Demiryolu Ve Tren
Bir ulaşım yöntemi olarak 19. yüzyıl başlarında İngiltere’de kullanılmaya başlanan demiryolu, daha çok yolcuyu ve yükü büyük uzaklıklara daha hızlı ve daha kolay taşıyarak kara taşımacılığında yepyeni bir dönem başlatmıştır. Sanayi Devrimi’yle birlikte demiryolları da en önemli ve en hızlı gelişen taşıma biçimi olmuştur.
Lokomotiflerin çektiği trenlerin kullanılmaya başlamasından çok önce de demiryolları vardı. Daha 16. yüzyılda Kuzeydoğu İngiltere’de, Durham ve Northumberland’daki maden ocaklarında üzerinde kömür yüklü vagonların gittiği tahta raylı “vagon yolları” vardı. Atlar, kaba bir yol üzerinde çekebileceğinden çok daha ağır yükleri düzgün bir ray üzerinde çekebiliyordu. Sonraları, aşınmadan korumak için tahta raylar demir levhalarla kaplanmaya başlandı; 1800’lerde vagon tekerleklerini yönlendiren ve raydan çıkmayı önleyen, kenarı çıkıntılı “L” biçiminde raylar yapıldı. Bu vagon yolları Güney Galler’deki madenlerde de kullanıldı ve 1804’te, Cornwall’lu maden sahibi Richard Trevithick 20 ton yük çekebilen bir buharlı makinenin denemelerini yaptı. Buhar makinesinin gelişmesiyle demiryolu çağının yolu açılmış oluyordu.
Yük ve yolcu taşımacılığında herkesin yararlanabildiği ilk demiryolu hattı 1825’te, Kuzeydoğu İngiltere’de Stockton-Darlington arasında açıldı. Başlangıçta vagonların atla çekilmesi düşünülmüştü. Ama mühendis George Stephenson buhar gücüyle çalışan çekiciler kullanılması görüşünü kabul ettirdi; tasarımını yaptığı, buhar gücüyle çalışan “Locomotion No .l” adlı makineyle treni çekti.
1829’da İngiltere’de, Liverpool-Manchester Demiryolu’nun sahipleri bir yarışma düzenleyerek en iyi makine için bir ödül koydular. George Stephenson’ın “Rocket”i, çektiği tren 56 kilometrelik yolu iki saatin biraz altında bir sürede geçerek ödülü kazandı. Bu başarı Stephenson ve oğlu Robert’e ün kazandırdı ve lokomotif tasarımında yıllarca, küçük “Rocket” örnek alındı. Liverpool-Manchester Demiryolu’nun başarısı buhar makinelerinin yararı konusundaki son kuşkuları da ortadan kaldırdı.
Buharlı Lokomotifler
“Rocket”in başarısından sonra demiryollarında buharlı lokomotif kullanımı yerleşti. İlk lokomotiflerin çoğunda olduğu gibi “Rocket” te de iki silindir vardı ve buhar makinesi yalnızca bir çift tekerleği döndürüyordu. Daha önceki lokomotiflerin buhar kazanlarının tek alev borulu olmasına karşılık “Rocket”in kazanında alev borusu birden fazlaydı ve kazandaki buhar basıncı hemen hemen 3,5 atmosferdi. “Rocket”in sarnıç vagonu dökme demirden dört tekerlekle taşman tahta bir şasi üzerine oturtulmuş büyük bir varilden oluşuyordu. Lokomotif sarnıç vagonuyla birlikte 7,5 ton ağırlığındaydı.
Buharlı lokomotiflerin ağır oluşu daha güçlü raylar yapılmasını gerektirdi ve böylece demir levhaların, “L” biçimindeki rayların yerini günümüzde de kullanılmakta olan düz raylar aldı. Rayın kenarında bulunan ve tekerleği yönlendiren çıkıntı (buden) yerine, benzer bir çıkıntı tekerliğin kendisine yapıldı. İlk rayların boyu ancak 1 metre kadardı ve ek yerlerine destek koyulurdu.
Daha sonra yapılan buharlı lokomotifler de genellikle “Rocket” gibi iki silindirliydi; ama bu silindirler daha geniş çaplıydı. Üç ya da dört silindirli lokomotifler de yapıldı. Bunların raylar üzerindeki darbe etkisi daha azdı ve dolayısıyla daha yumuşak bir hareket sağlıyordu.
Lokomotiflerin gelişiminde başka bir adım olan bileşik buhar makinelerinde yüksek basınçlı iki silindirde kullanılan buhar, daha sonra alçak basınçlı bir ya da iki silindirde yeniden kullanılır. Bir kez kullanıldıktan sonra basıncı azalmış olan buharla çalışan bu alçak basınçlı silindirlerin öteki silindirlerle aynı gücü sağlayabilmeleri için daha büyük çaplı olmaları gerekir. Bakım giderleri daha yüksek olan bileşik buhar makineli lokomotifler en çok Fransa’da kullanılmıştır.
Buharlı lokomotiflerde üç tür fren vardı: El freni, buhar freni ve otomatik fren. Vidalı bir kolun döndürülmesiyle çalışan el freniyle buhar freni yalnızca lokomotifin tekerleklerini frenliyordu. Vakumlu ya da Westinghouse türü olabilen otomatik frende ise, lokomotif ile vagonlar arasındaki bağlantı esnek borularla sağlanıyor, lokomotifin yanı sıra vagon tekerlekleri de frenleniyordu. Havalı fren de denen Westinghouse freni dizelli ve elektrikli modern trenlerde de kullanılır. Vakumlu fren daha yumuşak, Westinghouse ise daha güçlüdür. Her ikisi de düz bir hatta saatte 95 kilometre hızla giden 500 tonluk bir treni 330 metre içinde durdurabilir.
Buharın görkemli günleri sona ermekle birlikte, demiryolu tutkunları için buharlı lokomotiflerin hâlâ büyük bir çekiciliği vardır. Bu belki de buharlı lokomotiflerin neredeyse canlıymış gibi görünmesinden kaynaklanır. Gerçekten, aynı türden olsalar bile, herhangi iki buharlı lokomotif tümüyle aynı biçimde çalışmaz. Bir buharlı lokomotifin tekerlek düzeni bile demiryolu mühendisliğinin tarihini ve değişik lokomotiflerin özelliklerini yansıtır.
Tekerlek Düzenleri
Raylar ıslak ya da yağlı olduğu zaman, özellikle dik yokuşları çıkarken tek dingili buhar gücüne bağlı olan lokomotiflerin tekerlekleri kayabilir. Bu sorunu çözmek için, lokomotifin iki dingili bir kolla birbirine bağlanmış ve böylece “Rocket”in oO biçimindeki tekerlek düzeni, OO biçimini almıştır. Böyle bir tekerlek düzeni olan lokomotifler “dört çekişli” olarak anılır. Dönemeçleri rahat alabilmesi için lokomotiflere bir de ön dingil eklenmiş, böylece lokomotifin ön bölümünde ağırlığın daha iyi dağılmasını da sağlayan oOO biçiminde bir tekerlek düzeni ortaya çıkmıştır. Tek ön dingilin yerini daha sonra çift dingil almış ve lokomotifin tekerlek düzeni ooOO biçimine gelmiştir.
19. yüzyılın sonunda, daha büyük buhar kazanları için daha büyük bir ocak gerekmiş, makinist kabininin arka uçta bir çıkıntı gibi durmasını önlemek için, bu bölümün altına bir taşıyıcı dingil daha eklenerek tekerlek düzeni 00O O0 biçimini almıştır. Bu tekerlek düzeni ilk kez ABD’de Atlantic City’de hizmete giren lokomotiflerde kullanıldığı için “Atlantic” adıyla anılır. Daha dağlık bölgelerde, ağır trenleri çekerken tekerleklerin kaymasını önlemek için birbirine bağlı üç dingilden oluşan bir tekerlek düzenlemesi yapıldı. Böylece gelişen 00OOO0 biçimindeki tekerlek düzenine “Pasifik” türü denildi. Bu türün İngiltere’deki örneği Britanya sınıfı buharlı lokomotiflerdir.
Lokomotiflerin tekerlek düzenlemeleri “Whyte notasyonu” denilen bir numaralama sistemiyle gösterilir. Üç rakamdan oluşan bu numaralamada ilk rakam, lokomotifin önünde yer alan, buhar gücüne bağlı olmayan (avara) tekerlek sayısını; ikinci rakam buhar gücüyle dönen, birbirine bağlı tekerlek sayısını; üçüncü rakam da arkada yer alan taşıyıcı tekerlek sayısını gösterir. Pasifik lokomotifinin 00OOO0 biçimindeki tekerlek düzeni bu sistemle “4-6-2” olarak gösterilir.
Elektrikli ve dizel lokomotiflerin sınıflandırılması için ise harfler kullanılır. “B” dört tekerlekli, “C” altı tekerlekli taşıyıcıyı gösterir. Eğer dingiller birbirleriyle bağlantılı olmaksızın, ayrı ayrı harekete geçiriliyorsa, “B” ya da “C”nin yanma küçük bir “o ” eklenir. Buna göre altışar tekerlekli iki taşıyıcısı olan ve bütün dingilleri ayrı ayrı harekete geçirilen bir elektrikli lokomotif “Co-Co” biçiminde gösterilir.
Özel Lokomotifler
Avrupa ve Amerika demiryollarında kullanılan buharlı lokomotifler İngiltere’de kullanılanlardan genellikle daha büyüktü. Çünkü onlar daha uzun yollarda çalışıyor, daha çok yakıt ve su taşımaları gerekiyordu. ABD’deki buharlı lokomotiflerin en büyüklerinin 28 tona kadar kömür ve 95 bin litreye kadar su taşıyan 14 tekerlekli servis vagonları vardı.
Ağır yük trenlerini çekmek için daha büyük bir çekme gücü (cer gücü) olan özel tür lokomotifler geliştirildi. Bunların bir türü eklemli lokomotiflerdir. Eklemli lokomotiflerde tek buhar kazanından beslenen iki ayrı buhar makinesi vardır. Öndeki makineyi taşıyan araba arkadakine eklemlerle bağlıdır ve bu çok uzun lokomotif eklemlerin sağladığı esneklikle dönemeçleri alabilir.
Bugüne kadar yapılmış en büyük eklemli lokomotif 1941’de ABD’de yapılan “Big Boy” dur. Bu buharlı lokomotif neredeyse 600 ton ağırlığındaydı ve dağlık alanlarda yük trenlerini çekmek için kullanılırdı.
Dağlık alanlarda özel biçimli raylar üzerinde çalışan başka özel lokomotifler de vardır. Eğer yolun eğimi 14’te l ’den fazlaysa (14-te l’lik eğim, ilerlenilen her 14 metrede 1 metre yükselmek demektir) sıradan lokomotiflerin tekerlekleri rayı kavrayamayabilir. Bunu önlemek için rayların arasına, kremayer çubukları denen ve testere dişlerine benzer dişleri olan çelik çubuklar döşenir. Lokomotifin döner dingiline takılan, çevresine dişler açılmış bir tekerleğin dişleri kremayer çubuklarının dişlerine geçer ve böylece tekerleklerinin kayma tehlikesi olmaksızın lokomotif dik eğimleri tırmanabilir. Arjantin’le Şili arasında, And Dağları’nı aşan demiryolu böyledir. En çok İsviçre’de kullanılan bu tür demiryolunun bir başka örneği de Galler’deki Snowdon Dağı Demiryolu’dur.
Demiryollarının Gelişimi
İngiltere’deki ilk demiryolu hattı 1825’te Stockton-Darlington arasında açıldı. Güney İngiltere’deki ilk demiryolu hattı ise, 1830’da işletmeye açılan Canterbury-Whitstable hattıydı. Dünyanın ilk demiryolu tünelinin kullanıldığı bu hattın büyük bölümü dağlık bir bölgeden geçtiği için trenler yokuşlarda, belli yerlerdeki bucurgatlara bağlı kablolarla çekiliyordu.
Kısa sürede İngiltere’nin her yerinde demiryolları yapılmaya başladı. Büyük çoğunluğu birbirinden ayrı kısa hatlar olan bu demiryollarının birleştirilmesi daha sonra gerçekleşti. Demiryollarına ilgi sürekli olarak arttı ve “demiryolu çılgınlığf’nın en üst noktaya vardığı 1844-46 döneminde İngiltere Parlamentosu 400 yeni demiryolu hattı yapılması için yetki verdi. Demiryolu hatlarını çoğu kez birbiriyle rekabet eden farklı demiryolu şirketleri kuruyor ve işletiyordu. 1948’de demiryolu şirketleri devletleştrildi ve British Railways adıyla birleştirildi; 1965’te ise adı British Rail olarak değiştirildi.
ABD’de demiryoluyla yolcu taşımacılığında ilk lokomotif 1830’da kullanılmaya başladı. 1850’lerde Mississippi Irmağı’ndan batıya doğru birçok demiryolu hattı yapıldı. Demir yollarının ulaştığı her yerde kasabalar gelişti, ticaret ve sanayi canlandı. ABD’nin doğu kıyılarını batı kıyısına bağlayan demiryolu hattı 1869’da tamamlandı. Bu güvenli ve rahat ulaşım olanağı batının tümüyle yerleşime açılmasını sağlayarak gelişmeye büyük katkıda bulundu.
Türkiye'de Demiryolları
Türkiye’de ilk demiryollarının yapımı 1860’ larda, Osmanlı İmparatorluğu döneminde başlamıştır. İngiliz şirketlerinin yaptığı bu ilk demiryollarından Köstence-Çernavoda hattı 1860’ta, İzmir-Kasaba hattı 1865’te, Yarna-Rusçuk hattı 1866’da açıldı. İzmir-Aydın hattı 1871’de tamamlandı. Aynı yıl döşenmeye başlanan Rumeli hattı 1883’te İstanbul’u Avrupa demiryollarına bağladı. Anadolu-Bağdat Demiryolu’nun İstanbul ile İzmit arasındaki ilk bölümü 1873’te tamamlandı. 1883’te çıkarılan bir fermanla bu hattın işletilmesi ve İzmit-Ankara hattının yapımı Almanlar’a bırakıldı. 1893’te kurulan Anadolu Demiryolu Şirketi Osmanisi Ankara, Kayseri, Sivas, Eskişehir, Afyon ve Konya hatlarının yapımını üstlendi. 1911’de Samsun-Sivas demiryolu yapıldı.
I. Dünya Savaşı yıllarında demiryolu yapımı durakladı. Savaş sonrasında yıkılan OsmanlI İm paratorluğunun Anadolu’daki topraklarında kurulan Türkiye Cumhuriyeti 1923’te demiryollarını ulusallaştırmaya başladı. 1924’te Devlet Demiryolları Müdüriyeti Umumiyesi kuruldu. 1931’de Devlet Demiryolları Umum Müdürlüğü adını alan bu kuruluş 1953’te Devlet Demiryolları İşletmesi Genel Müdürlüğü’ne dönüştürüldü. 1929’da yabancı şirketlerin işlettiği demiryolu hattı 2.378 km iken 1941’de 401 kilometreye indi. 1948’e gelindiğinde yabancı şirketlerin işlettiği demiryollarının tümü ulusallaştırılmıştı. Cumhuriyet hükümetleri, ulusallaştırmanın yanı sıra, hızla demiryolu yapımına da girişti. Haydarpaşa-Ankara hattı 1927’de Kayseri’ye, 1930’da Sivas’a, 1938’de Erzincan’a, 1939’da Erzurum’a ve 1951’de Horasan’a ulaştı. Sivas’ tan güneye yönelen bir demiryolu hattı 1931’de Malatya’ya, 1935’te Diyarbakır’a, 1944’te Kurtalan’a vardı.
1950’den sonra karayolu yapımına öncelik verildi ve demiryollarının gelişimi durdu. D emiryollarına ilgi büyük ölçüde, var olan 8.000 kilometre dolayındaki demiryolunun bakım ve onarımıyla sınırlı kaldı. Günümüzde Türkiye’de 8.439 kilometrelik (1987) demiryolu bulunmaktadır.
Hat Genişliği Sorunu
George ve Robert Stephenson’ın kurduğu ilk demiryollarında raylar arasındaki açıklık 1,4 metre idi. Bu, maden ocaklarındaki eski vagon yollarında iki ray arasındaki açıklıktan kaynaklanıyordu. Ama bütün demiryollarında bu ölçü kullanılmadı. İki ayrı şirketin farklı ray aralıklarıyla yaptığı yolların sonradan birleştirilmesi demiryolu mühendisliğinin karşılaştığı önemli sorunlardan biri olmuştur. İngiltere’de Büyük Batı Demiryolu 2,1 metre ray açıklığıyla kurulmuştu. Böyle büyük bir ray açıklığı büyük lokomotif kullanımına ve dolayısıyla yüksek hızlara olanak sağlıyor, geniş vagonlarda rahat bir yolculuk yapılabiliyordu. Ama hattın kurulması daha masraflıydı. Geniş ray aralığı birçok yerde fazladan köprü ve tüneller yapmayı gerektiriyordu. Büyük Batı Demiryolu sonradan komşu demiryollarına uymak için 1,4 metre standardına döndü.
ABD’de İç Savaş sırasında (1861-65) demiryolları askeri amaçlarla kullanılmak istendiği zaman çeşitli hatlarda en az 23 farklı ray açıklığı olduğu görüldü ve İç Savaş’tan sonra bütün hatlarda 1,4 metrelik standart ray açıklığı benimsendi. İspanya ve Portekiz demiryollarında ray açıklığı 1,7 metre, SSCB ve Finlandiya hatlarında ise 1,5 metredir. Birçok başka Avrupa ülkesinde ise 1,4 metrelik standart ray açıklığı geçerlidir.
Elektrikli Lokomotifler
Tasarımlarındaki bütün gelişmelere karşın buharlı lokomotifler, ısı kayıplarının büyük olması nedeniyle, kullanılan yakıtın büyük bölümünü boşa harcayan düşük verimli makinelerdi. Bunun için basitlik ve güvenilirlik gibi üstünlüklerine karşın, buharlı lokomotifler giderek kullanılmaz oldu. 1970’lerde Afrika’da ve özellikle Hindistan’da olmak üzere Asya’da, giderek azalan sayılarda da olsa, hâlâ buharlı lokomotifler kullanılıyordu. Ama Kuzey Amerika, İngiltere ve Batı A vrupa’da hiç buharlı lokomotif kalmamıştı. Hemen hemen her yerde, daha verimli ve ekonomik olan elektrikli lokomotifler buharlıların yerini almıştı.
İlk elektrikli lokomotif 1879’da Berlin’de sergilendi. 1890’da Londra’da, Thames Irmağı’nın altından geçen bir elektrikli tren hattı işletmeye açıldı. 1902’de İtalya' da elektrikli lokomotiflerin çalıştığı bir ana hat bulunuyordu. Elektrikli lokomotif kullanımı Avrupa’ya ve dünyaya hızla yayıldı. Türkiye’de ise elektrikli trenler ilk kez 1955’te Sirkeci-Halkalı banliyö hattında kullanılmaya başlandı.
Elektrikli lokomotiflerin birçok üstünlükleri vardır. Buharlı lokomotiflerden daha ekonomik ve verimli olan elektrikli lokomotifler daha sessiz çalışır ve duman çıkarmaz. Özellikle ilk harekette ve yokuş tırmanırken daha yüksek bir güce ulaşır. Daha yüksek güç, elektrikli trenin buharlı bir trenden çok daha kısa zamanda tam hıza ulaşmasına olanak verir. Bu üstünlüklerine karşılık, elektrik hatlarının döşenmesi ve gerekli öteki donanımlar çok yüksek bir kuruluş maliyetine yol açar. Kullanılan elektrik enerjisinin maliyeti de yıldan yıla artmaktadır.
Elektrikli trenler bir elektrik santralında üretilen elektriğin lokomotife iletilmesini gerektirir. Arkasına bağlanan vagon dizilerini çeken elektrikli lokomotiflerin yanı sıra, ayrı bir çekici lokomotifin olmadığı elektrikli trenler de vardır. Bu elektrikli trenlerde elektrik m otoru, çoğu zaman bir ucunda makinist kabininin yer aldığı sıradan bir yolcu vagonuna, dingillerin yakınına yerleştirilmiştir. Motorun hareketi bir dişli kutusu yardımıyla dingillere aktarılır. Bütün motorların çalışması makinist kabinindeki kollarla denetlenir.
Tren elektrik akımını rayların yanma ya da iki ray arasına yalıtkan bir taban üzerine döşenmiş üçüncü bir raydan alabileceği gibi, demiryolu boyunca havada uzanan elektrik tellerinden de alabilir. Genellikle oldukça düşük voltajların kullanıldığı (yaklaşık 660 volt) banliyö hatları için üçüncü ray sistemi uygundur. Bu yöntemde elektrik akımı üçüncü raya basan .çelik “pabuçlar” yardımıyla alınır. Dünyadaki en büyük elektrikli banliyö treni işletmesi olan ve doğru akımla çalışan Güney İngiltere banliyö hatlarında bu sistem kullanılmaktadır. 1.500 voltluk doğru akımla çalışan bir Fransız elektrikli lokomotifi 1955’te, saatte 330 kilometrelik bir hıza ulaşarak dünya rekoru kırmıştır.
Birçok elektrikli ana hat demiryolunda alternatif akım kullanılır. Alternatif akım 25 bin volt gibi yüksek voltajlarda, çok az kayıpla uzun mesafelere iletilebilmektedir. Böylesine yüksek bir voltajın motorlarda kullanılması güvenli olmaz. Bu nedenle akımın voltajı lokomotiflerde transformatörler yardımıyla düşürülür. Lokomotif elektriği tepedeki tellerden bir “pantograf” yardımıyla alır. Pantograf, çubuklar üzerine oturtulmuş ve yaylar yardımıyla elektrik teli üzerine bastırılan metal plakalardan oluşur. İngiltere’de kentlerarası hızlı yolcu taşımacılığında bu sistem kullanılır. Türkiye’deki elektrikli banliyö trenlerinde uygulanan sistem de budur.
Dizel Lokomotifler
Başlangıçta manevra (hat değiştirme) lokomotifi olarak kullanılan dizel lokomotifler özellikle ABD ve Kanada’da çok tutuldu ve hızla buharlıların yerini aldı. Dizel lokomotiflerin Türkiye’de kullanımı, batıdaki hatlardan başlayarak 1960’larda yaygınlaştı. Günümüzde buharlı lokomotif kullanımı hemen hemen tümüyle sona ermiştir.
Dizel lokomotifler dizel motorlarıyla döndürülen dinamoların ürettiği elektrikle çalışır. Dinamonun ürettiği elektrik akımı elektrikli çekme motorları ya da cer motorları denen ve elektrikli trenlerdekine çok benzer biçimde dingilleri döndüren elektrik motorlarını çalıştırır. Dizel motoru otobüs ve büyük kamyonlardaki gibi çalışan, içten yanmalı bir m otordur. Dizel lokomotif gerçekte, dingillerini döndürecek elektrik motorları için gerekli elektrik enerjisini kendi üstünde taşıdığı dizel motoru ve elektrik jeneratörü ile üreten, başka bir deyişle kendi elektrik santralını kendi üstünde taşıyan bir elektrikli lokomotiftir.
Düşük güçlerin yeterli olduğu dizel manevra lokomotiflerinde tekerlekleri döndürmek için doğrudan doğruya dizel motoru da kullanılabilir.
Gaz türbinli elektrikli lokomotifler dünyanın en güçlü lokomotifleridir. Bu tür lokomotiflerde dinamo, dizel motoru yerine bir gaz türbiniyle döndürülür. Fransızlar’ın 1981’de saatte 380 kilometrelik bir hıza ulaşan Yüksek Hız Treni dünyanın en hızlı treni olarak kabul edilmiştir. İngiltere’deki en hızlı tren dizellidir ve düz hatta saatte 230 kilometrelik bir hızın üstüne çıkabilmektedir.
Japonya’da yapılan deneyler, trenler için uygulamadaki en yüksek hızın saatte 240 ile 320 kilometre arasında değişebileceğini göstermiştir. Kendisine kılavuzluk eden bir ray boyunca ama raya değmeden hava yastığı üzerinde giden trenlerde, örneğin Fransızların Aerotrain’inde ise saatte 430 kilometrelik bir hıza erişilebilmektedir. Bu tür trenler magnetik bir etkiyle raydan biraz yükselerek, raya değmeden giderler ve bu nedenle öteki trenlere oranla daha yüksek bir hıza ulaşabilirler.
Demiryolu Döşenmesi
Demiryolu döşenebilmesi için önce üzerine rayların döşeneceği bir yol yapılır. Yolun sağlam bir tabana oturması için yere önce, fazla suların süzülmesini sağlayacak bir kat kül serilir. Külün üstüne yaklaşık 22 santimetre kalınlığında bir balast (kırma taş) katmanı konur. Balast, küçük parçalar halinde kırılmış granit, kireçtaşı ya da yüksek fırın cürufundan oluşur. Balastın üstüne yaklaşık 75 santimetrelik aralıklarla ağaçtan yapılmış traversler döşenir. Traverslerin kolayca çürümemesi, uzun ömürlü olması için bunlara önceden kreozot ya da başka kimyasal maddeler emdirilir. Traversler arasındaki boşlukları doldurmak için, daha ince bir kat oluşturacak biçimde, yeniden balast dökülür. Ağaç yiyen böceklerin bulunduğu tropik iklimlerde bazen çelik ya da betonarme traversler de kullanılabilir.
Avrupa’da demiryolu rayları genellikle 30 metrelik standart uzunluktadır. İngiltere’de kullanılan raylar düz tabanlıdır ve ters “T” biçimindedir. 1830’larda İngiliz mühendis Charles Vignoles’ın yaptığı ve bu nedenle “vignole” adıyla da anılan bu raylar yaylı çelik cıvatalarla iki yandan traverslere tutturulur.
Her ray kendisinden sonra gelene bir çift çelik kuşakla bağlanır. Kuşakların cıvatayla rayların uçlarına tutturulmasıyla gerçekleştirilen bu bağlantılar tren tekerleklerinin çıkardığı sesin ve ray uçlarıyla tekerleklerdeki aşınmanın başlıca kaynağıdır. Bu nedenle ana hatlarda raylar birbirine kaynakla birleştirilerek 400 metrelik ya da daha uzun raylar yapılır. Kaynaklı raylar hattın daha düzgün olmasını sağlar ve daha az bakım gerektirir.
Demiryolu raylarının taşıdığı ağırlık belli bir dingil ya da dingil grubuna binen en büyük ağırlık olarak belirlenir. Bu ağırlık 35 tona kadar ulaşabilir. Demiryolu hattını büyük ağırlıkları taşıyacak biçimde güçlendirmek için daha ağır raylar kullanılır, traversler daha sık döşenir ve balast derinliği artırılır.
İngiltere’de travers ya da balast kullanılmayan, rayların kesintisiz betonarme bloklar üzerine bağlandığı demiryolu hatları da yapılmıştır. Bu tür hatlar kentlerarası karayolları yapımında kullanılan yol makinelerine benzer makinelerle döşenebilir.
Demiryolu İşaretleri ya da Sinyalizasyon
Demiryollarının ilk dönemlerinde trenin yolu üzerinde bir engel ya da başka bir tren olduğunu gören makinist treni fren yaparak durdurmak zorundaydı. O dönemde frenler zayıftı ve tehlike durumunda kısa zamanda durabilmek için makineyi ters yönde çalıştırmak gerekirdi. Demiryolu ulaşımında ilk kaza 1830’da Manchester’de oldu. LiverpoolManchester Demiryolu’nun açıldığı gün trenin çarptığı devlet adamı William Huskisson öldü.
Demiryolu ulaşımında güvenliği artırmak için kullanılan yöntemler zamanla yetkinleşti. İlk zamanlar, bir önceki trenin ne kadar süre önce geçtiğini makiniste bildirmek için yüksek bir direğin tepesinden havaya bir balon yükseltilirdi.
Telgrafın bulunması daha iyi bir yöntemin kullanılabilmesini sağladı. Bu yöntemde, demiryolu işaret memuru kendisinden bir ilerdeki işaret memuruyla hiç gecikmeden haberleşebiliyordu. İşaret memurlarının bulunduğu yerler arasında kalan demiryolu bölümlerine blok denir. Bugün de izlenen önemli bir güvenlik ilkesi aynı hattın aynı bloku içinde aynı anda iki trenin bulunmasına izin vermemektir.
Balonla verilen işaretlerin yerini daha sonra semafor işaretleri aldı. Bunu görmek daha kolaydı. İşaretin gece de görülmesini sağlamak için semafor kolu üzerine, duruma göre kırmızı ya da yeşil ışık veren bir lamba kondu. 20. yüzyılın başlarında semaforun yerini renkli ışıklar ve ışıldak türü işaretler almaya başladı.
Demiryolu ulaşımında en yüksek güvenliği sağlamak için otomatik denetim sistemleri geliştirilmiştir. Bu sistemlerden birinde, tren tehlike işaretini geçip başka bir trenin bulunduğu bloka girince, raylardan trenin frenlerini harekete geçirecek bir elektrik akımı gönderilir. “Hat devresi” adı verilen başka bir güvenlik sisteminde, raylar aracılığıyla gönderilen elektrik akımı ile makasların (trenlerin hat değiştirmesini sağlayan donanım) hareketi denetlenir; makasların işaret sistemine bağlanmasıyla kazaya yol açabilecek makas değiştirmeler önlenir. Hattın ortasına elektromıknatısların konulduğu bir başka güvenlik sisteminde, “dur” işaretinde durmaya hazır olacak biçimde hızını düşürmeden sarı uyarı işaretini geçen trenin makinisti sesli ve ışıklı işaretlerle uyarılır ve tren otomatik olarak frenlenir.
Bu otomatik sistemler büyük komuta merkezlerinden denetlenir ve komutlar elektrik devreleriyle makaslara ve ışıklı işaretlere iletilir.
Vagonlar
Stockton-Darlington Demiryolu’nda 1825’te kullanılan ilk demiryolu yolcu vagonu “Experiment” tekerlekler üzerine oturtulmuş bir kutudan farksızdı. Liverpool-Manchester hattında vagonlar karayollarında çalışan posta arabaları gibiydi; tek fark bunların demiryolu tekerlekleri üzerinde gitmesiydi.
Başlangıçta yolcu vagonlarının iki dingili ve dört tekerleği vardı; yıllarca bu böyle sürdü. Vagonları uzatmak gerekince üçüncü bir dingil eklendi ve tekerlek sayısı altıya çıktı. Standart yolcu vagonlarının çelik şasileri tekerlek ve dingilleri taşıyan arabalar üzerine oturtulmuştur. Arabalarla ana şasi bir düşey mille birbirine bağlanmıştır. Bu tür bir bağlantı arabaların ve dolayısıyla vagonun dönemeçleri kolaylıkla almasını sağlar. Her arabanın dört ya da altı tekerleği vardır. ABD, Almanya ve Fransa’nın bazı yörelerinde, banliyö hatlarında çift katlı yolcu vagonları da kullanılmaktadır.
Modern demiryolu vagonları, içteki ahşap donatım ve döşeme dışında tümüyle metaldir. Vagonların hafif olması için genellikle büyük oranda alüminyum içeren hafif metal alaşımları kullanılır. Yataklı vagonlar ilk kez 1873’te İngiltere’de Londra-Edinburgh hattında hizmete girdi. Yemekli vagonlar 1867’de ABD’de, 1879’da İngiltere’de kullanılmaya başlandı. O zamanlar vagonlar arasında geçiş olanağı olmadığı için, yemekli vagonu kullanan yolcular bütün yol boyunca orada kalmak zorundaydılar. Kimi trenlerde bulunan “pulman’’ vagonlarını ilk kez ABD’li G. M. Pullman geliştirdi. Bu vagonlarda rahat, yatar koltuklar, yiyecek ve içeceklerin konabileceği masalar vardır.
Yük vagonları çok çeşitlidir. Yüksek kenarlı açık vagonlar kömür ve maden cevherlerini; alçak kenarlı ya da kenarsız vagonlar kereste, demir, çelik ve makine donanımını; kapalı yük vagonları ise çalınmaya ya da hava koşullarına karşı korunması gereken yükleri taşımak için kullanılır. Kimi kapalı yük vagonlarının uçlarında, kimilerinin yanlarında, kömür ve maden cevheri taşıyan kimi vagonların da altında kapı ya da kapaklar vardır. Kömür ve maden cevheri taşıyan vagonların alt kapakları kolay bir boşaltma sağlamak için huni biçiminde olabilir. Soğutuculu yük vagonları meyve, sebze, et ve başka bozulabilir maddeleri taşır. Sarnıçlı vagonlar süt, sıvı yağ, sıvı kimyasal maddeler ve su gibi sıvıları taşımaya uygun bir biçimde tasarlanmıştır. Yükleme ve boşaltmayı çabuklaştırmak, taşıma sırasında malların zarar görmesini önlemek için kullamlan çağdaş bir taşıma yöntemi konteynerle taşımadır. Bu yöntemde mallar işyerinde ya da fabrikada özel konteynerler içine konur. Uzunluğu 3-12 metre arasında değişen konteyner büyük metal bir sandıktır. Bunlar vinçlerle kamyonlara yüklenir ve tren istasyonuna gönderilir. Burada özel olarak yapılmış yük vagonlarına aktarılır. Günümüzde kullanılan yük vagonları 10 yıl öncenin yük vagonlarıyla aynıymış gibi görünür; ama gerçekte büyük değişiklikler olmuştur. Yeni yük vagonları çok daha sarsıntısız gider; vagon duvarları yüklerin zarar görmesini önleyecek biçimde yumuşak bir maddeyle kaplanmıştır; kapılar yükleme boşaltmayı kolaylaştıracak biçimde genişletilmiştir. Belirli tür malların taşınabilmesi için özel tasarımla, sipariş üzerine yapılan vagon sayısı hızla artmaktadır. Dışı 5 santimetre kalınlığında yalıtkan köpükle kaplı yeni tür soğutuculu vagonlar öncekilere oranla dört kat fazla yük taşıyabilmektedir. Havalı vagonlarda, yükün emilerek vagona yüklenmesini ve basınçlı havayla boşaltılmasını sağlayan özel mekanizmalar bulunur.
Yüklü kamyonların açık yük vagonuyla taşınması yük taşımacılığındaki başka bir ilerlemedir. Bu yöntemde dev kamyon ve treylerler açık vagonlara koyularak uzun mesafelere taşınır. Varış noktasında vagonlardan indirilen kamyon ya da treylerler yükü teslim noktasına kadar götürürler.
Demiryollarının Bugünü
Demiryolları 19. yüzyılda ulaşım ve taşımacılık alanında bir devrim yaratmıştır. Hızlı ve ucuz yolculuk olanağı birbirinden ayrı toplulukların ilişkilerini geliştirmiş ve demiryolu boyunda yeni sanayi merkezlerinin doğmasına neden olmuştur. Lokomotiflerin yapımında olduğu gibi, köprü, tünel ve demiryollarının yapımında da yeni mühendislik yöntemleri geliştirilmiştir. Ama, 20. yüzyılda içten yanmalı motorların geliştirilmesi sonucu benzer bir gelişme karayolu ulaşım ve taşımacılığında da görüldü. Demiryolu çağının sonuna gelindiği düşünülmeye başlandı. 20. yüzyılın ortalarına gelindiğinde, küçük yerleşim birimlerini birbirine bağlayan demiryollarının işletilmesi artık verimli olmaktan çıktı. Kısa yolculuklarda otobüs ya da otomobille, uzun yolculuklarda ise uçakla yolculuk yeğlenmeye başlandı.
Günümüzde demiryollarının birçok rakibi vardır; ama pek çok durumda en etkin taşımacılık ve ulaşım biçiminin demiryolları olduğu da bir gerçektir. Demiryolları, özellikle maden cevheri, tahıl ve kimyasal maddeler gibi büyük miktarlardaki dökme yüklerin uzak yerlere taşınmasına çok uygundur. Hatta büyük miktarlarda yükün konteynerlerle kısa mesafelere taşınmasında da demiryolu ekonomik olarak kullanılabilir. Her gün evleriyle işyerleri arasında gidip gelen çok sayıda kişiyi kent merkezleriyle banliyöler arasında demiryoluyla taşımak öteki taşıma biçimlerine göre daha etkin bir yoldur. Yaklaşık 500 kilometreye kadar olan uzaklıklarda, kentlerarası yolcu taşımacılığında yüksek hızlı trenlerin kullanılması başarılı sonuçlar vermektedir.
Kara ve havayollarına oranla demiryolları doğal çevreye daha az zarar verir ve daha az çevre kirlenmesine yol açar. Öbür ulaşım biçimleriyle karşılaştırıldığında, demiryolu ulaşımında yakıt da daha verimli kullanır. Eğer araştırmalara daha çok kaynak ayrılmış olsaydı, demiryolları çok daha etkin ve ekonomik bir ulaşım ve taşıma biçimi olabilirdi.
