TR|EN
Actual Content
Newsletter
Casp 2022
EUROCORR
Çelik Yapılar Extra
Tevfik Seno Arda Lisesi
Yayınlar > Çelik Yapılar
Sayı: 24 - Ağustos 2010

Proje




Nil Nehri’nin Zorlukları Çelik İle Geçildi: AL HALFAIA KÖPRÜSÜ, HARTUM – SUDAN



YAZARLAR:
Yapı Merkezi İnşaat ve Sanayi A.ş.
Dr. Ersin ARIOĞLU
İnş. Yük. Müh. Ömer GÜZEL
İnş. Yük. Müh. Cem ÖZAYDIN

1. PROJE BİLGİLERİ


Proje Adı ve Yeri: Al Halfaia Köprüsü, Nil nehri üzerinde Omdurman ve Halfaia arasında, Hartum – SUDAN

İşveren: Khartoum State Ministry of Physical Planning and Public Utilities (MPPPU) – SUDAN

Yüklenici: Yapı Merkezi İnş. ve San. A.ş.

Tasarım: Yapı Merkezi – TÜRKİYE, Schüßler-Plan Ing. mbH – ALMANYA

Çelik Üretim Tesisi: Karçel A.ş.

Tasarım Yönetmeliği: EUROCODE

Köprü Sınıfı / Tasarım Hızı: Ana Otoyol / 80km/saat

Toplam Köprü Uzunluğu: 910 m

Köprü Genişliği: 2x13.50m=27m (özdeş çift tabliye)

şerit Adedi (her bir yönde): “3 şerit (10.80m)+Orta refüj (0.70m)+Yaya kaldırımı (2.00m)”

Navigasyon Kanalında Temiz Yükseklik: 8.60m

(En yüksek su seviyesinden)

Maks. Oyulma (Scour) Derinliği : 8m

(İşveren tarafından verilen değer)

Maks. Yer İvmesi / Yapı Önem Katsayısı: ag=0.1g (PGA) / şI=1.2

Kontratsal Süre: 28 ay

Kontrat Tarihi: 02.07.2007

Yer Teslimi: 15.11.2007

İmalat Başlangıcı: 02.04.2008

Köprü Teslimi: 28.02.2010

Ana Malzemeler

Beton: 28.0x103m3

İnşaat Demiri: 5.1x103t

Yapısal Çelik: 4.2x103t (165kg/m2, 235 kg/m2)

Kazık Ø120cm: 3 350 m

Kazık Ø150cm: 1 100 m


Afrika’nın en büyük ülkesi Sudan’ın başkenti Hartum’da sekiz milyondan fazla kişi yaşamaktadır. Nüfus artışı yaklaşık %5 olan Hartum ülkedeki en yüksek ekonomik aktivite yoğunluğuna sahiptir, [1].

Dünyanın en uzun nehri (6.670 km) Nil nehridir. Güneyden kuzeye doğru akan Nil nehrinin iki ana kolu Beyaz Nil ve Mavi Nil Nehirleri Hartum bölgesinde birleşirler. Nil nehri Hartum şehrini üç önemli bölgeye ayırmaktadır: Güneyde idari ve ticari birimlerin yoğun olduğu Hartum, kuzey doğuda yerleşim birimlerinin yoğun olduğu Kuzey Hartum (veya Bahri) ve kuzey batıda Omdurman bölgeleri, (bkz. şekil 1). Hartum, Kuzey Hartum ve Omdurman bölgeleri Nil nehri üzerinde yapılan çok sayıda köprü ile birbirine bağlanmaktadır.

Hartum’un hızlı gelişimine paralel olarak artan trafik yoğunluğunu kente girmeden çevre yollarına aktarmak amacıyla Al Halfaia Köprüsü’nün yapılması planlanmıştır. Kent merkezinin 15 km kuzeyinde yer alacak olan köprü, Nil nehri üzerinde iki önemli yerleşim merkezi olan Omdurman ve Halfaia (Kuzey Hartum) bölgelerini birbirine bağlayacak şekilde tasarlanmıştır.

Al Halfaia Köprüsü’nün tasarım ve yapım işi Mavi Nil nehri üzerinde 29.Ekim.2007 tarihinde trafiğe açılan El Mek Nimir Köprüsü’nü başarı ile inşa eden Yapı Merkezi’ne götürü bedel sözleşme tipi ile verilmiştir.


2. KÖPRÜ YAPISAL SİSTEMİ

Al Halfaia Köprüsü’nün bulunduğu bölgede Nil nehrinin genişliği 900m’ye ulaşmaktadır. Toplam köprü uzunluğunun 910m, köprü genişliğinin ise 27m olması işveren tarafından yaptırılan bir ön etüt ile tespit edilmiş ve kabul edilmiştir. Nehir genişliğinin ortasında bulunan ada dikkate alınarak gemi trafiğinin sağlanacağı Navigasyon Kanalı’nın nehirin doğu kıyısına kaydırılmasına karar verilmiştir.

Al Halfaia Köprüsünün taşıyıcı sistemi iki ayrı yapı tipinden oluşmaktadır. “1” ve “23” Aksları arasında üç adet yarı-integral kompozit çelik köprü (Köprü 1, 2 ve 3) düzenlenmiştir. Ayrıca navigasyon kanalının bulunduğu “23” ve “26” Aksları arasındaki üç açıklıkta ise sürekli kompozit çelik bir köprü (Köprü 4) öngörülmüştür, (bkz. şekil 2). Nil nehri, Al Halfaia Köprü Projesi kapsamında 238.6 + 284.8 + 239.2 + 147.4m uzunluğundaki dört köprünün ard arda sıralanmasıyla geçilmiştir.


2.1. Köprü 1, Köprü 2 ve Köprü 3 (Yarı-İntegral Köprüler)


Üstyapı

Üstyapı her biri 13.50m genişliğinde (bkz. şekil 3) olan birbiri ile özdeş “A” ve “B” tabliyelerinden oluşmaktadır (toplam genişlik 27m’dir).

Köprü 1, Köprü 2 ve Köprü 3’ün taşıyıcı sistemi sırasıyla 7 açıklıklı (25m+6x35.6m), 8 açıklıklı (8x35.6m) ve 7 açıklıklı (6x35.6m+25m) sürekli kompozit çelik üstyapıdan oluşmaktadır. Köprülerin üstyapısı ara akslardaki ayaklar ile rijit olarak bağlanarak integral bir taşıyıcı sistem oluşturulmuştur.

Yarı-integral olarak isimlendirilen taşıyıcı sisteme sahip köprülerde, üstyapının sadece kenar ayaklar üzerinde ve geçiş ayakları (komşu iki köprünün arasında bulunan ayaklar) üzerinde serbest hareketlerine ve dönmelerine izin verilmektedir. Buna bağlı olarak her bir köprünün sadece başlangıç ve bitiş noktalarına genleşme derzi ve elastomer mesnetler yerleştirilmiştir. Genleşme derzi ve elastomer mesnet özellikleri Tablo 1 ve 2’de verilmiştir.

Her bir tabliyede toplam 140cm yüksekliğe, alt başlıkta 60 cm ve üst başlıkta 40 cm genişliğe sahip S355J2G3 kalitesinde 6 adet çelik yapma I kiriş bulunmaktadır. Bu kirişler ile birlikte kompozit olarak çalışan betonarme döşeme ise C30/37 kalitesinde olup toplam 29cm yüksekliğindedir. Kompozit tabliyenin toplam yüksekliği, ara açıklıklarda L/21 narinliğini (tabliye yüksekliği/açıklık) sağlayacak şekilde, 1.69m olarak her üç köprü boyunca sabit tutulmuştur. Tabliye döşeme kalıbı için S350GD kalitesindeki trapez çelik saclardan (h=70mm) faydalanılmıştır, (bkz. şekil 4). Buna bağlı olarak ana taşıyıcı çelik kirişlerin enine yöndeki ara mesafeleri 2.24m olarak belirlenmiştir. Montaj kolaylığı dikkate alınarak çift sayıda düzenlenen ana kirişler 4.25m’de bir S235J2G3 kalitesindeki 2L70.7mm kesitindeki çaprazlar ile birbirlerine çiftler halinde bağlanmıştır. Bu sayede montaj sırasında etkiyen hem rüzgâr yükleri hem de tabliye döşemesinin yaş beton ağırlığı ana kirişler tarafından güvenle taşınmıştır.

Çelik kirişler ile betonarme döşeme arasındaki kompozit etki S235J2G3 kalitesinde, Ø19mm çapında, 175mm uzunluğunda, kesme kuvveti büyüklüğüne uygun olarak kiriş boyunca aralıkları değişen kesme çivileri ile sağlanmıştır.


Çelik kirişler ile orta ayakların betonarme başlık kirişleri arasındaki birleşim (rijit birleşim), üzerinde 175mm uzunluğunda 32 adet Ø19 kesme çivisi bulunan 700x1570x35mm boyutlarındaki alın plakası ile gerçekleştirilmiştir. Kompozit kirişlerin mesnet bölgelerinde oluşan eğilme momentleri bu birleşim sayesinde kuvvet çiftlerine dönüşerek betonarme başlık kirişlerine aktarılırlar. Çekme kuvvetleri kompozit döşemeye yerleştirilen donatılar ile karşılanırken basınç kuvvetleri ise alın plakasının alt bölgesine yerleştirilen 650x300x35mm boyutlarındaki ilave kısmi plaka yardımıyla betonarme başlık kirişine aktarılır.


Ana taşıyıcı çelik kirişlerin ekonomik olarak tasarlanması amacıyla tabliye betonunun dökümü sırasında çelik kirişler arasında süreklilik sağlanacağı öngörülmüştür. Bunun için 150cm genişliğindeki başlık kirişinin ilk aşamasının dökülmesinin ardından komşu açıklıklardaki çelik kirişler basit kiriş olarak yerleştirilirler. Ardışık çelik kirişler üst başlıkları hizasında S500/550 kalitesindeki 4 adet Ø40, alt başlıkları hizasında ise aynı kalitedeki 4 adet Ø20 dişli ankraj çubuğu ile betonarme başlık kirişi üstünde karşılıklı olarak bağlanır. Bu işlemin ardından çelik kirişlerin arasında kalan bölgede çelik kirişlerin üst kotuna kadar beton dökülerek başlık kirişlerinin ikinci aşama betonları tamamlanır (bkz. şekil 5) ve inşaat safhasındaki ilave yükler altında çelik kirişlerin sürekliliği sağlanmış olur. Bu sayede tabliye betonunun dökümü sırasında yaş beton ağırlığından oluşacak etkiler bir çerçeve sisteminin sürekli kirişlerine etkir, (bkz. şekil 6).


Ana taşıyıcı çelik kirişlerin alt başlıkları geçiş ayakları ve kenar ayaklar üzerinde 40cm yüksekliğinde S355J2G3 kalitesinde çelik I kirişler ile bağlanmıştır. Enine yönde düzenlenen bu kirişler sayesinde mesnet değişimleri sırasında köprü tabliyesinin askıya alınması ve enine yöndeki yatay yükler altında ana kirişlerin birlikte davranmaları sağlanmıştır, (bkz. şekil 8).

Tipik


Tipik orta ayaklar

(Aks “2 ~7”, “9 ~15” ve “17 ~22”)

Köprü 1, 2 ve 3’te her bir tabliyenin altında ara akslarda tipik ayaklar düzenlenmiştir. Yol kotuna bağlı olarak yüksekliği değişen C30/37 beton kalitesindeki ayaklar konsollu başlık kirişi, estetik görünümlü kolon ve kazık başlığından oluşmaktadır. Betonarme kolonların çekiç şeklindeki enkesiti ortada 90cm, kenarlarda ise 150cm kalınlığındadır. 150cm kalınlığındaki kazık başlıkları nehrin en düşük su seviyesinin üzerinde kalacak şekilde tasarlanmışlardır. Her bir kazık başlığı ortalama 20m uzunluklu ve taşıyıcı kumtaşı tabakasına 8m soketlenen C25/30 beton kalitesine sahip Ø1.20m çapındaki 4 adet fore kazığa oturmaktadır, (bkz. şekil 7).


Geçiş ayakları (Aks “8”, “16” ve “23”)

Geçiş ayakları bir köprünün üstyapısının bittiği diğer köprünün üstyapısının ise başladığı noktalarda, Köprü 1’den Köprü 2’ye geçerken 8 Aksında, Köprü 2’den Köprü 3’e geçerken 16 Aksında ve Köprü 3’den Köprü 4’e geçerken 23 Aksında düzenlenmiştir.

Tipik orta ayaklardan farklı olarak komşu iki köprüye ait çelik kirişler geçiş ayaklarının başlık kirişleri üzerinde düzenlenen mesnetlere oturtulmuştur. Ayrıca tabliyelerin arasında yatay hareketlere uyumlu genleşme derzleri düzenlenmiştir. Betonarme kolonların çekiç şeklindeki enkesiti ortada 140cm, kenarlarda ise 200cm kalınlığındadır. Kazık başlıkları 8 ve 16 Akslarında Ø1.20m çapında, 23 Aksında ise Ø1.50m çapında 4 adet fore kazığa (Lort=20m) oturmaktadır, (bkz. şekil 8).


2.2. Köprü 4 (Sürekli kompozit kirişli köprü,

Aks “23 ~26”)

Köprünün bulundugu yerde nehrin ortasında bulunan ada dikkate alınarak gemi trafiginin dogu kıyısında yapılması planlanmaktadır. Buna baglı olarak Köprü 4 Al Halfaia Köprüsü’nün doğu ucunda konumlandırılmıştır, (bkz. şekil 2).

Üstyapı

23~26 Aksları arasında 147.4m uzunluğundaki Köprü 4’ün taşıyıcı sistemi için, orta açıklıklığı 64 m olan 3 açıklıklı sürekli (42m+64m+41.4m) kompozit çelik kirişli tabliye seçilmiştir, (bkz. şekil 2).

Üstyapı ayaklar üzerinde ve kenarayakta düzenlenen elastomer mesnetlere oturmaktadır. 23 Aksındaki geçiş ayağı ve 26 Aksındaki kenarayak üzerinde yatay hareketlere uyumlu genleşme derzleri düzenlenmiştir, (bkz. Tablo 1).

Tipik üstyapı enkesiti 150cm genişliğe, 180cm yüksekliğe sahip 9.80m aralıkla yerleştirilmiş S355J2G3 kalitesinde 2 adet ana taşıyıcı kutu kiriş ve toplam 29cm yükseklikli C30/37 kalitesinde betonarme döşemeden oluşmaktadır. Ana kirişler enine yönde 2.46m aralıkla 55cm yükseklikli S355J2G3 kalitesinde yapma I kirişler ile birbirlerine bağlanmışlardır. Enine kirişlerin ara mesafesi döşeme kalıbı olarak S350GD kalitesindeki trapez çelik sacların (h=70mm) kullanımına uygun olarak nispeten dar seçilmiştir, (bkz. şekil 9).

Taşıyıcı kutu kirişlerinin 24 ve 25 Akslarındaki mesnet bölgelerinde guseler düzenlenmiştir. Bu guseler yardımıyla sadece 12m uzunluğunca kiriş yüksekliği lineer olarak 1.80m’den 3.60m’ye arttırılarak köprü üstyapısında ekonomi sağlanmıştır. Buna bağlı olarak ana açıklıkta kompozit tabliyenin narinliği (tabliye yüksekliği/açıklık) açıklık bölgesinde L/30, ayaklar üstünde ise L/16 olmaktadır, (bkz. şekil 10).

Çelik kirişler ile betonarme döşeme arasındaki kompozit etki S235J2G3 kalitesindeki, Ø19mm çapındaki, 175mm uzunluğundaki, kesme kuvveti büyüklüğüne uygun olarak kiriş boyunca aralıkları değişen kesme çivileri ile sağlanmıştır.


Ana ayaklar (Aks “24” ve “25”)

Köprü 4’te her bir tabliyenin altında 24 ve 25 akslarında bulunan ana ayaklar C30/37 beton kalitesine sahip olup görsel olarak Köprü 1, 2 ve 3’e benzemektedir. Navigasyon kanalının iki yanında bulunan Köprü 4’ün ana ayakları gemi çarpması riskine karşı diğer köprü ayaklarından daha güçlü olacak şekilde 2.40 m genişliğinde tasarlanmıştır. 2 m kalınlığındaki kazık başlıkları C25/30 beton kalitesine sahip Ø1.50m çapında, 19.5 m uzunluklu 12 adet fore kazığa oturmaktadır, (bkz. şekil 10).


3. YAPIM YÖNTEMİ

3.1. Altyapıların (Kazıklar, Kazık başlıkları, Kolonlar ve Başlık kirişleri) imalatı

Kazıklar

Temel imalatları Nisan 2008’de başlamış ve Köprü 1’e ait temeller Temmuz 2008’de tamamlanmıştır. Su yüksekliği Temmuz ile Kasım ayları arasındaki 5 aylık taşkın döneminde ortalama 7m yükselmiş ve bu dönemde kazık imalatı mümkün olmamıştır. Geriye kalan temeller taşkın döneminden sonraki düşük su seviyesi döneminde bitirilmiştir.

Nehirde kazık imalatı için kalıcı çelik kılıflar titreşimli çekiç yardımı ile kumtaşı tabakasına kadar çakılmış ve daha sonra foraj makineleri ile kazıkların delgileri yapılmıştır. Kazık makineleri bir mavna (yüzer platform) üzerine çıkartılarak nehir üzerinde istenilen noktalarda çalışma imkanı sağlanmıştır. Beton iletimi sabit pompalar ve yüzer bir duba sistemi üzerindeki sabit boru hattı ile sağlanarak kazık imalatları tamamlanmıştır.


Prekast kalıp elemanları ve Kazık başlıkları

Nehir içinde kazık başlıklarının imalatı Yapı Merkezi tarafından geliştirilen bir yöntem ile yapılmıştır. Bu yöntemde alt kalıbı oluşturan prekast elemanlar sayesinde kazık başlığı beton döküm işlemi verimli ve ekonomik bir şekilde tamamlanabilmistir. Ayrıca prekast kalıp elemanlarının yan etekleri sayesinde düşük su seviyesi dönemlerinde bile kazıkların dışarından görülmeleri mümkün olabildiğince önlenmiştir.

Kazıkların kalıcı çelik kılıflarının dört tarafına çelik kısa konsollar kaynak ile birleştirilmiştir. Bu kısa konsolların üzerine oturan prekast kalıp elemanları yardımıyla kazık başlığının ahşap yan kalıpları kurulmuş ve kazık başlığı imalatı tamamlanmıştır, (bkz. şekil 11).

Kazık başlıklarının imalatı tamamlandıktan sonra kolonlar ve başlık kirişlerine ait imalatlar geleneksel yöntemler ile gerçekleştirilmiştir, (bkz. şekil 12).


3.2. Çelik kirişlerin üretimi ve montajı

Tüm çelik elemanların üretimi Türkiye’de KARÇEL A.S.’de gerçekleştirilmiştir. Üretilen parçalar Port Sudan limanına gemi ile ulaştırıldıktan sonra kamyonlar üzerinde Hartum’a (yaklaşım 1000 km mesafede) taşınmışlardır. Taşıma mesafesinin uzun olması sebebiyle çelik elemanların boyları 12 m civarında tutulmuştur. Buna bağlı olarak köprü kirişleri kaynak ağzı açılan parçaların birbirlerine küt kaynakla birleştirilmesiyle teşkil edilmişlerdir. Daha sonra Nil nehri üzerinde kirişlerin montajı mavnalara çıkartılan mobil vinçlerin yardımıyla gerçekleştirilmiştir, (bkz. şekil 13, şekil 15).


Köprü 1, Köprü 2 ve Köprü 3 çelik montajları

Üç köprüde toplam 264 adet kirişin yerlerine montajlarının seri ve sorunsuz olarak gerçekleştirilebilmesi amacıyla Köprü 1, 2 ve 3’e ait ana çelik kirişler tipleştirilmiştir. En ağırı 13 ton olan toplam 4 adet kiriş tipi ile her üç köprünün tüm ana taşıyıcı çelik kirişleri üretilebilmiştir. Çelik kirişlerin orta ayaklar üzerine yerleştirilmesi ve bu ayaklar ile birleşimlerinin teşkil edilmesinde izlenen yapım metodu aşağıda verildiği gibidir, (bkz. şekil 5, şekil 14):

1. Başlık kirişi ilk aşama betonu döküldükten sonra komşu açıklıklara ait çelik kirişler ardışık olarak yerleştirilirler. Ana taşıyıcı çelik kirişlerin montaj aşamasında basınç başlıklarının yanal burkulması kiriş çiftleri arasında düzenlenen enine çaprazlar yardımı ile önlenir.

2. Ardışık çelik kirişler üst başlıkları hizasında 4 adet Ø40, alt başlıkları hizasında ise 4 adet Ø20 dişli ankraj çubuğu ile betonarme başlık kirişi üstünde karşılıklı olarak bağlanırlar.

3. Başlık kirişi ikinci aşamasına ait donatılar yerleştirilir ve çelik kirişlerin üst kotuna kadar beton dökülür.

4. Tabliye döşemesine ait donatılar yerleştirilir ve döşeme betonu dökülülürek birleşim tamamlanır.


Köprü 4 çelik montajları

Köprü 4 ana çelik kirişlerinin her biri 5 kiriş parçasından oluşmaktadır. En ağır parçası 44 ton olan parçaların montajı mavna üzerine çıkartılan mobil bir vinç yardımı ile gerçekleştirilmiştir, (bkz. şekil 15). İlk olarak her bir ana ayak üzerindeki 2 adet guseli kiriş parçası, daha sonra kenar açıklıklardaki kiriş parçaları yerleştirilmiştir. Kenar açıklıklardaki elemanların yerleştirilmesi sırasında guseli kiriş parçalarını dengede tutabilmek için kazık başlığına sabitlenmiş geçici kolonlardan faydanılmıştır, (bkz. şekil 15). Ayrıca aynı ayak üzerinde bulunan guseli kiriş parçaları arasında çelik çapraz düzenlenerek enine yöndeki kararlılık sağlanmıştır. Son olarak ana açıklık ortasındaki boşluğa 40m’lik kiriş parçasının yerleştirilmesinin ardından gerekli kaynaklar yapılarak üst yapı tamamlanmıştır.


3.3 Tabliye döşemesinin imalatı

Nehir üzerinde döşeme imalatının hızlı bir şekilde yapılabilmesi amacıyla döşeme kalıbı olarak çelik trapez sacların kullanılmasına karar verilmiştir. Bu amaçla Köprü 1,2 ve 3’te ana kirişlerin arasında Köprü 4’te ise enleme kirişleri arasında çelik trapez sac düzenlenerek döşeme kalıbı oluşturulmuştur. Yaklaşık 90cm genişliğinde ve 2.30m (maks.) uzunluğunda olan trapez paneller kolaylıkla tek kişi tarafından taşınabilmektedir. Döşeme tasarımında trapez sac elemanlar yapısal taşıyıcı olarak dikkate alınmamış sadece döşeme kalıbı olarak kullanılacağı öngörülmüştür. Döşeme kalıbı tamamlandıktan sonra Köprü 1, 2 ve 3’te 35’er metrelik anolar halinde Köprü 4’te ise 30’ar metrelik anolar halinde tabliye döşemesinin imalatı yapılmıştır.


3.4. Malzeme, kaynak ve kazık testleri

Beton, inşaat demiri ve yapısal çelik malzemelerinin ilgili yönetmeliklere uygunlukları ve talep edilen mekanik özelliklerini sağladıkları şartnamelere uygun olarak gerekli testlerle doğrulanmıştır.

Yapısal çelik elemanların birleşimlerinde kullanılan kaynaklar ilgili şartnameler gereği titizlikle muayene edilmiş ve gerekli tüm testleri yapılarak kontrol edilmiştir.

Kazıkların yük taşıma – deplasman karakteristiklerini belirlemek amacıyla Ø1.2m ve Ø1.5m çaplı kazıklar üzerinde iki adet düşey statik yükleme (maks. 12000kN ve 14400 kN) testi başarı ile gerçekleştirilmiştir. Ayrıca Ø1.2m çaplı deney kazığı üzerinde ilave olarak yatay statik yükleme (maks. 370 kN) testi de gerçekleştirilmiştir.

4. YAPISAL ANALİZLER

Al Halfaia Köprüsünün yapısal analizleri Sofistik isimli bilgisayar programıyla (sonlu elemanlar programı) yapılmıştır. Yapısal tasarımda ilgili Eurocode’lara uygun olarak tüm elverişsiz yükler dikkate alınmıştır. En elverişsiz yük birleşimleri altında gerekli güvenlik seviyeleri sağlanarak boyutlandırma yapılmıştır.

İntegral yapıların tasarımında özellikle sıcaklık ve deprem etkileri büyük önem taşımaktadır. Geneksel köprü tasarımından farklı olarak, integral köprülerin üstyapılarının hareket imkanları ayaklar tarafından sınırlandırıldığı için sıcaklık, rötre ve sünme etkileri altında taşıyıcı sistemlerinde büyük kesit tesirleri oluşur. Üstyapı hareketlerinin kısıtlanma derecesi alt yapının (kolonlar, kazıklar) deformasyon yapabilme kapasitesine bağlıdır. Nehir tabanında oluşan oyulmanın (maks. 8m) ise yapısal rijitlikler üzerinde büyük etkisi vardır. Tüm bu etkenler ve yerel şartlar titizlikle yapısal analizlerde dikkate alınmıştır.

Sismik yükleme durumu gibi yapının boyuna yönde zorlandığı durumlarda, yapısal sistemin yeniden dağılım imkanları fazla olan bir çerçeve şeklinde olması göreceli olarak integral köprülere avantaj sağlamaktadır.

Ayak kesitlerinde beton çekme gerilmelerinin yüksek olduğu durumlarda, hesaplarda elverişsiz sonuç vermesi durumunda, ayakların çatlamış kesit ataletleri dikkate alınmıştır. Depremli durumda ise güvenli tarafta kalmak üzere tüm ayakların çatlamamış kesit ataletleri de esas alınarak yapısal analizler gerçekleştirilmiştir.


Zemin-Yapı Etkileşimi

Al Halfaia Köprüsü’nün ana ekseni boyunca 28 adet araştırma sondajı yapılmıştır. Zemin profili üstten alta doğru Killi Silt – Siltli Kil tabakası, Siltli Kum tabakası ve Yumuşak Kaya (Nubian Formasyonu) taşıyıcı tabakadan oluşmaktadır. Taşıyıcı tabaka içindeki hakim litoloji düşük dayanımlı kumtaşıdır. Kazıklar, nehir tabanından yaklaşık 5.7m aşağıdaki Nubian Formasyonuna 8m oyulma derinliği dikkate alınarak min. 8m soketlenmiştir.

Köprü yapısal sisteminin modellenmesinde kazık-zemin etkileşimi için alt ve üst limit değerlerin dikkate alınması gerekli görülmüştür. Bu amaçla hem nehir tabanındaki oyulma etkisinin hem de zemin yatay yataklanma katsayısının alt ve üst sınırlarının dikkate alındığı dört ayrı model üzerinde yapısal analizler gerçekleştirilmiştir. Bu modellerde dikkate alınan zemin yataklanma katsayısı sınır değerleri geoteknik değerlendirmelerden elde edilen ortalama (200 MN/m2) değerin %50 oranında azaltılması ve %200 oranında arttırılması ile elde edilmiştir:

ş Sistem IA: “Yumuşak sistem” (8m oyulma derinliği, % 50 yatay yataklanma – maks. 100 MN/m2)

ş Sistem IB: Oyulma yok, % 50 yatay yataklanma – maks. 100 MN/m2

ş Sistem IIA: “Rijit Sistem”, (oyulma yok, % 200 yatay yataklanma – maks 400 MN/m2)

ş Sistem IIB: 8m oyulma derinliği, % 200 yatay yataklanma – maks. 400 MN/m2

şekil 16’da yumuşak ve rijit sistemlere ait yatay yataklanma katsayısının kazık yüksekliği boyunca değişimi verilmiştir. Ayrıca şekil 16’da sıcaklık ve deprem yüklemeleri altında zemin-yapı etkileşiminin iç kuvvetlere etkisi gösterilmiştir. Sözkonusu iki model üzerinde Köprü 1’in ikinci ayağında (Aks 2) oluşan eğilme momentleri incelendiğinde rijit sistemdeki değerlerin yumuşak sisteme göre sıcaklık etkileri altında 1.6-1.8 kat, deprem etkileri altında ise 1.4-1.5 kat daha büyük olduğu görülebilir.


5. PROJENİN ZORLUKLARI

Estetik ilkelerinin uygulanabilir ve fonksiyonel bir yapı ile birleştirilmesiyle form ve işlevselliğin bütünleştiği Al Halfaia Köprüsü, Hartum’un sürekli büyüyen alt yapı ihtiyacının karşılanmasına hizmet etmektedir. Bulunduğu bölgede benzeri olmayan köprünün tasarımı ve yapımı sırasında pek çok zorluğun üstesinden gelinmiştir.


ş Aşırı İklim Koşulları

Sudan’da iklim koşulları inşaat işleri için çok olumsuzdur ve yılda 5~8 adet kum fırtınası görülebilir.

1907’den 2007 yılına kadar Hartum’da ölçülen en yüksek ve en düşük hava sıcaklıkları 46.8 0 C ve 6 0 C dir.

Direk güneş ışınlarına maruz alanlarda hava sıcaklığı (Maks~65 0 C) sürekli beton döküm yapılan imalatlarda kritik parametre olarak dikkate alınmalıdır.

Köprü tasarımında EN1991’e uygun olarak Temin=+10 0 C ve Temax=+51 0 C (güvenli tarafta kalınarak bu değer 60 0 C’ye arttırılmıştır) alınmıştır.


ş Yerel Piyasada Yetersiz İnşaat Malzemeleri

Türkiye pazarına göre Sudan’da inşaat malzemelerinin çeşitliliği az ve fiyatları ise yüksektir. Bu yüzden malzemelerin %86’sı Türkiye’den tedarik edilmiş, sadece %14’ü ise yerel piyasadan temin edilmistir.


ş Ulaşım Zorlukları

Tüm malzemeler Port Sudan’a deniz yolu ile taşınmış ve buradan kamyonlarla 1000 km’den fazla bir mesafe geçilerek Hartum’a ulaştırılmıştır. Malzemeler Hartum’a Türkiye’den gemiye yüklendikten 6 hafta sonra ancak ulaşmaktadır ve bunun yanı sıra bu gemilere ait düzenli bir sefer programı mevcut değildir.


ş Nil Nehri Taşkınlarının getirdiği Kısıtlamalar

Etiyopya dağlık bölgelerine yağan Muson yağmurları Temmuz başından Kasım sonuna kadar Nil Nehrinde taşkınlara sebep olmaktadır.

Nil nehrinin su seviyesi 6-8m’ye kadar yükselmekte, akış hızı ise yaklaşık olarak 10 kat artmaktadır. Bu durum nehir üzerinde taşkın döneminde inşaat işlerinin yapılmasına engel olmaktadır.

Köprü tasarımında;

En düşük su seviyesi (LWL)=+373.0m

En yüksek su seviyesi (HWL)=+380.0m

Nehir akış hızı V=1.53m/s

olarak alınmıştır.


ş Yavaş İşleyen Bürokrasi


ş Yerel Piyasada Yetersiz Kalifiye İşgücü


6. ÇELİşİN ÖNE ÇIKAN AVANTAJLARI

Çelik bu projede sadece yapısal sisteme ait ana taşıyıcıların malzemesi değil, proje zorluklarının aşılmasında da katkı sağlayan en büyük etken olmuştur;

ş Hafif çelik elemanların taşınması (nakliye masrafları azaltılmıştır).

ş Köprü yapısal sistemine ait ana taşıyıcıların Türkiye’de kalite kontrol altında üretilmesi (proje sahasındaki kaliteli işçilik ihtiyacı azalmıştır).

ş Köprü elemanlarının hassas bir şekilde basit ve açık prosedürler ile montajı (artan kalite ile inşaat hataları azalmıştır).

ş İnşaatın hızla yapılmasına imkan tanıması, (zamana bağlı kısıtlamalar azalmıştır).

ş Sistem kolaylıkla estetik ve sürdürülebilir tasarım ilkelerini sağlamıştır.

ş Üstyapı kütlesi göreceli olarak hafifletilebilmiş bu sayede deprem kuvvetleri ve buna bağlı olarak da altyapı elemanlarının boyutları azaltılmıştır (altyapıda ekonomi sağlanmıştır).

ş Kazık imalatları iş programında en kritik aktivite olduğu için kazık ihtiyacının (kazık sayısı, çapı ve uzunluğu) azalması inşaat iş programını çok olumlu yönde etkilemiştir


7. İşVERENİN TALEPLERİNİN ve PROJE KISITLARININ SAşLANMASI

ş Nil Nehri üzerinde kompozit çelik ve yarı-integral köprü sistemlerinin birleşimi, Navigasyon Kanalını oluşturmak amacıyla büyük açıklıklı sürekli kompozit çelik kirişli sistemden yararlanılması İşveren’in taleplerinin karşılanması konusunda en doğru çözüm olarak ortaya çıkmaktadır:

- Düşük ilk yatırım, onarım ve bakım maliyetleri.

- Trafik gürültüsünün azaltılması ve sürüş konforunun yükseltilmesi.

- Hızlı imalat ve kısa inşaat süresi.

- Çevreye uyumlu estetik köprü tasarımı.

ş Nil nehri üzerinde yapımı 4~5 yılda tamamlanan diğer köprü (El Mek Nimir Köprüsü hariç) projelerinden farklı olarak imalat işleri 2 yıldan az bir sürede bitirilmiştir.

ş Al Halfaia Köprüsü proje olarak yapısal çeliğin sağladığı avantajlar üzerine oturtulmuştur. Bu sayede proje bütçesi çok sınırlı limitlere ve inşaat programı kısıtlı sürelere düşürülebilmiştir.


8. SONUÇ

şubat 2010 tarihinde Al Halfaia Köprüsü resmi olarak işverene teslim edilmiştir. Köprü aşırı zor şartlar altında 23 ay gibi kısa bir süre içinde tamamlanmıştır. Kazık başlıklarının pratik olarak yapımını mümkün kılan prekast kalıplar, tabliye döşemesinin hızla yapımını sağlayan trapez çelik sac kalıplar ve çelik üst yapının yenilikçi tasarımı sayesinde inşaat süresi önemli miktarda kısaltılabilmiştir. Nil Nehri üzerindeki diğer köprü inşaatlarının 4~5 yıl sürmesi dikkat çekicidir.

Sudan ekonomisine faydaları da dikkate alınarak yarı-integral köprü tipi seçilmiştir. İntegral köprüler son 50 yıldır dünya çapında bilinmekte ve her geçen gün daha fazla kullanılmaktadırlar.

Yarı-integral köprü tipinin en büyük avantajı, bakım masrafları pahalı olan elastomer mesnetlerin ve genleşme derzlerinin azaltılmasına imkan vermesidir. Özellikle gelişmekte olan ve bazen gelişmiş ülkelerde integral köprülerin inşası, düzenli bakım yapılması zor olduğu için avantaj sağlamaktadır.

Sudan’a hafif, çelik üst yapı elemanlarının nakledilmesi ve bu elemanların kolaylıkla montajı sayesinde bu proje düşük bütçesi ve kısa inşaat süresi içinde tamamlanabilmiştir. Tüm yerel zorlukların aşılmasında çeliğin kullanımı en büyük avantaj olmuştur. Sonuç olarak Nil Nehrinin güzelliğini tamamlayan estetik bir köprü ortaya çıkmıştır.Yapı Merkezi Al Halfaia Köprüsü’nün kompozit çelik köprülerde yenilikçi yapım metotlarının avantajlarını vurguladığını ve inşaat maliyetleri ile sürelerinin azaltılabildiğini gösterdiğine inanmaktadır. Ayrıca bu projede Avrupa Birliği standartları (Eurocode) başarıyla sağlanmış, yarı-integral kompozit çelik köprülerin yüksek kaliteye sahip ve uzun ömürlü olmalarının altı çizilmiştir.


KAYNAKLAR:

[1] “Al Halfaia Bridge Khartoum – Sudan, Spanning the Challenge of the Nile with Steel”, ECCS The European Steel Bridges Award 2010 Entry Album, Yapı Merkezi İnş. ve San. A.ş., İstanbul, Turkey, 15.Mar.2010.

[2] Haumer, W.; Gebert, G.; and Schülke, J., “Die Halfaya uber den Nil in Khartoum/Sudan”, Dresdner Brückenbau-Symposium, Germany, 16.Mart.2010.

[3] “YM Notes on Al Halfaia Bridge Desing Works”, Yapı Merkezi Ins. ve San. A. S., Istanbul, Turkey, 28 Feb. 2008.

[4] Al Halfaia Köprüsü Ar-Ge ve Tasarım Çalısmaları, Yapı Merkezi Ins. ve San. A. S., Istanbul, Turkey, 2007-2008.



Çelik Yapılar - Sayı: 24 - Ağustos 2010
© 2014 - Turkish Constructional Steelwork Associaton