Köprü (Yapı)

Köprü, nehir ve vadi gibi geçilmesi güç bir engelin iki kıyısını bağlayan bir yapı

Tarih

Genellikle ormanlı bölgelerde ilk köprüler bir veya daha fazla ahşap kütüğün uzatılmasıyla meydana getirilmiştir Tropikal bölgelerde ise lifli bitkiler bir araya getirilerek asma köprüler inşa edilmiştir Genellikle lifli asma ağaçları bu maksatla dünyanın çeşitli yerlerinde kullanılmıştır Taşlı bölgelerde ise, ara ara taşlar yığılarak köprü ayakları yapılmıştır Daha sonra bu ayaklar birleştirilmiştir

İlk köprülerin Çin'de yapıldığı, oradan Hindistan'a yayıldığı tahmin edilmektedir Arada ayaklar yaparak birden fazla açıklıklı köprüler inşa edilmiştir MÖ 4000'de Mezopotamya'da ve MÖ 3000 yıllarında Mısır'da ilk kemere benzer köprülere rastlanmaktadır Kemer köprü sisteminde yükler kemerler tarafından alınır ve yönü değiştirilerek basınç kuvveti olarak kemer boyunca nakledilir ve köprü ayaklarında zemine verilir O zamandan beri kemer köprü şekli klasik köprü tipi olarak kalmıştır Kemer tipi eski Mısırlılar tarafından bilinmekteyse de yapı sistemi olarak kullanılmamıştır Kemer sistemi, anahtar taşı olmaksızın kendi kendini taşıyan bir yapı türü değildir Eski Yunanlılar kemer şeklini bilmelerine rağmen bunu yapılarda kullanmamışlar mimaride ilerlemelerine rağmen ancak birkaç köprü inşa etmişlerdir Sebebi ise ticarette daha çok deniz yolunu kullanmalarıdır Gerçek taş örme köprü, ekonomik ve dayanıklıdır Küçük nehirleri orta ayaklar kullanarak geçmek mümkündür Bu tür şekil, yaygın olarak Çinliler ve Romalılar tarafından kullanılmıştır Romalıların yaptıkları köprülerin ilki ahşap olup, tarihi MÖ 621'e kadar uzanır MÖ 200 civarında taş köprülerin inşası başladıysa da, ahşap olanlara da devam edilmiştir Taş olanlardan günümüze kadar gelenler de mevcuttur Genellikle yarı dairevi kemerler kullanmışlardır Sayıları yedi-sekize varan taş blokların kullanıldığı olmuştur Taşlar birbirlerine harçsız oturtulmuş olup, ayaklar çok rijit olarak yapılmıştır Bu sebepten herhangi bir açıklığın çökmesinin komşu açıklıklara zararı olmaz Özellikle nehir ortasında yapılan köprü ayaklarına itina göstermişlerdir Orta ayakların inşası sırasında bitişik kazıklar çakarak, su ve zemini, sağlam zemin buluncaya kadar boşaltmışlar, ayağı daha sonra inşa etmişlerdir Romalılar ayrıca vadileri aşmak için inşa ettikleri köprüleriyle de meşhurlardır

Roma İmparatorluğunun çöküşü ile köprü inşaatında bir duraklama görülür Ancak 13 asırda taş kemer köprü inşası Avrupa yanında Orta Doğu'da ve Çin'de yaygınlaşmıştır Kemerler, Romalılara nisbetle daha basık inşa edilmiştir Ancak inşa tarzı daha az itinalı yapılmıştı Rönesans ile köprü mühendisliğinde sınırlı bir gelişme kaydedilmiş fakat daha çok süsleme tarafı ağır basmıştır Ancak teorik bir gelişme Andrea Palladio tarafından Leonardo da Vinci'nin gerilme prensibini pratik hale getirmesiyle elde edilmiştir Bu teknik, kısa ahşap elemanların kafes sistem meydana getirecek şekilde kullanılarak büyük açıklıkların geçilmesini mümkün kılmıştır

1747'de Fransa'da Ecole des Ponts et Chaussées ilk mühendis mektebi olarak kurulmuştur Bu okulda teorik bilgiler, tecrübe ile elde edilenlerle beraber verilmiştir 1750'de ilk ahşap kafes sistem köprü İsviçre'de ve ilk demir köprü de 1779'da İngiltere'de inşa edilmiştir 19 yüzyılda ise köprü inşasında önemli ilerleme kaydedilmiştir


Köprülerin çeşitleri

Ahşap köprüler
1800'lerde yapılan ahşap köprüler daha çok sanatkarlar tarafından inşa edilmiştir Kafes sistem türünden taşıyıcı sisteme önem verilmiştir Ayrıca kemer türünden ahşap taşıyıcı sisteme de ahşap köprülerde rastlanır Kafes sistem köprülerde alt başlık çekme geçirilmelerine maruzken, üst boşluk basınç gerilmeleri taşırlar Köşegen türünden olanlar ise kesme kuvvetine karşı koyarlar Daha sonra ahşap köprülerde demir çubuklar kullanılmıştır Ancak 1870'den sonra bakımının masraflı olması dolayısıyla ve modern trafik yüklerine karşı yeterince mukavim olmamasından yavaş yavaş terk edilmiştir

Demir ve çelik köprüler
On dokuzuncu yüzyılda bu tür köprülerde önemli ilerlemeler yapıldı Önceleri taş ve ahşap köprü yapım tekniğine uygun demir ve çelik köprüler yapılmışsa da, daha sonra bu tür malzemenin kendine has imkanlarının olduğu anlaşılmıştır

Bu köprülerin bir türü olan asma köprülerde, köprü tabliyesi, iki ayağa bağlı çelik halatlara asılı olarak taşınır Diğer bir tür de kafes taşıyıcı sistemi olan çelik köprülerdir Bunların özelliği yüksek titreşimlere mukavim olmalarıdır

Modern köprüler
Çeliğin ucuzlaması bunun daha yaygın kullanılmasını sağlamıştır Ayrıca kaynak tekniğinin ilerlemesi daha sağlam birleşme yerlerinin yapımını sağlamıştır Çeliğin mukavemetinin yüksekliğinden dolayı, taşıdığı yükün ağırlığına oranı yüksektir Değişik çelik alaşımlarının kullanılması çelik köprülerin mukavemetinin daha yüksek ve dış tesirlere daha dayanıklı olmasını sağlamıştır Her ne kadar alüminyum kullanılmasıyla, daha hafif köprüler elde edilebilirse de pahalı olması bunların yaygınlaşmasını önlemiştir Ancak daha sonra betonarme yapı türünün gelişmesi ve 1950'lerden sonra öngerilmeli betonun uygulanmağa başlanması, köprü inşaatında önemli adımların atılmasına yol açmıştır Köprü inşaatında önemli gelişmeleri ayrıca matematiksel ve deneysel araştırmalar, bilgisayar kullanımı hızlandırmıştır Bu tür metodları kullanarak, mühendisler statik ve dinamik yükler altında köprüde ortaya çıkacak gerilmeleri daha kesin elde edebilecek duruma gelmişlerdir Bu suretle daha büyük açıklıkların daha narin köprülerle geçilmesi mümkün olmuştur

Betonarme köprüler
İlk betonarme köprüler taş köprülere benzer şekilde inşa edilmiştir Ancak 20 yüzyılda bu tür malzemenin kendisine has özelliği fark edilmiş ve farklı yapım türü geliştirilmiştir Özellikle kemer köprülerin daha narin yapılabilmesine imkan vermiştir Yol, bu kemerin üstünde, kemerle düşey kolonlarla bağlı olabileceği gibi, altta kemere asılı da düzenlenebilir Genellikle büyük açıklıklı betonarme kemer köprüler, üç açıklıdır

Öngerilmeli beton köprüler
1940'larda öngerilmeli betonun gelişmesiyle, betonun düşük çekme gerilmesi mahzuru önlenmiştir Öngerilme, köprülere beton dökümünden önce gerilen ve betonun dökülmesi ve sertleşmesinden sonra serbest bırakılan çelik çubuklarla verilebilir Diğer bir tür öngerilme verme şekli de betonun dökülüp sertleştikten sonra, yerleştirilen öngerilme kablolarına kuvvet tatbik edip bunun uçlarından ankre edilmesidir Öngerilmede, betonun yüksek basınç mukavemeti, çeliğin yüksek çekme mukavemetiyle birleştirilmektedir İlk öngerilmeli beton köprüler 1936'da Almanya'da ve daha sonra Fransa'da yapılmıştır

Çelik köprüler

Kiriş köprüler
En yaygın köprü şekli olup, kısa ile orta açıklıklarda uygulanır Basit ve ekonomik oluşu, tercih sebebidir Karayolu köprülerinde I şeklindeki çelik kirişler mesnetler arasına yerleştirilir Daha sonra üstüne 20 santimetre betonarme plak dökülür Demiryolu köprülerinde ise demiryolu boyunca kirişlere konulan enlemlere mesnetlendirilir Kiriş köprüler tek açıklıklı olabileceği gibi, sürekli kiriş şeklinde çok açıklıklı da olabilir Kaynaklı olabildiği gibi perçinli de yapılabilir Büyük açıklıklar için, mesnetlerden gelen kablolar açıklık boyunca tabliyenin taşıyıcılığını arttırırlar Kiriş, bir yüzü yola gelmek üzere kutu kesitli olarak da tertiplenebilir Düşey çelik plaklar kutu kesitine kaynaklanarak, köprünün taşıyıcılığı arttırılır

Kafes kiriş köprüler
Tek açıklıklı kafes kiriş köprülerde açıklık ortalarında yükseklik arttırılarak daha uygun taşıyıcılık elde edilir Bu suretle malzeme ekonomik şekilde kullanılmış olur Kafes kiriş köprüler sürekli de yapılabilir Bunların yükseklikleri mesnet bölgesinde de büyüktür Bu tür köprüler diğer tür köprü şekilleriyle beraber de kullanılabilir Kafes kiriş, kemer şeklinde olabildiği gibi konsol olarak da düzenlenebilir Asma köprülerde tabliye, kafes kiriş türünden de tertip edilebilir

Konsol kiriş köprüler
Bu, çeşitli şekillerde olabilir Mesela, uç mesneti yakın mesnete birleştiren kiriş konsol olarak diğer açıklığa doğru uzayabilir Bu şekilde köprü kirişi ilaveten ara mesnetteki kuleye de asılabilir Konsol kirişin tam uç noktası serbest olduğundan küçük çökmelere ve dönmelere müsaade edebilir Genellikle kirişin yüksekliği değişkendir Mesned üstünde büyük yüksekliğe sahib olur Dünyanın en uzun çelik konsol kirişi Kanada'da Quebec demiryolu üzerinde olup 549 metrekarelik bir açıklık geçilmektedir 1900'de inşaatına başlanan köprünün yapımı sırasında iki defa kaza olmuş ve köprü 1917'de tamamlanabilmiştir

Kemer köprüler
Kemer köprülerin en masif olanı mesnetlere bağlı olanıdır Mesnetler dönebilecek şekilde, mafsallı olarak düzenlenebildiği gibi bazı köprülerde tam tepe noktasında dönmelere müsaade edilebilir Bunlar daha az masiftirler Bu tür köprülerde yol köprü üzerinde olabilir ve yük basınç elemanlarıyla kemere verilir Yol köprünün altından da geçebilir Bu halde yolun yükü çekme taşıyan elemanlarla köprüye iletilir Bazı durumlarda yolun seviyesi kemerin üzerinden de geçebilir Eğer mesnet zemini, sağlam değilse, mesnetler birbirine bağlanabilir Kemerler genellikle basınç taşıdıklarından burkulmaya karşı da korunmaları gerekir Dünyanın en uzun kemer köprüsü New York'ta 1931'de inşa edilen 504 m açıklıklı Bayonne Köprüsü'dür

Asma köprüler
Yirminci yüzyılda uzun açıklıklar için asma köprüler yaygınlaşmıştır Bunlar kablo, kule ve ankraj olmak üzere üç elemanla belirlenir Kablolar, köprünün tabliyesini taşıyan yüksek mukavemetli çelik tellerden ibarettir Genellikle kablolar helisel şekildedir, bu suretle daha kolay imal edilirler Köprünün kulelerine kablolar bağlanır ve bunlar köprünün tabliyesine mesnetlik teşkil ederler Bunlar genel olarak çelik taşıyıcılardır, ancak betonarme de olabilirler Kabloların bir uçları büyük bloklara bağlanır İstanbul Boğazı üstünde uzunlukları bakımından dünyadaki emsalleri arasında başlarda yer alan Boğaziçi (1074 m) ve Fatih Sultan Mehmed (1090 m), Asma köprülerimiz meşhurdur (Bkz Boğaziçi ve Fatih Sultan Mehmet köprüsü)

Hareketli köprüler
Hareketli köprüler, gemi ve büyük deniz vasıtalarına geçit verirler Özellikle gerekli yükseklikte sabit köprü yapımı pahalı veya mümkün değilse bu tür köprü tercih edilir Hareketi için ilave düzenlerin projelendirilmesi gerektiğinden, genellikle görünüşleri zarif değildir

Terazi tipinden hareketli köprüler, tür olarak çekilen orta çağ köprülerine benzerler Hareket sırasında bir uç sabit kalırken, diğer uç kaldırılır Bunun tanınmış örneği 1894'ten kalan Londra'daki Tower Köprüsü'dür Bazı köprülerde ise hareket, düşey eksen etrafında dönme ile sağlanır Bunların açılıp kapanmaları zaman alırsa da her türlü geçişe uygundur

Değişik bir hareket köprünün bir parçasının tamamen düşey hareket edebilmesini sağlamakla elde edilebilir Diğer türlere nazaran daha ucuz olarak inşa edilebilirler ve hareket için daha az güce ihtiyaç gösterirler

Köprünün hareketi, yatay hareketle de gerçekleştirilebilir Ancak köprünün içeri çekilmesi için büyük yere ihtiyaç olması mahzurludur Bunun bir örneği geçmiş dönemde İstanbul'daki Mecidiye (Galata) Köprüsüdür

Askeri köprüler
Bunların özellikleri hareketli, kolay ve hızla kurulabilen türden olmalarıdır Askeri köprüler genellikle yüzen orta ayakların üzerine mesnetlendirilirler Her açıklık parçası hareket edebilir Ancak amaçları itibariyle geçici olarak inşa edilirler Bu tür ilk köprüyü MÖ 537'de Mezopotamya'da Persler yapmışlardır Bu tür köprülerin diğer bir mahzuru her açıklığın kendi başına çalışmasıdır Bunun sonucu bir açıklığın fazla yüklenmesi, diğer açıklıklar ona yardım edemeyeceği için, çökme ile sonuçlanır Diğer bir çeşit askeri köprü, yol tabliyesinin ahşap bloklar üzerine mesnetlendirilmesiyle inşa edilir Askeri kiriş köprüler, prefabrike çelik ve alüminyum elemanların yan yana getirilip monte edilmesiyle inşa edilir

Köprü projelendirilmesi ve inşaası

İlk adım köprünün gerekli olup olmadığını belirlemektir İşin bu kısmı ekonomik olarak neticelendirilir Daha sonra ilgili sahanın kamulaştırılması gerekir Bu adımda mühendislik çalışmaları başlar Arazinin topografik haritası çıkarılır, temel sondajları yapılır Bundan sonraki adım, köprü tipinin seçilmesidir Köprü tipi; yerine, amacına, açıklığına, kullanılacak malzemeye ve çevre ile uyumuna bağlı olarak seçilir Ekonomik olması yönünden, kiriş köprüler 6-300 m; kemer köprüler 60-300 m; kafes sistem köprüler 60-450 m; konsol köprüler 150-550 m ve asma köprüler 300-1500 m arasında tercih edilir

Köprünün projelendirilmesinde dış kuvvetlerin yapıya olan tesirleri inceden inceye analiz edilir Dış yükler, köprü ağırlığı gibi statik yükler olabildiği gibi, trafik yükü gibi dinamik de olabilir Dinamik yükler ağırlık bakımından önemli olmasalar bile, meydana getirecekleri titreşim yönünden önemlidirler Rüzgar yükü de bu yönden mühimdir Özellikle dikkat isteyen bir nokta da, köprü ayaklarının inşasıdır Ağır yük taşıdıkları gibi, akıntıya, dalga ve buz hareketine karşı dururlar Köprülerin projelendirilmesinde bilgisayarlar her geçen gün daha önemli olmaktadırlar Köprünün çeşitli yükler altındaki analizi bilgisayar ile yapıldığı gibi, model deneyleri de yapılabilir

Köprü temellerinin inşaası, üst yapısı kadar pahalı olabilir En önemli zorluk temelin su içinde yapılmasıdır En eski metodlardan biri köprü ayağı kadar bir yeri kazıklarla çevirip suyunu boşaltıp, temelin inşaasıdır Diğer bir inşa tarzı da altı açık bir kutunun temel zeminine indirilip, basınçlı hava ile suyun itilip, temelin yapılmasıdır Köprü ayağı, çakılan kazıklar üzerine de oturtulabilir

Köprü ayaklarının inşaası bittikten sonra iş üst yapının yapılmasına gelir Bu özellikle köprünün tipine bağlıdır İskele yapılarak köprü iskele üzerine inşa edilir, sonra iskele kaldırılır İskelenin yapılmasının mümkün olmadığı durumlarda ikinici bir yöntem de köprü parçalarının yüzdürülerek getirilip, daha sonra monte edilmeleridir Özellikle konsol köprülerde, köprü adım adım inşaa edilerek ilerler Yeni kısımlar, eski kısımlara taşıttırılır Kafes sistem köprülerde ise, köprü karada inşa edilir Daha sonra diğer kıyıya sürülür Asma köprülerde ise inşaa, ayaklardan başlar, ortaya doğru asma kabloya bağlı olarak ilerler Yöntem ne olursa olsun köprünün inşaa edilmesi sırasında emniyetin sağlanması çok önemlidir