Akarsu köprülerinin orta ayaklarında meydana gelen oyulmaların nedenleri ve oyulmaları önleyici uygulama çalışmaları
The reasons of the scouring of the river bridges in the middle piers and their preventive implementation studies
Yazar: ÖMER BERK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ UYUMAZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Yerel oyulma = Local scour

Özet:
AKARSU KÖPRÜLERİNİN ORTA AYAKLARINDA OLUŞAN OYULMALARIN NEDENLERİ VE OYULMALARI ÖNLEYİCİ UYGULAMA ÇALIŞMALARI
ÖZET
Köprüler; özellikle mühendislik yapıları olmaları açısından önemli ayrıntılara ve tasarım kriterlerine sahip yapılardır. Bununla birlikte, ulaşımı sürekli sağlayan önemli bir görevi üstlenmektedirler. Ulaşım sürekliliğinin sağlanması, şehirleşmenin geliştiği çağımızda, son derece önemli olduğu görülmektedir. Şehirleşme ve ulaşımın öncelendiği yaşam çerçevesinde önemli bir yere sahip olan köprülerin, akarsuları geçerek işlevselliğini büyük oranda arttırdığı söylenmektedir. Akarsuları geçen köprülerin birçok fonksiyona hizmet vermesi sebebi ile tasarımı son derece önemlidir. Ancak bu kadar önem sahibi köprülerin mimarlık ve mühendislik açısından tasarım aşamasında yapısal olarak göz ardı edilen birçok etkene sahip olması, büyük hasarlara yol açabilmektedir.  Tasarım, mimari ve öncelikle de mühendislik eserleri olarak anlamlandırdığımız köprülerin, yapısal anlamda inşaat öncesi birçok önlemi ve tasarım kriterlerini barındırması gerekmektedir.
Yapılan araştırmalar ve ayrıntılı incelemeler sonucu mühendislik ve mimari tasarım aşamalarında göz ardı edilen birçok unsurun, köprülerin yapısal anlamda zarar görmelerine sebebiyet verecek sonuçlar ortaya çıkarabilmektedir. Bu unsurlar tasarıma bağlı nedenler olabileceği gibi çoğunlukla doğal sebeplerin göz ardı edilmesinden kaynaklanmaktadır. Deprem, rüzgâr yükü, hidrolik etkenler, inşa edildiği yerel koşullar ve taşkın başlıca doğal sebepler arasında yer almaktadır. Deprem sonrası hasarlar, aşırı rüzgâr yüküne maruz kalmak ve taşkın gibi unsurların meydana getireceği hasarların kestirilememesi köprülerde geri dönülemeyecek hasarlar yaratmaktadır.
Özellikle yüksek akımlı taşkınlara maruz kalan akarsu köprülerinin ayakları etrafında oluşan aşırı oyulmalar nedeniyle büyük hasarlar oluşmakta ve yıkımla sonuçlanmaktadır. Bu yıkımlar zaman zaman büyük can ve ekonomik kayıplara sebebiyet vermektedir. Bunların önlemlerinin alınması köprü tasarım ve inşasında ehemmiyetle önerilmektedir. Bu sebeple köprü tasarım öncesi ön araştırmaların ve etütlerin yapılması, gerektiğinde de yeni ve etkin yöntemlere başvurulması önem arz etmektedir. Yapılan araştırmalar, köprü ayaklarında meydana gelen oyulmaların birçok sebebini açıklamaktadır. Bu sebepler arasında, mühendislik hataları, doğal süreç içerisinde oluşan meteorolojik ve hidrolojik değişkenlikler, hesaba katılmayan yükler, köprü ayaklarının inşa edildiği yerel koşulların olduğu yönünde bulgulara işaret etmektedir.
Araştırma ve tasarım süreci bu sebeplere dayandırılarak detaylı bir şekilde çalışıldığında daha net ve hata ve kusurlardan olabildiğince arındırılmış sonuçlara ulaşılmaktadır. Köprülerin orta ayaklarında meydana gelen oyulmalar sonucu hasarlanması veya yıkılması, mühendislik çalışmalarının tasarım ve uygulama aşamasında birtakım önlemlerinde ele alınması gibi araştırmaların geliştirilmesine önayak olmuştur. Köprü ayaklarında oyulmalar sonucu köprünün yıkılmasını önleyici en iyi tedbir, tasarım aşamasında oluşabilecek maksimum oyulma miktarını öngörmek ve ayakların bu oyulmalardan etkilenmeyecek şekilde derinde teşkil etmektir. Ancak, gerek yerel zemin koşulları, gerekse akarsuyun akım şartları ve ekonomik sebepler ile bu uygulamalar çoğu kez yapılamamaktadır. Oyulmaları önleyici ve azaltıcı bazı mühendislik çalışmaları, köprülerin yıkılması veya hasarlanması ile sonuçlanacak oyulmaları önleyici veya geciktirici yönde bazı ekonomik olumlu sonuçlar verebilmektedir. Bu çalışmada, akarsu köprü ayaklarında meydana gelen oyulmaların nedenleri ve bunları önleyici/azaltıcı bazı mühendislik uygulamalar hakkında bilgilendirmelere yer verilmektedir.

Abstract:
THE REASONS OF THE SCOURING OF THE RIVER BRIDGES IN THE MIDDLE PIERS AND THEIR PREVENTIVE IMPLEMENTATION STUDIES
SUMMARY
Bridges; are structures that have important details and design criterias especially in terms of being engineering structures. Nevertheless, they take on an important task that ensures transportation. It is seen that ensuring continuity of transportation is extremely important in our age when urbanization is developing. It has been said that the bridges, which have an important place in the framework of life where urbanization and transportation are prioritized, greatly increase the functionality by crossing the rivers. The bridges crossing the rivers' design is very important because they serve many functions. However, the fact that bridges of such importance have many structural factors that are neglected in the design phase in terms of architecture and engineering can cause great damage. Bridges, which we designated as design, architectural and primarily engineering works, must contain many structural precautions and design criterias before construction.
As a result of the researches and detailed examinations, many factors that are ignored in the engineering and architectural design stages can yield results that will cause structural damage to the bridges. These factors may be reasons related to design or mostly due to ignoring natural reasons. Earthquake, wind load, hydraulic factors, local conditions and flood are among the main natural causes. Inability to predict damage caused by post-earthquake damages, being exposed to excessive wind loads and floods cause irreversible damage to bridges.
The most important hydraulic factors that negatively affect the safety of the bridges are the bridges built on alluvial-based rivers. Because this feature increases the carvings that can occur in the river bed. Factors related to other hydraulic factors such as these are seen as the bridges exposed to flood and flood events cause accumulation in the bridge opening of the rough material carried during this process and cause blockage and increase the scoring potential together with the speed effect.

In this study, the reasons of the undulations occurring in the middle piers of the river bridges, depending on both the severity of the flow, other characteristics of the flow and the river are given. In addition to scoring predictions and calculations, information about flow changing systems, one of the engineering studies to reduce or prevent scoring, is given.
The amount of scouring may differ depending on the characteristics of the place where the bridge piers are located because the flow and other local characteristics of each river are different. Likewise, preventive-reducing engineering application choices may differ. The engineer should calculate the amount of scouring under predictability at the design stage and aim to design the feet so as not to lose their stability as a result of this scoring. In case of topographic-geological and hydrological obstacles that will prevent this situation, it should apply the most suitable or a few of the scour reduction engineering applications shown above. The fact that some of these applications can be applied on existing bridge legs provides a great advantage for reducing the scouring.
Major damages occur and result in destruction, especially due to excessive scoring around the feet of river bridges exposed to high current floods. These destructions occasionally cause lots of life and economic losses. Taking precautions is highly recommended in bridge design and construction. For this reason, it is important to conduct preliminary research and studies before the bridge design, and to use new and effective methods when necessary. Researches explain many causes of carvings occurring in bridge legs. Among these reasons, engineering errors, meteorological and hydrological variations occurring in the natural process, loads that are not taken into account, and local conditions in which the bridge legs are built indicate that there are local conditions.
The research and design process is based on these reasons, and when studied in detail, the results are clearer and more free from errors and defects. Damage or demolition of bridges as a result of carvings occurring in the middle piers has led to the development of researches such as engineering studies to be handled in some precautions during the design and implementation phase. The best prevention the bridge from collapsing as a result of scourings on the feet is to predict the maximum amount of carvings that may occur during the design phase and to form the feet in such a way that they will not be affected by these carvings.
However, these applications are often not performed due to local ground conditions, the rivers flow conditions and economic reasons. Some engineering studies that prevent and reduce scouring can give some economic positive results in the direction of preventing or retarding scoring which will result in the collapse or damage of the bridges. In this study, information is given about the causes of scouring on the river bridge legs and some preventing/reducing engineering applications.