Sistem Mühendisliği Bölümü
Battelle Memorial Inst.
Columbus, Ohio
1956 Federal Yardım Karayolu Yasası, 48 eyaleti dünyada şimdiye kadar herhangi bir yerde üstlenilmiş en büyük kamu işleri programlarından birine dâhil etmiştir. Önümüzdeki 10 ila 15 yıl içinde, büyük ölçüde ihtiyaç duyulan cadde ve otoyolların inşası için 100 milyar doların üzerinde harcama yapılacaktır. Böylesi bir çaba; malzeme, insan gücü, idari yetenekler ve teknik bilgi birikimi ile finansman açısından ülkemizin kaynakları üzerinde büyük talepler oluşturacaktır.
Bu programın gerektirdiği çaba hızı, karayolu inşaat endüstrisinin mevcut kapasitesinden çok daha yüksek olacaktır. Bu zorluğun üstesinden gelmek için, araştırma ve geliştirme alanında çalışan mühendisler ve bilim insanları, planlanan hedeflere ulaşmak amacıyla çaba hızının yükseltilmesine yardımcı olmak üzere göreve çağrılacaktır. Teknologlar bunu, otoyollarda kullanılacak daha iyi malzemeler ve bunları inşa etmek için daha iyi ekipmanlar geliştirerek yapacaktır. Geliştirilmiş ekipmanlar, karayolu inşaat endüstrisinin, insan gücünde nispeten çok daha küçük bir artışla yol yapma kapasitesini artırmasını şimdiden mümkün kılmıştır.
Bu program kapsamında 100 milyar doların harcanması, elbette, yerinde 100 milyar dolarlık yol anlamına gelmeyecektir. Gerçekte, bu paranın büyük bir kısmı kamulaştırma için harcanacaktır. Ayrıca, otoyolların fiili inşasından önce başka büyük harcamaların yapılması gerekmektedir. Bunlar arasında arazinin hava ya da yer yöntemleriyle ölçülmesi, nihai tasarımlara götüren ön yol tasarımlarının yapılması, gerekli köprü ve üstgeçitlerin sayısı ile türlerinin belirlenmesi, bu köprülerin tasarlanması ve benzeri işlemler yer almaktadır. Bu son maliyetler, karayollarının tasarımında inşaat mühendisleri tarafından harcanacak çabayı temsil eder. Modern süper otoyollar, öngörülen trafik yüklerinin dayattığı çok sayıda katı koşulu karşılamak için muazzam bir mühendislik çalışması gerektirir.
Personel açısından en büyük eksiklik, karayollarını ve köprüleri ölçen ve tasarlayan mühendisler arasında hissedilecektir. Günümüzde mühendisler büyük talep görmektedir ve karayolu endüstrisi hizmetleri için rekabet etmektedir. Endüstri gereksinimlerini karşılamakta zorlanacaktır; ancak standartların altında mühendislikle idare etmeye çalışmak sahte bir tasarruf olur. Bu eksikliğin üstesinden gelmek için, karayolu mühendislerinin mühendislik dışı görevlerden kurtarılması ve yinelenen çalışmaların ortadan kaldırılması gerekecektir.
Bu amaçla, Kamu Yolları Bürosu Operasyonlar Ofisi Geliştirme Bölümü Başkanı H. A. Radzikowski, elektronik bilgisayarların kullanımı yoluyla karayolu mühendisliğinde verimliliğin artırılmasını teşvik etmede önemli rol oynamıştır. Bu, Federal Karayolu Programı’nın tüm “Büyük Planı”nın zaman çizelgesine uyum sağlama yönünde atılan en önemli adım olmuştur. Elektronik bilgisayarların karayolu mühendisliği sorunlarına uygulanmasının, bu programı kurtarmanın en önemli yollarından biri olduğuna dair kanıtlar bulunmaktadır. Şu anda karşı karşıya olduğumuz eğitimli karayolu mühendisi eksikliği devam edecektir ve elektronik bilgisayarlar, mühendisleri son derece zaman alıcı ve maliyetli olan yorucu hesaplamalar ile mühendislik dışı sorumluluklardan kurtarma yeteneğine sahiptir.
Karayolu inşaat programı başlamadan önce, arazi hava ya da yer yöntemleriyle ölçülmeli ve güzergâh konumları seçilmelidir. Bu bilgilere dayanarak kamulaştırma alımları yapılır. Karayolu mühendisleri yolları tasarlar, kazı ve dolgu miktarlarını belirler ve ardından eniyileme için yeniden tasarım yapar. Modern otoyollar geçmişte olduğu gibi araziyi takip edemez. Daha geniş, daha düz ve daha doğrusal olmak zorundadırlar. Bu da demiryolları, nehirler ve diğer otoyollar üzerinden daha fazla köprü yapılacağı anlamına gelir.
İnşaat maliyetlerini düşük tutmak için, kazı ve dolgu kütle diyagramlarının daha iyi dengelenmesi gerekir. Köprü tasarımında, yapıların en düşük maliyetle istenen teknik şartnameleri karşılayacağından emin olmak için gerilme analizleri yapılmalıdır. Tamamlanan tasarımlar, köprülerin yapımında kullanılan her kalem için bir malzeme listesi sunmalıdır. Gerekli kiriş sayısının, bunların boyut ve ağırlıklarının ve tam olarak nereye yerleştirileceklerinin belirlenmesi gerekir. Bunlar, elektronik bilgisayarların gerçekleştirebildiği muazzam miktarda hesaplama gerektiren mühendislik problemlerinden yalnızca bazılarıdır.
Birçok danışmanlık mühendislik şirketi elektronik bilgisayarların yeteneklerinin farkına varmış ve bunlardan yararlanmak istemektedir. Ancak bunun nasıl başarılacağı pek çok şirket için tam olarak açık değildir. Endüstri genelinde eşgüdümlü bir plan bulunmadığından, bu görevleri otomatik bilgisayarlara yaptırmak için bireysel programlar hazırlanmasında büyük miktarda çaba boşa harcanmaktadır. Eski ölçütlere göre bu bir ilerlemedir ve zaman ile karayolu mühendisliği çabasından tasarruf sağlar. Ancak çok fazla durumda, bu programlar onları geliştiren şirketin özel mülkiyeti hâline gelmekte ve diğer şirketler kendi kullanımları için bu çabayı yinelemek zorunda kalmaktadır.
Ciddi bir sorun da, geliştirilen programların çoğu zaman genel kullanıma yetecek kadar esnek olmaması ve problemden probleme değişen farklılıkları ele alamamasıdır. Eşgüdümlü ve iyi planlanmış bir çaba, tüm karayolu mühendislerinin otomatik elektronik hesaplamaları kullanarak sorunlarını kolayca çözebilecekleri araçları ortaya koyabilir.
Bu tür bir çabadan yarar sağlayabilecek Eyalet Karayolları Daireleri ve karayolu mühendisliği danışmanlık şirketleri, bunun potansiyelini kavramalıdır. Elektronik bilgisayarların, karayolu ve köprü tasarımlarındaki toplam çabalarına tam olarak hangi yollarla katkıda bulunabileceğini bilmeleri gerekir. Bu çabaya yardımcı olmak üzere Battelle, Otomatik Bilgisayarların Karayolu Mühendisliği Uygulamaları üzerine iki çalıştay düzenlemiştir; ilki Eylül 1956’da, ikincisi ise Şubat 1957’de yapılmıştır.
Çalıştayların nasıl karşılandığı son derece öğreticidir. New Hampshire’dan Kaliforniya’ya kadar uzanan, hem Eyalet Karayolları Dairelerini hem de danışman mühendisleri temsil eden mühendisler çalıştaylara katılmıştır. İlgi alanları; fotogrametri, kazı ve dolgu hesapları, yol tasarımları, gerilme analizi, köprü tasarımı geometrisi ve trafik etütleri dâhil olmak üzere karayolu mühendisliğinin birçok aşamasını kapsamıştır. Bu çalıştaylarda mühendisler, diğer şeylerin yanı sıra, bilgisayarlar için en uygun problem türlerini ve çözümlerinin elde edilmesinde kullanılabilecek teknikleri öğrenmişlerdir.
Ayrıca bilgisayarların en temel kavramlarından birini öğrenmişlerdir: Bir problem ya da bir problemin herhangi bir bölümü bir kez programlandıktan sonra, yeniden programlanmak zorunda değildir. Bilgisayarlarla ilgili bu tek gerçek, yinelenen çabaları azaltabilir ve tüm programın hızlanmasına yardımcı olabilir. Bu kavramın, araştırma için en verimli alanı sunduğu görülmektedir.
Koordineli bir araştırma programının başlatılması, bu ilkenin yararlarını hayata geçirebilir ve böylece karayolu mühendisliğinde bilgisayar kullanımının teknik düzeyini ileri taşıyabilir. Böyle bir program, karayolu mühendislerinin karşılaştığı tüm sorunların ayrıntılı biçimde incelenmesiyle başlayabilir. Bu sorunlar daha sonra sağlam mühendislik ilkeleri, matematiksel gösterimler ve mevcut uygulamalar ile gereksinimler açısından tanımlanabilir. Bunlar arasından yalnızca bilgisayarlarla çözülebilecek sorunlar daha ileri inceleme için seçilecektir.
Bu aşamada araştırma farklı bir görünüm kazanacaktır. İlgili matematiğin ayrıntılı bir incelemesi yapılacak, çözümler için sayısal yöntemler ve teknikler kurulabilecektir. Bu tamamlandıktan sonra, bu sorunlara çözüm elde etmek için kullanılan analitik yöntemleri ifade edecek bir dil geliştirilebilecektir. Bu dil, karayolu mühendislerine tanıdık olan terminolojiyi kullanacaktır. Böyle bir dilin çeşitli ifadelerini bilgisayar terimlerine çevirmek, bilgisayar rutinleri ve alt rutinlerinin yazılmasını gerektirecektir.
Bunlar, karayolu mühendisliği görevleri için gerekli işlemleri bilgisayar dilinde ifade edecektir. Rutinler öyle olacaktır ki, yeni dilde yapılacak basit bir ifade, o ifadenin tüm sonuçlarını kapsayan bir program üretecek bir bilgisayar çalıştırmasına karşılık gelecektir.
Örneğin, sürekli kiriş analizinde, inşaat mühendisi mesnet momentlerinin büyüklüklerini elde etmek için sıklıkla moment-dağıtım tekniğine başvurur. Profesör Hardy Cross, ardışık yaklaştırmalarla bir moment dağıtımı yöntemi geliştirmiştir. Bu yöntem, tüm mesnetlerde sıfır eğim varsayar ve sabit uç momentlerini belirler. Bu durum denge ilkelerini zorunlu olarak sağlamaz. Çeşitli mesnetlerde dengesiz momentler bulunabilir ve kirişi dengelemek, bu dengesiz momentlerin dağıtım katsayılarına göre dağıtılmasını gerektirir. Bu süreç denge sağlanana kadar tekrarlanır.
Hardy Cross moment dağıtımı yönteminin tamamı, tüm parametrelerin problem girdisiyle tanımlanacağı şekilde programlanabilir. Bu kurulduktan sonra, bir programcı yalnızca Hardy Cross yöntemine atıfta bulunarak kendi özel probleminin parametrelerini belirtir ve problemin bu aşamasına ilişkin tüm program bilgisayar tarafından adım adım otomatik olarak yazılır.
Karayolu mühendisliği hesaplamalarında sıkça kullanılan, aritmetik işlemlerin temelde farklı tüm dizileri için alt programlar yazılmış olsaydı, programlama yalnızca bu alt programları çağıran bağlantı ifadelerinden ibaret olurdu. Bu bağlantı ifadeleri bir "derleyici" dili oluşturur ve karayolu mühendislerine tanıdık bir dilde yapılabilir. Bu teknik, karayolu mühendisliği problemlerinin bilgisayarlar için programlanmasındaki temel çabayı çözecektir.
Karayolu mühendisliği çalışmaları için bir derleyici bir kez kurulduğunda, tüm programlar bu dilde yazılabilir. Kolayca, hızlıca ve doğru biçimde yazılacaklardır. Böyle bir planla federal karayolu programı elektronik bilgisayarları verimli biçimde kullanabilir. Kamu Yolları Bürosu’nun öncülüğünde böyle bir planın kurulması tamamen mümkün ve arzu edilir olacaktır. 48 eyaletteki eyalet karayolu daireleri ile bu programda görev alan danışman mühendisler, planı kendi alanlarında kullanabilirler.