Gömülü betonarme boruların davranışı ve boyutlandırılması
Behaviour and detailing of buried reinforced concrete pipes
Yazar: RECEP ATASOY
Danışman: PROF. DR. BİLGE DORAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Gömülü borular suyun, enerjinin ve başka kritik araçların taşınmasında kullanılan önemli alt yapı elemanlarıdır. Bir gömülü boru tasarlamanın ilk adımı boru üzerine etkiyen aşırı yüklenmiş toprak ve hareketli yüklerin hesaplanmasıdır. Gömülü borular bu trafik yükleri ve dolgu ağırlığına dayanacak şekilde tasarlanmalıdır. İyi derecelendirilmiş siltli kil, yüksek kaliteli iri taneli zeminlerin bulunmadığı veya kentsel alanlardan uzun mesafelere taşımanın zor olduğu durumlarda alternatif bir dolgu malzemesi olabilir.
Bu çalışmada, literatürden toplanan yüksek kaliteli saha verileri kullanılarak PLAXIS2D-2018 yazılımı aracılığıyla bir beton boru modeli geliştirilmiştir. Kullanılan boru iç çapı 750 mm, dış çapı 930 mm ve kazı derinliği boru çapının 1,1- 2,6 katı arasında değişmektedir. Boru rijitliğinin, yükleme ve zemin koşullarının boru üzerinde oluşacak yer değiştirmeye etkisi Mohr-Coulomb zemin modeli kullanılarak araştırılmıştır. Modelleme yapılırken kullanılan boru kesiti en elverişsiz yayılı trafik yüküne tabi tutulmuştur. Analiz sonucunda çıkan gerilmeler saha verileri ile kalibre edilmiş, yatak malzemesinin boru üzerindeki gerilmelere etkisi araştırılmıştır. Analiz sonucunda çıkan moment ve eksenel kuvvet değerleri SAP2000-ver.15 programı ile iki farklı modelleme tekniği kullanılarak doğrulanmıştır; yapısal analizlerde kullanılan sonlu eleman modeli, yapı-zemin etkileşimini göstermek ve kumlu-killi dolgu koşullarında beton borunun performansını simüle etmek için uygundur. Çalışmanın bir diğer aşamasında farklı boru çapları ve gömme derinlikleri için analizler tekrarlanmış ve sonuçları not edilmiştir. Analiz sonuçları ülkemizde gömülü boruların tasarımında yaygın olarak kullanılan İller Bankası A.Ş verileri ile kıyaslanmıştır. Çalışmanın sonucunda, gömülü boru sistemlerinin uygulanmasında hem zamandan tasarruf hem de ekonomik olması amacıyla, farklı gömme derinlikleri ve çaplara göre boru kesiti için gerekli olan donatı alanları bir abak şeklinde sunulmuştur.

Abstract:
Buried pipes are important infrastructures used to transport water, energy and other critical utilities. The first step in the design of a buried concrete pipe is the determination of the overburden earth and live loads that will act on the pipe installation. They should be designed properly to withstand the loads imposed by the backfill soil weight and traffic loads. Fine-grained silty-clay soil may be an alternative backfill when relative high-quality coarse-grained soil is absent in-situ or difficult to transport from a long-distance away in urban areas.
In this study, a numerical model was developed for concrete buried pipe in low plasticity silty-clay soil using PLAXIS2D-2018 validating design parameters using high-quality field data collected from the literature. The internal diameter of the pipe inner diameter is 750 mm, outer diameter is 900 mm and burial depths varied from 1.1 to 2.6 times the diameter of the pipe.  The effect of the pipe stiffness, loading and soil conditions on the maximum displacement of buried pipe has also been investigated using Mohr-Coulomb soil model. A model section was subjected to uniform traffic load, representing a worse case loading scenario. The stresses obtained from the analysis were calibrated with field data and then the effect of bearing material on the stresses on the pipe was investigated. The moment and axial force values obtained from the analysis were confirmed by SAP2000-ver.15 program using two different modeling techniques; the FE modeling employed in structural analysis is sufficient to simulate the performance of the concrete pipe sand-clay backfill conditions and soil-structure interaction. Further, analyzes were repeated for different pipe diameters and burial depths and the results were noted. The results of the analysis were compared with the data of İller Bankası A.Ş. which is widely used in the design of buried pipes in our country. As a result of this study, reinforcement areas required for pipe section according to different embedding depths and diameters have been presented in order to save time and economy in the implementation of buried pipe systems.