Demir yolunda; altyapı platformu üzerine oturan, üzerinde demir yolu taşıtlarının hareket etmesini sağlayan, taşıtlardan etki eden kuvvetleri platforma aktaran yapı kısmına "üstyapı" denir.
1.1.1. Üstyapının Görevleri
Raylı ulaştırma sistemlerinde üstyapı, yol ve taşıyıcı sistem olmak üzere iki büyük görev yapmaktadır.
Yol olarak, bir yandan taşıt tekerleklerine düzgün ve pürüzsüz bir yuvarlanma yüzeyi sunması diğer yandan taşıtların yanal yöndeki hareketlerini kısıtlayarak ve geometrisini bozmayarak kılavuzluk görevi yapmasıdır.
Taşıyıcı sistem olarak ise, tekerlekler tarafından iletilen düşey dinamik yükleri güvenlikle karşılayıp, kısmen azaltarak ve yayarak taban zemine iletmesi,taşıtların konforlu olarak seyirlerini sağlayan elastik bir yatak sunmasıdır.
Bu bilgiler ışığında üstyapının görevleri şunlardır:
Demir yolu taşıtlarının hareketini sağlayacak,sürtünmenin en aza indirildiği bir yuvarlanma yüzeyi sağlamak
Demir yolu taşıtlarından gelen yükleri platforma aktarmak
Demir yolu yatay ve düşey eksenlerini ve yol açıklığını korumak
1.2. Üstyapı Elemanlarında Aranılan Özellikler
Üstyapının kendisini etkileyen kuvvetlere dayanabilmesi için üstyapı elemanlarının sahip olması gereken özellikler şunlardır:
Ray kesitlerinin bu kuvvetleri karşılayacak şekilde seçilmesi gerekir.
Rayların birbirleriyle ve traverslerle bağlantıları yeterince rijit olmalıdır.
Traversler, etkisi altında kalacağı yüklere dayanacak kesitlere sahip olmalı ve yeterli bir sıklıkla yerleştirilmelidir.
Balast kohezyonu iyi olmalı, travers-ray çerçevesi yatay kuvvetlere dayanmalı ve yola gerekli esnekliği sağlamalıdır.
Yolun bakımı, yolun sürekli olarak belirli düzgünlükte korunmasını sağlamalıdır.
1.3. Üstyapının Esnekliği
Bir raylı sistem üstyapısı, her birinin kendine özgü esnekliği olan elemanlar zincirinden oluşmaktadır. Bu zincir; Platform-Balast-Travers-Selet-Ray şeklinde ifade edilebilir.
Üstyapı elemanlarına ilişkin esneklik kat sayıları aşağıda verilen düzeylerdedir.
Ray 5000-10000 t/mm
Gövdesi Ahşap 50-80 t/mm
Travers Beton 1200-1500 t/mm
Travers Balast (Gevşetilmiş) 10-30 t/mm
Gerçekte balast ve platform esnekliği üstyapı genel esnekliğini belirleyici
niteliktedir. Yolun genel esnekliği platform ve balast cinsine göre 1,50-10 t/mm
arasında değişir.Balast ve Donmuş Toprak : 8-10 t/mm
Kaya Platform : 2-8 t/mm
Killi Platform : 1.5-2 t/mm
Bataklık Platform : 0,5-1,5 t/mm
Sanat yapılarında elastiklik değeri 12-15 t/mm olup bunlardan geçilmesi sırasında önemli düşey esneklik farkları doğmaktadır.
Platform en küçük esneklik kat sayısına sahip olduğu için genellikle platform düzeyindeki basınç üstyapıdaki çökmeyi belirlemektedir. Platform düzeyindeki basınç, balast ve varsa temel alt tabakalarının kalınlıkları arttıkça artar. Hesap sonuçları, zemin cinsinin kötüleşmesi ölçüsünde balast kalınlığını arttırmanın yararını doğrulamaktadır. Ayrıca esneklik kat sayıları hız arttıkça büyümektedir. Çünkü hız artışıyla kuvvetlerin uygulama süreleri kısalmaktadır.
1.4. Üstyapının Bölümleri
Klasik anlamda ifade edilen bir demir yolunda;
Demir yolu taşıtlarının tekerlekleri "ray" adı verilen sürekli, iki sıra metalik çubuk üzerinde yuvarlanma hareketi yaparlar. Raylar da "travers" adı verilen ve rayların altında, onlara dik yönde, belirli aralıklarla yer alan sömellere oturtularak tespit edilmişlerdir. Böylece raylarla traversler çerçeveleri oluşturur. Traversler ise "balast" denen bir kırma taş tabakası içine üst yüzeylerine kadar gömülmüşlerdir. Balast tabakası altyapı platformu üzerine serilmiştir. Ayrıca gerek rayların birbirine bağlantısı ve gerekse rayların traverslere tespiti için "bağlantı malzemesi" adı verilen malzemeler bulunur.
Böylece üstyapıyı oluşturan elemanlar;
Raylar
Traversler
Balast
Bağlantı malzemeleri şeklinde gruplandırılabilir.
1.5. Rayların Tarihçesi
Demir yolu araçlarının tekerleklerine en az direnimi gösterecek bir yuvarlanma yüzeyi sağlayan ve tekerlekleri kılavuzlayan, ayrıca dingillerden aktarılan kuvvetleri traverslere aktaran dökme çelikten yapılmış üstyapı malzemesine ray denir.
İnsanların üretim sistemindeki fabrikasyon sistemini geliştirmeleri endüstri alanında ham madde ihtiyacının sağlanması aynı zamanda endüstrinin geliştiği kentlerin göç akımına uğraması nüfusun hızla artmasına yol açmış beraberinde kent içi ulaşımı büyük bir sorun oluşturmaya başlamış ve günümüzde mal ve hizmetlerin karşılığının altın ya da gümüş yerine kg/petrol ile ölçülmesi de enerjinin önemini ve iktisatlı kullanılmasını gündeme getirmiştir.
Kara yolu öyle duruma gelmiştir ki hem çevre sağlığı açısından hem de yolların çok geniş alanları kaplamasından ayrıca kapasitelerinin çok üstünde araç sayısının hemen aynı saatlerde kara yoluna çıkmaları çekilmez bir hayat tarzı oluşturmuş ve çözüm toplu taşıma araçlarına yönelmekte bulunulmuştur.
Raylı sistemlerde kullanılan raylar bir bilgi birikimi deneme yanılma yolu ile teknolojinin gelişmesine paralel olarak her geçen yıl daha iyiye gidilmektedir. Öyle ki artık dünyanın bir yerinde kullanılan raylar başka bir yerde kullanıldığında arızalara yol açacağı görülmüş iklim şartları ray ısısı ve benzeri teknik özellikler göz önünde bulundurulması gereken özellikler artık devreye girmiştir.
Rayı ve lokomotifi ilk kullanan Fransız Nicolas Cugnot 1769 yılında ilk denemesinde hüsrana uğrayınca 10 yıl tutuklanmıştır ancak bu buluşu İngiliz William Murdock buhar gücü kara yolu ulaşımında denemiştir . 1801 yılında ise Richard Trevichick buhar gücünü demir yolunda denemiş ancak fazla ağırlık nedeni ile raylar kırılmış lokomotifin yapıldığı malzeme de mukavim olmadığı için çalışmalarını ertelemiştir. Bu konuda asıl gelişme Gerorge Stephenson tarafından yapılmıştır. Stephenson daha sağlam ray ve lokomotif yapmayı başarmış, bunu takiben Darlington maden ocağını Stocton Limanına bağlayan hattın yapımını gerçekleştirmiştir.
Mantar başlı ilk ray 1789 tarihinde Jessop tarafından yapılmış deneme yanılma yolu ile 1920 yılından sonra haddeden çekilmiş iki başlı (mantarlı) olarak imal edilmiş montajı sırasında yaşanan zorluklar nedeni ile adıyla anılan vinyol (patenli) tip ray üretilmiş dünyada da rağbet görmüştür.
1.6. Rayların Görevleri Ve Çeşitleri
Raylarıın görevleri;
Demir yolu araçlarına, sürtünmenin en aza indirildiği bir yuvarlanma yüzeyi sağlamak
Demir yolu araçlarının tekerleklerini kılavuzlamak
Demir yolu araçlarından intikal eden kuvvetleri traverse aktarmak
Rayların çeşitleri şunlardır:
Oluklu raylar.
Çift mantarlı raylar.
Patenli raylar (vinyol tipi raylar).
1.6.1. Oluklu Raylar
Oluklu raylar tramvay hatlarında kullanılır. Ayrıca diğer şase kaplamaları ile uyuşabildiği için demir yolu ve kara yolunun aynı seviyede kesiştiği yerlerde (hemzemin geçit) kara yolu, yaya yolu, demir yolunun aynı güzergâh içinde bulunması durumunda ve özellikle rıhtım hatlarında kullanılır. Sakıncalı yönü ise boden yataklarının çeşitli malzemelerle dolması yolun sürekli bakım ve temizliğe ihtiyacı vardır zira boden yataklarının dolması deray sebebi olabilir.
1.6.2. Çift Mantarlı Raylar
Bu raylar simetrik bir şekil arz edip bir alt bir de üst mantardan meydana gelir. Bu rayın ortaya atılışındaki fikir üst mantarın aşınmasından sonra rayın çevrilmesiyle alt mantarın kullanılması idi.Ne var ki üst mantarla beraber alt mantarın da sürtünmeler nedeniyle aşınmasından ötürü kullanılmasının imkansızlığı anlaşıldı.
En son bu rayı kullanan İngilizler de 1938 yılında bundan vazgeçtiler. Şimdi sadece Fransa'nın bazı bölgelerinde ikinci derecede hatlarda kullanılmaktadır.
1.6.3. Patenli Raylar
Ray, traverse bağlantısını sağlayan ve paten ismini alan genişlemiş bir dayanma tablası ile tek yuvarlanma yüzeyinden oluşur. Bunu bulan İngiliz mühendisin adı ile Vinyol rayları diye de tanınır. Çift mantarlı rayların birçok sakıncasını ortadan kaldırmaktadır. Kolaylıkla traversler üzerine monte edilebilir. Demir traverslerde doğrudan traverse oturur ahşap ve betonarme traverslere seletler yardımıyla oturtulur.
1.7. Rayların Bölümleri
Üç bölümden oluşur. Mantar, gövde ve tabandır. Tekerlekle doğrudan doğruya temasta bulunan mantar, yuvarlanma sathının bombeliği, yüksekliği ve yanaklarının eğimi ile belirtilir. Bombelik yarıçapı 200-500 mm arasında ve mantar yanakları eğimi 1/20 olmalıdır. Ray mantarı üst köşelerinin yarıçapı bandaj boğaz yarıçapı ile eşit olup R= 13 mm'dir.Raylar daha önceleri kullanıldıkları hat bölgesine göre isimlendirilmiştir. Günümüzde UIC standartlarına uyularak, bir metresinin ağırlığına göre isimlendirilmektedir.
Örneğin; Ankara tipi, Devlet 46.303 kg/mt., 49.050 Kg/m veya RI 54, RI 60 gibi.
1.8. Rayın Kimyasal Bileşimleri ve Ray Sertleştirmeleri
Ray çeliğinin bileşiminde demirden başka karbon, silis, manganez, fosfor ve kükürt bulunur. Bunlardan karbon, silis ve manganezin belli miktarlarda bulunması, rayı daha mukavemetli hale getirmesi açısından faydalıdır. Fosfor ve kükürt ise çelik bünyesinden tamamen çıkarılamayan zararlı elementlerdir.
Karbon; çeliğin mukavemetini artırır, ancak malzemenin daha gevrek olmasına neden olur. Ray çeliği içindeki karbon miktarı on binde 40-60 arasında olmalıdır.
Silis; çeliğin oksidasyonunu zorlaştıran bir element olup ayrıca malzemenin daha akıcı, yoğun ve ince zerreli, homojen olmasına neden olur. Ray çeliği içindeki silis miktarı on binde 35-50 arasında olmalıdır.
Manganez; çeliği sert ve mukavemetli yapar. Ray çeliği içindeki manganez miktarı karbonun 2-3 katı, on binde 80-210 arasında olmalıdır.
Fosfor; çeliğin daha sert olmasını sağlamasına rağmen, elastikiyetin azalmasında karbondan daha çok etkilidir. Bu nedenle ray çeliği içindeki fosfor miktarı on binde 3-8'den fazla olmamalıdır.
Kükürt; ray çeliğinin içinde kükürt bulunması istenmez. Ancak tamamen çıkarılmasındaki zorluklar nedeniyle, on binde 6'ya kadarı kabul edilir.
Günümüzde taşıma gücünü artırarak daha fazla dingil basıncı ile yüksek hızlarda işletmecilik yapmak ihtiyacı ray kesitinin büyütülmesi ile sağlanabilmektedir. UIC standartlarına göre ray çeliğinin çekme mukavemeti 70-85 kg/mm2 olarak tayin edilmiştir. Ray aşınmayacak kadar sert fakat kırılmayacak kadar esnek yapıda olmalıdır.
Mantar kısmı sertleştirilen raylar on binde 78 oranında karbon ve on binde 90 oranında manganez içermektedir. Rayların mantar kısmı elektrik veya gaz kullanılarak 1050 C dereceye kadar ısıtılır ve daha sonra sıcaklık saniyede 3-4 C derece oranında azaltılarak 500 C dereceye düşürülür. Bu şekilde sertlik oranı 280 BHN'den 360 BHN (Brinell sertlik sayısı) değerine yükseltilir. Sertlik değerleri 300-400 BHN arasında değişir. Bu sayede rayda derin bir sertleşme elde edilir. Ray uçlarında ve mantarında bu şekilde yapılan sertleştirmeler genellikle 14 mm ile 40 mm arasında bir derinlik bölgesi elde edilir. Kimyasal birleşimlerinde değişiklik yapılarak rayın mukavemet gücü artırılabilirse de bu durumda;
Rayın yüksek mukavemetli olması bandajın daha çabuk aşınmasına neden olur.
Karbon ve manganez miktarının artırılması rayı daha gevrek hâle getireceğinden kırılmalara neden olur.
1.9. Ray Üzerindeki İşaretlerin Anlamları
Örneğin: KARDEMİR - 07-1 TURC 100.A.10
KARDEMİR : İmalatı yapan firmayı,
07.3 : İmalat tarihini ( 2007'nin 3.ayı)
TÜRKİYE : Türkiye için imal edildiğini
100.A.10 : Pota adedini, çekilen rayın potadan çekilen kaçıncı ray olduğunu
gösterir.
Çeliğin kalitesi ile ilgili olarak ;
Ray üzerindeki işaretler
1.10 Ray Ebatları
TCDD'ce kullanılan rayların ebatları aşağıdaki tabloda verilmiş olup demir yollarında konvansiyonel hatlarda 49'luk ray kullanılmaktadır. Demir yollarının hızlı tren hatlarında ise 60'lık ray kullanılmaktadır. Hafif raylı sistemlerde ise farklı ve daha küçük kesitte raylar kullanılmaktadır.
Rayın cinsi Taban Genişliği Yüksekliği Mantar Genişliği Gövde Kalınlığı
60.340 kg/m 150 mm 172 mm 72 mm 16,5 mm
49.050 kg/m 125 mm 148 mm 67 mm 14 mm
49.430 kg/m 125 mm 149 mm 67 mm 14 mm
46.303 kg/m 134 mm 145 mm 64 mm 15 mm
39.520 kg/m 120 mm 138 mm 62 mm 12 mm
1.11. Birleşik Raylar ve Kullanıldığı Yerler
Genel olarak birleşik raylar, bodenlerin gitmesi gereken yöne gitmelerine yardımcı olmak üzere kullanılır. Bunlara kontrray da denir.
Birleşik raylar makaslarda yanındaki raya monte edilir. Ancak eş düzey (hemzemin) geçitlerde, köprülerde, tünellerde ve yüksek dolgularda kullanılan birleşik raylar ahşap traverslere monte edilir.
Birleşik raylar beton, demir ve plastik traverslere monte edilemediğinden, bu traverslerden teşkil edilmiş yollarda kullanılmaz.
Hemzemin geçitlerde ve makaslarda; ray ile birleşik ray arasındaki açıklık 45 mm'den, derinlik 38 mm' den az olmamalıdır.
Köprülerde (uzunluğu 50 m'den büyük), Tünellerde ve yüksek dolgularda kullanılan birleşik rayların raya mesafesi 200 mm olmalıdır.
Birleşik raylar köprü, tünel veya yüksek imlayı çıktıktan sonra, doğru yolda en az 6 m, kurp halinde ise en az 12 m devam ederek uçları birleştirilir. Ayrıca bu kontrray uçları ahşap takozla takviye edilir.
Kontrrayları tutan malzemeler tam ve iyi sıkılmış olmalıdır.
Birleşik raylar aşağıda belirtilen yerlerde kullanılır:
Eşdüzey (hemzemin) geçitlerde: Kara yolu araçlarının geçmesi esnasında boden boşluklarının dolması neticesi trenlerin geçitler üzerinde deraylarının önlenmesi amacıyla eş düzey (hemzemin) geçitler üzerinde birleşik raylar kullanılır.
Makaslarda : Bodenlerin makas göbek iğne ucu boşluklarından deray etmeden geçmelerini temin için göbeğin karşı dizisinde her iki tarafına (doğru yolda, sapan yolda) iki adet birleşik ray (kontrray) kullanılır.
Tünellerde : Tünel içerisinde muhtemel deray olaylarında deraylı vagonun raydan düştükten sonra yoldan fazla uzaklaşarak tünel içerisinde devrilmesini ve tünel duvarlarına çarpmasını engellemek amacıyla yapılır.Yüksek dolgularda : Yüksek dolgu üzerinde muhtemel deray olaylarında deraylı vagonun raydan düştükten sonra yoldan fazla uzaklaşarak dolgu üzerinde devrilmesini engellemek amacıyla yapılır.
Köprülerde : Toplam uzunluğu 50 m'den büyük olan köprü üzerinde muhtemel deray olaylarında, deraylı vagonun raydan düştükten sonra yoldan uzaklaşarak köprüye zarar vermesini ve devrilmesini engellemek amacıyla yapılır.
1.12. Conta Teşkili ve Düzenlemeleri
1.12.1. Conta Düzenleme Şekilleri
1.12.1.1. Karşılıklı Conta
Her iki ray dizisinde ray başları aynı hizadadır. Yolun genel bakımı ve contaların düşük olmaması kaydı ile en ideal conta teşkil sistemi karşılıklı contadır. Bu sistemde eğer dizinin her ikisinde de contada düşüklük varsa çok şiddetli sarsıntı ve vuruntular oluşacağından, yolun üzerinde seyreden araçların sustaları kırılabilir. Bu sistemde contalar da dirsek (fleş hatası) çokça görülür. Karşılıklı contada ray başı gönye farkı 70 mm'den fazla olmamalıdır.
Karşılıklı conta ve toleransı
1.12.1.2. Şaşırtma Conta
Kısa raylı contalardaki dirsekleri önlemek için bir ray dizisinde teşkil edilen conta diğer dizideki rayın ortasında ya da orta noktanın 55 cm ilersine, gerisine gelecek şekilde conta oluşturulmasına şaşırtma conta denir. Şaşırtma conta sistemi uygulanan yollarda, contalarda meydana gelecek çapraz düşüklükler nedeniyle üzerinde seyreden araçlarda lase (yalpalama) hareketlerine neden olur.
55 cm.den fazla olmamalıdır.
Bu nedenle;
Ekartman daha çabuk bozulur.
Yol üstyapı malzemelerine zarar verir. Aşınmasına, kırılmasına, laçkalaşmasına neden olur.
Yolda dresaja neden olur.
Üzerinde seyreden araçlarda aşınma, kırılma vb. arızalar meydana getirir.
Demir yolu taşımacılığında konfor bozulur.
1.12.2. Contalarda Rayların Traverslere Oturma Şekilleri
Contalar, rayların travers üzerine oturmalarına göre mesnetli, konsol ve sakin conta olarak uygulanır.
1.12.2.1. Mesnetli Conta
Mesnetli contalarda travers conta altında mesnet teşkil ettiğinden, trenlerin geçişi esnasında meydana gelen vuruntular sebebiyle; ray başlarında ezilmeler, traverslerde çatlama ve kırılma, balastta yıpranma ve toz haline gelme, yolda daha çabuk bozulma meydana gelir. Ayrıca esneklik çok az olduğundan tekerlere intikal eden dinamik kuvetlerde artış meydana gelir. Bu nedenlerle uygulanması doğru olmayan bir bağlantı şeklidir.
1.12.2.2. Sakin Conta
1.12.2.3. Konsol Contalar
1.13. Kurplarda Kısa Ray Hesabı ve Dağılımı
Karşılıklı conta uygulanan hatlardaki kurplarda contaların karşı karşıya gelebilmesi için , iç rayın dış raya göre daha kısa boyda olması gerekir. Çünkü iç ray dizisinin yarıçapı dış ray dizisinin yarıçapından 1,50 m daha küçüktür. Yani yol açıklığı kadar iç ray çapı dış ray çapından kısadır. Buna göre kısalma miktarı aşağıdaki formülle hesaplanır. Kurplarda kısa ray kullanıldığında contalarda meydana gelen şaşma miktarı ray boylarındaki standart şaşma miktarının 1/2 sinden fazla olamaz. Kurp yarıçapı yol mihverinden geçer.
KAYNAK :
Demiryolu Üstyapı Tekniği- Osman Berke
Üstyapı bilgisi ve Tekniği- İlhan Kaçer
Üstyapı ve Demiryolu tekniği-Feridun Kumbasar
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder