Boğaziçi Üniversitesi, köprülerin "yapısal sağlığı"nı 7/24 izliyor

Boğaziçi Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Doç. Dr. Serdar Soyöz, Yapısal Sağlık Takibi (Structural Health Monitoring) alanında önemli uygulamalara imza atıyor. Taş köprüler üzerine kapsamlı bilimsel çalışmayı yürüten Soyöz ve ekibi, aynı zamanda İstanbul’daki belli başlı yapılar ve köprülerde yapısal sağlık izlemeleri gerçekleştiriyor.

İstanbul’daki belli başlı köprü ve yapıların ‘’sağlık takibini’’ yapan Boğaziçi Üniversitesi öğretim üyesi Serdar Soyöz’ün yer aldığı projeler arasında, Etiler Köprüsü, Zorlu Center ve Levent 199’a yerleştirilen ve 7/24 gerçek zamanlı Yapısal Sağlık Takibi sunan sistemler başta geliyor.

Gündelik kullanım sırasında insanların hiç hissetmedikleri seviyelerdeki titreşimleri kullanıp analiz ederek bina ve köprülerin dinamik özelliklerini inceleyen Serdar Soyöz ve üniversitedeki ekibi; herhangi bir deprem veya hasar oluşturan durum sonrasında, yapıların dinamik özelliklerini yeniden ölçerek hasar olup olmadığını tespit ediyor.

Geçen yıl 15 Temmuz Şehitler Köprüsü’nde (Boğaziçi Köprüsü) yaşanan halat değişimi sırasında köprünün ölçümlerini yapan bilim insanları arasında yer alan Doç. Dr. Serdar Soyöz’ün Yapısal Sağlık Takibi kapsamında yürüttüğü son projelerden biri de Samsun-Sivas demiryolu hattında yer alan tarihi taş kemer köprüleri kapsıyor.

En önemli hedeflerinden birisinin ülkemizde sayıları hızla artan asma köprüler konusunda bilgi birikim oluşturmak olduğunu belirten Serdar Soyöz ile projeleri üzerine görüştük.

Yapısal Sağlık Takibi nedir, hangi alanları kapsar biraz bahseder misiniz?

Yapısal Sağlık Takibi (Structural Health Monitoring) sistemleri son 10-15 yıldır İnşaat Mühendisliği alanında uygulanmaya başlandı. Özellikle ABD, Avrupa ve Japonya’ da önemli uygulamalara imza atıldı. Bu uygulamada amaç yüksek binalara, önemli noktalarda yer alan köprülere ivmeölçerler ya da sensörler konularak yapının dinamik özelliklerini belirlemek ve sensörlerden alınan veriler sayesinde herhangi bir deprem veya rüzgâr yüküne maruz kalmaları durumunda bu özelliklerin ne yönde değiştiğini saptamak.

Bu sistemlerin kullanımı özellikle 1994 yılında Los Angeles’ta yaşanan, yapılardaki ciddi maddi kayıpların oluştuğu büyük depremden sonra artmaya başlandı ve bugün ABD’de köprüler ve yüksek binalar üzerine olan deprem yönetmeliklerinde zorunlu hale geldi. Türkiye’de de 2017 yılında yürürlüğe girecek olan deprem yönetmeliğinde belirli bir kat seviyesinin üstünde olan yüksek binalar için bu sistemler artık zorunlu tutulmakta.

Yüksek binalar dışında sensör sistemlerinin kullanım alanlarından biri de köprüler.

Peki, köprülerde ne tür çalışmalar yapıyorsunuz?

Öncelikle bir bilgisayar modeli kuruyoruz ve bu modelin gerçekliği ne kadar temsil edebildiğini yaptığımız ölçümlerden elde ettiğimiz verilerle belirliyoruz. Ayrıca bu sistem sayesinde deprem veya rüzgâr yükü gibi durumlarda bina veya köprünün nasıl davrandığını görmüş oluyoruz.

Bu tahminlerin doğru olması için kurduğunuz bilgisayar modelinin de doğru olması gerek. Onun doğruluğunu ise yapıdan aldığınız ölçümlerle gerçekleştirebiliyorsunuz. Dolayısıyla bizim için bu çalışmanın önemi, yapının dinamik özelliklerini kurduğumuz bilgisayar modelinde başarıyla kurgulamak ve bu sayede, örneğin bir deprem senaryosunda doğru tahmin yapabilmek için modeli en doğru tahmini yapacak biçimde oluşturmak.

Uygulama anlamında hangi projelere imza attınız?

Köprü uygulamasında geçen sene 15 Temmuz Şehitler Köprüsü’nde (Boğaziçi Köprüsü) halatların değişimi sırasında Boğaziçi Üniversitesi olarak, İnşaat Mühendisliği ve Kandilli Rasathanesi’nden bir ekip olarak,  BAP altyapı projesi bağlamında çeşitli ölçümler yaptık.

Dünyada sayıları giderek artmaya başlayan asma köprülerde böyle kritik bir değişim yapılırken bu ölçümlerin yapılması çok önemliydi. Bu uygulamada amaç aynı zamanda bu alanda bir bilgi birikimi oluşturmaktı. Bu kapsamda köprüdeki eğik halatların dik hale getirilmesi değişikliğinden sonra yapıdaki değişimi araştırdık ve köprünün dinamik özelliklerindeki değişimleri belirledik.

Altını çizmekte fayda var; burada olumlu veya olumsuz ya da daha güvenli veya daha güvensiz olarak yorumlanabilecek bir değişiklikten söz etmiyoruz.  Bu çalışmanın en önemli amacı, bu ölçümlerden elde ettiğimiz verilerle gerçekliği en yakın ölçüde temsil eden bir bilgisayar modeli oluşturmaktı.

Boğaziçi Köprüsü’nün çok kompleks bir yapısı var, köprü biliyorsunuz 70’li yıllarda yapıldı ve 1973’den beri kullanılıyor. Eğik halatlı asma köprü örneği olarak dünyada Boğaziçi köprüsü dışında başka bir örnek daha sadece İngiltere’de var. Yapılan çalışma sonucunda çapraz eğik halatlar dikey hale getirilmiş oldu. Bu sayede köprünün teknolojiye daha uyumlu ve daha uzun ömürlü olması amaçlandı.

İstanbul’da 3. Köprü, Körfez’e planlanan köprü ve Çanakkale’de yapılacak köprü gibi büyük projeler gündemde. Bu projelere dair katkılarınızdan bahsedebilir miyiz?

Ülkemizde sayıları giderek artan asma köprüler alanında bir bilgi birikimi oluşturmaya çalışıyoruz. Bu yönde çeşitli firmalardan danışmanlık talepleri alıyoruz.

Yapısal Sağlık Takibi sistemleri şu anda ülkemizde çoğunlukla yabancı menşeili firmalar tarafından yukarıda örnekleri sayılan büyük projelerin ihale aşamasındayken kuruluyor. Ancak burada en önemli eksikliğimiz, kurulan bu sistemlerin nasıl işleyeceğine, alınan dataların işlenip nasıl ve ne amaçla kullanılması gerektiğine dair bir bilgi donanımın Türkiye’de henüz oturmuş olmaması. Bu tür büyük projeler yapılırken hala Kore’den Japonya’dan veya Çin’ den bilgi alma ihtiyacı duyuyoruz. Mutlaka o bilginin alınması gerek ancak artık bizim de bu bilgiyi üretiyor olmamız gerekiyor.  Üniversitelerden başlayarak bu birikim zaman içinde sektörde de oluşacaktır diye düşünüyorum.


Asma köprülerin depremden etkilenme olasılığı zayıf

Yavuz Sultan Selim Köprüsü deprem dayanıklılığı açısından Türkiye’nin en sağlam köprüsü olarak kamuoyuna tanıtıldı. Köprünün Kuzey Anadolu fay hattına 65 km uzak olduğu için olabilecek büyük bir depremden etkilenmeyeceği belirtildi. Burada deprem açısından risk var mı?

Asma köprülerin dinamik özelliklerinden ötürü deprem sırasında etkilenme olasılıkları çok azdır. Daha çok trafik ve rüzgâr yükleri anlamında sorunlar yaşamaları daha olasıdır. Dolayısıyla deprem yükleri açısından herhangi bir hasar olasılığı görmüyorum.

Bahsettiğiniz Yapı Sağlığı İzleme uygulamaları kapsamında, takibe aldığınız köprü ve binalarda hasar oluşması durumunda nasıl bir süreç işliyor, ya da hangi durum sizin için alarm seviyesi anlamına geliyor?

Bu aslında Karayolları ile işbirliği içinde ilerlemesi gereken bir süreç. Bazı durumlarda görülemeyen hasarlar oluşabiliyor. Bu riskin azaltılması ve gerekli önlemlerin alınması açısından ilgili kurumlar arasında işbirliği olması kritik derecede önemli. Biz yapının dinamik özelliklerinin değişmesi halinde eğer o yapıyı veya köprüyü kullanmak artık güvenli değil ise bunu tespit ederek önlem alınması gerektiğini söyleyecek teknik bilgiye sahibiz. Ancak bu tür durumlarda kamuoyunu bilgilendirecek olan mercii Karayolları’dır, bu nedenle kurumlar arası işbirliğinin çok iyi kurulmuş olması gerekiyor.

Fay hattı üzerindeki 41 taş kemer köprünün yapısal sağlığı inceleniyor

Siz ayrıca tarihi taş kemer köprüler üzerine bir çalışma yürütüyorsunuz,  bu proje hakkında bilgi alabilir miyiz?

Şu an yürümekte olan tarihi taş kemer köprüler üzerine bir BAP projemiz var. Bu, aynı zamanda ülkemizdeki taş köprüler üzerine bu çerçevede yapılan kapsamlı bir çalışma.

Samsun-Sivas demiryolu hattında yer alan, Cumhuriyet’in ilk yıllarında yapılmış, genellikle Alman-Fransız mühendislerin tasarlamış olduğu köprüler üzerine çalışıyoruz.

Samsun-Sivas demiryolu hattının modernizasyonu projesi AB hibeleriyle AB sınırları dışında gerçekleştirilen en büyük bütçeli proje olma özelliğini taşıyor. Projenin hayata geçmesiyle yolcu trenleri hızı 40 km/saatten 80 km/saate çıkacak. Samsun-Sivas arasındaki seyahat süresi de 9,5 saatten 5 saate düşebilecek. Hattın günlük kapasitesi 21 trenden 54 trene çıkacak, hemzemin geçitler otomatik bariyerli hale getirilirken istasyon ve duraklarda bulunan peronların engelli erişimine uygun olarak AB standartlarında iyileştirilecek. Proje iki sene önce başladı, önümüzdeki sene bitecek.

Biz bu proje kapsamında,  bölgedeki 41 tarihi taş kemer köprü üzerinde çalışmalar yürütüyoruz. Yeni tasarlanmış binalarda dahi doğru veri toplama konusunda bu kadar belirsizlik varken 1920’lerde yapılmış tarihi köprülerin malzeme özelliklerini ve yapım tekniklerini çok iyi bilmediğiniz için bu tür yapılarda veri toplamak çok daha güç olabiliyor. Bu bahsettiğim demiryolu hattı, aynı zamanda Kuzeydoğu Anadolu deprem fay hattını doğrudan kesiyor. Yani, köprülerde oluşabilecek çok ciddi bir deprem yükünden bahsediyoruz. Dolayısıyla biz bu çalışmada olacak herhangi bir depremde hasar beklenip beklenmediğini ve bu köprülerin nasıl modernize edilmesi gerektiğine dair araştırma yürütüyoruz.

Bu projenin saha çalışması hakkında bilgi alabilir miyiz?

Şimdiye kadar 41 köprünün 12’sinde yaklaşık 1 ay süren bir saha çalışması yaptık, sensörleri köprülerin üzerine koyarak dinamik özelliklerini tespit ettik. Elde ettiğimiz verilerle bilgisayar modellerini kurduk. Şu anda sürecin sonlarına geliyoruz. Birkaç köprüde güçlendirme çalışması yapılacak. Sene sonunda sahadaki müteahhitlik çalışmalarının da tamamlanıp hattın açılması bekleniyor.

Peki, bu tarihi köprüler bu kadar uzun süre, çeşitli depremler geçirmiş olmalarına rağmen, nasıl ayakta kalabilmiş?

Bu yapılar doğası gereği deprem yüklerini taşıyabilecek yapılar ancak bazı noktaları zayıf. Önceki depremlerde hasar görmemiş olmaları daha sonra oluşabilecek bir depremde hasar görmeyecekleri anlamına gelmiyor. Nitekim İtalya’da benzer durumda olan köprüler depremlerden zarar görmüş durumda. Bu tür köprüler bu demiryolu hattının güvenli şekilde çalışabilmesi için çok kritik önem taşıyor zira bir depremde bu hat üzerindeki tek bir köprünün hasar görmesi tüm hattın kapanmasına yol açabilir.

 

Yapısal Sağlık Takibi (Structural Health Monitoring) hakkında detaylı bilgi için:

http://www.shm.ce.boun.edu.tr/

Söyleşi: Özgür Duygu Durgun/Kurumsal İletişim Ofisi

Tarih: 20 Mart 2017