırlığı W−U'ya düşürür.

μ — Sürtünme KatsayısıBeton-kaya arayüzeyinde μ = 0.65–0.80. Kaya kalitesine ve derzleşmeye bağlı. Kayma güvenliğini doğrudan kontrol eder.

FS_{\text{dev}} = \dfrac{M_{\text{dir}}}{M_{\text{dev}}} \qquad FS_{\text{kay}} = \dfrac{\mu(W - U)}{F_h}

Ağırlık Barajı — Devrilme ve Kayma Stabilitesi

Sembol Sözlüğü

H	Baraj yüksekliği	m
B	Baraj taban genişliği	m
h_w	Su seviyesi (= γ_w parametresi olarak)	m
γ_c	Beton birim hacim ağırlığı	kN/m³
μ	Taban sürtünme katsayısı	—
γ_w	Su birim hacim ağırlığı = 9.81	kN/m³

Kuvvet ve Moment Bağıntıları

W	= ½ · γ_c · H · B
F_h	= ½ · γ_w · h_w²
U	= ½ · γ_w · h_w · B
M_dir	= W · (2B/3)
M_dev	= F_h · (h_w/3) + U · (2B/3)

Hesap Akışı

Adım 1 — Ağırlık

W = ½ · γ_c · H · B

Üçgen kesitli barajın birim metre uzunluktaki ağırlığı.

Adım 2 — Yatay Su İtkisi

F_h = ½ · γ_w · h_w²

Mansap yüzünde üçgen basınç dağılımı. Etki noktası tabandan h_w/3.

Adım 3 — Uplift

U = ½ · γ_w · h_w · B

Baraj tabanında doğrusal dağılımlı yukarı yönlü su basıncı. Drenaj galerisi varsa azaltılır.

Adım 4 — Güvenlik Sayıları

FS_dev = W·(2B/3) / [F_h·(h_w/3) + U·(2B/3)]

FS_dev ≥ 2.0, FS_kay ≥ 1.5 olmalıdır.

Sayısal Örnek

Veri: H=30 m, B=20 m, h_w=28 m, γ_c=24 kN/m³, μ=0.70
W = ½×24×30×20 = 7200 kN/m
F_h = ½×9.81×28² = 3845 kN/m
U = ½×9.81×28×20 = 2747 kN/m
FS_dev = 7200×13.33 / (3845×9.33+2747×13.33) = 96000 / (35893+36619) = 1.32
FS_kay = 0.70×(7200−2747) / 3845 = 0.81 → Taban genişletilmeli!

→ Hesap Makinesi'nde B'yi artırarak güvenli değer bulun

Baraj yüksekliği, Him

Taban genişliği, Bim

Beton γ_cikN/m³

Su seviyesi, h_wmi

Sürtünme, μi—

FS_devrilme

—

FS_kayma

—

W — Ağırlık

—

F_h — Su itkisi

—

U — Uplift

—

B/H oranı

—

FS Devrilme

fsd

—

≥ 1.5 gerekli

FS Kayma

fsk

—

≥ 1.3 gerekli

Durum

⚑

—

Genel değerlendirme

Hesap Adımları

Temel Kaynaklar

USBR — Design of Gravity Dams

ABD Bayındırlık Bakanlığı ağırlık baraj tasarım kılavuzu. Uplift, sismik yükler ve stabilite analizinin birincil referansı.

Kılavuz

DSİ Baraj Tasarım Kriterleri

Türkiye'deki DSİ barajları için tasarım esasları. Güvenlik sayıları, yük kombinasyonları ve deprem parametreleri.

Standart

Yanmaz, M. — Baraj Mühendisliği

Türkçe baraj mühendisliği ders kitabı. Ağırlık, kemer ve dolgu baraj tasarımı. ODTÜ İnşaat Mühendisliği.

Ders Kitabı

Ek Kaynaklar

Novak, P. et al. — Hydraulic Structures

Uluslararası referans. Baraj tipleri, stabilite analizi, savak tasarımı kapsamlı anlatılır.

Eurocode 7 & 8 — Baraj Tasarımı

Avrupa standartları. Depremde baraj güvenliği ve zemin-yapı etkileşimi.