Taş dolgu dalgakıranların sismik davranışı
Seismic response of rubble mound breakwaters
Yazar: KUBİLAY CİHAN
Danışman: PROF. DR. YALÇIN YÜKSEL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Deprem = Earthquake ; Sismik tepki = Seismic response ; Taş dolgu dalgakıran = Rubble mound breakwater ; Şev kararlılığı = Slope stability

Özet:
Dalgakıranlar gemilerin emniyetli olarak barınmaları, liman faaliyetlerinin düzenli olarak yürütülmesi, limanların kumlanmaya karşı korunması ve kıyıların erozyona karşı koymaları gibi amaçlarla inşa edilen deniz yapılarıdır. Dalgakıranların en sık karşılaşılan tipleri taş dolgu ve kompozit olanlarıdır. Taş dolgu dalgakıranlar sadece dalga etkisine değil, aynı zamanda deprem gibi çevresel yüklemelere de maruz kalmaktadırlar. Bu yapıların dalga etkisindeki davranışları hakkında literatürde çalışmalar bulunmasına rağmen, deprem durumundaki davranışı üzerine yapılan incelemeler sınırlıdır. Ancak orta büyüklükteki deprem etkisinde bile önemli derecede hasara uğrayan dalgakıranlar bilinmektedir. Bu durum tasarımda deprem etkisinin gözönüne alınmasını gerektirmektedir.Bu çalışmada, taş dolgu dalgakıranların sismik etki altındaki davranışlarının deneysel ve sayısal olarak araştırılması amaçlanmıştır. Deneyler farklı modeller için gerçekleştirilmiştir. Bunlar; üniform anroşmandan oluşan dalgakıran modeli, geleneksel tabakalı dalgakıran modeli ve koruma tabakasında yapay blok (küp, tetrapod, accropode, core-loc) kullanılan dalgakıran modelleridir. Deneylerde tek boyutta harekete izin verilen sarsma tankı kullanılmıştır. Deneyler farklı genlik ve frekans değerleri için dalgasız ortamda yapılmıştır. Model ölçeği 1/50'dir. Modellerin hepsi 1/2 eğime sahiptir ve kret yüksekliği 0.60 m'dir. Tank içindeki su derinliği 0.40 m'dir. Deneylerde dört adet ivme ölçer kullanılmıştır. Bu ivme ölçerler model üzerinde farklı noktalara (zemin, kret ve şevler) yerleştirilmiştir. Krette ve şevlerde ölçülen ivme değerleri büyütme oranının elde edilmesi için zemin ivmesiyle karşılaştırılmıştır. Modeller rijit temel üzerine yerleştirilmiştir. Böylece sadece dalgakıran kesitinin sismik davranışı belirlenmiştir. Sismik davranışın tanımı boyutsuz parametrelerle verilmiştir. Bu parametreler; dalgakırandaki kaymayı ve sıkışmayı tanımlayan kretteki birim oturma ve hacimsel birim deformasyondur. Ayrıca dalgakıran şevlerinde meydana gelen deformasyonları tanımlayan hasar seviyesi de belirlenen boyutsuz bir parametredir. Bu üç parametre yardımıyla dalgakıran modellerinde meydana gelen sismik hasar miktarlarının sismik ivmeyle değişimi belirlenmiştir.Plaxis V9.0 yazılımı kullanılarak üniform anroşmandan oluşan model dalgakıranın kuru ortamdaki ve su içindeki dinamik davranışı incelenmiştir. Sayısal modelde, modelin dinamik davranışının belirlenmesi için malzemenin elasto-plastik davranışını temsil edebilen Hardening Soil Small Strain Model tercih edilmiştir. Ayrıca Newmark (1965) ve Bishop (1955) yöntemleri kullanılarak şev için yenilme ivmesi değerleri belirlenmiştir. Elde edilen sayısal model sonuçları ile deney sonuçları karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Breakwaters are the marine structures constructed for safety harbouring of ships, handling of harbour activities regularly, protection of harbours against sedimentation and protection of coasts against erosion. Most common types of breakwaters are rubble mound and composite breakwaters. Rubble mound breakwaters are subjected to not only wave actions but also other types of environmental loadings such as earthquakes. Although there are a lot of studies about their response under wave effect in literature, investigations concerning their seismic response are limited. But it is known some breakwaters are damaged seriously even under earthquakes of medium magnitude. For this reason, the effect of earthquake on breakwaters is required to be taken into account during design of breakwaters.In this study, an experimental investigation of seismic response of rubble mound breakwaters was aimed. Thus, experiments were carried out for different breakwater models. These are homogeneous rubble mound breakwater, conservative layered breakwater and breakwaters which are composed using artificial units (cube, tetrapod, accropode, core-loc) for armour layer. Shaking tank allowed only one dimensional moving was used in experimental study. Experiments were carried out for different values of amplitudes and frequencies on condition without waves. Model scale is 1/50. The slopes of all models are 1/2 and crest elevation is 0.60 m. The water depth is 0.40 m in the tank. Four accelerometers were used during tests. These accelerometers were placed different points (base, crest, slopes) on models. The accelerations measured at the crest and the side slopes were compared with the base acceleration to obtain the amplification ratio. The breakwater models sit on the rigid bed. Therefore, only seismic response of cross section of breakwater was determined. Definition of seismic response was given with dimensionless parameters. These parameters are relative settlement on breakwater crest and unit volume deformation which define sliding and compaction on the breakwater cross section. And also damage level is a dimensionless parameter which defines deformations on breakwater slopes. Owing to three parameters, variations of seismic damage occuring on the breakwater models were determined against seismic acceleration.Dynamic response of homogenous rubble mound breakwaters in dry and in water conditions was investigated by using Plaxis V9.0 Software. In numerical model, Hardening Soil Small Strain Model that can represent the elasto-plastic behaviour of material of breakwaters was preferred to determine dynamic response of model. Also, yield accelerations of breakwater?s slopes were determined by using Newmark (1965) and Bishop (1955) methods. Results of numerical model and of physical model were compared.