KÜP BLOKLU BASAMAKLI DALGAKIRANLARIN STABİLİTESİ STABILITY OF CUBE ARMOR UNIT IN THE BERM OF A BREAKWATER

Transkript

1 KÜP BLOKLU BASAMAKLI DALGAKIRANLARIN STABİLİTESİ Yalçın Yüksel, Prof. Dr., Esin Çevik, Prof. Dr., Cihan Şahin, Dr. Öğ. Üyesi, Ahmet Altunsu, YTÜ İnş. Fak., İnş. Müh. Böl., Hidrolik ABD, Tel: , Faks: , YTÜ İnş. Fak., İnş. Müh. Böl., Hidrolik ABD, Tel: , Faks: , YTÜ İnş. Fak., İnş. Müh. Böl., Hidrolik ABD, Tel: , Faks: , Kıyı ve Liman Müh Programı Yüksek Lisans Öğrencisi, YTÜ, E-posta: ÖZET Bu çalışmada alt şevine düzensiz çift sıra yerleştirilmiş küp bloklu basamaklı dalgakıranın alt şev stabilitesi deneysel olarak araştırılmıştır ve sonuçlar yorumlanmıştır. Stabilite basamağın farklı seviyeleri için araştırılmıştır. Basamak seviyesinin alt şev stabilitesi üzerinde etkili olduğu belirlenmiştir. STABILITY OF CUBE ARMOR UNIT IN THE BERM OF A BREAKWATER ABSTRACT In this study, an experimental study was carried out for the lower slope stability with double pyramid cube placement of a berm type breakwater. Stability was investigated for different berm levels. It is found that berm levels influenced the lower slope stability. Anahtar Kelimeler : Basamaklı dalgakıran, küp bloklu dalgakıran, stabilite, hasar. GİRİŞ Basamaklı dalgakıranların geleneksel dalgakıranlara göre en önemli avantajlarından bazıları dalga aşmasını ve kullanılacak taş boyutunu azaltmak ve yapının stabilitesini önemli ölçüde arttırmaktır. Basamaklı dalgakıran alt ve üst şeve sahip basamağı olan taş dolgu dalgakıran çeşididir. Alt ve üst şevlerin tasarımı son yıllarda dikkat çekecek biçimde araştırılmaya başlanmıştır, bunlardan en önemlileri Van Gent (2013), Van der Meer ve Sigurdarson (2016) çalışmalarıdır. Bu tip dalgakıranlarda esas parametreler şev açısı, basamak genişliği, basamağın seviyesi ve dalga dikliğidir. Basamaklı dalgakıranlar PIANC (2003) ve Van der Meer ve Sigurdarson (2016) tarafından yapısal davranışları açısından farklı sınıflandırma yapılmıştır. Her iki kaynakta da basamakta meydana gelen geri çekilmeye dikkat çekilmiş ve ifade edilmeye çalışılmıştır. Bu çalışmaların dışında Andersen vd. (2012) tarafından da basamaklı dalgakıranlar detaylı olarak çalışılmıştır. Basamaklı dalgakıranın tipik şekli ve temel parametreleri Şekil 1 de gösterilmiştir. 222

2 Şekil 1 Basamaklı dalgakıran (Andersen vd., 2012) Bu çalışmada üst şevi sabitlenmiş ve alt şevine çift sıra düzensiz küp yerleştirilmiş basamaklı dalgakıranın düzensiz dalga koşulları altında stabilitesi incelenmiştir. DENEYSEL ÇALIŞMA Fiziksel model testleri Yıldız Teknik Üniversitesi Hidrolik ve Kıyı-Liman Mühendisliği laboratuvarında yapılmıştır. Kullanılan dalga kanalı 26 metre uzunluğa, 1 metre genişliğe ve 1 metre yüksekliğe sahiptir (Şekil 2). Düzensiz dalgalar dalga üreteci paneli yardımıyla üretilmiştir. Dalga paletinin modelden yansıyan dalgaları absorbe eden otomatik bir yansıma dengeleme sistemi vardır (ARC). Bu sistem sayesinde dalga paleti tekrar yansıyan dalgaları önlemektedir. Dolaysıyla deneyin dalga kanalındaki koşullarının kontrolü sağlanmış olmaktadır. Şekil 2 Dalga kanalı Bu çalışmada üst şevi sabitlenmiş taş, alt şevi ise düzensiz yerleştirilmiş çift sıra küp bloklardan oluşturulan basamaklı dalgakıran modeli dalga kanalı içerisine kurulmuştur. Bu model birbiri ardına gittikçe büyüyen fırtına dalgaları etkisi altında bırakılarak kümülatif stabilitesi belirlenmiştir. Basamak sakin su seviyesine göre -10cm, 0.0cm ve +10cm de konumlanacak şekilde 45 cm, 55 cm ve 65 cm su derinlikleri için deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneylerde alt şev ile basamak stabilitesi belirlenmiştir. Deneylerde yansıma da ölçülmüştür. Deneylerde sıkılık sabit tutulmuştur. Alt şev ve basamakta koruma tabakası olarak kullanılan küplerin boyutu 4 cm dir ve bu küpler düzensiz yerleştirilmiştir. Üst şevde koruma tabakasında kullanılan taşın nominal çapı (D n50) 34 mm dir. Toplamda JONSWAP spekturumu ile üretilen 14 adet düzensiz dalga koşulu kullanılmıştır. Her bir dalga serisi 1000 dalgadan oluşmaktadır. Her test serisinden sonra kümülatif hasar dikkate alınmıştır. Hasarı hesaplamak için iki farklı teknik kullanılmıştır, bunlar (i) hasar alanının profil ölçer yardımıyla belirlenmesi, (ii) su altı kamerası ile gözlem tekniğinin kullanılmasıdır. 223

3 İkinci yöntemde ayrıca her testten önce ve sonra yapının fotoğrafları aynı yerden çekilerek bilgisayar ortamında bu fotoğraflar karşılaştırılmıştır. Hasar hesapları yapılırken yer değiştiren ve hareket eden taşlar ayrı ayrı değerlendirilmiştir. Çift sıra olarak basamak ve alt şeve yerleştirilen küp koruma tabakasının sıkılığı %59 dır (Şekil 3). Modelde dikkate alınan basamak genişliği 4D n olarak dikkate alınmıştır. Şekil 3 Küp koruma tabakası yerleşimi DENEY SONUÇLARI ve DEĞERLENDİRME Deneylerde yapılan gözlemler yardımıyla yer değiştiren blokların hasar oranı D n için D 1 ile, 2.0D n için D 2 ile ve 1.0D n için D t ile gösterilmiştir. Hasar oranı tanımlanan referans alanları dikkate alınarak (1) ifadesi ile hesaplanmıştır. Yer değiştiren blokların sayısı Hasar oranı= Dikkate alınan alan içindeki blokların toplam sayısı (1) Bu orandaki hareket eden ve yer değiştiren küp bloklar deneylerde kayıt edilen görseller ile analiz edilmiştir. Ayrıca hasar (S) her test sonunda ölçülen erozyon alanı dikkate alınarak (2) ifadesi yardımıyla belirlenmiştir. Erozyon Alanı (A) S= (2) Nominal çapın karesi (D ) 2 n Her test için stabilite sayısı ise (3) ifadesi kullanılarak hesaplanmıştır. Burada H m0 belirgin dalga yüksekliğidir. Hm0 N= (3) s ΔD n Geleneksel dalgakıranlarda Van der Meer (1988) tarafından yapılan çalışma ile göreceli hasar (N 0) hasar olmaması için 0, hasar başlangıcı için 0-0.5, orta hasar için ve tam hasar için >2 ile tanımlanmıştır. Burada tanımlanan D t hasar oranı göreceli hasara karşılık gelmektedir. Bu çalışmada hasar başlangıcı için dalga yüksekliği Van der Meer ifadesinden 13.5 cm olarak hesaplanmıştır. Şekil 4 (1) ifadesiyle tanımlanan hasar oranının farklı basamak seviyelerinde stabilite sayısı ile değişimi verilmiştir. Şekil 4 incelendiğinde hasar başlangıcı için batık olmayan basamak halinde stabilite sayısının (N s) 1.43, basamağın SSS olması durumunda 0.89, basamağın batık olması halinde ise 1.61 olduğu belirlenmiştir. Alt şevde stabilitenin basamak seviyesinden etkilendiği açıkça görülmektedir. Stabilitenin en düşük olduğu durum basamağın SSS de olması halinde ortaya çıkmaktadır. Çünkü bu durumda alt şev ile basamağın birleşim bölgesi dalga ile doğrudan etkileşmektedir ve bloklarda ilk hareket bu bölgede başlamaktadır. Yüksel ve diğ. (2018) ve Gültekin (2017) küp blokların düzenli yerleştirilmesinde alt şevden basamağa geçiş bölgesindeki yerleşimin etkisi ve önemi vurgulanmıştır. Geçiş bölgesindeki yerleşimin sürekli yapılmasının stabiliteyi artırdığı belirlenmiştir. 224

4 (a) Batık olmayan basamak (b) Basamağın SSS ile aynı olması hali (c) Batık basamak Şekil 4 N s stabilite sayısına karşılık D hasar oranın değişimi Şekil 5 de hasar (S) ın stabilite sayısı ile değimi farklı basamak seviyeleri için değişimleri birlikte çizilerek verilmiştir. Bu şekilden görüldüğü gibi hasarın basamağın batık olmaması halinde daha az olduğu görülmektedir. Hasarın başlangıçta basamak seviyesinin SSS ile aynı olması durumunda daha fazla olduğu, dalga yüksekliği arttıkça blokların daha fazla birbirleri kilitlendikleri ve batık basamakla benzer değişime sahip olduğu, ancak tam hasara basamağın SSS ile aynı olması durumunda erken ulaşıldığı gözlemlenmiştir. Şekil 5 S hasar sayısının N s stabilite sayısı ile değişimi 225

5 Yapılan analizler sonrası K DH Hudson stabilite katsayıları farklı basamak seviyeleri için aşağıdaki şekilde belirlenmiştir. Batık olmayan durum K DH=3.82 SSS ile aynı seviyede K DH=1.30 Batık durum K DH=1.95 Bu analizden de görüldüğü gibi stabilite katsayıları da basamağın seviyesine göre değişmektedir. Şekil 6 da hasarın dalga dikliğine göre değişimi verilmiştir. Bu şekil batık olmayan basamak halini göstermektedir. Her ne kadar bu çalışma dar bir dalga dikliği aralığında yapılmış olsa da (%3-4.6) hasarın dalga dikliği ile değiştiği gözlemlenmektedir, bu sonuç Van Gent (2013) çalışmasıyla uyumludur. Şekil 6 Rölatif hasarın dalga dikliği ile değişimi SONUÇLAR Çok az şekil değiştiren tek tip anroşmanlı basamaklı dalgakıranlarda dalga enerjisinin büyük olduğu durumlarda koruma tabakasında kullanılan anroşman çapı artmakta ve taş ocağından temin edilemeyecek büyüklüklere ulaşmaktadır. Bu tip tasarımlarda özellikle alt şevin stabilitesi oldukça kritik olmaktadır ve bu durumun üstesinden gelebilmek için geleneksel dalgakıranlarda olduğu gibi beton blokların kullanılması önerilebilir. Beton blokların en eski ve yaygın kullanılanı küp bloklardır. Literatürde yeterli bilginin bulunmadığı beton bloklu basamaklı dalgakıranın stabilitesi bu çalışmada araştırılmıştır. Üst şevde anroşman buna karşılık basamak ile alt şevde beton blok hali incelenmiştir. Beton blok kullanıldığında alt şevin stabilitesinin arttığı gözlemlenmiştir. Alt şev stabilitesi incelendiğinde basamak seviyesinin küp blokların yer değiştirme miktarları üzerinde etkili olduğu belirlenmiştir. Basamağın batık olmaması durumunda hasarın daha az olduğu buna karşın basamağın SSS ile aynı olması durumunda hasarın arttığı gözlemlenmiştir. Basamaklı dalgakıranların tasarımında su seviyesi değişiminin doğru belirlenerek, dalgakıran tasarımın yapılması yapının stabilitesi için önemlidir. Bu çalışma devam eden bir araştırmadır ve farklı basamak genişlikleri test edilerek, diğer parametrelerin stabilite üzerindeki etkisi belirlenecektir. Teşekkür Bu çalışmaya destek verdiği için M. van Gent e teşekkür ederiz. KAYNAKLAR Andersen, L. T., Van der Meer, J.W., Burcharth, H.F. ve Sigurdarson, S., (2012). Stability of Hardly Reshaping Berm Breakwaters, 33th Conf. Coastal Eng., 1-6 Temmuz 2012, Santander. 226

6 Gültekin, M., (2017), Basamaklı Dalgakıranlarda Stabilite, YL Tezi, YTÜ, FBE Van Gent, M.R.A., (2013). Rock Stability of Rubble Mound Breakwaters with a Berm, Coastal Engineering, 78: PIANC, (2003), State-of-Art of Designing and Constructing Berm Breakwaters. Van der Meer, J. ve Sigurdarson, S., (2016), Design and Construction of Berm Breakwater, World Scientific. Van der Meer, J.W., (1988), Rock Slopes and Gravel Beaches under Wave Attack, Doctoral thesis. Delft University of Technology. No Yüksel, Y., Çevik, E., Van Gent, M., Şahin, C., Gültekin, M., Gültekin, C., (2018), Stabılıty Effects of Cube Armor Unıt Placement Confıguratıons in the Berm of a Breakwater, ICCE 2018, Baltimore, USA. 227