ARSİN KIYISI DÜZENLENMESİ FİZİKSEL MODEL ÇALIŞMALARI

Transkript

1 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu 1 ARSİN KIYISI DÜZENLENMESİ FİZİKSEL MODEL ÇALIŞMALARI Murat KANKAL Adem AKPINAR M. İhsan KÖMÜRCÜ Arş. Gör. İnş. Yük. Müh. Yrd. Doç. Dr. Karadeniz Teknik Üniversitesi Karadeniz Teknik Üniversitesi Karadeniz Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü İnşaat Mühendisliği Bölümü İnşaat Mühendisliği Bölümü Trabzon, Türkiye Trabzon, Türkiye Trabzon, Türkiye mkankal@ktu.edu.tr aakpinar@ktu.edu.tr mkomurcu@ktu.edu.tr Ömer YÜKSEK Prof. Dr. Karadeniz Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Trabzon, Türkiye yuksek@ktu.edu.tr Hızır ÖNSOY Prof. Dr. Karadeniz Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Trabzon, Türkiye honsoy@ktu.edu.tr ÖZET Trabzon İli Arsin İlçesi Belediyesi nin isteği üzerine; Arsin kıyı bölgesinde yapılan, tahkimat kret kotunun mümkünse düşürülmesini, ileride yapılması düşünülen balıkçı barınağının olası zararlı etkilerinin araştırılmasını ve bu etkileri azaltacak bazı önlem önerilerini kapsayan bir çalışma yapılmıştır. Bu bildiride, konu ile ilgili yapılan fiziksel model deneylerinin sonuçları sunulmaktadır. Kret kotunun düşürülmesi deneyleri dalga kanalında gerçekleştirilmiştir. Planlanan tahkimat, 2.8 ile 6.8 m arasında yüksekliğe ve 9.0, 12.5 ve 15.0 sn periyoda sahip dalgalara maruz bırakılmıştır. Toplam 9 adet deney gerçekleştirilmiştir ve en büyük dalga tırmanması 3.8 m olarak ölçülmüştür. Bu da, daha önce planlanmış tahkimatın 5 m lik kret kotunun oldukça büyük olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, kret kotu 3.5 m olarak belirlenmiş ve 0.5 m yüksekliğinde kronman betonunun inşası ile bu kotun 4 m yüksekliğine çıkması öngörülmüş; kret kotunda daha önce planlanan yapıya göre 1m lik bir azalma sağlanmıştır. Balıkçı barınağı ile ilgili deneyler deney havuzunda gerçekleştirilmiştir. Yapılması düşünülen balıkçı barınağının olduğu ve olmadığı durumlarda; derin denizde ve balıkçı barınağının etkilediği alandaki değişik noktalarda, aynı zamanda tahkimat önünde dalga yüksekliği ölçümleri yapılmıştır. Balıkçı barınağının dalga yüksekliğinde artmalara neden olduğu ve bazı stabilite sorunları oluşturduğu belirlenmiştir. Bu yıkıcı etkinin azaltılması için azalan uzunlukta 3 adet T mahmuzun yapılması önerilmiştir. GİRİŞ Doğu Karadeniz Bölgesi, önündeki deniz ve arkasındaki kıyıdan başlayarak yükselen dağlar nedeniyle yapılaşmanın zor olduğu bir bölgedir ve sosyal ve teknolojik gelişmelere paralel olarak yeni yerleşim bölgelerine ihtiyaç duymaktadır. Bu ihtiyaç, çoğunlukla denizin doldurulmasıyla elde edilen düzlük alanlar ile karşılanmaya çalışılmaktır. Yeni oluşan alanların korunması ve kumsalların oluşabilmesi için tahkimat, mahmuz, açık deniz mendireği vb. gibi kıyı yapılarına ihtiyaç duyulmaktadır (Yüksel ve Yüksek, 2003). Özellikle Karadeniz Sahil Yolu nun inşası sırasında sahilde birçok bölgede deniz doldurulmuş ve yol güzergâhı buradan geçirilmiş; doldurulan kısımlar genellikle tahkimatlar tarafından korunmuştur.

2 2 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Bunlara bir örnek de Trabzon İli Arsin İlçesi kıyısıdır. İlk önce yol yapma maksadıyla doldurulan bölge, daha sonra Arsin Belediyesi nin girişimleri ile yeşil alan olarak kullanılmak üzere Arsin Belediye sine verilmiş; Belediye, Karayolları Genel Müdürlüğü tarafından planlanan kıyı ile ilgili bazı düzenlemeler yapılması konusunda KTÜ den görüş istemiştir. Bu kapsamda, yapılmakta olan tahkimatın kret kotunun daha düşük olup olamayacağı, ileride yapılması düşünülen balıkçı barınağının, İlçe kıyılarına etkilerinin olup olmayacağı ve olacaksa ne tür önlemler alınabileceği konuları araştırılmıştır (Önsoy ve diğ., 2005). Tüm deneysel çalışmalar Karadeniz Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik Laboratuarı (KTU İM HL) deney kanalı ve havuzunda gerçekleştirilmiştir. Bu bildiride, bu konudaki fiziksel model deneyleri hakkında bilgi sunulmaktadır. TAHKİMAT EN KESİTİ TIRMANMA DENEYLERİ Büro Çalışmaları Büro çalışmaları kapsamında, ilk önce, 1/1000 ölçekli Arsin Balıkçı Barınağı İnşaatı Genel Vaziyet Planı ve uygulanan tahkimat en kesiti incelenmiş ve taban topoğrafyasının deney kanalına uygulanması için gerekli çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Buna göre, 13 m derinliğe kadar kıyının ortalama eğimi 1/40 olarak belirlenmiştir. Arsin İlçesi için projelendirmede dikkate alınacak dalga yükseklik ve periyotları, Türkiye Kıyıları Rüzgâr ve Derin Deniz Dalga Atlası adlı çalışmadan alınmıştır. (Özhan ve Abdalla, 2002). Buna göre yörenin etkin dalga yönü karayel (NW) ve 50 yıl tekerrürlü derin deniz dalga yüksekliği H 0 =6.0 m dir. Ancak, çalışmalarda yüksekliği 2.8 m ile 6.8 m arasında değişen farklı dalgalar kullanılmıştır. Dalga periyodunun tırmanma üzerindeki etkisini irdelemek için de bölge için uygun olan fırtına dalgası (9.0 sn) ile iki farklı ölü deniz dalgası periyodundaki (12.5 sn ve 15.0 sn) dalgalar kullanılmasına karar verilmiştir. Deney Düzeneği Deneysel çalışmaların yapıldığı KTÜ İM HL deney kanalının plan ve enkesiti Şekil 1 de sunulmaktadır. Deney kanalında; dalga üretici bir motor ve bu motora bağlı olarak ileri-geri hareket ederek dalga üreten bir palet bulunmaktadır. Dalga yüksekliği, paletin ileri-geri ötelenme mesafesini ayarlayan bir kol; dalga periyodu ise, motorun dönüş hızını ayarlayan bir dişli sistemi yardımıyla kontrol edilmektedir. Bu sistemle, yüksekliği 5-30 cm, periyodu sn arasında değişen düzenli dalgalar üretilmektedir. A A-A Kesiti 1.45 m Dalga Yönü Sönümleyici 2.20 m 1.20 m 30 m A 0.2 m 2.20 m 0.2 Şekil 1 Deney Kanalı Plan ve Kesiti

3 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu 3 Fiziksel model ölçeği, kanal boyutları ile tahkimatın kesit büyüklüğü dikkate alınarak, mümkün olan en büyük ölçek olarak L r =1/40 şeklinde belirlenmiştir. Buna göre dalga yüksekliği ölçeği 1/40, dalga periyodu ölçeği (1/40) 0.5 =1/6.32, taş ağırlığı ölçeği ise (1/40) 3 =1/64000 olmuştur. Model yapımına başlamadan önce, proje yerinin iskandil ölçümlerine göre elde bulunan en derin noktaya kadar deniz dibi topoğrafyası, 1/40 ölçeğine göre model kanalına uygulanmış ve model tabanı oluşturulmuştur. Bu taban üzerine, ilgili tahkimat kesiti yerleştirilerek dalgalar uygulanmıştır. Deneylerde Uygulanan Yöntem Tahkimat kesiti ve taban topoğrafyası kurulduktan sonra, belirlenen yükseklik ve periyottaki dalgalar uygulanarak oluşan tırmanma yükseklikleri (R u ) ölçülmüştür. Bu aşamada, dalga tırmanma hesabında ve matematik model çalışmalarında kullanılacak olan çeşitli parametreler de ölçülmüştür. Bu parametreler şunlardır: Dalga kırılma anındaki su derinliği (d b ) ve dalga yüksekliği (H b ), yapı önündeki dalga yüksekliği (H i ) ve tırmanma yüksekliği (R u ). BALIKÇI BARINAĞI ETKİSİ DENEYLERİ Büro Çalışmaları Büro çalışmaları kapsamında, tahkimat en kesiti tırmanma deneyleri kısmında bahsedilen 1/1000 ölçekli ve 13 m derinliğe kadar eş derinlik çizgilerinin çizilmiş olduğu Arsin Balıkçı Barınağı İnşaatı Genel Vaziyet Planı na uygun olarak taban topoğrafyasının deney havuzuna uygulanması için gerekli çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Daha önceki bölümlerde belirtildiği gibi, yörenin etkin dalga yönü karayel (NW) ve 50 yıl tekerrürlü derin deniz dalga yüksekliği H 0 =6.0 m dir. Deney kanalındaki deney sonuçlarıyla karşılaştırma yapmak için kanal deneylerinde kullanılan dalga parametreleri kullanılmış; balıkçı barınağının etkisinin incelendiği deneylerde ise sadece üç farklı dalga şartı altında çalışılması yeterli görülmüştür. Deney Düzeneği Deneysel çalışmaların yapıldığı KTÜ İM HL deney havuzunun planı Şekil 2 de sunulmaktadır Deney havuzunda; dalga üretici bir motor ve bu motora bağlı olarak ileri-geri hareket ederek dalga üreten bir palet bulunmaktadır. Dalga yüksekliği, paletin ileri-geri ötelenme mesafesini ayarlayan bir kol; dalga periyodu ise, motorun dönüş hızını ayarlayan bir kayış-kasnak sistemi yardımıyla kontrol edilmektedir. Bu sistemle, yüksekliği 2-10 cm, periyodu sn arasında değişen düzenli dalgalar üretilmektedir. Şekil 2 Deney Havuzu Planı

4 4 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Deney havuzunun ve uygulanacak kıyının boyutları dikkate alınarak model ölçeği 1/75 olarak belirlenmiştir. Buna göre dalga yüksekliği ölçeği 1/75, dalga periyodu ölçeği (1/75) 0.5 =1/8.66, taş ağırlığı ölçeği ise (1/75) 3 =1/ olmuştur. Model yapımına başlamadan önce, proje yerinin deniz dibi topoğrafyası, 1/75 ölçeğine göre model havuzuna uygulanarak taban oluşturulmuştur. Topoğrafya hazırlanırken, taban derinlikleri hassas bir şekilde elektronik cihazlar yardımıyla ölçülmüş ve eş derinlik eğrilerini temsil eden çizgiler çizilerek bu çizgilere çıtalar çakılmış; çıtalar arası betonla doldurulup düzeltilmiş ve böylece taban topoğrafyası uygulanmıştır. Bu taban üzerine, ilgili tahkimat kesiti yerleştirilerek dalgalar uygulanmıştır. Deneylerde Uygulanan Yöntem Deney havuzundaki deneysel çalışmalar, iki ayrı bölüm halinde gerçekleştirilmiştir. Birinci bölümde, kanalda yapılan tırmanma deneyleri tekrarlanmış, ikinci bölümde ise planlanan balıkçı barınağının kıyıya etkileri incelenmiştir. Birinci grup (tırmanma) deneylerde, tahkimat kesiti ve taban topoğrafyası kurulduktan sonra, belirlenen yükseklik ve periyottaki dalgalar uygulanarak oluşan tırmanma yükseklikleri (R u ) ölçülmüştür. Bu aşamada, dalga tırmanma hesabında ve matematik model çalışmalarında kullanılacak olan çeşitli parametreler de ölçülmüştür. Bu parametreler şunlardır: Dalga kırılma anındaki su derinliği (d b ) ve dalga yüksekliği (H b ), yapı önündeki dalga yüksekliği (H i ) ve tırmanma yüksekliği (R u ). İkinci grup (barınağın etkisi) deneylerde ise, sadece üç farklı dalga parametreleri için, barınağın iç kısmında ve yakın kıyı bölgesindeki dalga yükseklikleri ölçülerek değerlendirilmiştir. DENEYLERDEN ELDE EDİLEN SONUÇLAR Deney kanalında tırmanma ölçümleri ile ilgili deneyler ilk olarak orijinal proje kesiti üzerinde (Şekil 3) gerçekleştirilmiş ve toplam 9 deney yapılmıştır. Bu deneylere ait veriler (derin deniz dalga yüksekliği H 0 ve periyodu T) ve deney bulguları (d b, H b, H i ve R u ) Tablo 1 de sunulmaktadır. Deneylerde, yörede etkin dalga periyodu olan 9.0 sn periyotlu dalgalar için m aralığında fırtına dalgaları uygulanmıştır. Daha büyük periyotlu (12.5 sn ve 15 sn) dalgalar ise ölü deniz dalgaları (soluğan) olduğundan bunların yükseklikleri daha azdır. Bu sebeple, 12.5 sn periyotlu dalgalar için m, 15.0 sn periyotlu dalgalar için ise m aralığındaki dalga yükseklikleri uygulanmıştır. Şekil 3 Normal (tip) kesit

5 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu 5 Tablo 1 Dalga Kanalı Tırmanma Deneylerinde Kullanılan Dalga Parametreleri ve Sonuçları Deney No H 0 T (sn) H b d b H i R u Deney havuzunda yapılan tırmanma ölçümleri ile ilgili deneyler de orijinal proje kesiti üzerinde gerçekleştirilmiş ve toplam 10 deney yapılmıştır. Bu deneylere ait veriler (H 0 ve T) ve deney bulguları (d b, H b, H i ve i R u ) Tablo 2 de sunulmaktadır. Deneylerde, yörede etkin dalga periyodu olan 9.0 sn periyotlu dalgalar için m aralığında fırtına dalgaları uygulanmıştır. Daha büyük periyotlu (12.5 sn ve 15 sn) dalgalar ise ölü deniz dalgaları (soluğan) olduğundan bunların yükseklikleri daha azdır. Bu sebeple, 12.5 sn periyotlu dalgalar için m, 15.0 sn periyotlu dalgalar için ise m aralığındaki dalga yükseklikleri uygulanmıştır. Tablo 2 Dalga Havuzdaki Tırmanma Deneylerinde Kullanılan Dalga Parametreleri ve Sonuçları Deney No H 0 T (sn) H b d b H i R u Planlanan balıkçı barınağının kıyıya muhtemel etkileri konusunda yapılan deneylerde, üç farklı dalga durumu için barınağın ana mendireğinin iç kısmı ile bu mendirekten etkilenebilecek mansap tarafındaki kesitlerden belirlenen ve Şekil 4 te gösterilen 19 noktadaki dalga yükseklikleri ölçülmüş ve Tablo 3 te verilmiştir

6 6 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu N m Şekil 4 Ana Mendirekten Etkilenen Bölge ve Ölçüm Alınan Noktalar Tablo 3. Ana Mendirekten Etkilenen Bölgelerde Ölçülen Dalga Yükseklikleri Nokta No H=4.0m T=9.0 sn H=6.0m T=9.0sn H=4.0 m T=12.5sn Nokta No H=4.0m T=9.0sn H=6.0m T=9.0sn H=4.0m T=12.5sn DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ Tablo 1 den de görüleceği gibi, yörede etkin olan 9-15 sn periyotlu dalgalar durumunda, dalga yüksekliği arttıkça dalgalar daha derinde kırıldığından, yapı önündeki dalga yüksekliği ve tırmanma yüksekliği değerlerinde belirgin bir yükselme görülmemekte, bazen de azalma olmaktadır. En büyük tırmanma yükseklikleri değerlerine büyük periyotlu dalgalarda (ölü deniz dalgaları) rastlanmıştır ki bu durum matematik model sonuçlarıyla da uyuşmaktadır. Her dalga şartında oluşan tırmanma yüksekliği değeri, orijinal proje kesitinin kret kotu olan 5.0 m den çok düşük kalmaktadır. En büyük tırmanma yüksekliği 3.8 m dir. Bu bilgiler

7 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu 7 ışığında, kret kotunun en fazla 3.8 m, bir miktar da emniyet payı bırakılarak 4.0 m olmasının yeterli olacağı görülmektedir. Hem dolgu malzemesinden tasarruf sağlanması ve hem de tahkimatın iç (kara) tarafında bir yürüme platformu yapılabilmesi için tahkimatın 3.5 m kotuna kadar çıkarılıp, 0.5 m yüksekliğinde bir kronman betonunun yapılması uygun bir alternatiftir (Şekil 5). Orijinal kesitte (6-15) ton taş kategorisinden m 3 /m ve ( ) ton taş kategorisinden de m 3 /m olmak üzere toplam m 3 /m malzeme kullanılırken, önerilen kesitte bu değerler sırasıyla m 3 /m ve m 3 /m e ve toplamda da m 3 /m e düşmektedir ve toplamda 9.35 m 3 /m (% 6.67) malzeme tasarrufu sağlanmaktadır. 45 m 3 /m olan (0-0.4) ton kategorisinin hacminde bir değişiklik olmamaktadır. Şekil 5. Kret kotu 3,5 m + 0,5 m yüksekliğinde kronman betonu (şev eğimi 1/3) Şekil 5 te verilen kesit tırmanma açısından yeterli ve emniyetlidir. Ancak, 1/3 eğimindeki tahkimat eğiminin, halkın denize ulaşımın açısından bazı güçlükler doğuracağı Belediye Yetkilileri tarafından ifade edilmiş ve daha az eğimli bir tahkimatın yapılıp yapılamayacağının irdelenmesi istenmiştir. Tahkimat eğiminin daha az (yatık) yapılması, hem tırmanma yüksekliğini azaltacak ve hem de koruma malzemesinin stabilitesini artıracaktır. Bu sebeple, rekreasyon projesine bağlı olarak ve gerekli görülen yerlerde, +1 m kotundaki palyenin ucundan başlayarak 3.5 m kotuna kadar 1/5 eğiminde tahkimat yapılıp üst tarafında yine 0.5 m yüksekliğinde kronman betonu yapılmasında (Şekil 6) herhangi bir sakınca olmayacaktır. Bu kesitte kullanılacak taş miktarı (6-15) ton taş kategorisinden m 3 /m ve ( ) ton taş kategorisinden de 54.0 m 3 /m olmak üzere toplam m 3 /m olup Şekil 3 teki kesite göre 6.24 m 3 /m (% 4.77) tasarruf sağlamakta, 45 m 3 /m olan (0-0.4) ton kategorisinin hacminde ise bir değişiklik olmamaktadır. Tablo 3 ten de görülebileceği gibi; 4, 8, 12 noktaları (Şekil 4) korunaklı bölgede bulunmakta ve dalga yükseklikleri yakın bölgedeki diğer noktalara göre daha düşük çıkmaktadır. 1, 5, 9, 13 ve 2, 6, 10, 14 noktalarındaki dalga yüksekliklerinin ise 3, 7, 11, 15 noktalarındaki dalga yüksekliklerden daha büyük olduğu görülmektedir. Bunun sebebi, balıkçı barınağının yakın bölgesindeki dalgaları etkilemesidir. Bu tür bir etki tahkimatların stabiletesinin bozulmasına sebep olabilmektedir. Buna benzer bir sorun Sürmene Deniz Bilimleri Fakültesi (SDBF) kıyısında oluşmuş; çözüm olarak sunulan L tipi 2 adet mahmuz başarı ile uygulanmıştır. (Yüksek ve diğ., 1995). Bu sebeple, mendireğin mansap tarafındaki bölgede kıyıyı korumak maksadıyla önlemler alınmalıdır. Bu maksatla, mendirekten uzaklaştıkça boyları kısalacak şekilde planlanan T mahmuzları yapımının etkili olacağı düşünülmektedir. Bu mahmuzlar, aynı zamanda kıyı boyu taşınan sedimenti de tutarak kıyı korunmasına ve genişlemesine yardımcı olacaktır

8 8 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Şekil 6 Kret kotu 3,5 m + 0,5 m kotunda kronman betonu (şev eğimi 1/5) SONUÇ Orijinal proje kesitinde (Şekil 3) yapılan deneylerde en büyük tırmanma yüksekliği 3.8 m olarak ölçülmüştür ve 5.0 m olan kret kotunun 4.0 m ye düşürülmesi uygundur. 3.5 m kotuna kadar tahkimat yapılıp, 0.5 m yüksekliğinde kronman betonu yapılması (Şekil 5) hem ekonomik ve hem de kullanışlı bir çözümdür. Bu durumda, orijinal proje kesitine göre malzeme hacminden % 6.67 oranında tasarruf sağlanacaktır. Rekreasyonel maksatlarla, gerekli görülen yerlerde şev eğiminin 1/5 yapılması (Şekil 6) hem tırmanma ve stabilite bakımından avantajlar sağlamakta, hem de malzeme hacminde % 4.77 tasarruf sağlamaktadır. Tablo 1 ile Tablo 2 nin karşılaştırılması sonucu görülmektedir ki, 3 boyutlu deney havuzundaki deneysel bulgular 2 boyutlu deney kanalındakilere oldukça yakındır. Sonuç olarak, verilen kesit şekillerinden Şekil 5 veya Şekil 6 daki kesitin uygulanması uygun bulunmuştur. Barınak ana mendireği etkisiyle dalga yüksekliklerinin bazı bölgelerde arttığı belirlenmiştir. Bu sebeple, mendireğin mansap tarafındaki bölgede kıyıyı korumak maksadıyla önlemler alınmalıdır. Bu maksatla, mendirekten uzaklaştıkça boyları kısalacak şekilde planlanan T mahmuzları yapımının etkili olacağı düşünülmektedir. Bu mahmuzlar, aynı zamanda kıyı boyu taşınan sedimenti de tutarak kıyı korunmasına ve genişlemesine yardımcı olacaktır. KAYNAKLAR Önsoy, H., Yüksek, Ö., Kömürcü, M. İ., Kankal, M., Akpınar, A., (2005), Arsin İlçesi Kıyı Düzenlemesi Sonuç Raporu, KTÜ İnşaat Müh. Böl., Trabzon, Mayıs Özhan, E. ve Abdalla, S., Türkiye Kıyıları Rüzgar ve Derin Deniz Dalga Atlası, (2002), Kıyı Alanları Türk Milli Komitesi,/MEDCOAST, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara, Haziran Yüksek, Ö., Önsoy, H., Birben, A. R., Özölçer, İ. H., (1995), Coastal Erosion in Eastern Black Sea Region Turkey, Coastal Engineering, Volume 26, Yüksel, İ., Yüksek, Ö., (2003), Karadeniz Sahil Yolu nun Kıyı Açısından Değerlendirilmesi ve Çözüm Önerileri, Tabiat ve İnsan Dergisi, Aralık 2003,10-16.