Pipeline Performances Under Dynamic Conditions; a Numerical Study for Van Province Underground Network

Abstract

Van ili depremlerin sıklıkla gözlendiği şehirlerimizden biridir. Çalışma sonucunda Van Bölgesi için olası bir Mw>7 büyüklüğündeki bir depremde kanalizasyon sisteminde meydana gelebilecek hasarların konumsal ve yapısal hasarların modellenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada çıkan sonuçlar ile, Türkiye geneli için kanalizasyon sistemleri deprem afet raporu, diğer bölgeler için de örnek oluşturması planlanmıştır. Bu kapsamda, 6m uzunlukta seçilen beton, duktil ve koruge borular modellenerek 6m x 8m x 8m boyutlarında, seçilen bölgenin materyal özelliklerini taşıyan, ayrıca modellenmiş toprak hacminin içine -2m -4m ve -6m de olacak şekilde yerleştirilmişlerdir. Sonrasında borular üzerine etkiyen toprak yükleri ve 2011 yılında Van'da meydana gelen depremin verileri kullanılarak oluşturulan dinamik kuvvetler uygulanmıştır. Çıkan analiz sonuçlarına göre boruların gömülme derinlikleri artıkça deprem sırasında üzerlerinde oluşan hasar miktarlarının da artığı belirlenmiştir. Bunun temel nedeni, derinliğin artması ile birlikte boru üzerindeki kütle de artış göstermektedir. Artan kütle ile borular yer değiştirmeye daha fazla mukavemet gösterip üzerlerinde biriken enerji artmaktadır ve bu enerji; gerilme ardından da deformasyon olarak ortaya çıkmaktadır. Boru tipleri irdelendiğinde ise deprem kuvvetiyle başa çıkma konusunda en az rijitliğe sahip koruge boru, performans açısından daha başarılı olmuştur. Rijitlik düşük olması sebebiyle yüksek miktarda esneyerek, en yüksek yer değiştirmeler koruge boruda kaydedilmiştir. Yine en yüksek gerilme değerleri de bu boru tipinde hesaplanmıştır. Gerilme değerlerinin yüksek çıkmasına karşın malzeme dayanım limitlerine oranla diğer boru tiplerine kıyasla daha başarılı bir performans ortaya koymuştur. En yüksek rijitlikteki beton boru ise tam tersi bir davranış ortaya koymaktadır. Bu da bize birkez daha deprem kuvvetleri gibi yüksek dinamik kuvvetler ile başa çıkmada kullanılan malzemenin dayanım limitinin ve esneklik yeteneğinin çok önemli faktör olduğunu ortaya koymuştur. Oluşturulan duyarlılık ve hasar görebilirlik haritalarına bağlı olarak, Van Gölü'ne yakın kesimlerde yer alan İskele Mahallesi ve Edremit ilçe sınırlarının kuzey kesimlerinde yer alan kanalizasyon sistemleri yüksek risk altındadır. En önemlisi kentleşmenin en yoğun olduğu İpekyolu ilçesinin batı kesimleri, Tuşba ilçesinin güney kesimleri ile Edremit ilçesinin kuzeydoğu alanları ise yüksek risk altında olup, bu alanlar toplam kanalizasyon alt yapısının %39'unu oluşturmaktadır. Çalışmada uygulanan yöntem deprem esnasında gelişen deformasyonlara karşı güvenilir ve doğru bilgilerin elde edilmesine imkân tanımıştır. Bu bağlamda üretilen duyarlılık modeli ile hasar görebilirlik analizi, özellikle yüksek duyarlı alanlarda, alt yapı borularının depremden önce yapılacak olan uygulamaların çok daha düzenli ve planlı bir şekilde yürütülmesinde önemli rolleri olacaktır.Van is one of the cities that earthquakes has been observed frequently in Turkey The main purpose of this study is to model the spatial and structural damages of the damages that may occur in the sewerage system in a possible earthquake with a magnitude of Mw>7 for the Van Region. With the results of the study, it is planned that the sewerage systems earthquake disaster report for Turkey in general will set an example for other regions. In this context, 6m long selected concrete, ductile and corrugated pipes were modeled and placed in the modeled soil volume, bearing the material properties of the selected region, at -2m, -4m and -6m, with the dimensions of 6m x 8m x 8m. Afterwards, the soil loads acting on the pipes and the dynamic forces created by using the data of the earthquake that occurred in Van in 2011 were applied. According to the results of the analysis, as the burial depths of the pipes increase, the amount of damage on them during the earthquake also increases. With increasing mass, the pipes show greater resistance to displacement and the energy accumulated on them increases and this energy; converted as stress then emerges as deformation. When the pipe types are examined, the corrugated pipe with the least rigidity has been successful in coping with the earthquake forces. Due to its low rigidity, the highest displacements were recorded in the corrugated pipe, with a high amount of stretching. Again, the highest stress values were calculated in this pipe type. Despite the high stress values, it showed a more successful performance compared to other pipe types in terms of material strength limits to occurred stress ratio. The concrete pipe with the highest rigidity exhibits the opposite behavior to corrugated pipe. This shows us once again that the flexibility and stress limit of the material used in pipes is a very important factor in dealing with high dynamic forces such as earthquake forces. Depending on the sensitivity and vulnerability maps created, sewerage systems located near to the Lake Van in İskeleköy, and close to Edremit district northern border are in high risk. Most importantly, the western parts of İpekyolu district, the southern parts of Tusba district, and the northeastern areas of Edremit district, where urbanization is most intense, and which contains constitute 39% of the total sewerage infrastructure are at high risk. The method applied in the study allowed to obtain reliable and accurate information against the deformations developed during the earthquake. In this context, vulnerability analysis with the sensitivity model produced will play an important role in the implementation of infrastructure pipes in a much more organized and planned manner, especially in highly sensitive areas.