Çökme Etkisi (Squat Effect)

Bir gemi sığ sulara girdiğinde, altındaki derinlik azaldıkça geminin hareketi sonucu yer değiştirmek zorunda kalan su kütlesi, geminin altından geçmekte zorlanır. Şekil 1’de görüleceği gibi, rıhtıma trimsiz olarak gelen bir gemi ileri doğru hareket etmeye çalıştıkça, yer değiştiren sular baş bodoslamanın altından çok dar bir alanda daha hızlı hareket etmek zorunda kalır. Geminin hareket edebilmesi için yer değiştirmesi gerekli olan su miktarı aynı olduğuna göre, gemi hareketine devam ettiği müddetçe alan ne kadar daralırsa su hareketi de o oranda hızlanır. Bu durumda geminin altında, özellikle baş tarafında bir alçak basınç alanı oluşur ve gemi uzunluğu boyunca, baş tarafta daha fazla miktarda olmak üzere bir miktar batar. Biz bu etkiyi “Çökme Etkisi (Squat Effect)” olarak tanımlıyoruz.

Yukarıda anlattığımız durumda gemi hem bir miktar daha suya batar hem de başa trimlenir. Gemilerin bu etkiyi dikkate alarak, mümkünse limanlara bir miktar kıç trimle gelmelerinde manevranın güvenliği açısından fayda vardır. Ancak limanın draft limiti ve alınan azami yüke bağlı olarak gemi rıhtıma trimsiz olarak varıyorsa, manevra sırasında hızı mümkün olduğunca kontrol altında tutmak gerekir. “Çökme Etkisi” gemi hızının karesiyle doğru orantılı olarak arttığı için hızı kontrol edebilmek çok önem taşır.

Bunun sonucunda oluşan diğer bir olumsuz etki ise dönüş ekseninin geminin kıçına doğru kayarak dümen dinleme kabiliyetini azaltmasıdır. Bu yüzden sığ su etkisine giren gemilerin rotasını kontrol etmek oldukça zorlaşır ve dikkat ister. Gemi sancak veya iskeleye kaçtığında daha yüksek açılarla dümen kullanmak gerekir. Ancak dikkat edilmesi gereken nokta, geminin bu kez de diğer tarafa dönme eğilimine girebileceğidir. Limana hatırı sayılır bir kıç trimle gelen bazı gemilerin ise pervane suyunun basıncı düşürücü ilave etkisiyle kıç taraftan oturdukları saptanmıştır.

Tüm bu anlatılanların sonucu olarak; şartlar izin verdiği oranda gemilerin limana makul, fakat çok fazla olmayan bir kıç trimle gelmelerinde manevra emniyeti açısından fayda vardır.

Gemilerin çökme etkisinin baş tarafta mı, yoksa kıç tarafta mı daha fazla olduğunu anlamamıza yarayan bazı pratik hesaplamalar vardır. Bu formüllerden en bilineni “Froude Bağıntısı” olarak adlandırılan formüldür. Geminin derin suda yapabildiği deniz mili cinsinden süratinin, gemi boyunun kadem (feet) cinsinden değerinin kareköküne bölünmesiyle elde edilen q katsayısı bize bazı kıyaslamalar yapma imkânı verir.

Froude Bağıntısı

q=Deniz sürati (mil) / Karekök gemi boyu (feet)

Bu katsayının değerini bulduktan sonra:

• q < 1 ise gemi baş taraftan fazla çöker.

• q = 1.2 ise gemi paralel çöker.

• q > 1.3 ise gemi kıç taraftan fazla çöker.

Şekil 1: Çökme etkisi sonucu azalan dümen tutma kabiliyeti

Gemilerin hareket ederken yer değiştirmesine neden oldukları su kütlesi, "gemi dalgası" adı verilen bir su hareketi oluşturur. Gemi sığ sulara girdikçe gemi dalgasının yüksekliği artar ve dalga çukuru da derinleşerek geminin yüzerliği üzerinde negatif bir etki oluşturur (Şekil 2).

Bu etki, geminin altındaki hızlanan su hareketi nedeniyle oluşan alçak basıncın neden olduğu batma miktarını artırır. Bu etkiyi ayrı bir unsur olarak değil, çökme etkisini oluşturan etkenlerden biri olarak ele alıyoruz.

Şekil 2: Derin su ve sığ su dalga formu

Yukarıdaki şekilde de görüldüğü gibi bu dalganın belli başlı dört unsuru vardır:

1. Baş bodoslamadaki yüksek basınç nedeniyle oluşan baş dalgası.

2. Geminin orta hattındaki dalga çukuru.

3. Kıç tarafa akan suların oluşturduğu kıç dalgası.

4. Geminin arkasında kalan ardıl dalga.

Dalganın şekli geminin hızına ve teknenin formuna göre değişebilse de yukarıda belirtildiği gibi sığ suda dalga çukuru derinleşip, dalga boyları yükselerek geminin yüzerliğini olumsuz etkiler ve bir miktar batmasına neden olur.

Gemilerin sığ suda çökme etkileri bazı faktörlerle doğrudan ilişkilidir. Sıralayacak olursak:

• Geminin suya göre olan hızı,

• Su derinliğinin gemi draftına oranı,

• Blokaj katsayısı,

• Tekne narinlik katsayısı (Cb),

• Geminin deplasmanı,

• Gemi süratinin artış ivmesi.

Dökme yük gemileri ve büyük tankerler gibi tekne narinlik katsayısı genelde 0.80’den yüksek olan gemiler, çökme etkisine daha çok maruz kalırlar ve genelde baş taraflarından daha çok batarlar. Ancak bir avantajları; genelde GM değerlerinin yüksek olması nedeniyle, yüksek dümen açılarında sancak veya iskeleye kolay kolay yatmamalarıdır. Tekne narinlik katsayısı genelde 0.80’den az olan konteyner gemileri ve yolcu gemileri gibi gemiler ise çökme etkisinden göreceli olarak daha az etkilenirler ve kıçtan daha çok batarlar.

Ancak bunların genelde düşük olan GM değerlerinden ötürü, yüksek dümen açılarının enine itme etkisi nedeniyle bir miktar sancak ve iskeleye yatabilirler ki; bu çoğu zaman maksimum çökme değerlerini de aşan bir rakamdır. Örnek vermek gerekirse; 32 metre eninde bir Panamax gemi, bir derece sancak veya iskeleye yattığında su çekimi yaklaşık 28 cm artar.

Çökme etkisinin gemi hızının karesiyle doğru orantılı olarak arttığına değinmiştik. Hızı iki kat artırdığımızda çökme dört kat artar. Ancak burada bilinmesi gereken, söz konusu hızın suya göre olan hız olduğudur. Bir gemi rıhtımda bağlıyken bile akıntı nedeniyle çökme etkisiyle bir miktar batabilir. Çökme etkisini çok detaylı hesaplayan çeşitli formüller vardır. Ancak pratik olması ve maksimum çökme etkisini vermesi nedeniyle “Brass Formülü” bu konuda oldukça kolaylık sağlar.

Bu formülde tekne narinlik katsayısı, geminin suya göre olan hızının karesiyle çarpılarak yüze bölündüğünde metre olarak çökme miktarı bulunur. Şekil 3’te açıklanan “1. Formül”, Derinlik/Draft (H/D) oranının 1.1 ve 1.2 arasında olduğu sığ sular için bu durumu ifade etmektedir. Gemimiz sığ suda seyir yaparken aynı zamanda blokaj etkisinin söz konusu olduğu bir kanala girerse, çökme etkisi ile meydana gelen batma yukarıdaki formülde hesaplananın iki katı olur.

Bu durum “2. Formül” ile ifade edilmiş ve “1. Formül”e 2 çarpanı ilave edilmiştir. “İkinci Formül”ün şekildeki açıklamasında n katsayısı ile yukarıda bahsedilen blokaj katsayısı belirtilmektedir. Her iki formülde de görüleceği üzere çökme etkisi her zaman hızın karesiyle artmaktadır.

Şekil 3: Brass Formülü

Manevra sırasında çökme etkisi sınırda tutulmak isteniyorsa mutlak surette hızı öncelikle kontrol edebilmek gerekir.

Hızın kademeli olarak artırılması da çökme etkisinin kontrol altına alınabilmesi için çok önemlidir. Örnek vermek gerekirse; gemi sığ sularda seyir yaparken pek ağır yoldan tam yola geçildiğinde, makine devri ve hız yüksek bir ivmeyle artacağından çökme etkisi beklenenin üzerinde olur. Pek ağır yoldan tam yola geçerken yüksek ivmeyle ulaşılan çökme değeri, gemi tam yola ulaşıp istikrar kazandığında oluşan çökme değerinden fazla olur.

Bu nedenle şartlar izin verdiği takdirde hız artışlarını kademeli olarak yapmakta yarar vardır. Gemi pek ağır yoldan tam yola geçirilecekse; sırasıyla ve bir müddet beklenerek ağır yol, yarım yol ve son olarak tam yol komutunu vermekte fayda vardır.

Modern bir konteyner gemisinde yapılan denemede, gemi makineleri pek ağır yoldan direkt olarak yarım yola geçirilmiş ve çökme etkisinin hız artışı sırasında 1.22 metreye kadar yükseldiği gözlemlenmiştir. Gemi yarım yolda istikrar kazandığında ise çökme etkisi 61 cm’ye kadar inmiştir. Şekil 4’teki grafikte geminin açık deniz sığ su ve kanal içerisinde sığ suda seyir yapma şartlarına göre, farklı tekne narinlik katsayılarında hıza bağlı olarak kaç metre çökme etkisine maruz kalacağı verilmiştir. Şekil incelenecek olursa; açık deniz sığ su şartlarında tekne narinlik katsayısı 0.80 olan bir gemi 10 mil hız yaptığında 80 cm batacak, hız 12 mile çıktığında çökme miktarı 1.1 metreye çıkacaktır.

                           Şekil 4: Tekne narinlik katsayısı ve hıza göre çökme miktarı

Çökme etkisinin deniz kazalarında ve olumlu anlamda bazı sınırlamaların aşılmasında nasıl etkin bir rol oynadığına gerçek hayattan çok bilinen iki örnek verelim:

Queen Elizabeth 2 Transatlantiğinin New York Kanalı'nda Karaya Oturması

293.5 metre boyunda, 32 metre genişliğinde ve 66.450,63 Groston ağırlığındaki Queen Elizabeth 2 yolcu gemisi, 7 Ağustos 1992 tarihinde New York Limanı'na yanaşmak için kılavuz kaptan eşliğinde seyir yaparken, saat 21:58 LT civarında Cuttyhunk Adası Feneri'nin 2.2 mil güney-güneybatısında kuvvetli hissedilen bir vibrasyonla beraber iki kere topuk atladı (zemine değdi).

Bu esnada geminin baş su çekimi 10.16 metre, kıç su çekimi ise 9.85 metre idi. Oturmanın gerçekleştiği mevkide ise harita 11.88 metre su derinliği göstermekteydi. Oturmanın sonucunda omurga hattına yakın No. 14 ve 15 tatlı su tanklarının hasar görerek su aldığı, yine tam dolu olmayan No. 10 yakıt tankının ve No. 8, 9 balast tanklarının su ile dolduğu anlaşıldı.

Şekil 5: Queen Elizabeth 2 yolcu gemisi ve oturma sonunda hasarlanan tankları

Halen günümüzde de aynı şekilde devam ettiği üzere; gemi kaptanının elinde, gemisinin su altı şekli ve diğer temel özelliklerine uygun olarak çökme etkisinden ne şekilde etkileneceğine dair yazılı bir doküman veya bilgi yoktu. Bu bilginin yokluğunda kaptan, geminin 30-45 cm civarı çökme etkisi ile draftının artacağını ve kıça trimleneceğini düşünerek seyir planını kılavuz kaptanla istişare ederek yaptı.

Olayın gerçekleştiği zaman diliminde, harita datum derinliğine ilave edilecek 60 cm civarı pozitif gelgit etkisi ve kaptanın kendi hesabına göre 30-45 cm arası geminin ortalama draftını artıracak çökme etkisi ile beraber, gemi ile deniz dibi arasında 2.44 - 2.74 metre arası bir emniyet payının olacağı tahmin edilmişti. Ancak böyle olmadı ve gemi topuk atlayarak ciddi hasar gördü.

Her ne kadar bir Admiralty yayını olan Mariner’s Handbook, bu konuya yer ayırdığı ilgili bölümde; gemiler 10 mil hız yaparken geminin su çekiminin %10’u kadar çökme etkisi olabileceğinden ve geminin kıça trimlenme eğiliminde olacağından bahsediyor olsa da söz konusu gemi olay anında 20 milin üzerinde bir hız yapmaktaydı ve bu yüzden beklenenin üzerinde bir çökme etkisine maruz kaldı.

Yukarıdaki açıklamalarda da belirtildiği gibi; çökme etkisinin hızın karesiyle doğru orantılı olarak arttığı, her zaman göz önünde tutulması gereken bir unsurdur.

MS Oasis of The Seas Yolcu Gemisinin Great Belt Geçişi

1 Kasım 2009 tarihinde, o zamanın en büyük yolcu gemilerinden olan 360 metre uzunluğunda, 47 metre genişliğinde ve 9.30 metre su çekimine sahip MS Oasis of The Seas isimli yolcu gemisinin, Great Belt Boğazı'ndaki köprünün (Storebælt Köprüsü) altından geçebilmesi oldukça riskli bir durum arz etmekteydi.

Şekil 6: Oasis Of The Seas yolcu gemisinin Storebælt Köprüsü geçişi

Bütün katlanabilir bacalar indirildiğinde bile köprü ile geminin arasında ancak 30 cm kadar bir açıklık kalacaktı. Bunun üzerine yetkililer çökme etkisini hesaba katarak, eğer gemi köprünün altından 20 milin üstünde bir hızla geçerse bu açıklığın 30 cm daha artacağını hesap ettiler.

Hazırlıklar yapıldıktan ve çevrede gemi trafiği ile ilgili önlemler de alındıktan sonra gemi, 20 milin üzerinde bir hızla köprünün altından önceden hesaplandığı gibi 60 cm bir açıklıkla geçmeyi başardı.

Saygılarımla,

Kpt. Alpertunga Anıker