KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
KIYI VE LİMAN YAPILARI
Doç. Dr. Murat İhsan KÖMÜRCÜ
1. KIYI MÜHENDİSLİĞİ’NDE TEMEL KAVRAMLAR 1.1. Dalga Profili Tabiattaki dalgalar, oldukça karmaşık yapıdadır. Ancak, incelemeyi basitleştirmek için, idealize edilmiş "sinüs dalgası" kavramından yararlanılır (Şekil 1.1).
C L
durgun su seviyesi
z a x
H a
h
deniz tabanı
Şekil 1.1 Sinüs dalgasının tanımı Sinüs dalgasında, dalga şekli veya profili, durgun su seviyesinden düşey mesafenin (), zamanın (t) ve yerin (x) fonksiyonu olarak tanımlanır:
x t aSin 2 L T
(1.1)
Burada; bağımlı değişken dalga profilini, x ve t bağımsız değişkenleri, (yer ve zaman) temsil etmektedir. L, T ve a ise dalga parametreleridir. Başlıca dalga parametreleri şunlardır: Su Derinliği (d): Durgun su seviyesi ile deniz tabanı arasındaki düşey uzaklıktır. Dalga Tepesi ve dalga çukuru: Dalga profilinin en üst ve en alt noktaları, Dalga Genliği (a): Durgun su seviyesinden dalga tepesine (veya çukuruna) kadar olan düşey uzaklıktır. Dalga Yüksekliği (H): Dalga çukuru ile dalga tepesi arasındaki düşey mesafedir (H=2a). Dalga Boyu (Uzunluğu) (L): Birbirini izleyen iki dalga tepesi veya çukuru arasındaki yatay uzaklıktır. Dalga Periyodu (T): Sabit bir noktadan geçen artarda iki tepe veya çukurun geçmesi için gerekli olan süredir. Dalga Frekansı (f): Birim zamanda bir noktadan geçen dalgaların sayısıdır (f=1/T).
Dalga Dikliği (S): Dalga yüksekliğinin uzunluğuna oranıdır (S=H/L). Dalgaların derin denizden kıyıya yaklaşma yönlerine göre birbirine dik dalga cephesi ve dalga ortagonali (dalga diki) Şekil 1.2'de görülmektedir.
Dalga cephesi
ortogonal
Dalga cephesi
Şekil 1.2 Dalga cephesi ve dalga ortogonali Dalga Ortogonali: Dalganın kıyıya doğru hareket doğrultusudur. Dalga Cephesi: Dalga hareket yönüne dik olan ve dalga sırtlarının birleştirilmesiyle elde edilen doğrultudur. 1.2. Kısa Periyotlu Dalgalar (T < 30 s) Denizde görülen rüzgâr dalgaları ile ölü deniz dalgalarının (swell) periyotları genellikle 3-20 s arasındadır. Rüzgâr dalgaları, rüzgar hızının, 1 m/s'lik kritik hızı aştıklarında açık deniz üzerinde oluşurlar. Dalga oluşumunun ilk aşamasında, uzunluğu 5-10 cm, yüksekliği 1-2 cm ve kendiliğinden oluşan çırpıntılar gözlenir. Rüzgarın devam etmesi ile bunların yükseklikleri, periyotları ve uzunlukları da artar; rüzgâr
hızına, fırtına süresine ve kabarma uzunluğuna (feç) ve su derinliğine bağlı olarak
maksimum büyüklüğe ulaşırlar. Örneğin Karadeniz'de oluşan dalgaların periyotları; 4 ile 12 s arasında değişmektedir. Bu değerler; geldiği yöne (feç değeri), süreye ve rüzgar hızına bağlı olarak çok değişir. 1.3. Uzun Periyotlu Dalgalar Periyotları 30 s ile birkaç saat arasında olan dalgalar, "periyodik dalgalar" olarak bilinir. Uzunlukları fazla (kıyıda birkaç km'den, okyanuslarda 100 km'ye kadar) ve yükseklikleri az olduğundan (okyanuslarda birkaç dm olup 10 m su derinliğinde fark edilmezler), sadece kıyı boyunca gözlenebilmektedirler. Bu tip dalgalara örnek olarak sismik faaliyetler sonucu ortaya çıkan tsunami gösterilebilir. Özellikle sismik faaliyetlerin yoğun olduğu Pasifik okyanusunda 10 m'den daha büyük tsunamiler, Japonya'yı, Hawaii'yi ve Dünyanın bir çok kıyı yöresini tehdit edebilmektedir. Uzun periyotlu dalga hareketine bir diğer örnek ise liman rezonansıdır (harbour resonance). Ayın dünya etrafındaki dönüşüyle ortaya çıkan gel-git (med-cezir) dalgaları (tide) ile büyük fırtınalardan sonra ortaya çıkan fırtına kabarmaları da uzun süreli dalgalardır.
1.4. Dalgaların Sınıflandırılması Deniz dalgaları, çeşitli kriterlere göre sınıflandırılabilir. Bu sınıflandırma, 5 değişik şekilde yapılabilir: a. Su derinliğine bağlı olarak: Dalgalar, su derinliğine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir. Şekil 1.3’te su tanecik yörüngelerinin herbir bölge için aldığı şekiller görülebilir. Derin Su
: d/L 1/2
Ara Derinlik
: 1/25 < d/L < 1/2
Sığ Su
: d/L ≤ 1/25
(geçiş derinliği)
Şekil 1.3 Su taneciklerinin yörüngeleri b. Dalga yüksekliğine bağlı olarak: Dalga yüksekliği sonsuz küçük ise: H / L 0 2
ve
H/d 0
2
H/L ile kıyaslanarak H /L mertebesindeki terimler ihmal edilebilir. Doğadaki dalgaların dalga dikliği, H/L 0.02 - 0.06 arasındadır. Bu küçük değerler nedeniyle dalgaları linearize etmenin (düzgün biçimlerde varsaymanın) iyi bir yaklaşım olduğu düşünülebilir. Bu şekilde tanımlanan dalgalara; "Küçük Genlikli Dalgalar, Lineer Dalgalar, Sinüzoidal Dalgalar, Basit Harmonik Dalgalar, Airy Dalgaları veya Birinci Derece Dalgalar" gibi isimler verilmektedir. Dalga yüksekliği su yüksekliğiyle kıyaslanabilecek büyüklükte ise (aynı mertebedense) bu dalgalara "Yüksek Dalgalar" denir.
c. Yükseklik, boy ve derinliğe bağlı olarak: Dalga yüksekliği, boyu ve su derinliği (H, L, d), boyutsuz bir sayı oluşturacak şekilde ifade edilebilir. Bu şekilde inceleme kolaylaşır. Sözü edilen sayıya "Ursell Sayısı"veya "Stokes Parametresi" denir.
U
H L2 d3
(1.2)
Bu sayı, eğer belli bir değerden küçük ise dalga hareketi "Stokes Teorisi" ile iyi bir şekilde açıklanabilir ve böylece "Stokes Dalgaları"ndan söz edilebilir. Limit durumda (u << 1) teori, basit dalga teorisine dönüşür. d. Dalga hareketi karakteristiklerine bağlı olarak: Dalganın akışkana göre hareketine bağlı olarak dalgalar ya “ilerleyen” (progressive) veya “yansıyan” (standing) olabilir. Su parçacıklarının hareketine bağlı olarak dalgalar ya “salınımlı” (oscilatory) ya da “taşınımlı” (translatory) olabilir. Salınımlıda su parçacıkları kapalı ya da kapalıya yakın yörüngeler izlerler. Diğer bir anlatımla; çevrim sonunda orijinal yerlerine geri dönerler. Örneğin sinüzoidal bir dalga, salınımlı bir dalgadır. Taşınımlı dalgalarda ise, su parçacıkları dalga hareketi ile ilerlerler ve orijinal yerlerine geri dönmezler. Örneğin akarsulardaki taşınım dalgaları veya sahillerdeki rüzgâr dalgaları, taşınımlı dalgalara örnek gösterilebilir. Eğer bir dalganın hareketi ve yüzey profili eşit zaman aralıklarında tekrarlanıyorsa buna “periyodik dalga” denir. Sinüzoidal dalga periyodiktir. e. Dalgayı üreten kuvvete göre sınıflandırma: Dalga oluşumu bir güç (kuvvet) tarafından gerçekleştirilir. Rüzgâr dalgaları, rüzgârın teğetsel bileşeninin deniz yüzeyindeki etkisiyle, gel-git (met-cezir), güneş ve ayın çekimi sonucu oluşur. Bunların her birinin ayırt edilebilmesi ve tanınması periyotları dikkate alınarak yapılır. 30 saniyeden kısa periyotlu dalgalara "kısa periyotlu dalgalar", uzun olanlara da "uzun periyotlu dalgalar" denir. Kıyı mühendisliğinde periyotları 4-15 sn arasında değişen ve rüzgârlar tarafından üretilen dalgalara büyük önem verilir. Bu tipteki dalgalara, "ağırlık dalgaları” (gravity waves) denir. Çünkü akışkanı denge durumuna getirmeye çalışan kuvvet yerçekimi kuvvetidir. Tablo 1.1’de dalgalar, üreten kuvvetler ve periyot aralıkları verilmiştir. 1.5. Akıntılar Denizde görülen
akıntılar çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir. Bunlardan biri, kısa periyotlu
dalgalarla ilgili akıntılar ile gel-git akıntılarıdır. Okyanus akıntıları ise uzun süreli rüzgârlarla bağlantılıdır. Kısa periyotlu dalgalar kıyıya vardıklarında dalga sapması olayı ile dalga cepheleri, taban eş derinlik eğrilerinin etkisiyle kıyıya paralel duruma gelecek şekilde yön değiştirirler. Normal olarak
dalgalar, kıyıya belli bir açı ile gelirler ve kırılan dalgaların momentumu sonucu kıyıya paralel bir akıntı oluştururlar. Bu tip akıntıya "kıyıya paralel akıntı" adı verilir. İşte bu akıntılar sonucu oluşan sediment (katı madde) hareketi ile askı halinde kırılma bölgesi içerisine getirilen malzeme birikir. Tablo 1.1 Dalgalar, sebepleri ve periyotları Dalga İsmi
Üreten Kuvvet
Periyot
Rüzgar dalgası (wind wave)
Rüzgar kayma gerilmesi
(5-15) sn
Ölü deniz dalgası (swell)
Rüzgar kayma gerilmesi
30 sn
Liman rezonansı (harbor resonance)
Tsunami
(2-40) sn
Tsunami
Yer sarsıntısı
(5-60) sn
Gel-git (tide)
Ay ve güneşin çekimi
(12-24) saat
Fırtına kabarması (storm surge)
Atmosfer - su kütlesi etkileşimi
(1-30) gün
1.6. Temel Dalga Parametreleri Dalga profilinin (Şekil 1.2) iyi tanınması için dalgayı oluşturan parametrelerin ve bunların arasındaki bağıntıların bilinmesi gerekir. Temel dalga parametreleri şunlardır: Dalga yüksekliği (veya genliği), dalga periyodu (veya boyu) ve su derinliği. Derin denizdeki su derinliği dalga hareketini etkilemez. Bu özel durum için temel dalga parametreleri dalga yüksekliği ve dalga periyodudur. Bu temel parametreler yardımıyla dalga hareketinin tüm özellikleri ortaya konulabilir. Dalga boyu (L), hızı (C) ve periyodu (T) arasında,
L
gT 2 2 d 2 2 tanh 1.5613T tanh(4.0243d / T ) L 2
(1.3)
C
L T
(1.4)
şeklinde bir ilişki vardır. L değişkeni hem solda hem de sağda yer aldığından verilen T ve d yardımıyla L'yi hesaplayabilmek için tatonman yapmak gerekir (çözümler, grafikler ve tablolar şeklinde düzenlenmiştir). Örneğin ağırlık dalgası tabloları (GWT) bu maksatla kullanılabilir. Eşitliğin sağındaki ifade yaklaşık değer vermektedir. Ayrıca, aşağıdaki denklem yaklaşık %1.5 hata ile istenilen derinlikteki dalga boyunun belirlenmesinde kullanılabilir.
L L 0 (tanh(5,5
d 0 , 485 )) L0
(1.5)
Derin Deniz Sınırı: Su derinliğinin dalga boyuna oranının (d/L) 1/2 olduğu su derinliğine "derin deniz sınırı" denir. Derin deniz sınırından derindeki bölgeler "derin deniz", kıyı tarafındaki bölgeler ise "sığ su" olarak adlandırılır. Derin denizdeki dalga parametreleri "0" indisi ile gösterilir. Derin denizde tanh(2d/L) 1 alınabilir. Bu durumda 2.3 eşitliğinden, derin deniz dalga boyu ve hızı,
L0
g T2 1.56 T 2 2
(1.6)
C0
gT 1.56 T 2
(1.7)
olarak hesaplanır. Dalga periyodu sabittir. 1.7. Dalgaların Değişime Uğraması (Dalga Transformasyonu) Dalgalar, derin sulardan kıyıya doğru hareketleri sırasında taban topografyası, adalar, dalgakıranlar, vb. nedenlerle değişime uğrarlar. Böylece, dalgaların yüksekliği, uzunluğu, hızı ve yönü değişebilir, periyodu ise sabit kalır. Sonuçta belli bir derinliğe geldiklerinde dengelerini kaybederek kırılırlar. Eğer dalga hareketi bir yatay düzlem içinde düşünülürse sabit fazlı bir eğri olan "dalga cephesi" ayırt edilebilir. Dalga cephesi, peşi sıra tepe noktalarının birleştirilmesiyle yatay düzlemde bir eğri ile gösterilebilir. Dalga yayılma yönü ise, dalga cephesine dik yönde "dalga ortogonalleri" ile tanımlanmaktadır. Dalga cephesi, ortogonal yönünde C hızı ile yayılır. Açık denizde üretilen dalgalar, kıyıya doğru ilerlerken derin deniz sınırından (d/L0=0.5) itibaren aşağıdaki değişikliklere maruz kalır. 1.7.1. Dalga Sığlaşması (Shoaling) Dalgalar, taban sürtünmesi nedeniyle sığlaşmaya maruz kalır. Sığlaşma sonucu dalga yüksekliği açık denizden itibaren azalmaya başlar, ancak çok sığ bölgelerde dalga yüksekliği artar. Sığlaşma etkisiyle dalga yüksekliğinde oluşan değişim, "sığlaşma katsayısı" (Ks) ile ifade edilir. Herhangi bir noktadaki dalga yüksekliği şöyle belirlenir:
H H0 K r Ks
(1.8)
Burada H ve H0, ilgili noktadaki ve derin denizdeki dalga yükseklikleri, Kr ve Ks ise sapma ve sığlaşma katsayılarıdır. Sapma katsayısı bir sonraki bölümde incelenecektir. Sığlaşma katsayısı ise şöyle hesaplanır:
2d K s tanh L
0.5
4d / L 1 sinh(4d / L)
0.5
(1.9)
1.7.2. Dalga Sapması (Refraction) Dalgaların tabana temas etmeleri sonucu dalga sapması oluşur. Dalgalar geçiş bölgesine (1/25
hareket eder ve dalga cephesinin taban konturlarına paralel duruma gelmesini sağlar. Dalga sapması, şu iki nedenle çok önemlidir: a) Dalga yüksekliğinin artmasına veya azalmasına neden olur, b) Kırılma anında dalgaların yaklaşma açısını kontrol eder. Periyodu T olan bir dalga için 1.6 ve 1.7 eşitlikleriyle hesaplanan L0 ve C0 değerleri, en büyük dalga boyu ve dalga hızı değerlerdir. Su derinliğinin azalmasına bağlı olarak dalga hızı ve boyundaki azalma,
2d C L tanh L C0 L0
(1.10)
şeklinde hesaplanır. Herhangi iki nokta arasında ise aşağıdaki hali alır.
C 2 L 2 tanh(2d 2 / L 2 ) C1 L1 tanh(2d 1 / L1 )
(1.11)
Snell Yasası: Dalga sapması diyagramlarının çizilmesinde kullanılan ve ismine "Ortogonal Yöntem" denen yöntem, Snell Yasası'na bağlı olarak geliştirilmiştir (Şekil 1.4). Şekilde görüldüğü gibi d0'dan d1'e (d0>d1) ani düşen bir basamaktan geçen bir dalga göz önüne alalım. BE çizgisi, basamağı göstermektedir. T periyodunda ve tepe çizgisi üzerinde bulunan bir A noktası, C0 hızı ile L0 yolunu kat ederek B'ye gidecektir. Aynı zamanda E noktası da C1 hızı ile (C1
L0=C0T E
0
0 1 L1=C1T
B
d0 d1
Geçiş Bölgesi (d/L0 0.5)
D d0d1, C0C1, L0L1 AE ve BD: Dalga cepheleri, AB ve ED: Dalga ortogonalleridir
Şekil 1.4 Snell Yasası
Sin0=L0/BE, Sin1=L1/BE
(1.12)
Sin 1 L1 C1 tanh(2d 1 / L1 ) Sin 0 L 0 C 0 tanh(2d 0 / L 0 )
(1.13)
yazılabilir. Bu, Snell Yasasıdır ve dalga refraksiyonunun hesabı için temel denklemdir. Taban eş derinlik eğrilerinin (konturların) düz ve kıyıya paralel olması ve düzensiz halde olması durumlarında dalga sapması aşağıdaki gibi olur: a. Düz Paralel Konturlar Üzerindeki Dalga Sapması : Denizlerde derinlik değişimi basamaklar şeklinde olmayıp düzgün ve yavaş olmaktadır. Dalga sapması hesabında derinlik konturları, d/L0 = 0.5, 0.4, vb gibi rölatif derinliklere göre hesaplanır. Derinlik değişimleri, orta konturlardaki basamaklar olduğu varsayılarak, Snell Yasası'nın, her adım için uygulaması yapılır. Örneğin d1 ve d2 su derinliklerinde (d1>d2) eşitlik şu şekilde yazılır:
Sin 2 L 2 C 2 tanh(2d 2 / L 2 ) Sin 1 L1 C1 tanh(2d 1 / L1 )
(1.14)
Şekil 1.6’dan de görüldüğü gibi dalga sırt çizgileri (dalga cephesi) taban konturlarına paralel olurken dalga ortogonalları dik konum alırlar. Sapma değişimleri, orta konturlarda göz önüne alınır. Bunun sonucunda x uzunluğu sabit kalırken dikine uzaklıklar artmaktadır. 1 ve 2 bölgeleri için;
Bölge No:0
d/L0=0.5 L1 B1 x
Bölge No:1
d/L0=0.4 B2 x
Bölge No: 2
L2
Bölge No: 3
d/L0=0.3 d/L0=0.2
Bölge No:4 KIYI ÇİZGİSİ
Dalga ortogonalleri
d/L0=0.1
Şekil 1.6 Düz Paralel Konturlar Üzerinde Dalga Sapması
Cos1
B1 x
B1 xCos1
(1.15)
Cos 2
B2 x
B2 xCos 2
(1.16)
B Kr 1 B2
0.5
Cos1 Cos 2
0.5
(1.17)
yazılabilir. Burada Kr sapma (refraksiyon) katsayısıdır. 2 bölgesindeki dalga cephesinin kıyıyla yaptığı 2 açısı Snell Yasası'ndan (1.18 eşitliği) şöyle hesaplanır:
tanh 2d / L L2 2 2 Sin 1 2 Arc sin Sin 1 Arc sin L1 tanh(2d 1 / L1 )
(1.18)
NOT : 1>2 olduğundan, Cos1
Kd
H Hi
(1.19)
Burada, H, difraksiyona maruz kalmış dalga yüksekliği, Kd difraksiyon katsayısı ve Hi gelen dalga yüksekliğidir.
Dalgakıran Gölge Bölge
Gelen dalga ortog. Gelen dalga cephesi Difraksiyona uğramış dalga
Kıyı Çizgisi Şekil 1.7 Dalgaların Bir Engel Etrafında Kırınımı Bir dalgakıran sonucu oluşan kırınım katsayıları Tablo 1.2'de verilmiştir. Bu tabloda; 0 ve , sırasıyla, gelen dalganın uzantısının ve kırınım katsayısı istenen noktanın dalgakıranla yaptığı açılar, r, kırınım katsayısı istenen noktanın dalgakıran ucuna (müzvarına) uzaklığı ve L, dalgakıran müzvarındaki dalga uzunluğudur (Şekil 1.8).
Dalga Yönü Dalgakıran
Q r
Q0
M Şekil 1.8 Dalga kırınım terimlerinin tanımı
1.7.4. Dalga Yansıması (Reflection) Dalgalar, bir engel ile karşılaştıklarında dalga yansıması oluşur. Engeller, kıyıdaki dik kayalıklar, deniz tabanındaki ani yükselişler, kumsal eğimi vb şekilde doğal olabildiği gibi, kıyı duvarları, dalgakıranlar vb gibi yapay mühendislik yapıları şeklinde de olabilir. Yansıyan ve ilerleyen dalga yükseklikleri arasındaki orana “yansıma katsayısı” (Cr) adı verilir:
Cr
Hr Hi
(1.20)
Tablo 1.2 Kırınım katsayıları (tek dalgakıran durumunda) r/L
0
15
30
45
60
½ 1 2 5 10
0,49 0,38 0,21 0,13 0,35
0,79 0,73 0,68 0,63 0,58
0,83 0,83 0,86 0,99 1,10
0,90 0,95 1,05 1,04 1,05
0,97 1,04 1,03 1,03 0,98
½ 1 2 5 10
0,61 0,50 0,40 0,27 0,20
0,63 0,53 0,44 0,32 0,24
0,68 0,63 0,59 0,55 0,54
0,76 0,78 0,84 1,00 1,12
0,87 0,95 1,07 1,04 1,06
½ 1 2 5 10
0,49 0,38 0,29 0,18 0,13
0,50 0,40 0,31 0,20 0,15
0,55 0,47 0,39 0,29 0,22
0,63 0,59 0,56 0,54 0,53
0,73 0,76 0,83 1,01 1,13
½ 1 2 5 10
0,40 0,31 0,22 0,14 0,10
0,41 0,32 0,23 0,15 0,11
0,45 0,36 0,28 0,18 0,13
0,32 0,44 0,37 0,28 0,21
0,60 0,57 0,55 0,53 0,52
½ 1 2 5 10
0,34 0,25 0,18 0,12 0,08
0,35 0,26 0,19 0,12 0,01
0,38 0,29 0,22 0,13 0,10
0,42 0,34 0,26 0,17 0,13
0,50 0,43 0,36 0,27 0,20
½ 1 2 5 10
0,31 0,22 0,16 0,10 0,07
0,31 0,23 0,16 0,10 0,07
0,33 0,24 0,18 0,11 0,08
0,36 0,28 0,20 0,13 0,09
0,41 0,33 0,26 0,16 0,13
½ 1 2 5 10
0,28 0,20 0,14 0,09 0,07
0,28 0,20 0,14 0,09 0,06
0,29 0,24 0,13 0,10 0,08
0,32 0,23 0,17 0,11 0,08
0,35 0,27 0,20 0,13 0,09
½ 1 2 5 10
0,25 0,18 0,13 0,08 0,06
0,26 0,19 0,13 0,08 0,06
0,27 0,19 0,14 0,08 0,06
0,28 0,21 0,14 0,09 0,07
0,31 0,23 0,17 0,11 0,07
½ 1 2 5 10
0,24 0,18 0,12 0,08 0,06
0,24 0,17 0,12 0,07 0,06
0,25 0,18 0,13 0,08 0,06
0,26 0,19 0,14 0,08 0,06
0,28 0,21 0,14 0,09 0,07
½ 1 2 5 10
0,23 0,16 0,12 0,07 0,05
0,23 0,17 0,12 0,07 0,05
0,24 0,17 0,12 0,08 0,05
0,25 0,18 0,13 0,08 0,06
0,27 0,19 0,14 0,08 0,06
θ0 75 90 Θ0= 150 1,01 1,03 1,04 0,99 0,97 1,02 1,02 0,99 0,99 1,01 Θ0= 300 0,97 1,03 1,06 1,05 1,03 0,96 1,04 1,02 0,97 0,99 Θ0= 450 0,85 0,96 0,95 1,07 1,08 1,04 1,04 1,05 1,07 0,96 Θ0= 600 0,72 0,85 0,75 0,96 0,83 1,08 1,01 1,04 1,14 1,07 Θ0= 750 0,59 0,71 0,56 0,75 0,54 0,83 0,52 1,01 0,52 1,14 Θ0= 900 0,49 0,59 0,42 0,56 0,35 0,54 0,27 0,53 0,20 0,52 Θ0= 1050 0,41 0,49 0,33 0,42 0,25 0,35 0,17 0,27 0,12 0,20 Θ0= 1200 0,35 0,41 0,27 0,33 0,20 0,26 0,13 0,16 0,09 0,13 Θ0= 1350 0,32 0,36 0,23 0,28 0,17 0,20 0,11 0,13 0,08 0,09 Θ0= 1500 0,29 0,33 0,22 0,24 0,15 0,18 0,10 0,11 0,07 0,08
105
120
135
150
165
180
1,02 0,98 0,99 0,99 1,00
1,01 1,01 1,00 1,00 1,00
0,99 1,01 1,00 1,01 1,00
0,99 1,00 1,00 1,00 1,00
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
1,05 0,98 1,02 0,99 1,01
1,03 0,98 0,98 0,99 1,00
1,01 1,01 1,01 1,00 1,00
0,99 1,01 0,99 1,01 1,00
0,95 0,97 0,95 0,97 0,98
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
1,04 1,06 0,96 1,03 0,98
1,06 0,98 1,03 1,00 1,02
1,04 0,97 0,98 0,99 0,99
1,00 1,01 1,01 1,01 1,00
0,99 1,01 1,00 1,00 1,00
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
1,13 1,08 1,04 1,05 0,96
1,04 1,06 0,96 1,03 0,98
1,06 0,98 1,03 0,99 1,01
1,03 0,98 0,98 0,99 1,00
1,01 1,01 1,01 1,00 1,00
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
0,85 0,95 1,09 1,04 1,07
0,97 1,02 1,04 1,05 0,96
1,04 1,06 0,96 1,03 0,98
1,05 0,98 1,03 0,99 1,01
1,02 0,98 0,99 0,99 1,00
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
0,71 0,75 0,69 1,01 1,14
0,85 0,96 1,08 1,04 1,07
0,96 1,07 1,04 1,05 0,96
1,03 1,05 0,96 1,02 0,99
1,03 0,99 1,02 0,99 1,01
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
0,59 0,56 0,54 0,52 0,52
0,72 0,75 0,83 1,02 1,14
0,85 0,95 1,08 1,04 1,07
0,97 1,06 1,03 1,04 0,97
1,01 1,04 0,97 1,02 0,99
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
0,50 0,43 0,36 0,27 0,20
0,60 0,57 0,55 0,53 0,52
0,73 0,76 0,83 1,01 1,13
0,87 0,95 1,07 1,04 1,06
0,97 1,04 1,03 1,03 0,98
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
0,42 0,34 0,26 0,17 0,13
0,52 0,44 0,37 0,28 0,21
0,63 0,59 0,56 0,54 0,53
0,76 0,78 0,84 1,00 1,12
0,90 0,95 1,05 1,04 1,05
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
0,38 0,29 0,22 0,13 0,10
0,45 0,36 0,28 0,18 0,13
0,55 0,47 0,39 0,29 0,22
0,68 0,63 0,59 0,55 0,54
0,83 0,83 0,86 0,99 1,10
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Denklemde; Hr yansıyan dalga yüksekliği, Hi ise gelen dalga (yapı önü) yüksekliğidir. Yansımada kullanılan terimler, Şekil 1.9’da gösterilmiştir. Dalga yansıma, yapı veya kumsal eğimine, yüzey pürüzlülüğüne, poroziteye ve gelen dalga dikliğine (H/L) bağlıdır.
Şekil 1.9 Yapı veya kumsaldan yansıma Yansıma katsayısı, (0-1) arasında değişir. Tam bir yansımada Cr=1 olur. Böyle bir durumda iki
dalga süperpoze edilir ve elde edilen duran dalga “Klapoti” olarak adlandırılır (Şekil 1.10).
Şekil 1.10 Düşey bir duvarda yansıyan dalga ile şekillenen durağan dalga Yansıma katsayısı Cr aşağıdaki denklem (Seelig 1983) yardımıyla bulunabilir.
Cr
a 2 b 2
(1.21)
Burada, ξ Iribarren Sayısı’dır ve aşağıdaki denklemle belirlenebilir (Battjes 1974). a ve b katsayıları, yapı geometrisine ve dalgaların düzenli olup olmamasına bağlı olarak Tablo 1.3’ten alınabilir.
1 cot Hi L0
( m tan
1 ) cot
(1.22)
Denklemde, m (tanθ) yapı veya kumsal eğimi, L0 açık deniz dalga boyudur. Yansıma katsayısı, dalga dikliği’nin artması ve yapı veya kumsal eğiminin azalmasıyla azalmaktadır. Tablo 1.3 Yansıma için a ve b katsayı değerleri Yapı Düzgün yüzey ve düzenli dalga Düzgün yüzey ve düzensiz dalga Taş dolgu yüzey dalgakıran Dolos dolgu yüzey dalgakıran ve düzenli dalga Tetrapod dolgu yüzey dalgakıran ve düzensiz dalga Kumsal
a 1.0 1.1 0.6 0.56 0.48 0.5
b 5.5 5.7 6.6 10.0 9.6 5.5
1.7.5. Dalga Kırılması (Breaking)
Yerçekimi etkisiyle su parçacıklarının dalgadan ayrılması olayına "dalga kırılması" denir. Burada önemli olan nokta, dalga sırtındaki parçacık hızının (u) dalga hızından (C) daha küçük olmasıdır. Sırttaki parçacık hızı, belli bir periyot için dalga yüksekliği ile ilişkilidir. Böylece, dalga yükseklikleri arttıkça bu hız, sonunda dalga hızına eşit olur. Tam bu anda dalga dengesini kaybederek kırılır. Ayrıca, dalga sığlaşan bölgeye yaklaştıkça artan parçacık hızı, azalan dalga hızına eşit olacak ve bu durum, dalganın kırılmasına neden olacaktır. Dalga kırılması parametreleri Şekil 1.11’de gösterilmiştir. Kırılmayı etkileyen değişkenler;
Hb H f m, 0 , db L0 a) Kıyı eğimi (m), b) Derin deniz dalga dikliği (H0/L0), c) Derin deniz yaklaşım açısı (0)’dır. Maksimum dalga yüksekliği maksimum dalga dikliği ile sınırlıdır. Maksimum dalga dikliğine kadar dalga stabil kalır. Dalgalar maksimum dalga yüksekliğine ulaştıklarında stabiliteleri bozularak kırılırlar.
Kırılma noktası
SS
Hb db m 1
Şekil 1.11 Kırılma parametreleri
Tabiatta yapılan gözlemlerde bu sınırın aşağıdaki gibi olduğu görülmüştür:
Hb 0.78 0.86 d b max
(1.23)
Bu eşitlik, düzgün bir tabandaki ideal dalganın kırılma durumunu vermektedir. Gerçekte ara ve sığ su derinliklerinde kırılma olayını H, T, d ve taban eğimi m (tan) belirler. Sığ suda kırılmaya ilişkin dalga karakteristiklerini belirlemek çok güçtür. Bu konuda pek çok araştırma ve gözlem yapılmış olmasına rağmen eğimli bir sahilde dalga kırılma mekanizması henüz çözülebilmiş değildir. Bu nedenle kırılma derinliği (db) ve kırılma yüksekliği (Hb)'nin tahmini için arazide ve laboratuarda büyük miktarda verilerin kullanılmasıyla diyagramlar düzenlenmiştir. Kırılmadan önceki dalga yüksekliği;
H 01 H 0 K r K s
(1.24)
eşitliğinden hesaplanır. Burada, Kr ve Ks sırasıyla, kırılma derinliğindeki sapma ve sığlaşma katsayıları, H0 ise, derin su dalga yüksekliğidir. Kırılma noktasına kadar ki su hareketi, yalnızca bir salınım şeklindedir. Bu noktadan sonra ise bir kütle taşınımı söz konusudur. Kıyıdaki kum hareketinin büyük bir kısmı, kırılma noktası ile kıyı arasında (sörf bölgesinde) oluşur. Bu nedenle, kırılma yüksekliği ve kırılma noktasındaki dalga açısı (kırılma açısı, b), kıyı boyu sediment taşınım rejiminde çok önemli parametrelerdir. Ayrıca, dalgakıran ve rıhtım gibi
derin sularda yapılacak yapıların üzerine etkiyen kuvvetin belirlenmesinde de kırılma derinliği ile yapı derinliğinin ilişkisi çok önemlidir.
Kırılma yüksekliğinin kırılma derinliğine oranı "kırılma indisi" () olarak adlandırılır ve şöyle hesaplanır: = Hb/db = b - a.H0/L0
(1.25)
a = 5[1-exp(-43m)]
(1.26)
b = 1.12/[1+exp(-60m)]
(1.27)
Burada; H0 ve L0 derin denizdeki dalga yüksekliği ve uzunluğu ve m taban eğimidir (m=tan, : tabanın yatayla yaptığı açı). Dalga kırılma derinliğini ve yüksekliğini, dalgaları etkileyen bütün parametreleri dikkate alarak hesaplamak için en yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri aşağıda verilmiştir. 1. db için bir d1 seçilir, 2. d1’e bağlı olarak L1 hesaplanır, 3. L1’den Kr ve Ks hesaplanır, 4.
H 01 H 0 K r K s hesaplanır,
5. Goda’nın grafiklerinden Birben tarafından elde edilmiş olan Hb=(H0’/T)2+0,8.m0,125.T0,5.( H0’)0,75+0,785.10-3.T2
(1.28)
formülünden Hb hesaplanır, 6. d2 Denklem 1.25’den hesaplanır, 7. d1=d2 ise db=d1 alınır ve kırılma anındaki dalga yüksekliği, hesaplanan Hb olur, 8. d1≠d2 ise d1=d2 alınır ve işlemler baştan itibaren d1=d2 oluncaya kadar tekrar edilir. 1.7.6. Kırılma Tipleri
Sığ suda 4 tip kırılma tarif edilmiştir (Şekil 1.12). Bunlar: a. Taşarak Kırılma (Spilling): Dalga cephesinde sürekli olarak köpüklerin aşağı akması
biçiminde görülen olay dalganın kayboluşuna kadar sürer. Bu kırılma, düzgün eğimler üzerinde sığlaşan ve nispeten yüksek dikliğe sahip dalgalarca oluşturulur. b. Dalarak Kırılma (Plunging): Dalga dikliğinin artması ile dalga tepesi öne doğru bükülür ve
dalganın ön yüzü konkav biçimini alarak dalar ve kırılır. c. Çökerek Kırılma (Collapsing): Buradaki kırılma biçimi dalarak ve şişerek kırılmanın arasında
oluşmaktadır. d. Şişerek Kırılma (Surging): Bu tip kırılma dalga dikliğinin az ve taban eğiminin çok fazla
görüldüğü sahillerde oluşur. Dalga tepesi, dalmadan önce dalarak kırılmaya benzer şekilde bir pik değere ulaşır ve dalga tabanı sahil yüzeyi üzerinde şişerek yükselir ve sonunda kırılır. Kırılma aşağıda verilen boyutsuz kırılma parametresi (Irribarren Number) ile sınıflandırılmıştır.
m H 0 L0
tan H 0 L0
(1.29)
Burada, m (tan) yapı eğimi, H0 ve L0 derin deniz dalga yüksekliği ve dalga uzunluğudur. İrribaren Sayısı yardımıyla dik yapı yüzeyleri üzerindeki kırılma tipleri Tablo 1.4'te verilmiştir:
Şekil 1.12 Kırılma tipleri
Tablo 1.4 Çeşitli Irribaren Sayıları için kırılma tipleri Kırılma Tipi Taşarak (spilling) Dalarak (plunging) Çökerek (collapsing) Şişerek (surging)
Irribaren Sayısı 0.5 0.5<<2.5 2.5 3.4 3.4
Eğim (Düz sahiller)
(Dik eğimli sahiller)
1.7.7. Dalga Tırmanması, Dalga Çekilmesi ve Dalga Aşması ( Run Up, Run Down and Overtopping)
Dalgalar, bir kıyı yapısı ile karşılaştıklarında kinetik enerjileri potansiyel enerjiye veya sürtünme ile ısıya dönüşünceye kadar yapı yüzeyi üzerinde tırmanır. Dalganın yapı üzerinde tırmanabileceği en üst seviyeye "tırmanma yüksekliği" (Ru) adı verilir. En yüksek tırmanma seviyesinden sonra dalga yerçekiminin etkisiyle çekilmeye başlayacaktır. Bu çekilme miktarına da "dalga çekilmesi" (Rd) adı verilir. Eğimli yüzeyler üzerinde yer alan tırmanma olayı deneysel olarak incelenmiş ve çeşitli eğimler için değişik değerler elde edilmiştir. Bu verileri ve İrribaren Sayısını () kullanarak (d/H) >3 olan derin sular ve sürekli düzgün yüzeyler için aşağıdaki sonuçlara varılmıştır:
R tan 2.7 u H H / L0
2.7 4.0
4.0
Ru 0.308 353 . H
(1.30)
Ru 2.3 H
RU
OSS d
Deniz Tabanı OSS Rd
d
Deniz Tabanı Şekil 1.12 Dalga tırmanması ve çekilmesi
Yüzey pürüzlülüğü, dalga tırmanmasını azaltır. Geçirimli yüzeylere sahip taş dolgu dalgakıranlar için dalga tırmanması şu formülle hesaplanabilir:
Ru a H 1 b
(1.31)
Burada, a ve b, yapının pürüzlülüğüne ve geçirimliliğine bağlı katsayılardır. Kırma taş (ocak taşı) ile kaplı dalgakıranlar için a 0,8 ve b 0,5 değerleri alınabilir. Tırmanmaya ilişkin yukarıda verilen eşitlikler, yapıya dik olarak gelen dalgalar için geçerlidir. Eğer dalga, yapıya bir açı ile geliyorsa tırmanma, yapıya dik gelen bileşenin büyüklüğüne bağlı olarak azalacaktır. Bu açının belli bir değerine kadar (‘<60) tırmanmada bir azalmanın olmayacağı varsayılır. Tırmanma sırasında enerjinin bir kısmı yapı yüzeyi tarafından yansıtılır. Geçirimsiz, sürekli yüzeyler için yansıma katsayıları şu şekilde verilmektedir: ‘>60 durumunda Cr=1.0
(1.32)
‘
<60 durumunda 2.8 ise Cr = 0.12
(1.33)
> 2.8 ise Cr = 0.86
(1.34)
Taşdolgu dalgakıranlar için bu yansıma katsayıları 0.5 ile çarpılmalıdır. Yapının projelendirilmesi sırasında yapının yüksekliğini belirlemek için tırmanma yüksekliği (veya aşma hacmi) hakkında bilgiye ihtiyaç vardır. Mesela, proje kriterleri, eğer dalga aşmasına izin vermiyorsa yapı yüksekliği; su derinliği ve tırmanma seviyesi toplamından büyük olmalıdır (d + Ru). Bunun yanında, çok büyük çaptaki dalga aşmaları, hem yapının dengesini tehlikeye sokabilir ve hem de yapı arkasındaki araziyi (veya yolu) deniz taşkınlarına maruz bırakabilir. 1.8. Proje Dalga Yüksekliğinin Belirlenmesi
Kıyı yapılarının boyutlandırılmasında belirlenmesi ve karar verilmsei gereken en önemli büyüklüklerden biri, proje dalgasının yüksekliği ve periyodudur. Proje dalgası yüksekliği, hem kıyı yapısının dayanıklılığı ve ömrünü ve hem de yapının toplam maliyetini belirler. Bunun seçimi, ilk yatırım maliyeti ile bakım masraflarının muhtemel değerini tayin eder. Tekerrür aralığının ve dolayısıyla proje dalgasının büyük seçilmesi durumunda yapının stabilitesi artarken boyutları ve ilk yatırım maliyeti de yükselir. Proje dalgası küçük seçildiğinde ise, bakım masrafları artarken, ilk yatırım maliyeti ve yapının güvenirliği (stabilitesi) azalır. O halde belirli bir optimizasyon söz konusudur. Herhangi bir kıyı yapısının proje aşamasında proje dalga yüksekliğine karar verilebilmesi için dalgaların açık denizden başlayarak proje bölgesine gelinceye kadar geçen süreç içinde, çeşitli şekillerde uğradıkları değişiklikler belirlenmelidir (dalga transformasyonu). Başka bir ifadeyle, açık denizde oluşan dalgaların proje bölgesine ulaştığı andaki özelliklerinin bilinmesi gerekir. 1.8.1. Proje Dalgasının Seçimi
Uygulamada, çeşitli yapıların projelendirilmesinde yapının esnekliği ve oluşabilecek hasarın onarılması gibi kriterler göz önünde bulundurulur. Bu konuda genel kabul görmüş bir yaklaşım şekli şöyledir: Açık deniz platformları gibi, yalnızca bir ekstrem dalga dizisinin yapının tamamını tehlikeye atacağı rijid yapılar, H1/100'e göre; dalga enerjisini kısmen yutabilecek yarı esnek yapılar ise H1/10 ile H1/100 arasındaki bir dalgaya göre, taşdolgu yapılar gibi esnek yapılar ise H1/3'e göre (belirgin dalga) boyutlandırılır. 1.8.2. Dalga Kırılmasının Etkisi
Dalga karakteristikleri açısından en önemli özellik, dalganın yapıya ulaştığı anda kırılıp kırılmadığıdır. 1.8.2.1. Kırılmamış Dalga Durumu
Dalgalar yapıya kırılmadan ulaşıyorsa, (yapı kırılma bölgesinin açığında yapılacaksa), proje dalgası şartları, yapının özelliği de göz önüne alınarak doğrudan dalga istatistiği çalışmaları ile belirlenir.
Derin denizde oluşan dalgalar, yapı önüne gelene kadar sapma ve sığlaşma nedeniyle değişime uğradığından, çeşitli yönden gelebilecek dalgaların yapı önündeki yükseklikleri ayrı ayrı belirlenmelidir. Çünkü, derin denizde oluşabilecek yüksek bir dalga, sapma ve sığlaşma katsayılarının küçük olması nedeniyle yapı önünde önemli ölçüde küçülebilir. Başka yönden gelen ve derin denizdeki yüksekliği daha az olan bir dalganın sapma ve sığlaşma etkileri daha az olabileceğinden, yapı önündeki yüksekliği daha fazla olabilir. Bu konuda yapılmış bir çalışmanın sonuçları Tablo 1.5'te verilmektedir. Tablo 1.5 Yapı Önündeki Proje Dalgasının Belirlenmesi YÖN NW
WNW
W
WSW
H0 (m) 5
4.0
3.5
3
T (sn)
KrKs
H=H0KrKs (m)
8.0
0.20
1.0
10.0
0.14
0.7
12.0
0.08
0.4
8.0
0.30
1.2
10.0
0.24
1.0
12.0
0.18
0.7
8.0
0.70
2.5
10.0
0.60
2.1
12.0
0.40
1.4
8.0
1.40
4.2
10.0
1.20
3.6
12.0
1.00
3.0
1.8.2.2. Kırılan Dalga Durumu
Sığ sularda yapının, kırılan dalganın etkisi altında kaldığı durumlarda ds yapı önü su derinliği önemli bir etken olmaktadır. Yapıda en büyük etkiyi, yapıdan belli bir uzaklıkta kırılmaya başlayıp tam yapı üzerinde patlayan dalgalar oluşturmaktadır. Sahil eğimine (m) bağlı olarak değişen dalganın kırılma noktası, yapının yerleşim yerinin ve tipinin belirlenmesinde çok önemli bir rol oynar. Dalga kırılma aralığı (mesafesi) (dalgaların kırılmaları esnasında kat ettikleri yatay mesafe) xp ile kırılan dalga yüksekliği Hb arasındaki ilişki; xp= pHb = (4.0-9.25m)Hb
(1.35)
olarak tariflenmiş olup, m yapı önü eğimidir. Proje dalgası yüksekliği olarak yapının üzerinde kırılan dalganın yüksekliği seçilirse, bu durumda Hb değeri, yapı önündeki ds su derinliğine bağlı olarak belirlenir.
2. KIYI KORUMA YAPILARI 2.1. Kıyı Gerisini Koruma Yapıları
Bu yapılar; mevcut veya düzenlenmiş (Karayolu Güzergahı, Regresyon Alanı vb.) kıyıyı korumak için kıyıya paralel inşa edilirler. Kıyıya paralel yapılar, proje alanı içersinde kıyı gerisinin sabit kalmasını sağlarken, önlerindeki kıyının katı madde taşınım miktarını, özelliklede kıyıya dik taşınımı ve kıyıboyu taşınımın kıyıya dik dağılımını değiştirmektedirler. Bunlar; a. Kıyı Duvarları b. Kıyı Perdeleri c. Kıyı Kaplamaları’dır. 2.1.1. Kıyı Duvarları (Seawalls)
Bu yapılar şiddetli (büyük) dalga etkisindeki kıyılarda yapılır ve diğer koruma yapılarına göre daha büyük (hacimli) yapılardır. Asıl amaçları, dalga etkisine karşı koyarak kıyı erozyonunu engellemek ve kıyıyı korumaktır. a. Beton Kıyı Duvarları
Dolgu 8m Taş Dolgu
6m
5m
1.8 m
Temel Kazıklar
Palplanş Duvarı
5.5 m
Şekil 2.1 Eğri Yüzeyli Beton Kıyı Duvarı Beton Bloklu Kıyı Duvarlarında; Dalga Kırılması ve Geri dönüş Akımlarının Olumsuz Etkilerini (Oyulma) önleyici bir sistem (Topuk ve Topuk Kazığı) oluşturulmalı, kaymaya ve devrilmeye karşı stabilite sağlanmalı, dalga aşması söz konusu ise önleyici tedbir alınmalıdır.
Yüzey Şekillerine göre:
Düşey Yüzeyli
Düz Yüzeyli
Basamaklı
Eğri Yüzeyli
Şekil 2.2 Yüzey Şekilleri (Beton Kıyı Duvarları)
b. Taş Dolgu veya Beton Blok Kıyı Duvarları
Bu tür yapılar; yüzey pürüzlülüğünden dolayı dalga enerjisini sönümlemede başarılıdırlar. Üst yüzeyleri, büyük ocak taşlarından veya özel şekillerde üretilmiş beton bloklardan (Kuadripod Tetrapod, Tribar, Dollos vb), çekirdek tabakaları ise daha ince malzemeden imal edilebilirler. Bu yapılar esnek olduklarından büyük dalga etkilerinde dahi fonksiyonlarını kaybetmezler. ( 0- 2 ) ton 3.00 m Yüzey Kaplaması
0.00
Dolgu 5
2
1
1 - 3.00 1
( 0- 0.4 ) ton
2
5 1
Şekil 2.3 Taş Dolgu Kıyı Duvarı Yüzey Şekillerine göre;
Düz
Palyeli
Şekil 2.4 Yüzey Şekilleri (Taş Dolgu Kıyı Duvarı)
2.1.2. Kıyı Perdeleri (Bulkheads)
Orta ve Küçük Şiddetli dalga etkisine maruz kıyılarda inşa edilen düşey yüzeyli yapılardır. Asıl amaçları, dalga etkisindeki geri dolgunun kaymaya karşı tutulması ve korunmasını sağlamaktır. Bu tür yapılarda geri dolgunun topuktan kaçmasını engelleyecek önlemler alınmalıdır.
Şekil 2.5 Kıyı Perdesi Örnekleri YapıldıklarınMalzemeye Göre: a. Ahşap b. Çelik c. Beton d. Kompozit
Kıyı Perdesi önü su derinliği; (anroşman koruma) yapılmalıdır.
ds<2*Hmax ise
yapı önü oyulmayı önleyici bir topuk inşası
2.1.3. Kıyı Kaplamaları (Revetments)
Kıyı Çizgisini ve gerisini küçük dalgalara ve akıntılara karşı koruyan hafif (küçük) yapılardır. Ana elemanları, koruma tabakası, filtre ve topuktur. Eğer gerek görülürse topuk kazığı ve su aşmasını engelleyecek elemanlarda inşa edilir.
Şekil 2.6 Taş Dolgu Kıyı Kaplaması Koruyucu Tabakasının Yapıldığı Malzemeye Göre ; a. Taş b. Beton c. Beton Blok (Kuadripod Tetrapod, Tribar, Dollos vb) d. Kum veya Beton Dolu Torba e. İnce Taş Dolu Gabion f.
Bitkilendirme Filtre Tabakası; Taneli, Geotekstil veya kompozit malzemeden oluşturulabilir.
Gabion: İçi ince taş doldurularak oluşturulmuş telden diktörtgen sebetlerdir.
Boyutları: 3-4 m uzunluğunda 1-3 m genişliğinde 0.3-1 m kalınlığında’dır.
Dalga kırılması ve şev üzerinden geri dönüş akımlarının büyük olması durumunda; topukla birlikte bu noktaya bir kazıkta çakılabilir. Kaplama tabakasında üsten su aşması durumunda, kaplama arkasında erozyon, kret seviyesindeki malzemenin taşınması ve drenaj problemleri oluşabilir. Bu yüzden üst yüzeydeki kaplamanında belirli bir kalınlık ve genişlikte olması yada su aşmasını engelleyici bir yapının yapılması gerekir. 2.2. Kıyı Stabilite Yapıları
Bu yapılar; kıyı çizgisiyle bağlantılı veya bağlantısız olarak inşa edilebilirler. Asıl amaçları, kıyıboyu ve kıyıya dik malzeme hareketi mekaniğini (dalga ve akıntı özelliklerini değiştirerek) değiştirerek kıyıda hareket eden veya bulunan malzemeyi kıyı bölgesinde tutarak, kıyıyı ve dolayısıyla da kıyı gerisini korumaktır. Bu yapılar, küçük ve orta büyüklükteki dalgalara karşı kıyı bölgesinde iyi bir koruma sağlarlar. Fırtına dalgalarının etkisini azaltarak da kıyı erozyonunu önlemede başarılıdırlar. Bunlar; a. Mahmuzlar b. Jetler c. Açık Deniz Mendirekleri d. Suni Besleme’dir. 2.2.1. Mahmuzlar (Groins)
Mahmuzlar, kıyı bölgesinde hareket eden katı maddeyi tutmak, koruyucu sahil veya yeni bir kıyı çizgisi oluşturmak, bir kıyıdaki erozyonu önlemek, risk altındaki bir kıyı duvarını korumak gibi sebeplerle genellikle kıyıya dik inşa edilen kıyı yapılarıdır. a. Genel Bilgiler
Mahmuzlar, dar (5-8 m) ve uzun (30-200 m) yapılardır. Mahmuzlar; Plandaki Şekillerine Göre:
Düz Mah.
L Mah.
T Mah.
Kırık Mah.
Y Mah.
Şekil 2.7 Mahmuzların Planda Şekilleri
Açılı Mah.
Profildeki Şekillerine Göre:
Sabit Kretli Mah.
Değişken Kretli Mah.
Şekil 2.8 Mahmuzların Profilde Şekilleri Yapıldıkları Malzemeye Göre: Beton Blok (Kuadripod Tetrapod, Tribar, Dollos vb), Ahşap, Çelik, Asvalt ve Taş Dolgu Mah. Geçirimliliklerine Göre: Geçirimli, Geçirimsiz Mah. Yüksekliklerine Göre: Yüksek, Alçak Mah. Uzunluklarına Göre: Uzun, Kısa Mahmuz olarak sınıflandırılabilir. Mahmuzlar tek yapılabildiği gibi bir seri halinde de yapılabilir. Mahmuzların yapıldığı kıyı bölgesi dengeye ulaşıncaya kadar Menba taraflarında yığılma mansap taraflarında is oyulma oluşur.
Tek Mahmuz
Seri Mahmuzlar Şekil 2.9 Tek ve Seri Halinde Düz Mahmuzlar
b. Projelendirme Kriterleri
Kıyı bölgesindeki sediment taşınımı ile mahmuzlar arasındaki karşılıklı etkileşim çok karışıktır ve henüz tam anlamıyla anlaşılamadığından, her zaman ve her yerde geçerli kriterleri ortaya koymak zordur. Ancak, şu ana kadar yapılan çalışmalardan elde edilen genel esaslar şöyle özetlenebilir:
Mahmuzlar, sadece kıyı boyu sediment taşınımını engeller; kıyıya dik taşınımda etkin değildir. Bu durum sadece düz mahmuzlar için geçerlidir. L ve T şeklindeki mahmuzlar kıyıya dik taşınımın tutulmasında da yardımcı olur.
Mahmuzların civarındaki ve mahmuz sisteminin arasındaki kıyı şekli, kıyı boyu sediment taşınımının miktar ve yönüne bağlıdır.
Mahmuzların memba tarafında yığılan sediment, tabii kıyı profilini değiştirir ve yeni bir kıyı şekli oluşur.
Mahmuzların arasına dalgalar tarafından yığılan su kütlesi, bazen “rip akıntısı” şeklinde açıkdenize dönebilir.
Mahmuzların yol açtığı kıyı değişimleri ve mahmuzların üstünden veya müzvarından geçen katımadde miktarları; mahmuzların boy ve yüksekliğine, su seviyesine ve yörenin dalga iklimine bağlıdır.
Memba tarafında malzeme yığılması (fillet) nedeniyle, mansap tarafının tabii dengesi bozulur ve yeni denge şartları oluşuncaya kadar bu kısımda oyulmalar gözlenir.
c. Mahmuz Boyları ve Aralıkları
Mahmuzlar, sadece inşa bölgelerini ve yakın kıyıyı koruyan yapılardır. Bu nedenle, tekil veya sistem halinde yapılacak mahmuzlar, tüm koruma yöresini kapsayacak şekilde yapılmalıdır. Mahmuz uzunlukları (L) ile aralıkları (G) arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. Bu konuda kesin bir kriter olmamakla beraber düz mahmuzlarda; G/L= 1.5 - 2, T ve L şeklindeki mahmuzlarda ise; G/L= 2.0-2.5 değerleri önerilmektedir. Projelendirmede, yöresel dalga ve sediment özellikleri dikkate alınarak matematiksel ve fiziksel model çalışmaları sonucu optimum çözüm elde edilebilir. d. Kıyıya Etkileri
Mahmuzlar kıyı boyu katımadde (sediment) hareketini engellediklerinden, memba (updrift) taraflarında yığılma (fillet), malzeme akımının kesilmesi sebebiyle, mansap (downdrift) taraflarında oyulma oluşur. Bu oyulma, kıyı yeniden dengeye ulaşana kadar devam eder (Şekil 2.10a). Bu nedenle, mahmuzların mansap taraflarının, kaya gibi erozyona dayanıklı malzemeden oluşması uygundur. Mahmuz sistemlerinin de membalarında yığılma, mansaplarında ise oyulma olur (Şekil 2.10b).
NET TAŞINIM YÖNÜ
yığılma
yığılma
++++++
++
++++++
- -- - -
oyulma
++
-- -- - -- -- -
++ ++
----
oyulma (b)
(a)
Şekil 2.10 Mahmuzların Kıyıya Etkileri e. Yapısal Özellikleri
Mahmuzlar; geçirimliliklerine göre geçirimli ve geçirimsiz; yüksekliklerine göre yüksek ve alçak ve uzunluklarına göre de kısa ve uzun mahmuzlar olarak sınıflandırılabilir. Ancak, uygulamada, yapıldıkları malzeme türüne göre ahşap, çelik, beton ve taş dolgu mahmuzlar olarak sınıflandırılırlar. Ahşap Mahmuzlar:
Ahşap mahmuzlar, kalas ve kazıklarla desteklenen ahşap perdelerden oluşan geçirimsiz yapılardır. Yapının iç kısmındaki ahşap perde (sheet pile), üst ve alt kısımlarda mahmuz boyunca uzanan ahşap kalasla (wale) ve belirli aralıklarla ve çaprazlama iki taraftan yerleştirilen yuvarlak kazıklarla (round piles) desteklenir (Şekil 2.11). Kalasların kalınlıkları en az 20 cm, kazıkların çapları da en az 30 cm olmalıdır. Ahşap perdeler, ya geçmeli (tongue and groove) olarak yapılır ya da çivilerle birleştirilir. Bu şekilde geçirimsiz bir gövde teşkil edilir. Çakıl gibi iri malzemeden oluşan kıyılarda, yuvarlak kazıkların belirli aralıklarla çakılmasıyla geçirimli mahmuzlar yapılabilir. Şekil 2.12’de, Yakakent Balıkçı Barınağı yakınında yapılan tip bir mahmuz görülmektedir. Yuvarlak Kazıklar
A
Su Seviyesi Ahşap Kalaslar
Ahşap
Yuvarlak Kazıklar
A
Ahşap Perde A-A Kesiti
Şekil 2.11 Ahşap Mahmuz
Şekil 2.12 Yakakent Balıkçı Barınağı Bitişiğindeki Ahşap Mahmuzlar Çelik Mahmuzlar:
Çelik mahmuzlar; genellikle, düz, eğrisel ya da Z şeklindeki çelik levhaların (palplanş) iç içe geçmesi ve bunların ahşap kalas ve kazıklarla desteklenmesi şeklinde yapılı. Ayrıca, içi doldurulmuş çelik borulardan oluşan mahmuz türleri de vardır. Beton Mahmuzlar:
Beton mahmuzlar, daha önceleri, yapının içinden kum geçmesini sağlayacak şekilde geçirimli olarak yapılıyordu. Ancak, daha sonra,
ön gerilmeli betondan yapılan geçirimsiz mahmuzlar
geliştirilmiştir. Bu mahmuzların üst kısmında, yerinde döküm beton başlık bulunur. Taşdolgu Mahmuzlar:
Taşdolgu mahmuzlar, ocak artığı gibi ince ve geçirimsiz malzemeden oluşan çekirdek tabakasının üzerine, dalgalarla hareket etmeyecek ağırlıktaki kaya bloklardan yapılan üst koruma tabakasından oluşur (Şekil 2.13). Geçirimsizliği sağlamak önemli ise, kaya blokların arası
beton ya da asfalt sıva ile
doldurulabilir. Bu, yapının dalgalara karşı stabilitesini de artırır. Mahmuz tipinin seçiminde en önemli faktörler; ekonomi (malzemenin elde edilebilmesi, bakım ve onarım masrafları vb), dalga şartları ve temel malzemesi durumudur. Uygulamada en çok taşdolgu mahmuzlar kullanılmaktadır. Bu mahmuzların en önemli avantajları; esnek olmaları, kolaylıkla onarılabilmeleri, dalgaların önemli bir kısmını absorbe edip yansıtmamaları ve malzemelerinin ucuz olmasıdır. Buna karşılık, çok miktarda malzeme gerektirmeleri, ilk yatırım maliyetlerinin pahalı oluşu vb dezavantajları vardır.
Şekil 2.13 T Şeklinde Taşdolgu Mahmuz 2.2.2. Jetler (Jetties)
Jetler, liman giriş kanallarını veya nehir-deniz ağızlarını dalgalara karşı korumak ve buraların katı madde ile dolmasını önlemek için (gemi trafiğini aksatmayacak su derinliğini sağlamak) inşa edilen yapılardır. Bu yapılar inşa edilirken Navigasyon çalışması da yapılmalıdır. Kıyıya etkileri ve yapısal özellikleri, mahmuzlarla aynıdır. a. Yer Seçimi:
Jetlerin yer seçimi ve aralıklarının belirlenmesi çok önemlidir ve bazen model çalışmalarını da kapsayan hidrolik, navigasyon ve sedimentasyon çalışmalarını kapsayan ayrıntılı araştırmalar yapılmalıdır. b. Kıyıya Etkileri:
Mahmuzlar gibi jetlerin de memba taraflarında sediment tutulması nedeniyle yığılma ve mansaplarında da oyulma olur. Membada yığılan sediment miktarı, yapının boyuna ve kıyıyla yaptığı açıya bağlıdır. Bu açının dik olması halinde maksimum yığılma olur.
c. Yapısal Özellikleri:
Jetlerde yapı malzemesi olarak genellikle taşdolgu kullanılır. Kaya malzemenin yeterli stabilitesi sağlamaması durumunda kuadripod, tetrapod vb özel şekillerde yapılan beton bloklar da kullanılabilir. Ahşap, çelik veya beton kazıklarla yapılan jetler de yaygın olarak kullanılmaktadır.
2.2.3. Açıkdeniz Mendirekleri (Offshore Breakwaters, Detached Breakwaters)
Açık deniz mendirekleri, koruma bölgesinde hareket eden katı maddeyi tutmak, koruyucu sahil veya yeni bir kıyı çizgisi oluşturmak gibi sebeplerle genellikle kıyıyla bağlantısı olmayan ve genellikle kıyıya paralel yapılan yapılardır. Mahmuzlar gibi tek yada seri halinde yapılabilir.
L
L
G
L
G
L
X
Şekil 2.14 Tek ve seri halde açıkdeniz mendirekleri Açık deniz mendirekleri, kendileri ile kıyı arasındaki
bölgede dalga enerjisini azaltarak kıyı
korumasına yardımcı olurlar. Yapıya çarparak yansıyan veya yayılan dalgalar, mendireğin kenarlarından geçerken dalga dönmesi nedeniyle küçülür ve enerjileri azalır. Sonuç olarak, dalgaların katı madde taşıma kapasiteleri de azalarak yapıların kıyı taraflarında katı madde yığılması başlar ve bu yığılma kıyı çizgisinden yapıya doğru zamanla hareket eder (Salient, muska). Bu yığılma bazen yapıya kadar ulaşarak mendirekle kıyı birleşir (Tombolo).
Şekil 2.15 Açık Deniz Mendirekleri ve Kıyıya Etkileri
Kıyı çizgisindeki değişim ve mendireklerin arkasına sediment yığılmasının hesabı için çeşitli öneriler yapılmıştır. Genel olarak, kıyıdan uzaklık (X), mendirek boyu (L) ve aralığı (G) arasındaki ilişkilerin etkin olduğu söylenebilir. X/L<1 olması durumunda tombolo olması muhtemeldir. X/L oranının büyümesi halinde kıyıdaki değişim azalır. Ayrıca, G/X ve G/L boyutsuz değişkenleri de önemli parametrelerdir. Yapıldıkları Malzemeye Göre: Taş Dolgu veya Beton Bloklardan (Kuadripod Tetrapod, Tribar, Dollos vb) oluşturulabilirler.
Şekil 2.16 Seri Halde Açıkdeniz Mendirekleri Uygulaması 2.2.4. Kumsal Besleme
Gittikçe popüler olan bu yöntem kıyı erozyonu için oldukça etkin sonuçlar vermektedir. Bu yöntemde kıyı besleme bölgesi dışındaki bir kaynaktan sağlanan kum ile kıyı beslenmektedir. Amacı; kıyıyı korumak, eğlence-dinlenme amaçlı plaj oluşturmak veya her iki fonksiyonu bir arada yerine getirmektir. Planda ve profilde besleme sonrası meydana gelen dengesizlik, kıyıboyu ve kıyıya dik katı madde hareketi sonrası zamanla dengeye gelir. Beslemeden Sonraki Kıyı Çiz. Kıyı Beslemesi
Beslemeden Önceki Kıyı Çiz.
Şekil 2.17 Beslemede Katımadde Taşınımı
Tasarım ve inşa profilleri: Besleme malzemesi plajın denge profilinden daha dik yerleştirilir. Beslenmiş plaj profilinin dengeye ulaştıktan sonra alacağı şekil tasarım profilidir. Projeye göre inşa edilmesi gereken profil inşa profilidir. Tasarım Profili OSS Eski Kıyı Profili
İnşa Profili
Şekil 2.18 Tasarım ve İnşa Profilleri Besleme malzemesinin kıyı profilinde yerleştirilebileceği bölgeler OSS
a. Kumul Besleme
OSS
b. Plaj Besleme
OSS
c. Profil Besleme
OSS
d. Bar Besleme
Şekil 2.19 Besleme Bölgeleri
Malzeme karadan kamyonlarla yapılacaksa a ve b, denizden yapılacaksa c ve d uygun Besleme Yöntemleri:
Direkt Yerleştirme (Karadan yada denizden getirilen malzeme projeye uygun yerleştirilir) Yakın Kıyı Yerleştirmesi ( Bu yöntemde denizden taranan malzeme kıyı bölgesinde daha sığ sulara pompalanır ve dalga ve akıntı yardımıyla kıyı bölgesinde yayılır) Sürekli Stok (Besleme malzemesi, Kıyıda mahmuz vb kıyı yapısı membasında tutulur ihtiyaç oldukça mansap tarafına by-pass yapılır)
Yapılarla Birlikte Besleme:
Mahmuz vb kıyı yapılarıyla birlikte beslem yapılması projenin performansını artırır. Çünkü yapılar malzeme kaymını önlemede yardımcı olurlar. Beslemeden Sonraki Kıyı Çiz.
Mahmuz
Beslemeden Önceki Kıyı Çiz.
Şekil 2.20 Yapılı Kıyı Beslemesi Besleme kumu ya mevcut kıyının kumu ile aynı çapta ya da daha büyük çapta olması gerekir. Aksi taktirde beslenen kum çok çabuk erozyona uğrar. Dbesleme > Dmevcut olan Besleme Malzemesi Karadan veya Kıyı Bölgesinden temin edildiği gibi açık denizden e temin edilebilir.
2.3. Yapı Tipi Seçimi
Yapı tipi seçiminde; a. Dalga şartları; (Örneğin; dalga yüksekliğinin büyük olduğu durumlarda ahşap mahmuzlar uygun
değil, basabaklı ve eğri yüzeyli kıyı duvarları düz yüzeylilere göre daha uygun olabilir. b. Malzeme Durumu; (Kolay bulunabilen malzeme, ekonomik olmalı ve bakım onarım maliyeti de
dikkate alınmalı) c. Temel Durumu; (Zayıf zeminlere yükün geniş alanlara yayıldığı taş dolgu)
3. TAŞDOLGU DALGAKIRANLAR (MENDİREKLER)
Dalgakıranlar (mendirekler) çoğunlukla bir kıyı koruma yapısı ve liman elamanı olarak kullanılırlar. Birçok farklı tipte dalgakıran bulunmaktadır. Bunları başlıcaları; ayrık, yüzen, düşey yüzlü, kazıklı ve taş dolgu dalgakıranlardır. Çoğunlukla uygulamada kullanılan dalgakıran türü, taş dolgu dalgakıranlardır. Şekli oldukça basittir ve taşlardan müteşekkildir. Dalgakıranlar, dalga kuvvetlerinin sebep olduğu yer değiştirmelere karşı koyacak yeterinde büyük kayalardan oluşan homojen bir yapıdadırlar. Büyük taşlar çok pahalıdırlar çünkü; çoğu taş ocağı esas olarak ince ve küçük malzemelerden çokça vermesine rağmen, büyük taşlar açısından oldukça verimsizdir. Onun için geleneksel taş dolgu yapılar, dışı büyük taşlarla kaplı koruyucu tabaka (armour layer) ile çevrili ince taşlardan oluşan bir çekirdek (core) tabakasına sahiptir. İnce malzemenin yıkanıp gitmesini önleyebilmek için bir filtre tabakası oluşturulması şarttır. Filtre tabakası koruyucu tabakanın (armour layer) tam altında yeralır ve alt tabaka (under layer) olarak adlandırılır. Yapı, koruyucu tabaka (armour layer), filtre tabakası (veya tabakaları, fitler layer(s)) ve çekirdekten oluşan çok tabakalı bir sistemdir. Koruyucu tabakanın aşağı kısımları bir topuk (toe) palyesi (berm) ile desteklenir. Geleneksel bir taş dolgu dalgakıran Şekil 3.1’de verilmiştir. Yeterince büyük blokların bulunamadığı yerlerde ve sert iklime sahip bölgelerde taş dolgu koruyucu tabakada değişik beton elemanlarda kullanılmaktadır (Şekil 3.2).
Deniz yönü Tırmanma ucu
Kret Alt tabaka
Koruyucu tabaka
Çekirdek
Ayak
Deniz tabanı
Şekil 3.1 Tipik Çoklu Tabakalı Taş Dolgu Dalgakıranın En Kesiti 3.1. Planlama Esasları 3.1.1. Yapılış Maksatları
1. Kıyıyı dalga etkilerine karşı korumak. Bir limanda veya yaklaşım kanalında, gemilerin rahatça hareket edebilmesi (navigasyon) için dalga etkilerinin en aza indirilmesi dalgakıranların en önemli görevidir. 2. Liman ve yaklaşım kanalı girişlerinde sediment yığılmasını önleyerek tarama ihtiyacını en aza indirmek. 3. Yükleme rıhtımlarına ilave olarak rıhtım alanı oluşturmak. 4. Kıyıdaki akıntıları yönlendirmek.
Şekil 3.2 Taşdolgu Yerine Kullanılan Beton Elemanlar 3.1.2. Yer Seçimi
Dalgakıranların en önemli görevi, gemiler ve tekneler için dalgalardan korunmuş bir alan oluşturmaktır. Bu nedenle, yer seçiminde en önemli faktör, minimum dalga girişini sağlayacak bir bölge ve konumun seçilmesidir. Bunu belirlemek için, derin deniz dalga tahminlerinin yanısıra, sığlaşma, sapma ve dönme nedeniyle dalgaların yön ve yüksekliklerinde oluşacak değişimler de analiz edilmelidir. Mendirek yerinin seçiminde; gemi girişi için yeterli derinliğin sağlanması, liman içine sediment girişinin en az olması vb. faktörler de göz önünde bulundurulmalıdır. 3.2. Yapısal Özellikleri a. Türleri:
Kıyıyla bağlantılı dalgakıranlar genellikle kaya dolgu veya beton bloklardan yapılır. Şev eğimleri 1/1.5 ile 1/3 arasında değişir. Kırılan ve kırılmayan dalgalar durumunda en genel halde tavsiye edilen taş dolgu dalgakıran tipleri Şekil 3.3 ve 3.4’de verilmiştir. Çok yüksek dalgalara (H>5m) maruz dalgakıranlarda çok ağır taşlar (W>15ton) kullanılması gerekebilir. Ancak, bu büyüklükteki taşların ocaklarda elde edilebilmeleri, taşınmaları ve yerleştirmeleri oldukça güç ve masraflıdır. Bu durumlarda,
özellikle denize bakan şevlerde, koruyucu tabaka olarak ya dikdörtgen şeklinde veya blokların birbirine kenetlenmesi suretiyle yapının stabilitesini artıran tetrapod, tripot vb özel şekillerden yapılmış beton bloklar kullanılması uygundur (Şekil 3.2 ve 3.5). Uygulamada en çok karşılaşılan taşdolgu dalgakıranların bazı yapısal özellikleri şöyledir: 1. Enkesit Şekli: Bu yapıların en iç kısımlarında geçirimsizliği sağlamak için ocak artığı malzemeden (0-
400 kg veya W/200-W/4000) çekirdek tabakası yapılır. Bu tabakanın dışında, filtre tabakası yapılır. Bunun gayesi, çekirdek bölgesindeki malzemenin, dalga etkisi ile taşınmasını önlemek ve ayrıca, dalga enerjisinin bir kısmını geçirimlilik yoluyla absorbe etmektir. Dalgakıran yapımı sırasında, koruyucu tabaka yerleştirilene kadar filtre tabakası dalgalara maruz kalabileceğinden, bu tabakanın çok küçük taşlardan yapılması doğru olmaz. Uygulamada genellikle filtre tabakasında, koruyucu tabakada kullanılan taş ağırlığının (W) 1/10’u ağırlığında (W/10) taşlar kullanılır. Filtre tabakasının dışında ise W ağırlığında iri bloklardan oluşan koruyucu tabaka bulunur. Bazı durumlarda, stabiliteyi artırmak için dış kısımlarda yatay veya maksimum 1/6 eğiminde bir sahanlık (palye) yapılabilir(Şekil 3.3-3.4). Deniz tarafı Kret Koruyucu Tabaka Filtre
Max. tasarım SWL
SWL (minimum)
-H
W
θ
-2H
Liman tarafı
Çekirdek W/200-W/6000
W/10-W/15
Şekil 3.3 Kırılmayan Dalga Durumunda Önerilen Taşdolgu Dalgakıran Enkesiti Deniz tarafı Kret
Max. tasarım SWL
Deniz tarafı
W W/10 Min. tasarım SWL
r θ
3r 2r
Çekirdek
W/10
W/200-W/4000 -1.3H
Şekil 3.4 Kırılan Dalga Durumunda Önerilen Taşdolgu Dalgakıran Enkesiti
Şekil 3.5 Tetrapod ve Taşdolgu Dalgakıran 2. Kret Kotu ve Kret Genişliği: Kret kotu iç taraftaki şevin stabilitesine ve blok özelliklerine doğrudan
etki eder. Kret kotu düşük seçilirse, dalga aşması nedeniyle iç bloktaki taşların stabilitesi tehlikeye girer. Genel olarak, kret kotunun sakin su seviyesinden (1-1.5)H1/3 kadar yukarıda seçilmesi uygun olur. Bu hesaplarda, belli bir proje dalgası dikkate alınarak bu dalganın tırmanma miktarı (Ru) hesaplanır ve kret kotu buna göre de belirlenebilir. Kret genişliğinin seçiminde esas faktör, inşa sırasında makinelerin rahatlıkla çalışabilmesinin sağlanmasıdır. Kret genişliği, blok büyüklüğüne bağlı olarak şöyle hesaplanır: 13
W B n k Δ γs
(3.1)
Burada: B
: Kret genişliği (m),
W
: Taş ağırlığı (ton),
n
: Blok sayısı,
s
: Blokların özgül ağırlığı (t/m3),
kΔ
: Ampirik bir katsayı, taş bloklarda (1-1.3) arasındadır.
3.Kronman Betonu: Taşdolgu dalgakıranın kret kotunu düşük tutmak için veya kretten bir yol geçmesini
sağlamak gayesiyle bu yapıların üst kısmına “kronman betonu” (veya dalga perdesi) denen bir beton yapılır (Şekil 3.6).
4.Koruyucu Dış Tabakanın Özellikleri: Taşdolgu dalgakıranlarda en pahalı bölge dalgaya karşı koyan
en dış tabakadır. Bu nedenle, bu bölgeyi, gerekenden fazla derin yapmak maliyeti önemli ölçüde artırır. Genel olarak bu tabaka, sakin su seviyesinden 1.5Hb kadar derinliğe indirilir. Eğer kretten dalga aşması bir sorun oluşturmuyorsa, iç şevde daha küçük taş blokları kullanılabilir. Aksi halde dış tabaka, sakin su seviyesine kadar indirilmelidir. Deniz tarafı
Dalga Perdesi
Liman tarafı
O.S.S.
θ
Şekil 3.6 Kronman Betonlu Taşdolgu Dalgakıran Kesiti 5.Koruyucu Dış Tabaka ve Alt Tabakaların Kalınlığı:
Dış Tabaka ve alt tabaka kalınlıkları hesaplanırken aşağıdaki formül kullanılır: 13
W r n k Δ γs
(3.2)
Tabakadaki yerleştirme yoğunluğu (birim alandaki koruyucu tabaka sayısı) ise verilmiş olan formül ile tahmin edilir:
NA P γs n k Δ 1 A 100 W
23
r
: Ortalama tabaka kalınlığı
n
: Taş veya beton blok sayısı
W
: Taş ağırlığı (ton)
s
: Blokların özgül ağırlığı (t/m3)
NA
: Verilen bir yüzey alanı (A) için gerekli olan koruyucu birim sayısı
kΔ
: Tabaka katsayısı
(3.3)
Formüllerde verilen k Δ ve kaplama tabakası için ortalama porozite (P) yapılan deneysel çalışmalar ile belirlenmiş ve bu değerler Tablo 3.1’de sunulmuştur. Tablo 3.1 Değişik Koruyucu Birimler İçin Tabaka Katsayısı ve Poroziteler Koruyucu Tabaka
Ocaktaşı ( düz)1 2
Ocaktaşı ( pürüzlü) Ocaktaşı ( pürüzlü)
3
Ocaktaşı (paralel yüzlü) Ocaktaşı
4
Küp 1
Tetrapod
n
Yerleştirme
kΔ
P
2
Rastgele
1.02
38
2
Rastgele
1.00
37
≥3
Rastgele
1.00
40
2
Özel
-
27
Sınıflandırılmış
Rastgele
-
37
2
Rastgele
1.10
47
2
Rastgele
1.04
50
1 Hudson ( 1974) 2 Carver ve Davidson (1983) 3 Tabaka kalınlığı, paralel yüzlü taşların uzun boyutunun 2 katıdır. Gözeneklilik, düzeltilmiş küplerin düzgün bir Çizimde yerleştirilerek tek tabaka üzerinde yapılan testlere göre belirlenir. 4 En küçük tabaka kalınlığı küp biçiminde W50 riprap boyutunun 2 katıdır. Sınıflandırılmış tabaka kalınlığının ≥ 1.25 küp biçiminde W50 riprap boyutu 6.Yer Seçiminde Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar: Bir dalgakıranı, istenen maksatları sağlayacak
şekilde, planda değişik şekillerde yerleştirmek mümkündür. Ancak, ekonomi için mümkün olduğunca şu şartlara dikkat edilmelidir: Dalgakıran boyu kısa olmalıdır; dalgakıran boyunca su derinliği az olmalıdır; taşlar kısa mesafeden taşınmalı ve taş ocağı yeterli büyüklükte bloklar verebilmelidir; taban zemini çok zayıf olmamalıdır. 3.3. Taşdolgu Dalgakıranların Blok Ağırlıklarının (W) Belirlenmesi
Kıyı yapıları üzerine gelen dalgaların yaptığı tesirler çok karmaşık olup yapıya gelen kuvvetlerin ve dağılımlarının tam olarak bulunabilmesi çok zordur. Koruyucu tabaka, belirli değişim aralığında rastgele büyüklükte ve şekildeki taş blokların düzensiz olarak birleşmesinden oluşmaktadır. Günümüzde kullanılan
teorik ve ampirik blok ağırlıklarını veren formüller
bir takım ön kabullerle çıkarılmış
olduğundan, kullanılırken bunların dikkate alınması gerekmektedir. Taşdolgu kıyı koruma yapıları ve dalgakıranlar üzerindeki çalışmalar 19. yüzyılın başında baslamış olup, 1930 yılına kadar, kullanılabilecek bir metot ortaya çıkmamıştır. Blok ağırlıklarının hesabı tamamen gözlem ve deneyimlere dayandırılıyorken, daha sonraları çeşitli ülkelerde yapılan deneysel ve teorik çalışmalar sonucunda 20'ye yakın formül ortaya konulmuş olup günümüzde en çok kullanılanlardan biri Hudson formülüdür. Bu formül eski ve ciddi sınırlamalar içeren bir formüldür. Dalgakıranlarda çeşitli kuvvetler rol oynar. Bu kuvvetler ağırlık, dalga kuvvetleri (hidrolik basınç ve emme) ve atalet kuvvetleri, toprak basıncı İçsel toprak basıncı, yapı arkasındaki toprak dolgu), su seviyesindeki değişimlerden dolayı
dışsal basınçlar ve deprem kuvvetleridir. Formül her bir koruyucu birimin dalga kuvvetleri karşısında stabilitesini sürdürebilmesi için kuvvetler dengesi prensibine dayanır. 3.3.1. Blok Ağırlıklarının Belirlenmesi
Taş dolgu dalgakıranların tasarımında, koruyucu tabaka taş büyüklüğü, tasarım dalgası karakteristikleri kullanılarak Hudson eşitliğinden bulunmuştur:
W (ton)
s H 3 tan
Sr 1
3
KD
(3.4)
Burada, W
: Koruyucu tabaka taş ağırlığı (ton),
H
: Proje dalgası yüksekliği (m),
: Şev açısı,
s
: Blok özgül ağırlığı (ton/m3),
Sr
: Sr= s/w olup burada w suyun özgül ağırlığı (ton/m3),
KD
: Stabilite (hasar) katsayısıdır.
Taş dolgu dalgakıranların tasarımında, verilen derin deniz dalga şartı için, üç tasarım durumu göz önüne alınır (Şekil 3.7).
Şekil 3.7 Dalgakıran Tasarım Aşamaları
Şekil 3.7’de gösterilen tasarımın dalgası karakteristikleri; Ho
: derin deniz tasarım dalga yüksekliği
T
: dalga periyodu
0
: derin deniz yaklaşım açısı
ds
: yapı derinliği
Hds
: yapı derinliğindeki dalga yüksekliği
Hb
: Kırılma anındaki dalga yüksekliği
db
: dalganın kırılma derinliği
d'
: db ‘den xp uzaklıktaki derinliktir.
Hudson eşitliğinde kullanılan tasarım dalgası yüksekliğine, yapı derinliği (ds)‘ndeki, kırılan yada kırılmayan dalga durumuna göre karar verilir. KD katsayısı da kırılan ve kırılmayan durumlar için seçilir (Tablo 3.2). Bu durumlara göre tasarım aşamaları aşağıdaki gibidir: 1. Verilen derin deniz tasarım dalgası için (H0,T ) Hb hesaplanır, db hesaplanır, xp hesaplanır,
x p p H b 4 9.25m H b db gözönüne alınarak ds yerleştirilir. 2. Tasarım için uygun olan durum Şekil 3.7’ye göre seçilir ve hesap yapılır. 3. Uygun olan H ve KD parametresi Hudson eşitliğinde kullanılır. Tasarım Durumları: Durum 1: ds > db
=> Yapıya kırılmadan ulaşan dalgalar (NB)
H ds H 0 K s K r hesaplanır. KDNB kullanılır. (KDNB kırılmayan durum için KD katsayısıdır.)
γ s × H ds × tanθ 3
Hudson Eşitliği; W(ton) =
(Sr -1)×K DNB
Durum 2: d’ ds db
=> Yapı üzerinde kırılan dalgalar (BW)
Hb kullanılır. KDB Kullanılır.
γ s × H b × tanθ 3
Hudson Eşitliği; W(ton) =
(Sr -1)×K DB
Durum 3: ds
=> Yapıya ulaşmadan kırılan dalgalar
x 'p
kullanılarak H 'b hesaplanır. (Şekil 3.8)
x p p H b 4 9.25m H b
K DB kullanılır.
γ s ×(H b ' )3 × tanθ Hudson Eşitliği; W(ton) = (Sr -1)×K DB Tablo 3.2 KD değerleri Dalgakıran Gövdesi
Dalgakıran Müzvarı
KD(b)
KD
Eğim cotα
Koruyucu tabaka
Kırılan
Kırılmayan
Kırılan
Kırılmayan
dalga
dalga
dalga
dalga
rasgele
1.2
2.4
1.2
1.9
1.5-3
rasgele
1.6
3.2
1.4
2.3
(c)
(d)
2.9
(d)
2.3
(c)
1.9
3.2
1.5
1.6
2.8
2.0
1.3
2.3
3.0
n
Yerleştirme
Pürüzsüz yüzey
2
Pürüzsüz yüzey
3
Ocaktaşı
Pürüzlü köşeli Pürüzlü köşeli Pürüzlü köşeli
1 2 3
(d)
rasgele
rasgele
2.2
4.5
2.1
4.2
(c)
(e)
5.8
7.0
5.3
6.4
(c)
7.0-20.0
8.5-24.0
-
-
(c)
5.0
6.0
1.5
4.5
5.5
2.0
3.5
4.0
3.0
8.3
9.0
1.5
7.8
8.5
2.0
6.0
6.5
3.0
8.0
16.0
2.0(b)
7.0
14.0
3.0
özel
2
özel
Parallelepiped
2
rasgele
Tribar
2
2
4.0
(e)
Pürüzlü köşeli
Tetrapod, Quadripod
2.0
rasgele
rasgele
7.0
9.0
8.0
10.0
Dolos
2
rasgele
15.0
31.0
Modified Cube
2
rasgele
6.5
7.5
-
5.0
(c)
Hexapod
2
rasgele
8.0
9.5
5.0
7.0
(c)
Toskanes
2
rasgele
11.0
22.0
-
-
(c)
Tribar
1
üniform
12.0
15.0
7.5
9.5
(c)
-
rasgele
2.2
2.5
-
-
-
Ocaktaşı Graded Köşeli
Şekil 3.8 Tam Yapı Önünde Kırılan Dalga Yüksekliği
Taş kategorileri: İki sıralı kaplamada (0.75-1.25)W, tek sıralı kaplamada (1-1.25)W arasındadır. (3.4)
eşitliğindeki H proje dalgasının seçiminde dikkatli olunmalıdır. Eşitlikten de görüleceği gibi, blok ağırlıkları, H’nın küpü ile orantılıdır. Dolayısıyla, H’nın gerektiğinden büyük seçilmesi halinde çok büyük bloklara gerek duyulacaktır. Bu ise, maliyeti önemli ölçüde artıracağı gibi, büyük taş bloklarının temin edilmesi de oldukça güçtür. Tam yapı üzerinde kırılan dalgalar en tahripkar dalgalar olduğundan, uygulamada proje dalgası olarak, tam yapı üzerinde kırılan dalga seçilmektedir. 3.4. Taşdolgu Dalgakıranlarda Hasar Nedenleri
Taşdolgu dagakıranlar çok eski zamanlardandan beri kullanılan ve günümüzde en yaygın tipte kıyı koruma yapılarıdır. Bu yapılar, genelde dalgayı geri yansıtmazlar. Dalgalar bu tip yapılar üzerinde tırmanarak enerjisini kaybeder. Bu nedenle, koruyucu tabakadaki malzeme çeşitli su etkilerine maruz kalır. Taşdolgu dalgakıranlarda görülen hasarlar genelde aşağıdaki nedenlerden oluşmaktadır (Şekil 3.9): 1.
tg H s L0
2 olduğunda kırılan dalgalar nedeniyle tamamen yıkılma.
2. Dalganın hareketi nedeniyle blokların yerinden çıkması, 3. Özellikle dik şevlerde, şevin tamamen kayması, 4. Bazı durumlarda blokların küçük hareketlere başlamaları ve bunların zamanla artması sonucu stabilitenin bozulması, 5. Dalga perdesinin altının ayrılması, 6. Dalga aşması sonucu iç şevin bozulması, 7. Çekirdek malzemesinin çok kaba olması nedeniyle suyun dalgakıran içinde yükselerek yıkanmaya yol açması, 8. Topuk erozyonu, 9. Taban malzemesinin yetersizliği, 10. Malzemenin yeterince iyi olmaması, 11. Kötü işçilik. Bunların ışığı altında dalgakıranlarda dört değişik stabilitenin olduğu söylenebilir: a) Tüm yapının stabilitesi ki bu daha çok en üst tabakanın stabilitesine bağlıdır. b) Blokların tekil stabilitesi olup yerleştirilme biçimine ve sistemine bağlıdır. c) Geoteknik stabilite d) Blokların yapısal direncidir. Bunların hepsi bir birine bağlıdır ve birinin olmaması diğerlerini de tehlikeye sokar.
Şev eğimi > Sürtünme açısı
6
1 2
O.S.S
5 5
4
7
O.S.S
3
Alt tabaka
8
Kayma
Taban 9
Şekil 3.9 Taşdolgu Dalgakıranlarda Hasar Nedenleri 3.4.1. Taşdolgu Dalgakıranlarda Hasarı Azaltma Yöntemleri
Uygulamada en çok karşılaşılan hasar nedeni, dış kaplamanın yetersiz kalması sonucu şevdeki taşların yerlerinden oynaması veya kaymasıdır (2, 3 ve 4). Bunu önlemek için ya iri bloklar kullanılmalı, veya şev eğimi küçük tutulmalıdır. İri taş blokları için uygun taş ocakları bulmak güçtür. Ayrıca, bu blokların taşınıp yerleştirilmeleri zordur. Yerinde dökülen beton blokların ise maliyetleri çok yüksektir. Şev eğiminin küçük tutulması durumunda, dolgu hacmi ve dolayısıyla yapı maliyeti artmaktadır. Tetrapod, tripot, dolos vb. özel şekillerde yapılmış beton bloklarla yapı elemanlarının birbirine iyi kenetlenmesi nedeniyle tüm yapı
monolitik (tek) bir eleman gibi çalışmakta ve yapı stabilitesi artmaktadır. Ancak, bu elemanların hem kalıp ve beton masrafları çoktur; hem de yapımlarında kalifiye işçilik gerekmektedir. Stabilite sorunlarını azaltmak için son yıllarda geliştirilen ve “dinamik stabilite” adı verilen bir teknikten yararlanılmaktadır. Dinamik stabilitenin temel ilkesi şudur: Madem ki oluşan fırtınalar bir hasar kesiti meydana getiriyor; o halde oluşan hasar kesiti proje kesiti olarak uygulanırsa oluşacak hasar azalacaktır. Bu teknik, son yıllarda oldukça başarıyla uygulanmaktadır. Dinamik stabilite tekniğinin uygulanmasıyla, palyeli (bermli) kesitlerin daha iyi sonuç verdiği belirlenmiştir. Palye, kırılan dalganın enerjisinin önemli bir kısmını absorbe eden (yutan) ve yaklaşık olarak yatay olan (eğimi 1/5 ile 1/10 arasında) bir kısımdır. Palyeli dalgakıranlar, üç farklı eğimden oluşan bir S kesiti şeklindedir (Şekil 3.10). Kret Kotu O.S.S.
ds
Ocak Artığı (0-400) Kg
Şekil 3.10 Palyeli Bir Taşdolgu Dalgakıran Kesiti
4. LİMANLAR 4.1. Genel Bilgiler 4.1.1. Tanımlar
Liman, çesitli büyüklükteki gemi ve teknelerin sığınak, malzeme temini, yakıt doldurması, tamir veya yolcu ve yük taşıması için uygun yerleşim ve emniyetini sağlayarak fırtınalardan korunması maksadıyla yapılan ve çevresi kısmen çevrili olan su alanıdır. Liman ve barınak genelde eş anlamlı olarak kullanılmakla beraber aralarında az da olsa fark vardır. Barınaklar, genellikle gemi veya teknelerin dalga ve akıntılara karşı korunması için yapılır. Buna karşılık, gemi ve teknelerin barınma ihtiyaçlarının yanısıra, bakım ve onarım, yükleme ve boşaltma, depolama vb. hizmetlerinin görüldüğü yerler liman adını almaktadır. Bu tanımdan da anlaşılacağı gibi, limanlar barınaklardan daha geniş kapsamlıdır. 4.1.2. Limanların Sınıflandırılması a. Kuruluş Şekilleri Bakımından: a1. Tabii Limanlar: Ek bir yapı gerektirmeden, tabii olarak koruma sağlayan limanlardır. a2. Suni Limanlar: Tabii olarak korunamayıp, mendireklerle teşkil edilen limanlardır. b. Coğrafi Yapı Bakımından: b1. Deniz Kıyısı Limanları: Deniz kıyılarında kurulan limanlardır; liman denince genellikle akla
deniz kıyısı limanları gelmektedir. b2. Mansap Limanları: Nehirlerin denize döküldükleri yerlerde yapılan limanlardır. b3. Nehir Limanları: Geniş yataklı ve düzgün rejimli akarsularda, nehir ulaşımı maksadıyla inşa
edilen nehir limanları, akarsuların elverişsiz olması nedeniyle Ülkemizde çok azdır. c. Gördükleri Hizmet Bakımından:
Barınma ve Sığınma Limanları, Askeri Limanlar, Ticaret Limanları, Petrol Limanları, Sanayi Limanları, Balıkçı Limanları, Yat Limanları, Gemi Yapım ve Onarım Limanları, Serbest Bölge Limanları ve Çok Maksatlı Limanlar. 4.1.3. Bir Limanın Ana Elemanları
Bir limanda bulunması zorunlu olan ana elemanlar şunlardır:
1. Ana ve Tali Mendirekler: Eğer liman tabii olarak korunamıyorsa, gemi ve tekneleri dalga ve
akıntılara karşı korumak için ana ve tali mendirek inşa etmek zorunludur. 2. Liman Giriş Ağzı: Gemilerin limana giriş yapacağı kısımdır. 3. Manevra Alanı: Liman içindeki gemilerin rıhtım ve iskelelere emniyetli biçimde
yanaşabilmeleri ve buralardan ayrılabilmeleri için gerekli alandır. 4. Demirleme Alanı: 5. Liman İçi Yapıları: Bunlar, yükleme ve boşaltma için yapılan rıhtım ve iskele gibi yapılardır. Ana Mendirek
Giriş Ağzı
Rıhtım
Tali Mendirek
M Manevra Alanı Rıhtım
Rıhtım Rıhtım
Şekil 4.1 Bir Limanın Ana Elemanları 4.2. Liman Planlamasının Temel İlkeleri 4.2.1 Liman Planlamasının Hedefi
Liman planlamasının hedefi, en az maliyetli ve en fonksiyonel liman tesislerinin kurulmasıdır. Bu hedefe yönelik planlar yapılırken limanın gelecekteki muhtemel yük ve yolcu trafiği iyi tahmin ve etüt edilmelidir.
Bir limanın yapımından veya geliştirilmesinden önce, uzun dönemi kapsayan bir master
plan hazırlanmalıdır. Bazen, yeni tesisler yapmak yerine, mevcutları revize etmek daha uygun bir çözüm olabilir. İlk yatırım maliyetini düşük tutmak için, talep doğdukça yeni yapıların yapılması daha ekonomik olabilmektedir. 4.2.2. Planlama Aşamaları a. Limana Olan İhtiyacın Belirlenmesi: Askeri maksatlarla, iç ve dış ticaret gayesiyle limana olan
ihtiyacın ortaya konması gerekir. b. Fizibilite Çalışmalarının Yapılması: İhtiyaçları gidermek için yapılacak yatırımların rantabl
olup olmadığı belirlenir.
4.2.3. Liman Yerinin Seçimi
Bir bölgede, ekonomik ve sosyal araştırmalar sonucu liman yapılmasına karar verildikten sonra, aşağıdaki parametreler incelenerek liman yerinin seçimine karar verilir: a. Bölgedeki dalga ve akıntı durumu ayrıntılı olarak incelenerek, en az dalga ve akıntıya maruz
olan yer seçilmelidir. b. Katı madde taşınımın az olduğu bölgeler tercih edilmelidir. c. Topoğrafik şartların uygun olması gerekir. Liman yerinde kıyı çizgisinin gerisinde yeterli bir
kara alanı, deniz tarafında ise yeterli derinlikte su alanı bulunmalıdır. d. Limanın hem kara ve hem de deniz tarafındaki jeolojik yapı ve zemin, üzerine etkiyecek yükleri
taşıyabilmelidir. e. Liman yeri, bölgedeki ana ulaşım ağlarına yakın olmalıdır. 4.3. Dalgakıran Konumunun Seçimi
Liman yeri belirlendikten sonra, bu yerde yapılacak ana ve tali mendireğin (dalgakıran) konumu belirlenmelidir. Bu aşamada dikkate alınacak en önemli konu, liman içinin dalga, akıntı ve sedimentten korunması olmalıdır. Liman yapılacak yörenin rüzgar ve/veya dalga gözlemleri kullanılarak bir hakim (etkin=dominant) dalga yönü belirlenir ve ana mendirek bu yöne dik olarak planlanır. Diğer yönlerden gelecek dalga, akıntı ve sedimenti önlemek için de genellikle bir tali mendireğin yapılması gereklidir. Mendirek konumlarının seçiminde an önemli etkenlerden biri olan sediment hareketinin etkisi, daha sonra incelenecektir. 4.4. Liman Giriş Ağzı
Bir liman giriş ağzının iyi bir şekilde planlanması için giriş ağzının yeri, yönü, açıklığı ve derinliği uygun olmalıdır. 4.4.1. Giriş Ağzının Yeri
Limanların giriş ağızları, fırtınalı havalarda gemilerin güvenle yaklaşıp girebilecekleri bir biçimde olmalıdır. Bu yer, girecek gemilerin büyüklüğüne de bağlıdır. Giriş ağızları, bu parametrelere bağlı olarak, genellikle kıyıdan (600-1000)m açıkta bulunur. 4.4.2. Giriş Ağzının Yönü
Bir limanın giriş ağzı, limana girecek gemilerin dalgalara arkasını verecek şekilde manevra yapmasına imkan vermelidir. Genellikle giriş ağzının yönü, hakim dalga yönüne paralel olarak seçilir (Şekil 4.2).
Hakim dalga yönü
Şekil 4.2 Liman Giriş Ağzının Yönü 4.4.3. Giriş Ağzının Açıklığı
Liman giriş ağızlarının genişliğni belirlemede en etkin faktör, limana girecek gemilerin büyüklüğüdür. Bu genişlik, en az limana girecek en büyük geminin uzunluğu kadar olmalıdır. Giriş ağzı çok geniş olan limanlarda, dalga, akıntı ve sediment girişi bakımından büyük sorunlar ortaya çıkar. Genellikle, küçük limanlarda (100-150)m, büyük limanlarda (150-250)m genişlik yeterli olmalıdır. Giriş ağzının şevli dalgakıranlarla oluşturulması durumunda giriş ağzı genişliği su yüzeyinde değil, tabanda ana ve tali mendireklerin müzvarları arasındaki mesafe olarak dikkate alınmalıdır. 4.4.4. Giriş Ağzının Derinliği
Giriş ağzın derinliği, aşağıdaki eşitlikle bulunur:
d
H t 1 2
(4.1)
Burada d
: derinlik,
H
: dalga yüksekliği,
t
: limana girecek en büyük geminin su kesimidir.
Su kesimi değerleri (t), gemi büyüklüğüne ve dolu ağırlığına göre belirlenip tablolar halinde verilir. Örneğin, boyu 65 m, eni 10 m, ağırlığı 1000 t olan küçük bir geminin su çekimi 4 m, boyu 150 m, eni 20 m ve ağırlığı 13000 t olan büyük bir geminin su çekimi ise 9 m’dir. Giriş ağzı derinliği, ticaret limanlarında (8-12) m, büyük tanker limanlarında ise (13-18) m’dir. 4.5. Liman İçi Yapıları
Gemilerin yanaşıp bağlandığı, yükleme ve boşaltma yaptığı ve yolcu indirip bindirdiği deniz yapılarına genel bir ifadeyle “dok” veya “yanaşma yeri” adı verilir. Kıyıya az-çok paralel olan yanaşma yerlerine “rıhtım”, bir ucundan kıyıyla bağlantılı olarak denize uzanan yanaşma yerlerine ise “iskele” denir. Rıhtımların sadece bir tarafı yanaşma yeri olarak kullanılabilirken, iskelelerin her iki tarafı da kullanılabilmektedir.
Rıhtım ve iskelelerin uzunluk ve derinlikleri; ;yanaşacak gemilerin büyüklüğü, ağırlığı, sayısı ve genel olarak deniz trafiği ile yakından ilişkilidir. Rıhtımlar, genellikle yekpare beton veya beton bloklardan, iskeleler ise daha çok çelik kazıklar üzerine inşa edilirler. Yanaşma yerlerinden başka, liman içinde gemilerin bağlanmaları için özel düzenekler de yapılabilir. Bunların, deniz tabanına çakılan kazıklarla yapılanlarına “dolphin”, yüzer tipte olanlarına ise “şamandıra” adı verilir.
Liman içi yapıları genellikle dik yüzeyli ve betondan yapıldığından, liman içine giren dalgaların bu yapılara çarpıp yansımaları sonucu önemli ölçüde liman içi çalkantıları meydana gelmektedir. Örneğin, Hopa Limanı’nda büyük fırtınalarda (130-150) cm çalkantılar meydana gelmiştir. Bu ise, liman içi trafiğini olumsuz yönde etkilemiştir. Bunu önlemek için, ya liamn içinde enerji yutucu tesisler yapılmalı, ya da giriş ağzı değiştirilerek (genellikle ana mendireğin boyu uzatılıp yönü değiştirilerek) limana dalga girişi azaltılmalıdır. Yanaşma yapılarının projelendirilmesinde asıl etken, zemin durumudur. Çok zayıf zeminlerde kazıklı yapılar yapılması uygun bir çözüm olabilir. 4.4. Diğer Liman Türleri a. Yat Limanları: İç ve dış turizme yönelik olarak yapılan yat limanlarının yapımına, özellikle son
yıllarda büyük bir hız verilmiştir. Yat limanlarında, genel bir limandan farklı olarak, limanın kara kısmında park yerleri ile sosyal hizmet binaları (market, kafeterya vb) bulunur. Bu limanlar, genellikle şehir merkezlerinin dışında, kolaylıkla ulaşılabilecek yerlerde yapılmalıdır. Ayrıca, liman yerinde deniz sporlarının da yapılabilmesi gerekir. b. Balıkçı Barınakları: Açık deniz balıkçılığının gelişmediği ülkelerde, küçük balıkçı teknelerinin
barınması, ticari faaliyetlerini yürütmesi, bakım ve onarımı için yapılan balıkçı barınaklarında, iskele ve rıhtımdan başka, teknelerin bakım ve onarımı için çekek yerleri, ağ açma ve depolama yerleri ile soğuk hava deposu gibi ek bölümler bulunmalıdır.
5. KIYI YAPILARININ NEDEN OLDUĞU KIYI DEĞİŞİMLERİ 5.1. Giriş
Şimdiye kadar, herhangi bir kıyı yapısının mevcut olmadığı bir kıyıdaki katı madde taşınımı incelenmişti. Liman, barınak, mahmuz v.b. gibi çeşitli kıyı yapıları, kıyıdaki katı madde taşınım rejimini önemli ölçüde etkileyerek, oyulma veya dolmalara neden olurlar. Bu etkileşimin nedenleri ve mekanizması iyi incelenirse, kıyı yapılarının pek çok olumsuz etkisi yok edilebileceği gibi, mahmuzlar yardımıyla sahil genişletilmesi örneğinde olduğu gibi bu yapılardan yararlanılması da mümkündür. Herhangi bir yapının bulunmadığı bir kıyı yöresi, sediment taşınım rejimi açısından, belirli bir süre sonra dinamik bir dengeye ulaşır. Hakim dalga yönüne bağlı olarak, kıyının bir yöresinden diğerine mevsimlik bir taşınım olabilir. Bir kıyı yöresinin bir yıllık dönemdeki durumunu dikkate alınırsa, yöreye gelen dalgaların yönleri, mevsimlere bağlı olarak değişebilir. Örneğin, hakim dalga yönü, kış mevsiminde kuzeybatı, yaz mevsiminde kuzeydoğu ise, kış mevsimindeki taşınım batıdan doğuya (Qd, Qsağ), yaz mevsimindeki taşınım ise doğudan batıya doğru (Qb, Qsol) olacaktır. Bu iki taşınım miktarı arasındaki fark, o yörenin net taşınımını (Qn) verir (Şekil 5.1).
Qsağ
Yığılma
Oyulma
Oyulma veya Yığılma Qsol
Yaz Profili Yığılma
+
Qsağ
=
Qsol
Kıyı Çizgisi Kış Profili
Oyulma
Oyulma veya Yığılma Bir Yıllık Dönem
Şekil 5.1 Sediment Hareketinin Mevsimlik Değişimi Yukarıda anlatılan süreç, yıldan yıla az da olsa bir değişiklik göstermesine karşın, uzun bir süre sonunda, kıyı belli bir dengeye ulaşır ve bir dış müdahale olmadığı sürece bu denge konumu devam eder.Kıyıda yapılan bir yapı, bu dengeyi bozarak kıyı değişimlerine neden olur. Kıyıda değişimlere (oyulma veya dolma) neden olan en önemli yapılar ve bunların olumlu ve olumsuz etkileri aşağıda özetlenmiştir. 5.2. Liman ve Barınaklar
Çeşitli maksatlarla yapılan liman (harbour) ve balıkçı barınakları (fishery harbour), yukarıda açıklanan kıyı dengesini bozarak bazı sorunlara yol açmaktadır. Örnek olarak, yukarıda belirtilen yöredeki yıllık net taşınım yönünün batıdan doğuya doğru olduğunu varsayalım. Kıyıda yapılacak bir
yapı sediment hareketine engel olacağından, yapının batı kısmında (updrift, memba) sediment yığılması, malzeme akımı kesileceği için de doğu kısmında (downdrift, mansap) oyulma olur. Batı kısmında yığılan malzeme, burada sığlaşmaya neden olur. Kırılan dalgalar bu malzemeyi asılı (süspansiyon, suspended) hale getirir. Kırılma sonucu oluşan akıntı ve dalgalar bu asılı malzemeyi, ana mendireğin uç (müzvar, tip) kısmına doğru taşır. Müzvarda kırınıma uğrayan dalgaların yükseklikleri havza içinde giderek azalır. Bir dalganın yüksekliği azaldıkça; hızı, dolayısıyla sediment taşıma kapasitesi de azalacağından, havzadaki dalgalar sedimenti taşımak için yetersiz kalır ve sediment tabana çökelmeye başlar.
Net Taşınım Yönü
a. Sığlaşma Başlangıcı
b. Sığlaşma Sonucu Havzanın Dolması
Şekil 5.2 Bir Liman veya Balıkçı Barınağındaki Sığlaşma Sorunu 5.3. Mahmuzlar
Mahmuzlar (groin), esas itibarıyla kıyı koruyucu yapılardır. Yapılış maksatları, dalgaların enerjilerini küçültmek, kıyıdaki oyulmayı azaltmak veya önlemek, kıyı genişlemesi sağlayarak sahil kazanılmasına yardımcı olmak ve kum tutucu (kum kapanı) görevini yerine getirerek uygun bir kum alma yapısı olarak işlev görmek olarak özetlenebilir. Mahmuzlar da, tıpkı liman ve barınaklarda olduğu gibi, memba taraflarında sediment yığılmasına neden olurken, mansap taraflarında oyulmalara yol açmaktadır. Ayrıntılı arazi ve laboratuvar çalısmaları sonucu, bir yöre için en uygun mahmuz tipi (düz, T veya L mahmuzlar), konumu ve büyüklüğü belirlenir. Çoğu defa, birden fazla mahmuzdan oluşan bir mahmuz sisteminin (groin field) oluşturulması gerekmektedir. Bir mahmuz sisteminin kıyıya etkisi Şekil 5.3’te şematik olarak gösterilmiştir. Net Taşınım Yönü
+
+
-
+ +
-
+
-
Şekil 5.3 Üç Adet Düz Mahmuzdan Oluşan Mahmuz Sisteminin Kıyıya Etkisi
5.4. Açık Deniz Mendirekleri
Açık deniz mendirekleri, kıyıdan açıkta ve kıyı çizgisine paralel olarak yapılan ve asıl gayeleri kıyıyı genişletmek ve korumak olan yapılardır. Bu yapılar, gelen dalga enerjisini kırdığından, bunlarla kıyı arasında ilerleyen dalgaların sediment taşıma kapasitesi azalır. Dalgalar, taşıdıkları sedimenti yapı ile kıyı arasında bırakarak burada kum yığılmasına (tombolo) neden olurlar. Açık deniz mendirekleri, bir veya birden fazla yapılabilir. Optimum projelendirme için arazi ve laboratuvar çalışmaları gerekli olmaktadır. Bir açık deniz mendireğinin neden olduğu kıyı değişimi Şekil 5.4’te şematik olarak gösterilmiştir.
Açık Deniz Mendireği
Tombolo Şekil 5.4 Bir Açık Deniz Mendireğinin Kıyıya Etkisi 5.5. Kıyı Duvarları ve Tahkimatlar
Kıyı duvarları (istinat duvarları) ve kıyı tahkimatları, kıyıya paralel koruyucu yapılardır. Ancak, bu yapılar,
yansıma
nedeniyle
dalga
enerjilerini
sönümleyemedikleri
için
kıyı
erozyonunu
önleyememektedir. Ayrıca, halkın kıyıyla ilişkisini kesmeleri nedeniyle, fonksiyonel olmaktan uzaktırlar. Tüm bu olumsuz etkileri nedeniyle, modern kıyı mühendisliğinde kıyıya paralel yapılardan mümkün olduğunca kaçınılmaktadır. Bunun yerine, kıyıya dik yapılar (mahmuzlar) veya açık deniz mendirekleri tercih edilmektedir. Kıyı tahkimatları, ancak çok acil ve kısa süreli projeler için tercih edilmektedir.
