Gömülü boru hatlarının entegre analizi: Sıvılaşabilir zeminlerde sayısal modelleme ve PVC boru birleşimleri üzerinde eksenel yükleme deneyleri
Integrated analysis of buried pipelines: Numericalmodeling in liquefiable soils and axial loading tests on PVC joints
- Tez No: 914320
- Danışmanlar: PROF. DR. SELÇUK TOPRAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deprem ve Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 144
Özet
Depremler boru hatlarının gömülü olduğu zeminlerde geçici ve kalıcı deformasyonlara yol açarak, boruların performansını olumsuz yönde etkileyebilmektedirler. Kalıcı yer deformasyonlarından biri olan sıvılaşma, zeminlerin davranışını değiştirerek ve şekil değiştirmeleri arttırarak boruların daha fazla hasar görmesine neden olabilmektedir. Bu bağlamda, sıvılaşma olayının boru hatları üzerindeki etkisini anlamak, boru hatlarının deprem performansını değerlendirmek için kritik öneme sahiptir. Çalışmada, 2011 Christchurch depreminde meydana gelen hasar verileri, Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) kullanılarak analiz edilmiştir. Bu analiz kapsamında asbestli çimento (AC), dökme demir (CI) ve polivinil klorür (PVC) boru türlerinin sıvılaşma etkileri değerlendirilmiştir. Boru hatlarının doğrultusu, zemin deformasyonları ve sıvılaşma bölgeleri CBS aracılığıyla detaylı şekilde haritalandırılmış ve farklı boru türlerinin sismik performansı hasar ilişkileri üzerinden karşılaştırılmıştır. Çalışmada sıvılaşmaya bağlı zemin deformasyonlarının boru hatlarının dayanıklılığı üzerindeki etkileri incelenmiş ve bu bölgeler için yeni boru hasar ilişkileri geliştirilmiştir. Sıvılaşma, zemin dayanımını azaltarak oturmaların ve zemin deformasyonlarının artmasına yol açmakta, bu da gömülü boru hatları üzerinde ciddi yükler oluşturmaktadır. Bu etkileri tahmin etmek amacıyla PM4Sand ve UBC3D-PLM gibi bünye modelleri kullanılarak Plaxis 2D ile nümerik simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçlarına dayanarak, Christchurch depremi sırasında hasar gören 150 mm çapındaki PVC boru için FLAC3D V9.0 yazılımıyla vaka analizi yapılmıştır. Bu analizde, PVC borunun maruz kaldığı yükler, FLAC3D'nin P2PSand davranış modeli kullanılarak üç boyutlu olarak değerlendirilmiş ve sıvılaşma kaynaklı oturmaların boru performansına etkileri ayrıntılı şekilde incelenmiştir. Bu doktora çalışması sırasında, 2023 yılında Türkiye'de meydana gelen büyük depremler, altyapı sistemlerinde ciddi hasarlara yol açmıştır. 6 Şubat 2023 tarihinde gerçekleşen Kahramanmaraş depremleri (Mw 7.7 ve Mw 7.6), özellikle Hatay, Gölbaşı ve İskenderun gibi bölgelerde sıvılaşma olaylarının yaygın bir şekilde görülmesine neden olmuştur. Tez kapsamında, bu depremlerin ardından saha gözlemleri gerçekleştirilmiş ve İskenderun'da sıvılaşma nedeniyle hasar gören 1 No'lu yağmur suyu yükseltme tesisine yönelik detaylı sıvılaşma analizleri yapılmıştır. Bu analizler sırasında kullanılan yöntemler ve elde edilen sonuçlar, sahadan elde edilen bulgularla uyumlu bulunmuş, altyapı sistemlerinin sıvılaşma etkileri altındaki performansı hakkında önemli veriler sağlamıştır. Sıvılaşabilir zeminlerde boruların dayanıklılığını artırmak amacıyla, yeni nesil bağlantı contasına sahip PVC boruların performansı üzerine çalışmalar yapılmıştır. Bu kapsamda, boruların deprem yükleri altındaki bağlantı davranışlarını değerlendirmek için eksenel çekme ve tekrarlı yükleme testleri gerçekleştirilmiştir. Bu testler, boru bağlantılarının kuvvet ve deplasman kapasitelerini belirlemeyi hedeflemiştir. Bu çalışmalar, Colorado Boulder Üniversitesi (ABD) ile yapılan iş birliği çerçevesinde gerçekleştirilmiş ve yeni nesil bağlantı contasına sahip PVC boruların dayanımına ilişkin önemli bulgular elde edilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma, sıvılaşma ve zemin deformasyonlarının boru hatları üzerindeki etkilerini anlamak için coğrafi bilgi sistemleri, nümerik yöntemler ve deneysel analizler ile kapsamlı bulgular sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Earthquakes can cause temporary and permanent deformations in the soils where pipelines are buried, which can adversely affect the performance of the pipes. This study investigates how pipelines are affected by liquefaction-induced displacements during earthquakes. Liquefaction can cause further damage to pipes by changing the behavior of soils and increasing deformations. In this thesis, understanding the impact of liquefaction on pipelines is critical for assessing the earthquake performance of pipelines. In this study, damage data from the 2011 Christchurch earthquake was analyzed using Geographic Information Systems (GIS). The liquefaction effects of asbestos cement (AC), cast iron (CI) and polyvinyl chloride (PVC) pipe types were evaluated. The orientation of pipelines, ground deformations and liquefaction zones were mapped in detail through GIS and the seismic performance of different pipe types were compared through damage relationships. In addition, the effects of ground deformations due to liquefaction on the durability of pipelines were analyzed and new pipe damage relations were developed for these regions. Within the scope of the research, the processes by which liquefaction causes ground settlements are discussed in detail. Liquefaction reduces the soil strength and leads to increased settlements and ground deformations, which in turn impose severe loads on buried pipelines. In order to predict these effects, numerical simulations were performed using finite element method using constitutive models such as PM4Sand and UBC3D-PLM. Based on the simulation results, a case analysis was performed using FLAC3D V9.0 software for a 150 mm diameter PVC pipe damaged during the Christchurch earthquake. In this analysis, the loads experienced by the PVC pipe were evaluated in three dimensions using P2PSand behavior model and the effects of liquefaction induced settlements on the pipe performance were investigated in detail. During this PhD study, major earthquakes in Turkey in 2023 caused severe damage to infrastructure systems. On February 6, 2023, the Kahramanmaras earthquakes (Mw 7.7 and Mw 7.6) caused widespread liquefaction events, especially in regions such as Hatay, Gölbaşı and İskenderun. Within the scope of this thesis, field observations were carried out after these earthquakes and detailed liquefaction analyses were carried out for the rainwater pump station 1 in Iskenderun, which was damaged due to liquefaction. The methods used and the results obtained during these analyses were found to be consistent with the field findings and provided important data on the performance of infrastructure systems under liquefaction effects. To improve the durability of pipes in liquefiable soils, studies were conducted on the performance of PVC pipes with new generation joint gaskets. In this context, axial tensile and cyclic loading tests were carried out to evaluate the bell and spigot joint behavior of the pipes under earthquake loads. These tests aimed to determine the force and displacement capacities of the pipe joints. In addition, the performance of pipelines against additional loads that may occur as a result of natural disasters such as liquefaction, fault rupture and landslides was investigated by experimental methods. These studies were carried out in collaboration with the University of Colorado Boulder (USA) and significant findings were obtained on the strength of PVC pipes with new generation joint gaskets. In conclusion, this study presents comprehensive findings through geographic information systems, numerical methods, and experimental analysis to understand the effects of liquefaction and subsequent ground deformations on pipelines. The results provide important guidance to improve pipeline resilience against future earthquakes and minimize the adverse effects of liquefaction on pipelines.
Benzer Tezler
- İstanbul'daki su isale hatlarının deprem risk analizi
Earthquake risk analysis of water transmission lines in İstanbul
EMİR EKREM BARUTÇU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİMMET KARAMAN
- Bina temeli altı toprak ısı değiştiricisindeki ısı transferinin incelenmesi
The investigation of heat transfer in ground heat exchangers under building foundation
NURULLAH KAYACI
Doktora
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN DEMİR
PROF. DR. ŞEVKET ÖZGÜR ATAYILMAZ
- ITE doğal gaz boru hattı projesi Erzurum ili bölgesinde deprem hasar analizi çalışması
Analaysing eartquake damage on ITE natural gas pipeline project in Erzurum district
ŞENNUR HAZAL ŞENER
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİMMET KARAMAN
- PET(polietilen tereftalat) atıkları ile güçlendirilmiş zemin dolgularının gömülü boru davranışına etkisinin deneysel ve nümerik olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of PET waste reinforced soil fills on buried pipe behavior
RIFAT ENES BİTKİN
Doktora
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiFırat Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN SUHA AKSOY
- Gömülü boru hatlarının deprem etkilerine karşı davranışı
Behaviour of the buried pipelines subject to eartquake effects
ADİL YİĞİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiYRD. DOÇ. DR. ABDULLAH GEDİKLİ