Demiryolu İnşaatı Nasıl Yapılır

20285
Demiryolu İnşaatı Nasıl Yapılır

Bu yazımızda demiryolu araçlarının yolu olarak tabir edilen demiryolu hattının inşaasını konu olarak ele alacağız. Genel olarak bir demiryolu hattı raylar ve traverslerden oluşan yol çerçevesi ile bu kısmın altına konumlandırılan balast ve balast altı bölümlerinden meydana gelir. Balast altı kısımlar ise;

  • Zemin
  • Formasyon tabakası,
  • Don koruma tabakası,
  • Geotekstillerden oluşur.

Demiryolu İnşaatı

Sıralama yapacak olursak demiryolu inşaatı 7 ana bölümden oluşur.

1) Zemin

Demiryolu inşaatına zemin seçimi ile başlanır. Zemin demiryolu için en önemli etmenlerden birisidir. Zemin seçiminden sonra demiryolunda zemin geoteknik etüdünün yapılması gerekir. Geoteknik araştırmalar;

  • Dolgu malzemesinin sahada mevcut olup olmadığı ve dışarıdan temininin gerekip gerekmediği,
  • Zemindeki su seviyesinin sorunlara yol açıp açmayacağı,
  • Drenaj ve koruyucu önlem gerekip gerekmediği,

Yarma ve dolgularda bitki ile güçlendirmenin gerekip gerekmediği ve gerekiyorsa hangi tür bitkinin seçileceği sorularının cevapları için yapılan bir etüttür. 

2) Formasyon Tabakası

Zeminin yetersiz olduğu durumlarda daha iyi bir zemin tabakası yerleştirilmesi gerekir. Bu kısma formasyon tabakası denir. Yol eksenine dik yönde eğim verilmiş olan ve alt balast yüksekliğine kadar olan temel tabakadır. Formasyon tabakası yeterli dayanıklılık ve kararlılığa sahip olmalı, yağmur ve eriyen kara karşı iyi bir drenaj sağlamalıdır.

Formasyon tabakası homojen ve yoğunluğu fazla olmalıdır. Bu tabakanın kalınlığı zeminin kalitesine göre değişir. Bu tabakanın temel fonksiyonları şunlardır;

  • Destekleyicilik: Tabakanın yük dağıtma etkisi ile zemini yüksek gerilmelerden korur.
  • Dona karşı koruyuculuk: Eğer zemin dona karşı hassas ise bu tabaka termal etkisi ile zemini dona karşı korur.
  • Filtreleyicilik ve ayırıcılık: Balastın ince zeminle karışmasını engeller.
  • Eşitleyicilik: Dayanım kapasitesinde büyük farklar olup, hat düzensizce desteklenmişse ve ya kaya zeminde düzgün formasyon oluşturulmamışsa düzgün yüzey sağlamak için kullanılır.
  • Düşük su geçirgenliği: Suya karşı zemini yüzey suyundan korur.

Bu tabaka balast yüzeyini artırmayı önlediği için maliyet azalmasını ve balasttan zemine kadar elastisite modülünün (malzemenin kuvvet altında elastik şekil değiştirmesi) kademeli değişimini sağlar.

3) Don Koruma Tabakası

Don kabarmalarına karşı altyapıyı korumak için balast altının altına bir malzeme ve ya malzeme karışımından oluşan tabaka eklenir. Bu tabakaya don koruma tabakası denir.

Don koruma tabakasında dona karşı duyarlılık durumlarına bağlı olarak; kum, killi kum, çakıl, killi çakıl, siltli çakıl, silt, killi silt ve siltli kil kullanılabilir.

4) Geotekstiller

Geotekstiller zemin üzerine eklenen koruyucu tabakaların taşıma kapasitesini artırmak, gerilme ve deformasyonları azaltmak amacı ile kullanılırlar. Geotekstiller ihtiyaca göre zemin ile formasyon tabakası veya dona karşı koruyucu tabaka arasına yerleştirilirler. Bu tabaka statik ve dinamik gerilmelere karşı mukavemet gösterir. Geotekstiller hidrolik ve mekanik işlemlerle gerdirilerek filtre etkisine karşı korunurlar. Geotekstiller; polyester (PES), polipropilen (PP) veya polietilen (PE-HD) malzemelerden oluşurlar.

Uluslararası Demiryolları Birliğine(UIC) göre belirlenen balast ve balast altı miktarı
Uluslararası Demiryolları Birliğine (UIC) göre belirlenen balast ve balast altı miktarı

5) Balast

Boyutları 30mm-60mm arasında olacak şekilde bazalt, andezit, dolomit, granit, diyorit gibi kayaların kırılması ile elde edilen taşlara balast denir.

Balast demiryolu inşaatında önemli bir yer kaplar ve aşağıdaki şartları sağlamak zorundadır;

  • Temiz olmalı ve içerisinde toprak bulundurmamalıdır.
  • İçerisinde su tutmamalı, suyu alt katmanlara aktarabilmelidir ve çevre şartlarına uyumlu olmalıdır.
  • Basınç ve darbelere karşı dayanıklı olmalıdır.
  • Kübik, keskin kenarlı ve keskin köşeli olmalıdır. (Traverslerin yanal ve boyuna kaymasını engellemek için)

Balast tabakasından beklenen görevler ise şunlardır;

  • Demiryoluna gelecek yükü geniş alana dağıtmak,
  • Yolda bitki oluşumunu engellemek,
  • Alanı don olayından korumak,
  • Hattaki kaymaları engellemek ve hat geometrisini korumaktır.

Ülkemizde TCDD’nin balast teknik şartnamesine göre, balastların; hazır balastın yıkanma sonrası zararlı madde miktarları, aşınma testi, dona dayanıklılık testi, su emme testi gibi kriterleri yerine getirmesi gerekmektedir.

Balast miktarları metre başına 2.1 metreküp (3.05 ton) ile metre başına 5.7 metreküp (8.26 ton) arasında değişmektedir.

Balast serme işlemi yapılan bir demiryolu hattı

6) Travers

Traversler ray ile balast arasında bulunan bir demiryolu elemanıdır. Demiryolunda daha iyi bir yük dağılımı olması açısından traverslere ihtiyaç duyulmaktadır.

Traverslerde aranan özellikler ekartmanı (iki ray arasındaki açıklık) korumak, yatay ve düşey yönlerde mekanik dayanıma sahip olmak ve yük iletimini ve dağılımını sağlamaktır.

Üç tür travers tipi vardır. Bunlar demir traversler, ahşap traversler ve beton traverslerdir. Günümüzde en çok kullanılan travers tipi beton traverslerdir. Ancak ülkemizde konvansiyonel hatların bir bölümünde hala ahşap traversler kullanılmaktadır.

Rayların traverslere bağlanması; raylar traverslere bağlantı elemanları aracılığı ile bağlanır. Bu bağlantılar rijit ve elastik olmak üzere ikiye ayrılır.

  1. Rijit bağlantılar: Bu bağlantılar ahşap ve demir traverslerde kullanılır. Rijit bağlantılar traverse bulon ve ya çivi ile bağlanır. Bu tür bağlantılarda plastik deformasyonların meydana gelme olasılığı yüksektir.
  2. Elastik bağlantılar: Bu tür bağlantılar genelde beton traverslerde kullanılır. Elastik bağlantıların cıvatalı tip ve yay tipi elastik bağlantılar olmak üzere iki çeşidi bulunur. En yaygın kullanılan türü cıvatalı tiptir.

Ülkemizde ise yarı elastik bağlantı sistemi (K tipi bağlantı) ve elastik bağlantı sistemi (HM bağlantı) kullanılmaktadır. En yaygın kullanılanı K tipi bağlantı sistemidir. Bu tür bağlantılarda ahşap traverslerde 4 tirfonla (vida), beton traverslerde 2 tirfonla selete (ray ve traversin bağlantı elemanı) bağlanır. Ayrıca yük dağılımı sağlaması, esneklik, elektrik yalıtımı ve vibrasyonun azaltılması için ray ile travers arasına elastik bir tabaka olan pedler konumlandırılır.

Beton travers ve bağlantı elemanları

7) Ray

Demiryolu araç tekerleklerine yuvarlanma yüzeyi sağlayan, aşınmaya ve yüksek mukavemete dayanıklı özel çelik profilden üretilen demiryolu elemanına ray denir. Ray sıvı haldeki çeliğin 1250 derecede haddeleme işlemi ve daha sonrasında belli düzeltme yöntemleri ile elde edilir. Rayların ağırlıkları UIC (Uluslararası Demiryolları Birliği) tarafından belirlenen standartlara göre 50 kg/m ile 70 kg/m arasında değişmektedir. En çok üretilen ray uzunlukları ise 18m, 24m, 30m, 36m dir. Ülkemizde ise ray boyları 50km/h hızların altındaki bölgelerde minimum 3 metre, daha yüksek hızların bulunduğu bölgelerde ise minimum 5 metre olarak belirlenmiştir.

Raylardan beklenen özellikler ise şunlardır;

  • Uzun ömür ve aşınmaya karşı maksimum dayanıklılık,
  • Traverslere iletilecek basıncın minimum seviyede olmasını sağlamak.
Belli ölçülerde üretilen demiryolu rayları
Belli ölçülerde üretilen demiryolu rayları

Raylar şekilleri bakımından üç tipte incelenebilir;

i) Oluklu raylar: Genellikle tramvay hatlarında kullanılırlar. Ayrıca hemzemin geçitlerde(karayolu ve demiryolu kesişim noktaları) kullanılırlar.

ii) Çift mantarlı raylar: Bu raylar simetrik olarak alt ve üst mantardan meydana gelmektedir. Ancak sürtünme ve korozyon etkilerinden dolayı bu ray tipi artık kullanılamaktadır. En son 1938 yılına kadar İngiltere’de kullanılmıştır.

iii) Tek mantarlı raylar: Ülkemizde ve dünyada kullanılan ray tipidir.

Oluklu, çift mantarlı ve tek mantarlı ray tipleri

Rayların birleştirilmesi: Raylar ray kaynağı ile birleştirilir. Ray kaynakları; yakma alın kaynağı, elektrik ark kaynağı ve termit kaynak olmak üzere üç çeşitten oluşur.

Termik kaynak yöntemi ile rayların birleştirilmesi
Termik kaynak yöntemi ile rayların birleştirilmesi

Ayrıca tüm bu kısımlara ek olarak ihtiyaç durumunda demiryolu inşaatına tüneller, köprüler ve sanat yapıları da dahil edilebilir. Bunlara ek olarak hatlarda sinyalizasyon sistemi ekipmanları da bulunur. Elektrikli hatlarda konvansiyonel hatlardan ayrı olarak elektrik enerjisinin demiryolu aracına aktarıldığı katener hat bulunur.

Elektrikli bir demiryolu inşaatı
Elektrikli bir demiryolu inşaatı

Kaynaklar
[1] K. Sawley and J. Kristian (2003): ‘’Development of bainitic rail steels with potential resistance to rolling contact fatigue’’,
[2] Track Construction, Moreton Bay Rail,
[3] Prof. Dr. Zübeyde Öztürk , Dr. Veysel Arlı (2009), Demiryolu Mühendisliği

https://www.youtube.com/watch?v=ofaQ2DdhN3k

Paylaşır mısınız?
Muhammet Kaya
Karabük Üniversitesi Raylı Sistemler Mühendisliği - Raylı Sistemler Derneği Proje ve Araştırma Kurulu Başkanı

Düşünceleriniz Nedir?

Lütfen yorumunuzu buraya yazınız.
Lütfen isminizi buraya yazını.