KRUVAZİYER LİMANI RIHTIMINDA BULUNAN MEVCUT BABALARIN BÜYÜK TONAJLI GEMİLERE GÖRE KONTROLÜNÜN SAĞLANMASI Abdüsselam Altunkaynak a, Elif Erkek b, Tarkan Erdik c, Mehmet Özger d a Doç. Dr.,İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Hidrolik Laboratuvarı, 34469, Maslak, İstanbul, Türkiye, Tel: +90 212 285 6846, E-posta: altunkay@itu.edu.tr b Yüksek lisans öğrencisi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Hidrolik Laboratuvarı, 34469, Maslak, İstanbul, Türkiye, Tel: +90 212 285 6845, E-posta: erkek@itu.edu.tr c Y. Doç. Dr.,İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Hidrolik Laboratuvarı, 34469, Maslak, İstanbul, Türkiye, Tel: +90 212 285 3734, E-posta: erdik@itu.edu.tr d Doç. Dr., İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Hidrolik Laboratuvarı, 34469, Maslak, İstanbul, Türkiye, Tel: +90 212 285 3717, E-posta: ozgerme@itu.edu.tr Özet Ülkemizde mevcut limanlar özellikle büyük tonajlı yolcu gemilerine hizmet edememektedir. Bu çalışmada, rıhtım üzerinde bulunan babaların büyük tonajlı yolcu gemilerine karşı analizi gerçekleştirilmiştir. Öncelikle, rüzgâr, akıntı ve gemi tonajı parametreleri başlıca gerilme oluşturan kuvvet olarak dikkate alınarak, uluslararası şartnameler çerçevesinde gemilerin babalarda oluşturduğu kuvvetler hesaplanmıştır. Aynı zamanda iskelede bulunan mevcut babalar için metalurji analizleri yapılarak her bir babanın mevcut dayanımı tespit edilmiştir. Metalürjik analizle elde edilen kuvvetler ile büyük tonajlı gemilerin babalarda oluşturduğu kuvvetler karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Kruvaziyer Limanı, Baba kuvveti, Metalürjik Analiz Abstract Existing ports and harbours in Turkey cannot service enough especially for large capacity cruise ships. In the present study, analysis of bollards exposed to mooring force arising from large capacity cruise ships was carried out. Parameters of wind, current and displacement tonnage of vessel are taken as a basis effects to calculate theoretic mooring load in compliance with international standards. During the study, it was realised the lack of theoretic input data for larger capacity cruise ships in all international standards. Besides, metallurgical analysis was made to determine existing bollards capacity. At the end of the 321
study, theoretical calculations were compared to metallurgical tests and all outputs were analysed. Key Words: Cruise Port, Bollard force, Metallurgical Analysis 1.Giriş Bu çalışma iki ana başlık altında incelenmiş olup bunlar, kruvaziyer limanındaki mevcut babaların dayanımlarını belirlemek ve kruvaziyer limanındaki babalara çeşitli gemi tonajlarının etki ettiği kuvvetleri incelemek ve bu kuvvetlere göre babaların performansını tespit etmektir. Uluslar arası standartlar incelendiğinde, iskele baba yüklerinin belirlenmesinde rüzgâr ve akıntı yüklerinin en önemli faktörler olduğu ortaya çıkmaktadır. Rıhtımların iskele baba yüklerinin belirlenmesi için akıntı ve rüzgâr verilerinin büyük bir hassasiyetle incelenmesi gerekmektedir. Proje bölgesi içerisinde ciddi bir akıntı (1m/s den büyük) olmadığı Liman İşletme Müdürlüğü tarafından tespit edilmiştir. Liman İşletme Müdürlüğü nün bilgileri ile Seyir ve Oşinografi Dairesinin akıntı hızı verileri ile uyumlu olduğu görülmüştür. Mevcut ölçümler belirli noktalardaki anlık veya kısa süreli periyodik ölçümleri kapsamaktadır. Bu çalışmada akıntı verileri, ulusal ve uluslararası literatürün detaylı incelenmesiyle belirlenmiştir. En önemli oşinografik çalışmalardan birini Özsoy ve diğ., (1998) gerçekleştirmiştir. Proje bölgesi için akıntı hızlarının zaman zaman 2 m/s e kadar ulaştığını belirtmişlerdir. Gerçekleştirilen bir diğer önemli çalışmada ise beş günlük ölçümler neticesinde maksimum akıntı hızının 1.66 m/s ye çıktığı gözlemlenmiştir (IRTC, 1987). Ayrıca, Ekim ayında yüzeysel akıntı hızının maksimum 1.7 m/s ye ulaştığı bildirilmiştir (Doğan ve diğ., 2001). Güler ve diğ., (2006) Mayıs-Eylül 2003 yılında gerçekleştirdiği ölçümlerde proje bölgesi civarında ortalama akıntı hızının 0.8 m/s olduğunu belirtmişlerdir. 2.Yöntem 2.1.Babalara Etki Eden Kuvvetlerin Belirlenmesi Akıntı ve rüzgâr verilerinin babalarda meydana getirdiği kuvvetleri belirlemek için gemi tonajlarına göre gemi üzerindeki rüzgâr alanlarını belirlemek gerekmektedir. Ayrıca gemi boyutlarının değerlerine de ihtiyaç duyulmaktadır. Bunun için; literatürdeki uluslararası yolcu gemileri ve bunların sahip olduğu gemi tonajları dikkate alınmıştır (OCDI, 2002,Tablo 2.1). Ancak, literatürde kruvaziyer gemiler için sadece 70000 grosstonluk gemilere kadar özellikler verilmiştir. Bu nedenle, ilgili literatür araştırmalarıyla birlikte istenen gemi grosstonları için hesaplamalar bu çalışma kapsamında gerçekleştirilmiştir. 322
Tablo 2.1: Farklı yolcu gemisi tonajlarına göre gemi büyüklükleri Gemi Tipi GRT* Yüklü Deplas man Tonajı( M D) Passenger (Cruise) Klasik Gemi Klasik Gemi Klasik Gemi Celebrity Summit Queen Elizabeth Norwegian Star Norwegian Jade Grand Princess Carnival Freedom Disney Fantasy Carnival Dream Queen Mary 2 Norwegian Epic Freedom of the Seas L OA L BP B D Rüzgâr Alanı Yanal Alan Yüklü hali 30000 21300 207 183 28.4 8 4690 50000 33600 248 217 32.3 8 6640 70000 45300 278 243 35.2 8 8350 90280 45278 294 263 32.3 8 9476 90900 45622 294 265 32.3 8 9493 91740 49044 294 265 32.3 8.6 9669 93558 49229 295 266 32.3 8.6 9681 109000 49403 289 243 35.9 8.5 10610 110320 49563 290 257 35.3 8.2 10681 128000 53846 330 278 36.8 7.9 11792 130000 57451 306 282 37.2 8.22 12198 148528 69846 345 293 41 9.78 13571 153000 74832 329 280 40.5 8.7 13104 154407 75653 338 303 38.7 8.5 15232 *Bu tabloda gösterilen GRT grosstondur. 323
Burada karakteristik boyutlar, L(L OA): Geminin toplam boyu (m), L BP: Gemi boyu (Geminin su altında kalan uzunluğu), (m), B: Gemi gövdesinin en geniş yerinin genişliği (Breadth), (m), D: Gemi tamamen dolu olduğunda ortalama su çekimi (Draft), (m). 2.2.Bağlanma Yüklerinin Belirlenmesi Proje bölgesinin rıhtımlarına yanaşacak gemilerin grostonları 30.000 GRT., 50.000 GRT., 70.000 GRT., 90.000 GRT., 110.000 GRT., 130.000 GRT., 150.000 GRT olarak göz önüne alınmıştır. Bu gemilerin babalar üzerinde meydana getireceği kuvvetler literatürde yaygın olarak kullanılan 4 farklı hesap (standart) yöntemleriyle belirlenmiştir. Bu standartlar aşağıdaki gibidir: 1. BS 6349, British Standard Institution 2. EAU, Recommendations of the Committee for Waterfront Structures Harbours and Waterways 3. OCIMF, Mooring Equipment Guidelines 4. UFC Design: Moorings U.S. Army Corps of Engineers Baba dayanım hesaplarında en çok etkili olan akıntı ve rüzgâr hızı gibi çevresel faktörler için farklı durumlar göz önüne alınmıştır. Literatür araştırmalarında elde edilen ortalama ve ekstrem durumlar belirlenmiştir. Buna göre akıntı hızları için ortalama 0.5-1.0 m/s ve hakim rüzgâr hızı için ortalamalar 5-7 m/s arasında değişmektedir. Ekstrem rüzgâr hızı değerleri için 100 yıl tekerrür aralığına sahip 30 m/s değeri alınırken, akıntı hızı olarak maksimum 1.5 m/s değeri alınmıştır. Bu şekilde 5 farklı senaryo oluşturulmuştur (Tablo 2.2). Oluşturulan senaryolarda hakim rüzgar yönü güneybatı olarak ele alınmıştır. Tablo 2.2: Hesaplamalarda kullanılan senaryolar Senaryo Akıntı Hızı (m/s) Rüzgâr Hızı (m/s) 1 0.5 5.5 2 1 6 3 1.5 7 4 1 15 5 1.5 30 324
2.3 Rıhtımındaki Mevcut Babaların Dayanımlarının Belirlenmesi İskele babalarının malzemelerinde zaman aşımı (+50 yıl) söz konusu olması sebebiyle, oksitleme ve korozyondan dolayı malzeme içerik analizin sonuç vermeyeceği düşünülerek, en zayıf pik dökme demir malzeme özellikleri kullanılması kararlaştırılmıştır. 2.4 Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Maksimum Yük Analizleri 1 numaralı rıhtımda bulunan 0A-20A arası ve 2 numaralı rıhtımda bulunan 21-50 arası babaların ölçümleri alınarak teknik resimleri çıkarılmıştır. Yapılan incelemede temel olarak 5 farklı tipte baba olduğu tespit edilmiştir. Babaların imal edildikleri döküm malzemeleri ve kullanılan malzeme mekanik özellikleri Tablo 2.3 de verilmiştir. Tablo 2.3. Malzeme mekanik özellikleri No Malzeme Akma Dayanımı (MPa) Elastik Modul (GPa) Poisson oranı 0A, 2-20 ve 20A GS52 254 200 0.275 0,1 ve 21-50 GG25 163 105 0.3 Sonlu eleman yöntemiyle (SEY) maksimum yük taşıma kapasitelerinin belirlenmesi için babaların katı modelleri çıkarılarak model ağ yapıları belirlenmiştir. Bu çalışmada, COMSOL Multiphysics yazılımı kullanılmıştır. SEY ile maksimum gerilme analizleri yapılmıştır. Yapılan analizlerde her bir babaya yatayla 45 derece açıyla, aralarında 90 derece açı bulunan iki halat bağlanacağı öngörülmüştür. 3. Sonuç ve Öneriler Her bir model için SEY hesaplarına göre maksimum gerilme analiz sonuçları aşağıdaki şekillerde verilmiştir (Şekiller 3.1-3.5). İskele babaları beton içine gömülü olarak analiz edilmiştir. Analiz sonuçlarına göre her bir babada hesaplanan maksimum yük miktarları Tablo 3.1 de verilmiştir. 325
Şekil 3.1. Model 1: No -0A ve 20A yeni imalat Şekil 3.2. Model 2: No-0, 1. 21. 28. 35. 36. 38 Şekil 3.3. Model 3: No-2-20 Şekil 3.4. Model 4: No-22-25. 27. 29-34. 37. 39-50 Şekil 3.5. Model 5: No-26 Şekil 3.6. Anale 326
Tablo 3.1. Maksimum yük taşıma kapasiteleri 1Nolu Rıhtım 2 Nolu Rıhtım No: Maksimum bileşke yük [ton] No: Maksimum bileşke yük [ton] 0A- yeni 162.5 21 83 0 86 22 102 1 86 22 102 2 252 23 101 3 249 24 102 4 250 25 100 5 252 26 54 6 248 27 102 7 248 28 84.5 8 247 29 102 9 249 30 99 10 250 31 101 11 251 32 100 12 250 33 101 13 246 34 102 14 247 35 85 15 249 36 86 16 249 37 101 17 252 38 85 18 251 39 102 19 250 40 100 20 249 41 99 20A-yeni 162.5 42 101 Anale (27 adet) 28.5 43 102 44 101 45 100 46 100 47 100 48 100 49 100 50 100 327
Gemi tonajlarına göre hesaplanan baba yükleri Tablo 3.2 de verilmiştir. Tüm standartlara göre hesaplanan birim yanaşma yeri için kullanılan baba sayısı ve gemi büyüklüklerine göre seçilen baba kuvvetleri Tablo 3.3 ve Tablo 3.4 de verilmiştir. Tablo 3.2. Tüm Standartlara Göre Gerekli Baba Yükü Senaryo Gemi Tonajı (GRT) Gerekli Baba Yükü (Ton) BS6349 EAU OCIMF UFC 1 30000<GRT<70000 50 50 50 50 90000<GRT<130000 50 50 50 80 130000<GRT<150000 50 50 50 80 2 30000<GRT<70000 80 80 80 80 90000<GRT<130000 100 100 100 100 130000<GRT<150000 100 100 100 100 3 30000<GRT<70000 80 80 80 80 90000<GRT<130000 100 100 100 100 130000<GRT<150000 150 100 150 150 4 30000<GRT<70000 80 80 80 80 90000<GRT<130000 100 100 100 100 130000<GRT<150000 150 150 150 150 5 30000<GRT<70000 100 100 100 100 90000<GRT<130000 200 200 200 200 130000<GRT<150000 200 200 200 200 328
Tablo 3.3. Tüm Standartlara Göre Birim Yanaşma Yeri için Kullanılan Baba Sayısı Senaryo Gemi Tonajı (GRT) Birim Yanaşma Yeri için Kullanılan Baba Sayısı BS6349 EAU OCIMF UFC 1 30000<GRT<70000 8 8 8 8 90000<GRT<130000 9 9 9 9 130000<GRT<150000 10 10 10 10 2 30000<GRT<70000 9 8 8 8 90000<GRT<130000 9 9 9 10 130000<GRT<150000 10 10 10 10 3 30000<GRT<70000 8 8 8 8 90000<GRT<130000 10 10 10 10 130000<GRT<150000 11 10 11 12 4 30000<GRT<70000 8 8 8 8 90000<GRT<130000 10 10 10 10 130000<GRT<150000 11 11 11 12 5 30000<GRT<70000 8 8 8 8 90000<GRT<130000 10 10 10 10 130000<GRT<150000 12 12 12 12 329
Tablo 3.4. Gemi Büyüklüklerine Göre Seçilen Baba Kuvvetleri Gemi Sınıflandırması GRT Seçilen Baba Kapasitesi (ton) Birim Yanaşma Yeri için Kullanılan Baba Sayısı Küçük 30000<GRT<70000 80 8 Orta 90000<GRT<130000 150 10 Yüksek 130000<GRT<150000 200 12 Seçilen baba özelliklerine göre mevcut rıhtım üzerinde gemiler sınıflandırılarak planlama yapılmıştır. Bu planlamada mevcut rıhtımda yapılan metalurjik analizlerden elde edilen dayanım sonuçları ile karşılaştırma yapılarak esas alınmıştır. Bu planlama orta ve yüksek tonajlı gemiler sadece 1 nolu rıhtımda bulunan 1, 2, 3 ve 4 no lu rıhtımlara güvenli bir şekilde bağlanabileceklerdir. Küçük tonajlı gemilerin ise 1 nolu ve 2 nolu rıhtımlara güvenli bir şekilde bağlanabilecekleri tespit edilmiştir. Kaynaklar BS 6349:Part1, 2000. Maritime Structures Part 1.Code of practise for general criteria. British Standard Institution. Department of Defense, 2005. "Moorings". Unified Facilities Criteria (UFC) 4-152- 03. Washington D.C.. USA. DLH, 2007. Kıyı Yapıları ve Limanlar Planlama ve Teknik Tasarım Esasları. T.C. Ulaştırma Bakanlığı Demiryollar. Limanlar. Havameydanları İnşaatı Genel Müdürlüğü. Yüksel Proje. Ankara. Doğan. E.. Sur. H.İ.. Sarıkaya. H.Z.. Öztürk. İ.. Güven. K.C.. Kunter. A.. Yüce. H.. Okuş. E.. Alpar. B., 2001. Water Quality Monitoring. Third Progress Report. January EAU, 2004. Recommendations of the Committee for Waterfront Structures Harbours and Waterways Ernst & Sohn. Berlin 330
Güler. I.. Yüksel. Y. Yalçıner. A.C.. Çevik. E. Ingerslev. C., 2006. Measurement and evaluation of the hydrodynamics and secondary currents in and near a strait connecting large water bodies-a field study. Ocean Engineering 33, 1718 1748. IRTC, 1987. Hydrographic Research. vols. 1 and 2. Ministry of Transport and Communication. General Directorate of Railways. Harbors and Airport Construction. OCDI, 2002. Technical Standards and Commentaries for Port and Harbour Facilities in Japan. The Overseas Coastal Area Development Institute of Japan. Oil Companies International Marine Forum (OCIMF), 1997. "Mooring Equipment Guidelines." London. England. Özhan. E. ve Abdalla. S., 2000. NATO TU Waves Project. Middle East Technical University. Ocean Engineering Research Center Özhan. E. ve Abdalla. S., 2002. Türkiye Kıyıları Rüzgâr ve Derin Deniz Dalga Atlası. Kıyı Alanları Yönetimi Türk Milli Komitesi / MEDCOAST. Özsoy. E.. Latif. M.A.. Beşiktepe. S-.. Çetin. N.. Gregg. M.. Belekopytov. V.. Goryachkin. Y.. Vassile. D., 1998. The Bosphorus strait: exchange fluxes. currents and Sea-level changes. In: Ivanov. L.I.. Oğuz. T. (Eds.). Ecosystem Modelling as a Management Tool for the Black Sea. NATO Science Series 2:Environmental Security. vols. 1 and 2. Kluwer Academic Publishers. Dordrecht. p. 367p. PIANC, 2001. Seismic Design Guidelines for Port Structures. International Navigation Association. The Netherlands 331