mevcut akarsu köprüleri alt yapı elemanlarının

Mevcut Akarsu Köprüleri Alt Yapı Elemanlarının Riprapla
Korunmasına Yönelik Değerlendirmeler
A. Melih Yanmaz, Meriç Apaydın
İnşaat Müh. Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800, Ankara
Tel: (0312) 210 54 44, (0312) 210 24 84
E-Posta: [email protected], [email protected]
Öz
Akarsu köprüleri, ayaklar etrafında oluşan aşırı oyulmalar nedeniyle ağır hasara
uğramakta veya yıkılmaktadır. Köprüler, sadece yüksek akımlı taşkınların geçişi
esnasındaki hareketli taban koşullarında değil, ayrıca genellikle taşkın yataklarındaki
düşük akımlar esnasında oluşan temiz su oyulması durumunda da yıkılmaktadır. Yeni
inşa edilecek köprülerde, artan bilgi ve deneyim birikimi ve modelleme yeteneklerinin
kullanılmasıyla daha emniyetli hidrolik tasarımlar elde edilmektedir. Mevcut köprülerde
ise taban oyulmalarını kontrol eden koruyucu yapısal önlemlerin alınması, geri kalan
fiziki ömür boyunca köprünün işlevini hasarsız yerine getirmesi açısından önemlidir.
Zira ağır hasara uğrayan veya yıkılan bir köprünün yeniden yapılmasına kadar geçen
süre içinde köprünün yerine ve amacına bağlı olarak çeşitli sosyo-ekonomik kayıplar
oluşmaktadır. Mevcut akarsu köprülerinde taban korumasına yönelik olarak taban
üzerine yapılan kaplayıcı önlemler, ayakların membaına yerleştirilen akımı yönlendirici
levhalar ile ayak üzerine yerleştirilen ve ayaklar etrafındaki çevrintileri azaltmayı
amaçlayan önlemler alınmaktadır. Seçilecek koruyucu önlemin, ülke pratiğine uygun ve
ekonomik olması, yapısal etkinliğinin laboratuvar ve doğa koşullarında sınanmış ve
güvenilir olması, kalan yapı ömrü süresince çeşitli akım koşullarında gözlem ve
tetkiklere olanak sağlaması önem taşımaktadır. Sıralanan bu faktörler göz önünde
bulundurulduğunda riprapla koruma tabakası oluşturulması pratik ve ekonomik çözüm
olarak algılanmaktadır. Bu bildiride, riprap kaplamayla ilgili hidrolik tasarım kriterleri,
ayaklar etrafına yerleştirme pratiği ve izlenme ve tetkik konuları tartışılacaktır. Ayrıca
mevcut bir köprüde yapılan uygulama detayları ve maliyet hesabı sunulacaktır.
Anahtar sözcükler: Köprü ayaklarında yerel oyulma, HEC-RAS, Riprap kaplama
1
Giriş
Günümüze kadar pek çok akarsu köprüsü zemin, köprü alt yapı elemanları ve akımın
olumsuz etkileşimi nedeniyle yıkılmıştır. Bu yüzden alt yapı elemanlarının taban
oyulmalarına karşı korunmasına yönelik araştırmalar teorik ve/veya deneysel ağırlıklı
incelenmiştir. Akarsu köprülerinde yapı-akım etkileşimi nedeniyle köprü bölgesindeki
akarsu dengesinin olumsuz etkilenmemesi önemlidir. Bu bağlamda, gerekli yapısal ve
yapısal olmayan önlemlerin alınması gerekmektedir. Yapısal olmayan önlemler, akarsu
köprülerinin izlenmesi ve tetkik edilmesine dayanmakta olup, bu bildirinin kapsamı
dışındadır. Bu konuda gerekli bilgi için Caner ve diğ. (2008), Yanmaz ve diğ. (2007),
Yanmaz ve Caner (2007) kaynaklarına başvurulabilir. Oyulmaları azaltmaya yönelik
önlemler; taban seviyesindeki koruma yapıları ve akımı yönlendiren düzenekler olmak
üzere başlıca iki grupta toplanabilir (Johnson ve diğ., 2001; Melville ve Hadfield,
1999). Akımı yönlendiren düzenlemeler ayak membaında konuşlandırılmış plakalarla
ayak üzerinde yapılan önlemler olup, etkinlikleri doğada yeterince sınanmamıştır. Bu
bildiride, kısaca tabanda yapılan koruyucu kaplamalardan bahsedilecek, daha sonra en
yaygın olarak kullanılan riprap kaplama üzerinde durulacaktır.
Koruyucu kaplamalar, yüksek akımlarda hareketli tabanda oluşan büyük kayma
gerilmelerinin yol açacağı erozyonu önlemek için yapılır. Bu bağlamda, günümüzde
yapılan uygulamalar riprap, taş sandıklar, beton bloklar ve birbirine bağlı çimento harçlı
torbalar veya plaklar şeklinde yapılmaktadır. Bu önlemlerden uygun olanın seçilmesi
sadece ekonomik nedenlere değil, aynı zamanda deneyime, yersel koşullara, uygulama
ve yerleştirme tekniğine ve dayanıklılığına bağlıdır. Tüm koruma yapılarını ele alan ve
risk sıralaması mantığına dayanan bir seçme sistemi için Johnson ve Niezgoda (2004)
bir yöntem geliştirmiştir. Benzer bir çalışma, Lagasse ve diğ. (2007) tarafından kaplama
koruma düzenlemesi seçimi için geliştirilmiştir. Bu yöntem, bir indeks kullanımına
bağlanmıştır. Seçme indeksi, SI, şöyle tanımlanmaktadır (Lagasse ve diğ., 2007):
SI =
S1xS2 xS3xS4
Cf
(1)
Burada, S1 sürüntü malzemesi büyüklüğü ve taşınım özelliğine, S2 akımla taşınan ve
birikme (yığılma) eğilimli malzeme sıklığı ve buz yüküne, S3 yapım ve uygulama
kısıtlamalarına, S4 tetkik ve bakım gereksinimlerine bağlı faktörlerdir. Denklem (1)’de
Cf düzenlemenin fiziki ömrü süresindeki bakım/onarım maliyeti olup, bu faktör Johnson
ve Niezgoda (2004) tarafından geliştirilen yöntemde göz önünde bulundurulmamıştır.
Denklem (1)’de kullanılan parametrelerin gerekçeleri aşağıda kısaca tartışılmıştır.
Akımla taşınan sürüntü maddesi büyüklüğü ve taban şekillerinin oluşumu seçilecek
düzenleme yapısını etkilemektedir. Taş sandıkların birbirine kenetlenme etkisi ihmal
edilecek kadar az olduğundan tabanda oluşan ve akım yönünde ilerleyen basamaklar
oluşması halinde kullanılması uygun değildir. Ayrıca, sürüntü maddesi çapının sınır bir
değerden büyük olması halinde taşınan malzemenin galvanizli teller üzerinde çarpma ve
aşındırma etkisi yapması nedeniyle taş sandık kullanımı uygun olmamaktadır. Lagasse
ve diğerlerinde (2007) bu sınır değer D50>2 mm olarak verilmektedir. Burada D50 tane
medyan çapıdır. Akımla taşınan ağaç dalları, kütük, taş ve buz parçaları taş sandıklar
için hasar oluşturmaktadır. Yapım kısıtlamaları, inşaatın hangi akım koşullarında olması
(kuru dere, düşük akım veya akımdan etkilenmemesi halleri) ve hangi uygulama
prensiplerine göre yapılması hususlarını kapsamaktadır. Koruyucu düzenlemenin tetkik
2
ve bakımı, cinsine göre değişim gösterdiğinden S4 faktörüne verilen puan değişik
kaplama korumalarının birbirine göreceli olarak izleme ve bakım zorluğuna
dayanmaktadır. Denklem (1)’de sunulan Cf faktörü, koruyucu tabakanın ilk maliyetinin
malzeme, taşıma, yerleştirme kalemlerine göre belirlenmesiyle düzenlemenin fiziki
ömrü boyunca gerekecek bakım ve onarım giderlerini kapsamaktadır. Özellikleri
değişkenlik gösteren hareketli tabanlı akımlar etkisinde gelecekte olası bakım ve onarım
giderlerini tahmin etmek kolay değildir. Mühendislik deneyimine gereksinim
duyulmaktadır.
Riprap Kaplama
Tasarım koşulları iyi değerlendirilmiş projelerde riprap kullanımı rijit kaplamalara göre
daha pratik ve ekonomiktir. Zira riprap kaplamada esneklik söz konusudur. Riprap
tasarımında anahtar konumunda olan iki parametre; riprap ağırlığı ve taşların
birbirleriyle kenetlenme etkisidir. Riprap kaplamada en önemli avantaj yakın ve kaliteli
taş ocağı bulunması halinde uygulamanın ekonomik olması ve akım etkisiyle riprap
sürüklenmesi halinde yerine yenilerinin kolaylıkla konulmasıdır. Kullanılacak riprap
büyüklüğünün tayin edilmesinde akarsu diliminin taban malzemesi ve akım koşulları
gibi yersel özellikleriyle ayak büyüklüğü ve yaklaşım akımına göre konumu
değerlendirilmelidir. Temel malzemesiyle riprap arasında bir filtre döşenmesi
gerekmektedir. Filtre malzemesi olarak kum-çakıl veya jeotekstil yerleştirilmesi
düşünülmelidir. Riprap döşemede taşın şekli ve özgül ağırlığı göz önünde
bulundurulmalıdır. Küresel şekle yakın riprap, akım etkisiyle kayma ve yuvarlanma
eğilimindedir. Bu nedenle, diğer taşlarla daha fazla kenetlenme etkisi yapabilmesi için
riprapın nispeten düzensiz şekilde seçilmesi gerekmektedir. Bir riprap tanesinin en
büyük, orta ve kısa kenar uzunlukları sırasıyla A, B, C ile gösterilirse, gerekli riprap
büyüklüğü A/C<3.0 şartı sağlanacak şekilde seçilmelidir. Arazi ölçümlerine dayanarak
riprap ağırlığı, W, için şu ifade önerilmiştir (Lagasse ve diğ., 2007):
W = 0.85γ r D3B
(2)
Burada γr riprapın özgül ağırlığı olup, minimum değerinin 25 kN/m3 olması
önerilmektedir. Riprap üzerinde çatlaklar olmamalı ve su emmemelidir. Denklem (2)’de
kullanılan DB, yukarıda tanımlanan B cinsinden riprap büyüklüğüdür. Riprap döşemesi
için hem emniyet hem de ekonomik açıdan geniş tane dağılımı gerekmektedir. Lagasse
ve diğerlerinin (2007) önerdiği dağılım değerleri Tablo 1’de sunulmuştur. Bu tabloda,
Dri değerleri i yüzdesinden küçük riprap büyüklüğüdür. Riprap dağılımının
belirlenmesinde üniformluk katsayısının 1.5 ile 2.5 arasında değişmesi önerilmektedir.
Böylece geniş dağılımlı riprap kullanılarak tabanda bir zırhlanma etkisi yaratılmaktadır.
Bu durumda, küçük tanelerin üzerini kaplayan büyük taneler akım etkisiyle kolayca
hareket edemeyeceği için küçük tanelerin de hareket etmesini engellenmiş olur.
Riprap büyüklüğünün tayini için literatürde birçok bağıntı sunulmuştur. Bu bağıntıların
ortak özelliği, riprap medyan çapının (Dr50) akım derinliği, göreli yoğunluk ve Froude
sayısına bağlı olarak değişmesidir. Ancak sunulan bağıntıların verdiği değerler çalışma
koşulları farklı olduğundan birbirinden farklı sonuçlar vermektedir. Bu nedenle, daha
emniyetli tarafta kalan denklemlerin kullanılması makuldür.
3
Tablo 1 Farklı sınıf ripraplar için dağılım değerleri (Lagasse ve diğ., 2007).
Sınıf
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
DB
(mm)
152.4
228.6
304.8
381.0
457.2
533.4
609.6
762.0
914.4
1066.8
Dr100
(mm)
304.8
457.2
609.6
762.0
914.4
1066.8
1219.2
1524.0
1828.8
2133.6
Dr15
(min.)
94.0
139.7
185.42
233.7
279.4
330.2
368.3
469.9
558.8
647.7
Dr15
(maks.)
132.1
198.1
266.7
330.2
393.7
469.9
533.4
660.4
800.1
927.1
Dr50
(min.)
144.8
215.9
292.1
368.3
431.8
508.0
584.2
723.9
863.6
1016.0
Dr50
(maks.)
175.3
266.7
355.6
444.5
520.7
609.6
698.5
876.3
1054.1
1231.9
Dr85
(min.)
198.1
292.1
393.7
495.3
596.9
698.5
787.4
990.6
1193.8
1384.3
Dr85
(maks.)
233.7
355.6
469.9
584.2
698.5
825.5
939.8
1168.4
1409.7
1638.3
HEC-23 yönteminde önerilen Isbach denklemi (Lagasse ve diğ., 2001) şöyledir:
Dr 50 =
0.692u d2
2 g∆
(3)
Denklem (3)’te ud ayak önündeki yersel tasarım akım hızı, g yerçekimi ivmesi ve Δ ise
değeri 1.65 olarak alınabilen göreli yoğunluktur. Denklem (3) ile hesaplanan Dr50
değerinin karşı geldiği riprap sınıfı ve dağılım detayları Tablo 1 yardımıyla bulunabilir.
Riprap kaplama bölgesinin ayak etrafından itibaren akım ve akıma dik yönlerde ayak
genişliğinin 2 katı olarak alınması önerilmektedir. Riprap döşenmesi esnasında
yüzeyden rasgele boşaltma yapılmamalıdır. Zira bu durumda özensiz yerleşmiş taşların
birbirine arzu edilen kenetlenmeyle bağlanması mümkün olmamakta ve taban
seviyesinde artan pürüzlülük nedeniyle ayaklar etrafındaki akım rahatsız edilmektedir.
Diğer taraftan akarsuda taşınan ağaç parçaları vb. rüsübatın da ayaklar arasında
yığılması halinde köprü açıklığında akım hızlanmakta ve rasgele yerleştirilmiş taşların
akımla sürüklenmesine olanak sağlanmaktadır. Dolayısıyla riprap, planlanan alan içinde
tabakalı bir şekilde özenle yerleştirilmeli ve riprap koruma tabakasının üst kotunun en
fazla akarsu talveg kotuna karşı gelmesine dikkat edilmelidir. Böylece taban
seviyesinde ilave bir türbülans yaratılmamış olacaktır. Riprap tabaka kalınlığı en az
3Dr50 kadar olmalı; daralma oyulmasının mertebesi bu değerden fazla ise tabaka
kalınlığı en az daralma oyulma derinliği kadar alınmalıdır. Taşkınlar esnasında tabanda
dalgalar oluşması bekleniyorsa kaplama alanı ve tabaka kalınlığı daha fazla alınmalı ve
kaplama üst kotu talveg kotunun altına indirilmelidir. Ayrıca riprap kaplamanın düşük
akım dönemlerinde yapılması; ancak akım içinde yapılıyorsa tabaka kalınlığının %50
artırılması uygundur (Lagasse ve diğ., 2007).
Dalgalı tabanlar için filtre malzemesinin jeotekstil olması önerilmektedir. Zira hareketli
tabanda, taban dalgasının zamanla hareket etmesi nedeniyle riprap tabakasıyla alttaki
kum-çakıl filtre arasında göreli bir hareket oluşabilir ve koruyucu taşların dengesi
bozulabilir. Tabanda aktif dalgaların beklenmediği durumlarda minimum tabaka
kalınlığı 4D50f olacak şekilde kum-çakıl filtre kullanılabilir. Burada D50f, filtre
malzemesi medyan çapıdır. Bu durumda, minimum filtre kalınlığının 15 cm’den az
olmamasına dikkat edilmelidir. Filtre tabakası su içinde yerleştirilecekse kalınlığı %50
artırılabilir. Heibaum (2004) tarafından verilen filtre malzemesi dağılım kriterinde filtre
malzemesi medyan çapının temel toprağı medyan çapına oranı, bu iki malzemenin
4
üniformluk katsayısına göre değişmektedir. Örneğin, temel toprağının ve filtre
malzemesinin her ikisinin de üniformluk katsayısının 2 olması halinde filtre malzemesi
medyan çapının temel toprağı medyan çapına oranı 10 olmaktadır. Filtre malzemesi
hidrolik iletkenliğinin toprak hidrolik iletkenliğinden çok daha fazla olması, örneğin 10
katı kadar, arzu edilmektedir. Filtre malzemesi olarak jeotekstil kullanılması halinde
dikkatle serilmeli, uçlardan fazla çekilmemeli ve yırtılma olasılığına karşı gerekli
titizlikle uygulanmalıdır. Parça halinde serilecek jeotekstilde memba tarafındaki
parçanın mansap tarafındaki parçanın üstüne gelecek şekilde yerleştirilmesine özen
gösterilmelidir. Temel toprağının su muhtevası düşük olmalı, çamur, don ve organik
madde içermemelidir. Zorunlu durumlarda sıyırma kazısı yapılarak yüzeyde mevcut
kalitesiz toprak kazınmalıdır. Riprap, yükleme kepçelerine doldurularak ayak etrafına
özenle boşaltılır. Nispeten derin sularda arzu edilen kalitede kaplama yapabilmek için
ayak etrafı bir batardo ile çevrilerek çalışma alanı yaratılabilir.
Denklem (3) ile hesaplanan riprap büyüklüğünün yakın taş ocağından elde edilebilecek
ekonomik riprap çapından fazla olması halinde daha küçük riprap malzemenin kısmi
bağlayıcı malzeme kullanılarak ayaklar etrafına serilmesi yoluna gidilebilir. Ülkemizde
henüz uygulaması olmayan bu pratikte daha fazla esneklik sağlanması açısından
ripraplar arasındaki boşlukların yaklaşık olarak %50 miktarı çimento şerbetiyle
kaplanır. Kısmi harçlı riprap uygulamasında Tablo 1’de verilen riprap sınıflarından II,
III ve IV kullanılması önerilmektedir. Sınıf II’den daha küçük riprap kullanılması
halinde boşluk hacminin küçük olması nedeniyle hazırlanan şerbetin yeterince nüfus
etmesi zordur. Diğer taraftan sınıf IV’ten daha büyük riprap kullanılması halinde boşluk
hacmi fazla olduğundan şerbetin arzu edildiği şekilde tutulması zorlaşacaktır (Lagasse
ve diğ., 2007). Bu bildiride anlatılan riprap kaplama, ülkemiz koşulları için bir
uygulama örneğiyle daha açık hale getirilecektir.
Uygulama Örneği
Riprap kaplamanın uygulama detaylarını ve maliyet hesaplarını göstermek amacıyla Fol
Deresi üzerinde bulunan Fol-1 Köprüsü için bir örnek uygulama yapılmıştır. Fol Deresi
Havzası, Türkiye’nin, taşkınlara en çok maruz kalan Karadeniz Bölgesi’nde
bulunmaktadır (Apaydın, 2010). Havzanın coğrafi ve hidrolojik özellikleri, bu bölge ile
ilgili daha önce yapılmış olan bir çalışmadan elde edilmiştir (Yanmaz ve Coşkun,
1995). Bu özelliklerden yola çıkarak, HEC-RAS yazılımı (Brunner, 2002) ile Fol
Deresi’nin su yüzü profili oluşturulmuş, köprü açıklığında kesitsel hız dağılımı elde
edilmiş ve ayaklar etrafında yerel oyulma derinlikleri hesaplanmıştır.
Vakfıkebir-Tonya yolu üzerinde bulunan ve 1979 yılında inşa edilen Fol-1 Köprüsü,
betonarme T-kiriş tipinde olup, boyu 50.1 m, döşeme genişliği ise 10.40 m’dir. Köprü
iki adet dik duvar kenar ayak ve 1 m çapında dört adet silindirik orta ayaktan oluşan iki
adet orta ayak grubu ile desteklenmiştir. Silindir ayakların altında ayrıca 12 m
uzunlukta, 3 m genişlikte ve 2 m derinlikte temel bulunmaktadır. Fol Deresi Havzası
için Bilen (1999) tarafından yürütülen bir çalışmada, havzanın taşkın frekans analizi
gerçekleştirilmiş ve farklı dönüş aralıklarına sahip taşkınlarda Fol Deresi’nden geçecek
debiler hesaplanmıştır. HEC-RAS yazılımı ile yapılan analizde, dönüş aralığı 2 ~ 500
yıl olmak üzere 15 farklı akım için su yüzü profili, kesitsel hız ve oyulma derinliği
hesaplanmıştır. Köprü açıklığında 500 yıl dönüş aralığındaki kesitsel hız dağılımı
Şekil 1’de sunulmuştur.
5
EG PF 15
Crit PF 15
WS PF 15
1 m/s
2 m/s
3 m/s
4 m/s
5 m/s
6 m/s
7 m/s
8 m/s
9 m/s
Ground
Bank Sta
Şekil 1 Köprü açıklığında 500 yıllık akımda kesitsel hız dağılımı.
Oyulma derinlikleri hesaplanırken, kenar ayaklar için Froehlich denklemi, orta ayaklar
için Richardson ve Davis denklemi kullanılmıştır (Brunner, 2002). Bu hesaplara göre
sol kenar ayakta oyulma bulunmamaktadır. Sol orta ayak grubu ve sağ kenar ayakta
hesaplanan yerel oyulma ise köprünün yapısal dengesini, 500 yıl dönüş aralıklı taşkında
bile sarsmayacak seviyededir. Ancak, sağ orta ayak grubunda oldukça derin oyulma
meydana gelmektedir. Bunun başlıca nedeni, akım alanının darlığı yüzünden sağ orta
ayak grubu etrafında oluşan yüksek akım hızıdır. Tablo 2’de farklı dönüş aralıklarına
sahip taşkınlara karşılık gelen debiler, bu debilerde sağ orta ayak grubu membaındaki
yerel akım hızı ve yine bu ayak etrafında oluşan oyulma derinliği sunulmuştur. Sağ orta
ayak grubu etrafında oluşan oyulma miktarının köprünün yapısal dengesine zarar
verebilecek seviyede olması sebebiyle, bu ayak grubu için yapısal düzenlemeler
yapılmalıdır. Bu çalışmada, riprap kaplama üzerinde durulmuştur. Fol-1 Köprüsü’nün
sağ orta ayak etrafına yapılacak riprap kaplamanın medyan çapı Denklem (3)
kullanılarak bulunmuştur. Tablo 2’de belirtilen sağ orta ayak membaındaki taşkın dönüş
aralığı ile değişen akım hızları dikkate alındığında, medyan riprap çapı 0.62 m ile
1.31 m arasında çıkmaktadır. Bu büyüklükte taşı çalışma alanı yakınlarında elde etmek
zor olduğu için Lagasse ve diğerlerinin (2007) kriterine bağlı kalarak Tablo 1’de
sunulan Sınıf IV riprap büyüklüğünü kısmi bağlayıcı malzeme kullanarak ayak etrafına
uygulamak uygun görülmüştür.
Kısmi harçlı riprap kaplamada, bağlayıcı malzeme olarak çimento şerbeti
kullanılmaktadır. Bu uygulamada riprap ayak etrafına yerleştirilmekte ve aradaki
boşlukların yaklaşık %50’si şerbet ile doldurulmaktadır. Oyulmaya karşı riprap
kullanmak, taşkınlar sırasında esnekliği artırmakta, kısmi bağlayıcı malzemeli
uygulama ise taşların denge emniyetini sağlamaktadır. Ayrıca bu sayede, klasik riprap
kaplamada kullanılan malzemeden daha küçük çaplı malzeme kullanmak yeterli
olmaktadır (Lagasse ve diğ., 2007). Fol-1 Köprüsü’nün sağ orta ayağı etrafına kısmi
harçlı riprap kaplama, Şekil 2’de gösterildiği gibi uygulanabilir.
6
Tablo 2 Farklı akımlarda sağ orta ayak grubundaki değerler (Apaydın, 2010).
Qi
Q2
Q5
Q10
Q25
Q50
Q60
Q70
Q80
Q90
Q100
Q150
Q200
Q300
Q400
Q500
Dönüş aralığı
(yıl)
2
5
10
25
50
60
70
80
90
100
150
200
300
400
500
Debi
(m3/s)
56.7
93.3
117.3
145.2
163.8
168.4
172.2
175.4
178.1
180.6
189.6
195.6
203.7
209.1
213.1
Akım hızı
(m/s)
5.37
6.14
6.51
6.92
7.21
7.27
7.32
7.36
7.39
7.43
7.54
7.62
7.72
7.78
7.84
Oyulma derinliği
(m)
2.68
2.93
3.06
3.18
3.26
3.27
3.29
3.30
3.31
3.32
3.35
3.37
3.40
3.42
3.43
1.5 m
10 m
a
a
1m
1m
12 m
1.5 m
3m
1m
1.5 m
1.5 m
15 m
a) Plan görünüşü
Akarsu yatak kotu
1.05 m
1m
1.5 m
2m
1m
12 m
2m
ys
1.5 m
b) a-a kesiti
Şekil 2 Kısmi harçlı riprap kaplama yerleşimi.
Şekil 2’de taralı alanlar kaplama yapılan kısmı, ys ise oyulma derinliğini
göstermektedir. Akarsu yatağı kotundan ayak temelinin alt kotuna kadar kaplama
yapılmıştır. Kaplamada medyan çapı ortalama 40.64 cm olan Sınıf IV riprap
kullanılmıştır. Riprap hacmi hesaplanırken porozite %35, göreli yoğunluk ise 1.65
olarak alınmıştır. Riprap arasındaki boşluğun %50’si 34.86 m3 olup, bu değer gereken
çimento şerbeti hacmini vermektedir. Riprap ile altında kalan toprağın arasına jeotekstil
7
filtre serilmiştir. Filtrenin alanı, ayak temelinin ucundan kaplama uzunluğunun üçte
ikisi boyunca serilecek şekilde hesaplanmıştır (Lagasse ve diğ., 2007). Bu şekilde filtre
yerleştirmenin nedeni, jeotekstil filtrenin uçlarının açıkta kalmaması nedeniyle herhangi
bir şekilde hasara uğramamasını sağlamaktır.
Tablo 3’te riprap, çimento şerbeti, jeotekstil filtre, kazı ve taşıma birim fiyatları,
miktarları ve maliyetleri sunulmuştur. Tablo sonunda toplam maliyet belirtilmiştir.
Ayrıca toplam maliyetin %15’i olarak varsayılan belirsizlik masraflarının eklendiği
maliyet de bu tabloda sunulmuştur. Buna göre, belirsizlik masrafları dahil kısmi harçlı
riprap kaplamanın toplam maliyeti 13,114 TL olarak hesaplanmıştır. Bu uygulama,
detayları Apaydın (2010)’da verilen ve aynı projede alternatif olarak incelenen taş
sandık ve birbirine bağlı çimento harçlı torba uygulamalarından sırayla %75 ve %61
daha ekonomiktir. Tüm akarsu düzenleme yapı elemanları gibi ayaklar etrafındaki
riprap döşemenin durumu da bilhassa taşkınlardan sonra olmak üzere periyodik olarak
incelenmeli ve gerekli onarımlar ivedilikle yapılmalıdır. Derinliği fazla akarsularda
uzman dalgıçlar vasıtasıyla yapılan tetkik işlemleri sığ sularda kolaylıkla yapılmaktadır.
Dolayısıyla düşük akım dönemlerinde akarsu köprülerinin ayakları etrafındaki olası
oyulma çukurları ve mevcut koruyucu kaplamaların durumları incelenmelidir.
Tablo 3 Kısmi harçlı riprap kaplama maliyeti.
Madde
Açıklama
Köprü civarında zeminin kazılması ve
kullanılması (El ile)
2
Kazı malzemesinin taşınması (2 km)
3
Çimento şerbeti hazırlanması
4
Riprap
5
Riprapın taşınması (11 km)
6
Jeotekstil filtre yerleştirmesi
Toplam maliyet
Belirsizlik masrafları dahil toplam maliyet
1
Birim
Birim
Fiyat
(TL)
Miktar
Maliyet
(TL)
m3
14.03
199.20
2,794.78
ton
m3
m3
m3
m2
1.72
13.54
36.29
11.78
5.38
527.88
34.86
129.48
199.20
34.00
907.95
472.00
4,698.83
2,346.58
182.92
11,403
13,114
Sonuçlar
Bu çalışmada, köprü ayakları etrafında taşkınlar nedeniyle oluşan aşırı yerel oyulmalara
karşı yapısal önlem almanın gerekliliği vurgulanmıştır. Pratik ve ekonomik olması
nedeniyle riprap kaplama üzerinde durulmuş ve Fol Deresi üzerinde bulunan Fol-1
Köprüsü için örnek bir uygulama yapılmıştır. Köprü etrafındaki akımın analizi için
HEC-RAS yazılımı kullanılmıştır. Ayaklar etrafında oyulma derinliği hesaplanmış ve
köprünün sağ orta ayak grubunun etrafına riprap kaplama yapma gerekliliği
belirtilmiştir. Ayak etrafında akımın çok hızlı olması sebebiyle gereken riprap çapı
oldukça büyük çıkmıştır. Büyük çapta riprapın bulunamaması durumunda kısmi harçlı
riprap kaplama yapılabileceği düşünülmüştür. Daha küçük çapta riprap ile arada kalan
boşlukların %50’sine bağlayıcı malzeme olarak çimento şerbeti doldurularak uygulanan
kısmi harçlı riprap kaplamanın yerleşim detayları belirlenmiş ve maliyet hesabı
yapılmıştır. Kaplamanın maliyeti 13,114 TL olarak hesaplanmış ve olası diğer
uygulamalardan daha ucuz olduğu saptanmıştır.
8
Kaynaklar
Apaydın, M. (2010) A Study on Risk Assessment of Scour Vulnerable Bridges Yüksek
Lisans Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara.
Bilen, S. V. (1999) Investigation of Design Criteria for River Bank Protection Facilities
Yüksek Lisans Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara.
Brunner, G. W. (2002) HEC-RAS River Analysis System User’s Manual Version 3.1
US Army Corps of Engineers Institute for Water Resources, Hydrologic Engineering
Center, California.
Caner, A., Yanmaz, A.M., Yakut, A., Avşar, Ö., Yılmaz, T. (2008) Service Life
Assessment of Existing Highway Bridges with no Planned Regular Inspections. Journal
of Performance of Constructed Facilities, ASCE, Vol. 22, No.2, 108-114.
Heibaum, M.H. (2004) Geotechnical Filters – The Important Link in Scour Protection.
2nd International Conference on Scour and Erosion (ISCE-2), Singapore, BAW,
Karlsruhe, Germany.
Johnson, P. A., Hey, R. D., Tessier, M., Rosgen, D. L. (2001) Use of Vanes for Control
of Scour at Vertical Wall Abutments. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE,
Vol. 127, No:9, 772–778.
Johnson, P.A., Niezgoda, S.L. (2004) Risk-Based Method for Selecting Bridge Scour
Countermeasures. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 130, No:2, 121-128.
Melville, B.W., Hadfield, A.C. (1999) The Use of Sacrificial Piles as a Bridge Scour
Countermeasure. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 125(11), 1221-1225.
Lagasse, P. F., Zevenbergen, L. W., Schall, J. D., Clopper, P. E. (2001) Bridge Scour
and Stream Instability Countermeasures - Experience, Selection, and Design
Guidelines. Hydraulic Engineering Circular No. 23, Second Edition, Federal Highway
Administration Report No. FHWA NHI 01-003, Federal Highway Administration,
Washington, D.C.
Lagasse, P.F., Clopper, P.E., Zevenbergen, L.W., Girard, L.G. (2007) Countermeasures
to Protect Bridge Piers from Scour, NCHRP Report 593, Transportation Research
Board, Washington, D.C.
Yanmaz, A. M., Coşkun, F. (1995) Hydrological Aspects of Bridge Design: Case Study.
Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 121 (6), 411-418.
Yanmaz, A.M., Caner, A. (2007) Evaluation of Hydraulic Factors Involved in Bridge
Inspection and Monitoring Practices. Proceedings of First National Symposium on Bridges
and Viaducts, IMO, Antalya, 347-353.
Yanmaz, A.M., Caner, A., Berk, A. (2007) Renovation of a Safety-Inspection
Methodology for River Bridges. Journal of Performance of Constructed Facilities,
ASCE, Vol.21, No:5, 382-389.
9

Download Report