Depremlerde uzun eksenleri doğrultusunda kalıcı yer hareketlerine maruz kalan gömülü boruların davranışı

Yıl 2025, Cilt: 40 Sayı: 2, 911 - 922, 03.02.2025

Selçuk Toprak , Engin Nacaroğlu , Berk Yağcıoğlu , Orhan Alp Çetin

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1292744

Öz

Geçmiş depremlerden gözlemler, boruların özellikle kendi uzun eksenleri doğrultusunda yer hareketlerinden daha olumsuz olarak etkilendikleri ve hasar görebildiklerini göstermiştir. Bu gözleme bağlı olarak mevcut çalışmada deprem etkisiyle boru doğrultusunda zemin hareketine maruz gömülü sürekli boru hatları değerlendirilmiştir. Sayısal analizlerde sonlu elemanlar yöntemi kullanılmıştır. Analizlerde doğalgaz hatlarında yaygın olarak kullanılan çelik boru cinsi tercih edilmiş, değişken olabilecek parametreler olarak boru çapı, borunun mekanik özellikleri, gömme derinliği, zemin-boru sürtünmesi ve yer hareketinin değerleri alınmıştır. İlave olarak, yolların ve mevcut yapıların durumuna bağlı olarak boruların 8 farklı geometrik yerleşime sahip olmaları da değerlendirilmiştir. Böylece farklı boru yerleşim durumları için düşük seviyeden yüksek seviyeye kadar kalıcı yer hareketleri (0,01-4 m) etkisi altında davranışları belirlenmiştir. Analizler sonucunda, boru hattında meydana gelen yer değiştirmeler, çekme ve basınç şekil değiştirmeleri ile çekme ve basınç gerilmeleri elde edilerek kullanılan parametrelerin boru üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Çalışmanın sonuçları, gömülü çelik boruların deprem sonucu oluşabilecek farklı kalıcı yer hareketleri etkisi altında davranışını göstererek uygulamada boru hatlarını işleten kurumlara tasarım ve ön değerlendirmelerinde katkı sağlayacaktır.

Anahtar Kelimeler

Gömülü Boru Hatları, Kalıcı Yer Hareketleri, Sonlu Elemanlar Analizleri, Zemin-Boru Etkileşimi

Destekleyen Kurum

TÜBİTAK; PAÜBAP

Proje Numarası

114M258; 2022FEBE016

Teşekkür

Buradaki çalışmalar 114M258 nolu TÜBİTAK ve 2022FEBE016 nolu PAÜBAP projeleri kapsamında desteklenmiştir.

Kaynakça

• 1. O’Rourke T.D., Jeon S.S., Toprak S., Cubrinovski M., Hughes M., Van Ballegooy S., Bouziou D., Earthquake response of underground pipeline networks in Christchurch, NZ, Earthquake Spectra (Earthq Spectra), 30 (1), 183–204, 2014.
• 2. Toprak S., Nacaroglu E., Koc A.C., O'Rourke T.D., Hamada M., Cubrinovski M. Van Ballegooy S., Comparison of horizontal ground displacements in Avonside area, Christchurch from air photo, LiDAR and satellite measurements regarding pipeline damage assessment. Bulletin of Earthquake Engineering (Bull Earthq Eng), 16 (10), 4497-4514, 2018.
• 3. Toprak S., Nacaroglu E., Van Ballegooy S., Koc A.C., Jacka M., Manav Y., Torvelainen E., O’Rourke T.D., Segmented pipeline damage predictions using liquefaction vulnerability parameters, Soil Dynamics and Earthquake Engineering (Soil Dyn. Earthq), 125, 105758, 2019.
• 4. Eidinger J.M., O’Rourke M.J., Bachhuber J., Performance of a Pipeline at a Fault Crossing, Seventh U.S. National Conference on Earthquake Engineering (7NCEE), Massachussets-USA, July, 2002.
• 5. Liu A., Takada S., Hu Y., A Shell Model with an Equivalent Boundary for Buried Pipelines Under the Fault Movement, 13th World Conference on Earthquake Engineering (13WCEE), Vancouver-Canada, Paper No. 613, August, 2004.
• 6. Liu A., Takada S., He Q., The Failure Performance of Thames Water Pipeline at Fault Crossing in Kocaeli Earthquake, Second European Conference on Earthquake Engineering and Seismology, Istanbul-Turkey, August, 2014.
• 7. Uckan E., Kaya E.S., O’Rourke M., Cakir F., Akbas B., The Performance of Thames Water Pipeline at the Kullar Fault Crossing, In International Collaboration in Lifeline Earthquake Engineering 2016, VA, American Society of Civil Engineers (ASCE), 359–365, 2017.
• 8. Kaya, E.Ş., Determination of performance criteria of steel pipes subjected to axial compressive load and bending moment, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 38 (4), 2107-2118, 2023.
• 9. Toprak S., Taşkın F., Estimation of earthquake damage to buried pipelines caused by groung shaking, Natural Hazards (Nat Hazards), 40, 1-24, 2007.
• 10. Uckan E., Aksel M., Atas O., Toprak, S., Kaya, E. S., The performance of transmission pipelines on february 6th, 2023 Kahramanmaras earthquake: a series of case Studies, Bulletin of Earthquake Engineering (Bull. Earthq. Eng.), 1-20, 2024.
• 11. Toprak S., Wham B., Nacaroglu E., Ceylan M., Dal O., Senturk A.E., Impact of seismic geohazards on water supply systems and pipeline performance: Insights from the 2023 Kahramanmaraş earthquakes, Engineering Geology (J. Eng. Geol.), 2024.
• 12. Wham B. P., Davis C. A., Buried continuous and segmented pipelines subjected to longitudinal permanent ground deformation, Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice (J. Pipeline Syst. Eng. Pract.), 10 (4), 04019036, 2019.
• 13. O'Rourke M. J., Nordberg C., Longitudinal permanent ground deformation effects on buried continuous pipelinesi, National Center for Earthquake Engineering Research. Taipei, Taiwan: 1992.
• 14. Toprak S., Taşkın F., Koç A.C., Prediction of earthquake damage to urban water distribution systems: a case study for Denizli, The Bulletin of Engineering Geology and the Environment (B Eng Geol Environ), 68, 499-510, 2009.
• 15. Sarvanis G. C., Karamanos S. A., Vazouras P., Mecozzi E., Lucci, A., Dakoulas, P., Permanent earthquake‐induced actions in buried pipelines: numerical modeling and experimental verification, Earthquake Engineering & Structural Dynamics (Earthq Eng Struct Dyn), 47 (4), 966-987, 2018.
• 16. Argyrou C., O’Rourke T. D., Stewart H. E., Wham B. P., Large-scale fault rupture tests on pipelines reinforced with cured-in-place linings, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering (J. Geotech. Geoenvironmental Eng.), 145 (3), 04019004, 2019.
• 17. Ni P., Moore I. D., Take, W. A. Distributed fibre optic sensing of strains on buried full-scale PVC pipelines crossing a normal fault, Géotechnique (Geotech. Lett.), 68 (1), 1-17, 2018.
• 18. Ni P., Moore I. D., Take W. A. Numerical modeling of normal fault-pipeline interaction and comparison with centrifuge tests, Soil Dynamics and Earthquake Engineering (Soil Dyn. Earthq. Eng.), 105, 127-138, 2018.
• 19. Joshi S., Prashant A., Deb A., Jain S. K., Analysis of buried pipelines subjected to reverse fault motion, Soil Dynamics and Earthquake Engineering (Soil Dyn. Earthq. Eng.), 31 (7), 930-940, 2011.
• 20. Argyrou C., O’Rourke T. D., Pariya-Ekkasut C., Stewart H. E., Ductile iron pipeline response to earthquake-induced ground rupture, Earthquake Spectra (Earthq. Spectra), 36 (2), 832-855, 2020.
• 21. American Lifelines Alliance (ALA), Seismic Guidelines for Water Pipelines, Guideline, March, 2005. 22. O’Rourke M. J. ve Liu X., Seismic Design of Buried and Offshore Pipelines, MCEER Monograph, MCEER-12-MN04, University at Buffalo, New York, USA, 2012.
• 23. Toprak S., Çırmıktılı, O.Y., Reliability-Based Analyses and Design of Pipelines' Underground Movements during Earthquakes. In Reliability-Based Analysis and Design of Structures and Infrastructure, Cilt 1, Editör: Farsangi E.N., Noori M., Gardoni P., Takewaki I., Varum H., Bogdanovic A., CRC Press, BR, Florida, A.B.D, 365-380, 2021.
• 24. O’Rourke T.D., Toprak S., ve Sano Y. Factors affecting water supply damage caused by the Northridge earthquake, In US-Japan workshop on earthquake disaster prevention for lifeline systems, November, 57, 1998.
• 25. Türk Standartları Enstitüsü (TSE). Petrol ve doğalgaz sanayileri-Boru hattı ile taşıma sistemleri için çelik borular, Standard No., ISO 3183, Ankara, Türkiye, 2019.
• 26. American Petroleum Institute (API), API SPEC 5L, 46th Edition, Washington, USA, 2018.
• 27. İstanbul Gaz ve Doğalgaz Dağıtım A.Ş. (İGDAŞ), 2019 Faaliyet Raporu. https://cdn.igdas.com.tr/web/Docs/igdas-faaliyet-raporu-web-versiyon_3586106.pdf. Yayın tarihi 2020. Erişim tarihi Kasım 14, 2021.
• 28. O’Rourke M.J., Liu X., Response of buried pipelines subject to earthquake effects, MCEER Monograph, MN03, University at Buffalo, New York, USA, 1999.
• 29. İstanbul Gaz ve Doğalgaz Dağıtım A.Ş. (İGDAŞ), Doğal Gaz İç Tesisat Teknik Esasları İGDAŞ Yayınları 29, İstanbul, Türkiye, 2017.
• 30. Türk Standartları Enstitüsü (TSE), İnşaat Mühendisliğinde Zemin Laboratuvar Deneyleri- Bölüm 1: Fiziksel Özelliklerin Tayini, Standard No., 1900-1, Ankara, Türkiye, 2006.
• 31. Türk Standartları Enstitüsü (TSE), İnşaat Mühendisliğinde Zemin Laboratuvar Deneyleri- Bölüm 2: Mekanik Özelliklerin Tayini, Standard No., 1900-2, Ankara, Türkiye, 2006.
• 32. DIANA (Displacement ANAlyzer) Software: TNO Company, Delftechpark 19a 2628 XJ Delft The Netherlands, http://dianafea.com/system/files/DIANA-Brochure-June-2016-Print-Version, 2016.
• 33. American Society of Civil Engineers (ASCE), Guidelines for the Seismic Design of Oil and Gas Pipeline Systems, Committee on Gas and Liquid Fuel Lifeline, ASCE, Reston, 1984.
• 34. European Standard Eurocode 8, Design of Structures for Earthquake Resistance, Part 4: Silos, Tanks and Pipelines, Brüksel, Belçika, 2006.