Experimental and numerical investigation of the local scour around bridge piers in the case of the sediment feeding

Köprü ayakları etrafında meydana gelen yerel oyulmalar bir çok çalışmaya konu olmuş olsa da araştırmacılar genellikle temiz su oyulmalarına yönelmişlerdir. Hareketli taban koşulları altında meydana gelen oyulmalara ait çalışmalar az sayıda olup, bu çalışmalarda taşkın hidrografı durumunda oluşan oyulmalar ayrıntılı olarak incelenmemiştir. Bu çalışmanın amacı, taşkın hidrografları durumunda dairesel köprü ayakları etrafında oluşan hareketli taban oyulmasını araştırmaktır. Deneylerde 16 farklı üçgen hidrograf oluşturulmuştur. Üç farklı çapa sahip köprü ayakları, bu hidrograflar altında test edilmiştir. Deneylerde 1,63 mm çapına haiz üniform taban malzemesi kullanılmıştır. Oyulmanın mekaniğiyle ilgili gözlemler, deneyler sırasında elde edilen fotoğraflar ile anlatılmıştır. Hidrograf pik debilerinin ve hidrograf sürelerinin köprü ayakları etrafında oluşan oyulmalara etkisi, ayrıntılı olarak tartışılmıştır. Nümerik araştırma Flow-3D adlı bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan hidrograflardan bir tanesi seçilerek ve LES, RNG ve iki denklem k-ε türbülans modelleri kullanılarak nümerik analiz gerçekleştirilmiştir. Nümerik sonuçlar deneysel bulgular ile karşılaştırılmıştır. LES türbülans modelinin kullanıldığı simülasyonların deneysel sonuçlar ile daha uyumlu olduğu gözlenmiştir. Hidrografın yükselme eğrisi boyunca akış hızının, alçalma eğrisi boyunca ise sediment taşınım miktarının oyulma üzerinde baskın unsur olduğu görülmüştür. Maksimum oyulma derinliğine ait zaman ölçeğini, zamana bağlı oyulma derinliğini, ve maksimum oyulma derinliğini tahmin etmek amacıyla üç ayrı ampirik bağıntı türetilmiştir. İstatistiksel bakımdan anlamlı determinasyon katsayıları elde edilmiştir.