ULAŞIM VE ÇEVRE GEOTEKNİĞİ Rapotör M. Ayşen Lav
SIKIŞTIRILMIŞ KİLİN ŞİŞME YÜZDESİ VE ŞİŞME BASINCINA FARKLI BOYUTLARDAKİ MERMER KIRIKLARININ ETKİSİ THE EFFECT OF WASTE MARBLE PIECES ON SWELLING PERCENTAGE AND SWELLING PRESSURE AT COMPACTED CLAY Ömür ÇİMEN S.Nilay KESKİN F. Şerif COŞAN Yrd.Doç.Dr., Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, omurcimen@sdu.edu.tr Prof.Dr., Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, nilaykeskin@sdu.edu.tr İnşaat Mühendisi, Yüksek Lisans Öğrencisi, fatihserifcosan@gmail.com
Bu çalışmada, yüksek plastisiteli bir kilin serbest şişme basıncına farklı boyutlardaki mermer parçalarının etkisi araştırılmıştır. Kil numunesinin; likit limiti %108, plastik limiti %38 ve plastisite indisi %70, maksimum kuru birim hacim ağırlığı 1.16gr/cm 3 ve optimum su muhtevası %38 dir. Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma Sistemine göre CH (yüksek Plastisiteli Kil) sınıfına girmektedir.
Isparta bölgesindeki bir mermer fabrikasından çıkan (günlük 15 ton) parça mermer atığından numune alıp boyutlarına göre gruplara ayrılmıştır. Mermer kırıklarının boyut aralıkları; A grubu; No 4 elek altı- No 8 elek üstü (4.75mm-3mm), B grubu; No 8 elek altı- No 10 elek üstü (3mm-2mm), C grubu; No 10 elek altı- No 40 elek üstü (2mm-0.425mm)
Farklı boyutlardaki mermer parçaları kile %2, %4 ve %6 ağırlık oranlarında ilave edilerek, standart kompaksiyon ve serbest şişme deneyleri yapılmıştır.,
Şekil 1. %100 Kil numunesine ait serbest şişme - zaman grafiği Şekil 2. A grubu mermer kırığı(mk)ilaveli kil numunesine ait serbest şişme - zaman grafiği Şekil 3. B grubu mermer kırığı(mk)ilaveli kil numunesine ait serbest şişme - zaman grafiği Şekil 4. C grubu mermer kırığı (mk)ilaveli kil numunesine ait serbest şişme - zaman grafiği Şekil 2 4 den görüldüğü gibi mermer parçaları şişme miktarını önemli ölçüde etkilemektedir. Mermer kırığı katkılı deneylerle katkısız deney sonucu karşılaştırıldığında bazı katkı oranlarında şişme miktarlarında beklenilen azalma görülmemiştir. Parça boyutu arttıkça konsolidasyon ringi içerisine giren mermer kırığı miktarı azalmaktadır. Mermer kırığı parçalarının ring içerisindeki rastlama noktası şişme miktarını önemli ölçüde değiştirmektedir.
Şekil 5 Mermer kırığı miktarının maksimum kuru birim ağırlığına etkisi Maks. kuru birim hacim ağırlığı katkı yüzdesi ile artıyor. Ayrıca, mermer kırığı boyutunun, aynı oranlar için, maksimum kuru birim hacim ağırlığa ve optimum su muhtevasına etkisi görülmemiştir.
Şekil 6 Mermer kırığı miktarının optimum su muhtevasına etkisi Mermer kırığı yüzdesi arttırılınca opt su muhtevası hafif azalıyor. Fakat C için sürekli artıyor. Ayrıca, mermer kırığı boyutunun, aynı oranlar için, optimum su muhtevasına etkisi görülmemiştir.
Şekil 7 Mermer kırığı miktarının şişme yüzdesine etkisi Şişme yüzdesinin ise A ve B için çok fazla değişmediği fakat C için azaldığı görülmüştür.
Şekil 8 Mermer kırığı miktarının serbest şişme basıncına etkisi Serbest şişme basıncının azaldığı görülmüştür. Ayrıca, mermer kırığı boyutunun, aynı oranlar için, serbest şişme basıncı ve yüzdesi üzerinde etkili olduğu görülmüştür.
ÇİRİŞ VE MERMER TOZUNUN İNCE DANELİ ZEMİNİN SERBEST BASINÇ DAYANIMINA ETKİSİ, ERDOĞDU ÖRNEĞI EFFECT OF RADIX EREMURI AND MARBLE DUST TO FINE GRAINED SOIL UNCONFINED COMPRESSIVE STRENGTH : A CASE STUDY OF ERDOGDU EXAMPLE Evin NAS Yrd.Doç.Dr., KTÜ.TMYO, evinnas@gmail.com
AMAÇ: Bu çalışmada, bitkisel içerikli bir madde olan çiriş ile atık bir madde olan mermer tozunun, seçilen bir ince daneli bir zeminin serbest basınç dayanımına etkisi araştırılmıştır. Bitkisel olması nedeni ile selülozik lifler içeren çiriş, suyla temasıyla yapıştırıcı özellik kazanarak zemin daneleri arasında bağlayıcı etki oluşturacağı düşüncesiylekatkı maddesi olarak seçilmiştir.
Bu çalışmada, Trabzon İli Erdoğdu Mevkiinde yapılan toplu konut inşaat alınan ince daneli zemin kullanılmıştır. Zemin, düşük plastisiteli kil olarak sınıflandırılmıştır (TSE 1500) Zemine ait bazı fiziksel özellikleri TSE 1900 e göre belirlenerek Çizelge 1 de verilmiştir. Çizelge 1. Zeminin Temel Fiziksel Özellikleri Doğal Birim Hacim Ağırlık (kn/m 3 ) 16,5 Dane Birim Hacim Ağırlık (kn/m 3 ) 12,4 Kuru Birim Hacim Ağırlık (kn/m 3 ) 10,8 Optimum Su Muhtevası (%)* 47 Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlık (kn/m 3 )* 11,9 Likit Limit (%)** 43 Plastik Limit (%)** 30 *Standart kompaksiyon deneyi ile belirlenmiştir. ** Casagrande deneyi ile belirlenmiştir.
Zemin içerisine, karışıma giren zemin kuru kütlesinin %5, %10 ve %15 oranlarında çiriş, %5, %10ve%15 oranlarında mermer tozu ilave edilmiştir. Değişik oranlarda katkı maddesi içeren ince daneli zemin standartına uygun olarak sabit enerji ile sıkıştırılmıştır ve w opt, kmax belirlenmiştir. Çizelge 2 de verilen değerlere göre 38mm çapında, 76mm yüksekliğinde silindirik numuneler hazırlanmıştır. Çizelge 2. Katkılı Zemin Numunelerinin Kompaksiyon Özellikleri Numune Adı kmax (kn/m 3 ) w opt (%) %5 Çiriş Katkılı Numune 12,44 38 %10 Çiriş Katkılı Numune 12,03 40 %15 Çiriş Katkılı Numune 12,10 36 %5 Mermer Tozu Katkılı Numune 13,40 33 %10 Mermer Tozu Katkılı Numune 13,35 31 %15 Mermer Tozu Katkılı Numune 13,34 23
Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlık,(kN/m3) 14 12 10 8 6 Çiriş katkılı numuneler Mermer tozu katkılı numuneler 0 5 10 15 20 Katkı Oranı, (%) Şekil 1. Katkılarla Maksimum Birim Hacim Ağırlığın Değişimi Katkılı numuneler incelendiğinde, mermer tozu katkılı numunelerde kuru birim ağırlıklarda katkısız duruma göre artış gözlensede bu artış katkı oranı artışı ile doğru orantılı olmamaktadır.
Optimum Su Muhtevası,(%) 80 70 60 50 40 30 20 10 Çiriş katkılı numuneler Mermer tozu katkılı numuneler 0 0 5 10 15 20 Katkı Oranı, (%) Şekil 2.Katkılarla Maksimum Optimum Su Muhtevasının Değişimi Optimum su muhtevaları ise katkı oranının artışı ile azalmaktadır.
Serbest Basınç Dayanımı,(kPa) 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Çiriş katkılı numuneler Mermer tozu katkılı numuneler 0 5 10 15 20 Katkı Oranı, (%) Şekil 3. Katkılarla Serbest Basınç Dayanımındaki Değişimi Çiriş ve mermer tozunun katkı malzemesi olarak kullanımı serbest basınç dayanımını dolayısı ile de zeminin taşıma gücünü arttırmıştır. Her iki katkı maddeside zeminin serbest basınç dayanımında oldukça etkili olduğu görülmektedir. Katkı oranlarının artışı ile dayanımın artışı doğru orantılı olarak gerçekleşmiştir. Çiriş ve mermer tozu ekonomik oluşundan ve dayanımı arttırıcı yönde etkisinden dolayı kimyasal stabilizasyon için uygun olabilirler. Çiriş mermer tozuna kıyasla daha yüksek dayanım artışı sağlasa da her ikisinin de zeminin dayanımına sağladıkları destek pratikte uygulamaya değer sonuçlar ortaya koymaktadır. Bu iyileşmeler, çiriş ve mermer tozunun ekonomik oluşu, elde edilebilirliği ve kolay uygulanabilir oluşları ile de birleştirildiğinde uygun katkı maddeleri oldukları görülmektedir. Islak kuru kür süreleri?
TÜRKİYE KATI ATIKLARIN KONTROLÜ YÖNETMELİKLERİNİN PERFORMANS TABANLI YAKLAŞIM BAKIŞ AÇISI İLE DEĞERLENDİRİLMESİ EVALUATION OF TURKISH SOLID WASTE DISPOSAL REGULATIONS FROM A PERFORMANCE BASED DESIGN POINT OF VIEW İlknur BOZBEY Soner SALTI Doç. Dr. İstanbul Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, ibozbey@istanbul.edu.tr İnşaat ve Çevre Mühendisi, İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi.
Ülkemizde ilk katı atık kontrolü yönetmeliği 1991 yılında yayınlanmıştır ve günümüze kadar geçen sürede geçirimsiz taban bariyeri için farklı tarifler getirilmiştir. Bu çalışmada 1991-2010 yılları arasında yayınlanmış olan yönetmelikler kirliliğin taşınması bakımından performans bazlı bir bakış açısı ile incelenmiştir. Bu tür tasarımda amaçbelirli bir alan için en iyi bir performans gösterebilecek bariyerin seçimi ve inşasıdır. Çalışmada kirliliğin taşınımı bir boyutlu olarak modellenmiştir. Adveksiyon, difüzyon, dispersiyon ve geciktirme mekanizmaları dikkate alınmıştır. Farklı permeabilite değerleri, bariyer kalınlıkları, kompozit bariyerler analiz edilmiştir. Sonuçlar permeabilitenin kirliliğin taşınması konusunda çok önemli bir parametre olduğu göstermiştir. Difüzyon-dispersiyon ve geciktirme katsayısının da kirliliğin taşınımını etkileyen parametreler olduğu gösterilmiştir. Bu değerlerin tümünün kirliliğin yayılımını azaltacak değerlerde olması ise ancak uygun imalat koşulları sonucunda elde edilecek bir zemin yapısı ile sağlanabilir. Dolayısı ile ilgili yönetmeliğimizin kalite kontrol süreçleri konusunda zorlayıcı ve yol gösterici olacak şekilde geliştirilmesi önerilmektedir.
PERFORMANS BAZLI YAKLAŞIM ANALİZLERİ 1 nolu durum: 1991 yılında yayınlanan ilk katı atık yönetmeliğine göre 60 cm kalınlığında ve permeabilitesi 1E-08 m/s olan bir kil bariyer imal edilmesi gereklidir. 2 nolu durum: Yine 1991 Yönetmeliğinde, permeabilitesi 1E-08 m/s olan en az 300 cm lik doğal bir jeolojik bariyere müsaade edilmektedir. 3 nolu durum: 2010 Yönetmeliğinde permeabilitesi 1E-09 m/s olan en az 100 cm lik doğal bir bariyere izin verilmektedir. 4 nolu durum: 3 nolu durumda, uygun ve yeterli sayıda deney ile permeabilite değerinin sağlandığının gösterilmemesi durumunda, deponi sahasında bazı alanlarda daha yüksek permeabilite değerleri ile karşı karşıya kalınabilir. Örneğin İstanbul da İstaç tarafından yayınlanan dökümanlarda II. Sınıf Düzenli Depolama Tesislerinde geçirimsizlik tabakasının 25 cm kalınlığında iki kademeli olarak ve toplamda en az 50 cm. olarak sıkıştırılmakta olduğu belirtilmektedir. (www.istac.com.tr, 2012). Literatüre göre iki tabaka halinde sıkıştırma önerilen bir uygulama değildir, çünkü bu uygulama permeabilitenin yüksek olmasına yol açabilir. Bu nedenle son dördüncü durum olarak permeabilite değerinin 5E-9 m/s olması durumu incelenmiştir.
Bu örnekte görüldüğü gibi permeabilite değerinin küçük olması (<1E-09 m/s) yüksek bariyer performansı için şarttır ve 2010 Yönetmeliği bu değeri şart koşarak doğru bir adım atmıştır. Ancak arazide bu değerin sağlandığından emin olmak gerekir. Bu ise ancak uygun ve yeterli kalite kontrol çalışmaları ile sağlanabilir. Şekil 1. Konsantrasyon oranı bakımından kirliliğin taşınması analizi c: çözünmüş maddenin konsantrasyonu olmak üzere Şekil 2. Taşınan kirliliğin miktarı bakımından kirliliğin taşınımı analizi c c 0 0 kirliliğin henüz bariyer tabanına taşınmadığı, c c 0 1 ise, kirliliğin tamamının bariyer tabanına taşındığı durumu temsil etmektedir.
Şekil 3. Farklı R (geciktirme katsayısı) katsayıları için kirliliğin taşınımı Bu örnekte görüldüğü gibi R değeri kirliliğin yayılımını etkilemektedir. R değerinin büyük olması ancak düşük porozite ve yüksek kuru yoğunluk ile sağlanabilir. Bu durumda permeabilite de azalarak performansı olumlu olarak etkileyecektir. Görüldüğü gibi uygun sıkıştırma süreci sadece permeabiliteyi değil, R değerini de etkilemektedir.
Şekil 4. Kompozit ve kil kaplamaların karşılaştırılması Bu örnek kompozit tabakalarını üstünlüğünü göstermekle birlikte, bu tabakaya ait kil bariyerin muhakkak uygun bir şekilde hazırlanması gerektiği açıkça ortaya koymaktadır. Aksi taktirde, yüksek difüzyon katsayıları sebebi ile performans azalacaktır.
Sıkıştırılmış killerin düşük permeabilite değerlerine sahip olması ancak uygun malzeme, uygun imalat ve arazide yeterli kontrol yapılması ile ulaşılabilir. Literatürde bu konuda sayısız örnek mevcuttur (Benson ve diğ., 1996, Giroud ve diğ. 1994). Yönetmeliklerimiz ise sadece hedeflenen bir permeabilite değeri önermekte, bu değere nasıl ulaşılabileceği konusunda yol gösterici olmamaktadır. Örneğin ETC8 (1993) kil bariyerlerde kalite kontrol çalışmaları için belirli sıklıkla yapılmak üzere indeks deneyleri ile birlikte her 2000 m 2 de bir olmak üzere bir adet permeabilite deneyi önermektedir. EPA Subpart D de de bu tür öneriler verilmektedir. Bu bakımdan ilgili yönetmeliğimiz kil bariyere dair gerekli deneyler, örneğin zeminin geoteknik olarak uygunluğunu belirlemeye yönelik uygun laboratuvar testleri, imalat aşamaları, tabaka kalınlıkları, inşaat aşamasında dikkat edilmesi gereken tüm hususlar, kalite güvencesi/kalite kontrol testleri, sayıları ve uygulanması gereken prosedürler gibi konuları içerecek şekilde değiştirilmelidir. Bu çalışmada, sadece permeabilitenin değil, kirliliğin taşınımı için önemli parametreler olan D(Difüzyon) ve R(geciktirme) değerinin de kil bariyerin sıkıştırılma süreci ve sonucunda oluşan yapı ile çok yakından ilişkisi bulunduğu tezi vurgulanmaktadır. Kaliteli bir sıkıştırma süreci permeabilite, difüzyon-dispersiyon katsayısı ve geciktirme katsayısını etkileyerek kirliliğin yayılımını zorlaştıracaktır. Bu ise bariyer için yüksek performans anlamına gelecektir.
GÖMÜLÜ ESNEK BORU DAVRANIŞINA ETKİYEN PARAMETRELERİN İNCELENMESİ INVESTIGATING PARAMETERS AFFECTING BURIED FLEXIBLE PIPE BEHAVIOR Emre AKINAY Havvanur KILIÇ Doktora adayı, Yıldız Teknik Üniversitesi, emreakinay@yahoo.com..tr Yrd. Doç. Dr., Yıldız Teknik Üniversitesi, kilic@yildiz.edu.tr
KONU: Gömülü esnek bir boru ve gömülme ortamını oluşturan zeminler bir sistemin elemanları gibi davranmaktadır. Bu nedenle, esnek boruların davranışları belirlenirken yalnızca borunun teknik özellikleri değil, bununla beraber gömülü bulunduğu ortamın özelliklerinin de ayrıntılı olarak bilinmesi ve analizlerin bu çerçevede yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada, (1) hendek dolgusu rijitliği (2) yerel zemin rijitliği (3) hendek genişliği/boru çapı oranı parametrelerindeki değişimin gömülü esnek boru davranışı üzerindeki etkisini inceleme amacı ile bir parametrik çalışma yapılmıştır. Boru malzemesi young modülü için hem önerilen kısa dönem değeri, hem de yükleme süresi ve ortam sıcaklığı dikkate alınarak düzeltilmiş değer kullanılmıştır. Sonuç olarak (1) rijitliği yüksek hendek dolgusu kullanılması ve (2) yerel zemin şartları dikkate alınarak uygun hendek genişliğinin seçilmesi durumunda, esnek boru üzerine etkiyen gerilmelerin ve şekil değiştirmelerin daha küçük olacağı görülmüştür.
GÖMÜLÜ ESNEK BORULARIN DAVRANIŞINDA BELİRSİZLİKLERİN INTERVAL ANALİZİ KULLANILARAK TANIMLANMASI UNCERTAINTY DEFINITION IN BURIED FLEXIBLE PIPE BY USING INTERVAL ANALYSIS Ayşe ERDÖLEN 1 Havvanur KILIÇ 2 Emre AKINAY 3 1 Yrd. Doç. Dr. Yıldız Teknik Üniversitesi, İnşaat Müh. Böl. Mekanik Anabilim Dalı, erdolen@yildiz.edu.tr 2 Yrd. Doç. Dr. Yıldız Teknik Üniversitesi, İnşaat Müh. Böl. Geoteknik Anabilim Dalı, kilic@yildiz.edu.tr 3 Yük. Müh. Yıldız Teknik Üniversitesi, İnşaat Müh. Böl. Geoteknik Anabilim Dalı, emreakinay@yahoo.com.tr
Gömülü esnek borularda, boru üzerindeki yükler esas olarak zemin yükü ve yüzeysel yüklerdir Üniform olmayan taban desteği, farklı oturmalar, yer hareketleri gibi kesin olarak hesaplanması mümkün olmayan, değişken, bölgesel ve eksenel eğilmeye neden olan yüklerin de etkileri vardır. Söz konusu bu yüklerin varlığı karşımıza ciddi bir yük belirsizliğini ortaya çıkarmaktadır.
Zemin reaksiyon modülü E z, gömülü esnek bir boruda yatay eksende meydana gelen şekil değiştirmeye karşı, dolgu zeminin (geri dolgu embedment fill) gösterdiği pasif direnç olarak ifade edilebilir. Zemin reaksiyon modülü yalnızca geri dolgunun değil, boru-zemin sistemini oluşturan bütün elemanların fonksiyonudur. Bu bağlamda, zemin reaksiyon modülü üzerinde etkisi olan başlıca parametrelerin (1) hendek dolgusu tipi (2) hendek dolgusu rijitliği (3) yerel zemin tipi (4) yerel zemin rijitliği (5) borunun geometrik özellikleri (6) boru rijitliği (7) hendek genişliği/boru çapı oranı (8) nihai dolgu kalınlığı (gömülme derinliği) ve (9) yer altı su seviyesinin konumu olduğu söylenebilir.
Bu çalışmada önce amprik bir eşitlik kullanarak bir borunun yatay şekil değiştirme oranı (Dx/D) hesaplanmış Daha sonra bu hesaplanan değer üzerinden yük (P) ve malzeme (Ez) parametrelerindeki belirsizlikler dikkate alınarak interval analizler yapılmıştır. İnterval analizi, bağımsız değişkenlerdeki belirsizliğin bağımlı değişkende ne kadar belirsizlik meydana getirdiğinin hesaplanmasıdır.
Deterministik bir x a değeri; belirsizlik yüzdesi p n /100 kullanarak ( 0 n 100 ; n R ); l u x = a, a a ap, a ap = a (1 p), (1 p) (11) x aiv a (12) şeklinde interval olarak ifade edilebilir. (12) Bağıntısında IV a ; a deterministik değerinin interval kısmını ifade etmekte olup aşağıda verildiği gibi tanımlanmaktadır; I a V ( 1 p), (1 p). (13) (13) Bağıntısında belirsizlik yüzdesi p değerinin 0 olması durumunda, I 1,1 değerine eşit olacak ve (12) bağıntısı ile ifade edilen interval x değeri; x aiva a 1, 1 a deterministik değerine eşit olacaktır. V a
Dx D EI r 3 D L P( IV P 0,061E ) K Z ( IV E Z ) D x yatay eksende boru çapı değişimi, D boru çapı, (Dx/D)=%0.51, r =0.381m boru yarıçapı; D L =1 gecikme faktörü, P (kpa) boru üzerindeki geostatik gerilme, K=0.096 yatak sabiti, E=2968814 kpa (kısa dönem), E=2747899 kpa (uzun dönem) boru malzemesinin elastisite modülü, I=8.42x(10) -7 m 4 /m boru duvarı kesit alanının eylemsizlik momenti, E Z (kpa) zemin reaksiyon modülüdür (Sargand vd. 2002). IV P ve IV E, sırasıyla P yükünün ve E Z Z zemin reaksiyon modülünün değerinin interval kısmını ifade etmektedir. deterministik
Çizelge 1. Yük ve zemin reaksiyon modülü değişimi P (kpa) E z (kpa) Prizma yükü 125.53 25800 Kemerlenme 69.02* 26912** meydana gelmesi * Sargand vd. (2002) de arazide ölçülen değer. ** Sargand vd. (2002) de arazi ölçümünden geri hesapla belirlenen zemin reaksiyon modülü
Yatay EksendeŞekil Değiştirme(Dx/D) 0.009 0.008 0.007 0.006 P ve E z Bel. Alt Sinir P ve E z Bel. Üst Sinir P Bel. Alt Sinir P Bel. Üst Sinir E z Bel. Alt Sinir E z Bel. Üst Sinir 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Belirsizlik Yüzdesi (P) Şekil 3a. x/d= %0.74 deterministik değeri için interval analiz sonuçları (prizma yükü dikkate alınarak)
Yatay Eksende Şekil Değiştirme (Dx/D) 0.0048 0.0044 0.004 0.0036 0.0032 P ve E z Bel. Alt Sinir P ve E z Bel. Üst Sinir P Bel. Alt Sinir P Bel. Üst Sinir E z Bel. Alt Sinir E z Bel. Üst Sinir 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Belirsizlik Yüzdesi (P) Şekil 3b. x/d= %0.39 deterministik değeri için interval analiz sonuçları (kemerlenme etkisi dikkate alınarak)
Analiz sonuçlarına bakıldığında: 1. Yalnızca yük ve yalnızca zemin reaksiyon modülünde belirsizlik olması durumlarının birbirine yakın olarak deformasyon oranını etkilediği, 2. Oysa ikisinin de belirsiz olması durumu için deformasyon oranının arttığı ve yukarıdaki belirsizlik aralıklarını kapsadığı belirlenmiştir.
GÖMÜLÜ FONT BORULARIN ALTINDAKİ ZEMİNDE OLUŞAN BOŞLUKLARIN BORU DAVRANIŞINA ETKİSİ EFFECTS OF THE DEVELOPMENT OF VOIDS ON THE BEHAVIOR OF BURIED CAST IRON PIPES Müge BALKAYA Ahmet SAĞLAMER Ian D. MOORE Dr., İstanbul Teknik Üniversitesi, balkayamu@itu.edu.tr Prof. Dr., İstanbul Teknik Üniversitesi, asaglam@itu.edu.tr Prof. Dr., Queen s University, moore@civil.queensu.ca
Borular, zemine döşenmeleri sırasında yapılan işçilik hataları nedeniyle, yada servis ömürleri içerisinde ortaya çıkan sızıntılar sonucunda yatak zemininde meydana gelen erozyon boşluklarına bağlı olarak üniform olmayan zemin desteğine maruz kalabilirler. Bu bildiride, gömülü font boruların altındaki zeminde oluşan boşlukların boru davranışına etkisini incelemek amacıyla üç boyutlu sonlu elemanlar analizi yardımıyla parametrik bir çalışma yapılmıştır. Boru altındaki boşluk geometrisine bağlı olarak gerilme ve deformasyonlarda meydana gelen değişimleri değerlendirmek amacıyla ABAQUS sonlu elemanlar programı kullanılmıştır.
Sonlu elemanlar analizleri 8 adımda gerçekleştirilmiştir: 1. Adım: Geostatik zemin koşulları oluşturulmuştur. Yanal toprak basıncı katsayısı K 0 =1 Sin olarak alınmıştır. Başlangıç koşullarındaki denge sağlandıktan sonra diğer adımlara geçilmiştir. 2. Adım: 0.24m kalınlıktaki 1. dolgu tabakası ve boru yerleştirilmiştir. 3. Adım: 0.24m kalınlıktaki 2. dolgu tabakası yerleştirilmiştir. 4. Adım: 0.25m kalınlıktaki 3. dolgu tabakası yerleştirilmiştir. 5. Adım: 0.30m kalınlıktaki 4. dolgu tabakası yerleştirilmiştir. 6. Adım: 030m kalınlıktaki 5. dolgu tabakası yerleştirilmiştir. 7. Adım: 1.5m kalınlıktaki zemin tabakasını temsilen zemin yüzeyine üniform basınç uygulanmıştır. 8. Adım: Boru içine 400kPa lık iç basınç uygulanmıştır.
Şekil 1. (a) Boru Detayları, (b) Boru Altındaki Erozyon Boşluğu, (c) Analiz Adımları Borunun dış çapı (OD) 160mm, et kalınlığı (t) ise 5mm.
Şekil 2. Analizlerde kullanılan (a) Sonlu Elemanlar Ağı, (b) Zemin Tabakaları Font boru, conta ve zemin C3D20 tipi 20 noktalı kübik elemanlar yardımıyla modellenmiştir. İncelenen sistemin simetrik olması nedeniyle sadece yarısı modellenmiştir. Boru, conta ve zemin tabakalarından oluşan sistemi modellemek için toplam 24788 eleman kullanılmıştır. Sonlu elemanlar ağı oluşturulurken boru altındaki boşluğa yaklaştıkça gerilmelerde beklenen ani değişimler nedeniyle ağ inceltilmiştir (Şekil 2).
Model Malzeme Elastisite Modülü MC LE Çizelge 1. Kullanılan malzeme özellikleri Poisson Oranı (υ) Birim Hacim Ağırlık ( ) Kohezyon İçsel Sürtünme Açısı ( ) (c) (E) (kpa) (kpa) (-) (kn/m 3 ) ( ) Orta-sıkı Kum 40x10 3 0.30 20.0 1.0 35 Sıkı Kum 80x10 3 0.30 21.0 1.0 40 Font boru 7x10 10 0.24 72.0 - - Conta 1x10 3 0.45 12.5 - -
Şekil 3. Analizlerde kullanılan sınır şartları Ux=0 sınır şartı ile zeminin x yönündeki hareketi önlenmiştir (x=0 ve x=4.0m). Uy=0 sınır şartı uygulanarak simetri ekseninde (y=0) y yönündeki hareket önlenmiştir. Ux=Uy=Uz=0 sınır şartları ile tabanda x, y ve z yönlerindeki hareket önlenmiştir.
Şekil 4. Boru tabanında oluşan boşluk nedeniyle boru üzerindeki çeşitli noktalarda meydana gelen düşey deplasmanlar
SONUÇLAR Boru bağlantısı altında meydana gelen boşluğun boru ekseni boyunca uzunluğu 30cm den 60cm e artırıldığında düşey deplasmanlarda da artış gözlenmektedir. Beklendiği üzere, en düşük düşey deplasman borunun üst noktasında gözlenirken, en yüksek düşey deplasman borunun en alt noktasında meydana gelmektedir. Benzer şekilde, boşluk açısında (VA) meydana gelen bir artış (60 o - 180 o ), düşey deplasmanda da artışa neden olmaktadır. Elde edilen analiz sonuçları, gömülü boruların altında meydana gelen çeşitli boyutlardaki boşlukların boru davranışına etkisini açıkça gösterektedir. Bu nedenle, gömülü borular etrafında oluşabilecek muhtemel boşluklar tasarım aşamasında göz önünde bulundurulmalı ve boru bağlantı noktalarında oluşabilecek sızıntıların ve buna bağlı olarak gözlenebilecek erozyon boşluklarının önlenebilmesi için azami dikkat gösterilmelidir