MONOLİTİK DÜŞEY YÜZLÜ BATIK DALGAKIRANLARIN TSUNAMİ TIRMANMA YÜKSEKLİĞİNE ETKİSİNİN
DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ
Emel İRTEM1, M.Sedat KABDAŞLI2, Ezgi SEYFİOĞLU3
1Doç.Dr., Balıkesir Üniversitesi, Müh.Mim.Fak.İnş.Müh.Böl., Çağış Kampüs/ BALIKESİR Tel. 0 266 612 1194-95/ 5212 mirtem@balikesir.edu.tr
2Prof.Dr., İTÜ İnşaat Fakültesi, İnşaat Müh. Böl., Ayazağa / İSTANBUL Tel. 0 212 285 34 18 kabdaslis@itu.edu.tr
3Öğr. Gör., Kilis 7 Aralık Üniversitesi, Meslek Yüksek Okulu/KİLİS Tel. 0 348 814 26 67 ezgiseyfi oglu@kilis.edu.tr
ÖZET
Bu çalışmada, monolitik düşey yüzlü batık dalgakıranların tsunami tırmanma yüksekliğine etkisini araştırmak amacıyla fi ziksel model çalışmasının sonuçlarının analizi yapılmıştır. De- neyler sırasında farklı kret genişliklerine ve kret tepe noktası ile sakin su seviyesi arasında farklı mesafelere sahip monolitik düşey yüzlü batık dalgakıranlar kullanılmıştır. Deney so- nuçlarına bağlı olarak tırmanma yüksekliğindeki değişimler yüzdelerle ifade edilmiştir.Deneyin yapıldığı dalga kanalı; İ.T.Ü. İnşaat Fakültesi Hidrolik Laboratuarı’nda yer almakta olup 22.5 m x 1.0 m x 0.5 m boyutlarındadır. Sırasıyla kret genişliği a, batık dalgakıran kret kotu ile sakin su seviyesi arasındaki batıklık miktarı c olmak üzere iki farklı kret genişliği ve dört batıklık miktarı durumlarına ait deneyler yapılmış, her deneyde şev üzerindeki tırmanma yükseklikleri ölçülmüştür. Hiçbir yapının olmadığı duruma göre monolitik düşey yüzlü batık dalgakıranın tsunami tırmanma yüksekliğini kret genişliğine ve batıklık miktarına bağlı olarak %28 - % 59 azalttığı belirlenmiştir.
ABSTRACT
In this study analyzed the results of physical model to investigate the effects of the monolit- hic vertical surface submerged breakwaters on tsunami run-up.In the experiments, monolit- hic vertical surface submerged breakwaters with different crest widths and different distances between the crest of the peak with the still water level depths were used. The effects of these structures to tsunami run-up heights were investigated and given the variations percentages in the run-up height. Experiments were carried out in the glass-side wall wave fl ume of 22.5 m.
length, 1 m. width, and 0.50 m depth at the Hydraulic Laboratory Istanbul Technical Univer- sity. Crest widths and distances between the crest of the peak with the still water level depths were indicated by a and c respectively. The experiments carried out for two different a and four different c and measured run-up heights. Monolithic vertical surface submerged breakwaters reduce run-up heights at a rate of 28 % - 59% according to without breakwater..
Anahtar Kelimeler: Tsunami tırmanma yüksekliği, Monolitik düşey yüzlü batık dalgakıran, deneysel çalışma.
Geçmişten günümüze büyük ölçekli depremlerle birlikte meydana gelen tsunamiler birçok can ve mal kaybına neden olmuştur. Bu yüzden tsunami dalga tırmanmasının azaltılmasında etkili parametreleri bilmek önemlidir. Tsunami hasarları doğal bariyer olan kıyı ormanları ile azaltı- labileceği gibi batık dalgakıranlar ve kıyı duvarları gibi sert yapılarla da önlenebilir (İrtem 2009, İrtem 2010).Batık dalgakıranlar ve kıyı duvarları dalga enerjisini kıyıya ulaşmadan sönümle- mede etkili olabilmektedir.
Batık dalgakıranlar tepe kotu sakin su seviyesinin altında olan bariyerlerdir. Açık denizden gelen fırtına dalgalarını kırılmaya zorlayarak enerjisini azaltır ve kalan enerjinin bir kısmını yansıtarak bir kısmının da kıyı bölgesindeki doğal sürecin devamı için kara tarafına geçmesine izin vererek fonksiyonlarını yerine getirirler. Bu tür yapıların tsunamilerin hareketi üzerinde de etkilerinin olabileceği düşünülmektedir.
Batık yapılar üzerinden dalga geçişi ile ilgili birçok deneysel ve teorik araştırma yapılmıştır. Ko- bayashi (1990) tarafından sunulan çalışmada geçirimsiz batık dalgakıran üzerinden dalga geçi- şi, yansıması ve kırılması incelenmiştir. Huang (2001)’ de solitary dalga ve batık dikdörtgen bir yapı arasında etkileşim iki boyutlu Navier-Stokes denklemleri ve serbest yüzey sınır koşulları çözülerek araştırılmıştır. Gelen dalga yüksekliği, batık yapı büyüklüğünün dalga geçişi, akım alanı üzerideki etkileri ile sürükleme kuvvetlerinin yapı üzerindeki etkileri ele alınmıştır].Hur v.d. (2003)’ de deneysel olarak geçirimsiz batık dalgakıranlar üzerinden geçen düzensiz dalgala- rın kırılma yüksekliği incelenmiştir. Düzenli dalgalar ile karşılaştırmalar yapılmıştır. Düzensiz dalgaların kırılma limiti deneysel verilere dayanarak ölçen ampirik bir formül sunulmuştur.
Rambabu (2005)’ de batık dalgakıranların iletme karakteristiklerini sunan nümerik bir çalışma yapılmıştır. Batık dalgakıranın iletme karakteristikleri üzerinde batırma derinliği, kret genişli- ği, ilk dalganın durumu ve malzeme özelliklerinin etkisi belirlenmiştir. Chang (2007)’ de uzun dalgaların bir trapez dalgakıran ve trapez dalgakıran serilerinden geçişi ve yansıması eşleştirme metodu kullanılarak verilmiştir. Calabrese (2008)’ de bir batık dalgakıranın arkasında iki bo- yutlu dalganın hesabı için yeni bir metot sunulmuştur. Hedge (1995) tarafından farklı çekirdek porozite değerleri kullanılarak yürütülen deneysel çalışmalarda şevli dalgakırandaki hasarın çekirdek porozitesi arttıkça azaldığı sonucuna varılmıştır.
Bu çalışmada, farklı kret genişliklerine ve kret tepe noktası ile sakin su seviyesi arasındaki farklı mesafelere sahip monolitik düşey yüzlü batık dalgakıranlar kullanılmıştır ve elde edilen deneysel sonuçlar yardımı ile tsunami tırmanma yüksekliğindeki değişimler yüzdelerle ifade edilmiştir.
YÖNTEM VE MATERYAL
Deneysel çalışma İ.T.Ü. İnşaat Fakültesi Hidrolik Laboratuarı’ndaki 22.5 m x 1.0 m x 0.5 m boyutlarındadır dalga kanalında gerçekleştirilmiştir. Şekil 1’ de görülen dalga kanalının yan duvarları deneylerin daha iyi gözlemlenebilmesi için camdan yapılmıştır.
Dalga kanalının içerisine yerleştirilmiş pleksiglas malzemeden üretilmiş yatay bir levhanın pis- ton ile hareket ettirilmesi ile tsunami dalga üretim sistemi oluşturulmuştur. Söz konusu yatay levhanın boyutları 0.97 m x 2.0 m x 0.02 m olup PHS16B mafsalı ile pnömatik silindire bağlan- mıştır. Üretilen dalgaların tsunami karakterinde olduğu belirlenmiştir. (Gedik 2004, Gedik vd.
2005, Gedik vd. 2006).
Deneyler, 1:5 eğime sahip, dane çapı dağılımı üniform olmayan özellikteki malzeme kullanı- larak oluşturulmuş şev ile yapılmıştır. Su derinliği 0.33 m olup pistonun için aşağı ve yukarı hareketi ile tsunami dalgaları üretilmiştir ve her deneyde yaklaşık 120 sn kayıt alınmıştır.
Kıyı şevinin tepe noktası sıfır olmak üzere dalga problarının ve batık dalgakıranın konumları Şekil 2 de verilmiştir.
Bu çalışmada, batık dalgakıranlar kret genişliği a, batık dalgakıran kret kotu ile sakin su se- viyesi arasındaki batıklık miktarı c, dalga yüksekliği H, su derinliği d, dalganın tırmandığı en yüksek nokta ile sakin su seviyesi arasındaki düşey mesafe olarak tanımlanan tırmanma yük- sekliği ise R ile ifade edilmiştir ( Şekil 2).
Şekil 1. Dalga Kanalının Genel Görünüşü
Şekil 2. Dalga Kanalı Kesiti
Monolitik dalgakıranlar ahşap sandık içine kurşun koyularak yeterli statik sağlayabilecek şe- kilde oluşturulmuş ve dalga kanalının orta bölgesine yerleştirilmiştir (Şekil 3).
Şekil 3. Monolitik düşey yüzlü batık dalgakıran
tsunaminin oluşturdığu kuvvetlere karşı durabildiği koşullarda yapısal özelliklerinin tsunami tırmanma yüksekliği üzerindeki etkisini görebilmek amacıyla sırasıyla a= 25 cm, a= 40 cm ve c=0 cm, c= 5 cm ve c= 10 cm durumlarına ait deneyler yapılmış, her deneyde şev üzerindeki tırmanma yükseklikleri ölçülmüştür.
Tüm konfi gürasyonlar Tablo 1’ de özetlenmiş ve deneylerde ölçülen dalga yükseklikleri Tablo 2 de tırmanma yükseklikleri ise Tablo 3’ de verilmiştir.
Tablo 1. Deneylerde göz önüne alınan durumlar Durum Kret Ge-
nişliği (cm) Batıklık Miktarı(cm)
M-I 25 0
M-I’ 40 0
M-II 25 5
M-II’ 40 5
M-III 25 10
M-III’ 40 10
Tablo 2. Kullanılan dalga özellikleri
M-I M-I’ M-II M-II’ M-III M-III’
Gelen Dalga Yüksekliği
(cm)
1,71 1,71 1,62 1,42 1,14 1,35
2,94 2,96 3,67 3,22 3,67 3,15
5,62 4,65 6,07 5,61 6,45 5,53
7,24 6,11 7,92 7,08 8,1 6,79
8,4 7,36 9,19 8,39 9,37 8,06
5,53 4,8 6,68 5,86 5,9
8,44 7,95 7,79 9,03 9,8 8,44
11,47 10,06 12,1 11,44 12,75 11,03
13,39 11,8 14,01 12,94 14,35 12,64
14,93 12,07 15,47 14,28 15,45 13,03
Geçen Dalga Yüksekliği
(cm)
0,47 0,43 1,19 1,15 1,28 1,29
1,37 1,24 2,97 2,86 3,17 3,07
2,42 2,24 4,53 4,69 5,59 5,51
3,14 2,84 5,64 5,67 6,6 6,42
3,6 3,3 6,46 6,55 7,46 7,08
2,03 1,82 4,07 3,81 5,26
3,09 2,83 5,79 5,64 7,18 7,36
4,05 3,66 6,95 6,88 9,01 8,38
5,14 4,35 7,81 7,58 10,07 10,03
5,81 5,09 8,47 8,46 11,26 10,18
Tablo 3. Kullanılan dalga özellikleri ve ölçülen tırmanma yükseklikleri
M-I M-I’ M-II M-II’ M-III M-III’
Gelen Dalga Yüksekliği
(cm)
1,71 1,71 1,62 1,42 1,14 1,35
2,94 2,96 3,67 3,22 3,67 3,15
5,62 4,65 6,07 5,61 6,45 5,53
7,24 6,11 7,92 7,08 8,1 6,79
8,4 7,36 9,19 8,39 9,37 8,06
5,53 4,8 6,68 5,86 5,9
8,44 7,95 7,79 9,03 9,8 8,44
11,47 10,06 12,1 11,44 12,75 11,03
13,39 11,8 14,01 12,94 14,35 12,64
14,93 12,07 15,47 14,28 15,45 13,03
Tırmanma Yüksekliği
(cm)
1,18 1,57 4,32 3,73 4,51 4,71
4,51 5,3 10,2 9,42 11,97 11,38
8,63 8,44 14,51 14,51 17,06 16,67
10,786 9,61 16,67 16,67 19,02 18,83
12,747 11,57 17,85 17,65 20,2 19,42
7,45 7,45 13,73 12,55 16,28
11,18 10,98 17,06 15,89 20,4 20,79
13,73 13,14 19,02 18,43 22,75 21,97
15,69 14,71 20 19,81 23,53 22,95
17,06 16,28 20,4 19,61 23,53 23,34
Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi
Tırmanma yüksekliği ile dalga yüksekliğinin değişimi monolitik düşey yüzlü batık dalgakıranlı durumlar ile hiçbir yapının olmadığı durumlar için aşağıdaki şekillerde verilmiştir (Şekil 4. – Şekil 9).
Şekil 4. Tırmanma yüksekliği ile dalga yüksekliğinin değişimi (Durum M-I ve hiçbir yapı yokken)
Şekil 5.Tırmanma yüksekliği ile dalga yüksekliğinin değişimi (Durum M-I’ ve hiçbir yapı yokken)
Şekil 6.Tırmanma yüksekliği ile dalga yüksekliğinin değişimi (Durum M-II ve hiçbir yapı yokken)
Şekil 7. Tırmanma yüksekliği ile dalga yüksekliğinin değişimi (Durum M-II’ ve hiçbir yapı yokken).
Şekil 8. Tırmanma yüksekliği ile dalga yüksekliğinin değişimi (Durum M-III ve hiçbir yapı yokken)
Şekil 9. Tırmanma yüksekliği ile dalga yüksekliğinin değişimi (Durum M-III’ ve hiçbir yapı yokken)
Hiçbir yapının bulunmadığı duruma göre, monolitik batık düşey yüzlü dalgakıranlı durumun tırmanma yüksekliğini a= 25 cm, c= 0 cm iken %59
(Şekil 4), a= 40 cm, c=0 cm iken % 53 ( Şekil 5), a=25 cm, c=5 cm iken %33
(Şekil 6), a=40 cm, c=5 cm iken % 33 ( Şekil 7),a=25 cm,c=10 cm iken % 22 (Şekil 8) ve a=40 cm, c=10 cm iken % 28 ( Şekil 9) oranında azalttığı görülmüştür.
Daha sonra her bir durumun birbiri ile karşılaştırılması yapılmıştır. Karşılaştırmaların sayısal sonuçları Tablo 4 de verilmiştir. Tabloda yer alan “↓” işareti tsunami tırmanma yüksekliğindeki azalmayı ; “↑” işareti ise tsunami tırmanma yüksekliğindeki artışı göstermektedir.
Tablo 4. Monolitik Düşey Yüzlü Batık Dalgakıranın Tsunami Tırmanma Yüksekliğine Etkileri DURUM M-I M-I’ M-II M-II’ M-III M-III’
M-I - ↑0.06 ↑0.13 ↑0.15 ↑0.22 ↑0.30
M-I’ - - ↑0.07 ↑0.09 ↑0.17 ↑0.25
M-II - - - ↑0.02 ↑0.11 ↑0.19
M-II’ - - - - ↑0.09 ↑0.18
M-III - - - ↑0.10
M-III’ - - - -
Liman dalgası anlamına gelen tsunamiler uzun periyotlu dalgalardır. Bu dalgaların oluşmasın- da meteor düşmesi gibi denize enerji geçmesi veya okyanus tabanında depremle birlikte normal atılımlı fay kırılması olmaktadır. Normal atılımlı fay kırılmasında okyanus tabanı düşey yönde alçalır ya da yükselir. Böylelikle deniz önce ya geriye çekilir ya da kıyıya doğru ilerler ve sonra- sında dalgalar sahip oldukları büyük dalga enerjisiyle karaya tırmanır. Geçmişten günümüze büyük ölçekli depremlerle birlikte meydana gelen tsunamiler birçok can ve mal kaybına neden olmuştur. Bu yüzden, tsunami dalga tırmanmasının azaltılmasında etkili parametreleri bilmek önemlidir.
Tsunami dalga tırmanma yüksekliği doğal bariyerler olan kıyı ormanları ile azaltılabileceği gibi sert kıyı yapıları ile de azaltılabilir.
Bu çalışmada; monolitik düşey yüzlü batık dalgakıranların tsunami dalga tırmanma yüksekli- ğine etkisi incelenmiştir. Bu amaçla İ.T.Ü. Hidrolik Laboratuarı’ nda çeşitli kret genişliklerine ve batıklığa sahip monolitik batık dalgakıranlar oluşturularak tsunami dalga tırmanma yük- sekliklerindeki değişimler incelenmiştir.
Batık dalgakıranların kret tepe noktasının sakin su seviyesinde olması durumunda (c=0) tır- manma yüksekliğindeki azalma daha fazla olmaktadır. Hiçbir yapının olmadığı duruma göre monolitik düşey yüzlü batık dalgakıranın tsunami tırmanma yüksekliğini kret genişliğine ve batıklık miktarına bağlı olarak %28 - % 59 azalttığı belirlenmiştir. Kret genişliklerinin tsunami tırmanma yüksekliğini çok fazla etkilemediği görülmüştür.
Sonuç olarak batık dalgakıranların tsunami tırmanma yüksekliğini azaltmada etkili olduğu söylenebilir.Özellikle kıyı duvarları, kıyı ormanları gibi diğer önlemlerle birlikte kullanıldıkların- da daha da etkili olacakları açıktır.
Gelecekte kıyı çizgisinden farklı uzaklıktaki birden çok batık dalgakıranla ve kıyı duvarları kon- fi gürasyonları üzerinde çalışılabilir.
TEŞEKKÜR
“Bu çalışma Balıkesir Üniversitesi Rektörlüğü Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından BAP 2010/02 Kodlu Proje İle desteklenmiştir.
Yazarlar bu çalışmayı destekleyen Balıkesir Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi’ne teşekkür ederler.
KAYNAKÇALAR
Chang, K.H. and Liou, C. J., Long wave refl ection from submerged trapezoidal breakwaters.
Journal of Ocean Engineering, 34, (2007), 185-191.
Gedik, N., Uzun Dalgaların Tırmanma Yüksekliklerinin Deneysel İncelenmesi, Doktora Tezi, Balıkesir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Balıkesir, (2004).
Gedik, N., Irtem, E. and Kabdasli, S. “Laboratory investigation on tsunami run-up”, Ocean En- gineering, 32,( 2005), 513-528.
Gedik, N., Irtem, E. and Kabdasli, S. “Experimental investigation on solitary wave run-down and its effects on armor units”, Coastal Engineering Journal, 4, ( 2006) 337-353
Hedge, A.V., Srinivas, N.P., Effect of core porosity on stability and run up of breakwaters, Oce- an Engineering, 22, (1995), 519-526.
Huang,C., Dong, C-M., On the interaction of a solitary wave and a submerged dike, Ocean En- gineering, 43, (2001), 265-286.
Hur, S. D.; Kawasima, N., and Iwata, K., 2D Experimental study of the breaking limit of mul- ti-directional random waves passing over an impermeable submerged breakwater. Journal of Ocean Engineering, 30, (2003), 1923-1940.
Irtem, E., Gedik, N., Kabdasli S. and E.Yasa, N. “Coastal forest effects on tsunami run-up he- ights”, Ocean Engineering, 36, (2009), 313-320.
Irtem, E., M. S. Kabdaşlı, N. Gedik, “Coastal Protection Measures for Tsunami Disaster Reduc- tion” in: Tsunamis: Causes, Characteristics and Warnings, Nova Science Publishers, (2010).
Kobayashi, N., Cox, D. T., Wurjanto, A., “Irregular wavw refl ection and run-up on rough imper- meable slopes”, Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, (1990) 116, 708.
Rambabu, C. A. and Mani, J. S, Numerical prediction of performance of submerged breakwa- ters. Journal of Ocean Engineering, 32, (2005), 1235-1246.
