Düşey yükler altında gömülü esnek boruların davranışı

Öz

Termoplastik borularda borunun düşeyde yaptığı esnemeden dolayı boru tacındaki zemin prizmasında meydana gelen oturma, borunun yan yüzeyinde oluşan zemin prizmasında oluşan oturmadan fazladır. Bunun sonucunda gelişen pozitif zemin kemerlenmesi ile boru tacına gelecek yükün bir kısmı yan zemin prizmalarına aktarılarak boru üzerine etkiyecek yükün azaltılması sağlanmaktadır. Zemine gömülü borulara çeşitli sebeplerle gelen yükleri azaltmak için yapay hendek yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntemle boru üzerine sıkışabilir malzeme konularak yapay olarak pozitif kemerlenme oluşturulmaktadır. Çalışmada kalın dolgu yükleri altına yerleştirilen geniş çaplı HDPE ve PVC boruların davranışlarını araştırmak için projelendirilen Derin Gömü Projesi kapsamında gerçekleştirilen arazi deneyleri Plaxis 2D programı ile modellenmiştir. İncelenen modellerde boru tepesinde sıkışabilir malzeme olarak EPS geofoam malzeme kullanılmıştır. EPS geofoam malzemenin kalınlık ve yoğunluk parametrelerinde değişiklik yapılarak, değişikliklerin boru davranışları üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Yapılan analizler sonucunda gömülü borulara etkiyen gerilme değerleri ve borularda meydana gelen şekil değiştirme oranları belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Gömülü boru
• Pozitif Zemin kemerlenmesi
• EPS Geofoam
• Yapay hendek yöntemi

Behavior of buried flexible pipes under vertical loads

Öz

Termoplastik borularda borunun düşeyde yaptığı esnemeden dolayı boru tacındaki zemin prizmasında meydana gelen oturma, borunun yan yüzeyinde oluşan zemin prizmasında oluşan oturmadan fazladır. Bunun sonucunda gelişen pozitif zemin kemerlenmesi ile boru tacına gelecek yükün bir kısmı yan zemin prizmalarına aktarılarak boru üzerine etkiyecek yükün azaltılması sağlanmaktadır. Zemine gömülü borulara çeşitli sebeplerle gelen yükleri azaltmak için yapay hendek yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntemle boru üzerine sıkışabilir malzeme konularak yapay olarak pozitif kemerlenme oluşturulmaktadır. Çalışmada kalın dolgu yükleri altına yerleştirilen geniş çaplı HDPE ve PVC boruların davranışlarını araştırmak için projelendirilen Derin Gömü Projesi kapsamında gerçekleştirilen arazi deneyleri Plaxis 2D programı ile modellenmiştir. İncelenen modellerde boru tepesinde sıkışabilir malzeme olarak EPS geofoam malzeme kullanılmıştır. EPS geofoam malzemenin kalınlık ve yoğunluk parametrelerinde değişiklik yapılarak, değişikliklerin boru davranışları üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Yapılan analizler sonucunda gömülü borulara etkiyen gerilme değerleri ve borularda meydana gelen şekil değiştirme oranları belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Gömülü boru
• Pozitif Zemin kemerlenmesi
• EPS Geofoam

Kaynakça

1. [1] T. Masada ve S. Sargand, “Thermoplastic Pipe Deep Burial Study in Ohio: Further Analysis of Field Performance Data,” J. Pipeline Syst. Eng. Pract., vol. 2, no. 4, pp. 132-138, Nov. 2011, doi: 10.1061/(ASCE)PS.1949-1204.0000086. [2] R. L. Handy ve M. G. Spangler, Geotechnical Engineering: Soil and Foundation Principles and Practice. New York, NY, ABD: McGraw-Hill Education, 2007.
2. [3] R. Plácido ve F. H. M. Portelinha, “Evaluation of Geocomposite Compressible Layers as Induced Trench Method Applied to Shallow Buried Pipelines,” Geotextiles and Geomembranes, vol. 47, no. 5, pp. 662-670, Oct. 2019, doi: 10.1016/j.geotexmem.2019.103471.
3. [4] J. S. Horvath, “The Compressible Inclusion Function of EPS Geofoam,” Geotextiles and Geomembranes, vol. 15, no. 1-3, pp. 77-120, 1997.
4. [5] M. A. Meguid, “Earth Pressure Distribution on Rigid Pipes Overlain by TDA Inclusion,” in Sustainability Issues for the Deep Foundations, H. El-Naggar, K. Abdel-Rahman, B. Fellenius ve H. Shehata, Eds. Cham: Springer International Publishing, 2019, pp. 1-13, doi: 10.1007/978-3-030-01902-0_1.
5. [6] J J. S. Horvath, “Expanded Polystyrene (EPS) Geofoam: An Introduction to Material Behavior,” Geotextiles and Geomembranes, vol. 13, no. 4, pp. 263-280, 1994.
6. [7] H. Wong ve C. J. Leo, “A Simple Elastoplastic Hardening Constitutive Model for EPS Geofoam,” Geotextiles and Geomembranes, vol. 24, no. 5, pp. 299-310, 2006.
7. [8] A. Ossa ve M. P. Romo, “Dynamic Characterization of EPS Geofoam,” Geotextiles and Geomembranes, vol. 29, no. 1, pp. 40-50, 2011.
8. [9] A. Elragi, D. Negussey ve G. Kyanka, “Sample Size Effects on the Behavior of EPS Geofoam,” in Soft Ground Technology, Noordwijkerhout, The Netherlands: American Society of Civil Engineers, Mar. 2001, pp. 280-291, doi: 10.1061/40552(301)22.

9. [10] J. Kang, “Soil-Structure Interaction and Imperfect Trench Installations as Applied to Deeply Buried Conduits,” Ph.D. dissertation, Auburn Univ., Auburn, AL, USA, 2007.
10. [11] H. Kim, B. Choi ve J. Kim, “Reduction of Earth Pressure on Buried Pipes by EPS Geofoam Inclusions,” Geotechnical Testing Journal, vol. 33, no. 4, pp. 304-313, 2010.
11. [12] A. F. Witthoeft ve H. Kim, “Numerical Investigation of Earth Pressure Reduction on Buried Pipes Using EPS Geofoam Compressible Inclusions,” Geosynthetics International, vol. 23, no. 4, pp. 287-300, 2016.
12. [13] M. A. Meguid, M. G. Hussein, M. R. Ahmed, Z. Omeman ve J. Whalen, “Investigation of Soil-Geosynthetic-Structure Interaction Associated with Induced Trench Installation,” Geotextiles and Geomembranes, vol. 45, no. 4, pp. 320-330, 2017.
13. [14] M. A. Meguid ve M. G. Hussein, “A Numerical Procedure for the Assessment of Contact Pressures on Buried Structures Overlain by EPS Geofoam Inclusion,” Int. J. Geosynth. Ground Eng., vol. 3, no. 1, Art. no. 2, Mar. 2017, doi: 10.1007/s40891-016-0078-y.
14. [15] M. A. Meguid, M. R. Ahmed, M. G. Hussein ve Z. Omeman, “Earth Pressure Distribution on a Rigid Box Covered with U-Shaped Geofoam Wrap,” Int. J. Geosynth. Ground Eng., vol. 3, no. 2, Art. no. 11, Jun. 2017, doi: 10.1007/s40891-017-0088-4.
15. [16] B. Söylemez, “Laboratory Experiments on Improvement of Buried Flexible Pipes by Using Geofoam,” M.S. thesis, Middle East Technical Univ., Ankara, Türkiye, 2017.
16. [17] E. Akınay, “Sıkışabilir yatak malzemesi kullanımının gömülü esnek boru davranışı üzerindeki etkilerinin incelenmesi,” Ph.D. dissertation, Fen Bilimleri Enst., Yıldız Teknik Üniv., İstanbul, Türkiye, 2017.
17. [18] H. Kılıç, P. Biçer ve S. Bozkurt, “A Numerical Investigation of Induced and Embedded Trench Installations for Large-Diameter Thermoplastic Pipes under High Fill Stresses,” Applied Sciences, vol. 13, no. 5, Art. no. 3040, 2023.
18. [19] F. A. Akyelken, “Genleştirilmiş Polistiren Malzeme Kullanımının Gömülü Esnek Boru Davranışına Etkilerinin Sayısal Analizler ile İncelenmesi,” M.S. thesis / Ph.D. dissertation, Yıldız Teknik Üniv., İstanbul, Türkiye, 2020.
19. [20] Q. Ma, Z. Ku ve H. Xiao, “Model Tests of Earth Pressure on Buried Rigid Pipes and Flexible Pipes underneath Expanded Polystyrene (EPS),” Advances in Civil Engineering, vol. 2019, Art. no. 9156129, Jan. 2019, doi: 10.1155/2019/9156129. [21] Bentley Systems, Inc., PLAXIS 2D Manual Connect Edition V21. Delft, Netherlands: Bentley Systems, Inc., 2020.
20. [22] O. Khalaj, M. Azizian, N. Joz Darabi, S. N. Moghaddas Tafreshi ve H. Jirková, “The Role of Expanded Polystyrene and Geocell in Enhancing the Behavior of Buried HDPE Pipes under Trench Loading Using Numerical Analyses,” Geosciences, vol. 10, no. 7, Art. no. 251, 2020.
21. [23] A. P. Moran, “Comparison between Field and Analytical Results on the Structural Performance of Deeply Buried 30-Inch Diameter Thermoplastic Pipes,” M.S. thesis, Ohio Univ., Athens, OH, USA, 2001.
22. [24] S. M. Sargand, G. A. Hazen, T. Masada, D. J. Schehl, A. Moran ve B. Altarawneh, “Field Verification of Structural Performance of Thermoplastic Pipe Under Deep Backfill Conditions,” Rep. no. FHWA/OH-2002/023, May 2002.
23. [25] S. M. Sargand, T. Masada, B. Tarawneh ve D. Gruver, “Field Performance and Analysis of Large-Diameter High-Density Polyethylene Pipe under Deep Soil Fill,” J. Geotech. Geoenviron. Eng., vol. 131, no. 1, pp. 39-51, Jan. 2005, doi: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2005)131:1(39).
24. [26] S. M. Sargand ve T. Masada, “Long-Term Monitoring of Pipe under Deep Cover,” Ohio Department of Transportation Office of Research and Development and U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration, Columbus, OH, USA, Rep. no. FHWA-OH-2007/15, 2007.
25. [27] E. Akınay, “Gömülü Esnek Boru Davranışının İncelenmesi,” M.S. thesis, Yıldız Teknik Üniv., İstanbul, Türkiye, 2010.
26. [28] T. H. Tefera, R. Aabøe, H. Bruun ve K. Aunaas, “FEM Simulation of Full Scale and Laboratory Models Test of EPS,” The Norwegian Public Roads Administration, Norway, 2011.
27. [29] D. K. Atmatzidis, E. G. Missirlis ve D. A. Chrysikos, “An Investigation of EPS Geofoam Behaviour in Compression,” in Proceedings of EPS Geofoam, pp. 1-12, 2001.
28. [30] S. Bozkurt, “Gömülü Esnek Borular Üzerine Etkiyen Gerilmelerin Sıkışabilir Malzeme Kullanılarak Azaltılması,” M.S. thesis, Tekirdağ Namık Kemal Üniv., Tekirdağ, Türkiye, 2021.