Effect van aardbevingen op leidingen de robuustheid van HDD Paul Hölscher, Deltares i.s.m. Henk Kruse
Onderwerpen 1. Verwachten we schade door geïnduceerde aardbevingen? 2. Wat speelt een rol? 3. Hoe berekenen we een leiding? 4. Is een HDD robuuster?
Geïnduceerde aardbevingen verwachten we schade?
Ontstaan en sterkte
Schades per kilometer Literatuuronderzoek 10 1 0,1 0,01 0,001 0,0001 0,00001 6 7 8 9 10 Gemodificeerde Mercally intensiteit gelast staal gas vlam asbest cement, beton PVC gietijzer, gelast staal geteerde las gelast staal, vlamboog las gietijzer lage kwaliteit gelast staal met vlamboog hoge kwaliteit
Schades per kilometer Extrapolatie naar lage magnitudes 1,0E+01 1,0E+00 1,0E-01 1,0E-02 1,0E-03 1,0E-04 1,0E-05 1,0E-06 1,0E-07 gelast staal gas vlam asbest cement, beton PVC gietijzer, gelast staal geteerde las gelast staal, vlamboog las gietijzer lage kwaliteit gelast staal met vlamboog hoge kwaliteit 4 5 6 7 8 9 10 Gemodificeerde Mercally intensiteit
Maar toch onderwerp geïnduceerde aardbeving tektonische aardbeving diepte aardbevingen 2.5 km 6-8 km (moment) Magnitude 5 8 duur van de beving 2 cycli 8-12 cycli sterkte van de trilling vergelijkbaar M = 6 à 7 frequentie hoger lager ontwerp nooit beschouwd ingecalculeerd
Gemeten aardbeving (opgeschaald) versnelling Snelheid
Leidingen tijdens aardbevingen Wat speelt een rol?
Mechanismes (geotechnisch) drukgolf tijdelijke bewegingen schuifgolf oppervlakte golf Aardbeving breuken afschuiving permanente vervorming verdichting verweking
Tijdelijke verplaatsingen P-golf S-golf axiale belasting buiging in de leiding
Twee stappen in beoordeling Bevinding: een ondergrondse leiding volgt de grond Elastische stap: onder ongunstigste hoek elastisch OK? dan leiding akkoord Plastische stap: bij te hoge spanningen nagaan hoeveel kracht de grond kan genereren bij maximale kracht OK? dan leiding akkoord Complexere geavanceerdere beoordeling
Invloed van de grond profiel bodem sleuf relatieve belasting [%] 1 klei stijf zandige klei 69 2 veen veen 50 3 slap diep slappe klei 38 4 zand zand 100 5 slap ondiep slappe klei 65 Zelfde leiding door verschillende gebieden
beweging [-] Gesegmenteerde leiding 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0 0 2 4 6 8 10 kritisch geval segmentlengte = 0.5 * golflengte -1,5 plaats [m]
Permanente deformaties Kort overzicht
Overzicht permanente verplaatsingen Breuken Afschuiving Verweking Verdichting Breuk is oorzaak Overige ontstaan als gevolg van passage aardbevingsgolf Edgecumbe 1987 New Sealand magnitude 6.3 bron: www.teara.govt.nz/en/earthquakes
Breuken en afschuiving
Verweking verweking = grond als vloeistof = leiding gaat drijven bij los gepakt zand en dus slecht aangestampte sleufaanvulling
Aansluiting en laagovergang
Verdichting zakking
Tijdelijke vervormingen Moeilijkere gevallen
Complicatie
Modellering leiding FEM coupled leiding en grond Met juiste constitutionele model voor de grond Met veren quasi statisch Met juiste dynamische waarden voor de veren Rekening houden met beweging in alle richtingen Discrete veren alleen geldig voor verplaatsing in die richting
Invloed richting aardbevingsgolf
Bochten in leidingen
Complexe kanaalkruising
Invloed golfrichtingen
De robuustheid van een HDD
Verschillen HDD ingegraven leidingen aspect HDD tov ondiep aarbevingsbelasting amplitude gelijk? golflengte gelijk omliggende grond stijfheid hoger? sterkte hoger? initiële spanningen t.g.v. zettingen lager t.g.v. buiging hoger
Resultaten : vergelijking veldstrekking Reservefactor eis > 1 ondiep, ingegraven HDD diameter P-golf S-golf P-golf S-golf 1219 2.6 1.6 2.1 1.2 914 2.2 1.6 1.7 1.2 762 2.2 1.8 1.7 1.2 zo beschouwd: HDD is gevoeliger voor aardbeving
HDD toch robuuster? Kanaalkruising, lastige geometrie Bochten geven hoge spanningen Kans op afschuivingen taluds HDD ligt veilig en diep HDD is vrijwel recht HDD is dan WEL robuuster
Afsluiting
Conclusies 1. Schade door geïnduceerde aardbevingen moet beoordeeld worden 2. Onderscheid golfbeweging en permanente vervormingen 3. Berekening eenvoudig model voor rechte leidingen, numeriek model voor complexe geometrieën 4. HDD is robuuste oplossing voor complexe situaties.
Einde en vragen