6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
327
DALGAKIRAN DİZAYNINA YENİ BİR BAKIŞ
Engin BİLYAY
Selahattin BACANLI
Gülsen KİZİROĞLU
İnşaat Yük. Müh.
Makine Müh.
Makine Müh.
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Ulaştırma Bakanlığı, Demiryollar, Limanlar ve Havameydanları İnşaatı Genel Müdürlüğü,
Ankara, Türkiye
ÖZET
Kıyı Mühendisliği alanındaki en önemli yapılardan biri dalgakıranlardır. Dalgakıranlar,
dalgaların liman veya basen içerisine girmesini engellerken, aynı zamanda kendisinin de
stabilitesini koruması gerekmektedir. Yapılan geleneksel dalgakıran dizaynında, koruma
tabakasındaki tek bir ünitenin ağırlığı ve kilitlenme özelliği (Novak 1996) esasına
dayanmaktadır. Yani koruma tabakasındaki bir ünitenin dalga etkisi altında hangi ağırlıkta
stabilitesini koruduğu hedeflenmektedir.
Bu bildiri, koruma tabakasında yer alan binlerce ünitenin düşük ağırlıkta, ancak dalga
etkilerine karşı bir bütün olarak nasıl stabilitesini koruyabilecekleri konusunda yapılan bir
çalışmayı içermektedir.
GİRİŞ
Dünyada kullanılan dalgakıran tipleri genel olarak dört sınıfta (OCDI,1991) toplanmaktadır.
Birincisi taş veya çeşitli şekillerdeki beton bloklarla korunan eğimli dalgakıranlar, ikincisi
keson tipi düşey yüzlü dalgakıranlar, üçüncüsü ise birinci ve ikinci tipi birlikte içeren karma
dalgakıranlar ve dördüncü olarak da özel tipteki dalgakıranlardır. Birinci tip dalgakıranlarda,
taş dolgu dalgakıranların kullanılması öncelikli olarak avantaj sağlamasına rağmen, büyük
boyutlu taşların bulunamadığı durumlarda Şekil 1. de gösterildiği gibi, çeşitli ünitelerden
oluşan beton bloklar tercih edilmektedir. Ancak, bu tür dalgakıranlarda ise blokların kendi
içerisinde kilitlenmesinin sağlanması için, yerleştirmesine çok özen gösterilmesi
gerekmektedir. Ayrıca, bu işlemi yapılabilmesi için teçhizat ve ekipman açısından donanımlı
olunmasına ve deneyimli personele ihtiyaç duyulmaktadır.
Şekil 1 Eğimli Dolgu Tipi Dalgakıran Korumasında Kullanılan Bazı Beton Bloklar
328
6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
Dolgu Tipi Eğimli Dalgakıranlar
Şekil 2. de gösterildiği gibi, birinci tip dalgakıranların koruma tabakasında kullanılan üniteler,
dalga etkisine karşı tek başlarına direnç göstermesi gerekmekte olup, bu da kullanılacak
ünitenin ağırlığının artmasına (Hudson, 1959) dolayısıyla, maliyetinin yükselmesine neden
olmaktadır. Dalga aşmasını azaltmak ve koruma tabakası kretinde kullanılan ünitelerin
stabilitesini korumak amacıyla, kronman duvarları kullanılmaktadır. Bu duvarlarda dalga
basıncı karşısında tek başlarına direnç gösterecek şekilde boyutlandırılmaktadır.
Şekil 2 Eğimli Dolgu Tipi Dalgakırandaki Dalga Kuvveti Etkisi
Küp Beton Blok Model Deneyi
Şekil 3. de Küp Beton Bloklu koruma tabakasının deney öncesi ve deneyler sonundaki
durumu gösterilmektedir. Buradan görüleceği gibi, 2 sıra olarak inşa edilen dalgakıran
koruma tabakası, deneyler sonunda, kret bölgesine yakın kısımlar hariç, diğer bölgelerde tek
sıraya düşmüştür.
Küp bloklarda, genelde dalga basıncı etkisinden ziyade, dalga çekmesi sonucunda daha fazla
hasar oluştuğu görülmüştür. Bunun nedeni, dalga basıncına karşı blokların altındaki filtre
tabakasına yaslanması ve yapı eğiminden dolayı oluşan sürtünme etkisiyle yukarı doğru
hareketinin engellenmesidir. Ancak, dalganın çekmesi sırasında, özellikle su seviyesi
civarındaki 2.sıra beton blokların fazla direnç gösteremedikleri görülmüştür. Dolayısıyla,
hasar bu bölgelerden başlayıp, aşağıya doğru hızlı bir şekilde devam ettiği tespit edilmiştir.
Şekil 3 Küp Beton Blok Deneyi Öncesi ve Sonrası Durumu
6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
329
Taş Dolgu Model Deneyi
Küp beton bloklar için uygulanan deney koşulları, taş dolgu dalgakıranlar içinde
uygulanmıştır. Şekil 4 de gösterildiği gibi deneyler sonucunda, özellikle su seviyesi ve
üzerinde ciddi bir hareketin olmadığı, ancak su seviyesi altındaki taşların da küp bloklarda
olduğu gibi, aşağıya doğru kaydığı ve yer değiştirdikleri görülmüştür.
% 1.1
Hd= 4.01 m
Td= 9.40 sn
% 2.6
Hd= 6.36 m
Td=11.72 sn
% 4.2
Hd= 7.44 m
Td=12.90 sn
% 6.8
Hd= 8.40 m
Td=14.07 sn
% 8.9
Hd= 9.07 m
Td=14.69 sn
Şekil 4 Taş Dolgu Dalgakırana Ait Deneyi Öncesi ve Sonrası Durum
Sonuç olarak, dalga basıncı etkisi esasına göre dizayn edilen eğimli dolgu tipi dalgakıranların,
uygun ağırlıkta olması halinde, dalga basıncına karşı direnç göstermelerine rağmen, hasarların
genellikle dalga çekmesi sonucunda oluştukları görülmüştür.
Bu olumsuz etki dikkate alındığında, koruma tabakası ünitesinin ağırlığının çekme etkisine de
direnç gösterecek şekilde daha da artırılması gerekmektedir ki, bu da ekonomik değildir. Bu
tür dalgakıranların koruma tabakası ünitelerinin dalga etkilerine karşı tek başlarına karşı
koyacak şekilde boyutlandırılmaları da mühendislik açısından uygun değildir. Bu sonuçlar
göstermiştir ki, daha küçük ağırlıkta, dalganın hem basınç hem de çekme etkilerine karşı
koyacak, blokların tek başına değil bir bütün olarak çalışacak bir sistemin oluşturulması
gerekmektedir.
DALGAKIRAN DİZAYNINA YENİ BİR BAKIŞ (2B Tipi Dalgakıran)
Dalga basıncı etkisi esasına göre dizayn edilen eğimli dolgu tipi dalgakıranların, uygun
ağırlıkta olması halinde, dalga basıncına karşı direnç göstermelerine rağmen, hasarlar
genellikle dalga çekmesi sonucunda oluştukları görülmüştür. Bu sonuçtan hareket edildiğinde,
dalgakıran koruma tabakasının hem dalga basıncına hem dalga çekmesi etkilerine karşı direnç
gösterecek ve ayrıca koruma tabakası ünitelerinin tek başlarına değil, bir bütün olarak
çalışacak bir sistemin oluşturulması üzerinde çalışmalar yapılmıştır.
330
6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
Yapılan bir dizi deneyler sonucunda, Şekil 5 de gösterilen ve 2B olarak adlandırılan ve
birbirlerine düşey yönde ve şaşırtmalı olarak bağlı beton blokların, yukarıda belirtilen etkilere
karşı dayanıklı oldukları görülmüştür.
Şekil 5 2B Sisteminin Genel Prensibi
Su seviyesi üstünde hem dalga basıncı etkilerini azaltmak hem de dalga aşmasını engellemek
amacıyla, bloklar şaşırtmalı olarak şekillendirilmiş ve boşluk oranını artırmak ve dalga
basıncını azaltmak amacıyla da, ortalarından delikler açılmıştır. Su altındaki bloklar ise, dalga
çekmesine karşı aşağıya doğru kaymasına daha fazla direnç göstermeleri için, kütlesel ağırlık
merkezi daha yukarıda olacak şekilde bir form verilmiştir.
2B Tipi Dalgakıran Dizayn Esasları
2B tipi dalgakıran, eğimi tana=4/3 olarak dizayn edilen (0-0.4) Ton kategorideki çekirdek
malzemesinin üzerine, 2 sıra ara filtre malzemesi serilerek, bunun üzerine beton bloklar
bağlanarak oluşturulmaktadır. Ara filtre malzemesinin kategorisi, eldeki olanaklar
doğrultusunda en fazla (2-4) ton kategoride olmalıdır. Eğer bu kategoride taş bulma olanağı
yok ise, bloklar arasındaki ara boşluk daraltılarak daha düşük kategoride ara filtre malzemesi
kullanılabilir. Koruma tabakasının geleneksel yerleştirme metodunda, dalgakıran topuğundan
başlayıp yukarı doğru ilerlerken, 2B sisteminde ise yukarıdan aşağıya doğru birbirlerine
şaşırtmalı olarak bağlanmaktadır.
2B Tipi Dalgakıran Model Deneyi
2B Tipi dalgakıran model deneyinde, eğimi 1/10 olan deniz tabanı üzerine, 4/3 eğimindeki
dalgakıran döküsü oluşturulmuş ve bunun üzerinde koruma tabakası, su seviyesi üzerinde
10.5 ton, su seviyesi altında ise 13.0 ton luk bloklar konulmuştur. Küp beton blok ve taş dolgu
dalgakıranlarda uygulanan dalga setleri aynen 2B tipi dalgakırana da uygulanmıştır.
Yapılan bu deneyler sonucunda Şekil 7. den görüleceği gibi, yapı önündeki dalga yüksekliği
7.53 m ve T=10.90 sn değerine gelene kadar, bloklarda ciddi bir hareket görülmemiştir.
Ancak bu dalga koşulunda özellikle topukta yer alan blokların uçlarının serbest olmasından
dolayı, dalga etkisi ile kalkıp indiği gözlenmiştir. Bu etkiyi yok etmek için, topuktaki bloklar
yatay yönde birbirlerine bağlanmış ve her beş blokta bir, bu bağlantılar zemine sabitlenerek
6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
331
deneyler tekrarlanmıştır. Deneyler tekrar edildiğinde, dalgakıranın H=8.40 m T=14.07 sn.
değerine kadar, özellikle topuktaki bloklarda da ciddi bir hareket olmadığı gözlenmiştir.
DENEY ÖNCESİ
Hd=1.71 T= 5.13
Hd=7.19 T= 10.10
Hd=3.52 T= 7.28
Hd=7.53 T= 10.90
Hd=6.02 T= 9.10
Hd=8.40 T= 14.07
Hd=6.52 T= 9.53
Hd=9.01 T= 14.69
Şekil 6 2B Sisteminin Deney Öncesi ve Sonrası Durumu
Sonuç olarak, 2B sistemi, deniz taban eğiminin 1/20 den daha dik ve yapı önündeki dalga
yüksekliğinin (Hd) yapı önündeki derinliğe(h) oranı Hd/h>0.77 ise, topukta en uçta yer alan
blokların hareketini engellemek amacıyla, zemin durumuna göre Şekil 7 de gösterildiği gibi
takviye edilmesi veya zemine sabitlenmesi önerilmektedir.
Şekil 7 2B Sisteminin Topuk Bölgesinin Zemin Durumuna Göre Düzenlenmesi
332
6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
2B Tipi Bloklara Gelen Dalga Basıncı
2B Tipi dalgakıran model deneyinde, bloklara gelen dalga basıncı değerlerini belirlemek
üzere, farklı derinliklerdeki bloklar üzerine basınçölçerler yerleştirilmiştir. Model ve yapı
önündeki derinlik sabit tutularak, deniz taban topoğrafyası 1/10, 1/20 ve 1/30 olarak
değiştirilerek, aynı dalga setlerinde, blok üzerine gelen basınç değerleri ölçülmüştür. Şekil 8.
de bu sonuçlar grafiksel olarak gösterilmektedir.
1/10
1/20
1.0
0.8
0.8
0.6
H2-003
0.6
H2-003
H4-003
0.4
H4-003
0.4
0.2
H4-003
H6-003
0.2
H6-003
0.2
H6-003
0.0
H7-003
H9-003
-0.6
H7-003
-0.2
H8-003
-0.4
0.0
-0.4
H8-003
-0.6
H9-003
-0.8
-0.8
-1.0
-10
-1.0
-10
-5
0
5
10
15
20
d/h
H2-003
0.4
d/h
0.0
H7-003
-0.2
H8-003
-0.4
-0.8
-5
0
5
BASINC
10
15
-1.0
-10
20
0.6
H2-005
0.4
0.2
0.8
0.6
H2-005
0.4
H4-005
0.4
H4-005
H6-005
0.2
H6-005
0.2
H6-005
-0.6
H9-005
0.0
H7-005
-0.2
-0.4
H8-005
-0.6
H9-005
0.0
H7-005
-0.2
-0.4
H8-005
-0.6
H9-005
-0.8
-0.8
-0.8
-1.0
-10
-1.0
-10
-1.0
-10
15
20
H4-005
H8-005
10
15
H2-005
-0.4
5
10
0.6
H7-005
-0.2
5
1.0
0.8
d/h
0.0
0
0
BASINC
1.0
0.8
-5
-5
BASINC
1.0
20
H/Lo
0.03
H9-003
-0.6
d/h
d/h
1.0
0.6
-0.2
d/h
1/30
1.0
0.8
-5
0
5
BASINC
10
15
20
-5
0
BASINC
5
10
15
H/Lo
0.05
20
BASINC
Şekil 8 2B Sisteminde Yapı Üzerine Gelen Dalga Basıç Değerleri
Yapılan bu ölçümler sonucunda, genelde en büyük dalga basıncının su seviyesi civarında
olduğu (Goda, 1985) görülmüştür. Ancak, deniz taban eğiminden dolayı, aynı dalga setleri
yapı üzerinde farklı noktalarda kırıldığı görülmüştür. Özellikle, hemen yapı üzerinde kırılan
dalgaların, su seviyesi üzerindeki bloklara daha fazla basınç oluşturdukları gözlenmiştir.
2B Tipi Bloklarda Dalga Tırmanması
2B Tipi dalgakıran model deneyinde, dalga tırmanması ölçülmüş ve Şekil 9. da gösterilen
denklem yardımıyla, ampirik olarak hesaplanan değer ile karşılaştırıldığında, özellikle yapı
önündeki dalga dikliği değeri, arttıkça tırmanma değerinin daha etkili bir şekilde azaldığı
görülmüştür.
DALGA TIRMANMASI
Hd/Lo : 0.02
0.03
0.04
ξ=
0.05
16
14
EĞİM: Cotα: 4/3
a ==> (0.8 − 0.9)
12
Tırmanma Yüksekliği (m)
tan α
Hd
Lo
10
8
Ru =
6
aξ
Hd
1 + 0.5ξ
4
2
3>
0
-2
-4
h
> 0.9
Hd
Ru = Ru (1.397 − 0.132
-6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Hd (m)
Şekil 9 2B Sistemindeki Dalga Tırmanması
h
)
Hd
6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
333
SONUÇ
Kıyı Mühendisliği alanındaki en önemli yapılardan biri olan dalgakıran dizaynı, koruma
tabakasındaki tek bir ünitenin ağırlığı ve kilitlenme özelliği esasına dayanmaktadır. Yani
koruma tabakasındaki bir ünitenin dizayn dalgasının etkisi altında hangi ağırlıkta stabilitesini
koruduğu hedeflenmektedir.
Bu bildiri, koruma tabakasında yer alan binlerce ünitenin düşük ağırlıkta, ancak dalga
etkilerine karşı bir bütün olarak, nasıl stabilitesini koruyabilecekleri konusunda yeni bir
düşünce ortaya çıkarmıştır. Daha düşük maliyette, yüksek kapasitede ekipmana ve deneyimli
personele ihtiyaç duyulmadan ve dalgakıran stabilitesini de artırarak yeni bir dizayn yöntemi
geliştirilmiştir.
2B Tipi bloklar, diğer blok tipleri ile aynı dalga koşulları altındaki, toplam beton ihtiyacı
açısından karşılaştırıldığında, Tablo 1 de gösterildiği gibi, çok ciddi bir kazanç getirdiği
görülmüştür.
Tablo 1 2B Sisteminin Diğer Blok Tipleri İle Karşılaştırması (Core-Loc, 2006)
2B Tipi
Blokların Avantajları;
Dik eğimli dalgakıranlara kolaylıkla uygulanabilmektedir. Yerine konulması için özel bir
yöntem veya metot gerektirmemektedir. Sistem bir bütün olarak çalıştığından ünite
ağırlığından ciddi bir şekilde tasarruf edilmektedir. Blokların birbirlerine bağlı olması
nedeniyle, birbirlerine çarpması engellenmektedir. Ağırlığının düşük olması nedeniyle,
yerleştirme için yüksek kapasiteli ve donanımlı ekipmanlara ihtiyaç duyulmamaktadır. Dalga
tırmanmasını ve dalga enerjisini, şaşırtmalı olması nedeniyle, diğer sistemlere göre daha fazla
azaltmaktadır. Dalga ve depremin etkisi ile dolguda veya yüklemeden dolayı zeminde
oluşabilecek farklı oturmalara, sistem kendini uydurmakta dolayısıyla, homojenliği
bozulmamaktadır.
Ciddi fırtına sonrası yapılacak kontrollerde, bağlantılarda oluşabilecek kopmaların onarılması
veya blokların değiştirilmesi oldukça kolaydır. Yapılacak özel bir sistem ile bloklar
arasındaki bağlantıyı gösteren bir kontrol paneli yardımıyla, bloklar arasındaki bağlantının
kopup kopmadığı, kopmuş ise nerede oluştuğu konusunda, istenildiği an takibine olanak
vermektedir.
334
6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
2B Tipi Blokların Dezavantajları
Blokları birbirine bağlayacak malzemesinin deniz suyu etkilerine karşı dayanlıklı, özel bir
malzeme olması gerekmektedir. Bağlantı malzemelerinin belli periyotlarda ve özellikle ciddi
fırtınalar sonrası, kontrollerinin yapılması gerekmekte olup, ihtiyaç duyulduğunda
değiştirilmesi gerekmektedir. Blokların yerine konulması üstten aşağıya doğru olması,
öncelikle kronman duvarının yapılıp, blokların buradan bağlanmasına başlanması nedeniyle,
inşaat süresince ekipman ve araçların hareketini engellememek için, Şekil 10. da gösterildiği
gibi, kret genişliği diğer yapılara göre bir miktar daha fazla olması gerekmektedir.
Şekil10 2B Sistemindeki Temel Prensipler
Kretten itibaren her 7 sırada bir palye yapılması ve palye üzerine 2 sıra blok gelecek şekilde
düzenleme yapılması gerekmektedir. 2B sistemi, deniz taban eğiminin 1/20 den daha dik ve
yapı önündeki dalga yüksekliğinin (Hd) yapı önündeki derinliğe(h) oranı Hd/h>0.77 ise,
topukta en uçta yeralan blokların hareketini engellemek amacıyla, zemin durumuna göre
takviye edilmesi veya zemine sabitlenmesi gerekmektedir.
KAYNAKLAR
Novak P., Moffat A.I.B.i Nalluri C., Narayanan R., Hydraulic Structures, London, 1996.
OCDI, Technical Standards For Port and Harbour Facilities in Japan, Tokyo, 1991, 203 p.
Hudson R.Y., “Laboratory İnvestigation of Rubble Mound Breakwater”, Journal Waterways, Harbors Division,
ASCE, 1959.
Core-Loc Web Sites, Comparison of Armor Units for Equivalent Design Wave Height. Case Port St Francis,
2006
Goda Y., Random Seas and Design of Maritime Structures, University of Tokyo Press, 1985.115 p
Download

E. BİLYAY, S. BACANLI, G. KİZİROĞLU