İstanbul Bülten Sayı 71 / BAŞYAZI

 BOĞAZİÇİ  KÖPRÜSÜNDE  HALAT  NİÇİN  KOPTU?

Prof. Dr. Semih Tezcan
İnşaat Mühendisliği Öğretim Üyesi,
Boğaziçi Üniversitesi 2004

1.   Giriş

Boğaziçi Köprüsünün trafiğe açılışından (30.10.1973) bir ay evvel, Karayolları Genel Müdür Başyardımcısı Cahit Yalgın ile, Boğaziçi Üniversitesi Rektörü rahmetli Prof. Dr. Abdullah Kuran arasında resmi bir protokol imzalandı (31.9.1973).  Bu protokol, Köprünün Karayolları adına kabul edilebilmesi için, statik ve dinamik yükler altında davranışının incelenmesi, malzemede ve kaynaklarda gerilme kontrollarının yapılması gibi bir çok teknik danışmanlık hizmetlerinin bu makalenin yazarının Başkanlığındaki Teknik bir Heyet tarafından yürütülmesini öngörüyordu.   İsimleri Tablo 1’de verilen Teknik Heyet Köprü üzerinde onbeş gün süren yoğun bir ölçme ve değerlendirme çalışması yaparak, Karayollarına ayrıntılı bir rapor verdi ve bu rapora dayanılarak Boğaziçi Köprüsünün kabulü yapıldı.  Köprü üzerindeki çalışmalardan bazı görüntüler Şekil 1 ilâ Şekil 3’te verilmiştir.

2.   Statik yükleme deneyleri

Köprünün statik yükleme deneyleri için, İngiliz müşavir firmasının (Freeman Fox) talebi üzerine, Karayolları enteresan bir yöntem uyguladı.  Bir gece (15.10.1973), “Köprü açıldı, artık oradan geçeceksiniz” diye Kabataş araba vapuru kuyruğunda bekleyen yaklaşık 140 kamyon, çeşitli deneylerde kullanılacaklarından habersiz, köprü üzerine getirildi ve iki buçuk şerit halinde köprü tam boyca bu kamyonlarla dolduruldu(Şekil 4).  Yaklaşık bir saat süren  ve Köprünün iki buçuk şeridinin toplam boyca kamyonlarla yüklenmesine tekabül eden I’inci Konumda ölçümler tamamlandıktan sonra, Köprünün Beylerbeyi tarafındaki yarısı kamyonlardan boşaltıldı.  Geriye kalan Ortaköy tarafında, yarım Köprü boyundaki kamyon yükleri altında, aynı ölçümler tekrar edildi.  Bu işler yaklaşık bir buçuk saat sürdü.  Açılışa kadar bir daha kamyon geçirilmedi.

Bu iki ayrı I ve II’nci yükleme konumları için, tabliyenin çeşitli yerlerine yerleştirilen, (strain gauge) gerilme rozetleri ile, maksimum şekil değiştirmeler ve maksimum çelik gerilmeleri ölçüldü.  Yapılan topografik nivelman ölçümleri sonucunda, Köprünün tüm boyca yüklenmesi (Konum I) halinde, maksimum göçmenin 123 cm olduğu saptandı(Ref.1).  Açıklığın yarısının yüklenmesi, (Konum II) halinde ise, maksimum çökme 124 cm, maksimum yükselme 64 cm olarak ölçüldü (Şekil 4).  Tüm boyca yükleme demek olan, I’inci Konumda 1679 ton yük altındaki çökme 123 cm olduğuna göre, köprünün kuleden kuleye güvenle taşıyabileceği 2650 tonluk yük altında bu maksimum çökmenin 190 cm gibi çok yüksek bir değere ulaşacağı hesaplandı.

Güvenli trafik yükü olan 2650 tona erişebilmek için, ortalama ağırlığı 20 ton, ortalama boyu 10 metre olan kamyonların tampon tampona bir buçuk şeridi doldurması yeterlidir.  Boğaziçi Köprüsü 6- şeritlidir ve tüm şeritler değil, sadece 3- şerit tampon tampona bu kamyonlar ile yüklenirse (322 kamyon), toplam 6440 ton eder ki, bu yük altında köprü yıkılabilir.  Köprünün hem güvenli yük olan 2650 tonu, hem de yıkılma yükü olan 6440 tonu aşmamasını sağlayacak, hiçbir kontrol sistemi mevcut değildir.  Allah korusun,  bir kaza, bir hâdise, bir sis veya bir arıza nedeni ile,  20 tonluk kamyonların tampon tampona sadece bir buçuk şeridi doldurması halinde, güvenli yükleme sınırının aşılacağı ve üç şeridin bu şekilde yüklenmesi halinde ise, kırılma ve kopma sınırına erişileceğini düşünebiliyor musunuz?  Köprü üstelik 6- şerit.  Ya, üç şeritten fazlası dolarsa.  Bütün, bu hususların trafik akışında etkin ve risk oluşmasına ihtimal bırakmadan kontrol altında tutulması ve bir sinyal sisteminin oluşturulması lâzım gelmez mi? 

Tablo 1.- Boğaziçi Köprüsü Statik ve Dinamik Testleri

Şekil 3.-   Boğaziçi Üniversitesi Köprü titreşim deneyleri sırasında denetim(20.10.1973)
1) Prof. Dr. Abdullah Kuran, Rektör ; 
2) Prof. Dr. Hikmet Sebültekin,  Rektör Yardımcısı
3) Prof. Dr.  Semih S. Tezcan,  Proje Direktörü

3.   Dinamik deneyler 

                Köprü üzerinde gelişigüzel rüzgâr titreşimlerinin  kayıtlarını almak üzere, Ortaköy kulesi dahil, 15 ayrı yere sismometre yerleştirildi. Kandilli Rasathanesi Müdürü rahmetli Prof. Dr. Muammer Dizer’in yönetiminde bir sismoloji ekibi tarafından, köprü ve kuleler üzerinde 15 ayrı yerde gelişigüzel esen rüzgârın, üç doğrultuda kayıtları alındı.  Üsküp Deprem Enstitüsünden  getirilen Teledyne GSV-100 modeli sarsıcılar (shakers) Köprü tabliyesine kaynaklanarak, Köprünün zorlanmış titreşim kayıtları alındı [Ref. 1].  Bütün bu kayıtların değerlendirilmesi ile, Köprünün hakim titreşim peryotları ve sönüm oranları saptandı.  Ayrıca, doğrusal olmayan geometrik şekil değiştirmeler teorisi kullanılarak, yazar tarafından geliştirilen bir bilgisayar programı ile Boğaziçi Köprüsünün statik ve dinamik titreşim analizleri yapıldı [Ref. 2 ve 3].  Kullanılan bilgisayar programı esasen Kanada’nın Vancouver şehrindeki  First Narrows Gate asma köprüsü için geliştirilmiş ve  kullanılmıştı [Ref. 4]. 

Şekil 4. Köprünün kamyonlarla yüklenmesi ve sehimler

              Yapılan analizler sonucu bulunan değerler ile, İngiltere’de Teddington National Fizik Laboratuarlarında 1/50 ölçekli köprü modeli üzerinde yapılan rüzgâr tüneli deneylerinde bulunan değerler arasında  mutabakat sağlandı.  Şimdi, Köprünün doğuştan sahip olduğu iki özürden, V- askı halatlarından ve kırılgan bağlantı levhalarından bahsetmek gerekir. 

4.   V- askı halatları 

                Kamyon yüklemeleri sırasında, özellikle köprünün boyca yarısı yüklü, diğer yarısı boş iken, V- şeklindeki askı çubuklarının çoğu birer atlayarak bollaştı, yani yük taşımaz oldu.  Dolayısı ile, yüklerin tamamı V- lerin sadece bir bacağı tarafından taşınıyor oldu. 

                Bu durumdan endişelen Freeman Fox firmasının Baş Mühendisi Dr. Brown kamyonların derhal köprüyü terk etmesini istedi.  Yaklaşık 19.5 santimetrekare alanlı askı çubuklarının her biri maksimum 150 ton kopma kapasitesine sahiptir.  Kuleden kuleye Köprünün zati ağırlığı 14.5 ton/m (1074 m) =15 573 tondur.  Buna 2650 ton maksimum güvenli trafik yükü (tasarım yükü) eklenirse, toplam 18 223 tonu, 236 adet askı çubuğu taşır.  Böylece, bir askı çubuğuna tasarım trafik yükü altında ortalama 77 ton düşey yük, yani kopma yükünün yarısı kadar yük gelir.  

V- çubuklarının bir tanesi bollaşıp devreden çıkınca, gergin olan diğerinin yükü iki misline çıkar ve kopma aşamasına (150 tona) yaklaşır.  Dolayısı ile, V- askı çubukları bir kolun gereğinden iki kat fazla yüklenmesine ve âdeta kopma seviyesine yaklaşmasına neden olmaktadır.  V- halatlarının, ikinci ve çok hayati bir sakıncası da, bazı askı halatlarının bir kere aşırı yüklenmeye, daha sonra da boşalarak sıfır yüklenmeye maruz kalması, böylece yükleme-boşaltma altında ‘yorularak’ (fatigue) taşıma gücünü kısmen yitirmesidir.  İngiltere’de Severn köprüsünde, askı halatları bu ‘yorulma’yı önlemek için tümü ile değiştirilmiş ve düşey hale getirilmiştir.               

                Nitekim, aynı nedenlerle Fatih Sultan Mehmet ikinci Boğaz Köprüsünde bu sakıncalı duruma meydan verilmemiş ve tüm askı halatları düşey yapılmıştır.  Boğaziçi köprüsünde V- şeklindeki eğik askı halatlarının yükleme-boşaltma nedeni ile kısa zamanda ‘yorulacağı’ ve devre dışı kalacağı,  hem tarafımızdan, hem de uluslararası  asma köprü uzmanları tarafından çeşitli platformlarda dile getirilmiştir [Ref. 5, 6]. Alman asma köprü uzmanı Dr. Homberg aynen şöyle yazar:  

“Aerodinamik stabiliteyi artırmak ve bu amaçla yatay yükleri almak için, önce Severn ve daha sonra Boğaziçi ve Humber (1981 tarihinde İngiltere’de inşa edilen 1280  metre  orta açıklıklı asma köprü) köprülerinde kullanılan V- askı halatları büyük bir hatadır.  Çünkü, yükleme ve boşaltma nedeni ile hızlı bir ‘yorulma’ sonucu kısa ömürlü olurlar.  İngiliz Karayolları, Severn köprüsünde bazı askıların ‘yorulma’ nedeni ile koptuğunu kabul etmiştir.  Boğaziçi köprüsünde V- askılarında ve bağlantılarında çatlak ve gerilme kontrolleri sürekli yapılmalıdır.  Aksi halde, kopmaları kaçınılmaz olur  ”  

Sanki, Dr. Homberg 22 Ocak 2004’de kopacak olan askı halatı için kehanette bulunmuş gibi… 

5.   Kırılgan bağlantı levhaları 

                Aynen Severn köprüsünde olduğu gibi, Boğaziçi köprüsünde de, askı halatlarının tabliyeye bağlandığı yerdeki birleşim detayı (connection socket) sadece boyuna doğrultuda salınım yapmaya elverişlidir.  Köprünün, rüzgâr nedeni ile,  enine doğrultuda yapmak isteyeceği salınımlara ‘rijit’ sert bir bağlantı levhası kesinlikle müsaade etmez.  İşte, 22 Ocak 2004 günü hızı saatte 110 kilometreye varan poyraz rüzgârında, Köprünün enine salınımlarına elverişli olmayan bu ‘rijit’ plâka kırılarak kopmuş ve askı halatı bu kırılan çelik levha parçası ile birlikte havalarda uçmağa sallanmağa başlamıştır.  V- askı halatlarının yukarıda ana kabloya bağlandığı yerdeki detay Şekil 5’te, aşağıda tabliyeye bağlandığı yerdeki bağlantının enine görüntüsü Şekil 6’da, aynı bağlantının boyuna görüntüleri ise,  Şekil 7 ve 8’de verilmiştir.  Kopmuş halatın henüz gerdirilmemiş hali ile, sonradan eklenen levha Şekil 9’da görülmektedir. 

                Tabliyenin enine salınım yaparken, 3 cm kalınlığındaki bağlantı levhasını eğilmeye zorlayarak nasıl kırdığı Şekil 8’de bütün açıklığı ile anlaşılmaktadır.  Yumuşak çelikten imâl edilmiş kırılan plâğı 23 cm boyunca düşey yükler altında koparabilmek için, en az 3(23)2.6=180 ton çekme kuvvetine ihtiyaç vardır.  Halbuki, askı halatlarının 180 ton gibi anormal bir çekme kuvveti getirmesi mümkün değildir.  Görülüyor ki, levhanın kopması, çekme kuvvetinin büyüklüğünden değil, enine salınım nedeni ile, levhanın eğilmeye maruz kalmasından dolayıdır. 

                Diğer komşu askıların bağlantı levhaları da, aynı akıbete duçar olabilir. Çünkü, onlar da enine salınıma olanak vermezler.  Relâtif  salınım miktarı en çok kule yanında olduğu için, ilk önce, kuleye yakın olan askının bağlantı levhası kırılmıştır.  Başka bir rüzgârda, diğer bağlantı levhaları da kırılabilir.  Köprünün ömrü boyunca, otuz yıl içinde,  aynı şiddette rüzgâr estiği ve köprü tabliyesi benzer miktarlarda enine salınım yaptığı halde, acaba hiçbir bağlantı levhası bu güne kadar niçin kırılmamıştır (21.01.2004)?  

                Bunun nedeni, bağlantı levhasında zaman içinde ‘yorulma’ ve korozyona bağlı olarak zayıflamadır.  Boğaziçi Köprüsünde sadece boyuna hareketler için  mafsal bulunduğu, enine hareketlerde bağlantı levhasının kırılabileceği ihtimali gene Dr. Homberg tarafından, daha 1981 yılında, çok açık ve kesin bir dille ifade edilmiştir [Ref.5]. 

6.   Kaç askı halatı kopabilir? 

                Kamu oyunda kopan askı halatının yaratabileceği tehlikenin boyutunu azaltabilmek için, Karayolları yetkilileri, “Bir halat kopması ile hiçbir şey olmaz, endişeye gerek yok ! ” şeklinde beyanat vermişlerdir.  Asma köprülerin titreşimi üzerinde ihtisas sahibi saygın bir Milletvekili bilim adamı ise, 30 Ocak 2004 tarihli Cumhuriyet Gazetesinde, “ Bir simülasyon çalışması yaptık.  Dört askı halatı bile kopsa köprüye gene bir şey olmaz” diyerek göçme olmadan kopabilecek ‘halat sayısı tahmin etmek oyununda’ bir adım öne geçmiştir. 

                Güvenlikle ‘kumar oynamak’ bahsinde daha da ‘öne’ geçmek için şöyle diyebiliriz: “Onaltı askı halatı da kopsa Köprüye gene bir şey olmaz” .   Bu iddia da doğrudur.  Hem de ispatı için hesap yapmağa da gerek yok.  Çünkü, Köprünün açılıştan evvel kamyonlarla IInci Konumda yüklenmesi durumunda (Şekil4), birer atlayarak 16 halatın gevşediği (slack), yani hiç yük taşımadığı, gözle görülmüştür de ondan… 

                O halde, güvenlik kumarı oyununda, ‘tehlike yaratmadan’ kopacak halat sayısını 1 değil, 4 değil, 16’ya çıkarabiliriz.  Ama, bu yanlış değerlendirmemizle, büyük bir hata yaptığımızın ve madalyonun sadece bir yüzüne baktığımızın farkında değiliz.  Rüzgârın koparacağı halatların yerleri ile, trafik yükünün birer atlayarak gevşettiği halatların yerleri aynı değil ki!  Rüzgâr, yan yana dört halatı koparır ise, facia olur!  Trafik yükü, birer atlayarak 16 halatı gevşetebilir.  Gözle gördüğümüz üzere, hiçbir şey olmaz!  Üstelik gevşeyen halatlar, trafik yükünün biraz değişmesi ile, yeniden gerginleşip yük taşır hale gelir. Halbuki, rüzgârdan kopan halat bir daha göreve dönemez. 

                Bu konuya biraz daha açıklık  getirelim.  Köprü tabliyesinde, birbirlerine kaynakla bağlı 60 adet boğum bulunmaktadır.  Trafik yükü ile birlikte her bir tabliye boğumunun (segment) ağırlığı, ortalama 304 ton olup, bu yükü sadece 4 adet askı halatı  taşımaktadır.  Bir askı halatına ortalama 76 ton yük gelmektedir ve bir askı halatının kopma yükü 150 tondur, yani tasarım yükünün iki katı.  Birbirine komşu  aynı yakadaki 4 askı halatı birden koptuğu takdirde, her şeyden önce, bu tabliye boğumlarını birbirlerine bağlayan kaynaklar sökülecek ve ardışık üç boğumun toplam 912 tonluk ağırlığını komşu halatları taşıyamayarak kopacaktır.  Bu kopma, domino etkisi yaratarak ve köprü boyunca diğer komşu halatların da kopmasına, tabliye boğumlarının bağlantılarının birbirinden ayrılarak denize düşmesine neden olacaktır.  Dolayısı ile, 4 askı halatı kopsa da bir şey olmaz diyerek, ‘kadercilik’ şemsiyesinin altına sığınmak ve bu 4- halatın birbirine komşu olması halinde yaşanacak faciayı görmemek doğru değildir.  Ayrıca, doğru olmayan bir şey de, saygın bilim adamlığını bir tarafa atarak, iktidar partisi Milletvekili olarak, bürokratların hâdiseyi küçümseme kervanına katılma çabası olsa gerek… 

7.   Alınması gereken önlemler 

                Önce “teşhis”, sonra “tedavi” prensibi gereğince hastalığa konan teşhisi bir kere daha özetleyelim: 

a)   Askı halatları V- şeklinde eğik olduğu için, uniform olmayan trafik yükleri altında bazı askılar bollaşıp sıfır yük taşıyarak yanlarındaki askıların yüklerini iki misline çıkarmaktadır.  Bu ‘yükleme-boşaltma’ nedeni ile, askı halatları ve bağlantı levhaları kaçınılmaz bir şekilde ‘yorularak’ zayıflamaktadır. 

b)   Askı halatlarının tabliyeye bağlanış şekli, tabliyenin enine salınım hareketlerine izin vermeyen ‘kör’ bir detaydır.  Bu nedenle, askı halatlarından birisinin bağlandığı 3 cm kalınlığındaki çelik plâka, zaman içinde ‘yorulma’ ve korozyon nedeni ile zayıflamış ve yana doğru eğilmeye zorlandığı bir sırada kırılmıştır. 

“Tedavi” yöntemi olarak aşağıdaki öneriler akla gelmektedir: 

a)   Kısa vâdede (bir iki ay içinde), askı halatlarının bağlantılarında yüksek bir rüzgâr hızında,  yeni kırılmalara meydan vermemek için, tüm bağlantı plâkaları bayrak levhaları kullanılarak, usulünce hazırlanacak detay projelerine göre, takviye edilmelidir.

b)       Tabliyenin enine salınımlarının genliğini azaltmak için, ana kabloların çekmeye karşı büyük dirençlerinden yararlanılmalı ve bu amaçla, tabliye, açıklık ortasında, ana kablolara ters V- şeklinde rijit çelik konstrüksiyonlarla, her iki yanda, sıkıca bağlanmalıdır. 

c)       Uzun vâdede, V- askıları muhakkak surette düşey askılarla değiştirilmeli böylece, askılara arız olan ‘yorulma’ olgusu ve hastalığı köprünün sırtından kaldırılmalıdır. 

d)       V- askıları yerine düşey askılar konduğu zaman, bu yeni düşey askıların tabliyeye bağlantı yerlerinde, hem boyuna hem de enine salınımlara olanak veren, Fatih Sultan Mehmet Köprüsündeki gibi, iki yönlü ‘universal’ mafsallar kullanılmalıdır. 

8.   Hukuki açıdan bakış 

                Askı halatlarının uygulamada artık terk edilen V- şeklinde kullanılmasından doğan bu teknolojik sakıncanın, Boğaziçi Köprüsünde doğuştan “iki özür”ün oluşmasının kısaca, ‘yorulma’ yaratan V- şeklindeki askı halatları ile, enine salınımlarda kırılmaya yol açan yetersiz bağlantı levhalarının tasarım hatası olup olmadığı teknik ve hukuki yönden incelenmelidir.  Belki de, bu konuda  Freeman Fox firmasından zarar ve ziyan talep edilebilir.  Köprünün teslim alındığı tarihte değil de, kullanım sırasında, otuz yıl sonra, şiddetli bir rüzgârda ortaya çıkan, hukukî tabiri ile ‘gizli ayıplar’ın hesabı sorulabilir.  Bunun için, sözleşme gözden geçirilmeli, eğer gerekiyorsa, uluslararası tahkime gitmelidir. 

                Kamuya ait bir köprüde vuku bulan bu kopma hâdisesini ve bu kopmanın yol açtığı ve açacağı onarım, güçlendirme ve yenileme çalışmalarını küçümseyerek, köprüde eğer varsa (ki var olduğuna dair kanıtlayıcı ip uçları mevcuttur), teknolojik hata ve yetersizlikleri bağışlamak, bu köprüyü tasarımlayan firmanın taşıdığı sorumlulukları görmezden gelerek, hesap sormamak ve özellikle bu konularda teknik bir soruşturma ve bilirkişi raporuna ihtiyaç duymadan kişisel yorumları içeren basın bültenleri neşretmek, hiçbir Genel Müdürün veya Müsteşarın yetkisinde değildir.  Muhakkak surette bilimin ve çağdaş teknolojinin ışığı altında ve en önemlisi halkımızın çıkarları ve güvenliği en ön plânda tutularak ve her adımı tam şeffaflık içinde atılarak ilerlenmelidir. 

9.   Referanslar 

[1].          Tezcan, S.S., İpek, M., Petrovski, J., Paskalov, T. ve Durgunoğlu, T., “İstanbul Boğaziçi Köprüsü Rüzgâr ve Zorlanmış Titreşim Etüdü”, Karayolları Genel Müdürlüğü’nün  talebi üzerine hazırlanan Rapor  No. R-3, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Boğaziçi Üniversitesi, Bebek, İstanbul, Temmuz 1974.

[2].          Tezcan, S.S., “Stiffness Analysis of Suspension Bridges”, Proceedings of the International Symposium on Suspension Bridges, Laboratoria Nacional de Engenharia Civil, Lisboa, Portugal, Nov., 1966, pp. 17.1-17.10.

[3].          Tezcan, S. S., and  Cherry, S., “ Earthquake Analysis of Suspension Bridges”, Proceedings of the 4th World Conference on Earthquake Engineering, Santiago, Chile, Jan., 1969, Vol. 1, Section A-3, pp. 125-133.

[4].          Tezcan, S.S., “Çubuk Sistemlerin, Asma köprülerin ve Plâkların Stifnes Metodu ile Nonlinear Analizi”, Doçentlik Tezi, İnşaat Fakültesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Mart 1966.

[5].          Homberg, H., “ The Case against Inclined Hangers”, New Civil Engineer, London, England, 15 April 1982, pp.12-14, and 20 May 1982, p. 34.

[6].          Editorials, “Another Bridge Lesson”, Engineering News Record, July 1, 1982, p. 12 and 92.

İstanbul Bülten Sayı 71 İçindekiler Sayfası için  >>>