Kemer Baraj tasarımında dikkat edilmesi gerekenler
Bütün yükü kendi ağırlığı ile taşıyan beton ağırlık barajların aksine bir kemer baraj stabilitesini, hem kendi ağırlığı hem de üzerine gelen yükleri büyük oranda kemer etkisi ile vadi yamaçlarına aktararak sağlar. Bu yüzden, baraj yeri, kemer baraj seçiminde en önemli hususlardan biridir. Genel olarak, bir kemer barajın kemer etkisini taşıyabilecek yeteri dayanıklılıkta yamaçlara sahip bir baraj yerine gereksinim duyduğu söylenebilir.
Barajların kret uzunluğunun yüksekliğine oranı, önerilen tasarımların karşılaştırılması için bir esas olarak kullanılabilir. Tabii ki merkez açı, profil şekli ve plan tipi gibi diğer kontrol faktörlerinin rölatif etkileri göz önünde bulundurulmalıdır. Ayrıca kret uzunluğu-yükseklik oranı, bir ağırlık baraj tasarımına kıyasla bir kemer barajın ekonomiklik sınırı için kaba bir bilgi verir. Bu tip barajlar için ilk göz önüne alınacak husus, kret uzunluğu-yükseklik oranının 3 veya daha az olmasıdır. Kret uzunluğu-yükseklik oranı 3 ile 6 arasında olan vadilerde, sağlam zemine ulaşmak için yapılacak zemin kazı mesafesine bağlı olarak en uygun baraj şekli, bir kemer barajdır. Kret uzunluğu-yükseklik oranı 6’dan büyük olan baraj yerlerinin seçiminde, derivasyon ihtiyacı, inşaat malzemesinin mevcudiyeti ve boşaltma tesisi gibi faktörler daha etkin olur. Bu sebeple, bu tür vadiler için özenli bir çalışma gerekmektedir. Bu çalışmanın sonuçlarına göre geniş vadilerde kemer baraj yapımına karar verilebilir.
Bir kemer baraj profili, yapılabildiği kadar düzgün yapılmalıdır. Her kemer mesnet üzerindeki genel görünüş, bir veya iki parabol veya hiperbolden oluşan düzgün bir geometrik eğriye benzemelidir. Kemer mesnet profilinde ters yönde bir eğilme noktasının bulunması, kaya zemin ile temas halindeki yüzey boyunca düzgün bir kuvvet dağılımı sağlayacaktır. Orijinal vadi yüzeyleri genellikle kazı öncesi çok düzensiz bir profile sahiptir. Bunun için düzensizliği bozan noktalar, sert kaya zemine kadar kaldırılmalıdır. Tasarımda karşılaşılan bu tip zorluklar, yapısal verimsizliğe, dolayısıyla beton miktarının ve maliyetin artmasına yol açar.
Geometrik olarak uygun bir vadide bir kemer baraj için diğer önemli bir husus, kemerlerin kaya zemin eşyükselti eğrileri ile yaptığı açıdır. Eğer barajın üst seviyesinde yerleştirilen bir kemerin sürekliliği taşkın dolu savak ile bozulmuşsa, bu teğetsel kemer itki kuvvetini taşıyamayabilir. Uygulanan yükleri karşılayacak mansapta yeteri kadar kaya kütlesinin olması bu kriteri (minimum açı) sağlar. Ayrıca, kaya zeminde birleşim sistemlerin yönü, tüm yükleme durumları altında kemer mesnetlerinin stabilitesini sağlamak için baraj plan yapımında dikkat edilmesi gereken bir husus olmalıdır.
Tam radyal kemer mesnetleri (eksene dik), yük taşıma kapasitesi bakımından avantajlıdır. Bununla birlikte, mansap tarafında tam radyal kemer mesnet için aşırı kazı işleminin sonuç verdiği yerde ve gerekli mukavemet ile stabiliteye sahip kaya zeminde kemer mesnetleri, yarı radyal duruma indirgenebilir. Memba tarafında tam radyal kemer mesneti kullanımından doğan aşırı kazı işleminin olduğu yerde, radyal kemer mesnetlinden daha büyük bir kemer mesneti kullanılabilir. Böyle durumlarda, kaya direnci dikkatli bir şekilde araştırılmalıdır. Aşırı kazı işlemi, yukarıda bahsedilen iki şeklin her ikisi ile sonuçlandığı için tam radyal kemer mesnetlinin kullanılamadığı durumda, minimum kazı gerektirecek muhtemel başka şekillerin belirlenmesi için özel çalışmalar yapılmalıdır. Bu çalışmalar, kemer mesnetinin tam radyal mesnetten ne kadar uzaklaştığını ve stabilité ile gerilme dağılımı için gerekli tüm gereksinimleri ne kadar yerine getirdiğinide belirler.
Bir kemer baraj, baraj ve rezervuardan gelen yükleri karşılamak için yeterli mukavemete sahip kaya zemine ihtiyaç duymaktadır. Bu yükler, baraj-zemin etkileşim bölgesi boyunca zemine iletildiği için, verilen kemer seviyesinde bileşke kuvvetlerin büyüklüğü ile orantılı olarak barajın en derin bölgesinde minimum zemine ihtiyaç duyulmaktadır. Baraj-zemin etkileşim bölgesinin küçük olmasından dolayı diğer baraj tiplerine kıyasla bir kemer baraj, temelde daha büyük bir basınç taşımaya çalışır. Baraj yerinin seçiminde zeminin taşıma gücü çok önemlidir.
Zeminin deformasyonu, barajda oluşacak gerilmeler üzerinde doğrudan etkiye sahiptir. Zemin deformasyon modülünün düşük değerleri (yani yumuşak zemin) baraj tabanındaki çekme gerilmelerini azaltırken, büyük değerleri ise tabandaki çekme gerilmelerini artırır. Bu yüzden, projelendirmenin ilk aşamasında, zeminin deformasyon modülünü belirlemek önemlidir. Zemin deformasyon modülünün bilinmesi, bir yamaçtaki zemin deformasyon modülünün diğerinden aşırı derecede farklılık gösterdiği durumlarda çok daha önemlidir.
Bir kemer baraj tasarımında göz önüne alınması zorunlu olan yükleme durumları; Barajın kendi ağırlığı, Sıcaklık yükü, Hidrostatik yük, Deprem yükü, Diğer Yükler, şeklindedir.
Ülkemizde yer alan kemer barajlar: Berke Barajı, Gezende Barajı, Gökçekaya Barajı, Karakaya Barajı, Oymapınar Barajı, Sır Barajı ve Deriner Barajı olarak dikkat çekiyor.
