Gömülü iletim hattı yapılarında darbe etkilerinin geosentetikler vasıtası ile azaltımı
A study on the reduction of impact effects on buried lifeline system components by geosynthetics
Yazar: GÜNEŞ BABAGİRAY
Danışman: DOÇ. DR. SAMİ OĞUZHAN AKBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Beton borular = Concrete pipes ; Dinamik yükleme = Dynamic loading ; Dinamik yükler = Dynamic loads ; Donatılı zemin = Reinforced soil ; Doğal gaz boru hatları = Natural gas pipelines ; Doğal gaz iletim hatları = Natural gas transmission lines ; Kohezyonsuz zemin = Cohesionless soil ; Petrol boru hatları = Petroleum pipelines ; Rijit borular = Rigid pipes ; Çelik borular = Steel pipes

Özet:
Bu çalışmada, çeşitli kombinasyonlarda geosentetikler ile koruyucu tabakalar oluşturularak, gömülü boruların darbe yüklemesi altındaki davranışları incelenmiştir. Bu amaçla laboratuvarda ve sahada, uygulamada sıkça kullanılan HDPE borular ile deneyler gerçekleştirilmiştir. Laboratuvar ortamında uygulanan deneylerde, 110 mm ve 160 mm dış çaplı borular, değişken derinliklerde tek tabaka geosentetik serimi, çift tabaka geosentetik serimi ve bu geosentetiklerin boru üzerine tek kat ve dört kat sargılanması yapılarak darbe etkileri altında test edilmiştir. Sahada yapılan tam ölçekli deneylerde ise, 600 mm dış çaplı boru üzerinde belirli bir derinlikte tek tabakalı ve lamine yapılı geosentetik malzeme serimi yapılarak deneyler tekrarlanmıştır. Deneysel çalışmalarda boru üzerinden alınan ivme ölçümleri kullanılarak, koruyucu tabakaların enerji sönümleme kapasiteleri hesaplanmış ve maliyetleri ile birlikte değerlendirilmiştir. Gömülü boru üzerindeki koruyucu geosentetik tabakalarının serilme derinliği zemin yüzeyine yaklaştıkça koruma performansları artmıştır. Tek tabakalı geosentetik içeren deneylerde en başarılı koruma yapısı % 72,9 ivme sönümleme kapasitesi ile geonet 3D olmuştur. Çift tabakalı güçlendirme elemanlarının 120 mm derinliğe serilerek gerçekleştirildiği deneylerde ise, ivme sönümleme kapasitesi açısından en başarılı performansı geonet 3D ve geocell (h=50 mm, t=1 mm) kombinasyonu sergilemiştir. Sargılama sayısının artırılması, maliyeti artırmakla birlikte, maksimum ivmeyi düşürmüş ve performansı artırmıştır. Geonet 2D, geonet 3D ve geotekstil elemanlarının tek tabaka halinde serilmesi ve sargılama tekniğiyle kullanıldığı test sonuçları karşılaştırıldığında, % 83,0 ivme sönümleme kapasitesi ile geonet 2D (rockshield) kullanılarak dört kat sargılama en başarılı uygulama olmuştur. Laboratuvarda yapılan 29 adet darbe yükleme testi değerlendirildiğinde, en iyi koruma performansını % 91,7 ivme sönümleme kapasitesi ile geocell (h=50 mm, t=1,5 mm) ve geotekstil kombinasyonundan oluşan güçlendirme yapısı sergilemiştir. Saha deneylerinde ise geotekstil, özellikle yoğunluğu arttıkça, % 83,3 ivme ve % 46,6 basınç sönümleme kapasitesi ile en iyi performansı sergilemiştir. Arazi ve laboratuvar deneylerinde ortak kullanılan geosentetiklerin sonuçları değerlendirildiğinde geocell ivme sönümleme performansı bakımından en düşük başarıyı sergilemişken, geotekstil elemanının daha yüksek koruma potansiyeli bulunduğu ortaya çıkmıştır. Tüm laboratuvar ve saha deneylerinde "birim maliyet başına ivme sönümleme oranı" hesaplanarak, optimum uygulamanın tek tabaka geogrid kullanılması ile sağlandığı gösterilmiştir.

Abstract:
In this study, the behaviors of buried pipes protected by geosynthetics in various combinations under impact loading were examined. For this purpose, laboratory and field impact load experiments were carried out with HDPE pipes that are frequently used in practice. In the laboratory experiments, 110 and 160 mm diameter pipes were tested under impact load with protective layers consisting of single and double layer geosynthetics laid at varying depths and wrapped one and four times around the pipe. In the full-scale impact load experiments carried out in the field, different types of single-layer and laminar geosynthetic material types at a fixed depth were used as the protective layer on 600 mm outer diameter pipes. In these experimental studies, using the acceleration measurements taken from the pipe surface, the energy adsorption capacities of the various protective layers were calculated and evaluated together with their cost. As the depth of the protective geosynthetic layers laid on the buried pipe approaches to the ground surface, better protection performances have been observed. In the experiments with single-layer geosynthetics, the most successful protection was obtained through the use of geonet 3D with 72,9% acceleration adsorption. In the experiments where two layers of geosynthetic materials were placed at a depth of 120 mm, the most successful performance in terms of acceleration adsortion capacity was obtained by the combination of geonet 3D and geocell (h=50 mm, t=1 mm). Increasing the number of turn of wrappings increased the cost, but it also reduced the maximum acceleration exerted on the pipe through the impact load, thereby increasing the protection performance. Comparing the results of tests using single layers of geonet 2D, geonet 3D and geotextile elements and those with wrapping technique, quadruple wrapping using geonet 2D (rockshield) has been the most successful application, with an acceleration adsorption capacity of 83,0%. Considering the 29 laboratory impact tests, the protective structure consisting of the combination of geocell (h=50 mm, t=1,5 mm) and geotextile with 91,7% acceleration adsorption capacity has demonstrated the best performance. In the field tests, geotextile exhibited the best performance, especially with increasing density, with a 83,3% acceleration and a 46,6% pressure adsorption capacity. Evaluating the results of geosynthetics that were used both in the field and laboratory experiments, it can be stated that geocell exhibited the lowest success in terms of acceleration adsorption performance, whereas geotextile element was observed to have a higher protection potential against impact loads. In terms of "acceleration adsorption rate per unit cost", it has been shown that the optimum performance has been achieved by using single layer of geogrid.