Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MÜNİRE DÜLGER
Danışman: Havvanur Kılıç
Özet:
Suya doygun kumlu ve siltli zeminlerde, deprem ve diğer dinamik yükler altında sıvılaşma olarak adlandırılan doğal olay meydana gelmektedir. Sıvılaşma zeminin maruz kaldığı yükler altında sıkışmaya çalışırken boşluklarındaki suyun drene olamaması dolayısı ile artan boşluk suyu basınçları neticesinde ortaya çıkmaktadır. Zeminin viskoz bir sıvı gibi davranmasından dolayı bu ad ile anılmaktadır. Sıvılaşma sonucunda zeminde akıcı kum durumu oluşmakta ve suyun kaldırma basıncı etkisinde kalan zemin tabakası kabarmaktadır. Böylesi bir durumdan yeraltı yapıları da etkilenmekte ve sıvılaşma dolayısı ile artan su kaldırma basınçları altında boru, tünel ve diğer gömülü yapılar yüzeye çıkmaya çalışmakta ve zarar görmektedir. Bu doktora tezinde gömülü boruların sıvılaşma durumundaki deformasyon ve boşluk suyu basıncı değişimleri ile su kaldırma basıncına karşı stabilite durumu incelenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda ilk olarak sonlu elamanlar yöntemi ile varsayımsal 2D parametrik analizler yapılarak elde edilen gerilme verileri ile stabilite analizleri yapılmış ve gömülü boruların sıvılaşma durumunda stabilitesine etki eden faktörler incelenmiştir. İkinci aşamada ise bu stabilite analizi yaklaşımı gerçek problemlere uygulanmıştır. Parametrik sayısal analizler Plaxis 2D ile PM4Sand bünye modeli dikkate alınarak gerçekleştirilmiştir. PM4Sand için kullanılan zemin malzeme özellikleri santrifüj deneyleri ile gerçekleştirilen Chian [26]’ dan alınarak bu deney sonuçları ile kalibre edilmiştir. Gerçek saha problemi 6 Şubat 2023 tarihinde meydana gelen Pazarcık ve Elbistan, Kahramanmaraş Depremler’inde İskenderun bölgesinde iki farklı lokasyonda ve farklı jeolojik kesitlere sahip zeminlerde gömülü borular için gerçekleştirilmiştir. Bu analizlerde, sığ ve derin kaya tabakalarının, boru çapının, gömülme derinliklerinin ve sınır koşullarının etkileri değerlendirilmiştir. İskenderun’da bulunan, sığ kaya tabakasına sahip 3116 no.lu istasyon ile kalın zemin tabakası içeren 3115 no.lu istasyondan elde edilen kayıtlar analizlerde dikkate alınmıştır. 3116 no.lu istasyonun kayıtlarıyla yapılan modelleme, sığ kaya tabakasının boru yer değiştirmesi üzerindeki etkisini göstermiş ve kaya tabakasının yüzeye daha yakın olduğu alanlarda daha az hasar meydana geldiği belirlenmiştir. Öte yandan, anakayanın derinde olduğu (istasyon no. 3115) ve kalın sıvılaşabilir bir zemin tabakasının bulunduğu alanlarda, borularda daha yüksek bir yükselme davranışı gözlemlenmiştir. Bu durum, borunun yukarı yönlü hareketinin anakaya derinliğinden önemli ölçüde etkilendiğini ortaya koymuştur. Ayrıca, anakayanın derinde olduğu bölgelerde sınır koşullarının genişletilmesi, çevredeki oturmaların boru yükselmesini engelleyici etkisini azaltmıştır. Boru çapının artması ise boru yükselme miktarını artırmıştır. Analiz sonuçları, arazi gözlemleriyle uyumlu bulunmuştur.
Sayısal analiz yöntemlerindeki ilerlemelere ve fiziksel model deneyimlerine rağmen, sıvılaşabilir zeminlerde gömülü boruların yükselmesini değerlendirme konusunda literatürde ve tasarım kılavuzlarında hâlâ eksiklikler bulunmaktadır. Literatürde birçok çalışmada, 2D psödo-statik analizler kullanılarak yapı üzerindeki kesit etkileri belirlenmiştir. Bu tez çalışmasında ise farklı olarak, deprem sırasında kum tabakasının drenajsız davranışı dikkate alınarak yapılan 2D dinamik ve psödo-statik sayısal analizlerden hesaplanan boşluksuyu basınçları ve gerilmeler yardımıyla stabilite analizleri gerçekleştirilmiştir.
Diğer yandan, boru zemin etkileşim davranışını incelemek amacıyla, altındaki sıvılaşmayan tabaka kalınlığı farklı olan iki zemin profilinde, üç farklı ivme, dört farklı boru çapı ve dört farklı gömülme oranı için hem 2D dinamik hem de 2D psödo-statik analizler yapılmış ve elde olunan stabilite güvenlik sayıları karşılaştırılmıştır. İki analiz yaklaşımıyla belirlenen güvenlik sayılarının birbirine yakın olduğu, ancak boru kesit etkilerinin farklılık gösterdiği tespit edilmiştir. Çalışmada, boru kaldırma miktarı ve güvenlik sayısı için ampirik ilişkiler önerilmiştir.
Geçmişteki önemli depremlerden elde edilen 11 ivme kaydı kullanılarak, farklı ivme ve frekans içeriklerinin boru davranışına etkisi değerlendirilmiştir. Ayrıca, 1999 Kocaeli Depremi sırasında SEKA fabrikası bölgesindeki boru davranışı, 2D dinamik ve 2D psödo-statik analizlerle modellenmiş ve sonuçlar, SEKA arşivindeki boru hasar verileriyle doğrulanmıştır. Önerilen 2D Psödo-statik yöntemin ve ampirik ilişkilerin sıvılaşabilir alanlardaki gömülü boruların mevcut durumlarının incelenmesi bakımından oldukça yararlı olacağı düşünülmektedir.