Sığ gömülü esnek boru davranışının deneysel ve sayısal analizlerle incelenmesi
Investigation of shallow buried flexible pipe behaviour by experimental and numerical analyses
Yazar: MURAT GÜLEN
Danışman: PROF. DR. HAVVANUR KILIÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Alt yapı hizmetlerinin karşılanması için kullanılan ve temel mühendislik yapılarından biri olan gömülü boru sistemleri hizmet süresi boyunca farklı yüklemelere maruz kalır. Amaca uygun olarak inşa edilen gömülü boru sistemlerinde kullanılan borunun türü, kurulumu, kısa ve uzun süreli performansı ile hizmet ömrü boyunca oluşan yapısal hasarların mertebesinin doğru bir şekilde öngörülmesi ve gerekli önlemlerin alınması oldukça önemlidir. Yapısal hasarlar boru kapasitesini etkiler ve deformasyonlar boru hattının çalışmasını engelleyecek boyutlara ulaşır. Bu durum tasarımda kullanılan parametrelerin proje sahasıyla uyumlu olması ve boru zemin etkileşiminin dikkate alınması ile önlebilir.  Özellikle zemin gerilmelerine ve şerit yükleme koşullarına maruz kalan sığ gömülü esnek boru sistemlerinde boru esneme davranışı kemerlenmeye, başlangıç koşullarından farklı gerilme dağılımlarının oluşmasına ve yanal toprak basıncı katsayının değişmesine neden olur. Farklı mühendislik yapılarında incelenen bu durum, sığ gömülü esnek boru sistemleri için henüz tam olarak açıklanabilmiş değildir. Bu tez çalışması kapsamında boru esneme davranışının kemerlenme mekanizmasına, gerilmelerin dağılımına ve merkez zemin prizması ile boru yatay simetri eksenindeki yanal toprak basınç katsayısına etkisi tam ölçekli laboratuvar deneyleri ile araştırılmıştır. Ayrıca kemerlenme etkisini artırmak, boruya etkiyen gerilmeleri ve boru deformasyonlarını azaltmak için boru tepe noktasında 15 kg/m3 ve 25 kg/m3 yoğunluklara sahip EPS Geofoamun kullanılabilirliği incelenmiştir. Tam ölçekli laboratuvar deneyleri 2D sonlu elemanlar yazılımı Plaxis (2021) ile modellenmiş ve oluşturulan model üzerinden üst yapı kaplama rijitliği, boru gömülme derinliği, dolgu ve boru rijitliği ile farklı boyutlardaki EPS Geofoamun kullanımı dikkate alınarak parametrik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Nihai durumda şerit yükleme koşullarına maruz kalan sığ gömülü esnek bir boru için esneme davranışının kemerlenmeye, gerilme dağılımına ve yanal toprak basıncı katsayısına olan etkisi sistematik olarak açıklanmıştır.

Abstract:
Buried pipe systems, which are used to provide infrastructure services and are one of the basic engineering structures, are subject to various loads during their service life. It is of great importance to accurately predict the type of pipe to be used in the buried pipe systems to be constructed according to the purpose, its installation, short and long-term performance and the level of structural damage that will occur during its service life. In addition, it is necessary to take the necessary precautions. Structural damage can affect the capacity of the pipe and deformations can reach dimensions that prevent the operation of the pipeline. This situation can be prevented by accurately predicting the parameters to be used in the design and the operating mechanism of the system. In particular, in shallowly buried flexible pipe systems subjected to soil stresses and local loading conditions, the deflection behaviour of the pipe causes arching, stress distributions different from the initial conditions and changes in the lateral earth pressure coefficient, which is initially at the Ko condition. This phenomenon, which has been studied in various engineering structures, has not been fully explained for shallowly buried flexible pipe systems. In this thesis, the effect of pipe deflection behaviour on the arching mechanism, stress distribution and lateral earth pressure coefficient at the centre soil prism and springline is investigated by full-scale laboratory experiments. Furthermore, the potential of EPS Geofoam with varying densities at the pipe's upper surface to enhance the arching effect, diminish the stresses exerted on the pipe, and decrease. The full-scale laboratory experiments were modelled using 2D finite element software Plaxis (2021) and parametric studies were carried out, taking into account the stiffness of the pavement, embedment depth, backfill and pipe stiffness, and the use of different sizes of EPS Geofoam. The effects of deflection behaviour on the arching, stress distribution and lateral earth pressure coefficient of a shallowly buried flexible pipe subjected to local loading conditions are systematically explained.