Determination of operating conditions of box culverts with different technical specifications

Abstract

As a result of improper planning of culvert structures constructed for the passage of water flowing in stream beds to the other side of the road body, the road may become unserviceable and access to the areas that need to be reached, especially in disaster situations, is interrupted, causing significant material and moral damages. In this study, the performance of the most commonly used box culverts on highways is analyzed within the framework of technical parameters. The effects of culvert slope, roughness, length and different culvert inlet types on inlet water height and outlet water velocity were investigated. It was found that outlet-controlled conditions prevail when the culvert slope is low and roughness is increased, slope, roughness and length have a significant effect on the outlet water velocity, and the best performance is obtained when the culvert inlet is inclined at 33.7°, the culvert inlet is tapered by 50% and the wing wall is 27°.

Keywords

• Box culvert
• flood
• operating conditions
• optimum design
• HY-8

Farklı teknik özelliklere sahip kutu menfezlerin işletme şartlarının belirlenmesi

Abstract

Dere yataklarında akan suların yol gövdesinin diğer tarafına geçmesi için yapılan menfez yapılarının doğru planlanmaması sonucunda yol hizmet veremez hale gelebilmekte, özellikle afet durumlarında ulaşılması gereken bölgelere erişim, kesikliğe uğrayarak önemli maddi ve manevi zararlara neden olmaktadır. Bu çalışmada karayollarında en çok kullanılan kutu menfezlerin performansı, teknik parametreler çerçevesinde incelenmiştir. Menfezin eğimi, pürüzlülüğü, uzunluğunun ve farklı menfez ağzı giriş tiplerinin giriş suyu yüksekliğine ve çıkış suyu hızına olan etkileri incelenmiştir. Menfez eğiminin düşük ve pürüzlülüğün artması durumunda çıkış kontrollü şartların geçerli olduğu, eğim, pürüzlülük ve uzunluğun çıkış suyu hızında önemli bir etkiye sahip olduğu, menfez ağzı girişinin 33.7° eğimli yapılmasının, menfez girişinin %50 oranında konik bir şekilde genişletilmesinin ve 27° kanat duvarı yapılmasının en iyi performansı sunduğu tespit edilmiştir.

Keywords

• Kutu menfez
• taşkın
• işletme koşulları
• optimum tasarım
• HY-8

References

1. [1] Karayolları Genel Müdürlüğü. “Karayolu Teknik Şartnamesi”. Ankara, Türkiye, 2013.
2. [2] Oglesby C, Hicks R. Highway Engineering. 2nd ed. New York, USA, Wiley, 1982.
3. [3] Patır M. Büyük Açıklıklı Tek ve Çift Gözlü Betonarme Menfez Tasarımı. Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye, 2018.
4. [4] Karadağ M. Betonarme ve Li̇fli̇ Poli̇merden Yapılmış Menfezlerin Yapısal Analizi. Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye, 2018.
5. [5] Çalışkan U. Karayolu Ulaşım Ağlarında Yüzeysel Drenaj Sistemleri ve Hidrolik Tasarım Esasları. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Universitesi, İstanbul, Türkiye, 2007.
6. [6] Topuksak Ş. Menfezlerin Projelendirilmesinde Taşkın Debisi Saptama Yöntemlerinin İrdelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, 2021.
7. [7] Fang X. Culvert Design. 1st ed. New York, USA Wiley, 2004.
8. [8] Özel S. Karayolu Kutu Menfez Yapılarında Farklı Tasarım Yöntemlerinin Karşılaştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye, 2019.

9. [9] Salem O, Salman B, Najafi M. "Culvert asset management practices and deterioration modeling". Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2285(1), 1–7, 2012.
10. [10] Ahmed AOM, Alarabi E. "Development formulation for structural design of concrete box culverts". Practice Periodical on Structural Design and Construction, 16(2), 48–55, 2011.
11. [11] Su Yönetimi Genel Müdürlüğü Taşkın ve Kuraklık Yönetimi Daire Başkanlığı. Taşkın Yönetimi. T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı, Ankara, Türkiye, 2022.
12. [12] T.C Sayıştay Başkanlığı. “Taşkın Risk Yönetimi Sayıştay Raporu”. Ankara, Türkiye, 2022.
13. [13] Norman JM, Houghtalen RJ, Johnston WT. "Hydraulic design of highway culverts, Second Edition". Security, 2001(5), 376, 2005.
14. [14] Director General of Department of Irrigation and Drainage. Urban Stormwater Management Manual for Malaysia. MSMA 2nd ed. Kuala Lumpur, Malaysia, DID, 2012.
15. [15] Harrison LJ, Morris JL, Normann JM, Johnson FL. “Hydraulic Design of Improved Inlets for Culverts”. Federal Highway Administration, Washington DC, USA, Report, FHWA/EO-72-13, 1972.
16. [16] Federal Highway Administration. "HY-8 Culvert Hydraulic Analysis Program". Available From. https://www.fhwa.dot.gov/engineering/hydraulics/software/hy8/