Sıkışabilir yatak malzemesi kullanımının gömülü esnek boru 
davranışı üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigating the effects of the use of compressible bedding 
on the behavior of buried flexible pipes
Yazar: EMRE AKINAY
Danışman: DOÇ. DR. HAVVANUR KILIÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Geleneksel yöntem ile döşenmiş olan bir gömülü termoplastik boru zemin yükü etkisi ile düşey
doğrultuda aşağı yönde esner. Boru tacının yer değiştirmesinin yanlarda yer alan zeminlerin yer
değiştirmesinden daha büyük olması nedeni ile boru tacı üzerinde yer alan zemin kütlesi
içerisinde farklı oturmalar meydana gelir. Farklı oturmalar zemin kütlesi içerisinde "pozitif zemin
kemerlenmesi" olarak adlandırılan mekanizmanın gelişmesine neden olur ve bunun sonucunda
boru tacına geostatik gerilmeden daha küçük bir düşey gerilme etkir. Kemerlenme düzeyi farklı
oturmaların büyüklüğüne bağlıdır. Dolayısı ile döşeme işlemi sırasında termoplastik boru
etrafına farklı oturmaların büyüklüğünü artıracak sıkışabilir malzemelerin yerleştirilmesi ile
kemerlenme düzeyi yükseltilebilir. Kemerlenme düzeyinin yükselmesi boruya etkiyen zemin
gerilmelerinin azalmasını ve boru davranışının iyileşmesini sağlayacaktır.
Bu tezde sıkışabilir yatak uygulamasının gömülü HDPE boru davranışı üzerindeki etkileri 1:1
ölçekli laboratuvar deneyleri ve sonlu eleman yöntemi ile yapılan sayısal çözümlemeler ile
incelenmiştir. Sıkışabilir yatak geometrisinin boru tepkisi üzerindeki etkilerini incelemek amacı
ile beş farklı boru-sıkışabilir bölge konfigürasyonu tasarlanmıştır. Sıkışabilir malzeme olarak
genleştirilmiş polistiren (EPS) kullanılmış ve malzeme yoğunluğunun boru tepkisi üzerindeki
etkilerini incelemek amacı ile deneylerde iki farklı yoğunlukta sıkışabilir malzeme kullanılmıştır.
Zemin gerilmelerini ve zemin oturmalarını ölçmek amacı ile deney zemini sırası ile toprak
basıncı hücreleri ve oturma plakaları ile enstrumante edilmiştir. Deney borusunun esnemelerini
ve deney borusu duvarında gerinimleri ölçmek amacı ile deney borusu sırası ile potansiyometrik
yer değiştirme sensörleri ve çift eksenli gerinim pulları ile enstrumante edilmiştir. Sonlu eleman
yöntemi ile çözümleme yapan PLAXIS 2D yazılımı kullanılarak her bir deney koşulu için sayısal
çözümlemeler yapılmıştır. Deneylerde alınan ölçümler ile sayısal çözümlemelerde hesaplanan
değerler karşılaştırılmıştır. Termoplastik boru çevresinde sıkışabilir yatak malzemesi kullanımı
sonucunda boru üzerindeki pozitif kemerlenme düzeyinin borunun esnemesinden bağımsız
olarak arttığı, bunun sonucunda da boruda görece çok daha küçük esnemelerin meydana geldiği
belirlenmiştir. Boru davranışında en büyük iyileşmeyi sağlayan konfigürasyonun boru tacına
etkiyen düşey gerilmeyi %77'ye kadar, boru düşey esnemesini %89'a kadar, boru yatay
esnemesini %96'ya kadar ve boru duvarı çevresinde en büyük eğilme momentini ise %78'e
kadar azalttığı görülmüştür.

Abstract:
A buried thermoplastic pipe installed with conventional method deflects vertically
downwards under soil load. Because the displacement of the pipe crown is more than
that of the sidefill soil, differential settlements in the soil medium over the pipe crown
level take place. Differential settlements lead to the development of a mechanism
called "positive soil arching" within the soil medium and, consequently, a vertical
stress smaller than the geostatic stress acts on the crown of the thermoplastic pipe.
The degree of arching depends on the magnitude of the differential settlements.
Therefore, the degree of arching can be increased by placing compressible materials,
which will increase the magnitude of the differential settlements, around the
thermoplastic pipe when the pipe is being installed. The increase in the degree of
arching will provide less vertical stress on the pipe crown and an improved pipe
behavior.
In this thesis, the effects of compressible materials placed around the pipe on the
thermoplastic pipe behavior was investigated by 1:1 scale laboratory tests and
numerical analyses performed using finite element method. Five different
pipe-compressible zone configurations are designed to investigate the effects of
compressible zone geometry on the pipe response. Expanded polystyrene (EPS) was selected as the compressible material for the reasons that it's a manufactured material
and minimum requirements for its engineering properties are specified by standards.
In order to investigate the effects of the density of the compressible material on the
pipe response, tests were performed using EPS products with two different densities.
A comprehensive instrumentation was implemented both for the soil medium and the
test pipe. Soil medium was instrumented with settlement plates and earth pressure
cells in order to measure soil settlements and soil stresses, respectively. Test pipe was
instrumented with potentiometric displacement sensors and biaxial strain gauges in
order to measure pipe deflections and pipe wall strains, respectively. Numerical
analyses were performed for each test condition by using PLAXIS 2D software, a wellknown
finite element code. Measurements collected from laboratory tests were
compared with calculated values obtained from numerical analyses. It's concluded that
the use of compressible bedding material around the thermoplastic pipe provides the
degree of positive soil arching on the pipe to increase regardless of the vertical
deflection of the pipe and, consequently, relatively very small pipe deflections to
occur. The configuration that provides the greatest improvement in pipe behavior
provided a reduction in vertical soil stress on the pipe crown up to by 77%, in vertical
deflection of the pipe up to by 89%, in horizontal deflection of the pipe up to by 96%
and in the maximum bending moment around pipe wall up to by 78%.