Takn ve Heyelan Sempozyumu / 24-26 Ekim 2013, Trabzon - 443 - Takn Hidrografi Pik Debilerinin Köprü Orta Ayaklar Etrafnda Meydana Gelen Nihai Oyulmalara Etkisinin Deneysel Olarak Aratrlmas M. ükrü Güney 1, Ayegül ÖZGENÇ AKSOY 2, Mustafa DOAN 3, Tanl ARKI 4 1 naat Mühendislii Bölümü, DEU, zmir, sukru.guney@deu.edu.tr 2 naat Mühendislii Bölümü, DEU, zmir, aysegul.ozgenc@deu.edu.tr 3 naat Mühendislii Bölümü, DEU, zmir, mustafa.dogan@deu.edu.tr 4 naat Mühendislii Bölümü, DEU, zmir, arkistanil@hotmail.com ÖZET Bu çalmada, taban malzemesi üniform ve D 50 = 1.63 mm olan bir kanalda ikizkenar üçgen ekilli hidrograflar nedeniyle dairesel kesitli köprü aya etrafnda oluan yerel oyulmalar deneysel olarak aratrlmtr. Deneyler DEÜ naat Mühendislii Bölümü Hidrolik Laboratuvarnda mevcut 18.6 m uzunluunda, 80 cm geniliinde ve taban eimi 0.006 olan bir kanalda gerçekletirilmitir. Pompaya bal hz kontrol cihaz ile taban debileri 11 L/s, pik debileri ise srasyla 48.8 l/s, 64.5 L/s ve 75.0 L/s olan üç farkl hidrograf oluturulmutur. Hidrograflarn yükselme ve alçalma süreleri 300 saniyedir. Deney sonras köprü orta aya etrafnda meydana gelen oyulma çukurunun ekli çkarlmtr. Oyulma derinlii ve oyulma çukuru boyutlarnn hidrograf pik debisiyle yakndan ilikili olduu gözlenmitir. Anahtar Kelimeler: Köprü aya, takn hidrograf, yerel oyulmalar INFLUENCE OF HYDROGRAPH PEAK DISCHARGES ON LOCAL SCOURS AROUND CIRCULAR BRIDGE PIER ABSTRACT In this study local scours around a cylindrical bridge pier resulting from isosceles triangular shaped flood hydrograph is analyzed by using uniform sediment with median diameter of 1.63 mm. The experiments were carried out in Hydraulic Laboratory of Dokuz Eylul University on the existing rectangular flume 80 cm wide and 18.6 m long. The bed slope of the flume was 0.006. The unsteady flows were described as triangular hydrographs with a base flow of 11 l/s and peak flows of 48.8 L/s, 64.5 L/s and 75 L/s, respectively. The rising and falling durations were 300 seconds for all hydrographs. The configurations of the scour were determined after each experiment. It was revealed that the scour depth and the scour hole dimensions intimately depend on the peak flow of the hydrograph. Keywords: Bridge pier, flood hydrograph, local scours 1. GR Köprü ayaklar etrafnda, membadan taban malzemesinin tanp tanmadna bal olarak iki tip oyulma olumaktadr. Membada taban malzemesi hareketinin olmad ve sadece köprü
- 444 - Takn ve Heyelan Sempozyumu / 24-26 Ekim 2013, Trabzon aya etrafndaki malzemenin hareket ettii durumda meydana gelen oyulma temiz su oyulmas olarak adlandrlrken membadaki taban malzemesinin tanmas durumunda meydana gelen oyulma ise hareketli taban oyulmas olarak adlandrlmaktadr [Yanmaz, 2002]. Bu çalmada Dokuz Eylül Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü Hidrolik Laboratuvarnda mevcut olan açk kanalda yükselme ve alçalma süreleri ayn ancak farkl pik debilerine sahip üç adet ikizkenar üçgen eklindeki takn hidrograflar sonrasnda dairesel kesitli köprü aya etrafnda oluan oyulma derinlii ve oyulma çukurunun boyutlar üniform taban malzemesi kullanlarak incelenmitir. 2. DENEY DÜZENE Deneyler, DEÜ Hidrolik Laboratuar'nda mevut 18.6 m uzunluunda, 80 cm geniliinde, 75 cm derinliinde olan kanalda gerçekletirilmitir. Kanaln 7nci ve 13üncü metreleri arasnda 25 cm kalnlnda üniform taban malzemesi yerletirilmitir. Kanaln ilk 6 metresi ve son 5 metresinde kanal tabanna 20 cm yüksekliinde gaz beton döenmi ve üzerine 5 cm kalnlnda üniform taban malzemesi serilmitir. ekil 1'de deney düzeneinin genel görünümü verilmektedir. Kanal tabanna serilen malzemenin medyan çap D 50 = 1.63 mm, standart sapmas =1.3 tür. g ekil 1. Deney düzeneinin genel görünüü Akm kanala bir hz kontrol cihazna bal, maksimum debisi 100 L/s olan bir pompa ile iletilmektedir. Hz kontrol cihaz, bir bilgisayar program yardm ile pompa devir saysn istenilen sürede istenilen deere getirebilmektedir (ekil 2). Kanaln mansabna ulaan akm, buradan 27 m 3 hacimli bir hazneye savaklanmakta ve devir daim ile yeniden kanala iletilmektedir. kizkenar üçgen eklindeki takn hidrograflar kanal besleyen pompaya bal bu hz kontrol cihaz ile oluturulmaktadr.
Takn ve Heyelan Sempozyumu / 24-26 Ekim 2013, Trabzon - 445 - a b ekil 2 a) Pompa b) Debi Kontrol Cihaz Bu çalmada, kontrol cihaznda gerekli tanmlamalar yaplarak 11 L/s lik taban debisine ve 300 er saniyelik yükselme ve alçalma sürelerine sahip hidrograflarda, 48.8 L/s, 64.5 L/s ve 75 L/s pik debileri oluturulmutur (ekil 3). Q(l/s) Q(l/s) 48.8 64.5 11 11 300s 300s t(s) 300s 300s t(s) Q(l/s) 75 11 300s 300s t(s) ekil 3. Deney srasnda oluturulan Hid 1, Hid 2 ve Hid 3 hidrograflar
- 446 - Takn ve Heyelan Sempozyumu / 24-26 Ekim 2013, Trabzon ekil 4 te gösterilen OPTIFLUX 1000 elektromanyetik debimetre hassas ölçümler yaplacak ekilde besleme hatt üzerinde uygun bir konumda yerletirilmitir. ekil 4. Elektromanyetik debimetre Yaklam akm derinlii, ekil 5 de gösterilen Ultrasonic Level Sensor (ULS) cihaz kullanlarak ölçülmütür. Hidrolik laboratuarnda cihazn 4 adet alglaycs mevcut olup e zamanl olarak 4 farkl kesitten akm derinlii ölçümlerini kaydedebilmektedir. Cihazn hassasiyeti ±0.18 mm dir (General Acoustic,2012). ekil 5 ULS cihaz 3. DENEYSEL SONUÇLAR Bu çalmada çap 8 cm olan dairesel en kesitli köprü aya etrafnda ekil 3 te verilen takn hidrograflar sonucunda oluan yerel oyulmalar incelenmitir. Köprü aya kanaln memba ucundan 11.5 metre uzaklkta yerletirilmitir. ekil 6 da deney srasnda ölçülen yaklam
Takn ve Heyelan Sempozyumu / 24-26 Ekim 2013, Trabzon - 447 - akm derinlikleri görülmektedir. ekil 7a, 7b ve 7c de Hid 1, Hid 2 ve Hid 3 nolu hidrograflar geçtikten sonra çekilen fotoraflar verilmektedir. ekil 6. Ölçülen yaklam akm derinlikleri ekil 7a. Hid 1 deneyi sonras çekilen fotoraf
- 448 - Takn ve Heyelan Sempozyumu / 24-26 Ekim 2013, Trabzon ekil 7b. Hid 2 deneyi sonras çekilen fotoraf ekil 7c. Hid 3 deneyi sonras çekilen fotoraf ekil 8 de deneyler sonrasnda köprü aya ekseni boyunca oluan taban profilleri görülmektedir. Kanal taban okumalar deney sonrasnda su tamamen kanaldan çekildikten sonra hassasiyeti 1 mm olan lazer metre kullanlarak yaplmtr. En fazla oyulma derinlii ve genilii pik debisi en büyük olan Hid 3 hidrograf sonrasnda meydana gelmitir. Hidrografn pik deeri arttkça oyulma çukurunun köprü ayann memba ve mansap taraflarnda
Takn ve Heyelan Sempozyumu / 24-26 Ekim 2013, Trabzon - 449 - geniledii görülmütür. Ayrca oyulma çukuru derinlii ve köprü aya mansabndaki birikme yüksekliinin de hidrograf pik deeri ile birlikte art görülmütür. ekil 8. Köprü aya ekseni boyunca oluan taban profili ekil 9a-9b ve 9c de her üç hidrograf sonras köprü aya etrafnda oluan e yükselti erileri balangç taban kotu referans alnarak verilmektedir. ekil 9a. Hid 1 nolu hidrograf sonras oluan eyükselti erileri
- 450 - Takn ve Heyelan Sempozyumu / 24-26 Ekim 2013, Trabzon ekil 9b. Hid 2 nolu hidrograf sonras oluan eyükselti erileri 9c. Hid 3 nolu hidrograf sonras oluan eyükselti erileri
Takn ve Heyelan Sempozyumu / 24-26 Ekim 2013, Trabzon - 451 - a b ekil 10. Debi pik deerlerine bal olarak a) nihai oyulma derinliinin b) maksimum birikme deerlerinin deiimi ekil 10 da pik debi deerlerine bal olarak nihai maksimum oyulma derinlii ve maksimum birikme deerlerinin deiimi görülmektedir. a
- 452 - Takn ve Heyelan Sempozyumu / 24-26 Ekim 2013, Trabzon ekil 11. Debi pik deerleri ile a) oyulma çukuru uzunluunun b) oyulma çukuru geniliinin deiimi b ekil 11 de debi pik deerlerine bal olarak oyulma çukurunun uzunluu ve genilik deerlerinin deiimi görülmektedir. 4. SONUÇ VE ÖNERLER Bu çalmada, kararsz akm artlar altnda dairesel kesitli köprü orta aya etrafnda meydana gelen yerel oyulmalar incelenmitir. Kararsz akm artlar ikizkenar üçgen hidrograf oluturularak salanmtr. Yükselme ve alçalma süreleri eit olan hidrograflarn pik debileri srasyla 48.8 L/s, 64.5 L/s ve 75 L/s dir. Deney sonuçlarna göre maksimum oyulma derinliinin pik debisi en büyük olan deney sonrasnda meydana geldii gözlemlenmitir. Oyulma çukuru derinlik ve geniliinin hidrograf pik debisinden beklendii gibi etkilendii ortaya çkmtr. Farkl ekil ve boyutlara sahip olan köprü ayaklar etrafnda oluan yerel oyulmalarla ilgili deneysel çalmalar devam etmekte olup kapsaml deneysel bulgular mevcut literatür bilgileri nda deerlendirilecektir. TEEKKÜR: Bu çalma TÜBTAK 109M637 nolu proje kapsamnda gerçekletirilmi olup yaplan maddi katklar nedeniyle yazarlar TÜBTAK a müteekkirdir. KAYNAKLAR Yanmaz M., Köprü Hidrolii, ODTÜ yaynevi, 2002. General Acoustics, Ulrtalab HighResolution Wave Measurement, General Acoustics ULS User Manual, 2012.