Taş dolgu dalgakıranlar için yenilikçi tek sıra koruma tabakası tasarımı: Piblok+
Innovative single-layer armor unit design for rubble mound breakwaters: Piblok+
Yazar: ARİF UĞURLU
Danışman: PROF. DR. CAN ELMAR BALAS
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada inşaatı zorlayıcı olan ve 20 m'den daha derin su kesimlerinde imal edilen kıyı yapılarının belirlenimci ve olasılıksal tasarımları karşılaştırmalı olarak incelenerek bu koşullarda seçilecek yapılar standartlar açısından irdelenmiştir. Literatüre katkı olarak, derin deniz kıyı yapıları için olasılıksal ve belirlenimci yöntemler içeren hibrid bir tasarım modeli olan DEKYAP geliştirilmiştir. Model sonuçları tüm derin deniz yapı alternatifleri için birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Teknolojiye katkı olarak, ülkemizin ilk ve tek yerli tek sıra koruma tabakası Piblok+ geliştirilerek 2022/018635 numaralı patent Türk Patent Enstitüsü'nden alınmıştır. Piblok+ numerik modeller ile eş değerleri ile kıyaslanmıştır. Çalışma kapsamında ilk olarak taş dolgu derin deniz yapıları ele alınmış ve mevzuatta yer alan düzenlemeler çerçevesinde irdelenmiştir. Daha sonra bu tahkikler Monte Carlo Simülasyonu (MCS) yöntemi ile olasılıksal tasarım için yinelenmiş ve iklim değişikliğinin etkileri gözetilerek standartlar için öneriler geliştirilmiştir. Böylece standartlarda bu koşullarda tasarlanacak kıyı yapıları için öneriler ekonomik analizler çerçevesinde geliştirilmiştir. Bölgenin dalga ve rüzgâr iklimi, ülkemizde geliştirilen HYDROTAM-3D yazılımı ile belirlenmiştir. Eş zamanlı olarak ülkemizin ilk ve tek yerli tek sıra koruma tabakası Piblok+'ın patent başvuruları tamamlanmıştır. Piblok+ tek sıra koruma tabakasının Rize-Artvin Havalimanı projesinde kullanılması durumunda, bölgedeki dalgalar etkisindeki hidrolik davranışı HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) yöntemi ile modellenmiştir. HAD modelleme için FLOW-3D yazılımı kullanılmıştır. Derin kıyı yapıları için Rize-Artvin Havalimanı örneğinde, deneyleri daha önce yapılmış olan Accropode II ile Piblok+ alternatifleri belirlenimci, güvenirliğe dayalı olasılıksal ve sayısal yöntemlerle ekonomik analiz çerçevesinde karşılaştırmalı olarak irdelenmiş ve iklim değişikliğine bağlı su seviyesi artışlarının tasarımda büyük etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Standartlarda iklim değişikliğini en iyi yansıtan güvenirliğe dayalı modelin kullanılması gerektiği ortaya konmuştur. Piblok'un patent süreci olumlu sonuçlanmış, "Sönümleyici Tek Kat Koruma Tabakası TPE: 2023/007643" patent numarası ile ilk patent alınmıştır. Piblok+ ikinci aşama çalışmanın sonucu olup Piblok'a oranla daha başarılı kilitlenme kapasitesine sahiptir. Tez kapsamında HAD çalışmaları yapılan Piblok+ benzeri tek sıra koruma tabakaları ile karşılaştırıldığında (Accropode II) aşma, stabilite ve ekonomi yönünden başarılı sonuçlar vermiştir. Piblok+'ın üç boyutlu yazıcıda basılan modelleri Ek 2 Şekil 9.7'da görülmektedir. 
Daha gelişmiş bir ürün olan Piblok+ patent başvurusu TPE nezdinde 2022/018635 başvuru numarası ile yapılmış ve 29.01.2024 tarihinde ikinci patenti alması TPE tarafından uygun görülmüştür. 21.02.2024 tarihinde resmi patent bülteninde yayınlanmıştır (Ek 2. Şekil 9.8). Sonuç olarak, karşılaştırılan derin kıyı yapıları alternatifleri içinde Piblok+ başarılı sonuçlar vermiş, prototip koşullarına uygulanabilecek seviyede bir tasarım olduğu ortaya konmuş ve hidrolik deney aşamasına geçilebilecek bir yatırım olacağı sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In this thesis, the deterministic and probabilistic designs of sea structures designed in water depths exceeding 20 meters, which pose construction challenges, have been comparatively examined and assessed for compliance with standards under these conditions. As a contribution to the literature, DEKYAP, a hybrid design model incorporating probabilistic and deterministic methods for deep-sea structures, has been developed. The model results were compared across all deep-sea structure alternatives. As a technological contribution, Turkey's first and only single-layer protection system, Piblok+, was developed and patented by the Turkish Patent Institute with a number of 2022/018635. The numerical models of the new design were compared with its alternatives and solutions for these structures. Initially, deep-sea structures were considered and examined within the framework of the regulations in the study. Subsequently, these investigations were repeated for probabilistic design using the Monte Carlo Simulation (MCS) method, considering the effects of climate change, and suggestions were developed for standards. Thus, design suggestions for deep sea structures proposed under environmental conditions were developed within the framework of economic analyses. The wave and wind climate of the region was determined using the HYDROTAM-3D software developed in Türkiye. Concurrently, the patent applications for Türkiye's first and only single-layer protection layer, Piblok+, have been completed. If Piblok+ is used in the Rize-Artvin Airport project, the hydraulic behavior under Black Sea waves was modeled using the Computational Fluid Dynamics (CFD) method. The FLOW-3D software was used for CFD modeling. As a result, in the example of the Rize-Artvin Airport, previously tested alternatives of Accropode II and Piblok+ were compared using deterministic, reliability-based probabilistic, and numerical methods within the framework of an economic analysis, and it was determined that increases in water levels due to climate change had a significant impact on the design. It has been determined that the reliability-based model that best reflects climate change should be used in standards. Piblok's patent process has been successfully completed, and the first patent has been obtained under the patent of "Single-Layer Armor Protection TPE: 2023/007643". The upgraded version Piblok+ is the result of the second phase of the study and has a higher locking capacity. Piblok+ is compared to similar single-row protection layers such as Accropode II for wave overtopping, stability, and economy, it has shown successful performance. Models of Piblok+ printed with a 3D printer are shown in Appendix 2, Figure 9.7. The second patent application for Piblok+ was submitted to TPE with the application number 2022/018635, and it was considered suitable by TPE to receive its second patent on 29.01.2024. It was published in the official patent bulletin on 21.02.2024 (Appendix 2, Figure 9.8). As a result, among the compared deep coastal structure alternatives, Piblok+ has yielded successful results, proven to be a design that can be applied at prototype conditions, and has reached the conclusion that it would be a viable investment to move to the hydraulic testing phase.