An investigation of the behavior of buried flexible pipes in nonuniform backfill materials

Nüfus artışına bağlı yeni yerleşim alanları kuruldukça ihtiyaçlar gereği petrol ve doğalgaz boru hatlarında, içme suyu, sulama, atık su şebekelerinde, katı madde taşınımında ve drenaj gerektiren uygulamalarda yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) boru kullanımı günden güne artmaktadır. Uzun servis ömrü, esnekliği, yüksek korozyon ve yorgunluk dirençli olması, hafifliği, pürüzsüzlüğü, kolay kurulumu ve birleştirilebilmesi, sıcaklık veya soğukluk bakımından geniş aralıklarda kullanılabilmesi, ekonomik oluşu, elektrik yalıtımlı olması, tat ve koku bırakmaması ve çevreyle barışçıl olması nedeniyle HDPE boruların tercih edilmesi söz konusu eğilimin göstergelerindendir. Bu doktora tezinde, HDPE esnek boruların %75, %60 ve %45 relatif sıkılık koşullarında silis kumlu geridolgu ortamlarındaki deformasyon davranışları deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Kapsamlı laboratuvar araştırmaları ve ANSYS sonlu elemanlar programı sonucunda, kademeli yükleme altında birim deformasyon ölçerler ile donatılmış ve 400 mm çaplı, 9,8 mm et kalınlıklı ve 1500 mm uzunluğundaki geridolgu ortamına gömülü boruların farklı sıkılık koşullarında taç ve bel bölgelerinde oluşan deformasyonlara bağlı olarak kritik kesitlerde göçme durumları gözlemlenmiştir. Bu çerçevede, yine farklı sıkılık koşullarında, takviye olarak kritik kesitlerde ve boru hattı boyunca olmak üzere yarım kesitli atık araç lastikleri boru üzerine sabitlenerek deneyler yürütülmüştür. Sonuç olarak, yarım kesitli atık araç lastiği takviyelerinin kullanıldığı bölgelerdeki deformasyon ve eğilme momenti değerlerini ciddi ölçüde azalttığı belirlenmiştir. Boru hattı üzerine uygulanan yarım kesitli atık araç lastikleri, kritik kesitlerde taç bölgesi için %45 ile %51, bel bölgesi için %57 ile %69 arasında daha az deformasyon gözlemlenmesini sağlamıştır. Çalışmada ayrıca, atık lastiklerden geri kazanılmış granül kauçuk tabakalarının üstdolgu ve yataklama bölgesinde sönümleyici bir tabaka olarak kullanılması incelenmiştir. İncelemeler sonucunda, boru hattı üzerinde kullanılan yarım kesitli atık araç lastiklerinin üstünlükleri kapsamlı laboratuvar deneyleri ve nümerik analizler sonucu ortaya konmuşturDue to population growth, new residential areas are being established. In this regard, depending on basic needs, high-density polyethylene (HDPE) pipe usage is increasing day by day in oil and gas pipelines, drinking water, irrigation, wastewater networks, solid matter transportation and drainage applications. HDPE pipes are widely preferred and the indicators of this trend are long service life, flexibility, high corrosion and fatigue resistance, smoothness, easy installation and jointing, using in a wide range of temperatures, economical, electrical insulated, taste and odor-free, environment friendly. In this Ph.D. dissertation, the deformation behavior of HDPE pipes in silica sand backfill was investigated experimentally and numerically under different relative density conditions (75%, 60% and 45%). Diameter, wall thickness and length of the HDPE pipes equipped with strain gauges are 400 mm, 9.8 mm and 1500 mm, respectively. As a result of comprehensive laboratory tests and ANSYS finite element software outputs, failure conditions were observed in critical sections which are crown and springlines related to deformations. In this context, under the different relative density conditions, half-section waste vehicle tires were fitted on the pipe in critical sections and along the pipeline for reinforcement. In the strengthening experiments, it was observed that the deformation and bending moment values significantly decreased in the regions where half-sections waste vehicle tire reinforcements were used. In the tests where waste vehicle tires were applied in critical sections, less deformations were observed between 45% and 51% in the crown and 57% and 69% in the springlines. Additionally, the use of recycled granular rubber layers from waste tires as an absorber layer in the upper region of the backfill and bedding material was investigated. As a result of the investigations, the advantages of half-section waste vehicle tires used on the pipeline were demonstrated by extensive laboratory tests and numerical analysis