Yerüstü su depolama tesislerinin inşasında, geçirimsizlik perdelerinin oluşturulması önemli bir yer tutmaktadır. Günümüzde özellikle baraj, gölet ve iletim tünelleri gibi önemli mühendislik yapılarında sızdırmazlık uygulamasının önemini bir kat daha artmaktadır. Bu amaçla, Ülkemizde ve dünyada su depolama tesislerinde geçirimsizlik perdesi oluşturulması ile ilgili uygulanan yöntemler araştırılmış, bu yöntemlerin uygulanabilirliği ilgili olarak literatür taraması yapılmıştır. Elde edilen geçirimsizlik (sızdırmazlık) yöntemleri ve ülkemizde yapılan tesislerdeki imalatlar incelenmiştir. Sızdırmazlık perdelerinin oluşturulmasında; Zemin dondurulması, sıcak bitüm enjeksiyonu, bulamaç duvarı (slurrytrench), fore kazık veya jet grouting ve çimento harç enjeksiyonu yöntemleri uygulanabilmektedir. Bu yöntemlerin incelenmesi sırasında uygulamada karşılaşılan problemler ve bu problemlerin çözüm yöntemleri incelenmiştir.

YAZAN: 
İsmail SEVİM / DSİ Yeraltısuları Dairesi Başkanlığı, Jeoloji Yük. Müh., Daire Başkanı
Necmi YARBAŞI / Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü

1. GİRİŞ
Dünyada insan nüfusunun artması ile birlikte çok sayıda, atık su ve temiz su depolama amaçlı, baraj vegölet gibi yapılara ihtiyaçlar oluşmuştur. Sanayileşme ve hizmet sektörlerindeki büyümeye paralelolarak istihdamın artışı ile birlikte kentlerde yaşayan nüfusta da artışlar olmuş, tarımda makineleşme dekırsal nüfusu kentlere göçünü hızlandırmıştır. Kentlerdeki nüfus artışı bu yerleşimlerdeki içme ve kullanma suyu ihtiyacını hızla artırırken, artan gıda ihtiyacını karşılamak için birim alandan daha fazla verim elde edilmesi, daha fazla üretim ve artan hayvancılık faaliyetleri için sulu tarım yapılması büyükönem kazanmıştır. Bunların yanı sıra küresel ısınmanın etkin olduğu bölgelerde yağışrejimi bozulduğu için tarımsal sulamadaki eksiklikleri karşılamak için depolama tesislerine ihtiyaçartmıştır. Ayrıca artan nüfus ve artan ekonomik faaliyetlerin en temel ihtiyaçlarından biri olan enerjininelde edilmesindeki en kolay yöntemin barajlar olduğu da unutulmamalıdır.

Dünya’daki bu gelişmelere paralel olarak ülkemizde de artan enerji ve su ihtiyaçlarının giderilmesi içinyerüstü suyu depolama tesislerinin nitelik ve nicelik olarak artırılması zorunluluğu ortaya çıkmıştır. Ülkemizin, gelişmekte olan bir ülke olması ve nüfusun artmasına paralel olarak artan kent nüfusu gerekenerji gerek tarımsal ve gerekse içme ve kullanma suyu ihtiyacını hızla arttırmıştır. Bulunduğumuz coğrafyadaki kitlesel göç hareketleri, daha önceleri yapılmış ya da planlaması yapılmış tüm depolama tesislerinin yetersiz kalması ya da kısa sürede ihtiyacı karşılayamama sonucunu doğurmuştur. Bütün bunlar dikkate alınarak ülkemizde hızlı bir hidroelektrik enerjiye dayalı tesisleşme yoluna gidilmiştir.Aşağıda DSİ’nin 2022 yılında yayınlanan faaliyet raporuna göre ülkemizdeki Hidroelektrik santrallerinyapımı ve üretilen enerjinin yıllara göre güç üretimi yer almaktadır.

Ülkemizin yüz ölçümü toplam 78,4 milyon hektardır. Bunun yaklaşık 24 milyon hektarı tarım arazisidir (DSİ, 2022) Tarım arazilerimizin ancak 1/3 kadarı sulanabilmektedir. Önceki yıllarda problem olarak karşımıza çıkan, uygunsuz jeoteknik koşullar, düşük fayda/maliyet oranları, gövde imalatında kullanılacak malzemenin yöreden temin edilememesi veya her şeyin uygun olduğulokasyonlarda suyun yeterli olmaması gibi olumsuzluklar teknolojinin yardımı ile bilimsel olarakaşılmaya başlanmıştır.

Özellikle temelini, mühendisliğin ve sayısal sistemlerin oluşturduğu inovatif çözümler ile sorunlaraşılmış, gerek alternatif gövde tipi modellemelerinin sahada uygulanması ve gerekse ihtiyaç duyulanteknolojik ürünlerin gövde imalatlarında kullanılması tesisleşmedeki engelleri hızla ortadankaldırmıştır. Böylece ekonomik büyüme ve artan nüfusla artan ihtiyaçlar dünyaya paralel olarakÜlkemizde de su depolamasına yönelik tesisleşme artmıştır.

2. MATERYAL ve YÖNTEM
Bu çalışmaya temel oluşturması açısından Ülkemizde ve dünyada su depolama tesislerinde geçirimsizlik perdesi oluşturulması ile ilgili uygulanan yöntemler araştırılmış, bu yöntemlerinuygulanabilirliği ilgili olarak literatür taraması yapılmıştır. Elde edilen geçirimsizlik (sızdırmazlık) yöntemleri, ülkemizde ve diğer ülkelerde yapılan tesislerdeki uygulamalar incelenmiş veyorumlanmıştır. 

3. ARAŞTIRMA BULGULARI
Ülkemizde ve dünyada, başta su depolama yapılarında olmak üzere geçirimsizlik (sızdırmazlık) perdesi oluşturulması çeşitli yöntemlerle yapılmaktadır. Bunlar; 

3.1. Zemin Dondurulması Yöntemi ile Geçirimsizlik Perdesi Oluşturulması
Geçirimsiz zon oluşturulmak istenen zeminlerde sıralı olarak açılan sondaj deliklerine yerleştirilen veiçinden soğutucu sıvının sirkülasyonunun yapıldığı bir sistem yardımı ile zemin ve gözeneklerindeki sıvıların dondurulması yöntemidir. Bu sirkülasyonda kullanılan sıvı genel olarak tuzlu su olmakla beraber, hızlı sonuç gerektiren işler için nitrojen gazı seçilmektedir. Çizelge 2’de görüldüğü üzere CaCl2 soğutucusu ile 1 hafta ile 4 hafta arasındaki sürede oluşturulan Buz Duvarı (Ice Wall), sıvı nitrojen ile1-7 gün arasındaki sürede oluşturulabilmektedir. Magnezyumlu tuzlu sular -34ºC, kalsiyum klorürlü sular -55 ºC, sodyum klorürlü sular ise -9 ºC donmaktadır. Bu malzemelerin dışında aynı amaçla -196ºC de sıvılaştırılmış nitrojende (LNO2) kullanılmaktadır.

Baraj ve gölet gibi ekonomik ömrü ve işletmesi uzun olan tesislerde zeminde geçirimsiz perdenin (dondurulmuş toprak bariyer) zeminin dondurulması ile oluşturulması ekonomik bir uygulama değildir. Ancak atık barajlarda kirlenmiş suyun yeraltı suyuna karışmasını önlemek için yeraltında bariyeroluşturmak için yapılabilmektedir. 11 Mart 2011 tarihinde, Japonya’da Oshiko yarımadasının 72 kmdoğusunda açık denizde 9 Mw büyüklüğünde deprem meydana gelmiştir. Ardından oluşan tsunami felaketi, TEPCO tarafından işletilen Fukushima Daiichi nükleer elektrik santralinde, reaktörlerin soğutma sistemini besleyen enerjinin kesilmesine neden olmuş, ardından reaktörlerin soğutulamaması nedeni ile çekirdeğin ve koruyucu levhaların deformasyonu ile radyoaktif kirlilik oluşmuştur (WorldNuclear News., 2016).

Reaktörlerin mevcut soğutma sistemi ile soğutulamaması nedeni ile reaktörler dıştan su ile soğutulmayaçalışılmış, radyoaktif kirliliğe maruz kalmış olan bu sular yeraltı suyu ile karışarak okyanus ilebuluşmuştur. Kirlenmiş yeraltı suyu okyanus ile birleştiğinde radyoaktif kirlilik okyanus canlı hayatını tehdit ederek büyük bir ekolojik felakete yol açmıştır. Bu felakete en kısa zamanda son verebilmek içinnükleer santralin çevresine, kirlenmiş suyu temiz sulardan izole edebilmek için yer altında geçirimsizperde oluşturulmuştur. 2012 yılı Nisan ayında başlanan “Buz Duvarı (Ice Wall)” inşaatı, Şubat 2016 tarihinde bitirilmiş ve 31 Mart 2016 tarihinde aktif duruma getirilmiştir. Geçirimsiz perdenin, zeminin dondurulması yöntemine önemli bir örnek olması nedeni ile aşağıda resim olarak verilmiştir (TEPCO, 2016).

3.2. Sıcak Bitüm Enjeksiyonu ile Geçirimsizlik Perdesi Oluşturulması
Dünyada sıcak bitüm kullanılarak zemin iyileştirmesi yapılması tarihte ilk kez MS 1. yy’da yaşayan Flavius Josephus tarafından yazılan The Antiquities of the Jews isimli kitabında karşımıza çıkmaktadır. Modern zamanlarda ise 19. yy sonlarında baraj ve tünellerde kullanılmaya başlanmıştır. Ancak zamaniçinde yanlış malzeme ve sıcaklık seçimi nedeni ile çok tercih edilen bir malzeme olmamıştır. Günümüzde ise yalıtım yapılmak istenen her noktada sihirli bir ürün gibi kullanılmaya başlamıştır. Yerine kullanılacak alternatif malzemelerin (epoksi, kauçuk vb.) yüksek maliyetleri bu ürünü çekici kılmaktadır. Bitüm, ortamda katı halde olup, fiilen uçucu olmayan bir malzemedir. Normal olarak tamamen sıvılaşması için 140 ºC ısıya ulaşması gerekir. 60 ºC’de yumuşamaya başlar.

Sıcak bitüm;
- Sıcaklığa bağlı olarak, katı veya sıvı hali alabilir,
- Yapışma ve bağlayıcı özelliği vardır,
- Geçirimsizdir ve deforme olmaz,
- Isıtıldığında yumuşar ve viskozitesi düşer,
- Özgül ağırlığı 25 ºC de 1.0-1.1gr/cm³tür (Yüknü vd., 2021).

Bitüm sıvılaşması ile bir akış davranışı gerçekleştirir. Bu davranış viskozitesi ve buna bağlı olarak gelişen elastisite özelliğinden kaynaklanmaktadır. Bitüm bu visko-elastik özelliğini sıcaklık zaman orantısıyla kendini gösterir. 25 ºC ısıdaki bitümün birim yüklenme ile 10 saatteki yayılma etkisi, aynıbitümün 60 °C ısıda 1 saatteki yayılmasına eşit olabilmektedir. Kısacası yüksek sıcaklıklarda kısa sürede gerçekleştirdiği yayılmayı, düşük sıcaklıklarda çok daha uzun sürelerde gerçekleştirmektedir. Yeraltısuyu sıcaklığının, termal kökeni olmadığı sürece maksimum 12°C’yi aşmamaktadır. Bu nedenle 120°C’de katılaşan, 150 °C nin üzerinde ısıtılarak akıcı duruma getirilerek zemine verilecek bitüm, viskoelastik özelliği ile enjekte edildiği boşluğun şeklini alarak hızla katılaşacaktır (Chuaqui ve Bruce, 2012; Yüknü vd., 2021). Bitümler, çevre için tehdit olarak düşünülse de kaynaklarına ve üretim sonrası eklenen katkılara bağlı olmak üzere içerdikleri çevreye ve canlı yaşamına olumsuz etkisi olabilecek madde miktarı çok düşürülebilmektedir. Ayrıca bitümün kimyasal etki olmaksızın su içinde eriyeceğine dair herhangi bir çalışma bulunmamaktadır (Naudts ve Hooey, 2003). Bitüm, belirtilen özellikleri ileyeraltı geçirimsizlik perdesi oluşturulmasında çok önemli bir malzemedir. Yeraltı suyunun çok hızlıhareket edebildiği, yapılan enjeksiyonun içerdiği çimento harcının çok çabuk yıkanabildiği ve taşındığı zemin türlerinde ve karstik sistemin varlığını içeren zeminlerde mutlaka ilk tercih olarak bitüm enjeksiyonunun yapılması, imalat süresini kısaltacak ve başarı oranını arttıracaktır. Bitüm su hareketlerinin fazla olduğu ve özellikle büyük boşlukların bulunduğu zeminlerde kullanılabilecek en uygun geçirimsizlik malzemesidir. Özellikle erime boşlukları, mağara, galeri şeklinde aşırı miktarda kaçaklar oluşturabilecek olan karstik zeminlerde geçirimsizlik perdesinin oluşturulmasında tek başınakullanılabileceği gibi, farklı fazlarda olmak kaydı ile çimento harç enjeksiyonu ile birlikte kullanılmasıda mümkündür (Naudts ve Hooey, 2003).Dünyada geçirimsizliğin sağlanması amacıyla sıcak bitümin kullanıldığı birçok baraj ve tünel bulunmaktadır. Bunlardan bazıları aşağıda verilmiştir; (Water Power and Dam Construction Magazine,2001).1- Lower Baker Barajı, Washington, ABD2- Stewartville Barajı, Ontario, Kanada3- Kraghammer Sattel Biggel Barajı, Almanya4- Potash Mine Barajı, Canada5- Jabura Barajı, BrezilyaÜlkemizde sıcak bitüm kullanılarak geçirimsizliğin sağlandığı herhangi bir baraj veya göletbulunmamaktadır. Ancak ülkemizin jeolojisi düşünüldüğünde işletilme sırasında büyük sorunlar yaşadığımız birçok baraj ve gölette bu malzeme kullanılarak çevreci sonuçlar elde edilebilecektir. Türkiye’de karstik zeminler üzerine yapılmış baraj ve göletlerin birçoğunda halen devam etmekte olan su kaçakları sıcak bitüm enjeksiyonu ile tamamen kesilebilecek durumdadır. Bu tür tesislerde sututulmadan önce veya özellikle su tutulduktan sonra kaçak olduğu durumlarda klasik enjeksiyon yöntemlerinin başarılı olma olasılığı oldukça düşüktür. Nitekim Keban Barajı’nda su kaçakları önleme çalışmaları başarısız olmuş ve kaçaklar toplam 15 m³/sn mertebesine ulaşmıştır (Erguvanlı ve Yüzer,1976). Karstik bölgelerde ve büyük su kaçaklarında hızlı ve kesin çözümdür (Şekil 6).

3.3. Slurry Trench Yöntemi ile Sızdırmazlık Perdesi Oluşturulması
Slurry Trench veya Slurry Wall kelime anlamı veya uygulamalar anlamında “Bulamaç Duvarı” veya “Bulamaç Siperi” anlamındadır. Bulamacı oluşturan temel unsur su ve bentonit olup uygulamaya bağlıolarak killi temel malzemesi ile belli oranda çimento karışımı vb. katkılar ile kimyasallarla karıştırılarak oluşturulabilir. Teknolojik gelişimlere paralel olarak bu karışımlardaki portland çimentosunu azaltarak Mg’ca zengin cüruf kullanımı ile bulamacın sızdırmazlık ve dayanımının arttığı tespit edilmiştir (Çakır,2019). Slurry Trenc karışımının, bentonitle karıştırılmış çimento ve katkılarla imal edilmesi veya mevcut zemin (kil) ile karıştırılarak imal edilmesi ile yerine kendiliğinden yerleşebilmekte ve dışetkilere maruz kaldığında kendini onarabilmekte, aktif yük ve gerilmelerde ise elastik davranabilmektedir. Baraj veya göletlerde aks yerinde temeli oluşturan birimlerin yüksek maliyetle rgetirmesi nedeni ile kaldırılamaması veya kazı emniyetinin sağlanamayacağı gibi kaygılarla özellikle alüvyon zeminlerde geçirimsiz perde oluşturmak amacıyla yapılan pratik ve hızlı bir yöntemdir(Karaoğullarından vd., 1997) (Şekil 7). Bu yöntemin yapılması için zemin parametrelerinin ve yeraltında oluşturulacak bulamaç duvarının, üzerine gelecek yüklere vereceği tepkinin, geçirimsizlik hedefini bozmayacak özelliklerde olması bir zorunluluktur (Şekil 8).

3.4. Fore Kazık veya Jet Grauting Yöntemi ile Geçirimsizlik Perdesi Oluşturulması
Alüvyon gibi taneli, çimentosuz, sıkılaşmamış zeminlerde geçirimsiz perde yapmak ve stabilite sağlanmak isteniyorsa uygulanacak daha verimli yöntemler sınırlıdır...

DEVAMI VAR

Bu makale, 6-8 Haziran 2024 tarihleri arasında Nevşehir'de düzenlenen MÜHJEO’2024 Ulusal Mühendislik Jeolojisi ve Jeoteknik Sempozyumu'nda sunulmuştur. Makalenin tümüne ulaşmak için lütfen tıklayın...

28 Temmuz 2024

Türkiye'nin en ESKİ ve en çok ZİYARET EDİLEN şantiyesi: ŞANTİYE^®... 
İnşaata dair "KAYDADEĞER" ne varsa... 1988'den bu yana...
Şantiye^®nin ürettiği, derlediği ve yayınladığı içeriklerde öncelik “KAMUSAL YARAR”dır... 
Ve yayınlanan içeriğin “ÖZEL” olmasına özen gösterilir...

BASILI DERGİ + E-DERGİ + SANTİYE.COM.TR + SOSYAL MEDYA + DİJİTAL PLATFORMLAR... 

İnşaat sektörünün buluşma noktası Şantiye^®, “Güven”i temsil eden “Basılı bir Yayın” olma özelliğinin yanı sıra yenilenen web sitesi, Turkcell Dergilik ve Türk Telekom E-Dergi gibi mobil uygulamalardaki varlığı, 42 bin E-Bülten abonesi ve 85 bin sosyal medya takipçisi-bağlantısıyla inşaat sektörünün en önemli iletişim platformlarından biri olmaya her ortamda devam ediyor... 1988'den bu yana...

Şantiye^® ayrıca yapı sektörüne "Şantiye'nin Yıldızı Ödülü", "Yılın Yeşil Yapı Malzemesi / Teknolojisi Ödülü" ve "Şantiyeden Kareler Fotoğraf Yarışması" gibi farklı organizasyonlarla da katkı sunuyor. 

Şantiye^®nin son sayısı da dahil 1988 yılından bugüne kadar yayınlanan TÜM SAYILARINA E-Dergi olarak göz atmak için lütfen tıklayın... 

Şantiye^®, başta ABONELERİ olmak üzere 2020-2024 yıllarında ilan veren firmalar ABS Yapı, Akyapı, Alumil, Anadolu Motor (Honda), Alkur, Ak-İzo, Altensis, Arbiogaz, Aremas, Arfen, Assan Panel, Asteknik, Atos, Batıçim, Baumit, Betek, Betonblock, Borusan CAT, Bosch Termoteknik, Bostik, BTM, Buderus, Bureau Veritas, Chryso, Çimsa, Çuhadaroğlu, Çukurova Isı, Duyar Vana, DYO, Efectis ERA, Ekomaxi, Elkon, Emülzer, Eryap, Filli Boya, Fixa, Fullboard, Form Endüstri Ürünleri, Form Endüstri Tesisleri, Form MHI (Mitsubishi Heavy Industries) Klima, Garanti Leasing, GF Hakan Plastik, Gökçe Brülör, Grundfos, Hilti, IQ Alüminyum (by Deceuninck), İNKA, İntek, İpragaz, İstanbul Teknik, İzocam, İzoser, Kalekim, Knauf, Knauf Insulation, Komatsu, Köster, Kuzu Grup, LG, Marubeni, Masdaf, Master Builders Solutions, MBI Braas, Meiller Kipper (Doğuş Otomotiv), Messe Frankfurt, Messe München/Agora Tur., Mekon, Mitsubishi Chemical, Nalburdayim.com, NETCAD, ODE, Ökotek, Özler Kalıp, Özpor, Panasonic, PERI, Pimakina, Polyfibers, Polyfin, Prometeon, Ravago, Rehau, Saint Gobain Türkiye, Saray Alüminyum, Schüco, Selena (Tytan), Sentez Mekanik, Serge Ferrari, Shell, Siemens, Sistem İnşaat, Soudal, Sika, Şişecam, Temsa, TMS, Tekno Yapı, Türk Ytong, Tremco illbruck, Vaillant, Vekon, Wermut, Wilo ve Xylem’in değerli katkılarıyla hazırlanmaktadır.

ABONE OLMAK İÇİN
Bir yıllık abonelik bedelimiz olan 1200 TL (6 Sayı, KDV Dahil)'yi TR70 0001 0008 5291 9602 1550 01 IBAN no’lu hesabımıza (Ekosistem Medya) yatırıp; ardından dekontu, açık adresinizi ve fatura bilgilerinizi (şahıs ise TC kimlik no; firma ise vergi dairesi-numarası) santiye@santiye.com.tr adresine e-posta veya 0532 516 03 29 no’lu telefona WhatsApp / SMS aracılığıyla ulaştırabilirsiniz.