This research is supported by the Scientific and Technological Research Council of Turkey (TÜBİTAK), Grant No: 215M870 (15/4/2016-15/4/2019).

Basınçlı enerji tünelleri hidroelektrik enerji sistemlerinin önemli bir parçası olup tasarım ve performans açısından klasik kuru tünellerden yükleme ve işletme açısından farklılık gösterir. Baraj rezervuarında depolanan su, kapakların açılması ile enerji tüneline dolar ve basınçlı bir şekilde tribüne iletilir. Bu esnada ani basınç artışına maruz kalan tünel, kuru tünellerin aksine yüksek iç basınç altındadır. İç basınçlı enerji tünelleri, tünel kaplama malzemesinin seçimine bağlı olarak geçirimli, yarı geçirimi ve geçirimsiz olarak tasarlanabilmektedir. Ülkemizde ve Kuzey Avrupa ülkelerinde yaygın olarak yapıldığı gibi basınçlı tünellerin betonarme olarak inşa edilmesi durumunda, iç basınç altında tünel betonarme kaplamasında oluşan çatlaklar yarı geçirimli bir davranış ortaya çıkarır. Yarı geçirimli durum, doğal olarak iç basınca maruz tünel kaplamasına dış basınç etki etmesine yol açar. Bu durum, kaplamaya etki eden net basıncı düşürerek müspet bir durum ortaya koyar gibi görünse de, tünelde oluşan su kaçakları ve bu kaçakların oluşturabileceği heyelan riski ile kaplama çevresinde oluşan kaya hasarları sebebi ile göçük riski, tünelin ekonomik kayıplara yol açmasına sebep olabilir. Ülkemizde ve dünyada pek çok enerji tünelinde göçükler ve işletme durması problemleri yaşanmıştır. Bir enerji tünelinin durması, yüzlerce megawat kurulu güce sahip hidroelektrik enerji sisteminin ve mansabındaki diğer sistemlerin atıl duruma düşmesine ve ülke ekonomisinin ağır darbe almasına sebep olur.

Önerilen proje iç basınçlı betonarme enerji tünellerinin basınç altındaki davranışlarının anlaşılmasına yenilikçi deneysel ve sayısal yöntemler kullanarak ışık tutmayı hedeflemektedir. Bu bağlamda, ülkemizde yakın zamanda hizmete girmesi planlanan bir enerji tüneli prototip olarak seçilmiş ve tünel kaplamasının, çevresindeki kayanın bir bölümü ile beraber yüzde kırk ölçekli olarak laboratuvarda test edilmesi planlanmıştır. Deneylerde kaya ortamı, benzer elastisite modülüne sahip beton olarak ele alınacaktır. İç basınç yükünün ise tünel kaplamasına pistonlar vasıtası ile etki ettirilmesi düşünülmüştür. Deneyler esnasında kaplama ve kaya deformasyonları ile çatlak uzunluk ve genişlikleri detaylı olarak ölçülecektir. Toplam dört adet deney gerçekleştirilecek olup ele alınacak parametreler kaya elastisite modülü, kaplama donatısı ve kaplamada lifli beton kullanım durumudur. Deneyler neticesinde basınç ile en önemli performans parametresi olan çatlak genişlikleri hakkında somut veriler ilk defa bu proje ile elde edilecektir. Deneylerin simülasyonu için ise son on beş yıldır kullanımı giderek yaygınlaşan parça etkileşim tabanlı bir metot olan peridinamik yaklaşımı kullanılacaktır.  Peridnamik çatlamayı özel bünye denklemleri yerine modellemenin bir parçası olarak ele almakta olup sürekli ortam mekaniği prensipleri yerine ayrık ve lokal olmayan bir boyutta işlev görmektedir. Bu durum, peridinamik yaklaşımı, özellikle çatlak genişliği ve uzunluğunu tahmin etmenin elzem olduğu iç basınçlı enerji tüneli probleminde mükemmel bir seçim haline getirmiştir. Yapılan deneysel sonuçlar ile kalibre edilen peridinamik yaklaşım, daha sonra gerçekçi pek çok tünel kesitinin çözümünde kullanılarak iç basınç ile kaplama geometrisi/donatısı ve çatlak genişliği arasında bir performans ilişkisinin tesis edilmesinde kullanılacaktır. Deneysel ve simülasyon sonuçları derlenerek mühendislerin kolay tasarım ve performans tahkiki yapmasına olanak verecek yarı ampirik/analitik bir tasarım aracı ortaya çıkarılacaktır.

Projenin başarı ile tamamlanması neticesinde i-ülkemizde inşa edilmiş bir enerji tünelinin performansı fiziksel deneyler ile ortaya konacak, ii- peridinamik yaklaşım hakkında sağlam bir altyapı oluşturularak yöntem enerji tüneli problemine uygulanacak, iii- elde edilen bulgular neticesinde bir tasarım aracı oluşturulacaktır. Projenin başarı ile tamamlanması böyle bir problemde türünün ilk örneği deneysel, sayısal ve tasarım bulgularının ortaya konmasına vesile olacaktır.