Bu yazıda sizlere Osmangazi Köprüsünün tasarımı, üstyapı ve altyapı özelliklerinden bahsedeceğim. Köprünün yapısal tasarımını COWI üstlenirken, müteahhitliğini IHI Corporation gerçekleştirmiştir. Yaklaşık 1.2 milyar dolara mal olan bu köprü, toplam maliyeti 11 milyar doları bulan devasa Gebze-İzmir Otoyolu Projesi’nin en kritik parçasıdır ve inşası 2013 ile 2016 yılları arasında tamamlanmıştır.
Bildiğiniz üzere Osmangazi Köprüsü bir asma köprüdür. Bu köprü tipinde yanal ve düşey yükleri taşıyan ana elemanlar; ana kablolar ve askı kablolarıdır.
Yukarıdaki fotoğrafta standart bir asma köprü şemasını görebilirsiniz. Bu temel elemanlara ek olarak bazı asma köprülerde yaklaşım viyadükleri ve ankraj blokları bulunur. Ankrajlar, ana kablolardaki devasa çekme yüklerinin devasa betonarme yapılar aracılığıyla zemine güvenle aktarıldığı elemanlardır. Osmangazi Köprüsü’nde de bu iki eleman mevcuttur.
Bir asma köprüyü teknik olarak tanımlayan en önemli özellik ana açıklığının büyüklüğüdür. Köprülerin toplam uzunlukları mühendislik zorluğunu tam olarak ifade etmez; asıl önemli olan, desteksiz geçtikleri o en büyük açıklıktır (en basit şekliyle iki kule arasında kalan yatay mesafe).
Sayısal Veriler ve Kule Tasarımı
Osmangazi Köprüsü’nün sayısal verilerine bakacak olursak; toplam uzunluğu 2.682 metre, en büyük (ana) açıklığı ise 1.550 metredir. Tamamlandığı tarih itibarıyla dünyadaki en uzun ana açıklığa sahip 4. asma köprü unvanını almıştır. Kule yüksekliği 241,85 metre, tabliye genişliği ise 35,93 metredir. Kulelerin oturduğu temeller suyun 40 metre altında yer almaktadır.
Köprünün kuleleri “H” kesitli olarak tasarlanmış olup, 22 adet ön üretimli çelik bloktan oluşmaktadır. Önceden üretilen bu dev çelik bloklar denizde vinçler yardımı ile kaldırılarak monte edilmiştir. Beton yerine çelik seçilmesinin temel nedeni, yapının kendi ağırlığını hafifleterek deprem kuvvetlerini azaltmak ve ön üretim sayesinde inşaat sürecini çok daha hızlı tamamlayabilmektir. İlk bloklar yüzer vinçler ile monte edilirken, daha yüksek kotlarda kule vinçler kullanılmıştır.
Tabliye Aerodinamiği ve Yük Aktarımı
Köprü tabliyesinin genişliği 35,93 metredir. Asma köprü tabliyeleri dizayn edilirken, kesitler iki askı kablosu arasında oluşan kuvvetleri (moment, kesme vb.) kendi başlarına karşılayacak şekilde tasarlanırlar.
Kapalı kutu tabliyelerin aerodinamik şeklini ise rüzgar tüneli testleri belirler. Bu kesitler, yüksek rüzgar kuvvetlerine karşı yeterli burulma rijitliğine sahip olacak şekilde optimize edilir. Bu nedenle, tabliyenin içindeki alt ve üst yüzeyleri birbirine bağlayan çelik profiller dik açıyla değil, diyagonal (çapraz) açılarla yerleştirilir.
Osmangazi Köprüsü’nün tabliyesinin, kulelere sabit bir mesnet bağlantısı olmadan tasarlandığını görürsünüz. Bunun bir sonucu olarak tabliye, kulelere doğrudan yatay yük iletmez. (Her asma köprüde bu tasarım böyle olmak zorunda değildir, bu mühendislik tercihiyle alakalıdır).
Asma köprülerin yükleri zemine nasıl ilettiğine gelirsek: Tabliyeye gelen düşey yükler (araçların ağırlıkları) dikey askı kabloları ile ana kabloya iletilir. Ana kablo da bu muazzam yükleri kuleler üzerinden temele, oradan da zemine aktarır. Araçların fren yapması sonucu oluşan boyuna yatay kuvvetler ise tabliyenin kendi rijitliği aracılığıyla köprünün en uçlarındaki mesnetlere ve oradan da zemine iletilir.
Askı Kabloları Neden Dik Tasarlandı?
Osmangazi Köprüsü’nün askı kabloları dik olarak tasarlanmıştır. Bu kablolar bazı asma köprülerde eğik (çapraz) olarak da tasarlanabilir. Eğik tasarlandıklarında, tabliyedeki yanal kuvvetlerin bir kısmını da ana kabloya iletirler. Ancak eğik kablolar, dik kablolara nazaran rüzgar ve trafik kaynaklı yorulma (fatigue) sorunlarına çok daha açık olduğu için, modern asma köprülerde genellikle dik kablo konfigürasyonu tercih edilir.
Hem tabliyelerin kuleye sabit bağlantısı olmadığını hem de dik askı kablolarının yanal kuvvetleri taşımadığını belirttim. Peki bu yanal kuvvetler nasıl taşınıyor? Bu görev, köprünün iki ucunda bulunan kenar ayaklardaki mesnetlere düşüyor. Bu mesnetler köprüye gelen yatay ve düşey yükleri zemine aktarmakla sorumludur.
Ana Kablo ve Ankraj Blokları
Gelelim köprünün omurgasına: Ana kablonun toplam uzunluğu 3.025 metredir ve köprüde iki adet ana kablo bulunur. Her bir kablo 110 adet halat demetinden, her bir halat demeti ise 127 adet yüksek dayanımlı çelik telden oluşur. Bu tellerin her birinin çapı 5,91 mm’dir.
Ana kablonun toplam çapı gerilmeden (sıkıştırılmadan) önce 781 mm iken, gerildikten sonra 771 mm’ye düşmüştür. Bu kesit daralmasının nedeni ana kabloların içindeki boşluk (void) oranıdır. Yük altında ve sıkıştırma işlemiyle bu boşluklar alınarak yekpare bir yapı elde edilir. Osmangazi Köprüsü’nün ana kablosunun tasarım boşluk oranı %20’dir.
Ana kabloda biriken bu milyonlarca tonluk çekme yüklerini zemine iletmek için devasa ankraj yapılarına ihtiyaç duyulur. Osmangazi Köprüsü’nün devasa ankrajları, düşey kuvvetleri kendi ağırlıkları ile, yatay kuvvetleri ise zemin sürtünmesi ve pasif toprak itkisi mekanizmaları ile zemine aktarır.
Keson Temeller ve Sismik İzolasyon
Osmangazi Köprüsü’nün kule temellerinde keson tipi temel tercih edilmiştir. Bu yöntem sayesinde devasa temeller önce kuru havuzda (kıyıda) inşa edilmiş, daha sonra yüzdürülerek kule konumlarına getirilmiş ve batırılarak yerlerine oturtulmuştur.
Kulelerin altındaki bu keson temeller, özel olarak hazırlanmış bir çakıl yatağı üzerinde bulunur. Zeminin taşıma kapasitesini artırmak için deniz tabanına çelik kazıklar çakılarak zemin ıslahı yapılmıştır.
İşin en büyüleyici mühendislik detayı ise şudur: Keson temel ile zemin (çakıl yatağı) arasında sabit/rijit bir bağlantı yoktur! Temel, yanal kuvvetleri sadece sürtünme etkisiyle aktarır. Bu tasarım harikası sayesinde, olası bir deprem sırasında temeller çakıl katmanının üzerinde kontrollü bir şekilde kayarak adeta devasa bir sismik izolasyon görevi görür. Bu sürtünmeli kayma mekanizması, kulelere ve köprü üstyapısına aktarılacak olan ölümcül deprem ivmelerini ciddi oranda sönümleyerek yapıyı korur.
Yorumlar yükleniyor...