BORU HATLARINA DEPREM YÜKLERİNİN ETKİSİ

Transkript

1 Beşinci Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, Mayıs 2003, İstanbul Fifth National Conference on Earthquake Engineering, May 2003, Istanbul, Turkey Bildiri No: AT-025 BORU HATLARINA DEPREM YÜKLERİNİN ETKİSİ EARTHQUAKE EFFECTS ON BURIED PIPELINES Selçuk TOPRAK 1,2, Koji YOSHIZAKI 3 1 Yrd.Doç.Dr., Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Denizli. 2 Misafir Araştırmacı, Waseda Üniversitesi ve Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Japan 3 Uzman Dr., Tokyo Gas Co., Japan ÖZ Son depremler, örneğin 1994 Northridge, Kaliforniya, Amerika Birleşik Devletleri (A.B.D.), 1995 Kobe, Japonya ve 1999 Kocaeli, Türkiye depremleri altyapı (candamarı) sistemlerine geniş ölçüde zarar verdiler. Bu sistemlerdeki yaygın aksama, zararların coğrafik değişkenliğini ve zararla geçici ve kalıcı yer deformasyonları arasındaki ilişkilerin değerlendirilmesine imkan verdi. Bu çalışmada depremlerin boru hatlarına verdiği zararlar değişik örneklerle sunulmaktadır. Özellikle coğrafi bilgi sistemleri (CBS) ve bunların boru hatları sistemlerine depremin etkilerinin değerlendirilmesi için uygulanışı açıklanmıştır. Los Angeles şehri su şebekesinin 1994 Northridge depremindeki performansı CBS ile incelenmiştir. Gömülü boru hatları ile değişik sismik parametreler arasında ilişkiler irdelenmiş ve en iyi korelasyonlar tespit edilmiştir Kobe depreminden sonra Japonya da gaz, su ve atık su gibi candamarı sistemleri için geliştirilen ve değiştirilen deprem yönetmelikleri özetlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Altyapı (Candamarı) sistemleri, Deprem hasarları, Coğrafi bilgi sistemleri (CBS), Deprem yönetmelikleri ABSTRACT The recent earthquakes, such as the 1994 Northridge, U.S.A., 1995 Kobe, Japan and 1999 Kocaeli, Turkey earthquakes resulted in extensive damage to lifeline systems. The widespread disruption provided a unique opportunity to evaluate the geographic variability of the damage, and the relationship among damage, transient motion, and permanent ground deformation. This paper discusses the earthquake damage on pipelines with various examples. Special emphasis is given to geographic information systems (GIS) and their application to pipeline networks in evaluating the spatial characteristics of earthquake effects. The performance of City of Los Angeles water supply system during the 1994 Northridge earthquake is evaluated with GIS. Relationships between pipeline damage and various seismic parameters are examined and the best correlations are identified. The earthquake resistant design codes in Japan for lifeline systems such as gas, water, and sewage, which are revised after the 1995 Kobe earthquake, are summarized. Keywords: Lifelines, Earthquake damages, Geographic Infomration Systems (GIS), Earthquake Resistant Design Codes GİRİŞ Altyapı (candamarı) sistemleri içinde yer alan boru hatları petrol, doğal gaz, su ve atık su gibi insan hayatında önemli yer tutan malzemelerin iletiminde temel rol oynamaktadır. İlave olarak telekomünikasyon ve elektrik güç dağıtım sistemlerinde de kullanılmaktadır. Boru hatlarının deprem öncesinde olduğu kadar deprem sonrasında da fonksiyonunu 1

2 devam ettirebilmesi gerekir. Hemen deprem sonrasında çıkan yangınlarla savaşmak için su gereklidir. Depremi izleyen günlerde de gerek insanların yaşamı gerekse endüstri için petrol, doğal gaz, su ve atık su sistemlerinin işlevselliğini sürdürmesi ya da çok kısa zamanda işlevselliğini kazanması gerekir. Boru hatları bazen belirli dar bir hat üzerinde kilometrelerce uzandığı gibi bazende bir şehrin altında dağıtım sistemi olarak geniş bir alana yayılırlar. Örneğin, petrolü tesislerden alarak binlerce kilometre mesafedeki limanlara taşıyan borular ilk gruba girerken, şehirlerde konutlara ve işyerlerine dağıtımı gerçekleştiren doğal gaz ve su hatları son gruba girer. Boru hatları uzun mesafeleri kapsadığı ve geniş alanlara yayıldığı için depremlerden çok etkilenmektedir. Bu makalede depremin yeraltı boru hatları üzerine etkileri ve borularda meydana gelen zararların sebepleri üzerinde durulmuştur. Amerika daki 1994 Northridge, Japonya daki 1995 Kobe ve Türkiye deki 1999 Kocaeli depreminden örnekler verilerek bu alandaki yeni gelişmeler sunulmuştur. BORU HATLARINDAKİ ZARARLARIN SEBEPLERİ Depremin gömülü boru hatları üzerine olan zararı, geçici yer deformasyonlarıyla (GYD) ya da kalıcı yer deformasyonlarıyla (KYD) olmaktadır. GYD deprem dalgalarının geçişi esnasında oluşan, zeminin dinamik tepkisi iken KYD deprem sonrasında zeminde oluşan ve geri dönmeyen son yer değiştirmelerdir. GYD bazen küçük miktarda kalıcı deformasyonlar oluşturabilir fakat bunlar genelde yüzeysel etkilerdir. KYD genellikle büyük olmakta, örneğin fay hatlarının hareketlerini, şev kaymalarını, sıvılaşma sonucu oluşan yer değiştirmeleri ve kohezyonsuz topraklarda oluşan farklı oturmaları içine almaktadır. Şekil 1 KYD etkisi altındaki bir boru hattının maruz kalabileceği belli başlı yükleme şekillerini göstermektedir. Fay hattını geçen bir boru hattı fayın hareketine bağlı olarak değişik etkilere maruz kalır (Şekil 1a). Normal fay, borularda çekme gerilmesi oluştururken ters fay basınç gerilmesine sebep olur. Yanal atılımlı fay ise boru ile fay kırığı doğrultusu arasındaki açıya bağlı olarak boruda çekme ya da basınç gerilmesi oluşturabilir. Şekil 1b bir şev kaymasının ya da sıvılaşma sonucu oluşan yanal yer değiştirmenin hareket yönüne dik yönde geçen bir boru hattını göstermektedir. Böyle bir boru hattı eğilme ve uzama etkilerine maruzdur. Eğer boru hattının geçişi KYD yönüne göre eğikse boru hattında meydana gelen eğilme etkisine ilaveten yer hareketinin sınır bölgelerinde basınç ve çekme gerilmeleri oluşur (Şekil 1c). Boru hattı ve KYD doğrultusunun aynı olması durumunda ise hareketin baş kısmında boru hattı eğilme ve çekmeye maruz iken topuk kısmında eğilme ve basınca maruz kalır Kocaeli depreminde 3 metrelik sağ atılımlı fay hareketiyle 2.2 metre çapındaki bir çelik boru hattı zarar gördü. Depremden bir yıl önce yerleştirilen Thames su şirketine ait bu boru depremde zarar görmesine rağmen su iletmeye devam etti ve sonraki günlerde de geçici onarımı yapıldı (Eidinger vd, 2002). Boru hattının fay hattına göre yerleştirilme konumundan dolayı boru hattı basınç gerilmesine maruz kalmış ve boruda üç yerde buruşma ve yırtılmalar gözlenmiştir. Şekil 2 borunun iç çapının 1.4 metreye indiği buruşma noktasında borunun içten görünüşünü göstermektedir. Fay Fault Strike Yanal düzlemi plane slip Boru hattı başlıca atılım Pipeline subject s s mainly eğilmeye to bending maruz sv s d s Legend d - Eğim atılım s s - syanal d - Dip atılım slip s v - sdüşey s -Strike yer slip değiştirme s h - syatay v - Vertical yer değiştirme displacement s h - Thrust displacement Eğim Dip atılım slip s h b) Perpendicular b) Dik Geçiş Crossing a) Three-Dimensional Üç Boyutlu Görünüş View Boru Pipeline hattı subject basınç ve to eğilmeye compression maruz and bending Pipeline Boru hattı subject çekme to ve tension eğilmeye and maruz bending Pipeline subject to Boru tension hattı and çekme bending ve eğilmeye maruz c) Oblique c) Eğik Crossing Geçiş d) d) Parallel Paralel Crossing Geçiş Pipeline subject to Boru hattı basınç ve compression and bending eğilmeye maruz Şekil 1. Depremin oluşturduğu KYD sonucunda zemin-boru hattı etkileşimi (O Rourke, 1998) 2

3 GYD genellikle toprakta ilerleyen deprem dalgalarının boru hattını geçerken sinüs eğrisi şeklini koruduğu varsayımına dayanarak tespit edilir. Boru hattı doğrultusunda yerde oluşan uzama oranları boyuna (P), enine (S) ve Rayleigh (R) dalgaları için hesaplanabilir. Genellikle yer uzama oranlarının boru hattındaki uzama oranlarına eşit olduğu varsayılır. GYD ve KYD değerlerinin rölatif büyüklükleri hangisinin boru hattının üzerinde etkisinin hakim olduğunu belirler. Eğer KYD değeri GYD den daha büyükse o zaman KYD gömülü boru hatlarına daha çok zarar verir ya da tersi durum gerçekleşir. Boru hatları üzerinde GYD genellikle KYD e göre daha küçük uzama oranlarına ve deformasyonlara sebep olur. Bununla birlikte GYD nin etkilediği alan KYD nin etkilediği alandan çok daha büyüktür. Bu sebeple zayıf kısımların bulunduğu yada paslanma gibi sebeplerle parçaların zayıflaştığı boru hattı sistemleri üzerinde GYD oldukça yaygın etkiler gösterebilir. KYD ise daha yerel bölgelerde gerçekleşmesine rağmen, etkilediği bölgede çok büyük zararlara sebep olur. KYD etkisiyle boru hattı onarım oranlarının yüksek olduğu iyi bir örnek 1971 San Fernando, A.B.D. depremidir. Boru hattı hasarını belirtmekte yaygın olarak kullanılan onarım oranı, seçilmiş bir bölge içerisindeki toplam onarım sayısının yine aynı bölgedeki boru hattı uzunluğuna bölünmesiyle elde edilir. Eguchi (1982) Kuzey San Fernando Vadisi içinde 1971 San Fernando depreminin sebep olduğu boru hattı zararlarını değerlenmiştir. Fay kırığı, zemin deformanyonları ve GYD tarafından oluşan zararları kıyasladığında dağıtım hatlarındaki zararların hemen hemen yarısının fay kırığı olan ya da zemin deformasyonlarının gözlendiği yerel alanlarda gerçekleştiği sonucuna varmıştır. GYD etkisiyle boru hattı onarım oranlarının yüksek olduğu iyi bir örnek 1985 Michoacan, Meksika depremidir. Bu deprem Meksika şehrindeki su şebekesine büyük zararlar vermiştir. Ayala ve O Rourke (1989) bu zararları rapor etmiş, sıvılaşmanın olmadığını da gözlemleyerek borulardaki zararların esas olarak deprem dalgalarının etkisiyle oluştuğu sonucuna varmışlardır. Şekil 2. Boruda fay kırığı hareketi sonucu oluşan buruşma (Eidinger vd, 2002) COĞRAFİ BİLGİ SİSTEMİ (CBS) İLE SU İLETİM VE DAĞITIM BORULARININ PERFORMANSININ DEĞERLENDİRİLMESİ 1994 Northridge depremi, 1906 San Fransisco depreminden beri A.B.D. de bir su dağıtım şebekesinde meydana gelen en büyük zararı vermiştir. Los Angeles şehri içme suyu arıtma tesislerine kuzeyden su getiren Aqueduct 1, Aqueduct 2 ve Foothill Feeder adlı üç ana iletim hattı şehrin içme suyu ihtiyacının % 75 inden fazlasını sağlamaktadır. Deprem sonucunda iletim hatlarında zararlar meydana gelmiştir. Los Angeles Su ve Elektrik İdare sine (LADWP) ve Metropolitan Su Kuruluşu na (MWD) ait suyu şehir içerisine ulaştıran iletim borularında (boru çapı 600 mm) 74 noktada ve LADWP dağıtım şebekesi borularında (boru çapı < 600 mm) 1013 noktada onarım gerekmiştir. Los Angeles taki borularda depremin meydana getirdiği zararlar ve bu zararları karakterize etmek ve incelemek icin oluşturulan veri tabanı Toprak (1998), O Rourke vd. (1998) ve O Rourke ve Toprak (1997) yayınlarında sunulmuştur ve burada yanlız önemli ayrıntıları ele alınacaktır. Boru onarım yerleri, iletim ve dağıtım borularının cins ve boyut özellikleri coğrafi bilgi sistemleri veri tabanı olarak ARC/INFO yazılımı ile hazırlanmıştır. Yaklaşık olarak km dağıtım hattı ve 1000 km iletim hattı sayısallaştırılarak bilgisayar ortamına aktarılmıştır. 3

4 kilometre Eyaletler Arası Oto Yollar Ana Caddeler İletim Hatları Dağıtım Hatları Santa Monica Körfezi K Şekil Northridge, A.B.D. Depreminden Etkilenen Los Angeles Su İletim ve Dağıtım Sistemi (O Rourke ve Toprak, 1997) Şekil 3 Los Angeles su iletim ve dağıtım sisteminin Northridge depreminden en çok etkilendiği kısmı şehrin topoğrafyası üzerinde göstermektedir. Şehirdeki oto yolların ve ana caddelerin isimleri yer tayinini kolaylaştırmak için şekilde orijinal isimleriyle gösterilmiştir. LADWP ve MWD iletim ve dağıtım hatlarının bileşimi Şekil 4 te gösterilmiştir. Dağıtım hatlarının %76 sı font borudan oluşmaktadır. Bu borular kırılgan özelliklere sahiptir ve ufak yer değiştirmelere karşı hassastır. O yüzden özellikle deprem dalgalarının etkisinin tespitinde kullanılmaya çok uygundur. Ayrıca dağıtım hatlarının çoğunluğunun bu boru cinsinden olması ve şehir içerisinde yaygın olarak dağılımı depremin etkilerinin incelenmesinde bu boru cinsinin kullanılmasını uygun kılmıştır. Şekil 5 su dağıtım hatlarındaki onarım noktalarını ve font borular için eş onarım oranı eğrilerini harita üzerinde göstermektedir. Eş onarım oranı eğrilerini belirleyebilmek için harita 2x2 km boyutunda alanlara bölünmüş ve her alan Concrete Beton 18% Font Cast Iron 11% Düktil Ductile Iron 1% Trunk İletim Lines Hatları : 1014 : 1014 km km Distribution Dağıtım Hatları Lines : : km km Perçinli Riveted Çelik Steel 14% Asbestos Asbestos 9% a) a) İletim Trunk Hatları Lines Çelik Steel 11% Steel Çelik 56% Uzunluk Length (km) 1000 Concrete Beton Riveted Perçinli Steel Çelik Cast Font Iron Steel Çelik Asbestos Cement Ductile Düktil Iron Düktil Ductile Iron 4% Cast Font Iron 76% 100 LADWP LADWP MWD b) b) Distribution Dağıtım Hatları Lines c) Combined b) Bütün Hatlar Lines Şekil 4. Los Angeles Şehri Su İletim ve Dağıtım Hatlarının Boru Cinsi ve Uzunluğuna göre İstatistik Değerleri (O Rourke ve Toprak, 1997) 4

5 K Santa Monica Körfezi Font Boru Onarım Oranı Dağıtım Hattı Onarımları Font Çelik Diğerleri Eyaletler Arası Oto Yollar Ana Caddeler Eş Onarım Oranı Eğri Aralığı = 0.1 Onarım/km Kilometre Şekil Northridge Depremi için Font Boru Hatları Eş Onarım Oranı Eğrileri (O Rourke ve Toprak, 1997) içerisindeki font boru onarım sayısı tespit edilmiş ve bu sayı yine aynı alan içindeki toplam font boru uzunluğuna bölünmüştür. Bu değerler her alanın merkezindeki değer olarak kabul edilmiş ve interpolasyon uygulanarak eş eğriler çizilmiştir. Değişik alan ölçütleri denenmiş ve 2x2 km lik ölçü, bu çalışma bölgesi ve harita ölçeği için en uygunu olarak tespit edilmiştir (Toprak vd., 1999). Eş onarım oranı eğrilerinin en yoğun olduğu bölgeler dağıtım hatlarında oluşan hasarların en fazla olduğu yerleri göstermektedir. Boru hatlarında oluşan zararlar ile farklı deprem parametreleri arasında coğrafi etkileşimi tespit edebilmek için Los Angeles ve civarında kaydedilmiş 240 kuvvetli yer hareket ölçeri verileri kullanılmıştır. Şekil 6 font boru eş onarım oranı eğrilerini en büyük yatay yer hızı (PGV) zonları üzerine bindirilmiş halde göstermektedir. PGV zonları kuvvetli yer hareketi ölçerlerinden elde edilen maksimum yer hızı değerlerinden interpolasyonla elde edilmiştir. CBS kullanarak her PGV zonu içindeki boru onarım sayısı ve boru uzunluğu hesaplanarak zona karşılık gelen onarım oranı hesaplanmıştır. Her zon içerisindeki boru hattı uzunluğunun sistemdeki toplam font boru uzunluğunun yaklaşık % 2 inden az olmaması bir eleme kriteri olarak kullanılmıştır. Bu oran her PGV zonu içerisindeki boru hattı uzunluğunun populasyon istatistiğini uygun şekilde temsil edebilmesi için seçilmiştir. Bu kriter sonucunda elenen zonlar aynı zamanda özellikle KYD gözlenen bölgelere karşılık geldiğinden son veriler GYD etkisini temsil etmektedir. Bu şekilde elde edilen veriler Şekil 7 de gösterilmiştir. Yine aynı şekil üzerinde bazı geçmiş depremlerden elde edilen güvenilir veriler gösterilmiştir (Toprak, 1998). Bu verilerden hesaplanan onarım oranları ile PGV arasında geliştirilen korelasyon da şekilde gösterilmiştir. Kullanılan eleme kriterinin sonucu olarak korelasyon 75 cm/san yer hızına kadar geçerlidir. Toprak (1998) benzer ilişkileri boru hattı onarım oranları ile en büyük yatay yer ivmesi (PGA), en büyük yatay yer değiştirme, geliştirilmiş Mercalli şiddeti (MMI), spectrum şiddeti (SI), Arias şiddeti (AI), ve spektral ivme ve hız gibi deprem parametreleri arasında geliştirmiştir. Bu parametreler arasında PGV, boru hattı onarım oranı ile en iyi korelasyon değerini vermiştir. Değişik boru cinsleri için boru hattı onarım oranları ve PGV arasındaki ilişkileri O Rourke vd. (1999) ve O Rourke ve Jeon (1999) kaynaklarında bulunabilir KOBE DEPREMİNDEN CANDAMARI SİSTEMLERİ İÇİN ÇIKARILAN DERSLER VE YENİ YÖNETMELİKLER Batı Japonya nın endüstri ve kültür merkezi olan toplam 15 milyon nüfuslu Hanshin bölgesi, Kobe ve Osaka, 1995 Kobe depreminin yoğun tesirinde kaldı. Bu bölgedeki su, atık su, gaz, elektrik ve telekomünikasyon sistemleri gibi candamarı sistemlerinin gördüğü zarardan en az 3 milyon kişi ciddi şekilde etkilendi. Şekil 8 depremde zarar goren vida eklemli bir çelik gaz borusunu göstermektedir. Şekil 9a ve b sırasıyla bir düktil boruda ve bir font borudaki hasarları göstermektedir. Özellikle KYD gerçekleşen alanlarda çok yoğun zararlar gözlenmiştir. Eski borular ve birleşim noktaları daha düktil ve esnek olan yeni borulara kıyasla daha çok zarar görmüştür Kobe depremini izleyen yıllarda gaz, su ve atık su sistemlerini de içine alan candamarı sistemleri için Japonya daki deprem yönetmeliklerinde değişiklikler yapıldı (Japanese Society of Civil Engineers (JSCE), 2000a). Bu değişiklikler depremi izleyen yıllarda yapılan çalışmaları ve İnşaat Mühendisliği Yapıları için Depreme Dayanıklılık 5

6 K Santa Monica Körfezi Font Boru Onarım Oranı Eyaletler Arası Oto Yollar Ana Caddeler En Büyük Yer Hızı (cm/s) Eş Onarım Oranı Eğri Aralığı = 0.1 Onarım/km Kilometre Şekil 6. Boru Hattı Onarım Oranı Eğrileri ve Northridge Depremi En Büyük Yer Hızları (O Rourke ve Toprak, 1997) Şekil 7. En Büyük Yer Hızı (PGV) ile Boru Hattı Onarım Oranı Arasındaki İlişki Üzerine Önerileri (JSCE, 1995; JSCE,1996; JSCE, 2000b) yansıtmaktadır. Yönetmelik değişikliklerinde verilen temel kararlar şu ortak özelliklere sahiptir (Kameda, 2000, Yoshizaki 2002). (a) Deprem hareketleri iki seviye, örneğin seviye 1 ve 2 olarak uygulanır. Seviye 1 hareketleri Kobe depremine kadar olağan olarak kullanılan ve yapıyı kullanımda olduğu süre içinde bir veya iki defa etkileyen deprem hareketleridir. Esas olarak, Seviye 2 hareketleri muhtemel fay hatlarını gözönüne alarak senaryo depremleri ile tespit edilir. Eğer kalın alüvyel zeminlerin bulunmasından dolayı fay araştırması zor olacaksa Seviye 2 deprem hareketleri, geçmiş depremlerde kaydedilmiş deprem kaynağına yakın yer hareketlerinden elde edilir. 6

7 (b) Sıvılaşma etkisiyle oluşan KYD gözönüne alınır. (c) Performansa dayalı tasarım ve yönetim kapsamlı olarak benimsenmiştir. Yapıların ve tesislerin önem derecesi değişik kategorilere bölünür ve istenen deprem performansı, yer hareketleri seviyeleri ile bunların oluşma ihtimalleri arasındaki ilişkiler ile tanımlanır. (d) Seviye 2 depremleri için tasarımda esas olarak yapıların ve zemin yapılarının plastik deformasyonları ve taşıma gücünün tahmin edilmesi gerekir. Şekil 8. Vida eklemli gaz boru hattındaki hasar (Editorial Committee for the Report on the Hanshin-Awaji Earthquake Disaster, 1997; Oka, 1996) Boru Hattı Tasarımı (boyutlar, yer, malzeme, vb.) (a) 0.8 m çaplı düktil boruda birleşim noktasında ayrılma Sıvılaşmaya dayanıklı tasarıma ihtiyaç olan bölgenin tespiti Sıvılaşma sonucu oluşabilecek zemindeki yer değiştirmenin tahmini Toprak-Boru etkileşimi Boru hattındaki biçim değişikliğinin analizi Boru biçim değiştirebilirliği Sıvılaşma dayanıklılığının değerlendirilmesi (b) 0.8 m çaplı font boru hasarı Şekil 9. Su boru hatlarındaki hasarlar (Editorial Committee for the Report on the Hanshin-Awaji Earthquake Disaster, 1997; Matsushita, 1995) Şekil 10. Sıvılaşmadan etkilenen yeraltı gaz iletim hatlarının depreme dayanıklılığının değerlendirilmesi (JGA, 2000; Masuda vd, 2002) Gaz İletim Boru Hatları Japon Gaz Birligi (JGA) 2000 yılında Gaz İletim Boru Hatları Tasarımı için Tavsiye Edilen Uygulamalar adlı deprem tasarım ana hatlarını değiştirdi (JGA, 2000). Temel değişiklikler şöyle özetlenebilir (Hamada, 2002; Kobayashi vd., 2001; Masuda vd., 2002). (a) Deprem Hareketi: Depreme dayanıklı tasarımında Seviye 1 ve 2 deprem hareketlerinin her ikiside gözönüne alınmalıdır. Seviye 1 deprem hareketleri yapıyı kullanımda olduğu süre içinde bir veya iki defa etkileyebilir. Seviye 2 deprem hareketleri plak içi veya karaya yakın plaklar arası depremler tarafından oluşur ve yapıyı kullanımda olduğu süre içinde etkileme ihtimali çok azdır ama gerçekleştiğinde etkisi çok büyüktür. Seviye 2 deprem hareketi 7

8 Kobe depreminde deprem kaynağına yakın 16 kayıttan elde edilen ve maksimum hızı 1 m/s ye karşılık gelen hız spektrası ile tanımlanmıştır. (b) Gerekli Performans : Seviye 1 deprem hareketine karşı boru hattında aşırı deformasyon olmamalı ve onarım gerekmemelidir. Boru hattındaki deformasyon, nominal şekil değiştirme oranının % 1 i veya boru kalınlığının çapına oranının 0.35 katından az olmalıdır. Seviye 2 deprem hareketine karşı boru hattında büyük deformasyon gözlenebilir ama gaz sızıntısı olmamalıdır ve deformasyonlar nominal şekil değiştirme oranının % 3 ünden küçük olmalıdır. Güçlü deprem hareketlerine karşı, tasarımda ve değerlendirmede kullanılacak ana hatların belirlenmesinin yanında JGA, Sıvılaşmaya Maruz Alanlardaki Gaz İletim Boru Hatları Tasarımı için Tavsiye Edilen Uygulamaları oluşturmak için 1996 yılından 2000 yılına kadar bir araştırma projesi gerçekleştirmiştir. Bu proje şu teknik konuları incelemiştir (Kobayashi vd., 2001; Masuda vd., 2002): sıvılaşma sonucu oluşan yer değiştirmeler; toprak ve boru etkileşimi; boru hattındaki deformasyonların değerlendirilmesi; gaz sızıntısı olmaması şartını sağlayan boru deformasyonu. Bu konular üzerinde deneysel ve analitik çalışmalar gerçekleştirmiştir (Miki vd, 2000a; 2000b) ve yüksek şekil değiştirme oranlarıyla büyük deformasyonlar, hazırlanan ana hatlarda tanımlamıştır. Bu projeye ilaveten KYD ye maruz gömülü boru hatlarının değerlendirilmesi için analitik modellerin geliştirilmesi amacıyla gerçek ölçekte deneyler yapılmıştır (Yoshizaki vd, 2002). Şekil 10 sıvılaşma sonucu oluşan KYD etkisine maruz gaz iletim hatlarının depreme dayanıklılığını değerlendirmek için kullanılabilecek yöntemde izlenmesi gereken adımları göstermektedir. İçme Suyu Temini Tesisleri Japon Su İşleri Birliği (JWWA) Kobe depreminden sonra bir teknik komite oluşturmuştur. Bu komite içme suyu temini tesislerinde meydana gelen zararların incelenmesi sonuçlarına dayanarak depreme dayanıklı yönetmelikleri değiştirmiştir (JWWA, 1997). Belli başlı değişiklikler şöyle özetlenebilir (Hamada, 2002; JWWA, 1997; Matsushita, 1999): (a) Deprem Hareketi: Depreme dayanıklı tasarımda Seviye 1 ve 2 deprem hareketlerinin her ikiside gözönüne alınmalıdır. Seviye 1 (L1) deprem hareketi yapıyı serviste olduğu süre içinde bir veya iki defa etkileyebilir. Seviye 2 (L2) deprem hareketinin yapıyı serviste olduğu süre içinde etkileme ihtimali çok azdır ama gerçekleştiğinde etkisi çok büyüktür. (b) Depreme Karşı Performans: A Grubu olarak adlandırılan önemli tesisler, elastik bölge içinde davranacak şekilde tasarlanmalı ve L1 deprem hareketinde kalıcı deformasyon olmamalıdır. B grubu olarak adlandırılan diğer tesisler ise fonksiyonlarını yerine getirmek şartıyla hafif hasar görebilir. L2 deprem hareketinde A Grubu tesisler insan hayatı için ciddi etkileri olmayacak ve fonksiyonel kalacak şekilde tasarımlanmalıdır. B Grubu tesisler bazı zararlar görebilir ama su işleri sistemi fonksiyonel olmalıdır. (c) Sıvılaşma için sismik tasarım: Sıvılaşma tespiti için kullanılacak metod değiştirilmiştir. Sıvılaşma sonucu oluşan yer akmaları ve yer şekil değiştirmeleri gömülü boruların tasarımında düşünülmelidir. Tasarım yer şekil değiştirme oranı, % ve yer değiştirme miktarları Niigata ve Kobe depremleri gözlemlerine dayanarak olasılık yaklaşımları ile tespit edildi. Atık Su Tesisleri Japon Atık Su İşleri Birliği Kobe depreminden sonra bir teknik komite oluşturdu. Bu komite atık su tesislerinde meydana gelen zararların incelenmesi sonuçlarına dayanarak depreme dayanıklı tasarım yönetmeliklerini değiştirdi (JSWA, 1997). Belli başlı değişiklikler şöyle özetlenebilir (Hamada, 2002; JSWA, 1997). (a) Deprem Hareketi: Depreme dayanıklı tasarımda Seviye 1 ve 2 deprem hareketlerinin her ikiside gözönüne alınmalıdır. Seviye 1 (L1) deprem hareketi yapıyı serviste olduğu süre içinde bir veya iki defa etkileyebilir. Seviye 2 (L2) deprem hareketinin yapıyı kullanımda olduğu süre içinde etkileme ihtimali çok azdır ama gerçekleştiğinde etkisi çok büyüktür. Seviye 2 deprem hareketi, Kobe depremi kayıtlarından elde edilen maksimum hızı 0.8 m/s ye karşılık gelen hız spektrası ile tanımlanmıştır. (b) Depreme Karşı Performans: Atık Su Tesislerinin depreme karşı performansı, tesislerin Seviye 1 ve 2 deprem hareketlerine karşı önemlilik derecesine göre belirlenmelidir. Örneğin Seviye 2 deprem hareketine karşı iletim hatlarının fonksiyonunu yerine getiriyor olması gerekir. (c) Sıvılaşma için sismik tasarım: Sıvılaşma tespiti için kullanılacak metod değiştirildi. SONUÇ Candamarı sistemlerinin geçmiş depremlerdeki performansının değerlendirilmesi ve çıkarılan derslerin uygulamaya konması gelecekteki depremlere hazırlanmak açısından büyük avantajlar sağlar Northridge depremi sonrasında coğrafi bilgi sistemlerini kullanarak, geniş alanlara yayılmış bulunan boru hatları sistemlerinin ve oluşan zarar verilerinin detaylı analizi ve zararlarda etkili parametrelerin incelenmesi mümkün olmuştur Kocaeli depremi sonrası incelemeleri özellikle fay hatları ile boru hatları arasındaki etkileşimi araştırmada faydalı olmuştur. Bu çalışmaların sonuçları, bir yörede olması muhtemel depremler için boru hatlarının performansının değerlendirilmesinde, 8

9 hazırlıkların ve iyileştirme programlarının yapılmasında ve deprem sonrası afet yönetimi çalışmalarında belirleyici rol oynar Kobe depreminden sonra Japonya da candamarı sistemleri için geliştirilen ve değiştirilen deprem yönetmelikleri gibi çalışmalarda depreme dayanıklı candamarı sistemi tasarımlarının yapılması için önemlidir. TESEKKÜR Burada rapor edilen çalışmaların bir kısmı National Center for Earthquake Engineering Research, Buffalo, NY, A.B.D. tarafından desteklenmiştir. S.T. çalışmaların gerçekleştirilebilmesi için katkı ve yardımlarından dolayı Cornell Üniversitesinden Prof. T. D. O Rourke a teşekkür eder. Los Angeles şehri boruları ve boru hatlarındaki zarar verileri için LADWP den H. Dekermenjian ve C. Davis e, EQE den N. Blaze ye ve MWD den D. Wright a minnettarız. S.T. kendisini Japonya da misafir araştırmacı olarak destekleyen Waseda Üniversitesinden Prof. M. Hamada ya ve Advanced Industrial Science and Technology den S. Kunimatsu ya teşekkür eder. KAYNAKLAR Ayala, A. G. ve O Rourke, M. J. (1989). Effects of the 1985 Michoacan Earthquake on Water Systems and Other Buried Lifelines in Mexico, NCEER , MCEER, Buffalo, NY. Editorial Committee for the Report on the Hanshin-Awaji Earthquake Disaster (1997) Report on the Hanshin-Awaji Earthquake Disaster, Vol. 9, Damage and Restoration of Lifeline Systems. Eguchi, R. T. (1982). Earthquake Performance of Water Supply Components during the 1971 San Fernando Earthquake, Technical Report No a, J. H. Wiggins Company, Redondo Beach, CA, March. Eidinger, J. M., O Rourke, M., Bachhuber, J. (2002). Performance of a Pipeline at a Fault Crossing, Proceedings, Seventh U.S. National Conference on Earthquake Engineering, Theme: Urban Earthquake Hazard, No: 261, Boston, MA, U.S.A. Hamada, M. (2002). Revision of Seismic Design Guidelines after the Hyogoken-Nanbu Earthquake, Journal of the Society of Civil Engineers, Vol. 87, pp Japan Gas Association (2000). Recommended Practice for Earthquake Resistant Design of Gas Transmission Pipelines, Tokyo, Japan. Japan Sewage Works Association (1997). Seismic Design and Construction Guidelines for Sewage Facilities. Japan Society of Civil Engineers (1995). First proposal on Earthquake Resistance for Civil Engineering Structures. Japan Society of Civil Engineers (1996). Second proposal on Earthquake Resistance for Civil Engineering Structures. Japan Society of Civil Engineers (2000a). Earthquake Resistant Design Codes in Japan. Japan Society of Civil Engineers (2000b). Third proposal on Earthquake Resistance for Civil Engineering Structures. Japan Water Works Association (1997). Seismic Design and Construction Guidelines for Water Supply Facilities. Kameda, H. (2000). Urban Lifelines under Seismic Environment Developments and Lessons Learned from Kobe, Water Supply, Vol. 18, No. 3, pp Kobayashi, T., Shimamura, K., Oguchi, N., Ogawa, Y., Uchida, T., Kojima, S., Kitano, T., Tamamoto, K. (2001). Recommended Practice for Design of Gas Transmission Pipelines in Areas Subject to Liquefaction, Proceedings, International Gas Research Conference, TP-34, Amsterdam. Masuda, T., Kobayashi, T., Yoshizaki, K., Kobayashi, M. (2002). Recommended Practice for Design of Gas Transmission Pipelines in Areas Subject to Liquefaction, Proceedings, International Conference on Application and Evaluation of High-Grade Linepipes in Hostile Envrionments. Matsushita, M. (1995). Damages to Kobe Water System by the Hanshin Awaji Great Earthquake and Restoration Plan, Technical Memorandum of PWRI, No. 3415, pp Matsushita, M. (1999). The 1995 Kobe Earthquake and the new JWWA Seismic Design Guideline for Waterworks Facilities, Proceedings, 7th US- Japan Workshop on Earthquake Resistant Design of Lifeline Facilities and Countermeasures Against Soil Liquefaction, MCEER , Buffalo, NY, pp Miki, C., Oguchi, N., Uchida, T., Suganuma, A., Inoue, T. (2000a). Deformation and Fracture Properties of Straight Steel Pipe with Internal Pressure under Uniaxial Compressive and Bending Load, Proceedings, 12th World Conference on Earthquake Engineering, No. 1433, New Zealand. Miki, C., Kobayashi, T., Oguchi, N., Uchida, T., Suganuma, A., Katoh, A. (2000b). Deformation and Fracture Properties of Steel Pipe Bend with Internal Pressure Subjected to In-Plane Bending, Proceedings, 12th World 9

10 Conference on Earthquake Engineering, No. 1814, New Zealand. Oka, S. (1996). Damage of Gas Facilities by Great Hanshin Earthquake and Restoration Process, Proceedings, 6th Japan-US Workshop on Earthquake Resistant Design of Lifeline Facilities and Countermeasures Against Soil Liquefaction, NCEER , MCEER, Buffalo, NY, pp O Rourke, T. D. (1998). An Overview of Geotechnical and Lifeline Earthquake Engineering. In Geotechnical Special Publication No. 75, ASCE (Pakoulis, P., Yegian, M., Holtz, D.(eds.)), Reston, VA, 1998, II, pp O Rourke, T. D. ve Toprak, S. (1997). GIS Assessment of Water Supply Damage from the Northridge Earthquake, Geotechnical Special Publication No. 67, J. D. Frost, Ed., ASCE, New York, NY, pp O Rourke T.D., Toprak, S., Jeon, S. S. (1999). GIS Characterization of the Los Angeles Water Supply, Earthquake Effects, and Pipeline Damage, Research Progress and Accomplishments, , MCEER, Buffalo, NY. O Rourke, T. D., Toprak, S., Sano, Y. (1998). Factors Affecting Water Supply Damage Caused by the Northridge Earthquake, Proceedings, Sixth U.S. National Conference on Earthquake Engineering, Seattle, WA, June, pp Toprak, S. (1998). Earthquake Effects on Buried Lifeline Systems, Ph.D. Thesis, Cornell University, Ithaca, NY. Toprak, S., O Rourke, T. D., Tutuncu, I. (1999). GIS Characterization of Spatially Distributed Lifeline Damage, Optimizing Post-Earthquake Lifeline System Reliability, Proceedings, Fifth U.S. Conference on Lifeline Earthquake Engineering, W. M. Elliott and P. McDonough, Eds., Seattle, WA, August, ASCE, pp Yoshizaki, K. (2002). Seismic Design Guidelines for Lifeline Systems After the 1995 Kobe Eaerthquake, Lessons from the 1995 Kobe Earthquake and Following Practices of Earthquake Engineering, Civil Engineering Conference and Exposition, U.S.A. Yoshizaki, K., O Rourke, T. D., Hamada, M. (2002). Large Scale Experiments of Buried Steel Pipelines with Elbows Subjected to Permanent Ground Deformation, Proceedings, Seventh U.S. National Conference on Earthquake Engineering, Theme: Urban Earthquake Hazard, No: 217, Boston, MA, U.S.A. 10