DİKEY KIYI YAPILARI İLE BÜTÜNLEŞİK YATAY LEVHALAR UZERİNE GELEN DALGA KALDIRMA KUVVETLERİ

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "DİKEY KIYI YAPILARI İLE BÜTÜNLEŞİK YATAY LEVHALAR UZERİNE GELEN DALGA KALDIRMA KUVVETLERİ"

Melek Büker
6 yıl önce
İzleme sayısı:

1 DİKEY KIYI YAPILARI İLE BÜTÜNLEŞİK YATAY LEVHALAR UZERİNE GELEN DALGA KALDIRMA KUVVETLERİ 1. Giriş DOĞAN KISACIK Dokuz Eylül Üniversitesi Deniz Bilimleri ve Teknolojisi Enstitüsü, Haydar Aliyev Bul. No: İnciraltı-İzmir, Tel:+90 (232) /108, Faks:+90 (232) Belçika kıyılarında bulunan Blankenberge Rıhtımı, dikey kıyı yapıları ile bütünleşik yatay levhalardan oluşan kıyı yapılarına iyi bir örnektir. Yüksek gelgitler ve fırtınalar boyunca, yapının dik çekirdek kısmı üzerinde dalgalar kırılmakta ve kırılan dalgalar yatay güverteye çarparak yapıyı daha şiddetli dalga etkilerine maruz bırakmaktadır. Yapının özel kapalı geometrisi dalga aşımına izin vermez. Bundan dolayı yapı üzerinde önemli bir kaldırma kuvveti oluşur. Bu kaldırma kuvvetleri yüksek şiddetli ve kısa süreli darbe yükleridir. Bu darbe yüklerini eşdeğer statik yükler ile kıyaslamak nerdeyse imkânsızdır. Sadece dikey veya kazıklar üzerindeki yatay kıyı yapılarının bilinirliğine rağmen bu ikisinin birleşiminden oluşan kombine yapılar hakkında bildiklerimiz oldukça sınırlıdır. Bu kombine tip yapılar hakkındaki nadir araştırmalara Kortenhaus ve ark eseri örnek gösterilebilinir. Bunlar çalışmalarında dik duvarların üstüne korkuluk eklemek sureti ile dalga aşımını azaltma testleri yapmışlardır. Wood ve Peregrine (1996), su seviyesine yakın düz bir güverte için basınç-darbe yöntemine dayalı analitik çalışmalar yapmışlardır. Genel yaklaşım, bu tip kombine yapılar için, üzerinde uzlaşılmış bir metodun eksik olduğudur. Son zamanlarda, Kısacık ve ark tek bir su derinliğinde ölçülen verilere dayanarak bu tarz yapılar üzerinde şiddetli dalga etkileri nedeniyle oluşan yükleme koşullarını incelemişlerdir. Bu araştırmanın temel amacı, dikey kıyı yapıları ile bütünleşik yatay levhalar üzerine gelen kaldırma kuvvetlerini hesaplamak için modeller geliştirmektir. Bu model, dalgaların kırılma kinematiği, kırılan dalganın şiddeti, süresi, yüksekliği ve istatistiksel dağılımına dayanmaktadır. Yukarıdaki hedeflere ulaşmak için, küçük ölçekli model deneyleri yapılmıştır. Şekil 1 kurulan modelin detaylarını göstermektedir. Kombine yapı üzerindeki dalga yüklemelerinin belirlenmesi için gerekli parametreler dalga yüksekliği (H), model önü su derinliği (h s ), dalga periyodu (T) veya dalga boyu (L), çarpma anındaki dalga hızları (u ve v) ve yapının geometrik parametreleridir. Bu parametrelerin çeşitli oranlarından oluşan göreli dalga yüksekliği H/h s gibi parametreler, sonuçların normalleştirilmesi için önemlidir.

2 Şekil 1. Küçük ölçekli model kurulumu. a) üstten görünüm, b) yandan görünüm ve c) model detayı Bu makalede, yapının geometrisine ve dalga koşullarına bağlı olarak dikey kıyı yapıları ile bütünleşik yatay levhaların üzerinde oluşan kaldırma kuvvetleri incelenmiştir ve bu yüklerin parametrik analizleri yapılmıştır. Paramet* 36+9*-ik incelemeler, küçük-ölçekli model test verilerine dayanmaktadır. Son olarak, bu yükleri tahmin için yarı ampirik bir model geliştirilmiştir ve tahmin değerleri ölçümleri ile karşılaştırılmıştır. 2. Giriş Dikey dalgakıranlar ve kıyı duvarları fırtına dalgalarına ve deniz taşkınlarına karşı korunmak için kullanılan kıyı yapılarıdır. Fakat dikey dalgakıranlar için dalga aşımının kontrolü kritik bir konudur. Bu nedenle mühendisler veya tasarımcılar dikey dalgakıranları taşımı engellemek için dalgaların geri dönmesini sağlayan döndürücü taç duvar veya tamamen yatay konsol levha inşa etme eğilimindedirler. Ancak, kırılan dalgalar dikey yüzeyde yükselmekte ve yatay konsol döşemelere alttan yukarı darbe yükleri vermektedir. Bu kuvvetler statik bir yüke eşdeğer değildir. Bu nedenle, dalga etkileri uzaysal ve zamansal dağılımının ayrıntılı bir şekilde açıklanması gerekmektedir. Dikey yapılar üzerinde, dalgaların kırılma şeklinin, dalga kuvvet ve basıncı üzerinde önemli bir etkisi vardır. Kırılma şekline göre, dört kırılma modeli önerilmektedir. Bunlar: (a) hafif kırılan dalgalar (SBW), (b) küçük hava tuzaklı kırılan dalgalar (BWSAT), (c) büyük hava tuzaklı kırılan dalgalar (BWLAT) ve (d) kırılmış dalgalar (BW) dır (Kısacık ve ark., 2012a). Dikey yapılar üzerine gelen dalga yükleri yavaş yavaş etkili olan yarı-statik ya da daha yoğun fakat kısa ömürlü darbe yükleri arasında değişebilir. Genellikle SBW veya BW şeklinde

3 kırılan dalgalar yarı statik yükler oluştururken BWSAT ve BWLAT şeklinde kırılan dalgalar lokal hasarlara neden olan darbe yükleri oluştururlar. Kıyı yapıları ağır yapılardır ve genellikle araştırmacıların kendi tasarım formüllerinde bu kısa süreli darbe yüklerini dikkate almadılar. Bununla birlikte, Oumeraci (1994) yaptığı çalışmada dikey yapıların tasarımında darbeli yükler önemini vurgulamaktadır. Literatürde, bazı tasarım kodları dikey yapılar üzerindeki darbe yüklerinin etkisini hesaba katmaktadır. Minikin (1963) dik duvarlar üzerinde kırılan dalgalar için parabolik bir basınç dağılımı önerdi. Sonuçlarını kalibre etmek için De Rouville ve ark., (1938) elde etiği sonuçlarını kullandı. Bu formülün farklı sürümleri arasında metrik birimleri İngiliz birimleri dönüştürme nedeniyle bazı uyumsuzluklar vardır. Bu nedenle, Minikin formülü (Bullock, ve ark., 2004) son yıllarda demode olmuştur. Goda (1974) dikey duvarlar üzerindeki dalga yükleri için teorik ve laboratuar çalışmalarına dayalı kendi formülünü geliştirdi. Darbe yükler için, Goda nın formülü Takahashi ve ark., 1994 tarafından basınç katsayısına yeni katsayılar eklenerek değiştirildi. Blackmore ve Hewson (1984) arazi ölçümlerine dayalı bir formül geliştirdiler. Bu formül, dalga tarafında hapsedilen havanın etkisini dikkate almaktadır. Yapılan arazi ölçümleri laboratuvar koşullarındaki ölçümlere oranla daha düşük basınç kuvvetine neden olmaktadır. Buna ekolarak, Allsop ve Vicinanza (1996) Wallingford de yapılan modeli testlerine göre dikey duvarlar üzerine gelen yatay dalga darbe kuvveti için bir tahmin formülü önerdiler. PROVERBS isimli Avrupa Birliği projesi çerçevesinde yatay darbe kuvvetleri için büyük veri setlerine dayalı bir tahmin yöntemi geliştirildi. Bu veri seti küçük ve büyük ölçekli laboratuvar deneylerini ve arazi ölçümlerini kapsamaktadır (Oumeraci ve ark., 2001).PROVERBS çerçevesinde, Oumeraci ve ark. (2001) kırılan dalgaların altında oluşan yatay kuvvetlerin hesaplanması için bir yönerge geliştirdiler. Bununla birlikte PROVERBS metodunun uygulanması karmaşıktır ve benzer tasarım koşullarında bile göreceli farklı sonuçlara neden olmaktadır. Son zamanlarda, Cuomo ve ark. (2010) VOWS projesi çerçevesinde Barselona CIEM/LIM dalga kanalında gerçekleştirilen, deneysel çalışmalara dayalı dik yüzlü kıyı yapıları üzerindeki yarı-statik ve darbe yükleri için mevcut tahmin formüllerini geliştirdiler. Yukarıdakilere ek olarak, birçok araştırma da yaklaşan dalga tepelerinin yatay platformlar üzerinde oluşturduğu dikey kuvvetleri incelemiştir. Kaplan ve Silbert (1976), Kaplan (1979, 1992) ve Kaplan ve ark. (1995) deniz platformları, düz güverteler ve yatay kirişler üzerindeki dalga kuvvetlerini incelemişlerdir. Bu çalışmalarda, yatay birimler için yarı-analitik modeller geliştirmiştir zaman tarih dalga yüklerinin değerlendirilmesi.

4 3. Kaldırma kuvvetleri Aşağıda, impulse ve solitary dalga teorilerine dayanarak kombine yapının yatay bölümüne etki eden kaldırma kuvvetleri için bir formül önerilmiştir. Yatay bölüme alttan dikey bir hız ile (V av ) çarpan su kütlesinin ileri doğru momentumu (M = qtρ) dikey bir impulse oluşturur. Buradan F v_max ve 2(qTρ)V av /t r bağıntıları arasında logaritmik düzlemde doğrusal bir ilişki elde edilmiştir (Denklem 1). F v_max = exp (β 1 ln ( 2(qTρ)V av t r ) + β 2 ) [1] Burada β 1 ve β 1 parametreleri ( c h s ) 2 bağlı olarak değişir, β 1 = ( c h s ) , β 2 = ( c h s ) Şekil 2 maksimum kaldırma kuvvetinin F v 2MV av t r parametrelri ile logaritmik düzlemde değişimini göstermektedir (h s = m). Bu doğrusal bağıntı Denklem 1 de gösterilmiştir. Grafik üzerindeki alt ve üst çizgiler bağıntının 99.6% ve 0.04% seviyelerindeki istatistiksel sınırlarını göstermektedir. Şekil 2. Kaldırma kuvvetinin (F v ) ilgili değişkenler 2MV av t r ile logaritmik ölçekte gösterimi ve denklem 1 in veriler ile kıyaslanması, (h s = m) 3. Sonuç Impulse teorisi, dalga kırılma kinematiği ve etki yükleri için yapılan deney sonuçlarına dayanarak dikey kıyı yapıları ile bütünleşik yatay levhalar üzerine gelen kaldırma kuvvetleri için bir tahmin modeli geliştirilmiştir. Buna ek olarak, kırılan dalga yükleri için tasarım metodu geliştirilmiştir. Hidrolik model test sonuçları dikey hızlarını değerlendirmek ve teoriden elde edilen sonuçları doğrulamak için kullanılmıştır. Bu önerilen model, deney ölçüm sonuçlarının ortalama değerini temsil eder şekilde sunulmuştur. Referanslar Kisacik, D.; Troch, P.; Van Bogaert, P., 2012, Description of loading conditions due to violent wave impacts on a vertical structure with an overhanging

5 horizontal cantilever slab, Coastal Engineering, Volume 60, Issue 1, February 2012, Pages Kortenhaus, A.; Haupt, R.; Oumeraci, H., 2001, Design aspects of vertical walls with steep foreland slopes, Proc Breakwaters, coastal structures and coastlines, London (ICE), pp Wood, D.J.; Peregrine, D.H., 1996, Wave impact beneath a horizontal surface, In: Proc. 25th Int. Conf. on Coastal Engineering. Orlando, USA, ASCE, pp

Benzer belgeler

DİKEY KIYI YAPILARI İLE BÜTÜNLEŞİK YATAY LEVHALAR UZERİNE GELEN DALGA KALDIRMA KUVVETLERİ

8. KIYI MÜHENDSL SEMPOZYUMU DİKEY KIYI YAPILARI İLE BÜTÜNLEŞİK YATAY LEVHALAR UZERİNE GELEN DALGA KALDIRMA KUVVETLERİ DOĞAN KISACIK Dokuz Eylül Üniversitesi Deniz Bilimleri ve Teknolojisi Enstitüsü, Haydar