Akarsu Geçişleri Akarsu Geçişleri

Transkript

1 Akarsu Geçişleri Akarsu Geçişleri

2 Akarsu Geçişleri Akarsu Geçişleri

3 Akarsu Geçişleri Akarsu Geçişleri KÖPRÜLER Köprü yapımı ile; Akarsu tabanında oyulmalar Yatak değişmeleri Membada su kabarmaları meydana gelir. Bunun sonucunda; Köprüler yıkılabilir Taşkın meydana gelebilir

4 Köprü yerinin seçimi Köprü mansabında akış yönü, özellikle taşkın esnasında yatak yörüngesi değişmemelidir. Köprü yerinde taşkın yatağı genişliği küçük olmalıdır. Yer üstüne kadar çıkan yerli kayalar ve killi düzgün kıyılar köprü yeri için uygundur. Köprü yerinde akarsu yatağı güzergah ve kesit olarak mümkün olduğu kadar üniform, düzenli ve kararlı olmalı, yatağın yer değiştirmesi belli sınırlar içinde kalabilmelidir. Taban ve kıyı erozyonu veya katı madde yığılmaları olan akarsu kesimlerinden kaçınmalıdır. Yatağın Düzeltilmesi Köprü boyunu kısaltmak için geçişin bir kısmı toprakla doldurulabilir. Bu durumda yatak düzeltmeleri yapmak gerekir. Akışı bir tek yatağa indirmek, köprü yerinde üniform bir akış kesiti elde etmek, Akımın yönünü köprü açıklığına uygun hale getirmek (bu amaçla yatak düzenlemesi, mahmuzlar, seddeler, tahkimat duvarları gibi yapılar yapılabilir), Taşkın yatağında akımın çok önemli olabilecek etkilerini önlemek. Bu amaçla akıma yön verilerek suyun zararlı etkilerinden korunmaya çalışılır.

5 Yatağın Oyulması Dört tür taban alçalma ve yükselmesi söz konusudur. Akarsuyun dengede olmamasından kaynaklanan ve sürekli artan alçalma ve yükselmeler Kararsız akım şartlarından ve taban şekillerinin değişmesinden kaynaklanan değişmeler Köprü orta ve kenar ayakları yapımı ile akış kesiti küçülmesinden kaynaklanan oyulmalar Kenar ayakları ve etrafındaki üç boyutlu türbülanslı akımdan kaynaklanan yerel oyulmalar (köprü ayağı yanında ve toprak dolguda). Köprü ayağı çevresindeki oyulmalar; Akımın, Taban malzemesinin Köprü boyutlarının etkisi altındadır.

6

7 Oyulma derinliği için Zapletal in ampirik bağıntısı: t : Oyulma derinliği (m) h : Su derinliği (m) d : Köprü ayağı genişliği (m) D50 : Yatak malzemesinin % 50 sini geçiren elek çapı (m) V : Kesitteki ortalama akış hızı (m/s) g : Yerçekimi ivmesi (m/s²)

8 Katı maddesiz sular için Shen in birçok araştırmacının deney sonuçlarını değerlendirmesi sonucu D 50 nin 0.5 ten küçük olduğu durumlar için çıkardığı oyulma derinliği bağıntısı: R : Köprü ayağı için tanımlanmış Reynolds sayısıdır. V : Bozulmamış kesitteki ortalama akış hızı (m/s) d : Ayak genişliği ν : Suyun kinematik viskozitesidir Daire kesitli ayaklar için Breusers (1965) in bağıntısı; Larras (1963) ın daha genel durumlar için verdiği bağıntı; k = 1.0 (daire kesitli ayaklar) k = 1.4 (dikdörtgen kesitli ayaklar)

9 Suyun Kabarması Taşkın anında köprü membasında oluşacak su kabarmasının belirlenmesi; Taşkın bölgesinin sınırlarını belirlemek Köprülerin minimum tabliye kotunu hesaplamak için önemlidir. Köprü yerinde, köprü açıklığı büyük, akış hızı düşük ya da köprü ayak sayısı ve kalınlığı az ise önemli miktarda kabarma meydana gelmeyebilir. Uzun toprak dolgular ve büyük boyutlu köprü ayakları kabarmayı artırır. Köprü ayaklarının sebep olduğu kabarma miktarının hesabı: Q z S h 0 l l

10 d B d d b b (0) kesiti için H o enerji yüksekliği : Kritik enerji yüksekliği : B 2 = köprü ayakları arasındaki net akış açıklığı :

11 H o < H min ise Akım nehir rejiminden sel rejimine geçmiştir. Bu durumda kabarma Bernouilli enerji bağıntısı ile bulunur. Köprü ayaklarının sebep olduğu yük kaybının kabul edilerek: olduğu denklemi yardımı ile h 2 bulunur. Aynışekilde: denklemi yardımı ile h 1 bulunur.

12 H o > H min ise Rehbock un ampirik bağıntısı: w : boyutsuz hız yüksekliği δ 0 : ayak şekline bağlı katsayılar δ 0 : ayak şekline bağlı katsayılar. l=20/3d 3.90 b 2.10 b d/ b α 1.32 d : tıkanma oranı (köprü yapımı ile daraltılan alanın toplam kesit alanına oranıdır)

13 Ayrıca köprü geçişlerinde oluşacak su alçalması: bağıntısından deneme yanılma ile bulunur. Köprünün Projelendirilmesi Buz ve ağaç parçaları gibi cisimlerin varlığı dikkate alınır. Gelecekte akarsu üzerine yapılacak bağlama, baraj gibi yapılar dikkate alınır. Köprülerin kenarlarındaki toprak dolguların korunması için seddeler ve mahmuzlar öngörülebilir.

14 Köprünün Projelendirilmesi Köprü yüksekliği: Gemicilik yapılmayan akarsularda belirlenen en büyük taşkın kabarma kotuna 0.1 m 0.3 m hava payı ilave edilerek en alçak köprü alt kiriş kotu belirlenir. Köprü Açıklığı: Köprü membasında zarar verecek bir kabarmanın olmayacağı açıklık seçilir. Köprünün Projelendirilmesi Oyulmaların Önlenmesi: Taşkınlar sırasında derin oyulmalar bekleniyorsa, orta ve kenar ayaklar çok derinlere inmek zorundadır. Taban seviyelerinin yükseldiği yerlerde bu yükselmelerin yol açtığı taşkın su seviyesi yükselmeleri olacaktır (köprü ayaklarının enkesiti daraltmasından kaynaklanan su kabarmasından farklıdır). Oyulmalar, ayak çevresinde taş kaplamalar yapılarak önlenebilir. Bu durumda: Taş kaplamada kullanılacak malzeme çapı yeterince iri seçilmelidir. Kaplama kalınlığı en az malzeme çapının iki katı olmalıdır. Koruyucu kaplamanın, ayaklardan radyal olarak en az ayak genişliğinin 1.5 ile 6 katı kadar uzağa uzatılmalıdır. Koruyucu malzeme ters filtre gibi yerleştirilerek ince malzemelerin sökülmesi önlenmelidir.

15 Köprünün Projelendirilmesi Köprü Ayaklarının Sayısı: Geçecek buz ve ağaç parçalarının büyüklüğüne bağlıdır. Bu parçaların ayaklara uygulayacağı statik ve dinamik yükler de gözardı edilmemelidir. Örnek Şekilde verilen köprünün 20 ayağı bulunmaktadır. Akarsuyun debisi 270 m³/s, eğimi tir. Köprü ayağı genişlikleri 1.5 m ve açıklıları 4.5 m dir. Köprüden önceki akarsu genişliği 150 m, köprü kesitindeki genişlik m dir. Akarsu enkesitleri dikdörtgen, manning pürüzlülük katsayısı alındığında köprüden sonraki genişliğin 140 m tutulması halinde bu kesimde su derinliği 0.62 m bulunmuştur. Suda meydana gelecek kabarmayı hesaplayınız. Köprüden sonraki su derinliği 1.5 m seçilerek gerekli genişlik 33 m bulunmuştur. Bu durumda köprü ayaklarının ortaya çıkaracağı su kabarmasının değerini Rehbock denklemi yardımı ile hesaplayınız. (δ o = 2.1)

16 Çözüm a) Çözüm a)

17 Çözüm a) n = 20 ayak sayısı B = n 1.50 = = 94.5 m Çözüm a) H 0 < H min olduğundan rejim değişikliği vardır. Bu durumda Enerji Denklemi (Bernouilli) kullanılacaktır. Köprü ayaklarının sebep olduğu yük kaybı

18 Çözüm a) Deneme yanılma ile h 2 = 1.21 m bulunur. Çözüm a) Benzer şekilde:

19 Çözüm a) Deneme yanılma ile h 1 = 1.44 m bulunur. Çözüm a) Kabarma miktarı : z = 0.82 m

20 Çözüm b) Çözüm b) δ o = 2.1 Köprü ayağının kapattığı alan : ( ) 1.50 = m² Toplam enkesit alanı : = 225 m² z = 3.54 m

21 Örnek Genişliği 30 m ve eğimi olan bir akarsuyun debisi 35 m³/s dir. Ayrıca katı madde medyan çapı 2 mm ve tabanın Manning pürüzlülük katsayısı 0.025, köprü ayağı genişlikleri 2 m dir. Su derinliği ve akım hızını bularak Zapletal a göre oyulma miktarını hesaplayınız. Çözüm A n 2/3 Q = R J 1/2 R h olarak kabul edelim. A = B h h = J 3/5 Q n 1/2 B 3/ h = = / m B/h = 30/0.95 = 32 > 30 V Q Q 35 = = = = 1.23 m s A B h / /3 b V t = h 1 D g h 1/ t 0.95 = 1 = m

22 Örnek Çapları 2.0 m olan daire kesitli köprü ayaklarının ortaya çıkaracağı oyulma miktarını Breusers ve Larras denklemleri ile bulunuz. Çözüm Breusers e göre t = 1.4 b = = 2.80 m Larras a göre Daire kesitli ayaklar için k = 1.0 t = 1.06 k b 0.75 = = 1.78 m

23 Örnek Bir akarsuda taban malzemesinin ortalama dane çapı 0.45 mm ve taşınan katı madde miktarı oldukça azdır. Akarsuyun ortalama akım hızı 1.5 m/s ve köprü ayağı genişlikleri 1.2 m olduğuna göre köprü ayakları çevresinde beklenen oyulmayı belirleyiniz. Çözüm Shen denklemi ile; t = R R b V ν = = = t = ( ) = m