Şöyle bir düşünelim. Sene 1940 ve dünyada asma köprü teknolojisi sürekli gelişiyor. O dönemde Amerika’daki en tanınmış köprü tasarım mühendislerinden
olan mesleğinin zirvesindeki Leon Moisseiff, “dünyanın en güzel köprüsü” olarak
nitelendirdiği bir köprünün baş tasarımcısı olarak görev alıyor. Köprü 1940 yılında
açıldığında dünyanın en büyük 3. asma köprüsü unvanını almasına rağmen açıldıktan yalnızca 4 ay sonra yıkılarak köprü mühendisliğinde en dramatik başarısızlık
olarak tarihte kendine yer buluyor. Evet bahsettiğimiz bu köprü Tacoma Narrows
Köprüsü’dür ve bu köprünün dramatik hikayesi tam olarak da böyle başlamaktadır.
Asma Köprüler ve Sapma Teorisi
19. yüzyılda insanlar asma köprüleri riskli ve güvenilmez olarak görüyorlardı. Fakat 1883 yılında bir asma köprü için çelik ve çelik tel kullanımını ilk defa gördüğümüz Brooklyn Köprüsü asma köprüler için önemli bir adım oldu. Daha sonraları asma köprü teknolojisi daha da gelişti ve 1909 yılında yapılan Manhattan Köprüsü tasarımcılarından biri
olan Leon Moisseiff, bu köprü ile ABD’deki asma köprü tasarımına “sapma teorisi” ni tanıttı. “Sapma Teorisi” güverte ve kabloların yükler altındaki sapma hareketini açıklayarak bu ölü ağırlık elemanlarının tek başına rüzgar ve trafiğin etkilerine karşı yapısal güç sağladığını ve kafes kirişlerinin çok gerekli olmadığını savunur. Böylelikle mühendisler, güvenlikten ödün vermeden daha ucuz, daha hafif ve daha zarif bir görünüm elde etmek için kiriş derinliğinin açıklığa oranını azaltma lüksüne sahip olur.
1930’larda sapma teorisi köprü tasarımlarını ciddi manada etkiledi ve daha uzun, daha hafif ve daha ucuz köprüler inşa edilmeye başlandı. 1940 yılında ise daha önce Manhattan ve Golden Gate köprüleri ile ulusal anlamda büyük ün kazanan Leon Moisseiff’in tasarladığı Tacoma Narrows Köprüsü, daha dar bir yol genişliği ve minimum takviye ile daha uzun köprüler inşa etme eğilimindeki doruk noktasını temsil etti. Ne yazık ki Moisseiff tasarımlarında aerodinamiğin önemini tamamen göz ardı etmişti. Yani köprü hafifleştikçe ve daraldıkça daha esnek ve kararsız bir hale gelmişti.
Tasarım sürecinde ilk olarak Washington Eyaleti Devlet Otoyol Departmanı mühendisi olan Clarc Eldridge, denenmiş ve gerçek bir geleneksel asma köprü tasarımı üretti ve maliyet olarak Federal Bayındırlık İdaresi’nden 11 milyon dolar istedi. Eldridge’nin tasarımında ana açıklık 792 m, yan açıklıklar 396 m, tabliye genişliği 11.9 m ve 7.62 m derinliğinde takviye kafes kirişleri planlanmıştı. Fakat Moisseiff, sapma teorisine dayanarak 7.62 metrelik kafes kirişler yerine 2.44 metrelik plaka kirişlerin kullanılabileceğini savundu. Bu yaklaşım daha ince ve daha zarif bir tasarım anlamına geliyordu. Ayrıca Moisseiff yaptığı değişiklerin köprünün tahmini maliyetini 11 milyon dolardan yaklaşık olarak 7 milyon dolara indireceğini belirtti ve projeyi kazandı. Bu köprü ile çalışmalarının doruk noktasına gelen Moisseiff köprü mühendisliğinde önemli bir imza atma şansına sahipti. Moisseiff, köprüyü 853 m ana açıklık, 335 m yan açıklık, 11.9 m tabliye genişliği ve 2.44m yüksekliğindeki dolu gövdeli levhalardan oluşan sağlam bir plaka kirişinden oluşacak şekilde tasarladı.
İnşa Süreci
İnşaat süreci 23 Kasım 1938’de başladı ve Moisseiff’in tasarımına uygun olarak tamamlandı. İnşaat 1940 yılının haziran ayında bitmişti fakat mayıs ayının ilk haftasından beri işçiler ve mühendisler güvertenin dikey dalga hareketlerini fark etmişlerdi. Aslında herkes bir şeylerin yanlış olduğunu biliyordu. Mühendisler vakit kaybetmeden harekete geçti ve ‘sıçrama’ yı köprüden çıkarmak için kulelere amortisör görevi görmek üzere dört hidrolik kriko taktılar. Ancak cihazlar belirgin bir gelişme göstermedi. Hemen rüzgar tüneli çalışmaları yapmak ve bir çözüm önermek için Washington Üniversitesi’ne başvuruldu.
Nitekim 1 Temmuz 1940 günü köprü trafiğe açıldı. Köprü 6-9 km/saat gibi çok hafif rüzgarlarda bile düşey salınım yapıyordu ve halk da bu hareketleri hissetmeye başlamıştı.
Washington Üniversitesi’ndeki çalışmalar 2 Kasım günü sonuçlandı. Köprüdeki bu 
istikrarsızlığın sebebi olarak kapalı gövdeli kirişler gösterildi. Çözüm olarak ise yanal kirişlerde güverte boyunca delikler açarak hava akışının bunların içinden geçmesine izin vermek veya kirişi kıvrımlı çelik bölmelerle kaplayarak enine kesite daha aerodinamik bir şekil vermek gerektiği sunuldu. Fakat herhangi bir hamle yapılamadan 7 Kasım 1940 sabahında köprü yaklaşık 67 km/saat rüzgarda rezonans yaparak yıkıldı. Projesine göre 140 km/saat rüzgara dayanıklı olmalıydı fakat köprü rüzgarın etkisiyle önce 0.6 Hz frekansla 0.5 metre yukarı-aşağı salınım yapmaya başladı. Ardından 0.2 Hz lik burulmaya yapmaya başladı. Burulma esnasında sağ kenar ve sol kenar arasındaki kot farkı 8.5 metreyi buluyordu. Rüzgar etkisinde giderek şiddetlenen salınımların frekansı köprünün öz frekansı ile çakıştı ve köprü daha fazla dayanamayarak orta açıklığından çöktü.
Dramatik Çöküş Herkesi Sersemletti…
Tacoma Narrows Köprüsü’nün dramatik çöküşü herkesi, özellikle mühendisleri sersemletti. En gelişmiş tasarıma sahip en “modern” asma köprü, nispeten hafif bir rüzgarda nasıl yıkıcı bir başarısızlığa maruz kalabilir? Washington Eyaleti Federal İşler İdaresi’nin bu sorunun cevabını bulmak için oluşturduğu panelin sunduğu raporda köprünün başarısız olmasının nedeni “çalkantılı rüzgarın rastgele hareketi” olarak belirtildi. Bu belirsiz açıklama, asma köprülerdeki rüzgar kaynaklı hareket olgusunu anlama girişimlerinin başlangıcıydı.
Tacoma Narrows Köprüsü’nün 7 Kasım 1940’ta çöküşü “sapma teorisinin” sınırlarını ortaya çıkardı. Artık mühendisler, asma köprülerin sadece hareketli araçların oluşturacağı gerilmeye ve rüzgarın “küçük” etkisine karşı sertleştirilmesi gerektiğine inanmıyordu. Yaşanılan bu olay köprü mühendislerine salınım hareketlerinin köprüleri nasıl şekillendireceğini öğretti ve rezonans olayının köprülerdeki en güzel örneğini gözler önüne serdi. Tacoma Narrows Köprüsü’nün başarısız olmasından bu yana geçen yıllar boyunca köprü mühendisleri aerodinamik olarak düzenlenmiş, burulma hareketine veya her ikisine karşı sertleştirilmiş asma köprüler tasarladı. Dünyada birçok ülkede “rüzgar tüneli” testleri zorunlu hale getirildi. Yaşanan bu örnek sadece bu konuda değil tüm mühendislik alanlarında hatta hayatın her alanında kontrol ve analizlerin önemi açısından bir ders oldu. Aslında Tacoma Narrows Köprüsü’nün bu devrim niteliğinde öğrettiği dersleri düşündüğümüzde akıllara bir soru geliyor. Dramatik Tacoma Narrows Hikayesi acaba bir BAŞARISIZLIK MI yoksa BAŞARI MI?
Teknik konular hakkında daha fazla yazıya ulaşmak isterseniz buraya tıklayabilirsiniz…
Burak AVCI
