SU ALTI BORU HATLARI TASARIM ve STABİLİTE

1/76 SU ALTI BORU HATLARI TASARIM ve STABİLİTE Dr. Mustafa DOĞAN Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik Anabilim Dalı İnşaat Mühendisleri Odası İzmir Şubesi 22 Mayıs 2014

2/76 SUNUM İÇERİĞİ Giriş Ülkemiz ve Dünya dan su altı boru hattı örnekleri Su altı boru hatları uygulanabilirlik çalışmaları Su altı boru hatlarının uygulama yöntemleri Su altı boru hatlarının tasarımı Su altı boru hatlarının stabilitesi

3/76 GİRİŞ Su Altı Boru Hatları Nedir?

4/76 GİRİŞ İnşaat Mühendisliğindeki Yeri

5/76 GİRİŞ Giderek artan önemi

6/76 ÜLKEMİZ ve DÜNYA DAN ÖRNEKLER K.K.T.C. ne su iletimi sağlayacak sistem

9/76 ÜLKEMİZ ve DÜNYA DAN ÖRNEKLER Ülkemizden Bir Örnek: Kuşadası Deniz Deşarjı

12/76 ÜLKEMİZ ve DÜNYA DAN ÖRNEKLER Dünya dan Bir Örnek: Mavi Akım Boru Hattı

13/76 ÜLKEMİZ ve DÜNYA DAN ÖRNEKLER Dünya dan Bir Örnek: Mavi Akım Boru Hattı Rusya ile Türkiye arasındaki hattın uzunluğu yaklaşık 1200 km Bu hattın yaklaşık 380 km si Karadeniz de Karadeniz geçişinde 2230 m azami derinliğe döşenmiş durumda Bu özelliği ile dünyada en derinde bulunan boru hattı

14/76 UYGULANABİLİRLİK ÇALIŞMALARI Oşinografik Çalışmalar Dalga ve akıntı ikliminin belirlenmesi Deniz suyu seviye değişimlerinin belirlenmesi Deniz suyu fiziksel ve kimyasal özelliklerinin belirlenmesi Jeofizik ve Geoteknik Çalışmalar Jeofizik açıdan deniz tabanının taranması ve olası tehlikelerin tespiti Zemin ile ilgili karakteristik bilgilerin elde edilmesi

15/76 UYGULANABİLİRLİK ÇALIŞMALARI Oşinografik Çalışmalar Akıntı Ölçümü

16/76 UYGULANABİLİRLİK ÇALIŞMALARI Oşinografik Çalışmalar Akıntı Ölçümü

17/76 UYGULANABİLİRLİK ÇALIŞMALARI Oşinografik Çalışmalar Dalga Ölçümü

18/76 UYGULANABİLİRLİK ÇALIŞMALARI Oşinografik Çalışmalar Dalga Ölçümü

19/76 UYGULANABİLİRLİK ÇALIŞMALARI Oşinografik Çalışmalar Su Seviyesi Ölçümleri

20/76 SU ALTI BORU HATLARININ UYGULANABİLİRLİK ÇALIŞMALARI Oşinografik Çalışmalar - Deniz suyu fiziksel ve kimyasal özelliklerinin belirlenmesi

21/76 UYGULANABİLİRLİK ÇALIŞMALARI Jeofizik Çalışmalar

22/76 UYGULANABİLİRLİK ÇALIŞMALARI Jeofizik Çalışmalar

23/76 UYGULANABİLİRLİK ÇALIŞMALARI Geoteknik Çalışmalar

24/76 UYGULANABİLİRLİK ÇALIŞMALARI Geoteknik Çalışmalar

25/76 UYGULAMA YÖNTEMLERİ Günümüzde su altı boru hatlarının döşenmesi ile ilgili temel dört yöntem mevcuttur; S boru döşeme yöntemi (S-Lay Method) J boru döşeme yöntemi (J-Lay Method) Boru çekme yöntemi (Towing Method) Makara ile döşeme yöntemi (Reel-Lay Method)

26/76 UYGULAMA YÖNTEMLERİ S boru döşeme yöntemi

27/76 UYGULAMA YÖNTEMLERİ S boru döşeme yöntemi

28/76 UYGULAMA YÖNTEMLERİ S boru döşeme yöntemi Genellikle sığ sularda kullanılan bir yöntem 100 m yi aşmayan derinliklerde tercih edilmekte Derinlik arttıkça gerekli stinger uzunluğu artmakta, böylece maliyetler yükselmekte Gemi üzerinde bir çok noktada kaynak yapılabilmekte

29/76 UYGULAMA YÖNTEMLERİ J boru döşeme yöntemi

30/76 UYGULAMA YÖNTEMLERİ J boru döşeme yöntemi

31/76 UYGULAMA YÖNTEMLERİ J boru döşeme yöntemi Derin sularda tercih edilen bir yöntem Boru denize dik bir açıyla girmekte Kaynak işlemi yalnızca kule üzerinde tek noktada yapılabilmekte S boru döşeme yöntemine göre daha maliyetli

32/76 UYGULAMA YÖNTEMLERİ Boru çekme yöntemi Bu yöntem de genellikle kendi içerisinde dört gruba ayrılmaktadır; Yüzeyden çekme Tabandan çekme Tabana yakın çekme Orta derinlikten çekme

33/76 UYGULAMA YÖNTEMLERİ Boru çekme yöntemi

36/76 UYGULAMA YÖNTEMLERİ Boru çekme yöntemi Derin olmayan sularda uygulanabilecek bir yöntem Boru çapının 14 den büyük olduğu durumlarda S boru döşeme yöntemi tercih edilmeli Maliyet diğer yöntemlere oranla oldukça düşük Uygulanacak boru çekme yöntemine göre sınırlayıcı unsurlar yer almakta

37/76 UYGULAMA YÖNTEMLERİ Makara ile döşeme yöntemi

38/76 UYGULAMA YÖNTEMLERİ Makara ile döşeme yöntemi

39/76 UYGULAMA YÖNTEMLERİ Makara ile döşeme yöntemi 14 ve daha küçük çaplı borular için uygun olmakta Döşenecek boru makaraya sarılmakta ve gemi üzerinde zorunlu durumlar haricinde hiçbir kaynak işi gerektirmediğinden tercih edilmekte

40/76 TASARIMI Su altı boru hatları tasarımına esas etkiler; Kararlı akıntı durumu Dalga etkisi

41/76 SU ALTI BORU HATLARININ TASARIMI Kararlı akıntı

42/76 TASARIMI Kararlı akıntı Re = Re D = U D ν St = f v U D

43/76 TASARIMI Kararlı akıntı

44/76 TASARIMI Kararlı akıntı F D = C D 1 ρ DU 2 2 F L = C L 1 ρ DU 2 2

47/76 TASARIMI Dalga

48/76 TASARIMI Dalga U KC = m D T w

49/76 TASARIMI Dalga

50/76 TASARIMI Dalga F 1 2 = ρcd DU U + ρcm AU (akım doğrultusundaki kuvvet) 1 FL = ρc 2 L DU 2 m

51/76 TASARIMI

52/76 STABİLİTESİ Su altı boru hatları stabilitesine etki eden faktörler Yüzmeye karşı kontrol Kaymaya karşı kontrol Boru hattı boyunca oluşan zemin hareketleri

53/76 STABİLİTESİ Yüzmeye karşı kontrol: Borunun ve içerisindeki akışkanın ağırlığı, boruya etkiyen kaldırma kuvvetinin yanı sıra kararlı akıntı yada dalga durumunda düşey yönde etkiyen hidrodinamik kaldırma kuvvetinden de büyük olmalıdır.

54/76 STABİLİTESİ Yüzmeye karşı kontrol: Bu koşulun sağlanmadığı durumlarda beton tespit blokları

55/76 STABİLİTESİ Kaymaya karşı kontrol: Kararlı akıntı veya dalga durumunda oluşan hidrodinamik sürükleme kuvvetine karşı boru hattı stabilitesinin sağlanması gerekmektedir

56/76 STABİLİTESİ Su altı borusu etrafında oluşan yerel zemin hareketleri

64/76 STABİLİTESİ Kararlı akıntı durumunda göreceli oyulma derinliği denklemleri S D = 0.6 0.01 Fredsoe ve diğ. (1992) Hareketli Taban S = 0.2 2 U 0.972 D 2g 0.8 Kjeldsen ve diğ. (1973) Hareketli Taban S 0.26 2 U 0.78 = 0.929 2 D d g 0.04 Bijker ve Leeuweistein (1984) H.T. U: akıntı hızı, d: dalgalanmamış su derinliği

65/76 STABİLİTESİ Dalga durumunda göreceli oyulma derinliği denklemleri S D = 0.1 KC Sümer ve Fredsoe (1990) Hareketli Taban S = D 0.11KC 0.45 Çevik ve Yüksel (1999) Hareketli Taban S = D 0.001KC 2 Doğan (2013) Temiz Su S = D 2.3 0.0012 KC θ 1 3 Doğan (2013) Hareketli Taban KC: Keulegan-Carpenter sayısı, θ: Shields parametresi

66/76 STABİLİTESİ

67/76 STABİLİTESİ Zaman ölçeği parametresi T* = 0.02θ 5 3 Fredsoe ve diğ. (1992) Hareketli Taban 6 2.4 2.4 T* = 4.3610 θ KC Doğan (2013) Temiz Su 5 1.5 T* = 4.6310 θ KC 2.5 Doğan (2013) Hareketli Taban KC: Keulegan- Carpenter sayısı θ: Shields parametresi

68/76 STABİLİTESİ Oyulma çukuru uzunluğu Orgill ve diğ. (1992)

69/76 STABİLİTESİ Oyulmaya karşı koruyucu önlemler Tamamen gömme

70/76 STABİLİTESİ Oyulmaya karşı koruyucu önlemler İri malzeme ile kaplama

71/76 SU ALTI BORU HATLARININ STABİLİTESİ Oyulmaya karşı koruyucu önlemler İri malzeme ile kaplama

72/76 STABİLİTESİ Oyulmaya karşı koruyucu önlemler beton hasır serme

73/76 STABİLİTESİ Oyulmaya karşı koruyucu önlemler beton hasır serme

74/76 STABİLİTESİ

75/76 YARARLANILAN KAYNAKLAR Arısoy, Y. (2005). Kıyı yapıları ve limanlar ders notları. Basılmamış. İzmir. Doğan, M., Arısoy, Y. ve Akyarlı A.O. (2007). Kıyı mühendisliğinde sayısal uygulamalar. İzmir, D.E.Ü. Mühendislik Fakültesi Yayınları. Doğan, M. (2013). Dalga etkisindeki su altı borusu altında zamana bağlı olarak oluşan oyulmaların araştırılması. Doktora Tezi, İzmir, D.E.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü. Doğan, Ö. (2005). Denizaltı boru hatları inşası öncesi fizibilite çalışmaları. Yüksek Lisans Tezi, İzmir, D.E.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü. Sümer, B. M. ve Fredsoe, J. (2002). The mechanics of scour in the marine environment. Singapore, World Scientific Publishing.

76/76 TEŞEKKÜRLER http://kisi.deu.edu.tr/mustafa.dogan/ mustafa.dogan@deu.edu.tr Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik Laboratuvarı Tınaztepe Yerleşkesi Buca/İZMİR