KÖPRÜ UÇ VE ORTA AYAKLARI ETRAFINDAKİ YEREL OYULMALARA KARŞI KORUYUCU ÖNLEMLERİN ARAŞTIRILMASI

Transkript

1 DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KÖPRÜ UÇ VE ORTA AYAKLARI ETRAFINDAKİ YEREL OYULMALARA KARŞI KORUYUCU ÖNLEMLERİN ARAŞTIRILMASI Tanıl ARKIŞ Ocak, 2013 İZMİR

2 KÖPRÜ UÇ VE ORTA AYAKLARI ETRAFINDAKİ YEREL OYULMALARA KARŞI KORUYUCU ÖNLEMLERİN ARAŞTIRILMASI Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi İnşaat Mühenisliği Bölümü, Hirolik, Hiroloji ve Su Kaynakları Anabilim Dalı Tanıl ARKIŞ Ocak, 2013 İZMİR

3

4 TEŞEKKÜR TÜBİTAK 109M637nolu proje kapsamına hazırlanan bu tez çalışmasına, kaynaklar konusuna beni yönleniren ve araştırmalarıma ışık tutan tez anışmanım Yr. Doç. Dr. Ayşegül ÖZGENÇ AKSOY a teşekkürlerimi sunarım. Laboratuvar olanaklarınan yararlanmamı sağlayan ve tezin her aşamasına ilgisini esirgemeyen Prof. Dr. M. Şükrü GÜNEY'e, yapılan eneylere yarımcı olan Öğr. Gör. Dr. Gökçen BOMBAR'a, Araş. Gör. Mustafa DOĞAN'a, teknisyen İsa ÜSTÜNDAĞ'a ve laboratuvaraki arkaaşlarıma teşekkür eerim. Yüksek lisans eğitimim süresince her türlü feakarlığı yapan, beni yetiştiren aileme teşekkürü borç bilirim. Tanıl ARKIŞ iii

5 KÖPRÜ UÇ VE ORTA AYAKLARI ETRAFINDAKİ YEREL OYULMALARA KARŞI KORUYUCU ÖNLEMLERİN ARAŞTIRILMASI ÖZ TÜBİTAK 109M637 nolu proje kapsamına gerçekleştirilen bu tez çalışmasına, köprü ayakları etrafına meyana gelen oyulmaları önlemek amacıyla kullanılan yöntemler eneysel olarak araştırılmıştır. Deneyler, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühenislik Fakültesi İnşaat Mühenisliği Bölümü Hirolik Laboratuvarı'na mevcut 80 cm genişliğine, 18,6 m uzunluğuna ve 75 cm yüksekliğineki ikörtgen kanala gerçekleştirilmiştir. Kanal tabanına serili malzeme üniform olup koruyucu önlem olarak riprap ve yaka kullanılmıştır. Deneyler kararsız akım koşullarına gerçekleştirilmiştir. Köprü ayağı etrafına meyana gelen oyulmalar zamana bağlı olarak ölçülmüş ve kullanılan koruyucu yöntemin oyulma erinliğini ne ölçüe azalttığı belirlenmiştir. Deneysel bulgular ilgili mevcut literatür bilgileri ile e karşılaştırılmış ve yorumlanmıştır. Anahtar Sözcükler: Köprü ayağı, kararsız akım, yerel oyulma, koruyucu önlemler iv

6 INVESTIGATION OF PROTECTIVE MEASURES AGAINST LOCAL SCOURS AROUND THE BRIDGE PIERS AND ABUTMENTS ABSTRACT In this thesis, methos of countermeasures to prevent local scour aroun brige pier were investigate experimentally within the scope of the TUBİTAK 109M637 project. The experiments were carrie out in a rectangular flume of 80 cm with, 18.6 m length an 75 cm epth which was available in the Hyraulic Laboratory of the Civil Engineering Department at Dokuz Eylul University. The be material of the flume was uniform an riprap an collar were use as countermeasure practices. The temporal variations of scour epth were measure an the efficiency of various preventive means was etermine. The experimental results were compare an interprete in the light of available literature. Keywors: Brige pier, unsteay flow, local scour, countermeasure v

7 İÇİNDEKİLER Sayfa YÜKSEK LİSANS TEZİ SINAV SONUÇ FORMU...ii TEŞEKKÜR...iii ÖZ...iv ABSTRACT...v BÖLÜM BİR - GİRİŞ Çalışmanın Amacı Geçmişte Yapılan Akaemik Çalışmalar...3 BÖLÜM İKİ - TEORİK BAKIŞ Giriş Oyulma Mekanizmasına Etki Een Faktörler Yaklaşım Akım Derinliği ve Ayak Geometrisinin Etkisi Yaklaşım Akım Hızının Etkisi Taban Malzemesi Özelliklerinin Etkisi Koruyucu Önlem Olarak Kullanılan Riprap için Verilen Bağıntılar Gales (1938) Bonasounas (1973) Neill (1973) Posey (1974) Breusers ve iğer. (1977) Richarson ve iğer. (1991) Richarson ve Davis (1995) Parola (1993,1995) Lauchlan (1999) Koruyucu Önlem Olarak Kullanılan Yaka için Verilen Bağıntılar Kumar ve iğer. (1999)...16 vi

8 2.7.2 Masjei ve iğer. (2010)...17 BÖLÜM ÜÇ - DENEYSEL ÇALIŞMALAR Deney Düzeneği BÖLÜM DÖRT - DENEYSEL SONUÇLAR Riprap Kullanılarak Ele Eilen Deney Sonuçları Yaka Kullanılarak Ele Eilen Deney Sonuçları Deneysel Sonuçların Karşılaştırılması...77 BÖLÜM BEŞ - SONUÇ VE ÖNERİLER...87 KAYNAKLAR...89 vii

9 BÖLÜM BİR GİRİŞ 1.1 Çalışmanın Amacı Bir akış alanına bir engel civarına akış yatağının erozyona uğramasına oyulma enir (Chang, 1988). Mekanizmanın köprü ve hirolik yapıların bütünlüğüne tehii yapıların temelinin yok olmasına yol açmasıır. Lagasse ve Richarson (2001) A.B.D otoban köprülerineki hataların %60'ının, genel oyulma, yerel oyulma, uzun önem birikim ve bozulması, akışkan engesizliği gibi hirolik faktörleren kaynaklanığını ifae etmiştir. Hoffmans ve Verheij (1997) köprü yıkılmalarının ana neeninin taşkınlar sonucu köprü ayak ve temeli etrafına oluşan yerel oyulmalar oluğunu belirtmişlerir yılına 10 kişinin ölüğü New York'taki Scholarie Creek Köprü'sü faciasının ana neeninin köprü ayak etrafına meyana gelen yerel oyulma oluğu gösterilmiştir (Ting ve iğer., 2001). Dey ve Barbhuiya (2004), Yeni Zelana Rangitikei Nehri'ne Bulls Köprüsü'nün yıkılışının ana neeninin yerel oyulmalar oluğunan bahsetmişlerir. Cheremisinoff ve iğer.(1987), yılları arası meyana gelen taşkınlar sebebiyle köprülere oluşan zararın köprü başına 100 milyon olar oluğunu beyan etmişlerir. Melville ve Coleman (2000), Yeni Zelana'a nehirlerin neen oluğu oyulmaların yıla 36 milyon Yeni Zelana oları kaar zarar veriğini belirtmişlerir. (Alabi, 2006) Zongulak'ın Çaycuma ilçesine, Filyos Çayı üzerine bulunan köprünün orta ayağına meyana gelen oyulmaan olayı köprü tabliyesinin bir kısmı 6 Nisan 2012 tarihine çökmüştür. Filyos Çayı'naki köprünün çökmesiyle ilgili yürütülen soruşturma kapsamına, İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) bilirkişi raporu hazırlamıştır. Açıklanan bilirkişi raporuna ''Köprünün göçmesi, meyana gelen yağış seviyesine bağlı olarak çayın ortasına bulunan köprü ayaklarının oyulması, kazıkların taşıma gücünü yitirmesi sonucu tabliye yüklerini taşıyamamasıyla meyana gelmiştir'' açıklamalarına yer verilmiştir. Rapora esas üzerine urulması gereken urumun köprülerin üst yapısınan çok anılan köprü ayaklarınaki oyulmayı önlemek için oluşturulan bariyerin bakım ve enetimineki yetersizlik olarak 1

10 2 belirtilmiştir. ( Köprülerin yıkılmasına önemli etkenleren biri olan yerel oyulmaların meyana geliği köprü ayaklarının bakım ve yenileme çalışmaları için her yıl büyük miktara paralar harcanmaktaır. Bu sebeple köprü ayakları etrafına oluşacak yerel oyulmaların önlenmesi amacıyla alınacak yöntemler birçok çalışmaya konu olmuştur. Köprü ayağı etrafına meyana gelen yerel oyulmaların en önemli sebebi ayak etrafına oluşan at nalı şeklineki çevrintiler olarak gösterilebilir (Kumar ve iğer., 1999). Yerel oyulmaları azaltmanın bir yolu riprap gibi sert malzeme kullanarak at nalı çevrintilerinin aşınırıcı faaliyetine karşı mücaele etmektir. Diğer yaklaşımlar ise akışı zayıflatmak ve mümkünse at nalı çevrintilerini engellemek amacıyla ayak etrafına cihazlar yerleştirmektir (Chiew ve Lim, 2003; Melville ve Coleman, 2000). Akışı eğiştirici cihazlar, yerel oyulmayı önlemek üzere membaya yerleştirilen kazıklar, ayak boyunca bir yarık ve yaka gibi ayağa bitişik bir akış yönü eğiştiricisiir. Yakaların kullanımlarını inceleyen araştırmalar arasına Chabert ve Engelinger, (1956), Laursen ve Toch, (1956), Thomas (1967), Tanaka ve Yano, (1967), Kumar ve iğer. (1999), Chiew (1992), Zarrati ve iğer. (2006) ile Fotherby ve Jones, (1993) un araştırmaları sayılabilir. Araştırmalar yakaların kullanımının köprü ayağınaki oyulma erinliğini azaltmaa çok etkili oluğunu göstermiştir. Yaka kullanımı maksimum oyulma erinliğini azaltmaya ilave olarak oyulma hızını a önemli erecee azalmaktaır. (Alabi, 2006) Bu tez çalışması kapsamına yerel oyulmaları önlemek amacıyla kullanılan iki yöntem eneysel olarak incelenmiştir. Deneyler Dokuz Eylül Üniversitesi Mühenislik Fakültesi İnşaat Mühenisliği Bölümü Hirolik Laboratuvarı na koruyucu önlem olarak riprap ve yaka kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Riprap eneylerine ane boyutu, genişliği ve kalınlığı, yaka eneylerine ise yakanın konumu ve kalınlığı eğiştirilerek eneyler yapılmıştır. Ele eilen sonuçlar koruma önlemi alınmayan eney sonuçları ile karşılaştırılmıştır.

11 3 1.2 Geçmişte Yapılan Akaemik Çalışmalar Chiew (1995), airesel köprü ayağı etrafına riprap tabakasının stabilitesini araştırmıştır. Deneyler sırasına kullanılan taban malzemesi üniform olup temiz su oyulmaları incelenmiştir. Üç farklı riprap ane boyutu için uzun ve kısa süreli eneyler yapılmıştır. Deneylere ebi eğerleri ile riprap malzemesinin genişliği ve kalınlığı eğiştirilmiştir. Kumar ve iğer.(1999), eneylerine üç farklı üniform taban malzemesi kullanmışlarır. Koruyucu önlem olarak yaka ve köprü ayağına açılmış yarığın oyulmalara etkisini temiz su oyulması şartlarına araştırmışlarır. Lauchlan ve Melville (2001), koruyucu önlem olarak riprap kullanmış ve hareketli taban koşulları altına eneyler yapmışlarır.taban malzemesi sabit tutularak köprü çapı, riprap ane boyutu ve ortalama yaklaşım akım hızı eğiştirilmiştir. Çalışmalarının sonucuna riprap malzemesinin, taban malzemesinin altına yerleştiriliğine oyulmaları aha iyi koruuğunu belirtmişlerir. Chiew (2004), köprü ayakları etrafına meyana gelen yerel oyulmaları ve riprap tabakasının stabilitesini incelemiştir. Deneyler hareketli taban koşulları altına üç farklı akım şieti kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneylere 120 saatten sonra oyulma oranının ihmal eilebilir oluğu görülmüştür. Toplam oyulma erinliğinin akım şieti ile arttığı gözlenmiştir. Unger ve Hager (2006), airesel köprü ayakları etrafına yerleştirilen riprap tabakasının stabilitesi incelemişlerir. Deneyler temiz su oyulma koşullarına gerçekleştirilmiş olup riprap boyutunun akım yüksekliğine oranının Froue sayısı ile ilişkisini vermişlerir. Riprap tabakasının maksimum korumayı sağlaması için ikkatlice serilmesini önermişlerir. Alabi P.D.(2006), Kanaa a Saskatchewan Üniversitesine yaptığı oktora tezi çalışmasına köprü ayağı etrafına yerleştirilen yakanın oyulmayı ne kaar azalttığını araştırmıştır. Temiz su oyulma koşullarına, üniform taban malzemesi ve airesel iki

12 4 ayak çapı ile eneylerini gerçekleştirmiştir. Yaka kalınlığının oyulmaya etkisinin ihmal eilebilir oluğunu çalışmalarının sonucuna belirlemiştir. Zarrati ve iğer. (2006), airesel iki ayaktan oluşan ayak grubu etrafına yerleştirilen riprap ve yakanın oyulmaya etkisini araştırmışlarır. Yakanın ayaklara ayrı ayrı olarak veya tek parça şekline yerleştirilmesini ve yakanın akıma paralel veya ik konuma olması hallerine meyana gelen yerel oyulmaları incelemişlerir. Çalışmalarının sonucuna aynı hizaaki iki ayağa uygulanan yaka ve riprapın oyulmayı 60% azalttığını gözlemlemişlerir. Yasser ve iğer. (2008), ikörtgen ayakta üçgen yakayı küçük Froue sayılı akımlara kullanmışlarır. Yaka genişlikleri köprü ayağının 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5 ve 5,0 katı seçilmiştir. Oyulmayı sırasıyla 22%, 42%, 56%, 63%, 71%, 77% ve 82% azalttığını eneylerle ele etmişlerir. Khwairakpam ve Mazumar (2009), kararlı akım koşullarına kohezyonsuz yatak malzemesi için oyulma enklemleri ele etmişlerir. Koruyucu önlem olarak literatüreki çalışmalara eğinmişlerir. Akım oğrultusuna bulunan aynı hizaaki iki ikörtgen köprü ayağına yakanın etkili oluğunu belirtmişlerir. Mashahir ve iğer. (2009), gerçekleştirikleri eneylere yaka ile beraber çubuk kullanmışlarır. Çubukların oyulmayı önlemli erecee etkilemeiğini bulmuşlarır. Yakanın yerini eğiştirerek eneylerini yapmışlarır. Yaka genişliğinin köprü ayağının 3 katınan büyük seçilmesinin korumayı arttırmaığını belirtmişlerir. Masjei ve iğer. (2010), köprü ayağı etrafına köprü ayak genişliğinin 1,5; 2,0; 2,5 ve 3,0 katı genişliğine yakaları yerleştirerek yaka genişliğinin oyulma süreci üzerineki etkisini incelemişlerir. Deneyler sonucuna köprü ayak genişliğinin 3 katı genişliğe sahip olan yakanın oyulmayı en çok önleiğini belirtmişler ve yakayı, taban malzemesinin altına ayak genişliğinin 0,1 katı kaar gömülmesi gerektiğini vurgulamışlarır.

13 5 Bhalerao ve Gare (2010), riprap tabakasının tasarımı üzerine çalışmalar yapmışlarır. 5 cm çapına köprü ayağı kullanarak altı farklı yatak malzemesi ve riprap boyutunu temiz su eneyleri altına test etmişlerir. Çalışmalarının sonucuna riprap tabaka tasarımı için bir yöntem önermişlerir. Zarrati ve iğer. (2010), 40 mm köprü ayağı etrafına yei farklı çapta üniform riprap malzemesi ve iki farklı genişliğe sahip yaka yerleştirerek eneyler gerçekleştirmişlerir. Yaka genişliğinin köprü ayağının 3 katı olması urumuna oyulmayı aha fazla önleiğini belirlemişlerir. Ayrıca yaka yerini e eğiştirerek sonuca etkisini araştırmışlarır. Simarro ve iğer. (2011), ayak grupları etrafına meyana gelen oyulmalara karşı riprap korumasını çalışmışlarır. Üniform taban malzemesinin bulunuğu kanala 4 farklı riprap çapı kullanılmıştır. Ayak gruplarının konumuna göre, kullanılması gereken riprap boyutlarını belirlemişleriir. Nohani ve iğer. (2012), 180 erece önen bir kanala ört farklı riprap malzemesi kullanarak temiz su oyulması altına riprap tabakasının stabilitesini incelemişlerir. Kanalın 30, 60, 90 ve 120 erece önüşlerine köprü orta ayağı yerleştirmişlerir. Deneyler sonucuna kanalın 30 erecelik önüş açısına sahip kısmına riprap tabakasının aha az zarar görüğünü belirtmişlerir.

14 BÖLÜM İKİ TEORİK BAKIŞ 2.1 Giriş Breusers ve iğer. (1977) oyulmayı nehir ve akarsulara suyun akışının neen oluğu oğal olay olarak tanımlamışlarır. Cheremisinoff ve iğer. (1987) oyulmayı, köprü gibi nehir yapılarının temelinin açığa çıkarma eğilimi olacak şekile suyun aşınırması ve nehir yatağı seviyesinin alçaltılması olarak tarif etmişlerir. Yazarların belirttiğine göre oyulma neeni ya normal akış ya a taşkın olayları yüzünenir. Belirli bir oğal seviyeen (genellikle olay başlamaan önceki nehir yatağının üzeyi) itibaren oluşan alçalma miktarına oyulma erinliği aı verilir. Şekil 2.1'e oyulma çeşitleri gösterilmiştir. Toplam Oyulma Genel Oyulma Sınırlanmış Oyulma Uzun süreli Genel Oyulma Kısa süreli Genel Oyulma Daralarak Oyulma Yerel Oyulma Temiz Su Oyulması Hareketli Taban Oyulması Şekil 2.1 Oyulma çeşitlerinin şeması (Cheremisinoff ve iğer.,1987) Genel oyulma: Bu tip oyulma nehir kanalının uzunlamasına profilinin toplam alçalmasına neen olan etkileren kaynaklanmaktaır. Genel oyulma bir köprünün varlığına bakılmaksızın gelişir ve uzun süreli ve kısa süreli olarak ikiye ayrılır (Cheremisinoff ve iğer., 1987). Kısa süreli genel oyulma taşkına yanıt olarak gelişirken uzun süreli oyulma genele birkaç yıllık aha uzun süreli olarak gelişmekteir. 6

15 7 Sınırlanmış oyulma: Genel oyulmaya karşıt olarak sınırlanmış oyulma köprünün varlığına veya iğer nehir yapılarının varlığına bağlanmaktaır. Sınırlanmış oyulma aralarak oyulma ve yerel oyulma olarak ikiye ayrılmaktaır. Daralarak oyulma: Bu tip oyulma ya insan tarafınan taşkın yatağının eğiştirilmesi ya a oğal eğişim sonucu olarak gerçekleşmekteir. Bu aralmanın etkisi sonucu akış alanına azalma ve ortalama akış hızına artma meyana gelmekteir. Bunun sonucuna kanal yatağı üzerineki erozyon kuvvetlerine bir artış meyana gelmekte ve kanal yatağı alçalmaktaır. Yerel oyulma: Bu tip oyulma köprü kenar ayakları veya orta ayakları civarına anien katı maenin taşınması olarak tanımlanabilir. 2.2 Oyulma Mekanizmasına Etki Een Faktörler Oyulma mekanizmasına etkiyen parametreler aşağıa verilmekteir (Yanmaz, 2002). i) Akışkan parametreleri 3 ρ : suyun yoğunluğu ( ML ) ν : suyun kinematik viskozitesi ( L 2 T 1 ) ii) Akım parametreleri 2 g : yerçekimi ivmesi ( LT ) y : yaklaşım akım erinliği ( L ) 1 V : ortalama yaklaşım akım hızı ( LT ) θ : akım ve ayak ekseni arasınaki açı 1 u : kayma hızı ( LT ) * iii) Akarsu parametreleri S 0 : taban eğimi

16 8 B : akarsu genişliği ( L ) C c : aralma katsayısı K θ : yaklaşım akımıyla köprü ekseni arasınaki açının etki faktörü K a : akarsu güzergâhı etkisini gösteren katsayı K b : membaa taban pürüzlülüğünü gösteren katsayı ( L ) K c : akarsu şevlerinin pürüzlülüğünü gösteren katsayı ( L ) K G : akarsu en kesit etkisini gösteren katsayı iv) Taban malzemesi parametreleri 3 ρ : tane yoğunluğu ( ML ) s 50 : tane meyan çapı ( L ) σ g : tane ağılımının geometrik stanart sapması C : kohezyon ( ML ) 1 T 2 K : tane şekil faktörü v) Köprü ayağı parametreleri D : ayak çapı K s : ayak şekli faktörü K g : ayak grup etki faktörü K r : ayak yüzeyi pürüzlülük faktörü K v : ayak yüzeyiyle üşey açı arasınaki etkisi vi) Zaman parametresi t : akım süresi ( T ) Bu parametreler aşağıaki gibi bir fonksiyon ile ifae eilebilir. s, ρ, ν, g, y, V, θ, u*, S0, B, Cc, Kθ, K a, Kb, K f KG, ρ s, 50, σ g, C, K, b, K s, K g, K r, K v, t c, = 0 (2.1)

17 9 Buckingham π teoremi kullanılarak ve tekrar een parametreler ρ, u *, b seçiliğine aşağıa verilen boyutsuz parametreler ele eilmekteir (Yanmaz, 2002). s b = V V50 y u* 50 Vt K c Kb 50,,,,,,, K r,,, gy ν b V B b b f1 C, θ, S0, Cc, K a, K, KG, g, K, K s, K g, K 2 θ σ v ρv, (2.2) Buraa; V V = Froue sayısı, 50 ν gy = Reynols sayısı, = ( ρ ρ) / ρ s = göreceli yoğunluk, u * kayma hızıır. Yerel oyulmalar için oluşturulabilecek en genel fonksiyon, tüm etkenler göz önüne alınığına yukarıa belirtilen parametrelerle anlatılabilir. Fakat ortam koşulları ve bazı kabuller göz önüne alınarak enklem saeleştirilebilir. Sabit şekil faktörü ( K = 1 ), taban malzemesinin kohezyonsuz olması (C=0), kum için göreceli yoğunluğun sabit olması (Δ=1,65), akarsuyun yeterince geniş olması ( C c =1), taban şekillerinin ihmal eilmesi ve taban pürüzlülüğünün saece 50 cinsinen ifae eilmesi ( K b = üz olması ( S 0 =sabit ve K =1), akarsuyun plana K G =1), ayağın tek olması, pürüzsüz olması ve tabana ik yerleştirilmiş olması ( K K = K = K = 1 ) gibi kabullere bulunarak 2.2 enklemi aşağıaki gibi yazılabilir. s = g r v c s b y u * b Vt f σ K K 2 Fr, Re,,, g,,, s, (2.3) b V 50 b = θ Yüksek türbülanslı akımlara sürtünmenin Reynols sayısınan bağımsız olması neeniyle Reynols sayısı etkin parametre olarak göz önüne alınmayabilir. Tane çapının ve taban eğiminin sabit oluğu urumlara u * / V oranı saece yaklaşım akım erinliğine bağlı olacağı için bu parametre e fonksiyonan çıkarılabilir.

18 10 Zamanın etkisi e nihai oyulma erinliği hesaplanırken ikkate alınmayabilir ve böylece olaya etkin parametreler enklem 2.4 te veriliği gibi azaltılabilmekteir. s b y b f σ K K 3 Fr,, g,, s, (2.4) b 50 = θ 2.3 Yaklaşım Akım Derinliği ve Ayak Geometrisinin Etkisi Derinlik ve ayak geometrisi,oyulma çukurunun gelişimi süresince, göreceli olarak etkiliir. Sığ sulara oyulma erinliği tamamen yaklaşım akım erinliğine (y) bağımlıır, ayak genişliğinen (b) bağımsız iken erin sulara bu urum tam tersi şeklineir. Oyulma çukurunun erinliği, orta erinlikli sulara, hem ayak geometrisi, hem e akım erinliğinen etkilenir (Kanasamy 1989). Melville (1997), yaptığı çalışmalar sonucu b/y < 0,7 urumu için oyulma erinliğinin yaklaşım akım erinliğinen, b/y > 5 urumu için ise ayak genişliğinen bağımsız oluğunu ileri sürmüştür. b/y > 3-4 oluğu urumlara a oyulma erinliğinin ayak genişliğinen bağımsız oluğunu kabul eenler olmuştur (Breusers, Nicollet ve Shen, 1977; Ettema, 1980; Raukivi, 1986). Derin sulara yaklaşım akım erinliğinin oyulma erinliğinin gelişimi üzerine etkisinin kaybolmasını Yanmaz (2002), ayağın memba yüzüne su yüzeyinen tabana ik oğrultua hareket een akımın etkisinin azalması ile açıklamıştır. Ayak şekli e, ayak genişliği kaar oyulma gelişimi sürecine etkiliir. Laboratuvaraki eneyler, ayakların memba ucu sivrilmesinin,yerel oyulma erinliğini azalttığını göstermiştir. Örneğin, karesel ayaklar etrafına meyana gelen yerel oyulma erinliği airesel ayaklara göre aha fazla iken, airesel ayaklar etrafına meyana gelen yerel oyulma erinliği sivri uçlu ayaklara göre aha fazlaır.

19 Yaklaşım Akım Hızının Etkisi Akım şieti, yaklaşım akım hızının kritik hıza oranı V / V ) şekline gösterilir. ( c V / V c 1 oluğu urumlara membaa bulunan taban malzemesi hareket etmez ve akımın tüm gücü, köprü ayağı etrafınaki oyulma gelişimine harcanır. V / > 1 urumuna ise membaa taban malzemesi hareketi meyana gelir ve akım gücünün bir kısmı a bu malzeme taşınımı için harcanır. Ayak etrafınaki oyulmanın, yaklaşım akım hızına orantılı olarak gelişmekte oluğunu laboratuvar çalışmaları göstermiştir. Fakat V / > 1 urumuna akım gücünün bir kısmı malzeme V c sürüklenmesine harcanacağınan hareketli taban koşullarına temiz su koşullarına göre köprü ayağı etrafına aha az oyulacaktır (Yanmaz, 2002). Buraa V yaklaşım akım hızı, V ise kritik hızır. Melville ve Sutherlan (1988), kritik hızın ( V ) c aşağıa verilen enklem ile hesaplanmasını önermişlerir. V c c V u c * c = 5,75log 5,53 y 50 (2.5) Bu ifaeeki u * c eğeri kritik kayma hızı olup, 50 meyan tane boyutu esas alınarak Shiels iyagramınan bulunabilir. Ancak pratik olması açısınan Melville (1997), u * yi hesaplamak için u* c = m / s ve 50 = mm cinsinen olmak üzere c aşağıaki enklem takımına önüştürmüştür: 1,4 u* c = 0, , ; 0,1 mm < 50 < 1 mm (2.6a) 0,5 1 u* c = 0, , mm < 50 < 100 mm (2.6b) 2.5 Taban Malzemesi Özelliklerinin Etkisi Tabana kullanılan malzeme özellikleri,kohezyonlu-kohezyonsuz, üniform olup olmaması ve malzemenin çapı gibi alt başlıklar altına toplanabilir. Malzeme çapının oyulma gelişimine olan etkisi köprü ayağı genişliğine olan oranına bağlıır.

20 12 Bu orana göreceli tane çapı enir. Göreceli tane çapı b / ) arttıkça oyulma ( 50 erinliği e artar ancak bir noktaan sonra tane çapının oyulma erinliğine etki etmez. Ettema (1980) bu noktaaki eğeri b / 50 = 50, Melville (1997), b / 50 = 25 olarak önermiştir. Malzemenin üniform olup olmaığı geometrik stanart sapma σ 84 / 16 g = bağıntısı ile hesaplanır. σ < 1. 4 g olan malzemeler üniform; 1,4 ten büyük olan malzemeler üniform olmayan malzeme olarak sınıflanırılırlar. Üniform olmayan malzemelere, malzeme sürüklenmesi ince tanelere başlar ve en son kalın taneler sürüklenir. Kalın taneleri sürükleyebilecek hıza bir akım yoksa kalın malzemeler ayak tabanına bir zırhlanma bölgesi oluşturur ve ayağı oyulmaya karşı korur. 2.6 Koruyucu Önlem Olarak Kullanılan Riprap için Verilen Bağıntılar Köprü ayağı etrafına meyana gelen yerel oyulmaları önlemek amacıyla seçilmesi gereken minimum riprap çapı ve riprap tabaka boyutları için yapılan öneriler aşağıa verilmekteir Gales (1938) Gales (1938) seçilmesi gereken riprap tabakasının uzunluğunun köprü ayak genişliğinin 5,5 katı, riprap tabaka genişliğinin ise 5,0 katı olması gerektiğini önermiştir Bonasounas (1973) Bonasounas (1973) yaptığı çalışmalar sonucuna riprap tabaka uzunluğunun ayak genişliğinin 7 katı (2,5 katı ayağın mansap kısmına kalacak şekile), genişliğinin 6 katı ve tabaka kalınlığının ayak genişliğinin 1/3 ü kaar olmasını önermiştir. Ayrıca seçilmesi gerekli minimum riprap ane boyutunu a enklem 2.7 bağıntısı ile vermiştir.

21 13 DD 50 = 6 3,3UU + 4UU 2 (2.7) Buraa; D 50 : riprapın ortalama ane boyutu (m), U: ortalama akım hızıır (m/s) Neill (1973) Neill (1973) riprap tabakasının köprü ayağı etrafına ayak genişliğinin 1,5 katı kaar genişletilerek yerleştirilmesini ve tabaka kalınlığının a riprap çapının 2 katınan büyük olması gerektiğini önermiştir Posey (1974) Posey (1974) riprap tabakasının köprü ayak etrafına her yönen ayak genişliğinin 1,5 ile 2,5 katı kaar yerleştirilmesini önermiştir Breusers ve iğer. (1977) Kullanılması gereken minimum riprap çapı seçimi için verilen bağıntı aşağıa verilmekteir. D 50 = 1,384U2 (Ss 1)2g (2.8) Buraa; D 50 : riprapın ortalama ane boyutu (m), U: ortalama akım hızı (m/s), Ss: riprapın bağıl özgül ağırlığı (Ss = 2,65), g: yer çekimi ivmesiir (g = 9,81 m/s 2 ).

22 Richarson ve iğer. (1991) Riprap tabaka genişliğini ayak genişliğinin iki katı, tabaka kalınlığının ise riprap ane çapının üç katınan fazla olması gerektiğini belirlemişlerir. Minimum riprap çapı için ise aşağıaki bağıntıyı vermişlerir. D 50 = 0,692(KU )2 (Ss 1)2g (2.9) Buraa; D 50 : riprapın ortalama ane boyutu (m), K: yuvarlak burunlu ayak için 1,5 ve ikörtgen ayak için 1,7 U: ortalama akım hızı (m/s), Ss: riprapın bağıl özgül ağırlığı (Ss = 2,65), g: yer çekimi ivmesiir (g = 9,81 m/s 2 ) Richarson ve Davis (1995) Richarson ve Davis in (1995)seçilmesi gerek riprap çapı için verikleri bağıntı aşağıa görülmekteir. D 50 y = 0,346 f 1 2 f 2 Fr 2 (2.10) S s 1 Buraa; D 50 : riprapın ortalama ane boyutu (cm), y: yaklaşım akım erinliği (cm), f 1 : köprü ayak şekil faktörü (Yuvarlak burunlu köprü ayaklarına 0,71 ikörtgen köprü ayaklarına 1,0 alınır.), f 2 : köprü ayağı kıyıya yakın oluğuna 0,9; ana akımın oluğu köprü ayağına 1,7 alınır, Ss: riprapın bağıl özgül ağırlığı (Ss = 2,65), Fr 2 : Froue sayısının karesiir.

23 Parola (1993,1995) Yapılan çalışmalara seçilmesi gereken riprap boyutunun ifaesi enklem 2.11'e verilmiştir. D 50 y = f 1f 3 S s 1 Fr2 (2.11) Buraa; D 50 : riprapın ortalama ane boyutu (cm), y: yaklaşım akım erinliği (cm), f 1 : köprü ayak şekil faktörü (Yuvarlak burunlu köprü ayaklarına 0,71 ikörtgen köprü ayaklarına 1,0 alınır.), f 3 : ayak boyut faktörü, Ss: riprapın bağıl özgül ağırlığıır (Ss = 2,65), Fr 2 : Froue sayısının karesiir. ff 3 = 0,83 ; 4 < bb DD 50 < 7 ff 3 = 1,00 ; 7 < bb DD 50 < 14 ff 3 = 1,25 ; 20 < bb DD 50 < 33 (2.12a) (2.12b) (2.12c) b: köprü ayağının öngörülen genişliğiir Lauchlan (1999) Lauchlan (1999) riprap çapı seçimi için aşağıaki bağıntıyı önermiştir. D 50 y = 0,3S f 1 Y r y 2,75 Fr 1,2 (2.13)

24 16 Buraa; D 50 : riprapın ortalama ane boyutu (cm), y: yaklaşım akım erinliği (cm), S f : güvenlik faktörü (minimum eğeri 1,1 olarak önerilmiştir), Y r : riprap tabakasının yatak seviyesinen itibaren olan erinliği, Fr: Froue sayısıır. 2.7 Koruyucu Önlem Olarak Kullanılan Yaka için Verilen Bağıntılar Köprü ayağı etrafına meyana gelen yerel oyulmaları önlemek amacıyla kullanılması gereken yaka boyutları için yapılan öneriler aşağıa verilmekteir Kumar ve iğer. (1999) Deneylerine kullanığı yakanın kalınlıkları 3mm'ir. 61 ve 112,5mm iki farklı köprü ayağına eneylerini gerçekleştirmişlerir. 112,5mm lik köprü ayağına beş farklı yaka genişliği (1,5b; 2,0b; 2,5b; 3,0b ve 4,0b), 61mm lik köprü ayağına tek yaka genişliği (2,5b) kullanılmıştır. Temiz su oyulmasını üniform taban malzemesine incelemişlerir, eney süreleri üç saattir. Aşağıaki bağıntıyı ele etmişlerir. pp cc = 0,057 BB 1,612 HH 0,837 pp bb YY 0 (2.14) Buraa; s p : korumasız köprü ayağınaki enge oyulma erinliği (mm), s c : yakalı köprü ayağınaki enge oyulma erinliği (mm), B: yaka çapı (cm), b: köprü ayağı çapı (cm), H: serbest su yüzeyinin altınaki yaka erinliği (mm) y 0 : akım erinliğiir (mm).

25 Masjei ve iğer. (2010) Yaptıkları eneylere köprü ayağını en iyi koruyan yaka genişliğini köprü ayağının 3,0 katı olarak bulmuşlarır. Ayrıca aşağıaki bağıntıyı ele etmişlerir. ss = 1,45 1,24 BB WW HH+4,5 0,085 tt+360 LLLL BB BB tt ee 0,185 (2.15) Buraa; s: oyulma erinliği (mm), B: köprü ayak genişliği (mm), W: yaka genişliği (mm), H: serbest su yüzeyinin altınaki yaka erinliği (mm), t: oyulma zamanı (s), t e : oyulmanın engeye ulaşma zamanıır (s).

26 BÖLÜM ÜÇ DENEYSEL ÇALIŞMALAR 3.1 Deney Düzeneği Şekil 3.1'e gösterilmekte olan eney üzeneği DEÜ Hirolik Laboratuvar'ına TÜBİTAK 106M274 nolu proje kapsamına inşa eilmiştir. Deney kanalı 18,6 m uzunluğuna, 80 cm genişliğine, 75 cm erinliğineir. Deneyler sırasına kullanılan üniform taban malzemesi,kanalın 7. ve 13. metreleri arasına, 25 cm kalınlığına konulmuştur. Kanalın ilk 6 ve son 5 metrelerine 20 cm yüksekliğine gaz betonu mevcut olup bu beton blokların üzerine 5 cm kalınlığına üniform taban malzemesi yerleştirilmiştir. Şekil 3.1 Deney üzeneğinin genel görünümü Deneylere üniform taban malzemesi kullanılmıştır. Malzemenin ortalama meyan çapı ( 50 ) 3,47 mm, geometrik stanart sapması (σ g ) 1,39'ur. Granülometri eğrisi, Şekil 3.2'e gösterilmekteir. Şekil 3.3'te eney üzeneğinin şematik gösterimi ve eneyler sırasına kullanılan ölçüm cihazları gösterilmekteir. 18

27 (%) , Dane Çapı, D (mm) Şekil 3.2 Taban malzemesinin granülometrik eğrisi Şekil 3.3 Deney üzeneği ve araçlar (TÜBİTAK 109M637 Nihai Rapor, 2012) Akım kanal membasına maksimum ebisi 100 l/s olan bir pompa ile iletilmekteir. Deneylere kullanılan üçgen hirograflar bir bilgisayar programı yarımı ile pompa evir sayısına müahale eerek oluşturulmuştur. Şekil 3.4a ve

28 20 3.4b e sisteme suyu basan pompa ile pompa evir sayısını ayarlayan hız kontrol cihazı görülmekteir. Kanal mansabına bulunan su eposu 27 m 3 hacmineir. a b Şekil 3.4 a) Pompa b) Hız Kontrol Cihazı Deneyler sırasına ebi, Krohne firması tarafınan üretilen, Şekil 3.5'te gösterilen elektromanyetik ebimetre ile zamana bağlı ölçülmüş ve eşzamanlı olarak bilgisayara aktarılmıştır. Şekil 3.5 Elektromanyetik ebimetre Oyulma erinliği, eneyler sırasına zamana bağlı olarak ölçülmüştür. Bu ölçümler için İsviçre Met-Flow firması tarafınan üretilen Ultrasonic Velocity Pofiller (UVP) cihazının algılayıcıları kullanılmıştır. Cihazın asıl amacı akustik yöntemle hız ölçümüür. Yüksek frekanslı ses algaları, su içineki parçacıklara çarpar, sonra yansıyarak geri öner. Bu geri önen ses frekanslarınaki eğişimi kullanılarak akım hızı saptanabilmekteir. Aynı frekansta algılayıcı kullanmak şartıyla biren fazla

29 21 algılayıcı cihaza bağlanabilmekteir. Şekil 3.6 a UVP cihazının çalışma prensibi görülmekteir. Şekil 3.6 UVP nin çalışma prensibi (METFLOW, 2002) Bu çalışmaa UVP algılayıcısı köprü orta ayağı etrafına Şekil 3.7(a) ve 3.7(b) e görülüğü şekile yerleştirilmiştir. UVP algılayıcısı tarafınan gönerilen ve tabanan yansıyan algalar takip eilerek Güney ve iğer. (2012) nin veriği yöntemle tabana meyana gelen eğişim zamana bağlı olarak belirlenmiştir. Köprü orta ayağı kanalın memba ucunan 11,5 m uzaklıkta bulunmaktaır. W=3D D Akım Yönü Şekil 3.7(a) UVP algılayıcısının yeri UVP Algılayıcısı a

30 22 b Şekil 3.7( b) Köprü kenarına yerleştirilen algılayıcı ULS (Ultrasonic Level Sensor) cihazı, yaklaşım akım erinliğini ölçmek için kullanılmıştır. ULS algılayıcısı Şekil 3.8'e görülmekteir. Cihazın 4 aet algılayıcısı Hirolik laboratuvarına mevcut olup 4 farklı kesitten akım erinliği eş zamanlı olarak kaya alınabilmekteir. Cihazın hassasiyeti ±0,1 mm'ir. Şekil 3.8 ULS Cihazı Köprü orta ayakları etrafına meyana gelen yerel oyulmaları incelemek amacıyla gerçekleştirilen eneyler sırasına kullanılan hirograflar Şekil 3.9(a) ve 3.9(b)'e verilmekteir. Debi 15 l/s'en 65 l/s eğerine Hi 1'e 300 saniyee Hi 2'e ise 180

31 23 saniyee ulaşmaktaır. Pik ebiye ulaştıktan sonra ebi azalarak aynı süreler içine 15 l/s eğerine geri üşmekteir. a Şekil 3.9 (a) Hi 1(b) Hi 2 ebi zaman grafikleri b

32 BÖLÜM DÖRT DENEYSEL SONUÇLAR 4.1 Riprap Kullanılarak Ele Eilen Deney Sonuçları Riprap eneyleri Şekil 3.9 a ve 3.9 b'e verilen Hi 1 ve Hi 2 nolu hirograflar altına gerçekleştirilmiştir. Kullanılması gereken minimum riprap çapının belirlenmesi için enklem (2.13) kullanılmış ve riprap çapı 2,20 cm olarak belirlenmiştir. Üniform riprap malzemesi, çapı 8 cm olan airesel kesitli köprü ayağı etrafına yerleştirilmiştir (Şekil 4.1). Farklı riprap genişlikleri (W) ve kalınlıkları (T) kullanılarak gerçekleştirilen eneyler sonrasına bu riprap çapı için fazla oyulma meyana gelmemiştir. Böylece enklem 2.13 ile bulunan riprap ane çapının gerçekten e oyulmayı önleiği gözlenmiştir. Bu sebeple riprap ane çapı taban malzemesinin 2 katı büyüklüğüne olacak şekile 0,70 cm olarak eğiştirilmiş ve eneyler gerçekleştirilmiştir. Deney ayrıntıları Hi 1 ve Hi 2 hirografları için sırasıyla Tablo 4.1 ve Tablo 4.2 e verilmekteir. Yapılan eneylere ebi ölçümü kanala suyu basan boru hattı üzerinen yaklaşım akım erinliği ise kanalın içerisineki köprü ayağının önünen ölçülmüştür. Bu neenle yaklaşım akım erinliği pik eğerine ebi pik eğerinen 12 saniye sonra ulaşmıştır. R16 ve R17 eneyleri, 8 cm çapına köprü kenar ayağı kullanılarak gerçekleştirilmiş olup eneylere oyulma gözlenmemiştir. D D T W Şekil 4.1 Köprü ayağı etrafına yerleştirilen riprap üzeneğinin şematik gösterimi (TÜBİTAK 109M637 Nihai Rapor, 2012) 24

33 25 Tablo 4.1Hi 1 hirografı ile gerçekleştirilen eneyler Deney Riprap D 50 W riprap t riprap Nihai oyulma No yeri (mm) (cm) (mm) erinliği s (mm) R1 Yüzeye Oyulma Yok R2 Yüzeye Oyulma Yok R3 Yüzeye Oyulma Yok R4 Yüzeye ,4 R5 Yüzeye Oyulma Yok R6 1cm gömülü Riprapta Oyulma Yok R7 Yüzeye ,0 R16 Yüzeye Oyulma Yok Tablo 4.2Hi 2 hirografı ile gerçekleştirilen eneyler Deney Riprap No yeri D 50 W riprap t riprap Nihai oyulma (mm) (cm) (mm) erinliği s (mm) R8 Yüzeye Oyulma Yok R9 Yüzeye Oyulma Yok R10 Yüzeye Oyulma Yok R11 Yüzeye ,50 R12 Yüzeye Oyulma Yok R13 1cm gömülü Riprapta Oyulma Yok R14 Yüzeye ,8 R15 Yüzeye 7 Dikörtgen 7 60,0 a=32 ve b=80 R17 Yüzeye Oyulma Yok

34 26 R4 eneyi sonucuna ele eilen oyulma erinlikleri ile köprü ayağı etrafına hiçbir koruyucu önlem yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.2 e görülmekteir. Riprap malzemesi taban malzemesi ile aynı hizaa olup riprap boyutu, taban malzemesinin yaklaşık 7 katı kaarır. Riprap, köprü ayağı etrafına tek sıra haline yerleştirilmiş, kalınlığı bir riprap malzemesi kaar ve çevresi 20 cm'ir (2,5xD). Bu eney sonucuna riprap tabakasının köprü ayağı etrafınaki oyulmaları % 77,50 azalttığı gözlemlenmiştir. t eneyin toplam süresi olmak üzere göreceli oyulma erinliğinin boyutsuz zamana (t/t ) bağlı eğişimi Şekil 4.3'te gösterilmiştir. Şekil 4.2 R4 eneyi oyulma erinlikleri ile köprü ayağı etrafına hiçbir koruyucu önlem yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.3 R4 eneyi boyutsuz oyulma erinliğinin boyutsuz zaman ile eğişimi Köprü ayağı etrafına oyulma 280. saniyee en yüksek eğerine ulaşmıştır ancak kanalın başınan sürüklenen seiment oyulma çukurunu bir miktar yenien olurmuştur. Şekil 4.4'te hirograf boyunca köprü orta ayağı etrafına meyana gelen oyulma, su erinliği ve ebi eğerleri verilmekteir. Yaklaşım akım hızı (V), kritik hız (V c ) ve akım şietinin (V/V c ) boyutsuz zaman ile eğişim grafiği Şekil 4.5'te verilmiştir. Akım şieti eğerinin 1 en büyük olması urumuna kanal membasınan a taban malzemesi taşınmakta ve hareketli taban oyulması meyana gelmekteir. Şekil 4.5 ten e görülüğü gibi saniyeleri arasına akım şieti 1'in üzerine çıkmaktaır.

35 27 Şekil 4.4 R4 eneyi sırasına ölçülen ebi, su seviyesi ve oyulmanın eğişimi Şekil 4.5 R4 eneyi yaklaşım akım hızı, kritik hız ve akım şietinin boyutsuz zaman ile eğişimi Şekil 4.6'a hirografın yükselme eğrisi için akım şieti ile boyutsuz oyulma erinliğinin eğişimi verilmekteir. Şekil 4.7'e yükselme eğrisi süresince yaklaşım akım erinliği ile boyutsuz oyulma erinliğinin eğişimini gösteren grafik görülmekteir. Şekil 4.6 R4 eneyi akım şieti ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki ilişki Şekil 4.7 R4 eneyi yaklaşım akım erinliğinin boyutsuz oyulma erinliği ile ilişkisi Şekil 4.8'e hirografın yükselme eğrisi için boyutsuz oyulma erinliğinin Froue sayısı ile eğişimi gösterilmiştir. F : Yoğunluk farkı esaslı tane Froue sayısı ( ) 1/ 2 = V0 / g' g ' : Göreceli yerçekimi ivmesi = [( ρ ρ) / ρ]g s : Oyulma erinliğiir. s Yoğunluk esaslı tane Froue sayısının zamana bağlı eğişimi Şekil 4.9'a gösterilmiştir. 50

36 28 Şekil 4.8 R4 eneyi Froue sayısı ve boyutsuz Şekil 4.9 R4 yoğunluk esaslı tane oyulma erinliğinin eğişimi Froue sayısı ( F ) ile zaman arasına ilişki Şekil 4.10'a yoğunluk esaslı tane Froue sayısı ile boyutsuz oyulma erinliği eğişimi verilmekteir. Şekil 4.10 R4 yoğunluk esaslı tane Froue sayısı ( F ) ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki ilişki R4 eneyi sonrasına çekilen fotoğraflar Şekil 4.11 e verilmekteir. a b c Şekil 4.11(a)(b)(c)() R4 eneyi sonunaki çekilen fotoğraflar

37 29 R7 eneyi sonucuna ele eilen oyulma erinlikleri ile köprü ayağı etrafına hiçbir koruyucu önlem yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.12'e görülmekteir. Riprap malzemesi taban malzemesi ile aynı hizaa olup riprap boyutu, taban malzemesinin yaklaşık 2 katı kaarır. Riprap, köprü ayağı etrafına tek sıra haline yerleştirilmiş, kalınlığı bir riprap malzemesi kaar ve çevresi 40 cm'ir (5xD). Riprapın köprü ayağı etrafınaki oyulmaları %33,65 azalttığı yapılan eneylere gözlemlenmiştir. Göreceli oyulma erinliğinin boyutsuz zamanla eğişimi Şekil 4.13'te gösterilmiştir. Şekil 4.12 R7 eneyi sonucuna ele eilen oyulma erinlikleri ile köprü ayağı etrafına hiçbir koruyucu önlem yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.13 R7 eneyi göreceli oyulma erinliğinin boyutsuz zaman ile eğişimi Şekil 4.14'te hirograf süresince kanala ölçülen oyulma, ebi ve su erinliği eğerleri verilmekteir. Şekil 4.15'te yaklaşım akım hızı, kritik hız ve akım şietinin boyutsuz zamanla alığı eğerler görülmekteir. Debinin en yüksek eğeri alığı noktaa akım hızının artmasına bağlı olarak akım şieti e artar. Hirograf başlaıktan yaklaşık 120 saniye sonra akım şieti eğeri, kritik 1,0 barajını aşarak temiz su urumunan hareketli taban koşuluna geçmekteir. Şekil 4.14 R7 eneyi süresince ebi, su seviyesi ve oyulmanın eğişimi Şekil 4.15 R7 eneyi yaklaşım akım hızı, kritik hız ve akım şietinin boyutsuz zaman ile eğişimi

38 30 Şekil 4.16'a hirografın yükselme eğrisi için akım şieti ile boyutsuz oyulma erinliğinin eğişimi verilmekteir. Oyulma çukurunun oluşumuna erinlik ve ayak geometrisi, suyun urumuna göre eğişmekteir. Sığ sulara oyulma erinliği yaklaşım akım erinliğine (y) bağımlıır, ayak genişliğinen (D) bağımsızır. Derin sulara ise ayak genişliği akım erinliğine göre aha önemliir. Orta erinlikli sulara oyulma erinliği, hem ayak geometrisine hem e akım erinliğine aynı erecee bağımlıır (Kanasamy, 1989). Şekil 4.17'e yaklaşım akım erinliğinin boyutsuz oyulma erinliği ile ilişkisi verilmiştir. Şekil 4.16 R7 eneyi akım şieti ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki ilişki Şekil 4.17 R7 eneyi yaklaşım akım erinliğinin boyutsuz oyulma erinliği ile ilişkisi Şekil 4.18'te görülüğü gibi akım Froue sayısı arttıkça oyulma erinliği eney başına artmaktaır. Şekil 4.19 a yoğunluk esaslı tane Froue sayısının boyutsuz oyulma erinliğine olan etkisi yer almaktaır. Grafikten görüleceği gibi bu parametre arttıkça oyulma erinliği artmaktaır. Zamana bağlı yoğunluk esaslı tane Froue sayısının eğişimi Şekil 4.20'e verilmiştir. R7 eneyi sonrasına çekilen fotoğraflar Şekil 4.21 e verilmekteir. Şekil 4.18 R7 eneyi boyutsuz oyulma erinliğinin Şekil 4.19 R7 eneyi yoğunluk esaslı tane Froue Froue sayısı ile eğişimi sayısı ( F ) ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki ilişki

39 31 Şekil 4.20 R7 eneyi yoğunluk esaslı tane Froue sayısı ( F ) ile zaman arasına ilişki a b c Şekil 4.21 (a)(b)(c)() R7 eneyi sonunaki çekilen fotoğraflar R11 eneyi sonucuna ele eilen oyulma erinlikleri ile köprü ayağı etrafına hiçbir koruyucu önlem yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.22'e görülmekteir. Riprap malzemesi taban malzemesi ile aynı hizaa olup riprap boyutu, taban malzemesinin yaklaşık 2 katı kaarır. Riprap, köprü ayağı etrafına tek sıra haline yerleştirilmiş, kalınlığı bir riprap malzemesi kaar ve çevresi 20 cm'ir (2,5xD). Riprapın köprü ayağı etrafınaki oyulmaları %44,85 azalttığı yapılan eneylere gözlemlenmiştir. Göreceli oyulma erinliğinin boyutsuz zamanla eğişimi Şekil 4.23'te gösterilmiştir. Şekil 4.24'te hirograf süresince kanala ölçülen oyulma, ebi ve su erinliği eğerleri verilmekteir. Şekil 4.25'te yaklaşım akım hızı, kritik hız ve akım şietinin boyutsuz zamanla alığı eğerler görülmekteir. Debinin en yüksek eğeri alığı noktaa akım hızının artmasına bağlı olarak akım

40 32 şieti e artar. Hirograf başlaıktan yaklaşık 120 saniye sonra akım şieti eğeri, kritik 1,0 barajını aşarak temiz su urumunan hareketli taban koşuluna geçmekteir. Şekil 4.26'a akım şieti ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki ilişki verilmiştir. Şekil 4.27'e yaklaşım akım erinliğinin boyutsuz oyulma erinliği ile ilişkisi verilmiştir. Şekil 4.28'te görülüğü gibi akım Froue sayısı arttıkça oyulma erinliği eney başına artmaktaır. Şekil 4.29 a yoğunluk esaslı tane Froue sayısının boyutsuz oyulma erinliğine olan etkisi yer almaktaır. Grafikten görüleceği gibi bu parametre arttıkça oyulma erinliği artmaktaır. Zamana bağlı yoğunluk esaslı tane Froue sayısının eğişimi Şekil 4.30'a verilmiştir. R11 eneyi sonrasına çekilen fotoğraflar Şekil 4.31 e verilmekteir. Şekil 4.22 R11 eneyi sonucuna ele eilen oyulma erinlikleri ile köprü ayağı etrafına hiçbir koruyucu önlem yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.23 R11 eneyi göreceli oyulma erinliğinin boyutsuz zaman ile eğişimi Şekil 4.24 R11 eneyi süresince ebi, su seviyesi Şekil 4.25 R11eneyi yaklaşım akım hızı, kritik hız ve oyulmanın eğişimi ve akım şietinin boyutsuz zaman ile eğişimi

41 33 Şekil 4.26 R11 eneyi akım şieti ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki ilişki Şekil 4.27 R11 eneyi yaklaşım akım erinliğinin boyutsuz oyulma erinliği ile ilişkisi Şekil 4.28 R11eneyi boyutsuz oyulma erinliği- Şekil4.29 R11eneyi yoğunluk esaslı tane Froue nin Froue sayısı ile eğişimi sayısı ( F ) ile boyutsuz oyulma erinliği arasın- aki ilişki Şekil 4.30 R11 eneyi yoğunluk esaslı tane Froue sayısı ( F ) ile zaman arasına ilişki a b

42 34 c Şekil 4.31 (a)(b)(c)() R11 eneyi sonunaki çekilen fotoğraflar R14 eneyi sonucuna ele eilen oyulma erinlikleri ile köprü ayağı etrafına hiçbir koruyucu önlem yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.32 e görülmekteir. Riprap malzemesi taban malzemesi ile aynı hizaa olup riprap boyutu, taban malzemesinin yaklaşık 2 katı kaarır. Riprap, köprü ayağı etrafına tek sıra haline yerleştirilmiş, kalınlığı bir riprap malzemesi kaar ve çevresi 40 cm'ir (5xD). Riprapın köprü ayağı etrafınaki oyulmaları %20,88 azalttığı yapılan eneylere gözlemlenmiştir.oyulma erinliğinin boyutsuz zamanla eğişimi Şekil 4.33'te gösterilmiştir. Şekil 4.32 R14 eneyi sonucuna ele eilen oyulma erinlikleri ile köprü ayağı etrafına hiçbir koruyucu önlem yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.33 R14 eneyi göreceli oyulma erinliğinin boyutsuz zaman ile eğişimi Köprü ayağı çevresine yerleştirilen riprap genişliğinin arttırılmasına rağmen oyulmanın 53,8 mm olmasının neeni, riprap ane boyutunun küçültülmesiir. Şekil 4.34'te eney süresi boyunca ortalama ebi, su seviyesi ve oyulma erinliği grafiği verilmiştir. Şekil 4.35'te yaklaşım akım hızı, kritik hız ve akım şieti boyutsuz zaman grafiği bulunmaktaır. Akım şietinin boyutsuz oyulma erinliğine göre eğişimi Şekil 4.36'a gösterilmiştir. Şekil 4.38'e boyutsuz oyulma erinliğinin Froue sayısı ile eğişimi verilmekteir. Şekil 4.39'a boyutsuz oyulma erinliğinin

43 35 yoğunluk esaslı tane Froue sayısı ile arasınaki ilişki görülmekteir. Şekil 4.40'ta zamana bağlı yoğunluk esaslı tane Froue sayısının grafiği verilmekteir. R14 eneyi sonrasına çekilen fotoğraflar Şekil 4.41 e verilmekteir. Şekil 4.34 R14 eneyi süresince ebi, su seviyesi Şekil 4.35 R14eneyi yaklaşım akım hızı, kritik hız ve oyulmanın eğişimi ve akım şietinin boyutsuz zaman ile eğişimi Şekil 4.36 R14 eneyi akım şieti ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki ilişki Şekil 4.37 R14 eneyi yaklaşım akım erinliğinin boyutsuz oyulma erinliği ile ilişkisi Şekil 4.38 R14 eneyi boyutsuz oyulma erinliği Şekil 4.39 R14 eneyi yoğunluk esaslı tane Froue Froue sayısı ile eğişimi sayısı ( F ) ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki ilişki

44 36 Şekil 4.40 R14 eneyi yoğunluk esaslı tane Froue sayısının ( F ) zamana bağlı eğişimi a b c Şekil 4.41 (a)(b)(c)() R14 eneyi sonrasına çekilen fotoğraflar R15 eneyi sonucuna ele eilen oyulma erinlikleri ile köprü ayağı etrafına hiçbir koruyucu önlem yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.42'e görülmekteir. Riprap malzemesi taban malzemesi ile aynı hizaa olup riprap boyutu, taban malzemesinin yaklaşık 2 katı kaarır. Riprap, köprü ayağı etrafına çift sıra haline yerleştirilmiş, kalınlığı iki riprap malzemesi kaarır. Serilen riprap örtüsünün genişliği kanal genişliği kaar (80cm) eni 32cm'ir. Riprapın köprü ayağı etrafınaki oyulmaları %11,76 azalttığı yapılan eneylere gözlemlenmiştir. Oyulma erinliğinin zamanla eğişimi Şekil 4.43'te gösterilmiştir.

45 37 Şekil 4.42 R15 eneyi sonucuna ele eilen oyulma erinlikleri ile köprü ayağı etrafına hiçbir koruyucu önlem yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.43 R15 eneyi göreceli oyulma erinliğinin boyutsuz zaman ile eğişimi R15 eneyine gelen akım pik ebiye ulaştıktan sonra alçalma süresinin başına oyulma engeye ulaşmıştır. Şekil 4.44'te ortalama ebi, su seviyesi ve oyulma erinliği grafiği verilmiştir. Şekil 4.45'te yaklaşım akım hızı, kritik hız ve akım şieti eğerinin zamanla eğişimi gösterilmiştir. Şekil 4.46'a akım şieti ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki eğişim, Şekil 4.47'e yaklaşım akım erinliğinin boyutsuz oyulma erinliği ile ilişkisi gösterilmiştir. Şekil 4.44 R15 eneyi süresince ebi, su seviyesi Şekil 4.45 R15eneyi yaklaşım akım hızı, kritik hız ve oyulmanın eğişimi ve akım şietinin boyutsuz zaman ile eğişimi Şekil 4.46 R15 eneyi akım şieti ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki ilişki Şekil 4.47 R15 eneyi yaklaşım akım erinliğinin boyutsuz oyulma erinliği ile ilişkisi

46 38 Şekil 4.48'e boyutsuz oyulma erinliği ile Froue sayısının eğişimi verilmekteir. Şekil 4.49'a bu kez boyutsuz oyulma erinliğinin yoğunluk esaslı tane Froue sayısı ile arasınaki ilişki görülmekteir. Şekil 4.50'e zamana bağlı yoğunluk esaslı tane Froue sayısının grafiği verilmekteir. R15 eneyi sonrasına çekilen fotoğraflar Şekil 4.51 e verilmekteir. Şekil 4.48 R15 eneyi boyutsuz oyulma erinliğinin Şekil 4.49 R15 eneyi yoğunluk esaslı tane Froue sayısı ile eğişimi Froue sayısı ( F ) ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki ilişki Şekil 4.50 R15 eneyi yoğunluk esaslı tane Froue sayısı ( F ) ile zaman arasına ilişki a b

47 39 c Şekil 4.51 (a)(b)(c)() R15 eneyi sonrasına çekilen fotoğraflar 4.2 Yaka Kullanılarak Ele Eilen Deney Sonuçları Yaka eneyleri Hi 1 ve Hi 2 nolu hirograflar altına gerçekleştirilmiştir. Çapı 8 cm olan airesel kesitli köprü ayağı etrafına ayak çapının 3 katı olan 24 cm çapınaki yaka yerleştirilmiştir. Deney ayrıntıları Hi 1 ve Hi 2 hirografları için sırasıyla Tablo 4.3 ve Tablo 4.4 a verilmekteir. Tablo 4.3 Hi 1 hirografı ile gerçekleştirilen eneyler Deney No Yaka yeri t collar (mm) Nihai oyulma erinliği s (mm) C1 Yüzeye 3 28,5 C2 1cm gömülü 3 12,3 C3 1cm üzerine 3 20,0 C4 2cm üzerine 3 22,5 C5 Yüzeye 6 26,5 C6 1cm üzerine 6 25,5 C7 2cm üzerine 6 19,0 C8 1 cm gömülü 6 10,0

48 40 Tablo 4.4 Hi 2 hirografı ile gerçekleştirilen eneyler Deney No Yaka yeri t collar (mm) Nihai oyulma erinliği s (mm) C9 Yüzeye 3 26,0 C10 1cm gömülü 3 11,9 C11 1cm üzerine 3 20,0 C12 2cm üzerine 3 17,0 C13 Yüzeye 6 26,0 C14 1cm üzerine 6 20,3 C15 2cm üzerine 6 12,2 C16 1cm gömülü 6 10,8 C1 eneyi sırasına ölçülen oyulma erinlikleri ile yaka yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.52'e verilmiştir. Yaka taban malzemesi ile aynı hizaa olup yakanın kalınlığı 3 mm'ir. Yakanın köprü ayağı etrafınaki oyulmaları %72,60 azalttığı gözlemlenmiştir. Boyutsuz oyulma erinliğinin boyutsuz zaman ile eğişimi Şekil 4.53'te verilmiştir. Şekil 4.54'te zamana bağlı eney sırasına ölçülen ebi, su seviyesi ve oyulma erinlik eğerleri verilmekteir. Şekil 4.55'te yaklaşım akım hızı, kritik hız ve akım şietinin boyutsuz zaman ile eğişimi verilmiştir. Şekil 4.56 a akım şieti ile boyutsuz oyulma erinlik eğişimi gösterilmiştir. Şekil 4.57'e yaklaşım akım erinliğinin boyutsuz oyulma erinliğine göre eğişimi verilmiştir. Şekil 4.52 C1 eneyi sonucuna ele eilen oyulma erinlikleri ile köprü ayağı etrafına hiçbir koruyucu önlem yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.53 C1 eneyi göreceli oyulma erinliğinin boyutsuz zaman ile eğişimi

49 41 Şekil 4.54 C1 eneyi süresince ebi, su seviyesi ve oyulmanın eğişimi Şekil 4.55 C1 eneyi yaklaşım akım hızı, kritik hız ve akım şietinin boyutsuz zaman ile eğişimi Şekil 4.56 C1 eneyi akım şieti ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki ilişki Şekil 4.57 C1 eneyi yaklaşım akım erinliğinin boyutsuz oyulma erinliği ile ilişkisi Deney başına boyutsuz oyulma erinliği akım erinliğinin artması ile yükselmiştir ancak yaklaşım akım erinliğinin sabit oluğu uruma oyulma erinliği artmaya evam etmiştir. Deney sonuna oğru su seviyesinin azalması ile yaklaşım akım erinliği üşmekteir. Şekil 4.58'e Froue sayısının boyutsuz oyulma erinliği ile eğişimi grafiği gösterilmiştir. Yoğunluk esaslı tane Froue sayısının boyutsuz oyulma erinliği ve zamanla eğişimi grafikleri Şekil 4.59'a ve Şekil 4.60'ta gösterilmiştir. C1 eneyi sonrasına çekilen fotoğraflar Şekil 4.61 'e görülmekteir. Şekil 4.58 C1 eneyi boyutsuz oyulma erinliğinin Şekil 4.59 C1 eneyi yoğunluk esaslı tane Froue Froue sayısı ile eğişimi sayısı ( F ) ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki ilişki

50 42 Şekil 4.60 C1 eneyi yoğunluk esaslı tane Froue sayısı ( F ) ile zaman arasına ilişki a b Şekil 4.61(a)(b)(c) C1 eneyi sonrası çekilen fotoğraflar c C2 eneyi sırasına ölçülen oyulma erinlikleri ile yaka yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.62 e verilmiştir. Yaka taban malzemesinin 1 cm altına yerleştirilmiş olup yakanın kalınlığı 3 mm'ir. Yakanın köprü ayağı etrafınaki oyulmaları %88,17 azalttığı yapılan eneye gözlemlenmiştir. Şekil 4.63'te boyutsuz oyulma erinliğinin zamanla eğişimi grafiği yer almaktaır. Şekil 4.64'te eney esnasına ölçülen ebi, su seviyesi ve oyulmanın eğerlerinin zamana bağlı eğişimi gösterilmekteir. Şekil 4.65 te yaklaşım akım hızı, kritik hız ve akım şietinin boyutsuz zaman ile eğişimi verilmiştir. Şekil 4.66 a akım şieti ile boyutsuz oyulma erinlik eğişimi gösterilmiştir. Şekil 4.67'e yaklaşım akım erinliğinin boyutsuz oyulma erinliğine göre eğişimi verilmiştir. Deney başına boyutsuz

51 43 oyulma erinliği akım erinliğinin artması ile yükselmiştir ancak yaklaşım akım erinliğinin sabit oluğu uruma oyulma erinliği artmaya evam etmiştir. Deney sonuna oğru su seviyesinin azalması ile yaklaşım akım erinliği üşmekteir. Şekil 4.62 C2 eneyi sonucuna ele eilen oyulma erinlikleri ile köprü ayağı etrafına hiçbir koruyucu önlem yokken ölçülen oyulma erinlikleri Şekil 4.63 C2 eneyi göreceli oyulma erinliğinin boyutsuz zaman ile eğişimi Şekil 4.64 C2 eneyi süresince ebi, su seviyesi ve oyulmanın eğişimi Şekil 4.65 C2 eneyi yaklaşım akım hızı, kritik hız ve akım şietinin boyutsuz zaman ile eğişimi Şekil 4.66 C2 eneyi akım şieti ile boyutsuz oyulma erinliği arasınaki ilişki Şekil 4.67 C2 eneyi yaklaşım akım erinliğinin boyutsuz oyulma erinliği ile ilişkisi Şekil 4.68 e Froue sayısının boyutsuz oyulma erinliği ile eğişimi grafiği gösterilmiştir. Yoğunluk esaslı tane Froue sayısının boyutsuz oyulma erinliği ve