gömülü boru hatlarının statik ve dinamik yükler altındaki davranışı

13 Pages·2008·0.33 MB·Turkish

GÖMÜLÜ BORU HATLARININ STATİK VE DİNAMİK YÜKLER
ALTINDAKİ DAVRANIŞI

Ahmet SAĞLAMER ve Müge BALKAYA

İTÜ İnşaat Fakültesi, Geoteknik Anabilim Dalı, 34469 Maslak, İstanbul.

ÖZET

Bu makalede, gömülü boruların statik ve dinamik yükler altındaki davranışları hakkında
bilgi verilmekte, boru döşenmesi sırasında dikkate alınması gereken konulardan ve
kullanılan yataklama yöntemlerinden bahsedilmektedir.

Anahtar Kelimeler: Gömülü borular, deprem hasarları, yataklama yöntemleri, statik-
dinamik davranış

ABSTRACT

In this paper, a brief literature review about static and dynamic behaviors of buried pipes is
presented and important points about pipe laying procedures and bedding types are
introduced.

Keywords: Buried pipes, earthquake hazards, bedding types, static-dynamic behavior.

1. GİRİŞ

Temiz su, atıksu, petrol, doğalgaz ve benzeri sıvı ve gazların taşınması gibi birçok amaçla
kullanılan gömülü boru hatları, kent yaşamının sürdürülebilmesi için vazgeçilmez
mühendislik yapılarıdır. Borunun hatalı bir şekilde yerleştirilmesi ve yataklanması, yanlış
boru ve ekipman seçimi, deprem ve benzeri doğal afetler sebebiyle oluşabilecek hasarlar
günlük yaşantıyı olumsuz etkileyebilir. Bu nedenle, gömülü boruların özellikle deprem
bölgelerindeki imalatı, titiz ve özenli bir mühendislik çalışması gerektirmektedir. Gömülü
boru hatları, tünel ve diğer yeraltı yapılarında zemin sadece yapının üzerine oturduğu bir
malzeme değil, aynı zamanda destek vazifesi gören ve yükü transfer eden bir malzeme
olduğundan, gömülü bir boru sisteminin tasarımında borunun malzeme özellikleri kadar
zemin-boru etkileşimi de göz önünde bulundurulmalıdır [1].

Günümüzde en sık kullanım alanı bulan boru türleri; beton, font, çelik, cam ve teflon kaplı
borular, plastik ve PVC borulardır. Kullanılacak boruların seçiminde, maliyetin düşük
olmasının yanında borunun teknik ve işletme yönlerinden de yeterli olması amaçlanır.
Borudaki aşınma ve korozyona karşı alınacak gerekli koruma yöntemleri, seçilen boru
malzemesi, boru çapı ve et kalınlığı, boru hattının geçtiği güzergahın topoğrafik ve sosyo-
ekonomik özellikleri ile hattın uzunluğu gibi faktörler ekonomik açıdan çok önemlidir [1-
2].

Borular, yapıldıkları malzemenin deformasyona karşı gösterdiği dirence göre rijit ya da
fleksibl olarak ikiye ayrılırlar. Rijit boruların (asbestli çimento, beton, betonarme, vs.)
deformasyon yapmadığı kabul edilir. Bu nedenle, yükün tamamı boru tarafından taşınır.
Rijit borular genellikle, yatay veya düşey boyutlarında %0.1’den fazla değişikliğin zararlı
çatlaklara neden olduğu borular olarak tanımlanır. Fleksibl borular (ince çelik, plastik, vs.)
ise yük altında deformasyona uğrayabilirler. Bu tür borular, yapısal hasara meydan
vermeden en az % 2 oranında eğilme yapabilen borulardır. Bu nedenle fleksibl borularda
yük, boru tarafından taşındığı kadar boru etrafındaki zemin tarafından da taşınır [1,3-4].

2. BORU HATTININ İNŞAAT AŞAMALARI VE GÜZERGAH SEÇİMİNDE
DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR

Gömülü bir boru hattının inşaatı sırasında, öncelikle inşaat sahasında titiz bir ön inceleme
yapılmalıdır. Ön incelemenin ardından arazinin hazırlanması, malzemelerin siparişi,
alınması, taşınması, kazı yapılması, temel ve boru yatağının hazırlanması, boruların
eklenmesi, geri dolgunun yerleştirilmesi ve boru hattının test edilmesi aşamaları gelir [5].

Boru hattının geçeceği güzergahın topoğrafik ve zemin özellikleri, inşaat maliyetine etki
eden faktörlerden biridir. Öyle ki, arazinin engebeli oluşu hat üzerinde viyadük ve köprü
gibi sanat yapılarını gerektirecek, zemin koşulları yönünden elverişsiz bir yapıya sahip
olması durumunda ise hendek kazısı ve desteklenmesi işleri zorlaşacaktır. Ayrıca,
güzergah üzerinde bitki örtüsünün çok sık oluşu inşaatı zorlaştıracağı gibi, güzergahın özel
mülkiyetin olduğu bölgelerden geçmesi halinde de ortaya istimlak sorunu çıkacaktır. Bu
nedenlerden dolayı, boru hattının geçeceği kesin güzergahın belirlenmesinde aşağıdaki
hususların göz önünde bulundurulması gerekmektedir [5]:
1. Mümkün ölçüde arazinin az engebeli olduğu kısımlar tercih edilmeli,
2. Boru hattı üzerindeki sanat yapıları minimum sayı ve maliyette olmalı,
3. Boru hattı uzunluğunun minimum olmasına dikkat edilmeli,
4. İnşaat güçlüğü ve heyelan gibi bakım güçlüğü çıkaracak arazi kısımlarından uzak
kalmaya çalışılmalı,
5. Özel mülkiyetin olduğu bölgelerden kaçınılmalı,
6. Zemin üstü bitki örtüsünün sık olduğu bölgelerden geçmemeye çalışılmalı,
7. Gerek inşaat, gerekse işletme sırasında bakım ve servis için gerekli ulaşım imkanları
göz önünde bulundurulmalı, mümkün ölçüde yörede mevcut kara ve su yolu
imkanlarından yararlanmaya çalışılmalı,
8. Mevcut güzergah alternatifleri arasında bir ekonomik analiz yapılarak güzergahın
kesin şekli belirlenmelidir.

Boru hattının kesin projesi hazırlandıktan sonra inşaat safhasına geçilir. Bu safhada,
güzergah aplikasyonu yapıldıktan sonra eğer boru hattı toprak altına döşenecekse gerekli
hendek açılır ve borular hendeğin kenarı boyunca dizilir. Boru cinsi ve projede öngörülen
inşaat tekniğine göre kaynakla ve flanşla birleştirilen borular, pasa karşı gerekli temizleme
ve boyama işlemlerinden sonra korozyon için düşünülen dış izolasyon yapılarak hendeğe
indirilir. Eğer birleşim kaynaklı yapılıyorsa, kaynak yerlerinin çok sıkı kontrol edilmesi
gerekir. Aynı şekilde, yapılan dış izolasyonun da çok sıkı kontrol edilmesi gerekir.
Birleşimler flanşlı ve geçmeli yapılıyorsa sızdırmazlık ayrı bir önem taşır [5].

3. BORU DÖŞEME YÖNTEMLERİ

Yük hesapları açısından gömülü borular, yerleştirme ve yükü etkileyen çevre şartlarına
bağlı olarak “hendek tipi” ve “dolgu tipi” borular olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Dolgu
tipi borular da kendi aralarında, “pozitif ve negatif projeksiyonlu borular” olmak üzere
ikiye ayrılır [6].

Hendek tipi yerleşimde borular, kısmen kendini tutabilen örselenmemiş zemin içinde
kazılmış oldukça dar ve derin bir hendek içine yerleştirilir ve üstü geri dolguyla kaplanır.
Kanalizasyon, drenaj, su ve doğalgaz boruları, hendek tipi yerleşime örnek olarak
verilebilir.

Pozitif projeksiyonlu borular, doğal zemin yüzeyi seviyesinde yapılan sığ bir yatağa
yerleştirilir ve daha sonra üzeri dolgu ile kaplanır. Ayrıca, boru çapından üç kat veya daha
fazla genişlikte olan hendekler içine yerleştirilen borular da dolgu tipi boru olarak
adlandırılır. Otoyol ve demiryolu menfezleri genellikle bu mantıkla yerleştilir.

Negatif projeksiyonlu borular ise, nispeten dar ve sığ bir hendek içine boru üst seviyesi
doğal zemin yüzeyinin altında kalacak şekilde yerleştirilen ve daha sonra üzeri dolgu ile
örtülen borulardır. Bu yöntem, belirli bir dolgu yüksekliğinden kaynaklanan yükün pozitif
projeksiyonlu boru üzerindeki yükten az olması nedeniyle otoyol ve demiryolu
menfezlerinin yerleştirilmesinde sıkça kullanılmaktadır. Şekil 1’de bu üç değişik boru
yerleştirme tekniği görülmektedir [6].

Doğal zemin Dolgu Üst Seviyes i Dolgu Üst Seviyes i

Sürtünme Sürtünme Sürtünme
A B C
Doğal Zemin
Wc Wc Wc
Bd Bd Bd
B B B
c c c
Doğal Zemin
a) b) c)

Şekil 1. Yerleştirme Şartlarına Göre Gömülü Boru Türleri (a) Hendek, (b) Pozitif
projeksiyon, (c) Negative projeksiyon [1,7].
3.1 Özel Boru Yerleştirme Yöntemleri

Eksik hendek metodu
Spangler, Marston’un yaptığı deneylerden bazılarında dolgu altına yerleştirilen rijit
menfezler üzerindeki yüklerin yapı üstündeki zemin ağırlığından % 90-95 daha büyük
olduğunu belirtmiştir. Yapı üzerindeki yükte meydana gelen bu artışı önlemek amacıyla
yapılan çalışmalar, eksik hendek metodunun gelişmesini sağlamıştır [8].

Eksik hendek metodu, negatif projeksiyonlu boruya benzer özel bir boru yerleştirme
yöntemidir (Şekil 2). Bu yöntemde boru öncelikle pozitif projeksiyonlu boru döşeme
yöntemindeki gibi yerleştirilir. Sonra, boru üst kotu üzerinde boru genişliğinin 1-1 ½ katı
seviyeye kadar dolgu ile kaplanır. Bu işlem sırasında dolgu iyice sıkıştırılmalıdır. Daha
sonra sıkıştırılmış dolgu içinde boru üst kotuna kadar bir hendek kazılır ve boru üzerine
mümkün olduğunca gevşek bir biçimde, sıkışabilir bir tabaka yerleştirerek en üst seviyeye
kadar hendek yeniden doldurulur. Sıkışabilir malzeme olarak çok hafif olması ve kolayca
taşınabilmesi nedeniyle polystren bloklar kullanılabileceği belirtilmektedir. Bu amaçla
saman, kuru ot gibi organik malzemeler de kullanılmakla birlikte, organik malzeme
kullanımı ayrışma ihtimali ve malzeme özelliklerinin belirlenmesinin zor olması nedeniyle
tavsiye edilmemektedir [6,8]. Dolgu yapılırken, yumuşak bölge çevre dolgudan daha fazla
sıkışır ve bu nedenle iki bölge arasında yukarı doğru oluşacak kayma gerilmeleri boru
üzerine gelen yükü azaltarak boru üzerinde pozitif kemerlenmeye neden olur. Bu işlemler
yapılırken hendek genişliği boru genişliğine eşit olmalıdır ve merkezi tam boru
merkezinden geçmelidir.
Dolgu Üst Seviyesi
Dolgu içinde açılan
hendek, gevşek
malzeme ile doldurulur
Sıkıştırılmış Dolgu H B
c
p′.B
c
B
c
Doğal Zemin
Yüzeyi

Şekil 2. Eksik Hendek Metodu [8].

Kazısız Kablo/Boru Yerleştirme ve Yenileme Teknolojileri
Gömülü boru hatlarının döşenmesinde, genellikle açık kazı yöntemi kullanılmaktadır. Son
yıllarda, kazısız kablo/boru yerleştirme ve yenileme teknikleri (trenchless technology)
olarak adlandırılan teknik, açık kazı yöntemine alternatif olarak kullanım alanı
bulmaktadır.

Kazısız boru/kablo yerleştirme ve yenileme teknolojileri ise, doğru uygulandıklarında etkili
ve çevreye duyarlı bir boru döşeme, bakım ve tamir yöntemleridir. Kazısız teknolojiler;
yüzeysel kazıları en aza indirmekte, yeraltı yapılarının inşaası sırasında doğabilecek
istenmeyen çevresel etkileri, bakım ve tamir masraflarını azaltmakta, yüzeysel bozulmayı
en aza indirerek trafik karmaşasını önemli ölçüde azaltmakta, hava ve gürültü kirliliğini
büyük ölçüde önlemektedir. Ayrıca, zemin ve yol kaplamalarının kazısı sırasında meydana
gelen atıkların en aza indirilmesini sağlamakta ve derinlikten bağımsız olarak boruyu en
uygun zemin tabakasına yerleştirmeyi mümkün kılmaktadır.

Boru patlatma, boru kırma, yatay doğrusal delgi, kablo şebekeleri ve basınçlı altyapı
hatlarının yatay doğrusal delgi ile yeraltına yerleştirilmesi, çelik boru çakımı ve köstebek
yöntemleri, kazısız kablo/boru yerleştirme ve yenileme teknolojilerine örnek olarak
verilebilir [9-11].

4. BORULARIN ZEMİNE YERLEŞTİRİLMESİ

Hendek Derinliği
Boru hatları, zeminden veya trafik darbelerinden gelebilecek etkilerle kırılmaya karşı
korunmak, don olayından etkilenmemek, düşük kotlu tesisat elemanlarının sularını tahliye
etmelerine imkan vermek amacıyla yeterli derinliğe döşenmelidir. Zemin yüzeyini takip
eden borular genellikle don derinliğinin altına döşenirler. Ancak, büyük çaplı boruların
üzerine gelen dış yükü azaltmak amacıyla borunun sadece alt yarısı don derinliğinin altına
döşenebilir.

Boruların üzerindeki örtü tabakası, normal şartlar altında 0.9 m’den, yoğun trafiğin geçtiği
yerlerde ise 1.2-1.3 m’den az olmamalıdır. Ancak, bazı durumlarda üzerinden ağır
vasıtaların geçtiği sokak ve caddelerde 1.50 m veya daha kalın bir örtü tabakası gerekli
olabilir. 2.0 m’den fazla bir örtü tabakasıyla örtüldüklerinde ise, bu toprak yükünü
taşıyabilecek kadar güçlü olup olmadıkları kontrol edilmelidir. Üzerlerindeki toprak
yükünü taşıyamayacak durumdaki borular tamamen betonla sarılmalıdır [12-16].

Hendek derinliği, borunun don derinliğinin altında kalacağı şekilde hesaplanmalı ve inşaat
sırasında projede belirtilen derinliklere uyulmalıdır. Don derinliği, iklim ve zemin cinsine
bağlı olarak değişse de, yol kaplaması üst yüzeyinden veya hendek üstüne gelen tabii
zemin kotundan boru üst seviyesine kadar hesaplanmak üzere, su boruları için en az
1.00 m, gaz boruları için en az 0.80 m olmalıdır. Telefon, su, gaz ve elektrik hatları gibi
üzerinden geçilmesi mecburi olan yerlerde bu tesislerin derinliğine uyulabilir. Ancak,
donmayı önleyici tedbirlerin alınması gerekir [17].

Hendek Taban Şekli ve Genişliği
Hendek tabanının genişliği ve biçimi, boru yataklama cinsine ve gerekli çalışma hacmına
göre belirlenir. [8]. Borular hendek tabanına tek noktadan veya bir çizgi boyunca oturacak
şekilde yerleştirilmemelidir. Borunun hendek tabanına oturacağı kısım yataklanmış
olmalıdır. Hendek tabanı, boru boylu boyunca tabana oturacak şekilde kazılıp tesviye
edilmelidir. Gerekli hallerde boru ekleme yerlerinde derinleştirme yapılabilir.

Dış çapı 200 mm’den küçük borular için hendek taban genişliği 0.60 m olmalıdır. Dış çapı
200 mm ile 1000 mm arasında olan borular için bu genişlik, borunun her iki yanından en
az 0.20 m kalacak şekilde hesaplanmalıdır. Dış çapı 1000 mm’den büyük olan boruların
her iki tarafında en az 0.30 m yer bırakılmış olmalıdır. Aynı hendek içine birden fazla boru
konulduğunda iki boru arasındaki aralık en az 0.20 m olmalıdır [17].

Hendek Şevleri
Derinliği 1.50 m’ye kadar olan hendeklerde yan yüzler dik olabilir. Ancak, hendeğin
açılmış olduğu zemin bu derinlikte kendini tutamıyorsa veya hendek daha derin ise, gerekli
iksa, uygun şev veya basamak yapılmalıdır. Düşey kazılar daha az malzemenin
uzaklaştırılmasını gerektirirken çoğu zaman desteklenme ihtiyacını da beraberinde getirir.
Buna karşılık, geniş alanlarda hendek kenarları eğimli yapılarak destekleme ya da
kuşaklama ihtiyacı ortadan kaldırılabilir [18]. Hendek şevlerinin tabii zemin yüzeyini
kestiği yerlerden başlayarak en az 0.60 m genişlikteki şeritler boru istifi, kazı toprağı vb.
ile yüklenmemeli ve boş bırakılmalıdır [17]. Şekil 3’te görüldüğü gibi eğimli kenarları
olan bir hendek açıldığında, hemen boru üzerinde yada borunun biraz altındaki genişlik,
yük hesaplarında kullanılır. Ayrıca, eğimli yada boruya oranla çok geniş bir hendek
açılması gerektiğinde boruyu geniş hendeğin tabanındaki nispeten dar bir alt hendeğe
yerleştirmek de mümkündür [6].

B
d B
B d
d
Bc Bc Bc

Şekil 3. Eğimli Hendeklerde Hendek Genişliği [6].

5. GERİ DOLGU VE YATAKLAMA YÖNTEMLERİ

5.1 Geri Dolgu

Bir boru hattı zemine yerleştirildikten sonra, bir miktar toprakla kaplanmalıdır. Dikkatli bir
biçimde uygulanan geri dolgu, yeni yerleştirilmiş bir boru hattının yer değiştirmelerini,
değişken gerilmeler yüzünden meydana gelen yüzey oturmalarını ve çevredeki yapı ve
temellere verebileceği zararları önlemek açısından çok önemlidir.

Borular etrafında geri dolgu olarak kullanılacak malzeme seçiminde de dikkatli olmak
gerekir. Geri dolgu malzemesi olarak içinde kaya ve iri taş ihtiva etmeyen zeminler
seçilmelidir. Aksi taktirde, boru üzerindeki örtü tabakası kalın olmalı ya da başka bir
şekilde korunmalıdır. Basınç birikmesinden kurtulmak için geri dolgu üniform olarak
yerleştirilmeli ve sıkıştırılmalıdır. Borunun üzeri en az 0.6 m dolgu ile kaplanana kadar,
malzeme ince üniform tabakalar halinde yerleştirilmeli ve boru etrafında her tabaka
sıkıştırılmalıdır. Sıkıştırma işlemi sırasında boruya zarar verilmemesine ve kullanılan
malzemenin borunun her yanına aynı seviyede yerleştirilmesine dikkat edilmelidir [1,3,18-
19].

5.2 Yataklama Yöntemleri

Birçok durumda borular, yapısal olarak yalnızca üzerlerindeki zemin yüklerini
taşıyabilecek şekilde tasarlanmışlardır. Bu durumlarda, borunun alt 1/3 ya da 1/4’ünde
destek sağlamak amacıyla boruyu bir yatak içine yerleştirmek, borunun ezilip kırılmasını
önlemek açısından çok önemlidir. Günümüzde uygulanan dört çeşit yataklama yöntemi
vardır [18-21]:

Müsaade Edilmeyen Yataklama (D Sınıfı Yataklama):
Müsade edilmeyen yataklama; temelin, boru tabanının şeklini alması ya da boru etrafındaki
veya altındaki boşlukların sıkıştırılmış granüler malzemeyle doldurulması için fazla özen
gösterilmeden yapılan bir yataklama metodudur (Şekil 4). Bu yöntemde; boru tabii zemin
üzerine yerleştirilir [1,4,6].

Sıradan Yataklama (C Sınıfı Yataklama):
Sıradan yataklama; borunun, çapının en az % 50’si kadar genişlikte ve boru tabanının
şeklini alan granüler bir temel içine yerleştirildiği yataklama yöntemidir. Bu yöntemde,
borunun geri kalan kısmı boru üst noktasından en az 15 cm yukarıya kadar boru altında ve
çevresindeki tüm boşlukları tamamen dolduracak şekilde yerleştirilen ve sıkıştırılan
granüler bir malzemeyle sarılmalıdır (Şekil 4) [4, 6,19,22].

Birinci Sınıf Yataklama (B Sınıfı Yataklama):
Birinci sınıf yataklama; Borunun, boru tabanının şekline uyacak biçimde, boru çapının en
az % 60’ı kadar genişlikteki bir temel içindeki ince granüler malzeme üzerine
yerleştirildiği bir yataklama yöntemidir. Borunun geri kalan kısmı, boru üst seviyesinden
en az 30 cm yukarıya kadar granüler malzeme ile doldurulur. Bu işlem yapılırken geri
dogu 15 cm’i geçmeyecek tabakalar halinde serilir ve her tabakada sıkıştırma işlemi yapılır
(Şekil 4) [4, 6,19,22].

Beton Gömlek İçine Yataklama (A Sınıfı Yataklama):
Bu tip yataklamada borunun, boru altında en az boru iç çapının ¼ katı kalınlığa eşit ve
yukarı doğru dış çapın ¼’üne eşit düşey bir mesafeye kadar uzanan beton yatak içine
yerleştirildiği bir yataklama yöntemidir (Şekil 4) [4, 6,19,22].

Bc Bc Bc Bc
Sıkıştırılmış
geri dolgu
B
c
Bc Bc Bc
0.5 Bc 0.6 Bc
D Sınıfı Yataklama C Sınıfı Yataklama B Sınıfı Yataklama A Sınıfı Yataklama

Şekil 4. Hendek Tipi Borularda Yataklama Sınıfları [6].

6. GÖMÜLÜ BORULAR ÜZERİNE ETKİYEN DIŞ YÜKLER VE YÜKÜ
ETKİLEYEN KOŞULLAR

Gömülü borulara etkiyen dış yükler; boru üzerindeki geri dolgu ağırlığı, boru ve
bileşenlerinin kendi ağırlıkları ve trafik yükleri nedeniyle meydana gelir. Ayrıca, dolgu
yüksekliği, boru üzerinde ve etrafındaki zeminin yapısı ve yoğunluğu, hendek genişliği ve
derinliği, borunun yük altındaki deformasyonu ve inşaat yöntemleri de boruya etkiyen dış
yükler üzerinde büyük öneme sahiptir. Bu nedenle, gömülü borulara etkiyen dış yükleri
hesaplarken boru ile yan dolgunun rölatif rijitliği, dolgu yüksekliği, yükün cinsi,
yerleştirme şartları, boru çapı, borunun şekli ve malzeme özelliklerini dikkate almak
gerekir [1,4,8,23].
Fleksibl ve rijit boruların toprak yükü altındaki farklı deformasyon davranışları zemin-boru
etkileşim mekanizmasını değiştirir ve farklı zemin kemerlenme davranışları oluşturur
(Şekil 5). Boru rijitliğinin zemin rijitliğine oranı, boru üzerine etkiyen yükün büyüklüğünü
belirler. Bu nedenle, gömülü yapıları projelendirilirken, yapı ve içine gömüldüğü zeminin
performansı bir arada ele alınmalıdır. Bu durum genellikle zemin-yapı etkileşimi olarak
adlandırılır. Zemin, yapı üzerine basınç etkitir. Eğer yapı zemine göre sıkışmaz
nitelikteyse, yapı üzerinde basınç birikmesi meydana gelir. Diğer taraftan, eğer yapı zemin
yükü altında sıkışır ya da deforme olursa, yapı üzerindeki zemin prizması ağırlığı zeminin
mukavemeti sayesinde azalır. Zemin, yapı üzerinde bir taş kemer gibi kemerlenir ve
zeminin kemerlenme etkisi yapı üzerindeki basıncı azaltır. Kemerlenme, zeminin
mukavemetine ve zemin ile yapının birbirlerine göre sıkışmasına bağlıdır [24].

Şekil 5. Boruların Deformasyon Durumları [24].

Rijit bir boru üzerindeki düşey toprak basıncı, yapı üzerindeki zeminin ağırlığından
büyüktür. Bu durumda negatif kemerlenme meydana gelir. Negatif kemerlenme
durumunda, yan dolgular oturur ve bunun sonucunda da boruya ek bir yük etkir. Böylece,
gerilmeler boru etrafında yoğunlaşırken yan dolgularda azalır.

Fleksibl bir boru üzerindeki düşey toprak basıncı ise boru üzerindeki toprak ağırlığından
küçüktür. Bu durumda pozitif kemerlenme meydana gelir. Pozitif kemerlenme durumunda,
boru üstündeki zemin prizması yükünün bir bölümü yan dolgulara aktarılır. Yani, rijit bir
boru, aynı veya benzer durumda yerleştirilen fleksibl bir borudan çok daha fazla yüke
maruz kalır [1,8].

7. DEPREM BÖLGELERİNDE GÖMÜLÜ BORULARIN DAVRANIŞI VE
KARŞILAŞILAN HASAR TÜRLERİ

Gömülü borular gibi yeraltı yapılarının depremlere karşı her ne üst yapı elemanlarından
daha dayanıklı olduğu düşünülse de, yakın zamanlardaki büyük depremlerde, gömülü
borularda da büyük hasarlar oluşmuştur. Örneğin, doğalgaz borularında meydana gelen
hasarlar büyük yangınlara sebep olmuştur. Ayrıca, enerji iletiminin sağlanamaması,
taşımacılığın yapılamaması ve su borularının kırılması sonucu su baskınlarının meydana
gelmesi ve yangınların söndürülememesi gibi olaylar, depremlerin neden olduğu zararları
daha da artırmıştır.
Yapılan arazi incelemeleri ve çeşitli çalışmalara göre, taşıma gücü düşük zeminler, ıslah
edilen, denizden-gölden kazanılan alanlar, gevşek kumlu zeminler, alüvyal ve dilüvyal
zemin arasında sınırda olan zeminler, boruların gömüldüğü zeminde keskin topoğrafik
değişikliklerin olduğu yerlerde; ana hattın yan kollarla veya bacalarla birleştiği yerlerde,
boruların yapılarla birleştiği yerlerde ve zemin yüzeyine yakın yerlerdeki gömülü boru
hatlarında depremler sonucu büyük hasarlar meydana gelmiştir. Boru hatlarında meydana
gelen bu hasarlar, boru hattının farklı noktaları arasındaki dalga yayılması ve faz farkı ile
meydana gelen eksenel gerilme ve eğilme deformasyonları, boru hattı önemli bir fay
hattından geçtiğinde, deprem sırasında fay hareketlerinden kaynaklanan büyük yer
değiştirmeler, toprak kaymaları, sıvılaşma nedeniyle boruların zemin içinde yüzmesi,
gömülü boruların zemin yüzeyine çıkması sebebiyle boru ekseninde yer değiştirme (Şekil
6.a), baca birleşim yerlerindeki çatlama ve kırılmalar (Şekil 6.b), birleşim ve dikiş
yerlerindeki yer değiştirme, açılma ve kırılmalar sonucu ortaya çıkmaktadır [25-30].

Şekil 6. 1993 Hokkaido-Nansei-Oki Depreminde (M=7.8) Boru Hatlarında Görülen
Hasarlar a) Yüzeye Çıkan Boru Hattı (100cm yukarı çıkmıştır) b) Borunun Bağlantı
Noktasından Ayrılması [31-32].

Benzer şekilde, 17 Ağustos 1999 Marmara Depremi sırasında, fay kırığının her iki
tarafında, 20km genişlikteki bölgelerde, su ve atık su iletim hatlarına ait gömülü borularda
oldukça ağır hasarlar gözlenmiştir. Depremin merkez üssünde gömülü borularda görülen
hasar oranı %100’e yaklaşırken deprem üssüne yakın ama nispeten daha az etkilenen
kesimlerdeki hasar oranı %70 dolayındadır. Yapılan incelemeler sonucunda, gömülü
borulardaki hasarın ana sebebinin kullanılan malzeme türü (Asbestli Çimento borular (AC
borular)) ile boruların bağlantı noktalarındaki ayrılma ve kırılmalardan kaynaklandığı
belirlenmiştir.

Depremde, özellikle Sapanca Gölü kıyısındaki 560 km’lik Arifiye Su hattının, 360
km’sinde önemli hasarlar oluşmuş, yüzey kırığı sebebiyle kanalizasyon hatları ile telefon
ve elektrik hatlarında ciddi hasarlar tespit edilmiştir. Adapazarı Su Hattında ise, 500km’lik
gömülü boru hattının neredeyse tamamında ağır hasarlar görülmüştür (Şekil 7). Ağır
hasarın en önemli sebebi, hattın %75’inin AC gevrek borulardan oluşmasıdır. Adapazarı
Atık Su Hattındaki borularda orta derecede hasar ortaya çıkmıştır. Sapanca kesiminde ise
90 km’lik AC boruların bağlantı noktalarının 400’ünde hasar gözlenmiştir. Depremden
hemen sonra, Yalova-Gölcük kesiminde su ve kanalizasyon sisteminin büyük bir kısmında
hasar görülmüş, ayrıca ana depremden 7-20 gün sonra oluşan artçı depremlerde de yeni
hasarlar meydana gelmiştir. Benzer durumla, Değirmendere ve İzmit kent merkezinde de
karşılaşılmıştır [33-35].
Şekil 7. Adapazarı Su ve Atık Su Hattı Gömülü Borularında Karşılaşılan Yapısal Hasarlar
Gömülü boru hatlarının sismik davranışı, birçok açıdan diğer yer üstü yapılarının
davranışından farklıdır [25-26,29]. Bu farklılıklar aşağıdaki gibi özetlenebilir :
1. Üst yapıların tasarımını etkileyen en önemli faktör olan eylemsizlik kuvvetleri, gömülü
borularda çevre zemin tarafından sınırlandırılır.
2. Birçok üst yapı zemin hareketlerine uygun biçimde projelendirilmesine rağmen, uzun
ve sürekli sistemler olan boru hatları, farklı istasyonlar arasındaki faz farkı ve boru
hattı boyunca zemin özelliklerinde gözlenen farklılıklar nedeniyle zemin hareketlerine
uygun değildir.
3. Bir üst yapıda meydana gelen hasarlar sadece o yapıyla sınırlı iken, bir boru hattının
belirli bir yerindeki hasar, sistemin diğer parçalarını da etkiler.

Tavsiye Edilen Boru Malzemeleri ve Alınması Gereken Tedbirler

Gömülü borularda depremler sonucu oluşan hasarlara, zemin ve yerleştirme koşulları kadar
seçilen boru malzemesinin de etkisi vardır. Yakın geçmişte meydana gelen depremler
sebebiyle gömülü borularda oluşan hasarlarla ilgili detaylı çalışmalar yapılmış ve hangi tür
boru malzemesinin daha dayanıklı olduğu araştırılmıştır. Örneğin, 1995 yılı Ocak ayında
Japonya’da meydana gelen deprem neticesinde Kobe, Nishinamiyo ve Ashiya şehirlerinde
çeşitli malzemelerden yapılmış ve hasar görmüş gömülü borularda, kullanılan malzeme ile
hasar oranı arasındaki ilişki araştırılmış ve sonuç olarak; PE borularda hasar oranı
(hasar/km) 0.0 iken çelik, PVC, dökme demir ve asbestli çimento borularda bu oran
sırasıyla 0.437, 1.430, 1.508, ve 1.782 olarak bulunmuştur.

Fleksibl borular depremde, deforme olabilmesi ve basınç konsantrasyonlarına dayanıklı
olması sebebiyle daha az hasar görmekte ya da hiç hasar görmemektedir. Fleksibl
bağlantıların kullanımı, borunun dış ve iç kuvvetlere dayanma gücünü artırmakta ve göçme
riskini azaltmaktadır. Bu sebeple, yerleştirme ve yataklama koşullarına uyularak fleksibl
borularda depremde hasara sebep olabilecek etkiler ortadan kaldırılabilmektedir.

Yapılan incelemelerden anlaşıldığı üzere, su ve doğalgaz borusu olarak PE borular, diğer
boru malzemeleriyle karşılaştırıldığında deprem kuvvetlerine karşı daha iyi performans
göstermektedir. Bu nedenle, deprem bölgelerinde polietilen, çelik, sünek demir ve cam lifi
donatılı plastik borular gibi fleksibl boruların kullanılması tavsiye edilmektedir. Buna
karşılık, asbestli çimentolu malzemeler kırılgan, yer değiştirmelere, farklı oturmalara ve
deprem kuvvetlerine karşı zayıf olduklarından, bu tip malzemeden yapılmış borular
deprem bölgelerinde kullanılabilecek en kötü boru cinsi olarak karşımıza çıkmaktadır [30].