Akaryakıt tank temellerinin hesaplanan ve ölçülen oturmaları Predicted and observed settlements of oil storage tanks Rasin üzceer Kasktaş A. Ş., İstanbul, Türkiye ÖZET: Çelik depolama tankları esnek yapıları nedeniyle önemli mertebede üniform oturmayı tolere edebilmelerine rağmen farklı oturma nedeniyle hasar görüp kullanılamaz hale gelmektedir. Bu makale kapsamında literatürdeki konuyla ilgili çalışmalar incelenerek çelik akaryakıt depolama tanklarında farklı oturma nedeniyle hasar meydana gelmemesi için çeşitli araştırmacılar ve kurumlar tarafından önerilen kriterler için sistematik bir sınıflandırma oluşturulmuştur. Bildiri kapsamında inşaatı tamamlanmış olan beş adet yüzer tavanlı çelik akaryakıt depolama tankının tasarımı, hidrostatik test ve işletme aşamalarında tank çevresinde ve tank tabanında ölçülen oturmalar sunulmuş ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Çelik akaryakıt depolama tankı, farklı oturma, zemin iyileştirmesi SUMMARY: Steel tanks are relatively flexible structures and can tolerate large amount of settlement. One of the major problems in designing and constructing large diameter oil storage tanks is differential settlement. In this paper previous studies for the settlement criteria of steel tanks are presented. The design and performance of five floating roof steel oil storage tanks that were built for the construction of a new oil terminal are presented. The settlement patterns at the base and along the perimeter of the tanks are presented and loadsettlement behaviors of the tanks are discussed. Keywords: Steel oil storage tanks, differential settlement, soil improvement GİRİŞ Akaryakıt depolama tankları genellikle sıkışabilir tabaka kalınlığının fazla olduğu zeminlerin bulunduğu nehir veya deniz kıyılarında inşa edilmektedirler. Yumuşak zeminler üzerine oturan geniş çaplı çelik akaryakıt depolama tanklarının hasar görmesine neden olan ve bu tür yapıların temel tasarımı ve inşaatında dikkate alınması gereken faktörlerin başında farklı oturma gelmektedir. iğer mühendislik yapıların aksine tankların inşaat bitiminde ani olarak yüklenmesi söz konusudur. İnşaat sırasında zemine aktarılan gerilme çok düşük olduğundan zeminin konsolide olması mümkün olamaz. Yer kısıtlaması ve diğer ekonomik nedenlerle tank yüksekliklerinin m ye ulaşması hidrostatik test sırasında - kn/m mertebesindeki ölü yükün çok kısa bir süre içerisinde yüklenmesini gerektirmektedir (Kumbasar 9, Myers 99). Literatürde yapılan incelemelerden ve ülkemizdeki uygulamalardan celik tankların oturma limitleri için üstyapı ve geoteknik mühendisleri ile yatırımcı kuruluşlar arasında genel bir mutabakat olmadığı anlaşılmaktadır. Bir kısım tasarımcı ve uygulayıcı tankların esnek yapılar olması nedeniyle farklı oturmayı önemsemezken diğer bir kısım ise çok muhafazakar limitler kullanarak temel tasarımının mühendislik ekonomisinden uzaklaşmasına neden olmaktadır. Çelik tanklarla ilgili kriterlere açıklık getirmek amacıyla öncelikle oturma kriterleri incelenerek, tanklarda hasara neden olan oturmalar, oturma neticesinde tanklarda meydana gelebilecek hasar tipleri ve izin verilen farklı oturma kriterleri sistematik olarak sunulmuştur. Bildiri kapsamında inşaatı tamamlanmış olan yüzer tavanlı çelik akaryakıt depolama tanklarının temel tasarımı, hidrostatik test ve işletme aşamalarında tank çevresinde ve tank tabanında ölçülen oturmalar sunulmuş ve zemin yapı etkileşimi açısından sonuçlar değerlendirilmiştir.
ÇELİK TANKLARIN OTURMASI Çelik akaryakıt depolama tankları oldukça esnek yapılar olup zeminin taşıma gücü aşılmadıkça önemli mertebede farklı oturmayı tolere edebilirler. Ancak, oturma limitinin aşılmasına bağlı olarak tankların hasar gördüğü birçok vaka kaydedilmiştir. Şekil de tankların oturmasıyla ilgili terminoloji özetlenmektedir. ÇELİK TANKLARIN OTURMA ŞEKİLLERİ VE YAPIYA ETKİLERİ. Üniform Şekil de gösterilen oturma şeklinde zemin tabakalanması göreceli olarak üniform olup sıkışabilir veya yumuşak bir zemin bulunmaktadır. Bu zemin şartlarında çelik tanklar üniform olarak zemine batar. Üniform oturmanın tank boru bağlantıları dışında önemli bir etkisi yoktur. Esnek bağlantılar kullanılarak bu sorun giderilebilir. A H ---- yayı boyunca tank duvarının S(-) oturması S(+) x, l z ---- yayı boyunca tank duvarının oturması R A-A' kesiti Şekil. Tank oturmasında kullanılan terminoloji (Marr ve diğerleri, 9) Si - çapı boyunca tank tabanın oturması Verilerine Göre Ortalama dönme düzlemi z i i A' nedeni ile su girmesi korozyonun hizlanmasına neden olur Boru bağlantilarinda ve vanada aşırı gerilme nedeni ile kırılma Şekil. Üniform oturma (Myers, 99) Boru Boru esteği. üzlemsel önme Çelik tank Şekil te görüldüğü gibi rijid bir yapı gibi yana yatar. Bu tür oturmaya genellikle başka oturma şekilleri de eşlik eder. üzlemsel dönmenin tank duvarına etkisi önemli değildir. önme nedeniyle tankın görünümü değişir, düzlemdeki kesitinde elips şeklini alır, tankın depolama hacminde azalma meydana gelir. Yukarıdaki şekilde: ρ i = İnşaat bitiminden itibaren i noktasındaki toplam oturma r i, j = i ve j noktaları arasındaki farklı oturma l i, j = i ve j noktaları arasındaki yay boyu ( r/l ) i,,j = i ve j noktaları arasındaki açısal dönme δ = Çapın daireyi kestiği iki nokta arasındaki farklı oturma Z i = i noktasındaki genel eğim düzlemine göre oturma S i = i noktasındaki sarkma veya kamburlaşma = S i. (S i + l + S i l ) SAG = max = [S i. (S i + n/ + S i - n/ ) ] max n = ölçüm noktası sayısı Çelik akaryakıt depolama tankları taban levhası, duvar, duvarı taban levhasına birleştiren halka temel ve çatı olmak üzere dört esas yapısal bileşenden oluşmaktadır. Her bir oturma şekli söz konusu yapısal bileşenlerden birini veya birkaçını etkilemektedir. Yapısal bileşenlere zarar verebilecek, oturma şekilleri için çeşitli araştırmacılara göre izin verilen sınır değerler Tablo de özetlenmiştir. önme nedeni ile ovallesen tankın plan görünüşü Tankın önmesi Tank oturur ve yana yatar y Artma y= COS θ Referans θ üzlemi Azalma = Kenardan kenara maksimum oturma Şekil. üzlemsel dönme (Myers, 99). Tank uvarının Farklı sı Tank duvarının farklı oturması üniform oturma ve düzlemsel dönmesinden farklı olarak küçük bir bölümde gerilme yoğunlaşmasına neden olduğu için çok daha ciddi hasara neden olabilir. Tank duvarının farklı oturması tankın ovalleşmesi ve tank cidarında gerilme artışı meydana gelmesi olmak üzere iki tür θ
soruna neden olur. Şekil de tank duvarının farklı oturmasının yol açtığı problemler özetlenmektedir. Tank duvarının farklı oturması üniform oturma ve düzlemsel dönme ile birlikte meydana geleceği gibi bunlardan tamamen bağımsız olarak da gelişebilir.tank duvar çevresinden alınan oturma ölçümleri ile y = ( ρ / ) cosθ eğrisi ne kadar çakışır ise tank tabanı düzlemsel olarak oturmuştur denilebilir. Tablo. Tanklarda oturma kriterleri (Marr ve diğerleri, 9, API ) Lambe ve diğ. Hayashi (9) Langeveld (9) Şekilleri (9) Guber (9) üzlemsel δ cm önme δ hor cm Önemsiz SAG / Tank uvarı üzlemsel. l aşırı gerilme ρ Smax R Olmayan tol H l SAG. R tol ovalleşme H ovalleşme Çanak Şeklinde Önemsiz W / W < 9 Taban Levhası Hidrostatik testten sonra Bölgesel S d d tank tabanı gözlenmelidir. S < d 9 Tank uvarı üzlemsel Temel altında şilte d d Taban Levhası Olmayan S Bağlantısı oluşturulmalı Greenwood (9) δ / (tank estetiği için) < m S max cm m S max cm ovalleşme Önemsiz Önemsiz ikkate alınmadı Tablo. (evam) Şekilleri iğerleri Sullivan ve Nowicki (9) e Beer (99) Japon İtfaiye Teşkilatı Amerikan Petrol Enstitüsü (API, ) Tank uvarı Taban Levhası Tank uvarı Taban Levhası Bağlantısı üzlemsel önme üzlemsel Olmayan Çanak Şeklinde Bölgesel üzlemsel Olmayan Önemsiz δ / l H Malik (9) SAG R tol H Penman (9) W / 9 Rinne (9) R tol S. cm ρ / l W / ikkate alınmadı S / ikkate alınmadı Temel altında şilte oluşturulmalı S / δ / δ H / hor σ y l ρ E H (Sabit tavanlı tank duvarı için sınır gerilme) l = R H W = / + w d. m için S d / d.m için S=cm B =. R NOTASYON: W: Çanak şeklinde oturan tank tabanında merkez ile kenar arasındaki farklı oturma R tol : Tank Çatısında izin verilebilir çap değişikliği d: Tank tabanındaki lokal oturma çanağı içerisine yatay da çizilebilecek en büyük dairenin çapı E: Çeliğin Elastisite modülü σ: Çeliğin akma gerilmesi θ: Ölçüm noktaları ile başlangıç noktası arasındaki açı l : Tank çevresindeki ölçüm noktaları arasındaki mesafe δ hor :önme nedeniyle tank duvarının tavandaki yatay hareketi S max :Herhangi bir noktadaki maksimum sarkma veya kamburlaşma H: Tank yüksekliği w: Tank tabanını oluşturan kavisin merkezdeki yüksekliği S: Lokal oturma çanağının derinliği B: Tank kenarında izin verilen oturma R: Tank duvarı ile oturmanın başladığı nokta arasındaki mesafe
i Tank duvarının farklı oturması nedeni ile duvarın daireselliğinin bozulması Yüzer tavan hareket edemez y ( θ = ) Şekil. Farklı oturma (Myers, 99) Tank duvarlarının düzensiz olarak oturması neticesinde duvarların üst kısımları dışarı veya içeri doğru açılıp kapanarak tankın ovalleşmesine neden o- lur. Şekil tank duvarı altında meydana gelen farklı oturmanın tankın plandaki dairesel görünümünün dışına çıktığını göstermektedir. Sabit tavanlı çelik tanklarda bu durum çok önem arz etmezken, belirli bir tolerans içerisinde hareket eden yüzer tavanlı tanklarda ovalleşme nedeniyle ciddi işletme sorunları ortaya çıkmaktadır. Yüzer tavanın çalışamaz duruma gelmesi dan sonra dönmüş durum Yüzer tavan Yüzer tavan hatti Yüzer tavan contası kullanılmaz hale gelir. R tol Baslangiç pozisyonu Tank duvarinin farkli oturması nedeni ile deforme olmuş. Boşluk θ= - Referans üzlemi θ Tankın oturmadan sonraki durumu Yüzer tavan contası Baslangiç pozisyonu Tank duvarı oturduktan sonra Şekil. Üniform olmayan oturma nedeniyle tankın deforme olması (Myers, 99) TANK TABANINA İZİN VERİLEN FARKLI OTURMA Çelik tankların hasar görmeden tolere edebileceği farklı oturma kriterleri konusunda bir çok araştırma yapılmıştır. Bu araştırmalar incelendiğinde iki tip kritere yer verildiği görülmektedir (Marr ve diğerleri, 9)..Bu kriterlerden bazılarında [Hayashi (9), Guber (9), Langeveld (9), Rinne (9)] maksimum oturmanın tank merkezinde olduğu kabul edilerek tank merkezi ile tank kenarı arasındaki θ üzlemsel dönme için en uygun cosinüs eğrisi Farklı oturma Farklı oturma ( θ= ) farklı oturmanın (W) tank çapına () oranı kriter olarak önerilmiştir..iğerleri (Lambe 9, Hayashi 9) maksimum oturmanın tank merkezi ile kenarı arasındaki bir bölgede oluşabileceğini dikkate alarak maksimum oturmanın meydana geldiği noktadaki oturma ile tank kenarı arasındaki farklı oturmanın iki nokta arasındaki mesafeye oranını bir kriter olarak önermişlerdir. İlk gruptaki kriterin uygulanabilmesi maksimum oturmanın tank merkezinde meydana geldiği durumlar için geçerlidir. Maksimum oturmanın yerinin belirlenmesinin gerekmesi ve bunun da basit analitik yöntemlerle mümkün olamaması ikinci gruptaki kriterlerinde uygulanabilirliğini güçleştirmektedir. Orazio ve uncan (9), çeşitli çap ve yüksekliklerdeki adet çelik tank üzerinde yaptıkları incelemelerde, merkezde cm, kenarlarda cm oturan tankın hasar görmediği, buna karşılık merkezde cm, kenarda cm oturan bir tankın ise distorsiyon nedeniyle yırtıldığını kaydetmişlerdir. Orazio ve uncan çelik tank tabanının genel olarak Şekil da verilen normalize edilmiş oturma eğrilerinden birine uygun olarak oturduğunu belirlemiştir. A tipi oturma profiline uyumlu oturan tanklarda merkezdeki oturma maksimum olurken kenarlara yaklaştıkça oturmalar azalmaktadır. B tipi oturma profiline uyumlu oturan tanklar A tipine göre kenarlarda daha fazla oturmaktadır. C tipi oturma profilinde ise tank merkezinden kenara olan mesafenin / ünde oturmalar artmaktadır. A tipine uyumlu oturan tanklarda en az hasar meydana gelirken, C tipi oturma profiline uygun oturan tanklardaki hasarın en fazla olduğu kaydedilmiştir. Sıkışabilen derin bir tabaka üzerine oturan esnek temellerin oturması Şekil da A tipi klasik çanak şeklinde oturma profiline karşılık gelmektedir. Ancak, pratikte kaydedilen oturmaların önemli bir kısmı B tipi veya C tipi oturma profiline uyumlu olmaktadır. Şekil da A, B ve C tipi oturma profilleri için Orazio ve uncan tarafından izin verilen farklı oturma kriterleri verilmiştir.. mer.. PROFİL A PROFİL B PROFİL C r / R r / R r / R................. i<.. < i<.. = OTURMA o = MERKEZEKI OTURMA R = TANK YARICAPI =( mer - kenar) = TANK ÇAPI mer Şekil. Tank tabanın normalize edilmiş oturma eğrileri ( Orazio ve uncan, 9) mer
TANK UVARINA FARKLI OTURMA SINIRLARINI YORUMLAMAK İÇİN ÖNERİLEN YÖNTEMLER Farklı oturmanın kabul edilebilir sınırları için kriter geliştirmek üzere bir çok çalışma yapılmıştır. Tank duvarının yamulmasına (distorsiyonuna) ve tabanının eğilmesine neden olan oturmaların yorumlanması için genel dönme düzlemini referans almak gerekmektedir. Burada esas problem tank duvarının oturmasının düzlemsel olmayan bileşeninin belirlenebilmesi için genel dönme düzleminin belirlenmesindeki zorluktur. İzin verilen oturmanın yorumlanması konusunda yapılan önceki çalışmalarda bu problemin çözümü için üç farklı yöntem önerilmiştir ( Orazio ve diğerleri, 99).. Bellonni ve diğerleri (9), Langeveld (9) izin verilen oturma kriteri için oturmanın düzlemsel ve düzlemsel olmayan bileşenleri arasında bir ayrım yapmamışlardır. Bu yöntemlerin avantajı basit olmasıdır. ezavantajı ise tank duvarlarının yanal deformasyonlarını dikkate almadığı için yüzer tavanlı tankların davranışı hakkında sadece yüzeysel bir fikir vermesidir.. e Beer (99), Greenwood (9) ve Lambe (99) dönme düzleminin belirlenmesi için mühendislik muhakemesi yapılmasını önermişlerdir. Bu yöntemin avantajı basitliğidir ancak aynı verileri kullanan farklı kişilerce farklı dönme düzlemleri elde edilebilmesi önerilen yöntemin zafiyetidir.. Malik ve diğerleri (9); Marr ve diğerleri (9) dönme düzleminin pozisyonun belirlenmesi için Fourier analizinin kullanılmasını önermişlerdir. Tank çevresinde eşit aralıklarla belirlenecek gözlem noktalarında ölçülen oturmalar sinüs veya kosinus eğrileriyle karşılaştırılarak tank duvarının dönmeye (tilt) maruz kalıp kalmadığının incelenmesi mümkün olabilir. eğrinin üst üste çakıştığı veya birbirine çok yakın olduğu durumda tankın düzlemsel olarak döndüğü anlaşılmaktadır. Bu yöntemin avantajı tekrarlanabilir olmasıdır. paterni ve duvar deplasmanlarının anlaşılabilmesi için açık bir yöntem olmaması yöntemin dezavantajıdır.. uncan ve diğerleri (99) tank duvarındaki oturmaların şeklini ve oturma nedeniyle meydana gelen yanal duvar deplasmanlarının belirlenmesi için anlaşılabilir, uygulanması daha kolay olan bir kriter önermişlerdir. Tablo de oturma şekilleri oturmanın tank üzerine etkileri ve izin verilebilir oturma kriterleri özetlenmektedir. PROJENİN TANIMI Ocak de temel iyileştirme çalışmalarına başlanan akaryakıt terminali kapsamında. ton kapasiteli adet akaryakıt tankı, pompa istasyonu, boyler binası, idari bina ve demiryolu yükleme platformu bulunmaktadır. Ocak de üst yapı inşaatı tamamlanan proje iki bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm kapsamında adet. m, adet. m ve adet. m çaplarında, ikinci bölüm kapsamında adet m, adet m, çaplarında olmak üzere toplam adet çelik akaryakıt tankı bulunmaktadır (üzceer, ). Bu makale kapsamında tankın oturmaları incelenmiştir. ZEMİN KOŞULLARI eniz kıyısında eski nehir deltasında yer alan akaryakıt depolama tanklarının bulunduğu bölgede, güncel alüvyal çökellerin derinliği metreyi aşmaktadır. Proje sahasında zemin profilini ve zemin tabakalarının mühendislik özelliklerini belirlemek üzere tankların altında maksimum derinlikleri m olan toplam adet sondaj yapılmıştır. Sondajlarda. m ara ile standart penetrasyon deneyleri (SPT) gerçekleştirilmiştir. Sondajlardan alınan örselenmiş ve örselenmemiş numuneler üzerinde zemin tabakalarının mühendislik özelliklerini belirlemek üzere laboratuvar deneyleri yapılmıştır. Akaryakıt depolama tesisleri sahasında genel olarak.. m kalınlığındaki dolgu tabakasını takiben.. m derinliğe kadar devam eden gevşek orta sıkı siltli ince kum istifi ile karşılaşılmıştır. SPT N darbe sayıları - arasında değişmektedir. Bu tabakanın altında. m derinliğe kadar gevşek orta sıkı denizel kavkılar içeren kil bantlı ince kum bulunmaktadır. Bu tabakanın SPT N değerleri -9 arasında değişmektedir. En altta grimsi yeşil, orta katı - katı siltli kil tabakası yer almaktadır. Bu tabakanın SPT N değerleri ise - arasında değişmektedir. Yeraltı su seviyesi. m derinlikte yer almaktadır (Güler, ). Zemin profili Şekil de verilmektedir. Zemin tabakalarının mühendislik özellikleri Tablo de özetlenmektedir. +....... -. -. -. -. -. -. N N OLGU N N SİLTLİ N İNCE KUM 9 9 İNCE KUM 9 KUM 9 9 YASS 9 9 Şekil. Zemin profili KİL SİLTLİ KİL- KİLLİ SİLT 9
Tablo. Zemin tabakalarının mühendislik özellikleri Zemin Cinsi Gevşek orta sıkı siltli kum Kil bantlı ince kum Zemin Sınıfı (USC) SP- SM SP- SM Birim Hacim Ağırlık γ n (kn/m ) Tabii Su İçeriği W (%) Likidite İndisi I L (%) Elastisite Modülü (MPa). -. 9 - Siltli kil CL. TEMEL TASARIMI Tankların çapları. m ile m arasında değişmektedir. Tankların yüksekliği m dir. Hidrostatik test sırasında tanklardan zemine aktarılan gerilme kpa dır. Tanklar iyileştirilmiş zemin üzerine inşa edilen betonarme halka temeller üzerine oturtulmuştur. Akaryakıt terminalinin yer aldığı bölge için deprem tasarım ivmesi a max =. g olarak verilmiştir. Yapılan analizler sonucunda, zeminin emniyetli taşıma kapasitesi kpa olarak hesaplanmış, zeminin m derinliğe kadar sıvılaşabileceği belirlenmiştir. Tank merkezlerinde cm ye varan oturmalar hesaplanmıştır. Sonlu elemanlar ve elastik yöntem ile tanklarının oturma analizleri yapılmıştır. Sıkışabilir alüvyal çökellerin m derinliklere kadar devam etmesi tank altında yapılan zemin iyileştirme tasarımını oturma açısından önemli kılmaktadır. nın kontrollu olması ve farklı oturmayı sınırlamak üzere tasarım yapılmıştır. Geniş boyutlu temellerinin elastik oturma analizlerinde oturmanın etkili olduğu sıkışabilir tabaka kalınlığı tank çapına eşit olarak alınmıştır. Tank merkezleri ve çevresi için sonlu elemanlar ve elastik yöntemle hesaplanan oturmalar Tablo de özetlenmektedir. Tablo. İyileştirme Öncesi Hesaplanan lar Tank Çap Tank Merkezinde lar (mm) Tank Çevresinde lar (mm) No. (m) Sonlu Elemanlar Elastik Yöntem Sonlu Elemanlar Elastik Yöntem.... 9 9. 9 İnceleme konusu taş kolonların tasarımı, sonuçları karşılaştırabilmek için sonlu elemanlar (Plaxis.) ve Priebe (99) yöntemleri ile yapılmıştır. Taş kolon imalatından önceki oturmalar daha sonra Priebe tarafından önerilen azaltma katsayıları kullanılarak zemin iyileştirmesinden sonraki oturmalar hesaplanmıştır. Analizler neticesinde tank temellerinin çaplarına göre m ile m arasında değişen derinliklerde taş kolonlarla iyileştirilmesine karar verilmiştir. İyileştirme sonrası zeminin izafi sıkılığının % olması hedeflenmiştir. 9 TASARIM OĞRULAMA TESTLERİ İyileştirme sonrasında zeminin sıkışmasını kontrol etmek amacıyla taş kolon imalatları tamamlandıktan sonra her tank altında adet SPT yapılmıştır. Zemin iyileştirmesinden önce yapılan SPT lerde ortalama SPT N değerlerinin -, taş kolonu imalatından sonra SPT N değerlerinin ise - arasında değiştiği kaydedilmiştir. Her tank altında en az adet plaka yükleme deneyi yapılmıştır. Taş kolonu imalatları tamamlandıktan sonra iyileştirilen zeminin ve taş kolonun elastisite modüllerini belirlemek amacıyla plaka yükleme deneyleri yapılmıştır. Taş kolonların elastisite modülü - MN/m, iyileştirilmiş zeminin elastisite modülü ise - MN/m aralığında elde edilmiştir. Tablo de taş kolonlar imal edildikten sonra hesaplanan oturmalar özetlenmiştir. Tablo. İyileştirme Sonrası Hesaplanan lar Tank Tank Merkezindeki lar (mm) Tank Çevresindeki lar (mm) No. Sonlu Elemanlar Elastik Yöntem Sonlu Elemanlar Elastik Yöntem 9 9 9 9 9 9 HİROSTATİK TESTLER VE OTURMA ÖLÇÜMLERİ Hidrostatik testler sırasında her tankın oturma ölçümleri yapılmıştır. ölçümleri tank temeli çevresinde aksta teşkil edilen noktada yapılmıştır. -- ve nolu tankların yükleme hızları %-% kademeleri arasında mm/saat, %- % kademeleri arasında mm/saat, %-% kademeleri arasında mm/saat olarak gerçekleştirilmiştir. Her yükleme kademesinde minumum saat ve oturma hızları mm/gün den az olacak şekilde beklenmiştir. nolu tank için ise kapasitesinin % ine kadar mm/saat (. m/gün), %- % üne kadar mm/saat (. m/gün) yükleme hızı ile doldurulması ve % lik yükleme kademelerinde saat süreyle sabit yük altında beklenerek oturma ölçümlerinin yapılması planlanmıştır.
Başlangıçta nolu tank için belirtilen yükleme hızları API da önerilen yükleme hızlarının üzerindeydi. nolu tank için % doluluk oranına ulaşıldığında ölçülen oturmaların beklenen oturmalardan fazla olması nedeniyle yükleme hızları mm/gün e düşürülmüş ve oturmaların stabil hale gelmesi için yük altında bekleme süreleri arttırılmıstır. Hidrostatik testler sırasında tankların oturma eğrileri Şekil de verilmiştir. Hidrostatik testler sonrasında oturmaların geri dönüşü toplam oturmanın % u ile % i arasında olmuştur. Tankların oturma ölçümleri tank temeli çevresinde aksta teşkil edilen noktada yapılmıştır (Şekil ). Kısıtlı inşaat süresi ve bütçesi nedeniyle tankların altında yatay inklinometre veya hidrolik profil ölçer yerleştirilememiştir. nolu tankın tabanındaki oturmalar yüzer tavanı taşıyan çelik kolonların hassas topoğrafik ölçümü suretiyle elde edilmiştir. Tankların gerilme-zaman, oturma-zaman eğrileri Şekil de verilmiştir. Hidrostatik testler sırasında tank çevresinden alınan oturma ölçümleri kullanılarak tanklardaki dönme, farklı oturma, tank duvarlarının radyal yerdeğiştirmeleri değerlendirilmiştir. nolu tank için ise hidrostatik deney sonrasında tank tabanındaki oturma ölçümleri esas alınarak ilave değerlendirmeler yapılmıştır. Terminalin işletme aşamasında tankların oturma ölçümleri üçer aylık periyodlarla yapılmıştır. Sonuncusu Haziran tarihinde yapılan yıllık oturma ölçümlerine göre hidrostatik testlerden Haziran ye kadar geçen süre içerisinde oturmalarda önemli bir artış kaydedilmediği görülmektedir (Şekil ). Şekil 9 da hidrostatik testin tamamlanmasından sonra nolu tank tabanındaki oturma ölçümlerine göre oluşturulan oturma konturları verilmektedir. Kuzey-Güney yönündeki oturma profilini incelemek üzere alınan kesit Şekil da verilmiştir. konturlarının incelenmesinden görüleceği gibi tankın oturması batı bölümünde maksimum. cm ye ulaşmıştır. nolu tankın kn/m gerilme altında temel çevresinde ölçülen oturmaları. cm-. cm arasında değişmektedir. Gerilme (kn/m ) - - 9 9 Zaman (gün) Zaman (ay) (cm) Şekil 9. Tank için oturma konturları Tank Tank Tank Tank Tank Şekil. Hidrostatik testler ve işletme aşamalarında tankların çevresinde ölçülen ortalama oturmalar OTURMALARIN YORUMLANMASI (cm) Profili K-G - - Tank Merkezinden Mesafe (m) Şekil. Tank için oturma profili nolu tank tabanındaki oturmaların yorumlanması amacıyla Şekil de verilen normalize oturma eğrisi oluşturularak uncan ve Orazio (9) tarafından önerilen oturma profili tipleriyle karşılaştırılmıştır. Tank geometrisi dikkate alındığında en yüksek oturmanın merkez etrafında toplandığı ve tank kenarlarındaki oturmanın merkezdeki oturmanın % ile % si mertebesinde olduğu, uncan ve Orazio tarafından önerilen B tipi eğriyle uyumlu olduğu belirlenmiştir. B tipi eğri için tank merkezi ile tank kenarındaki farklı oturmanın tank çapına oranı ρ/=. e eşit veya küçük olması önerilmektedir. nolu tank için bu değer (.-.9/)=.9 olup izin verilen değerin ¼ ü civarındadır. K G Tank 9
Söz konusu değer Tablo de Greenwood tarafından önerilen muhafazakar bir kriter olan / den de küçüktür. Tankların tümü için tank temeli çevresindeki farklı oturmalar ile nolu tank kenarı ile tank merkezi arasındaki farklı oturmaların literatürde verilen limitlerin altında kaldığı belirlenmiştir Hidrostatik testler sırasında kn/m gerilme altında tankların çevresinde ölçülen ortalama oturmalar Şekil de verilmektedir. ρ/ρmerkez.... r/r...... Şekil. Tank için normalize oturma profili Tank Şekil de tanklar için oluşturulan rölatif oturmaen uygun kosinüs eğrileri ve tank duvarlarındaki farklı oturma nedeniyle meydana gelen radyal yer değiştirme eğrileri verilmektedir. Tank tabanı çevresindeki ölçümlere göre oluşturulan kosinüs eğrisiyle rölatif oturma eğrilerinin bütün tanklar için çok iyi çakıştığı görülmektedir. İncelenen tanklar için oluşturulan iki eğri arasındaki düşey mesafe duvarın düşeyden sapmasını göstermektedir. Bunun maksimum değeri no lu tankın no lu gözlem noktasında. mm dir. Bu değer yüzer tavanlı tanklar için verilen limitlerin çok altında kalmaktadır. Şekil de tank duvarlarının farklı oturması nedeniyle tank duvarlarının radyal yer değiştirme (ovalleşmesi) eğrileri verilmektedir. Tank duvarlarının ovalleşmesi nedeniyle yüzer tavanların çalışmasının etkilenmesini kontrol amacıyla Malik ve diğerleri (9) tarafından önerilen R tol H = l () Yukarıdaki eşitlikte: R tol =Tank duvarının en üstte radyal yer değiştirmesi = S i. (S i + l + S i l ) H= Tank yüksekliği, =tank çapı, l = π n=ölçüm noktası sayısı n nolu eşitlikle tank duvarlarının radyal yer değiştirmeleri hesaplanmıştır. İncelenen tanklar içerisindeki maksimum radyal yer değiştirme Tank de no lu gözlem noktası için. cm olarak belirlenmiştir. iğer tanklar için benzer şekilde hesaplanan ovalleşme değerlerinin yüzer tavanlı tanklar için önerilen limitlerin çok altında kaldığı Şekil de görülmektedir. Tank duvarlarının farklı oturması neticesinde düzlemsel olmayan oturmalar tank duvarında aşırı gerilmelerin oluşmasına ve tank duvarlarının buruşmasına ve yırtılmasına neden olur. Yüzer tavanlı çelik tanklar için araştırmacılar tarafından açısal dönmenin ( ρ/l ) l/- l/ değerinden küçük olması önerilmektedir (Tablo ). İncelenen tanklar arasında maksimum oturmanın meydana geldiği nolu tankta açısal dönme hesaplanmıştır., ve nolu noktalar arasındaki farklı oturma ρ=. mm l =. m olduğundan açısal dönme ( ρ/l )=/ olarak hesaplanmıştır. Hesaplanan açısal dönmenin yüzer tavanlı tanklarda hasar meydana gelmemesi için önerilen limitlerin çok altında olduğu görülmektedir. Tank çevresinde ölçülen oturmalarla Tablo de özetlenen iyileştirme sonrası hesaplanan oturmalar Tablo de karşılaştırılmıştır. Tank ve Tank için elastik yöntemle hesaplanan oturmalar ölçülen oturmalardan % - % daha fazla iken, sonlu elemanlar yöntemiyle hesaplanan oturmalar ölçülen oturmalara daha yakın olarak elde edilmiştir. ve nolu tanklar için elastik yöntemle hesaplanan oturmalar sonlu elemanlar yöntemiyle hesaplanan oturmalara göre ölçülen değerlere daha yakındır. nolu tank için her iki yöntemle hesaplanan oturmalar ölçülen oturmalardan % - eksik hesaplamıştır. Hesaplanan oturmalardaki farklılıkların zeminlerin tabakalanmasındaki bölgesel çoğu zaman sondajlarla tespit edilemeyen zemin şartlarından kaynakladığı tahmin edilmektedir. nolu tank için yükleme hızının standartlarda belirtilen limitlerin üzerinde olması ve hesaplarda öngörülenin üzerinde dolgu yapılarak temel zeminine ilave yük aktarılması ölçülen oturmaların beklenen oturmaların üzerinde olmasına neden olduğu tahmin edilmektedir. Tablo. Hesaplanan/Ölçülen oturmalar HESAPLANAN/ÖLÇÜLEN OTURMALAR Tank No. Sonlu Elemanlar Elastik Yöntem..9.9.9......
(cm) Tank Tank Tank Tank Tank Şekil. Tankların çevresinde ölçülen ortalama oturmalar SONUÇLAR Çelik akaryakıt depolama tanklarının oturmasıyla ilgili kriterler sunulmuştur. İnşaatı tamamlanan akaryakıt tanklarının hidrostatik test ve işletme aşamalarındaki oturmaları değerlendirilmiş ve sonuçlar tartışılmıştır. İnceleme konusu vakadan aşağıdaki sonuçlar elde edilebilir. ) İnceleme konusu uygulamada arazi ve laboratuvar araştırmaları değerlendirilerek elde edilen zemin verileriyle geoteknik kurallara uygun olarak yapılan temel tasarımı inşaat sırasında gerekli kalite kontrol deneyleri de yapılarak geniş çaplı çelik akaryakıt depolama tankları için ekonomik bir temel uygulaması gerçekleştirilmiştir. ) Tankların zemin iyileştirme tasarımı ve iyileştirme sonrası ölçülen oturmaları sunulmuştur. İncelenen vakada tank çevresi için sonlu elemanlar ve elastik yöntemler ile hesaplanan oturmalar ile hidrostatik deneyler sırasında ölçülen oturmalar karşılaştırıldığında hesap yöntemlerin biribirlerine üstünlükleri görülmemiştir. ) Hesaplanan radyal yer değiştirmelerin literatürde izin verilen sınır değerlerin altında kaldığı belirlenmiştir. Ovalleşme nedeniyle tankların yüzer tavanlarının fonksiyonlarını yerine getirmelerinde bir sorun kaydedilmediği gözlemlenmiştir. ) Hesaplanan rölatif oturma ve kosinus eğrilerilerinin bütün tanklar için çok iyi çakıştığı belirlenmiştir.. İncelenen tankların tamamında düşeyden sapmanın yüzer tavanlı tanklar için verilen limitlerin çok altında kaldığı görülmüştür. ) no.lu tank için oturma kriteri ρ/=.9 (/) olarak hesaplanmış olup B tipi oturma profili için uncan ve Orazio tarafında önerilen / değerinin oldukça altında kaldığı görülmektedir. - - - - - Tank Tank Tank - Tank - ve Radyal Yer eğiştirme (cm) - - Tank Tank uvarının Rölatif sı üzlemsel önme İçin En Uygun Kosinüs Eğrisi Tank uvarının Radyal Yer eğiştirmesi Şekil. Tank duvarının rölatif oturması-en uygun kosinüs eğrisi-duvarın radyal yer değiştirmesi eğrileri
) Üç yıl süreyle yapılan oturma ölçümlerinin değerlendirilmesi neticesinde tank temellerindeki oturma artış hızının ihmal edilebilir mertebelere ulaştığı anlaşılmaktadır. Yerindeki gözlemlerde yüzer tavanlı tankların işletme aşamasında servis vermesini engelleyebilecek herhangi bir ovalleşme, dönme, sızıntı, çatlak veya hasar gözlenmemiştir. ) İnceleme konusu tankların farklı oturma ve açısal dönmelerinin izin verilen değerlerin altında olduğu belirlenmiştir. ) Çelik tankların oturması oldukça karmaşık bir konu olup halen kabul edilebilir deformasyon sınırları konusunda genel bir görüş birliği olduğunu belirtmek güçtür. Birçok farklı oturma paterni olduğu gibi bunların mekanizması ve tank üzerine etkileri de birbirinden farklıdır. 9) Hidrostatik testler tank inşaatının en kritik aşamasıdır. Test sırasında tankta oluşabilecek sızmaların yanı sıra temel zeminindeki zayıflıklar da ortaya çıkmaktadır. Test sırasında zeminin kayma mukavemeti temele etkiyen gerilmeyi karşılamakta yetersiz ise, yükleme sırasında zeminin konsolide olup kayma mukavemetinin artması için yükleme hızının düşük olması önerilir. ) Hidrostatik testler sırasında birbirine yakın tankların aynı anda yüklenmeye başlanması, yükleme hızının standartlarda belirtilen limitlerin üzerinde olması ve hesaplarda öngörülenin üzerinde dolgu yapılarak zemine ilave yük aktarılması nolu tankta ölçülen oturmalarının beklenen oturmalarının üzerinde olmasına neden olmuştur. ) Literatürde cm ye ulaşan taban oturması ve 9 cm ye ulaşan duvar oturması meydana gelmesine rağmen sorunsuz olarak servis vermeye devam eden birçok vaka kaydedilmiştir (Carlson ve diğerleri, 9). İnceleme konusu vakada geniş çaplı çelik tank temellerinin. cm ye ulaşan oturmayı üstyapıda işletme sorunu olmadan tolere edebildiği görülmektedir. Geniş çaplı çelik tankların m den fazla oturabilecek zeminler üzerinde bile başarıyla inşa edilip işletilmesi farklı oturmanın doğru olarak hesap edilmesi ve hesaplanan oturmanın inşaat aşamasında kritik değerleri aşmadığının doğrulanması kaydıyla mümkün olmaktadır. ) Ölçme sonuçları farklı oturmaların tahmininin önemini ortaya koymakla beraber inşaat sırasındaki farklı imalat koşulları ve zeminde belirlenemeyen bölgesel farklılıklar bu tespitin yapılmasının zor olduğunu göstermektedir. REFERANSLAR API, 9. Welded Steel Tanks for Oil Storage., American Petroleum Institute Washington C. API,. Tank Inspection, Repair, Alteration, and Reconstruction, American Petroleum Institute., Washington.C Carlson Emery. and Fricano Stephen P., 9. Tank foundation in eastern Venezuela. ASCE Journal of Geotechnical Engineering. Vol., No.SM Orazio Timothy B., uncan James M., and Bell Roy A. 99, istortion of steel tanks due to settlement of their walls. ASCE Journal of Geotechnical Engineering. Vol., No., Orazio Timothy B. and uncan James M. 9. ifferential settlement in steel tanks. ASCE Journal of Geotechnical Engineering. Vol., No.9, üzceer R.. Ground improvement of oil storage tanks using stone columns. Soil and Rock America. th Panamerican Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 9th US Rock Mechanics Symposium. Massachusetts Institute of Technology, Cambridge., USA. Greenwood,.A. 9. ifferential settlement tolerances of cylindrical steel tanks for bulk liquid storage. Conference organized by British Geotechnical Society, Cambridge. Pentech Pres., London. Güler E.. Poti Limanı Arazisi Geoteknik Etüd Raporu Kumbasar V, 9. Silindirik tankların temel hesapları, İTÜ Kütüphanesi Sayı Marr Allen W., Ramos Jose A. and William T.Lambe. 9 Criteria for settlement of Tanks. ASCE Journal of Geotechnical Engineering. Vol., No.GT, Myers Philip E. 99. Above Ground Storage Tanks. Mc Graw Hill..Priebe, H.J., (99) The design of vibro replacement. Ground Engineering, ecember 99.