straın-gage yöntem_ ve gem_ _n_aatında kullanım alanları

Yapım Matbaacılık Ltd., İstanbul, 1999
Editörler :A. İ. ALDOĞAN
Y. ÜNSAN
E BAYRAKTARKATAL
GEMİ İNŞAATI VE DENİZ TEKNOLOJİSİ
TEKNİK KONGRESİ 99 – BİLDİRİ KİTABI
GEMİ KURTARMADA BOYUNA MUKAVEMET HESABININ
ÖNEMİ ve MODELLEMEDE KARŞILAŞILAN ZORLUKLAR
1
2
Ertekin BAYRAKTARKATAL , Yalçın ÜNSAN
ÖZET
Bu çalışmada İ.T.Ü. Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi , Gemi
Mukavemeti Grubu olarak çalışılan gemi kurtarma operasyonları hakkında bilgi verilecek,
gemi bünyesinin mukavemet açıdan modellenmesi ve kurtarma operasyonları sırasında
karşılaşılan problemler anlatılacaktır. Kurtarma çalışmasına iştirak edilen gemilerden bir
adeti örnek olarak sunulacak, yapılan hesaplamalar sonuçlar karşılaşılan problemlerin
çözümleri ile birlikte sunulacaktır.
1. GİRİŞ
Ülkemiz konumu itibari ile çok işlek bir deniz trafiğine sahip olan boğazlara
sahiptir. Sözü edilen bu yoğun deniz trafiği aynı zamanda kaza olasılığını da
arttırmaktadır. Bu nedenle “gemi kurtarma” üzerindeki çalışmaların ayrı bir önemi olduğu
görülmektedir. Yapılan çalışmanın bir amacıda bu konuya dikkat çekmektir. Gemi
kurtarma operasyonunda , gemi bünyesinde yapılan işlemlerin ( yükün tahliyesi, yer
değiştirmesi
vs.) stabilite ve boyuna mukavemet hesaplarıyla desteklenmesi
gerekmektedir. Bu nedenle hızlı ve sağlıklı bir veri akış sistemi kurulması, elde edilen
verilerin duyarlı ve hızlı bir şekilde değerlendirilip cevap verilmesi gerekmektedir.
Kurtarma işlemleri sırasında uygulanması düşünülen her yeni durumun hesabı (
başlangıçta yapılan modellemeden sonra ) 10 – 15 dakika gibi bir sürede tamamlanarak
kurtarma senaryosuna yön verilebilmelidir.
1
2
Y. Doç. Dr. İ.T.Ü. Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi, Gemi İnşaatı Bölümü,
Ayazağa – 80626, İstanbul, Türkiye.
Y. Doç. Dr. İ.T.Ü. Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi, Gemi İnşaatı Bölümü,
Ayazağa – 80626, İstanbul, Türkiye.
65
2- GEMİ BÜNYESİNİN MODELLENMESİ ve KARŞILAŞILAN ZORLUKLAR
Boyuna mukavemet hesabında gemi bünyesi değişken kesitli bir kiriş olarak
modellenir. Gemi bünyesindeki ağırlık gurupları ( çelik tekne, kargo vs.) ve suyun
kaldırma kuvveti kirişe yayılı yükler olarak etki ettirilirler. Sistem, kaldırma kuvveti ve
ağırlık gruplarının etkisi ile dengede olduğundan herhangi bir mesnet koşuluna gerek
kalmaz. Bu nedenle kiriş uçları “ serbest uç ” olarak alınır ve integrasyon sabitleri bu sınır
koşullarına göre belirlenir. Kirişe etkiyen yük eğrisinin çok süreksiz karekterde olması
analitik çözüm yerine nümerik integrasyonu avantajlı hale getirmektedir. Nümerik
integrasyonun diğer bir avantajı ise bilgisayar kullanımına olanak tanıması ve hesapların
çabuk yapılabilmesidir. Buraya kadar anlatılan, standart boyuna mukavemet hesabının
gerektirdiği mukavemet modellinin çok kısa bir özetidir. Kaza yapmış ve hasara uğramış
gemide ise, modelleme esnasında karşılaşılaşılacak ilave problemler olabilir. Bunlar üç
ana gurupta toplanabilir.
i- Gemiye ait datalardaki eksiklikler ,
ii- Geminin kazadan sonraki durumunun tespiti,
iii- Kurtarma operasyonu sırasında ortaya çıkan problemler
i-Gemiye ait datalardaki eksiklikler: Kurtarılacak gemiye ait datanın bir kısmı,
(özellikle geminin işletmesi sırasında çok gerekli olmayanlar) olayın getirdiği karışıklık
nedeni ile temin edilememekte bu nedenle de modelleme esnasında eksik olabilmektedir .
Kurtarma işleminin çok kısa sürede başlayabilmesi, kurtarma işleminin başarıya
ulaşabilmesi açısından çok önemlidir. Bu işlemin kısa sürede başlayabilmesi, eksik
datanın yeniden hesaplanması veya bunun uzun zaman alabileceği durumlarda uygun
kabullerle hızlı bir şekilde elde edilmesi ile, boyuna mukavemet ve stabilite hesaplarının
yapılarak acil cevap hizmeti verilebilmesine bağlıdır. Genelde karşılaşılan eksiklikler
şunlardır.
Tekne ağırlık dağılımının bulunmaması : En sık karşılaşılan durumdur. Hesap
sonuçlarının güvenli olmasında en önemli etkiyi yapar. Yeniden elde etmeye çalışmak çok
zaman alması nedeni ile pratik değildir. En önemli bileşeni çelik tekne ağırlık dağılımıdır.
Kesit konstrüksiyon resimlerinin eksikliği : Boyuna mukavemet hesabında
geminin değişken kesitli kiriş olarak modellenebilmesi için yeterli sayıda kesitte atalet
momenti değerine ihtiyaç vardır. Ayrıca kesit resimlerinden faydalanılarak çelik tekne
dağılımı da yeterli hassasiyetle elde edilebilir.
Tank kapasite planının bulunmaması: Tank hacimlerinin bilinmesi yaralı durumda
geminin hangi noktasında ne miktarda ağırlık bulunduğunun belirlenmesi ve kurtarma
işlemine başlamadan kurtarma senaryoları üretilebilmesine olanak sağlamaktadır.
66
ii- Geminin kazadan sonraki durumunun tespiti: Gemide meydana gelmiş kaza
nedeni ile oluşan hasarın tespiti yapılacak modellemede birinci derecede önemlidir.
Yanma,çatışma veya başka bir nedenden kaynaklanan hasarın iyi tespit edilebilmesi için
hasarlı bölgeye erişmek ve detaylı bir inceleme yapmak gerekmektedir.
Genellikle kazadan dolayı yapılması gereken inceleme çok tehlikeli olabilir .
Bundan başka yapıda meydana gelen hasar nedeni ile inceleme gereken bölgelere
girilemeyebilir. Bu durumda bazı eksik bilgilerle modelleme yapılmak zorunda kalınabilir.
Bu durumda boyuna mukavemet hesabında dikkat edilmesi gereken şeyler aşağıda
belirtilmiştir.
Yaralı bölgedeki yapısal hasarlar, çentik etkisi ile ilave tehlike meydana getirir.
Bu nedenle hesaplanan kesitteki hasarlı elemanları kesit modülü hesabından tamamen
çıkartmak suretiyle güvenli bölgede kalmaya çalışmak gerekir.
Yaralı bölgedeki tank veya ambar perdelerinde meydana gelmiş olabilecek
hasarlar bölmeler arasındaki su geçmezliği ortadan kaldırmış olabilir. Bu bölgedeki su
boşaltılırken “ intikalli bölmelerin “ toplam boyu dikkate alınarak modeldeki yayılı yük
azaltmasının toplam boyda yapılmasına dikkat edilmelidir.
Standart boyuna mukavemet hesabından farklı olarak geminin meyilli ve trimli
durumda hesabı yapılabilmelidir. Bu nedenle öncelikle sephiye dağılımının bu şartlar
altında elde edilebilmesi gerekmektedir. Bu amaçla kullanılan bilgisayar programının bu
kabiliyette olmasına dikkat edilmelidir.
Kaza sonucunda geminin karaya oturması da söz konusudur. Bu durum da ilave
sorunlara yol açar. Karaya oturma nedeni ile zeminin uyguladığı reaksiyon kuvvetinin
modellenmesi ( yayılı yük tipinin belirlenmesi) gerekmektedir. Bunun için zeminin
yapısı, geminin zemine oturma yüzeyinin tespiti ve karaya oturma koordinatları gibi
bilgilere ihtiyaç vardır. Zeminin uyguladığı reaksiyon kuvvetinin ( karaya oturma
yükünün) belirlenebilmesi için sephiye ve toplam ağırlık arasındaki farka bakmak
gerekmektedir. Sephiyenin belirlenebilmesi ise geminin draftlarının, draft işaretlerinden
okunması ile mümkündür. Draftların hassas okunması sephiyenin doğru elde edilmesini
dolayısıyla karaya oturma yükünün doğru hesaplanmasını sağlar. Dalgalı ortamda bu
işlemin hassasiyetinin ne kadar olacağı akıldan çıkartılmamalıdır.
iii – Kurtarma operasyonu sırasında karşılaşılan zorluklar: Kurtarma
operasyonuna yön verilebilmesi için yapılmak istenen işlemin önceden hesaplanması ve
sonuçlarının elde edilerek karar verilmesi gerekir. Önceden yapılan hesaplama operasyon
sırasında aniden gelişen olaylar nedeni ile tekrarlanmak zorunda kalınabilir. Bu nedenle
operasyon boyunca kesintisiz hizmet vermek gerekir.Bu aşamada karşılaşılabilecek
zorluklardan başlıcaları aşağıda verilmiştir.
Yaralı bölgedeki bölmelerde ağırlığın tespit edilmesi içinde bulunulan şartlar
67
nedeni ile zordur. Geminin kurtarma sırasındaki meyil açısı ve trim değerlerindeki
değişimin sonucunda intikalli diğer bölmelere su kaçması tehlikesi boyuna mukavemet
hesabında sürekli dikkat edilmesi gereken bir durumdur. Bunun önceden olabileceği
düşünülerek hesaplama ile tehlikeli olup olmadığı bildirilmelidir.
Kurtarma işleminden önce perdelerdeki hasarlar onarılarak intikaller ortadan
kaldırılabilir. Yapılan onarımların yetersiz olması da yukarda anlatılan problemle
karşılaşılmasına neden olabilir.
3-ÖRNEK HESAP
Bu bölümde Tuzla tersaneler bölgesinde yanan TPAO tankerine, söndürme
çalışmaları sırasında dolan suyun tahliyesi ve yüzdürülmesi sırasında yapılan boyuna
mukavemet hesaplarından bir örnek sunularak yapılan kabuller ve karşılaşılan kritik
durumlar hakkında bilgi verilecektir.
Ana Boyutlar:
LOA = 307.20
292.00
LBP =
B =
43.80
D =
23.50
T =
17.35
m.
m.
m.
m.
m.
Yukarıda ana boyutları verilen gemi kıçtan karaya oturmuş ve yangının neden
olduğu patlama sonucunda 10 numaralı tankta güverte ve sancak bordada ağır hasar
meydana gelmiştir. Patlama ve yangın tanklar arasında intikaller oluşmasınada neden
olmuştur. Yapılan hesaplamalarla kurtarma şirketine danışmanlık yapılarak geminin tekrar
yüzdürülerek söküm bölgesine gitmesi sağlanmıştır. Yapılan kabuller aşağıda kısaca
anlatılmıştır.
Tekne ağırlık dağılımı bulunmadığı için, kesit resimleri yardımı ve hacimsel oran
kullanılarak çelik tekne ağırlık dağılımı elde edilmiş, ana makina, yardımcılar ve diğer
ağırlık guruplarının dağılımıda ilave edilerek yeniden elde edilmiştir. Burada dikkat
edilmesi gereken stabilite bukletinde verilen tekne ağırlık merkezi boyuna yerinin tutturulmasıdır. Atalet momenti değişiminin bulunması için gerekli sayıda kesitin atalet momenti
hesaplanmıştır. Atalet momenti hesabında geminin sacların yangın etkisi ile ve yaş nedeni
ile kalınlıkları %20 oranında azaltılmıştır. Hasarlı bölgede sık kesit alınmış daha hassas
gerilme dağılımı elde edilmeye çalışılmıştır. Hasarlı elemanlar tamamen atalet momenti
hesabından çıkartılarak kesit modülünde güvenli bölgede kalınmaya çalışılmıştır.(Şekil 1.)
68
Şekil 1. Yaralı Kesit Resmi.
Tanklardaki yükler kurtarma şirketi tarafından iskandil almak suretiyle sürekli
rapor edilerek her yeni durum ve yapılmak istenen işlemler önceden hesaplanarak
operasyona yön verilmiştir. Karaya oturma durumu modellenirken dalgıç raporlarına göre
karaya oturma boyu dikkate alınmıştır. Burada karşılaşılan problem zeminin uyguladığı
reaksiyon kuvvetinin ne tip yayılı yük olarak modelleneceğidir. Bu başlı başına bir
problemdir. Karaya oturma yükü geminin toplam ağırlığı ile draft işaretlerine göre hesaplanan sephiye arasındaki farkla elde edilmiş ve Şekil 2 - 6 da verildiği gibi beş farklı
formda düşünülerek her biri için ayrı hesap yapılıp kritik sonuç incelenmiştir.Şekil 2 – 6
incelendi -ğinde yükleme durumu ve karaya oturma yükünün değeri tamamamen aynı
olmasına rağmen eğilme momenti eğrisinin nasıl değiştiği görülebilir. Bu durum karaya
oturma yükünün önemini ve ters açıdan bakılırsa da gemide meydana getireceği tehlikeleri
çok iyi ortaya koymaktadır. ( Aşağıda verilen durumda, karaya oturma yükü geminin
toplam ağırlığının % 10 ‘ u kadar, karaya oturma boyu ise 51.19 m. dir.)
69
Karaya Oturma Yükü (ton/m)
Tank Yükleri (ton/m)
Toplam Yük (ton/m)
600
500
400
300
200
100
0
-100
-200
0
20
40
60
80
100 120
140
160 180 200
220 240
260 280
300
Gemi Boyu
(m)
-300
-400
-500
-600
Eğilme Momenti
Kesme
Kuvveti ( ton ) ( ton.m )
8000
6000
4000
2000
0
-2000
-4000
-6000
-8000
250000
200000
150000
100000
50000
0
-50000
0
20
40
60
80
100 120
140
160 180 200
220 240
260 280
300
-100000
-150000
Gemi Boyu
(m)
-200000
-250000
Şekil 2. İkinci Derece Karaya Oturma Yükü (Tepe Noktası Kıçta).
70
Karaya Oturma Yükü (ton/m)
Tank Yükleri (ton/m)
Toplam Yük (ton/m)
600
500
400
300
200
100
0
-100
-200
0
20
40
60
80
100
120 140
160 180 200
220 240
260 280
300
Gemi Boyu
(m)
-300
-400
-500
-600
Eğilme Momenti
Kesme
Kuvveti ( ton ) ( ton.m )
8000
6000
4000
2000
0
-2000
-4000
-6000
-8000
250000
200000
150000
100000
50000
0
-50000
0
20
40
60
80
100
120 140
160 180 200
220 240
260 280
300
-100000
-150000
Gemi Boyu
(m)
-200000
-250000
Şekil 3. Üçgen Karaya Oturma Yükü (Tepe Noktası Kıçta)
71
Karaya Oturma Yükü (ton/m)
Tank Yükleri (ton/m)
Toplam Yük (ton/m)
600
500
400
300
200
100
0
-100
-200
0
20
40
60
80
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
Gemi Boyu
(m)
-300
-400
-500
-600
Eğilme Momenti
Kesme
Kuvveti ( ton ) ( ton.m )
8000
6000
4000
2000
0
-2000
-4000
-6000
-8000
250000
200000
150000
100000
50000
0
-50000
0
20
40
60
80
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
-100000
-150000
Gemi Boyu
(m)
-200000
-250000
Şekil 4. Düzgün Yayılı Karaya Oturma Yükü
72
Karaya Oturma Yükü (ton/m)
Tank Yükleri (ton/m)
Toplam Yük (ton/m)
600
500
400
300
200
100
0
-100
-200
0
20
40
60
80
100
120 140
160 180 200
220 240
260 280
300
Gemi Boyu
(m)
-300
-400
-500
-600
Eğilme Momenti
Kesme
Kuvveti ( ton ) ( ton.m )
8000
6000
4000
2000
0
-2000
-4000
-6000
-8000
250000
200000
150000
100000
50000
0
-50000
0
20
40
60
80
100
120 140
160 180 200
220 240
260 280
300
-100000
-150000
Gemi Boyu
(m)
-200000
-250000
Şekil 5. Üçgen Karaya Oturma Yükü (Tepe Noktası Başta)
73
Karaya Oturma Yükü (ton/m)
Tank Yükleri (ton/m)
Toplam Yük (ton/m)
600
500
400
300
200
100
0
-100
-200
0
20
40
60
80
100
120
140
160 180
200 220
240
260 280
300
Gemi Boyu
(m)
-300
-400
-500
-600
Eğilme Momenti
Kesme
Kuvveti ( ton ) ( ton.m )
8000
6000
4000
2000
0
-2000
-4000
-6000
-8000
250000
200000
150000
100000
50000
0
-50000
0
20
40
60
80
100
120
140
160 180
200 220
240
260 280
300
-100000
-150000
Gemi Boyu
(m)
-200000
-250000
Şekil 6. İkinci Derece Karaya Oturma Yükü (Tepe Noktası Başta)
74
4.
SONUÇ ve ÖNERİLER
Kazaya uğramış geminin herhangi bir bölgesinde, yaralanma veya başka nedenlerle
ağırlık yığılmaları olabilir. Bunların tahliyesi veya meyil, trim düzeltmesi için yer
değiştirilmesi sırasında herhangi bir kesitte kritik gerilmelerle karşılaşılabilir. Bu nedenle
yapılacak işlemlerin kesinlikle boyuna mukavemet hesabı ile desteklenmesi gerekir.
Karaya oturma durumuna ayrıca dikkat edilmelidir. Her yükleme durumu için farklı zemin
reaksiyonu modellemesi ile gerilmelerin kontrol edilmesi gerekir. Kesitlerin mukavemet
parametreleri elde edilirken güvenli bölgede kalmak için, hasarlı bölgedeki yapı
elemanlarının boyuna mukavemete katılıp katılmadığı iyi etüt edilip, gerekirse hesaba dahil
edilmemelidir. Kurtarma işleminin her adımı önceden hesaplanmalı ve işlem sırasında
karşılaşabilecek problemlere hazırlıklı olunması gerekmektedir.
KAYNAKLAR
[1] Savcı, M., Gemilerin Boyuna Mukavemeti, İ.T.Ü. Yayınları, Sayı 494, İstanbul 1980.
[2] Savcı, M., Gemi Kirişleri Mukavemeti , İ.T.Ü. Yayınları, Sayı 699, İstanbul 1980.
75