Gömülü borularda deprem etkisi
Earthquake effect on buried pipes
Yazar: ÜMİT KUT
Danışman: PROF. DR. NAZİLE URAL ; PROF. DR. AYFER ERKEN
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Deprem = Earthquake ; Dinamik davranış = Dynamic behavior ; Gömülü cisimler = Buried matters ; Plaxis = Plaxis ; Sonlu elemanlar = Finite elements

Özet:
Son yıllarda meydana gelen depremlerin üst yapılarda oluşturduğu hasarlardan dolayı, üst yapıların dinamik yükler altındaki davranışı ve tasarımı hakkındaki araştırmalar artmıştır. Ancak literatüre bakıldığında, dinamik yüklere maruz kalan alt yapı sistemleri hakkındaki çalışmalar üst yapı elemanları hakkındaki çalışmalara kıyasla eksik kalmaktadır. Bu bakımdan, inşaat mühendisliği açısından dinamik yükler altında, üst yapıların tasarımı kadar alt yapı sistemlerinin de tasarımı önem arz etmektedir. Kırsal ve özellikle şehir hayatının sürekliliği bakımından, gömülü boru hatları vazgeçilmez mühendislik yapılarıdır. Gömülü boru hatlarının ilk örneklerini eski zamanlarda içme suyu ve kanalizasyan hatları oluştururken, günümüzde bunlara ek olarak petrol, doğalgaz, elektrik, telefon ve drenaj gibi hatlar oluşturmaktadır. Günümüzde gömülü boru hatlarının kullanımının yaygın olmasına bağlı olarak, deprem gibi doğal afetlerde özellikle de şehir hayatının sürdürülebilirliği açısından gömülü boruların tasarımı ve imalatı çok önemlidir. Eğer farklı malzeme özelliklerine sahip gömülü boruların, deprem yüklerine göre farklı zemin koşullarındaki davranışı bilinirse, gömülü boru hatlarının projelendirilmesi ve uygulanabilirliği o derece kolay olacaktır. Bu çalışma kapsamında, Mohr-Coulomb (MC), Hardening Soil (HS) ve Hardening Soil Small Strain (HSSS) olmak üzere üç farklı zemin modeli, beton (rijit) ve PVC (esnek) olmak üzere iki farklı boru cinsi, %80, %90 ve %100 relatif sıkılıkta olmak üzere üç farklı boru gömlek malzemesi ve iki farklı yeraltı su seviyesi, Plaxis 2D sonlu elemanlar programı kullanılarak, tek zemin profilinde modellenmiş ve deprem yükü altındaki analizleri yapılmıştır. Bu kapsamda, zemin modelinin, boru cinsinin, boru gömlek malzemesinin ve yeraltı su seviyesinin gömülü boruların dinamik yük altındaki davranışına etkisini görmek için analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, dinamik koşullarda gömülü boruların daha fazla yer değiştirme yaptığı ve daha fazla yüklere maruz kaldığı görülmüştür. HS zemin modeli ile yapılan analiz sonuçlarının gerçeğe daha yakın olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Boru türünün yer değiştirme üzerinde bir etkisinin olmadığı ancak borunun rijitliğinin artmasıyla birlikte daha fazla yüklere maruz kaldığı görülmüştür. Ayrıca, yer altı su seviyesinin borunun alt noktasına göre daha da aşağıda olması durumunda yer değiştirmelerin azaldığı görülmüştür.

Abstract:
Due to the damage to the superstructures caused by the earthquakes that occurred in recent years, research on the behavior and design of superstructures under dynamic loads has increased. However, when we look at the literature, studies on infrastructure systems under dynamic loads are less compared to studies on superstructure systems. In this respect, the design of infrastructure systems is as important as the design of superstructures under dynamic loads in terms of civil engineering. Buried pipelines are indispensable engineering structures for the continuity of rural and especially urban life. While drinking water and sewer lines were the first examples of buried pipelines in the past, today there are lines such as oil, natural gas, electricity, telephone and drainage in addition to drinking water and sewer lines. Due to the widespread use of buried pipelines today, the design and manufacture of buried pipes is very important in natural disasters such as earthquakes, especially in terms of the sustainability of city life. If the behavior of buried pipes with different material properties in different soil conditions under earthquake loads is known, the design and applicability of buried pipelines will be much easier. In this study, three different soil models, namely Mohr-Coulomb (MC), Hardening Soil (HS) and Hardening Soil Small Strain (HSSS), two different pipe types, concrete (rigid) and PVC (flexible), three different pipe lining materials with 80%, 90% and 100% relative density and two different ground water levels were modeled in a single soil profile by using Plaxis 2D finite element program and analyzed under earthquake load. In this scope, the analysis results were compared to see the effect of soil model, pipe type, pipe liner material and groundwater level on the behavior of buried pipes under dynamic load. As a result, it has been observed that buried pipes have more displacement and are exposed to more loads in dynamic conditions. It has been concluded that the results of the analysis made with the HS soil model are closer to reality. It has been observed that the pipe type has no effect on the displacement, but the pipe is exposed to more loads with increasing rigidity. In addition, it has been observed that when the groundwater level is lower than the bottom of the pipe, displacements are less.