Sıkışabilir yatak malzemesi kullanımının gömülü esnek boru davranışı üzerindeki etkilerinin incelenmesi

Abstract

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

A buried thermoplastic pipe installed with conventional method deflects verticallydownwards under soil load. Because the displacement of the pipe crown is more thanthat of the sidefill soil, differential settlements in the soil medium over the pipe crownlevel take place. Differential settlements lead to the development of a mechanismcalled `positive soil arching` within the soil medium and, consequently, a verticalstress 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 thethermoplastic pipe when the pipe is being installed. The increase in the degree ofarching will provide less vertical stress on the pipe crown and an improved pipebehavior.In this thesis, the effects of compressible materials placed around the pipe on thethermoplastic pipe behavior was investigated by 1:1 scale laboratory tests andnumerical analyses performed using finite element method. Five differentpipe-compressible zone configurations are designed to investigate the effects ofcompressible zone geometry on the pipe response. Expanded polystyrene (EPS) was selected as the compressible material for the reasons that it's a manufactured materialand minimum requirements for its engineering properties are specified by standards.In order to investigate the effects of the density of the compressible material on thepipe response, tests were performed using EPS products with two different densities.A comprehensive instrumentation was implemented both for the soil medium and thetest pipe. Soil medium was instrumented with settlement plates and earth pressurecells in order to measure soil settlements and soil stresses, respectively. Test pipe wasinstrumented with potentiometric displacement sensors and biaxial strain gauges inorder to measure pipe deflections and pipe wall strains, respectively. Numericalanalyses were performed for each test condition by using PLAXIS 2D software, a wellknownfinite element code. Measurements collected from laboratory tests werecompared with calculated values obtained from numerical analyses. It's concluded thatthe use of compressible bedding material around the thermoplastic pipe provides thedegree of positive soil arching on the pipe to increase regardless of the verticaldeflection of the pipe and, consequently, relatively very small pipe deflections tooccur. The configuration that provides the greatest improvement in pipe behaviorprovided a reduction in vertical soil stress on the pipe crown up to by 77%, in verticaldeflection 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%.