Prof. Dr. M. Tunç ÖZCAN Tarım Makinaları Bölümü AKIŞKANLAR MEKANİĞİ Prof. Dr. M. Tunç ÖZCAN Tarım Makinaları Bölümü 8

Kanal Geometrik Yapısı Kanallar hidrolik olarak en az sürtünmesi olan, en fazla debiyi ileten geometrik yapıda olmalıdırlar. Bunu sağlamak için en büyük hidrolik yarıçaplı kanal geometrisine ulaşmak gerekir. Diğer yandan da kanalın yapım güçlükleri nedeniyle en ekonomik yapım şeklini sağlayacak, uzun ömürlü kanal geometrisini tercih etmemiz gerekiyor.

”en az sürtünme ve en fazla debi” Bu iki kısıtlayıcı özelliği birlikte sağlayacak bir çözüm bulmak önemli bir mühendislik problemidir. Tek bir çözümü de yoktur. Çevresel etkiler ve ekonomik koşullar altında farklı çözümler üretilebilir. Çözüm öncelikle kanal geometrisinde yatmaktadır.

Kanallarda Geometrik Elamanlar

Kanal geometrisi, kanalın geometrik şekline ilişkin özelliklerdir Kanal geometrisi, kanalın geometrik şekline ilişkin özelliklerdir. Kanal geometrik şekli, (b) taban genişliği, (m) şev eğimi, (t)serbest yüzey genişliği, (h) su derinliği, (A) kesit alanı,(P) ıslak çevresi, (R) hidrolik yarıçapı, Taban genişliği (b) : Kanalın taban kenarıdır. Yamuğun dar kenarını oluşturur, yataydır.

Şev eğimi (m) : Kanalın eğimli iki kenarıdır Şev eğimi (m) : Kanalın eğimli iki kenarıdır. Bu kenarların eğimi yapımında kullanılan malzemeye ve kanalın açıldığı yerin toprak yapısıyla ilişkilidir. Şev ifadesinde kullanılan (m) kanal yan kenar eğimini birim yükseklik için verir. Bir başka deyişle hipotenüsü eğimli kanal kenarı ile aynı eğime sahip dik üçgenin kısa dik kenarının (1 m ) uzunluğu için yatay kenarın uzunluğudur.

Yamuk ve üçgen kanallarda kanal yan kenarının yatay izdüşümü (L) şöyle hesaplanabilir. L= m .h Kanal yan kenarının gerçek uzunluğu ( C ) şev eğimi ve dik üçgen bağıntıları yardımıyla hesaplanabilir. Yamuk ve üçgen kanallarda aşağıdaki gibi hesaplanabilir.

Serbest yüzey genişliği (T) : Kanalda akan suyun havayla oluşturduğu serbest yüzeyidir. Bu uzunluk yamuk şekilde kesitin en büyük kenarıdır. Suyun yan kenarlara temas ettiği yerden ölçülür. Su derinliği (h) : Kanaldaki suyun derinliği.

Akış kesit alanı (A) : Kanalda akan suyun kesit alanı, geometrik şeklin alanıdır. Islak çevre (P) : Suyun kanal içerisinde ıslattığı uzunluktur. Hidrolik yarıçap ( R ) : Kanal akış kesit alanının ıslak çevreye oranıdır. R= A / P

.

Hidrolik olarak kanal kesitinden en fazla suyu akıtmak asıl amaçtır Hidrolik olarak kanal kesitinden en fazla suyu akıtmak asıl amaçtır. Bunun için hidrolik yarıçapında en büyük olması gerekir. Hidrolik yarıçapı büyütecek birinci terim kesit alanıdır. Kesitin artması debiyi de artırır. Diğer terim ise ıslak çevredir. Islak çevre hidrolik yarıçapı ters orantılı olarak etkiler. Hidrolik yarıçapı büyütmek için ıslak çevreyi en küçük tutabilmek gerekir. Bu kesite “en uygun kesit” adı verilmektedir.

En uygun kesit için belirli bir (A) alanının en küçük çevrede oluşması istenir. Bilindiği gibi bu geometrik şekil dairedir. Daire belirli bir çevrede en büyük alanı çevreler. Yarım dairede aynı hidrolik yarıçapa sahiptir. Bu nedenle açık kanlarda en uygun kesit yarım dairedir.

Yarım daire şeklinde kanal kesitlerini metal malzemeleri presleyerek kolayca üretmek olasıdır. Ancak toprak yüzeyine kanal kazarken, betonarme olarak kalıplarken, toprak yüzeyi beton veya diğer malzemelerle kaplarken yarım daire şekli uygulamak oldukça güçtür. Kalıplama maliyetlerini ve işçiliği önemli oranda artırır. Toprak kanal olarak kısa süre içerisinde bozulur. Kanal içerisini temizlerken yarım daire şekli korumak güçtür.

Kanallar toprak yüzeyine kazı ve dolgu yapılarak açılır Kanallar toprak yüzeyine kazı ve dolgu yapılarak açılır. Kazılan bir kısım toprak kenarlara yığılarak kanal şevini oluştururlar. Böylece büyük kesitler elde ederken olduğunca az materyal kazılmış ve taşınmış olur. Bu yolla maliyetler azaltılır.

kanallar yamuk kesitli olarak yapılmaktadır. Yanlara yığılarak kanal şevini oluşturan ve sedde adı verilen toprak materyal kendi yığılma açısı yada doğal şev açısından daha küçük bir açıda eğim verilerek yığıldığında şeklini kolayca korumaktadır. Bu yüzeylerin kaplanması da kolaylaşmaktadır. Bu nedenle uygulamada kanallar yamuk kesitli olarak yapılmaktadır.

.

Zemin Yapısı Kenar eğimi Kaya 0,2 / 1 Gevşek kaya 0,5 / 1 Sert kil 1 / 1 - 1,5 / 1 Kil, kum, çakıl 1,5 / 1 - 2 / 1 Kumlu zemin 2,5 / 1 - 3 / 1 Çık kumlu zemin 3 / 1 Beton kaplama 1,5 / 1

AÇIK KANALLARDA SÜRTÜNME EŞİTLİĞİ

Bu son eşitliğe CHEZY eşitliği denmektedir Bu son eşitliğe CHEZY eşitliği denmektedir. Bir Çok araştırmacı bu eşitliği kabullenmiş ve sürtünme faktörü denebilecek ( C) katsayısının hesaplanmasıyla ilgilenmiştir.

Bazin eşitliği Bazain Henry , Darcy ile çalışmıştır. Bazin 1897 yılında 0,2 -2,0 m genişliğinde, 0,2 -0,95 m derinliğinde, 0,0015 – 0,1 kanal taban eğiminde ve 0,1 – 1,236 m/s hız aralığında çalışmıştır. Eşitliği bu aralıklarda kullanılabilir.

Bu değer Chezy genel eşitliğinde yerine konduğunda Bazin’in hız eşitliğine ulaşılır

Bazin eşitliği () katsayısı değerleri Kanal sınıfı Kanal özelliği () katsayısı 1 Çok Düzgün kanallar ( perdahlı çimento) 0,06 2 Düzgün kanallar (tuğla, kesme taş düzgün sıva yapılmış kanallar) 3 Moloz taş duvar, kalıptan yeni çıkmış beton kanallar 0,46 4 Taş örgü ve düzgün toprak kanallar 0,85 5 Doğal toprak kanallar 1,30 6 Çok pürüzlü, çakıllı, otlanmış toprak kanallar 1,75

Kanalizasyon ve küçük kanallarda iyi Kutter Eşitliği Kanalizasyon ve küçük kanallarda iyi sonuç veren Kutter formülü aşağıdaki gibidir.

Kutter eşitliği (m) katsayısı değerleri Kanal Tipi m sayısı İyi rendelenmiş ahşap ve üzeri şaplanmış beton kanallar 0,15 Beton ve betonarme kanallar 0,20 Tuğla ve kesme taş yapılmış düzgün kanallar 0,25 Moloz taş duvar ve adi taş kanallar 0,30 Adi harçlı kanal ve kaba beton kanallar 0,50 Temiz şekilde yapılmış düzgün toprak kanallar 1,50 Kanal şevleri otlu kanallar 1,75 Bakımsız otlanmış toprak kanallar 2,00 Fazla otlanmış, çakıllı dereler ve toprak kanallar 2,50

Manning eşitliği açık kanlarda en yaygın kullanılan eşitliktir.

Normal beton kanalarda n=0,016 DSİ tarafından (n) katsayısı için aşağıdaki değerlerin kullanılması önerilmiştir. Normal beton kanalarda n=0,016 Kuruda açılmış düzgün kesitli tabanında kum birinkisi olan toprak kanalar n= 0,028

Manning eşitliği (n) katsayısı değerleri Kanal Tipi n sayısı Ahşap ve metal kanallar ve metal kalıpla yapılan beton kanallar 0,011 Kalıptan çıktıktan sonra iyice temizlenen beton kanallar 0,013 Normal beton kanallarda (*) 0,016 Eski beton kanallar, az hasarlı 0,019 Çok güzel işlenmiş tuğla ve kesme taş kanallar 0,014 İyi yapılmış moloz taş duvar veya harçlı pere duvar 0,018 Kuru duvar inşaatı veya pere kanallar 0,028 Kuru açılmış, çok düzgün kesitli ve bitkisiz toprak kanallar Kuruda açılmış, çok düzgün kesitli, bitkisiz, tabanında kum ve çakıl olan toprak kanallar 0,023 Kuruda açılmış, düzgün kesitli, tabanında kum birikintileri ve bitki olan toprak kanallar (*) Su altında ekskavatörle açılmış kanallar 0,029 Kötü durumda olan kanallar, şevleri bozulmuş, tabanında bitki örtüsü ve kum birikintisi olan toprak kanallar 0,035 Doğal kayalarda dinbamitle açılan şevleri düzeltilmemiş kanallar 0,038-0,047