Scour around foundation of large piles under waves
Dalga etkisi altında geniş kazık tabanlarındaki oyulma
- Tez No: 687045
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞEVKET ÇOKGÖR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
Geniş silindir kazıklar; açık deniz rüzgar türbinleri, köprü ayakları ve açık deniz platformları gibi çeşitli kullanım alanlarına sahiptir. Deniz ortamında zorlu hidrodinamik koşullara maruz kalan geniş kazıklar, uygun tasarım yapılmazsa maruz kaldıkları kuvvetler sonucunda yapıların stabilitesini etkileyebilir. Uygun bir tasarım için silindir kazıklar etrafında oluşan akış ve oyulma mekanızmalarının kapsamlı olarak analiz edilip anlaşılması gereklidir. Deniz ortamına yerleştirilen yapılar dalga, akım ve bu ikisinin kombinasyonuna maruz kalırlar. Ancak okyanus ve denizlerde, dalga etkisi, akım ve dalga&akım kombinasyonuna göre çok daha baskındır. Ayrıca, meydana gelen oyulma ve akış mekanizları, yapıların maruz kaldıkları akış türüne göre değişiklik göstermektedir. Bu sebeple dalga etkisi altında oluşan oyulma ve akış mekanizması, akım etkisi altında oluşan mekanizmalardan farklıdır. Sonuç olarak bu yapılar maruz kaldıkları etkilere göre ayrı ayrı değerlendirilmelidir. Deniz ortamına yerleştirilen geniş hacimli yapılar kullanım amaçlarına göre tekli veya grup olarak uygulanırlar. Bu yapılara etkiyen akış mekanizması ve dalga yükleri, yapıların yerleştirilme şekline göre değişiklik gösterir. Akış mekanizması yerleştirilme şeklinden bağımsız olarak, çeşitli parametrelerin değişimi ile de değişiklik gösterebilir. Yapıların stabilitesi için ciddi bir tehdit olan oyulma ve oyulma mekanizması, bu değişimlere bağlı olarak farklılık gösterecektir. Bu sebeple oyulma prosesi ve akış mekanizması detaylıca analiz edilip, anlaşılmalıdır. Bu çalışmada, bahsedilen noktalara açıklık getirebilmek için çeşitli deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneyler İstanbul Teknik Üniversitesi, Hidrolik ve Su Kaynakları Labratuvarı'nda yürütülmüştür. Yürütülen deneylerde 22.5 metre uzunluğunda, 1 metre genişliğinde ve 0.5 metre yüksekliğindeki dalga kanalı kullanılmıştır. Deneylerde 20cm, 30cm ve 2cm çaplarında 3 farklı silindir kullanılmıştır. Silindirler kanal tabanına dikey olarak sabitlenmiştir. Gerçek oyulma ortamı elde edebilmek için, kanal tabanına 3 metre uzunluğunda, 1 metre genişliğinde ve 6cm yüksekliğinde sediment havuzu yerleştirilmiştir. Kullanılan yatak malzemesinin çapı 0,72mm'dir. Tüm deneyler aynı ortam koşullarında gerçekleştirilmiştir. Su yüksekliği sabit 35 cm'dir. Dalga boyu 1.1 metre, dalga yüksekliği 9.5 cm, dalga periyodu ise 0.9 saniyedir. Keulegan Carpenter sayısı 30cm, 20cm ve 2 cm'lik çaplar için sıralı olarak 0.54, 0,8 ve 8'dir. Shield's parametresi oyulma desenine paralel olarak, oyulmanın gerçekleştiği alanlarda kritik Shield's parametresinden büyük, oyulma görülmeyen alanlarda ise küçüktür. 30 cm'lik çap ile gerçekleştirilen deneylerde ise tüm alanda Shield's parametresi kritik shield's parametresinden büyüktür. Çünkü bu deneylerde tüm taban hareketlidir. Deneylerde hız ve oyulma sonrası derinlik ölçümü alınmıştır. Hız ölçümleri Akustik Doppler Hızölçer (Vectrino Profiler) ile gerçekleştirilmiştir. Ölçümler silindirin uzak kenarından 20 cm açığına kadar oluşan oyulma alanında, 3-4 cm aralıklarla alınmıştır. Oyulma alanının dışında bozulmamış alanda da hız ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Ölçülen hız değerleri ile hesaplanan hız değerşlerinin tutarlı olduğu gözlemlenmiştir. Deney sonrası derinlik ölçümleri cetvel yardımı ile gerçekleştirilmiştir. Ölçümler oyulma deseni üzerinde, maximum ve minimum noktalarla birlikte, genel oyulma ve birikme bölgelerini haritalayabilecek şekilde alınmıştır. Deney serisi 3 farklı şekilde gerçekleştirilmiştir. İlk sette 20 cm ve 30 cm 'lik geniş silindirler tekli olarak kullanılmıştır. İkinci sette 7 silindirden oluşan 2 cm'lik silindir grubunun dalga etkisi altındaki oyulma mekanizması gözlemlenmiştir. Son sette ise farklı büyüklükteki koruma katmanlarının, oyulma mekanizmasına etkileri ve koruma katmanında oluşan deformasyonlar gözlemlenmiştir. Geniş silindir deneylerinde, tabanda sabit akışın etkili olduğu gözlemlenmiştir. Bu gözlemler deney boyunca parçacık hareketlerini takip eden endoskopik kameradan alınan görüntülerin, yavaşlatılarak incelenmesi sonucunda elde edilmiştir. Parçaçık periyotları silindir çapından bağımsız olarak 0.65s olarak ölçülmüştür. Ayrıca sabit akış, hız ölçümlerinden elde edilen dikey ve noktasal hız profillerinden de gözlemlenmiştir. Sabit akışın geniş yapılarda, yapı gövdesinin gelen dalgayı etkilemesi ile yansıyan ve difraksiyon dalgalarının oluştuğu difraksiyon rejminden kaynaklandığı bilinmektedir. Tüm deneyler için akıntı gözleri ve bunların etki alanları gözlemlenmiş, meydana gelen oyulma ve birikmeler eş derinlik haritalarıyla şematize edilmiştir. Geniş silindir deneylerinden elde edilen sonuçlarda, maximum S/D oranının 0.05 olduğu hesaplanmıştır. Benzer çalışma Sumer (2001) tarafından yürütülmüş, geniş kazık varlığında maximum S/D oranı 0.04 olarak belirlenmiştir. Khalfin(2007) ise bu oranı 0.07-0.08 aralığında tespit etmiştir. Önceki çalışmalar ve yapılan çalışma karşılaştırıldığında, deneyden elde edilen değerin, her iki çalışmadan elde edilen değerin arasında ve araştırmacıların bulguları ile tutarlı olduğu söylenebilir. Oyulma alanı ve oyulma&yığılma bölgeleri farklı çaplar için, farklı şekilde meydana gelmiştir. Bu farklılığın sebebinin KC sayısındaki değişiklik olduğu tespit edilmiştir. KC sayısı azaldıkça oyulma yayılmış, birikme ön ve arka bölgelerde görülmüştür. KC sayısı büyüdükçe, oyulmanın ön tarafta, birikmenin ise diğer bölgelerde olduğu gözlemlenmiştir. Grup silindirlerinin minimum G/D (G= Borular arası uzaklık) oranı yaklaşık 2.5'tir. Grup silindirleri ile gerçekleştirilen deneylerde S/D oranı 0.75 olarak tespit edilmiştir. Bu değer, Sumer (1992)'nin 10 cm lik narin silindir ile gerçekleştirdiği deneylerden elde edilen sonuçlar ile örtüşmektedir. Deney sonucunda herbir silindir etrafında lokal oyulmalar gözlnirken, grup çevresinde global bir oyulma gözlemlenmiştir. Maximum oyulma dalga yönündeki ilk iki silindir arasında meydana gelmiştir. Bu sebeple de grup etkisi altında olduğu söylenebilmektedir. Oyulmayı önleyebilmek için silindir çevresine 5 mm çapında çakıllardan oluşan koruma örtüsü statik metod yöntemi ile kare şeklinde serilmiştir. Koruma katmanının silindir tabanına uygulanmasıyla, silindir çevresinde Shield's parametresi kritik Shield's parametresinin altına düşmüştür. Bu sebeple, koruma katmanında bazı deformasyonlar gözlenmesine rağmen, silindir çecresinde oyulma gözlenmemiştir. Koruma katmanının küçültülmesi, oyulmayı engellemeye devam etmiş ancak etkili koruma alanı azalmıştır. Deneyler sonucunda, geniş silindirlerden elde edilen S/D oranının, narin silindirlerden elde edilen S/D oranından çok küçük olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, koruma örtüsünün oyulmayı engellediği, ancak zamana bağlı olarak korumanın deforme olabileceği ayrıca gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Large piles have divers application fields such as offshore wind turbines, bridge piers, offshore platforms. Since they expose to harsh hydrodynamic conditions which can affect stability of structures in the marine environments, they should be designed properly. Therefore, flow and scour mechanisms around structures must be understood and analyzed comprehensively. Additionally, flow regimes, scour depths, scour regions and factors affecting the scour should be evaluated. Structures that are installed in marine environments subject to currents, waves and combination of them. However, waves would be the prominent regime in the marine environment. Moreover, wave-induced scour mechanism is different from the current-induced scour mechanism. Therefore, they should be examined separately. Large volume structures are installed to oceans or seas either individually or as a group. Flow mechanisms and loads stem from waves that are acting on the structure body witness an alteration depending on the placement method. Moreover, various parameters can change these mechanisms even for the same placement type. Under erodible bed conditions, there will be considerable differences on scour mechanisms and scours which become a significant threat for the structure stability. For these reasons, flow and scour mechanisms must be analyzed and understood clearly. In this study, to bring a comprehensive understanding about scour processes and flow mechanisms around large piles, various experiments have been conducted in the Istanbul Technical University, Hydraulics Laboratory. Experiments were carried out in a regular wave flume which is 22.5 m in length, 1 m in width and 0.5 m in height. Three different cylinder diameters, namely 30 cm, 20 cm and 2 cm, were examined under the same environmental condition (water depth=35 cm and wave condition). Piles mounted to flume base vertically. In order to obtain actual erodible bed condition, sandpit were placed to the flume base as 3 m in length, 1 m in width and 6cm in height. Firstly, piles which have 20 cm and 30 cm diameters used as single large piles experiments. Consequently, group pile and scour protection experiments were completed by using 2 cm and 30 cm diameters respectively. In all tests, velocity measurements and bottom depth measurements were performed. Velocity measurements were made at around the pile up to 20 cm from the pile edges and the undisturbed bed by using Acoustic Doppler Velocimeter (Vectrino Profiler) while bottom depth measurements were carried out with a tape measure. In large pile experiments, steady-streaming induced scour mechanism has been observed around the cylinder by particle tracing method and vertical velocity profile. Experiment results showed that S/D ratios were same and 0.05 for the piles which have 20 cm and 30 cm diameters. Whereas in the group pile experiments, S/D were measured as 0,75 which is much more than those measured from large pile experiments. Large pile experiments indicate that the scour process is mainly affected by the diffraction parameter (D/L) and KC in the wave induced steady-streaming. Moreover, it is understood that the presence of protection layer (stone armor) cease to scour formation around cylinder significantly.
Benzer Tezler
- Kazıklı rıhtım yapıları etrafında dalga etkisi ile oluşan oyulmaların deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of scour around the pile supported quay under the waves
EREM CAN ÇOLAKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEVKET ÇOKGÖR
- Tekil kazık etrafında dalga ve akıntı etkisi altında oyulma ve geri dolma olaylarının incelenmesi
The investigation of scour and backfilling mechanism around a single slender pile in steady current and waves
BERRAK DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VEYSEL ŞADAN ÖZGÜR KIRCA
DOÇ. DR. MEHMET SİNAN ÖZEREN
- Gemi pervanelerinin kazıklı yanaşma yapılarında neden olduğu erozyonun araştırılması
Investigation of erosion around piled structures due to propeller jets
AYŞE YÜKSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YALÇIN YÜKSEL
- Kazıkların davranışlarının sonlu elemanlar metodu ile belirlenmesi
Başlık çevirisi yok
ZEKİ HANAVDELOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. ATİLLA ANSAL
- Deniz yapılarında poroz grup silindirlerin tripod diziliminde kullanılması durumunda ortaya çıkan oyulma yapısının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the scour patterns of the porous group cylinders configured in tripod arrangement for sea structures
SEFA TELCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ORAL YAĞCI