7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
- 257 -
YÜKSEK KRETLİ ÜSTYAPILI ŞEVLİ DALGAKIRANLARDA
HAFİF KRET BLOKLARI KULLANIMININ DENEYSEL
İNCELENMESİ
M. Adil AKGÜL1, Prof. Dr. M. Sedat KABDAŞLI1,2, Necati AYHAN3
İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Müh. Bölümü, Hidrolik Laboratuvarı, Maslak,
İstanbul - Tel: 212-285 70 62 Faks: 212 285 37 33 - E-posta: [email protected]
1
2
3
E-posta: [email protected]
2ER Müşavirlik Proje Kontrolluk ve Ticaret A.Ş. Kayışdağı Cad. Poyraz Sk. Sadıkoğlu İş
Merkezi K:2 D:22-23-25 Hasanpaşa, Kadıköy-İstanbul Tel: 216 418 67 62 Faks: 216 418 67 99 - E-posta: [email protected]
Özet
Dalga aşmayacak biçimde boyutlandırılan bir şevli ve üstyapılı dalgakıranın kronman duvarı ve
zırh tabakası arasında kalan bölgede, zırh tabaka blokları yerine daha hafif koruma bloklarının
kullanılabilirliği deneysel olarak incelenmiştir. Bu amaçla kurulan iki boyutlu fiziksel modelde, tetrapod zırh tabaka ile kronman duvarı arasına tabii taş koruma blokları yerleştirilmiş ve
düzenli ve düzensiz dalgalar etkisinde farklı kret kotları test edilerek tırmanma yüksekliği/kret
kotu parametresine bağlı olarak hasarın değişimi incelenmiştir. Deney sonuçları, hafif blokların
dalga tırmanması kret kotunu aşana dek düşük hasarla görevini sürdürdüğünü göstermiştir.
AN EXPERIMENTAL STUDY OF ABOUT THE USAGE OF LIGHTER
ARMOUR UNITS AT THE CREST OF A MOUND BREAKWATER WITH
SUPERSTRUCTURE
Abstract
An experimental study has been conducted to investigate the stability of lighter armour units,
which are installed -as a replacement to the main armour units- between the main armour layer
and the crown wall of a high-crested breakwater. A two-dimensional physical model has been
built, where natural rock blocks are installed to the region bordered by the crown wall and the
tetrapod armour layer. Under both regular and irregular waves, the damage ratio at the lighter
blocks has been inspected, and the variation of damage with respect to the runup height/crest
height ratio has been evaluated. The test results indicate that such an application of lighter
units can perform with an acceptable damage ratio, as long as the wave runup does not exceed
the crest elevation.
Anahtar Kelimeler: Şevli dalgakıran, stabilite, dalga tırmanması
- 258 -
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
Giriş
Şevli dalgakıranlar, yurdumuzda yaygın olarak inşa edilen kıyı koruma yapılarıdır. Bu yapıların
maliyetinin önemli bir bölümünü, zırh tabakası olarak adlandırılan ve dalga etkisine kütlesi
ve biçim özellikleri ile karşı koyan elemanların imalatı ve yerleştirilmesi oluşturmaktadır. Zırh
tabaka malzemesi olarak tabii kaya kullanımı, şantiye sahasına yakın civardaki taş ocaklarının
verebileceği azami taş boyutu ile sınırlıdır. Buna ek olarak, ocaktan elde edilen taşların, şantiyeye nakil edilebilir boyutlarda olması da ikinci bir boyut sınırlaması getirmektedir.
Koruma bloğu ağırlıklarının ocak taşı ile karşılanamadığı durumlarda suni koruma blokları
kullanımına gidilmektedir. Genellikle donatısız betondan inşa edilen suni bloklar, betonun birim hacim ağırlığının ocak taşından daha düşük olmasına rağmen, kalıp geometrisi ve yerleştirme özelliklerine bağlı olarak ocak taşına kıyasla daha yüksek stabiliteye sahiptirler. Ancak,
pek çok durumda suni blokların birim inşa maliyeti, ocak taşı ile kıyaslandığında daha yüksek
olmaktadır.
Günümüzde, gerek deniz taşıtlarının boyutlarındaki büyüme, gerekse tarama maliyetini azaltmak amacı ile, limanlar eskiye nazaran daha derin sularda inşa edilmektedir. Yapıların daha
büyük su derinliklerinde inşa edilmesi ise yapılara etkiyecek dalga kuvvetlerinde artışa sebep
olmaktadır. Yurdumuzda, özellikle Karadeniz ve Akdeniz kıyılarında inşa edilmesi gereken kıyı
yapılarında yüksek dalga kuvvetlerinin husule gelmesi, dizayn aşamasında çalışan bir mühendisin pek çok durumda elde edilebilir ocak taşının yetersiz olmasına istinaden beton zırh ünitelerine başvurmasına sebep olmaktadır. Bu kapsamda yurdumuzda en yaygın kullanılan yapay
koruma bloklarının tetrapod, küp ve antifer tipleri olduğu gözlemlenmektedir.
Kıyı koruma yapısının arkasında kalan alan için öngörülen korunma mertebesi, yapının kret
kotunu belirleyen en önemli unsurdur. Özellikle yapının iç cephesinin yanaşma/bağlama yeri,
stok sahası veya imalat alanı gibi belli bir amaçla kullanıma sunulduğu kıyı tesislerinde dalgakıranların dalga aşmasını engelleyecek kret kotlarına sahip olması istenmektedir.
Klasik dalgakıran tasarımında, zırh tabakanın sakin su seviyesinin en az belirgin dalga yüksekliğinin (HS) iki katı kadar altından krete kadar uzatılması, kret bölgesinde ise minimum üç blok
çapı kadar bir genişliği kapatması önerilmektedir (CEM, 2003; SPM, 1984). Bu önerilerden,
özellikle kret genişliğinin en az üç zırh tabaka blok çapı kadar olması, üstyapısız dalgakıranlar
için geçerli olup bu tip yapıların dalga aşmasına maruz kalmaları durumunda hayati önem
taşımaktadır. Dalga aşmasına izin veren bir yapıda, aşan su kütlesinin kret üzerinde oluşturacağı akım hızları kret bloklarını korunmuş bölgeye doğru itmek eğiliminde olacaktır. Bundan
daha riskli bir durum ise, alçak kretli yapılarda dalganın kret üzerinde kırılması ve özellikle
kıvrılarak kırılma sırasında oluşan jetin yapı kretini vurması olarak tanımlanabilir (SPM,1984).
Aşmaya izin verilecek biçimde dizayn edilen kesitlerde ve özellikle batık dalgakıranlarda, stabilite açısından en kritik bölgelerin yapı kreti ve korunmuş bölge tarafındaki şev olduğu pek çok
araştırmacı tarafından bildirilmektedir (Vidal, 1992).
Kronman duvarı bulunan dalgakıranlar için ise, kret bölgesine dair net bir dizayn kriteri bulunmamakta ve uygulamada pek çok proje bu bölgede farklılıklar göstermektedir. Uygulamada
genel eğilim, zırh tabakanın kronman duvarına yaslanması biçimindedir.
Bununla beraber, zırh tabaka üzerinde dalga etkisinden kaynaklanan kuvvetlerin kökeni incelendiğinde, özellikle dalga aşmasına izin verilmeyecek kret kotları ile tasarlanan kesitlerde, zırh
tabakanın krete kadar uzatılmasına gerek olmayacağı kanısına varılabilir. Bruun (1985), dalga
kuvvetlerinin, yapı üzerinde dalga kırılması ve dalga tırmanması ile dalga çekilmesi sırasında
meydana gelen kaldırma ve sürükleme kuvvetlerinden oluştuğunu belirtmiştir. Bu kuvvetler
incelendiğinde, dalga kırılması etkisinin, kırılma türü ve geri çekilme hareketine bağlı olarak,
sakin su seviyesinin dalga yüksekliği kadar altında ve üstünde görülebileceği; dalga tırmanması ve çekilmesinden kaynaklanacak kuvvetlerin de benzer şekilde akım hızlarının maksimuma
ulaştığı sakin su seviyesi civarında en yüksek olacağı ortaya çıkmaktadır. Kret bölgesi ise, dalga
kırılması etkisinin dışında kalmakta, ayrıca, tırmanma ve geri çekilme hareketleri sırasında
akım hızları ve debileri bu bölgede minimuma düşmektedir.
Yukarıda belirtilen hususlar dikkate alındığında, kret kotu dalga aşmasına izin vermeyecek
yüksekliklerde tasarlanan kıyı koruma yapılarında, krette ve krete yakın bölgede daha düşük
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
- 259 -
ağırlıkta malzemenin zırh tabaka olarak kullanılabileceği düşünülmektedir. Bu suretle, toplam
gerekli suni blok sayısı azaltılarak, ocak taşından yapılacak ikame anroşman ile ekonomi sağlanabilir. Ayrıca, suni blokların gerektireceği kür ve elleçleme süreleri de azaltılarak imalat hızı
da nispeten arttırılabilir.
Kret civarında hafif blokların kullanılması, dalga aşması durumunda, kret üzerinde oluşan
korunmuş bölge istikametindeki dalga tırmanması kökenli akımın yaratacağı itki kuvvetlerinin
burada kullanılacak olası hafif blokları korunmuş bölgeye doğru sürüklemesi ihtimalini doğuracaktır. Bu risk dikkate alındığında, söz konusu yüksek kretli ve üstyapılı dalgakıranda kronman duvarı, blokların iç cephesinde bir kalkan vazifesi görmek suretiyle yukarıda tasvir edilen
sürüklemeyi engelleyici nitelikte olacaktır. Bununla beraber, kronman duvarı, şev üzerinde tırmanan jet için de bir engel oluşturacak ve cidarındaki akımı yukarı doğru yönlendirerek hemen
önündeki bloklara ilave bir kaldırma kuvvetinin etkimesine de sebep olabilecektir.
Yukarıda belirtilen bilgi ve bulgulardan yola çıkılarak, zırh tabaka ile kronman duvarı arasında
daha hafif bloklar kullanılması durumunda söz konusu blokların stabilitesine dair bir inceleme gerçekleştirilmiştir. Fiziksel model testleri baz alınarak yürütülen bu deneysel çalışmada,
2ER tarafından tasarlanan Eren Enerji ve Dağıtım A.Ş.’ne ait olan Muslu Limanı kesitlerinden
yola çıkılmış ve çalışma genişletilerek kret kotuna bağlı olarak anroşman bloklarının stabilitesi
incelenmiştir.
Bu tebliğ kapsamında gerçekleştirilen deneysel çalışmada, söz konusu hafif blokların ön ve
arka cephelerinden sırası ile zırh tabaka ve kronman duvarı ile çerçevelendiği bir konfigürasyon
iki boyutlu fiziksel model deneyleri altında etüd edilmiştir (Şekil 1).
Deneysel Çalışma
Dalga Kanalı
Deneyler, İTÜ İnşaat Fakültesi Hidrolik Laboratuarında bulunan 24.00 m uzunluk, 1.00 m derinlik ve 0.98 m genişliğindeki dalga kanalında gerçekleştirilmiştir. Kanalda hidrolik bir piston
yardımı ile çalışan flap tipinde bir dalga üreteci mevcut olup dalga serileri bilgisayar üzerinden
tanımlanarak bir A/D dönüştürücü marifetiyle üretece iletilmektedir. Bu sistem yardımı ile düzenli ve düzensiz dalga serilerinin üretimi mümkün olmaktadır. Kanalın ölçeksiz bir boykesiti
Şekil 1’de verilmiştir.
Şekil 1. Deney kanalının görünüşü ve ölçüm ekipmanının yerleşimi (ölçeksizdir).
Dalgakıran Modeli
Testlere tabii tutulan dalgakıran modeli, Muslu Limanı kesitleri dikkate alınarak hazırlanmış
ve daha sonra araştırma kapsamını genişletmek amacı ile modifiye edilmiştir. 1:1.5 şev eğimli
tetrapod zırh tabakası ile korunan kesitte, tetrapod tabakası ile kronman duvarı arasında kalan bölgeye 2-3 sıra genişliğinde ve 4 sıra yüksekliğinde taş anroşman yerleştirilmiştir. Kesitin
boyutsuzlaştırılmış ölçüleri Şekil 2’de verilmiş; kesitte kullanılan malzemelere dair geometrik
bilgiler Tablo 1’de sunulmuştur.
Tetrapodlar, laboratuar ortamında hazırlanan kalıplar yardımı ile betondan imal edilmişler ve
%50 porozite dikkate alınarak yerleştirilmişlerdir. Kronman duvarı ile tetrapod tabakası arasına yerleştirilen taşlar el ile tartılarak seçilmiş ve %30 porozite ile yerleştirilmiştir. Uygulamaya
dair kesidin boyutsuzlaştırılmasında (Tablo 1) tetrapod boyutları dikkate alınmış olup tabloda
- 260 -
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
belirtilen Dn50 tetrapodlar için karakteristik yükseklik değil, nominal eşdeğer küp blok çapıdır:
Beton ve tabii taş birim hacim ağırlıkları sırası ile γbeton=2.40 t/m3 ve γtaş=2.65 t/m3 olarak alınmıştır. Nominal medyan dane çapları bu birim hacim ağırlıklar kullanılarak elde edilmiştir.
Şekil 2. Deneylerde kullanılan dalgakıran kesidi ve bağıl tabaka ağırlıkları.
Kret kotunun boyutsuzlaştırılmasında ise yine tetrapod nominal eşdeğer küp blok çapı kullanılmıştır:
Tablo 1. Modelde kullanılan malzemeler, model ve prototip ölçekleri ve bağıl çap ve ağırlıklar.
PROTOTİP
NO
MALZEME
MODEL
Wp
Wn50,p
Wn50,m
Dn50,m
[t]
[t]
[gr]
[cm]
Bağıl
Bağıl
Çaplar
Ağırlıklar
1
TETRAPOD
24.0
24.0
308.27
5.05*
1.00
1.00
2
KAYA
4.0-6.0
5.0
64.22
2.89
0.57
0.21
3
KAYA
2.0-4.0
3.0
38.53
2.44
0.48
0.12
4
KAYA
0.4-2.0
1.2
15.41
1.80
0.36
0.05
5
OCAK ARTIĞI
0.0-0.4
0.2
2.57
0.99
0.20
0.01
Veri Kayıt ve Analiz Sistemleri
Dalga kayıtlarının ölçümünde direnç tipi dalgaölçerlerden yararlanılmıştır. Toplamda dört adet
dalgaölçer kullanılmış olup veri alma frekansı 25 Hz olarak seçilmiştir.
Çalışmada hasar, hareket eden blok sayısı dikkate alınarak hesaplanmıştır. Bu amaçla, deneyler sırasında bilfiil yapılan gözlemlere ek olarak, dalgakıran modelini tepeden görecek biçimde
yerleştirilen bir kameradan alınan kayıtlardan faydalanılmıştır.
Deney Prosedürü
Deneyler, su derinlikleri 58.0cm, 61.5cm, 64.5cm ve 67.5 cm olmak üzere dört farklı kret yüksekliği için gerçekleştirilmiş olup bunlar sırası ile Konfigürasyon 1, Konfigürasyon 2, Konfigürasyon 3 ve Konfigürasyon 4 olarak belirtilmiştir.
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
- 261 -
Tablo 2. Test matrisi, dalga istatistikleri ve hasar oranları.
Dalga İstatistikleri
Konfigürasyon
Konfig.
1
Fd=4.41
Konfig.
2
Fd=3.71
Konfig.
3
Fd=3.12
Konfig.
4
Fd=2.53
Test
No.
Dalga
Tipi
101
102
Hareket Türü ve Hasar
IribarYuren
SallaDönen varlaSayısı
nan
nan
(ξ)
Hasar
Oranı
[%]
HS
[cm]
H1/10
[cm]
Hmax
[cm]
T0
[s]
D.li
14.62
15.22
15.86
1.005
2.41
1
0
0
0.13
D.li
13.12
13.97
13.89
1.397
3.53
0
0
0
0.00
103
D.li
13.50
14.61
15.96
0.890
2.02
0
0
0
0.00
104
D.li
11.79
12.61
13.12
1.329
3.22
0
0
0
0.00
105
D.siz
10.98
13.80
21.15
1.095
2.75
0
0
0
0.00
106
D.siz
12.06
14.65
19.49
1.360
3.26
2
0
0
0.13
201
D.li
14.87
15.51
16.21
1.006
2.39
2
0
0
0.26
202
D.li
11.90
12.70
13.59
0.807
2.14
1
0
0
0.13
203
D.li
12.23
12.99
14.10
1.210
3.17
3
0
0
0.39
204
D.li
14.97
15.53
15.84
1.396
3.31
2
0
0
0.26
205
D.li
14.97
15.64
16.21
1.013
2.40
2
0
0
0.26
206
D.siz
13.12
15.58
19.75
1.239
3.13
4
1
0
0.77
207
D.siz
10.15
12.66
17.90
1.004
2.89
2
0
0
0.26
208
D.siz
10.69
13.18
19.93
0.978
2.74
1
0
0
0.13
209
D.siz
10.83
13.27
18.78
1.032
2.87
2
0
0
0.26
210
D.siz
11.54
14.17
19.76
1.256
3.39
3
0
0
0.39
211
D.siz
13.25
15.83
18.88
1.267
3.19
3
1
0
0.64
212
D.siz
10.51
12.96
19.28
1.149
3.25
2
0
0
0.26
301
D.li
11.15
12.33
15.26
0.844
2.32
0
0
0
0.00
302
D.li
17.60
18.65
22.25
1.028
2.25
1
0
0
0.11
303
D.li
16.70
17.36
20.32
1.211
2.71
4
1
0
0.68
304
D.li
15.47
16.56
18.64
1.216
2.83
5
1
0
0.79
305
D.li
15.24
16.69
19.37
1.394
3.27
6
0
0
0.68
306
D.siz
10.03
12.62
18.05
1.021
2.95
4
0
0
0.45
307
D.siz
11.91
15.02
20.73
1.240
3.29
17
1
0
2.14
308
D.siz
10.23
12.76
16.78
1.235
3.54
13
0
0
1.46
401
D.li
11.26
12.02
13.09
0.809
2.21
3
0
0
0.34
402
D.li
17.81
18.62
20.15
1.018
2.21
16
2
0
2.25
403
D.li
15.26
16.49
19.88
1.219
2.96
10
1
0
1.35
404
D.li
15.23
16.31
17.72
1.397
3.28
13
2
0
1.91
405
D.siz
12.75
15.93
20.60
1.321
3.39
26
15
5
8.56
406
D.siz
10.86
13.32
17.02
1.258
3.50
7
1
0
1.01
407
D.siz
12.78
15.60
20.57
1.338
3.43
10
1
0
1.35
Deneyler, esas zırh tabakası olan tetrapod bloklarının hasar almayacağı veya sınırlı hasar alacağı bir dalga aralığında gerçekleştirilmiştir. Bu koşullar altında, sadece tetrapodlar ile kronman duvarı arasına yerleştirilen kaya anroşmanın stabilitesi incelenmiştir.
Düzenli dalga serileri 300’er dalgadan, düzensiz dalga serileri ise 750’şer dalgadan oluşmakta
olup test matrisi ve dalga istatistikleri Tablo 2’de verilmiştir.
- 262 -
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi
Dalga kayıtlarının analizi. Dalga kayıtları zaman alanında analiz edilmiş; dalgaölçerlere ait kalibrasyon denklemleri yardımı ile su seviyesi-zaman grafikleri elde edildikten sonra sıfırı kesme
metodu uygulanarak tekil dalgalar ayıklanmış ve dalga istatistikleri hesaplanmıştır. Hesaplanan dalga istatistikleri Tablo 2’de verilmiştir.
Hasar oranlarının tayini. Hasar ölçümlerinin elde edilmesinde literatürde pek çok farklı metod
kullanılmaktadır. Bunların başlıcaları, deforme olmuş kesit alanı üzerinden hasarın tanımlanması (Hudson,1958; Broderick, 1983; Burcharth, 1992) ve hareket eden blok sayısının toplam
blok sayısına oranı (van der Meer, 1988); cinsinden hasar parametresinin belirlenmesi üzerine
kuruludur.
Bu çalışmada, hasar oranlarının hesaplanmasında, Yağcı ve Kabdaşlı (2003) tarafından önerilen hasar bağıntısı kullanılmıştır. Bu bağıntı, dalga etkisi altında gözlemlenen farklı blok hareketlerinin stabiliteye etkilerine göre katsayılarla çarpılarak toplam hasarın belirtilmesini öngörmektedir. Buna göre, blok hareketleri, sallanma, dönme ve yuvarlanma olarak üç farklı grupta
incelenmekte ve bu hareketlerin hasar oranına etkileri aşağıdaki gibi verilmektedir:
Ele alınan bölgede hasar, sadece en üst sıradaki blok sayısı dikkate alınarak hesaplanmıştır.
Stabilite Bağıntılarının Çıkartılması
Raichlen (1975), şevli dalgakıranlarda blok stabilitesine etki eden parametreleri aşağıdaki gibi
tanımlamıştır:
Denklemdeki ilk iki terim dalga yüksekliği ve periyodunu, h su derinliğini, 1/m taban eğimini,
ρs ve ρw sırarı ile kullanılan koruma bloğunun ve suyun yoğunluklarını, g yerçekimi ivmesini,
W blok ağırlığını, ifade etmektedir. Bununla beraber, derinlik limiti nedeniyle kırılan dalgaların kapsam dışında tutulması dikkate alınırsa, 1/m taban eğimi parametresi ve h yapı önü su
derinliği parametresi denklemden düşecektir. Deneyler boyunca sabit tutulan fiziksel büyüklüklerin de etkisi çıkartılırsa denklem aşağıdaki hali almaktadır:
Iribarren sayısının kırılma biçimine ve stabiliteye etkileri pek çok araştırmacı tarafından belirtilmiştir (Günbak ve Bruun, 197; Losada, 1979). Benzer şekilde, stabilite denklemleri için yapı
kret kotunun boyutsuzlaştırılmasına dair de pek çok farklı yaklaşım bulunmaktadır (Powell,
1985; van der Meer, 1990). Bununla beraber, incelenen bölgenin konumu dikkate alınırsa,
bu bölgede husule gelecek olan kuvvetlerin kökeninin dalga tırmanması ile ilişkili olacakları
düşünülebilir. Bu nedenle, bu çalışmada kret kotunun etkisi, rölatif tırmanma yüksekliği parametresi ile verilecektir:
Teorik tırmanma yüksekliklerinin hesabında de Waal (1992) tarafından önerilen formülasyon
kullanılmıştır:
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
- 263 -
Burada, γr,γh ve γβ sırası ile pürüzlülük katsayısı, spektral düzeltme katsayısı ve açı düzeltme
katsayılarıdır. Çalışmada yüzey pürüzlülük katsayısı van der Meer (2009) uyarında tetrapod
zırh tabakası için γr=0.38 alınmıştır, ayrıca dik dalgalar incelendiği için γβ=1 olacaktır. Spektral
düzeltme katsayısı ise,
bağıntısı ile hesaplanmış olup düzensiz dalgalar için 1’e yakın, düzensiz dalgalar için ise 0.780.86 arasında değerler vermiştir.
Her test için, Iribarren sayıları aşağıdaki bağıntılar yardımı ile hesaplanmıştır:
Şekil 3. Düzenli dalgalar için rölatif tırmanma yüksekliğine bağlı olarak hasar oranının
değişimi.
Hesaplanan Iribarren sayıları Tablo 2’de verilmiştir. Tablodan da görüleceği üzere, tüm dalga
serileri için Irribaren sayıları 2.02 ile 3.54 arasında değişmektedir. Bu durumda yapı üzerinde
dalganın kırılma biçimleri kıvrılarak kırılma (ing. plunging) ve düşerek kırılma (ing. collapsing)
olarak belirmektedir ki deneyler sırasında yapılan gözlemler de bu değerleri doğrulamaktadır.
Söz konusu kırılma türleri için dalga tırmanma yüksekliği, doğrudan dalga yüksekliğinin bir
fonksiyonu olmaktadır (de Waal, 1992). Bu nedenle, tırmanma yüksekliği yerine dalga yükseklikleri de stabilite grafiklerinin elde edilmesinde kullanılabilir. Ancak, çalışmanın daha geniş
bir dalga spektrumunu kapsayacak biçimde genişletilmesi ihtimali dikkate alınarak grafikler
rölatif tırmanma yüksekliğine bağlı olarak verilecektir.
Deneyler süresince yapı topuğu üzerinde minimum su derinliği 35 cm’dir. Gönderilen dalgalar
- 264 -
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
dikkate alındığında bu değer, topuğun varlığının tırmanmaya etkisinin ihmal edilebileceğini
göstermektedir (CEM, 2003).
Şekil 3’te, düzenli dalgalar için rölatif tırmanma yüksekliğine bağlı olarak hasar oranının değişimi gösterilmiştir. Grafik üzerinde, Ru,r = 0.6 ve Ru,r = 0.94 değerleri farklı hasar durumlarını
ayıran ara değerler olarak görünmektedir. 0<Ru,r<0.6 aralığında kesitteki bloklarda hareket görülmemekte olup bu durum, dalga tırmanmasının krete erişmemesinden kaynaklanmaktadır.
0.6<Ru,r<0.94 değerleri arasında ise tırmanan dalgalar anroşmana erişmekte ve nispeten serbest durumda olan taşlarda sallanma hareketlerine sebep olmaktadırlar. Ru,r>0.94 durumunda
ise dalga tırmanması anroşmanın içinden krete kadar yükselmekte ve/veya kreti aşmakta olup
bu durumda bloklarda dönme ve yuvarlanma hareketleri de gözlenmektedir. Buna rağmen görülen hasar oranları davranış açısından “Hasar başlangıcı” sınırları içinde kalmaktadırlar.
Şekil 4. Düzensiz dalgalar için rölatif tırmanma yüksekliğine bağlı olarak hasar oranının değişimi.
Şekil 4’te, düzensiz dalgalar ile yapılan testlerden elde edilen hasar oranlarının rölatif tırmanma
yüksekliği ile değişimi görülmektedir. Diyagramdan görüleceği üzere, rölatif tırmanma yüksekliğinin 0.80 değerine ulaşmasına kadar kesitteki hasar sadece sallanma hareketlerinden meydana gelmektedir. Bu değerin üzerinde yuvarlanma hareketleri başlamaka; 1.00 değerinin üzerine
çıkıldığında ise deplasmanlar görülmekte ve hasar oluşmaktadır.
Sonuç ve Öneriler
Yüksek kretli üstyapılı dalgakıranlarda, kronman duvarı ile zırh tabaka arasında hafif blok kullanımı ve bu blokların stabilitesi deneysel olarak incelenmiştir. Kurulan fiziksel modelde zırh
tabaka olarak tetrapod üniteleri, hafif blok olarak ise tabii taş kullanılarak düzenli ve düzensiz
dalga serileri etkisinde kret bloklarının stabilitesine dair rölatif kret yüksekliği parametresine
bağlı grafikler elde edilmiştir.
Gerçek deniz durumunu daha iyi betimleyen düzensiz dalgalarla yapılan testler dikkate alındığında, rölatif tırmanma yüksekliğinin 1 ve altında kaldığı durumlarda, hafif bloklarda görülecek
hasarın kabul edilebilir mertebelerde olduğu görülmüştür. Buna bağlı olarak, kret kotu dalga
aşmasına engel olacak biçimde tasarlanan şevli dalgakıranlarda, çalışmada ele alınan biçimde
bir kesit uygulamasının güvenle gerçekleştirilebileceği söylenebilir. Bu amaçla ve kırılmayan
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
- 265 -
dalgalar için elde edilen sonuçlar boyutsuzlaştırılarak tipik bir dizayn kesiti Şekil 2’de gösterilmiş ve boyutsuzlaştırılmış blok büyüklükleri Tablo 1’de verilmiştir. Gerçekleştirilen fiziksel
model deneylerinin geçerlilik sınırları Denklem 12a,12b ve 12c ile belirtilmiştir:
Rölatif tırmanma yüksekliği değerlerinin 1.00 ve altında olduğu durumlarda, hasar oranında
nispeten bir saçılma olduğu görülmekle beraber, bu saçılmanın ağırlıklı olarak sallanma hareketlerinden kaynaklandığı gözlemlenmiştir. Blokların özenli (kenetlenerek) yerleştirilmesi durumunda sallanma hareketlerinin de azalması beklenmektedir.
Kıyı ve deniz yapılarının dizaynında, deniz ortamının barındırdığı belirsizlik ve rastgeleliğe istinaden uzunca bir süredir kabul edilmiş bir yaklaşım olan klasik yapı tasarımının ekonomik
açıdan pek çok araştırmacı tarafından irdelendiği günümüzde, bu çalışmada ele alınan metod
ile az da olsa ekonomi sağlamak mümkün olacaktır. Bununla beraber, tasarımın başarılı bir
şekilde işlevini yerine getirebilmesi için, uygulama bölgesine ait dalga iklimi ve fırtına özelliklerinin iyi bilinmesi gerekmektedir. Bu kapsamda ülkemizde dalga ölçümleri ve fırtına kayıtları
açısından büyük bir eksik bulunmaktadır. Klasik ekstrem dalga iklimi çalışmaları ve elde edilen sonuçların muhtelif dalga spektrumlarına uyması kabullerinin pek çoğu arazi verileri ile
test edilmemiştir. Bu nedenlerden ötürü, daha özel tasarımların geliştirilmesi ve uygulanması
için arazi dalga verilerinin temini, incelenmesi ve değerlendirilmesi hayati önem taşımaktadır.
Kaynaklar
Broderick, L.L. “Riprap stability-A progress report” Proceedings of Coastal Structures ’83, ASCE,
pp. 320-330, 1983.
Bruun, P., ve Günbak, A.R., “New design principles for rubble mound structures”, Proceedings
of the 15th International Conference on Coastal Engineering, ASCE, Vol. 3, pp. 2429-2473, 1976.
Bruun, P. Design and construction of mounds for breakwaters and coastal protection. Elsevier
Publishing, Amsterdam, Hollanda, 1985.
Burcharth, H.F., ve Liu, Z. “Design of dolos armour units.” Proceedings of the 23rd International
Conference on Coastal Engineering, ASCE, Vol. 1, pp. 1053-1066, 1992.
Coastal Engineering Research Center (U.S.) Shore protection manual / U.S. Army Coastal Engineering Research Center, Washington, ABD, 1984.
de Waal J.P. ve van der Meer, J.W. “Wave run-up and overtopping on coastal structures.” Proceedings of the 23rd International Conference on Coastal Engineering, ASCE, Vol. 2, pp. 17581771, 1992.
Hudson, R.Y. “Design of quarry-stone cover layers for rubble-mound breakwaters; hydraulic
laboratory investigation.” RR 2-2, U.S. Army Engineer WES, Vicksburg, MS, ABD, 1958.
Losada, M.A. ve Gimenez-Curto, L.A., “The joint effect of wave height and period on the stability
of rubble-mound breakwaters using Iribarren’s number”, Coastal Engineering (3), 1979.
Powell, K.A. ve Allsop, N.W. ”Low-crest breakwaters, hydraulic performance and stability” Rapor
No. SR57, HR Wallingford, İngiltere, 1985.
Raichlen, F. “The effect of waves on rubble-mound structures.” Annual Review of Fluid Mechanics Vol.7, pp. 327-356, 1975.
U.S. Army Corps of Engineers. Coastal Engineering Manual. Engineer Manual 1110-2-1100,
U.S. Army Corps of Engineers, Washington, D.C. (in 6 volumes), ABD, 2002.
- 266 -
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
van der Meer, J.W. “Rock slopes and gravel beaches under wave attack.” Doktora tezi, Delft
University of Technology, Hollanda, 1988.
van der Meer, J.W. ve Pilarczyk, K.W. “Stability of low-crested and reef breakwaters.” Proceedings of the 22nd International Conference on Coastal Engineering, ASCE, Vol. 2, pp. 1375-1388,
1990.
van der Meer, J.W., Verhaeghe, H., Steendam, G.J. “The new wave overtopping database for
coastal structures.” Coastal Engineering, (56), 108-120, 2009.
Vidal, C., Losada, M.A., Medina, R., Mansard, E.P.D., Gomez-Pina, G. “A universal analysis for
the stability of both low-crested and submerged breakwaters.” Proceedings of the 23rd International Conference on Coastal Engineering, ASCE, Vol. 2, pp. 1679-1691, 1992.
Yağcı, O. ve Kabdaşlı, S. “Alternative placement technique for antifer blocks used on breakwaters. Ocean Engineering, (30), 1433-1451, 2003.
Download

Yüksek Kretli Üstyapılı Şevli Dalgakıranlarda Hafi f Kret Blokları