demiryolu

birbirine paralel iki çelik raydan
oluşan bir hat üzerinde, kendiliğinden
ya da çekici bir lokomotifin yardımıyla
hareket eden, buden tekerlekli taşıtlarla
gerçekleştirilen kara ulaşımı türü.
Tarihçe. İlk kez 1550’lerde Alsace’taki
Leberthal maden ocaklarında kurulan demiryolu,
16. yüzyılda Avrupa’daki maden
alanlarına yayıldı. 1603’ten başlayarak da
İngiltere’deki ocaklarda kullanıma girdi.
Demiryolu taşımacılığında kanşılaşılan ilk
önemli zorluk olan vagonlann raydan kayarak
çıkması sorunu, budenli tekerleklerin
geliştirilmesiyle aşıldı, böylece vagonların
kendiliklerinden yön kazanmalan da olanaklı
duruma geldi. Önceleri tekerleğin her
iki yanında da budenler bulunuyordu, ama
sonraları yalnızca iç kenan budenli tekerlekler
kullanılmaya başladı. Bir başka ilkel
demiryolu türü de, üzerinde budensiz tekerlekli
vagonların hareket ettiği, iki kenarı
çıkıntılı, köşebent raylardan oluşuyordu.
Böylece vagonlar, hem raylı hatlar üzerinde,
hem de düz yolda kullanılabiliyordu,
ama bu raylarla makas sistemlerinin kurulması son derece güçtü; bu nedenle de
1815’te budenli demiryolu hattı kullanımı
terk edildi.
Maden ocaklarında kullanılan ilk demiryolu
vagonları, insanlar ya da hayvanlar
tarafından çekiliyordu. 1804’te İngiliz mucit
R. Trevithick’in geliştirdiği ilk lokomotif
türünün Galler’deki kömür havzalarında
kullanıma girmesiyle birlikte, modern demiryollarının
temeli atılmış oldu. Ama, o
dönemde yapılan demir rayların lokomotifin
ağırlığı altında kolayca kırılması ve
lokomotif yapımında kullanılan malzemelerin
kalitesizliği ve donanım yetersizliği, bu
tür buharlı çekicilerin kullanımını bir süre
geciktirdi. Çok geçmeden, başta George
Stephenson olmak üzere birçok mucit ve
mühendisin katkılarıyla çok daha sağlam
raylar ve gelişkin lokomotifler yapmak olanaklı
duruma geldi ve böylece demiryolu
taşımacılığı hızla yaygınlaştı. Eylül 1825’te
Stockton-Darlington Demiryolu Şirketi, ilk
ticari amaçlı demiryolu yolcu ve yük taşımacılığını
başlattı. Ardından 1830’da Liverpool-
Manchester Demiryolu kuruldu. Stephenson’m
“Rocket” adını verdiği lokomotifi
geliştirmesiyle de demiryolu çağı başlamış
oldu. 1841’e gelindiğinde İngiltere’de 2.000
km’nin üstünde demiryolu döşenmişti. 19.
yüzyılda hızla gelişen demiryolları, dünya
uluslarının toplumsal ve ekonomik yaşamları
üzerinde son derece etkili bir güç haline
geldi ve birçok teknik ilerlemeye yol açtı.
Avrupa’daki birçok ülke, İngiltere’yi örnek
alarak, iki ray arasındaki açıklığı 1,435 m
olarak saptadı. İspanya ve Portekiz’de 1,68
m olan hat genişliği, Rusya ve Finlandiya’da
1,5 m olarak belirlendi. İngiltere’nin standarthat genişliğini benimseyen ABD’de, ilk
buharlı lokomotifi 1825’te John Stephens
geliştirdi ve aracını New Jersey’deki Hoboken’de
evinin bahçesinde sergiledi. İki yıl
sonra da, ABD’nin ilk demiryolu şirketi
olan Baltimore ve Ohio Demiryolu Şirketi
(B&O), bu lokomotifi kiralayarak kullanmaya
başladı.
Önceleri, hemen tüm lokomotifler buhar
gücüyle çalışıyordu, ama 20. yüzyılın başlarında
elektrik motorları da kullanıma girdi.
Yüzyılın ortalarına doğru çoğu demiryolunda
buharlı lokomotiflerin yerini dizel motorlu
lokomotifler ya da elektrikli trenler
aldı {bak. lokomotif). Yolcu ve yük taşımakta
kullanılan vagonlar da çok çeşitli türlerde
yapıldı. Üstü açık, kenarsız ya da kapalı
türden olabilen yük vagonlarının, sarnıç
vagonu, frigorifik vagonu gibi özel hizmetlerde
kullanılan biçimleri de geliştirildi.
Yolcu vagonlarının ise tek ya da çok yataklı
ya da yataksız türleri üretildi, ayrıca uzun
yolculukta yemek servisi yapan yemek vagonları
kullanıma sokuldu. Adını George
Pullman’dan alan pulman (geriye yatabilen)
koltuklu vagonlar ise 1859’da hizmete girdi
(bak. vagon).
Demiryolu yapımı. Demiryolları genel olarak,
büyük ticaret ve yerleşim merkezlerinin
arasında ve düz bir zemin üstünde doğru
bir hat oluşturacak biçimde döşenir. Ama
uygulamada, çok çeşitli zorluklarla karşılaşılır.
Belirli bir bölgede döşenecek demiryolu
için gerekli güzergâh seçimi, yapım harcamaları
ile yıllık bakım ve işletme giderleri oranlarının
karşılıklı olarak hesaplanmasıyla yapılır.
Bu nedenle, nüfusun yoğun ve sanayinin
gelişkin olduğu bölgelerde inşa edilen demiryollarında,
ağır çalışma koşullan dikkate
alınır, eğimli ya da kıvrımlı güzergâhlar en
aza indirilir, ağır köprülerden yararlanılır
ve kimi zaman da çok hatlı sistemler
kurulur. İngiltere ve Avrupa’daki ana demiryolu
hatlanmn çoğu bu biçimdedir. Yerleşim
birimlerinin çok seyrek dağılım gösterdiğiKuzey ve Güney Amerika ile öteki
ülkelerde ise demiryolu yapımında düşük
maliyet esası göz önünde tutuldu ve bu
nedenle de daha hafif malzemelerden yapılmış
raylar kullanıldı, hafriyat çalışmalan en
aza indirilerek eğimli ve kıvrımlı hatlar
kuruldu. Daha sonraları demiryolu trafiğinin
artmasıyla, ana hatların kapasitesi ve
niteliği geliştirildi ve işletme giderleri azaltıldı.
Demiryolunun yapım ve donanım giderlerini
etkileyen bir başka etmen de hat
genişliğidir. Dünyadaki demiryollarının
yüzde 60’a yakın bir bölümü, 1,435 m’lik
standart hat genişliğine göre döşenmiştir.
Ancak az gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde
demiryollarının önemli bir bölümünün
hat genişliği daha dar yapılmakta, böylece
ekilebilir araziden yer kazanma ve daha
hafif, küçük ve ucuz lokomotif ve vagonlardan
yararlanma amacı güdülmektedir. Ama
dar hat genişlikleri, yanal dengeyi olumsuz
yönde etkilediğinden, seyir hızının azalmasına
yol açmaktadır.
Karayolu yapımında olduğu gibi, yeni bir
demiryolu hattının döşenmesinde de önce
güzergâh belirlenir, ardından arazinin üzerindeki
bitki örtüsü temizlenerek hattın
eğimi saptanır. Zemin bölümü kırma taştan
bir katmanla örtülür ve bunun üzerine
uygun aralıklarla traversler yerleştirildikten
sonra raylar bu traverslere sıkıca bağlanır.
Modern demiryolu rayları, düz tabanlı ve
birbirine geçebilen, ters T biçimindeki çelik
profillerdir. Bu biçimdeki rayları ilk olarak
1830’larda İngiliz mühendis Charles Vignoles
geliştirmiştir. Daha sonraları metalürji
ve yapım tekniği alanlarındaki ilerlemeilerlemelerin
yardımıyla, biçim olarak Vignoles’inkilerine
benzemekle birlikte, çok daha nitelikli raylar
üretilmeye başladı.
Bu arada, trafik yükünün yarattığı iç
gerilimleri en aza indiren ve böylece rayların
dayanıklılık süresini uzatan yeni tasarımlar
geliştirildi. Kimi zaman, aşırı ağırlığın
ya da keskin dönüşlerin yol açacağı
aşınımlara rayların dayanıklılığını artırma
amacıyla malzemeye yüzey sertleştirme işlemi
uygulanır. Bu raylar, haddelerden geçirildikten
sonra özel bölmelerde yavaşça
soğutulur. Bu denetimli soğutma, demiryolu
hatlanndaki rayların kırılmasının başlıca
nedeni olan iç çatlakları en aza indirir.
Avrupa’da kullanılan standart ray uzunluğu
30 m’dir. Ana hatlarda kullanılan rayların
ağırlıkları metrede 45 ile 75 kg arasında
değişir. İngiltere’deki düz tabanlı rayların
ağırlığı, metrede 55 kg’dir.
Ray döşeme işleminde sağlanan en önemli
ilerlemelerden biri, sürekli kaynaklanmış
rayların kullanıma girmesidir. Bu yöntemle,
çok daha düzgün ve daha düşük bakım ve
onarım gideri gerektiren hatlar yapılabilmektedir.
Raylar, genellikle, her 400 m’de
birbirlerine kaynaklanmakta ve böylece kilometrelerceuzunlukta kesiksiz hatlar elde
edilmektedir. İlk olarak 1933’te ABD’de
geliştirilen kaynaklı ray sistemi, 1950’lerde
öteki ülkelerde de yaygınlaştı ve günümüzde
yeni döşenen hatların başlıca yapım
tekniği durumuna geldi. Sürekli kaynaklı
rayların ısıyla genleşmesi sonucu ortaya
çıkabilecek sorunlar, rayların traverslere
çok daha sıkı biçimde bağlanmaları ya da
döşeme işleminin, bölgenin yıllık ortalama
sıcaklığında bulunduğu mevsimde yapılmasıyla
aşılmaktadır.
Rayların ağaç traverslere bağlanmasında
tirfon, krampon ya da yatak gibi malzemelerden
yararlanılır, ama özel uygulamalarda,
çok çeşitli ankraz cıvataları ile kelepçe
türleri de kullanılır. Raylar çoğunlukla doğrudan
ağaç traverslerin üzerine yerleştirilir
ama yoğun trafikli hatlarda, yükün geniş biralana yayılması amacıyla raylar ile traverslerin
arasına metal selalar yerleştirilir. Rayların
beton traverslere bağlanmasında da
özel vida türlerinden yararlanılır ve ray ile
travers arasına kauçuk sömeller konulur.
Travers yapımında kullanılan temel malzeme
ağaçtır. Modern ağaç traverslerin yapımında,
malzemeye çeşitli kimyasal maddeler
emdirilerek dayanıklılıkları artırılır. Ana
hatlarda kullanılan bu tür traverslerin kullanım
süresi ortalama 35 yıldır. Öte yandan,
ağacın maliyetinin artmasıyla, başka tür
malzemelerden travers yapımına geçildi.
Çelik traversler, uzun bir süreden beri
çeşitli Avrupa, Afrika ve Asya ülkelerinde
kullanılmaktadır. Öte yandan, çoğunlukla
çelik çubuklarla ya da tellerle sağlamlaştırılmış
beton travers kullanımı da yaygınlaşmaktadır.
Beton traversler ile sürekli kaynaklı
raylann birlikte kullanılmasıyla, son
derece sağlam ve düzgün hatlar döşenebilmektedir.
Demiryolunun bakımı. Modern makinelerin
yardımıyla, az sayıdaki işçiyle rayların
yenilenmesi, çakıltaşlı zeminin yeniden düzeltilip
sıkıştırılması gevşemiş cıvataların
sıkıştırılması, hat doğrultusunun yeniden
düzeltilmesi, bozulmuş kaynakların yenilenmesi
gibi bakım işlemleri yürütülebilmektedir.
Hattın yıpranmış bölümleri, önceden
hazırlanıp birleştirilen ray ve travers
gruplarıyla değiştirilir. Öte yandan taşlama
makineleriyle rayların yüzeyleri taşlanarak
yeniden düzleştirilir, pürüzler giderilir.
Rayların bakıma gereksinim duyan bölümleri,
genellikle gözle saptanır, ama malzemenin
içinde oluşan çatlaklar, çeşitli elektronik
aygıtlarla belirlenir ve gerekli onarım
ya da değiştirme işlemleri yapılır.
Demiryollarının işletimi ve denetimi. Binlerce
kilometrelik alanlara yayılan demiryolu
ağlarının işletimi ve denetimi, bu hatların
kurulmasına oranla çok daha güç ve karmaşık
bir sorundur. Bu nedenle de, telgraftan
bilgisayarlı denetim sistemlerine ve en yeni
otomasyon tekniklerine kadar birçok yenilik,
önce demiryolu işletmeciliği alanında
ortaya çıkmıştır.
Tren işletmeciliğinde telsiz kullanımı çok
erken bir dönemde başlamakla birlikte, bu
haberleşme aracından demiryolu ulaşım
alanında yaygın olarak yararlanılması, II.
Dünya Savaşı’ndan sonra, çok yüksek frekanslı
alıcı-verici telsiz donanımlarının geliştirilmesiylebirlikte gerçekleşti. Bugün
telsizler, uzun katarların ön ve arka vagonları
arasında, ayrı hatlardaki trenler arasında
ve trenler ile hareket merkezi arasında
haberleşmeyi sağlamaktadır. Alıcı-vericinin
telsiz aygıtları, terminallerdeki manevra
işlemlerini de büyük ölçüde hızlandırır.
Ayrıca hat bakım ve onarım ekipleri, alıcıverici
telsizlerin yardımıyla, birbirleriyle ve
seyir halindeki ya da onanm gerektiren
trenlerle bağlantı kurabilirler. Bugün geniş
bantlı mikrodalga telsizler giderek yaygınlaşmakta
ve telgrafın yerini almaktadır.
Demiryollarındaki bilgi işlem etkinliklerinde
önceleri delikli kart sistemlerinden yararlanılırdı.
1970’lerde ve 80’lerde ise bilgisayar
kullanımı ve bunun çevresinde kurulan
“toplu bilgi” sistemleri yaygınlık kazandı.
Böyle bir sistemde, çoğunlukla çeşitli
istasyonlarda bilgisayar donanımlı iletişim
merkezleri kurulur. Böylece, o merkezin
çevresindeki demiryolu araçlarının her hareketine
ilişkin bilgiler, merkezdeki bilgisayara
aktanlır. Merkezî bilgisayar, istasyonlardan
gelen verileri değerlendirecek ve
gerekli komutları verecek belirli bir programla
yüklendiğinden işletme hizmetlerine,hatlardaki trafiğe ve öteki etkinliklere ilişkin
denetimi sağlar ve yerine getirilmesi
gereken işlemleri istasyonlara iletir. Böylece
demiryolu ağının bütününde eksiksiz ve
düzenli bir çalışma düzeni kurulur.
Demiryolu hatları üzerinde seyir halindeki
ya da manevra yapmakta olan araçların
geçişlerini düzenleyen ve bugün de kullanılmakta
olan eski donanımlardan birisi,
1841’de geliştirilen semafor(*) işaretleridir.
Daha sonraları semaforların yerini renkli
ışıklar, ardından da ışıldak (projektör) türü
işaretler aldı. Bu donanımların yardımıyla
seyir ve manevra düzenlenmesine yönelik
blok sistem(*) geliştirildi ve günümüzde
otomatik blok sistemlerin kullanımı hızla
yaygınlaştı.
Otomasyon. Demiryolu hatlarındaki trafiğin
denetimine yönelik olarak, günümüzde
ortaya çıkan temel eğilim, sistemin tümüyle
otomatik duruma getirilmesine yöneliktir.
Bu sistemde elektronik kumandalı aygıtlar,
her tren için otomatik olarak makaslan açıp
kapar ve sinyalleri değiştirir. Hareket memurlarının
müdahaleleri ancak olağandışı
durumlarda gerekir, ayrıca hattın daha
uzun bölümlerini denetleyebilmeleri olanaklı
duruma gelir. Bazı hızlı transit demiryolu
hatlarında, elektronik program makineleriyle
etkinleştirilmiş, tümüyle otomatik
sinyal sistemleri kullanılır.
Otomatik denetim sistemi, lokomotif makinistlerine
rayların durumu hakkında işitsel
(kimi zaman da görsel) bilgi verir. Eğer
makinist, hız sınırlayıcı bir sinyali gözden
kaçıracak olursa, frenler otomatik olarak
devreye girer ve treni yavaşlatır ya da
durdurur. Lokomotifin kumanda tablosundaki
minyatür bir sinyal, yoldan gelensinyallerin görüntüsünü yineler (ya da yoldan
gelen sinyallerin yerini alabilir). Eğer
trenin hızı verilen görüntüde isteneni aşarsa
frenler yine devreye girer ve hız gerekli
düzeye düşürülür.
Trenin tümüyle otomatik olarak yönlendirilmesi
için bu tekniğin yalnızca biraz daha
geliştirilmesi yeterlidir. 1970’lerin başında,
birçok maden ocağı ve sanayi bölgesindeki
demiryolları tümüyle otomatik denetim ya
da uzaktan kumanda yöntemiyle personelsiz
olarak çalıştırılmaya başladı. Ama trenin
harekete geçmesini, istasyonlarda durmasını
ve kapıların açılıp kapanmasını yine
makinistler denetler.
Demiryolu hatlarının denetiminde kullanılan
bir başka aygıt da, kızılötesi “sıcak kutu
dedektörü”dür. Yol kenarına yerleştirilen
bu aygıt, aşırı ısınan tekerlekleri belirler ve
tren personelini uyarır. Büyük terminallerde,
budenleri bozulmuş tekerleklerin saptanmasına
yönelik olarak da dedektörlerden
yararlanılır. Ayrıca, vagonların fren
donanımı ya da başka bir parçasının yola
sürtünmesi, heyelan ya da yer kayması
sonucu hattın kapanması, hattın taşkın ya
da su basması sonucunda geçilmez duruma
gelmesi, katarın ağırlığını taşıyamayacak
ya da boyutlanna uygun olmayan türden köprü
ve tünellerle karşılaşması gibi durumlarda
da dedektörler makinistleri uyarır.