2/14/ Ders. Yrd. Doç. Dr. N. Özgür BEZGİN. Toprak İşleri ve Demiryolu Mühendisliği. Ders kaynakları ve dersin değerlendirilmesi

Transkript

1 BAHAR 2017 İnşaat Mühendisliği Bölümü Ders kaynakları ve dersin değerlendirilmesi -Class resources and class evaluation- Ders notları Toprak İşleri ve Demiryolu Prof.Dr. İnal Seçkin -Earthworks and Design of Railways- 1 vize: %50 Final: %50 Yrd. Doç. Dr. N. Özgür Bezgin o z g u r. b e z g i i s t a n b u l. e d u. t r 15 Şubat 2017 Birinci Ders Döneme bakış -Semester outlook- 1. Demiryolu öncesi ulaşım ve demiryollarının doğuşu. Türkiyede demiryollarının tarihçesi. 2. Demiryolu taşıtları ve teknolojisi. 3. Demiryolu üstyapısı Balast, alt-balast. 4. Demiryolu üstyapısı Travers, ray, bağlantı parçaları. 5. Genel fizik. 6. Demiryolu taşıtlarının ve raylar üzerindeki hareketin fiziği. 7. Demiryolu hat inşası ve güzergah tespiti. 8. Demiryolu hatlarının geometrik tasarımı. 9. Demiryolu hat inşası ve toprak işleri Hacim hesapları. 10. Demiryolu hat inşası ve toprak işleri Yarma ve dolgu işleri ve planlaması. 11.Demiryolu inşasında zemin işleri ve kullanılan araçlar. SANAYİLEŞME ÖNCESİ ULAŞIM

2 Karasal ulaşım -Land transport- Karasal ulaşım -Land transport- Çoğunlukla su yolları ulaşımı ile nehirler ve kıyılarda konuşlanan yerleşimler, sudan bağımsız karasal yerleşimlerini gerçekleştirebilmek için farklı ulaşım teknikleri denemişlerdir. Bir cisim bir zemin üzerinde taşınarak, çekilerek, itilerek veya yuvarlanarak ilerletilebilir. Taşınarak ilerletilebilen cisimlerin ağırlıkları yük hayvanlarında 300 kg mertebesinde ve 5 10 km mesafelerde, insanlarda ise metrelerle ifade edilebilecek mesafelerde ve çok daha düşük ağırlık değerlerindedir. Üzerinde ilerletildiği satıha saplanmamak kaydıyla çekilerek ve iterek ilerletilme ise kızaklar aracılığı ile taşınan yük değerinin, statik ve dinamik sürtünme katsayı değerlerine bağlı olarak bağlı olarak daha düşük bir yüzdesine indirgenmesi ile daha rahat olmaktadır. 1. Taşınarak: Kuvvet = m * g 2. Çekilerek veya itilerek: Kuvvet 1 = m * g * Statik sürtünme katsayısı Kuvvet 2 = m * g * Dinamik sürtünme katsayısı MÖ 3000 lerden başlayarak tekerleğin bulunması ile zemin ile etkileşim, tekerleğin yuvarlanma direncine indirgenmiştir. 3. Yuvarlayarak: Kuvvet = m * g * Yuvarlanma direnci Tekerleğin gelişimi -Development of the wheel- Sanayileşme öncesi ulaşım -Transportation before industrialization- Neolitik Dönemden (~MÖ ), yazılı insanlık tarihinin başlangıcına (Heredotus M.Ö ) ve sonrasında 1. Sanayi Devrimine kadar geçen ( ) süreç içerisinde insanların ve ihtiyaç duyulan malzemelerin taşınmasında insan gücü, hayvan gücü, akış gücü, rüzgar gücü ve sonlara doğru az da olsa havanın kaldırma gücünden yararlanan taşıtlar kullanılmıştır.

3 Sanayileşme öncesi ulaşım -Transportation before industrialization- Sanayileşme öncesi ulaşım -Transportation before industrialization- İnsanlar, karasal kısa mesafeler içerisinde taşıyarak veya birtakım basit çekicilerle çekerek (el arabası, çek çek) insan ve eşya taşıyabilmekteydi. Karasal uzun mesafelerde birden çok insanın ulaşımı veya ağır malzemenin taşınmasında at, eşek, deve, öküz, köpek, fil gibi hayvan gücü ile çekilen tekerlekli veya kızaklı basit araçlar kullanıldı. Sanayileşme öncesi ulaşım -Transportation before industrialization- Sanayileşme öncesi ulaşım -Transportation before industrialization- Karada mevcut noktalar arasında yer alan nehir gibi doğal akış yollarında sallar ve tekneler kullanılarak insan ve hayvan taşıma gücüne göre ağır olan insanlar ve malzemeler taşınabildi. Ayrıca bu sallar bazen nehir kıyısında yürütülen hayvanlar tarafından da çekilebildi. Açık deniz ve göllerde, rüzgar gücü ve insan gücü (kürek) ile ilerleyen kayıklar ve gemiler ile karasal ulaşımın olmadığı veya karasal ulaşımın ekonomik bir seçenek oluşturmadığı bölgeler arasında çok sayıda insan ve ağır yük taşınabilmiştir.

4 Sanayileşme öncesi ulaşım -Transportation before industrialization- İnsan gücü ile yük taşıma -Load transport with manpower- Kapalı bir büyük hacim içerisindeki havanın ısıtılmasıyla azalan hava yoğunluğunun yükselmesi ilkesine göre çalışan balonlar (1783 Montgolfier) ile taşımacılık çok sınırlı da olsa yapılabilmiştir. İnsan gücü ile yük taşıma -Load transport with manpower- Hayvan gücü ile yük taşıma -Load transport with animal power- İnsanların taşıyabileceği yük miktarı ve bu yükü taşıyabilecekleri ulaştırma mesafesi sınırlı, ulaşım süresi ise uzundur. Hayvanlar ile daha uzun mesafelere daha çok yük ve insan taşınabilir. Ancak hayvan gücüne dayalı bir ulaşım hem ciddi bakım maliyetleri ve külfetleri getirmekte, hem de güvenilirlik (reliability) ve süreklilik (continuity) sorunları yaratmaktadır.

5 Hayvan gücü ile yük taşıma -Load transport with manpower- Hayvan gücü ile yük taşıma -Load transport with manpower- Yeryüzünün farklı köşelerinde iş yaptırılacak farklı türlerin varlığı ile ticaret ve ulaşım mümkün olabilmiştir. Ancak yüksek sayıda canlıyı beslemek, barındırmak ve hayatta tutmak da ulaşımın devamlılığı için bir zorunluluk olmuştur. Ayrıca bunca canlının yarattığı çevresel kirlilik de ciddi sıkıntılar yaratıyordu. Sanayi devriminden önce karadan ulaşım -Land transportation before the industrial revolution- Sanayi devriminden önce karadan ulaşım -Land transportation before the industrial revolution- Düz bir yolda yürüyerek saatte ortalama 4 km ilerleyebilen sağlıklı yetişkin bir kişi, bir günde gün boyu dinlenerek 8 saat yürüyerek 32 km yol katedebilir. Diğer taraftan bir insanın taşıyabileceği yük çok sınırlı olup, çok kısa mesafede vücut ağırlığının ortalamada en fazla %50 sini taşıyabilirken, mesafe veya yürüyüş zamanı uzadıkça bu oran çok azalır. Sağlıklı normal bir insan, düz bir yolda saatte ortalama 10 km koşarak ilerleyebilir. Ancak gün boyunca koşabileceği saatler sınırlıdır ve koşarken neredeyse hiç yük taşıyamaz. Tek seferde uzun mesafede hız koşularının uzunluğu 42,2 km (maraton) ve 2 saat 3 dakikadır. Bir diğer ulaşım aracı olan atlar ise, insanların erişimini ve taşıyabilme imkanlarını artırmışlardır. Cinsine göre ortalama 450 kg ile kg ağırlıkta olabilen atlar, vücut ağırlıklarının ortalama %20-30 unu taşıyabilirken, zeminin ve çekilen nesnenin tekerleklerinin durumuna göre vücut ağırlıklarının bir kaç katı yükü de çekebilmektedirler. Düz yolda ortalama 40 km/saat hızda koşabilen atlar, bu hızda ortalama 5 10 dakika koşabilir. (3,3 6,5 km) Sağlıklı ve yetişkin bir at ile düz yolda, kuru ve sağlam zeminde, iyi hava şartları altında ortalama 15 km/saat hızda ve bir günde dinlenerek 8 saatte, sürücü dışında yük taşımadan 120 km yol katedilebilir.

6 Sanayi devriminden önce karadan taşıma -Land transport before the industrial revolution- Sanayi devriminden önce karadan taşıma -Land transport before the industrial revolution- Günümüz kavramlarıyla toplu taşımanın çok sınırlı olduğu dönemlerde insanlar, doğdukları köy, kasaba ve kentler civarına tekil ulaşım yöntemleri ile (yürüyerek, ata binerek, at arabası ile) ulaşmakta ve çoğunlukla insanlar yaşam bölgeleri içerisinde yerel olarak yaşamaktaydılar. Ancak ulaşım, sağlıklı tekil bireyler olarak ve de sıradan ihtiyaçlar kapsamında düşünülmesi gereken bir şeyin çok ötesinde bir ihtiyaçtı. Farklı yaş ve sağlık durumunda olan kişilerin, zorlayıcı coğrafi ve iklim koşulları içerisinde sağlanması gereken ulaşım ihtiyaçları bulunmaktaydı Belirli bir noktada yerleşik yaşayan ve geceleri de evinde uyuyan bir kişi, gün içinde bulunduğu noktadan en fazla 4 5 saatlik bir yürüyüş ile km uzaklaşabilir ve bu mesafede de çok fazla yük taşıyamazdı. ( 5 10 kg). 700 kg ağırlıkta ortalama bir at ise günde km mesafede kg taşıyabilmektedir. Diğer yandan insanların yaşadıkları bölgelere ağır malzemelerin (yapı malzemeleri, yiyecek, kömür, taş, madenler) taşınması gerekmekteydi. Bu ağır malzemeleri kara üzerinden yüksek miktarlarda taşıyabilmek ve insanların bölgeler arasında kara üzerinden hareketliliğini sağlamak için de sertleştirilmiş zeminler üzerinde hayvan gücü ile çekilen taşıtlardan yararlanmaktaydılar. Doğal güzergahlar, doğal yollar -Natural routes, natural roads- Doğal güzergahlar, doğal yollar -Natural routes, natural roads- Karasal ulaşım için insanlar, doğal zemin üzerinden iki nokta arasında en az güç harcayarak kat edebilecekleri güzergahlar belirlediler.

7 Doğal taş ile inşa edilen yollar -Roads paved with natural stone- Asfalt ve beton gibi malzemelerin olmadığı dönemlerde yol yapımı, insan ve hayvan gücü ile mümkün olduğunca düzleştirilmiş zemin üzerine doğal taşların serilmesi ile gerçekleştiriliyordu. Tabi bu yöntem, yüksek miktar ve kalitede doğal taşın, yüksek miktarda insan gücü ile taşınmasını ve serilmesini gerektirdiğinden her yöne uzun mesafeler ile yol yapımı mümkün olmuyordu. İmal edilen taş ile inşa edilen yollar -Roads paved with produced stone- Blok taş temininin zor olması, yüksek miktarlarda ve daha hızlı temin edilebilen ve üretilebilen taşlardan yol tasarımlarının gelişmesine yol açtı. Ancak bu haliyle de yollar, insan taşıması için yeterli olabilmekteyken, ağır yük taşımasında yetersiz kalabilmekteydi. Hayvan gücü ile yük taşıma -Load transport with manpower- Doğal karayolları üzerinde yük taşıma -Load transport with manpower- Hayvan gücü ile çekilmekte olan taşıtların tekerleri, herhangi bir bağlayıcı (asfalt, çimento) içermeyen yol yüzeylerini zaman içerisinde bozmaktaydılar. Taşınan yük ağır malzeme olduğunda, bu bozunumun hızı ve şiddeti daha da yüksek olmaktaydı. Bugün bile pahalı olan yol yapımı, sanayileşmiş üretim yöntemlerinin ve uygun yol malzemesinin olmadığı tarihlerde de pahalı ve zordu. Yollar hızlı bozulabilmekte ve seyahat ve yük taşıması için yetersiz kalabilmekteydi.

8 Doğal karayolları üzerinde yük taşıma -Load transport with manpower- Tahta levha yollar -Plank roads- Bozulan yollarda ağır yük taşıması bariz nedenlerden dolayı güç olmakla birlikte, yükün ağırlığı ve taşıtın basitliği nedeniyle hareketin kararlılığı da (stability) sarsılıyordu. Yolların, teker yükleri altında dayanımını artırmak için geçici ve kolay çözümler sunmak üzere ahşap levhalardan yollar da yapılmıştır (plank roads). Bu sayede çekilen aracın tekeri, yumuşak zemine nüfuz etmemekteydi. Doğal karayolları üzerinde yük taşıma -Load transport with manpower- Sanayi devrimi öncesi taşıtlarda, aracın özellikle ağır yük altında hareket doğrultusunda kararlılığını muhafaza etmesini sağlayacak gelişmiş mekanizmalar yoktu. Araç tekerleri çoğunlukla ahşap veya ahşap üzerine demir bilezik ile kaplıydı. Araçlarda direksiyon yoktu. Bu tekerler, ağır yük altında yumuşak bir zemine batabilmekte veya sert bir zemin üzerinde de hareket yönüne dik bir biçimde kayabilmekteydiler. Yokuş aşağı inişlerde, ağır yük taşıyan araçları frenlemek ve denetim altına almak da, serbest zemin üzerinde zor bir olaydı. Doğal karayolları üzerinde yük taşıma -Load transport with manpower- İnsanların bölgesel olarak yerleşimleri, bu bölgelerde, inşaat yapabilmek için taş, toprak ve ahşap malzemeleri, ısınmak için odun ve kömür ve beslenebilmek için muhtelif gıda maddelerini yetiştirip toplayarak bu yerleşimlere getirmeleri ile mümkün olmuştur. Yazılı tarihin başından beri, günümüze kalmış eserler, ağır taş kütlelerinin naklini gerektirmiştir. (granit, kireştaşı vb.) Bu ağır kütleleri, belirli bir doğrultuda devirmeden ve kaydırmadan hareket ettirebilmek için hazırlanan oluklu taş yollar ve doğal taş zemine kazınan oluklar, bir hat üzerinde hareketin öncü örneklerindendir.

9 İki nokta arasında çizgisel hareket -Linear motion between two points- İki nokta arasında çizgisel olarak hareket etme olgusunun tarihi kalıntılarına birçok yerde rastlanmaktadır. DEMİRYOLLARININ KÖKENLERİ VE DOĞUŞU Örnek olarak M.Ö den kaldığı tahmin edilen ve Malta Adasında bulunan oluklu çek çek yolları (cart ruts), M.Ö 600 yılından kalma Antik Yunan Medeniyeti nde bugün Korint Kanalı nın olduğu bölgede Diolkos Vagon Hattı adı verilen ve tekerleri bir kanal ve kılavuz içinde ilerletmek için yapılmış yollara rastlanmıştır. Bu sayede, ağır yükler, belirli bir hat üzerinde doğrultudan sapmadan hareket ettirilebilmekteydi. Malta adasında kayaya oluk açılmış yol kalıntısı -Grooved rock road remains at Corinth Isthmus- Corinth Canal -Corinth Canal-

10 Korint Kıstağı nda oluk açılmış kireçtaşı yol kalıntısı -Grooved limestone road remains at Corinth Isthmus- İki nokta arasında çizgisel hareket -Linear motion between two points- Konu ağır yük taşıması olunca, amaç, taşınan yükün çıkış noktasından alınıp varış noktasına bırakılması, sonra da bu noktadan alınarak kısa mesafelerde insan ve hayvan gücü ile taşınmasıydı. Bir anlamda, ana taşıma hattı tek boyutluydu. Arkeolojik kalıntılar ile Korinth Boğazından Ege ve Adriyatik Denizleri arasında oluk açılmış yol üzerinden deniz taşıtlarının aktarılmasının gerçekleştirildiği tespit edilmiştir. Örneğin, demir ve kömür ün ve diğer cevherlerin, çıkarıldıkları madenlerden bu madenlere yakın bir yerleşim birimine kesintisiz ve güvenilir nakli gerekliydi. Veya bir taş ocağından çıkarılan taşların, ocağa yakın bir yerleşim yerine inşaat gereksinimleri için aktarılması gerekliydi. Çıkarılan madenlerin taşınması -Transportation of mined materials- Çıkarılan madenler arasında yer alan demir ve kömür, sanayi devriminin gerçekleştirilmesine ve insanlığın geleceğini değiştirilmesinde büyük rol oynayacaktı. Maden ocaklarına açılan dar tünellerden madenler, bu tüneller içerisine yerleştirilen basit raylı sistemlerde at ile çekilen vagonlar ile taşınabiliyordu. Çıkarılan kömür ile ısıtılan ocaklarda ergitilen demir cevheri ile elde edilen demir, ağır sanayi ürünlerinin tasarımının ve geliştirilmesinin önünü açacaktı. İki nokta arasında çizgisel hareket -Linear motion between two points- İlerleyen zaman içerisinde, madenlerin dışında da bir hat üzerinde ilerleme fikri geliştirildi. Doğal zemin, çoğunlukla teker yükleri altında ezildiği için düzgün doğrusal hareket toprak zemin üzerinden sağlanamıyordu. Bu nedenle, taş serili dar zemin üzerine kalasların iki sıra olarak dizilmesi ve bu iki sıra arasında paralelliğin sağlanması için kısa dik parçaların kullanılması ile oluşturulan yol üzerinde hareket edebilecek özel bir tekerlere sahip araçların icadı ile doğrusal hareket eden araçlar kullanılmaya başlandı. Bu sayede sıradan bir yola göre dar olan bir yolun hazırlanması ve üzerine çizgisel bir hattın yerleşimi ile karayoluna seçenek oluşturabilecek bir yol ortaya çıkmış oluyordu.

11 İki nokta arasında çizgisel hareket -Linear motion between two points- İki nokta arasında çizgisel hareket -Linear motion between two points- Newcastle, İngiltere,1800 ler. Newcastle, İngiltere,1800 ler. Ray üzerinde tek doğrultuda ilerleme ilkesi -The principle of motion along a single course- Sanayi Devrimi ve enerji ihtiyacı -Industrial Revolution and energy need- Tekerlerin kılavuzlanma gerekliliği, farklı şekillerde sağlanabildi. Doğrultuda ilerlemeyi sağlayan kılavuz tekerde olabildiği gibi, rayda da olabilir. Sanayi Devrimi ( ), yüksek miktarda kömür ve demir cevherinin, kısa sürede ve kesintisiz olarak maden eritme ocaklarına aktarımını gerektiriyordu ve hayvan gücü ile çekilen taşıtlar bu iş için yetersiz kalıyordu.

12 Sanayi Devrimi ve enerji ihtiyacı -Industrial Revolution and energy need- Resimde, İngiltere de kömür madenlerinden çıkan kömürün taşındığı ve günümüz yük vagonlarına örnek oluşturan bir kömür vagonu görüyoruz. Sanayi devrimi öncesi ve sonrasında yüksek miktarda kömür bu şekilde taşınarak maden eritme ocaklarında demir cevherinden demir elde edilmesinde kullanılıyordu. Sanayi Devrimi ve enerji ihtiyacı -Industrial Revolution and energy need- Demiryolları oluşmadan önce, ahşap raylar üzerinde ilerleyen ahşap tekerler için vagonyolları vardı. Toprak üzerinde bata çıka ilerleyerek dönen bir tekerleğe göre ahşap bir hat üzerinde tekerlek daha rahat dönebiliyordu. Ahşap ray ve ahşap tekerlek arasında oluşan yuvarlanma direnci, toprak ile tekerlek arasında oluşan yuvarlanma direncinden daha düşüktü. Ağır bir yük, ahşap hat üzerinde doğrultudan sapmadan rahat ilerliyordu. Sanayi Devrimi ve enerji ihtiyacı -Industrial Revolution and energy need- Yuvarlanma direncinin azaltılması -Reduction of the rolling resistance senesinde, kömür üretimi yapan Coalbrookdale firması, üretim fazlası bir miktar demiri değerlendirmek ve aşınan ahşap rayların ömrünü uzatmak üzere ahşap raylar üzerine metal levhalar çaktı. Ahşap ray ve ahşap tekerlek arasında meydana gelen yuvarlanma direnci, metal yüzeyli ahşap ray ve ahşap tekerlek arasında daha da düştü. Rahatça dönebilen tekerlekler üzerinde yer alan bir yük, rahatça çekilebilmekteydi. Bir birim yükü çekmek için doğal zemin üzerinde harcanan gücün, aynı birim yükü basit raylı bir zemin üzerinde çekmek için harcanan güçten daha fazla olduğu görüldü. Bu durum, raylı sistemler ile taşıma kavramının daha da ilerletilmesine neden oldu. Çevresi metal levha ile güçlendirilmiş tekerleklerin, metal yüzeye sahip raylar üzerinde yuvarlanması ile tek bir atın çektiği araç ile 15 Tonf a kadar yük çekilebiliyordu. Demir kaplı ray ve teker arasındaki yuvarlanma direnci, taşınan yükün %1 ile %2 u arasında olmaktaydı. Yetişkin bir atın ortalama ağırlığı kgf civarındadır. Ayağı ile yer arasında sürtünme katsayısı 0,3 mertebesinde olan bir at 15 Tonf mertebesinde bir yükü tekerlekler üzerinde çekebiliyordu.

13 Yuvarlanma direncinin azaltılması -Reduction of the rolling resistance- Bir kömür vagonu -A coal wagon- Sanayi Devrimi ve enerji ihtiyacı -Industrial Revolution and energy need- Yuvarlanma direncinin azaltılması -Reduction of the rolling resistance de, İngiltere de raylı sistem üzerinde at ile toplu yolcu taşımacılığı.

14 Ray üzerinde tek doğrultuda ilerleme ilkesi -The principle of motion along a single course- Ray üzerinde tek doğrultuda ilerleme ilkesi -The principle of motion along a single course- L-kesitli ray: İngiltere, 1770 ler. Kılavuz rayda. Ray üzerinde tek doğrultuda ilerleme ilkesi -The principle of motion along a single course- Ray üzerinde tek doğrultuda ilerleme ilkesi -The principle of motion along a single course- Balık karnı raylar, 1820 ler. Kılavuz tekerlekde.

15 Ulaştırma makinelerinin başlangıcı -Beginnings of tranportation machines- Sanayileşmenin hız kazanması ile üretim miktarının ve hızının artışı, mevcut yük taşıma yöntemlerinin yetersiz kalması için bir neden oluşturmuştur. Ulaştırma makinelerinin başlangıcı -Beginnings of tranportation machines- 1 Kömür ile sağlanan 2 ısı enerjisi ile 3 kaynatılan suyun oluşturduğu 4 buharın 5 basıncı ile kinetik enerji üretebilen makinalar tasarlanmaya başlamıştır. Günün teknolojik şartları içerisinde, buhar gücü ile çalışan makinaların ile çekim gücüne sahip araçların üretilmesi mümkün hale gelmiştir. Patentli ve hizmete sunulan ilk buhar makinası, 1784 de İskoç James Watt tarafından tasarlanmıştır. Ancak buhar ile çalışan pistonsuz basit bir pompa 1698 yılında Thomas Savery tarafından, madenlerden su çekmek için kullanılmıştır de Thomas Newcomen tarafından manivelalı ve pistonlu bir buhar makinası geliştirilmişti. James Watt tarafından üretilen ilk buhar makinası -First steam machine built by James Watt- Ulaştırma makinelerinin başlangıcı -Beginnings of tranportation machines- Düşük basınç ile çalışan ilk buhar makinaları, yarar sağlayabilecek bir kuvvet oluşturabilmek için çok büyüktüler ve bu nedenle sabittiler. Bu makinalar çoğunlukla madenlerden su çekmek için su pompası olarak kullanılıyorlardı. Düşük basınçlı buhar ile çalışan ilk buhar makinaları oldukça büyük olmalarından dolayı lokomotif yapımında kullanılamamışlardır. (~0,2kg/cm2). Dar hacimli ve yüksek buhar basıncı ile çalışan buhar makinalarının denenmesi ile küçük hacimler elde edilmiş ve bu da lokomotiflerin üretilebilmesini Ancak, yüksek buhar basıncı ile üretilen mümkün kılmıştır. (~2 kg/cm2 ilk makinalardan patlayanlar olmuştur. buhar basıncı). (Video)

16 Ulaştırma makinelerinin başlangıcı -Beginnings of tranportation machines- Ulaştırma makinelerinin başlangıcı -Beginnings of tranportation machines- Buhar makinalarının küçülmesi ve güçlenmesi ile bu makinaların sabit durma zorunlulukları ortadan kalkmıştır. Buhar basıncı ile çalışan ilk lokomotif,1804 de İngiliz Richard Tretvithick tarafından tasarlanmıştır ve üretildiği Pennydarren Demirhanesi nde kurulan raylar üzerinde dünyanın ilk mekanize raylı sistem hareketini gerçekleşmiştir. Lokomotif olarak anılmaya başlayan bu buhar makinalar, Latince de loco ve motivus kelimelerinden türetilen ve bir yerden, harekete sebebiyet veren anlamında iki kelimeden türetilmiştir. Richard Trevithick tarafından tasarlanan ilk lokomotif - First locomotive designed by Richard Tretvithick- Ulaştırma makinelerinin başlangıcı -Beginnings of tranportation machines de icat ettiği Catch Me Who Can isimli lokomotifi ile halka bir tanıtım yapmıştır. Amacı, mekanize raylı ulaşımın at ile ulaşımdan daha hızlı olduğunu göstermek olmuştur.

17 Ulaştırma makinelerinin başlangıcı -Beginnings of tranportation machines- Tarihsel süreçlerin etkileri ve ilk demiryolu -Effects of historical courses and the first railway- Üretilen ilk lokomotifler, raylı altyapının yetersiz kalmasından dolayı başarısız olmuşlardır. At arabası ile çekilen vagonlar için üretilen ve dökme demirden (cast iron) yapılan raylar, kırılgan yapıları ile ağır lokomotiflerin tekerlekleri altında kırılmışlardır seneleri arasında meydana gelen Napolyon Savaşları nın ulaştırma konusunda önemli bir sonucu, çekici olarak kullanılabilecek at sayısında azalmaların oluşu ve yem fiyatlarını artırması olmuştur. Canlı hayvan çekimi ile ulaşım ekonomik olarak zorlaşır olmuş ve mekanize çekimin ulaştırma konusunda hakimiyet sürecini hızlandırmıştır. Kırılganlığı önemli derecek azaltılmış dövme demirlerden (forged iron) üretilen rayların kullanılması ile üretilen demiryolları üzerinde lokomotiflerin performansı ve halkın gözünde değeri artmıştır. Ayrıca lokomotifler, traktör gibi araçlar için de kullanılmışlardır. Demiryolları hızla inşa edilmeye ve güvenilir lokomotif tasarımları geliştirilmeye başlanmıştır den itibaren farklı lokomotif tasarımları üzerinde çalışan George Stephenson, 1825 de Stockton ve Darlington arasında inşa edilen hat üzerinde Locomotion adını verdiğin lokomotifini çalıştırmıştır. İlk demiryolu: Stockton Darlington Demiryolu -First railway: Stockton Darlington Railway Lokomotif üretiminin yaygınlaşması -Spread of locomotive production- Darlington da yer alan kömür madenlerini Stockton da ki limana ulaştıran ve 1825 senesinde açılan ve aynı zamanda yolcu taşımasına hizmet veren bu 40 km hat üzerinde yaklaşık 10 km/saat hızda 20 Ton ağırlığında yük çekildi. Lokomotifin tek başına hızı 24 km/saat e ulaştı. Fransa da Marc Seguin, 1829 senesinde, kömür madenlerinden limanlara kömür taşımasında kullanılan ve çoklu tüp sistemi kullanan bir lokomotif geliştirdi.

18 Lokomotif üretiminin yaygınlaşması -Spread of locomotive production- George Stephenson Amerika Birleşik Devletleri nde John Stevens, 1825 senesinde kendi parasıyla bir deneme hattı kurarak geliştirdiği lokomotifi hareket ettirmiştir. George Stephenson, demiryollarının ve lokomotiflerin bir bütün olarak geliştirilmesinde büyük bir rol oynamıştır. Oğluyla birlikte geliştirdiği lokomotif ve raylı sistem tasarımları ile birlikte demiryollarının gelişiminin önünü açmıştır. Lokomotiflerinin çekiş gücünü ve hızını artırmak ve ayrıca sürüş konforunu artırmak ve ağırlığını azaltmak üzere yeni tasarımlar geliştirmiştir (Rocket, Planet, Adler). Demiryolu hat tasarımını da geliştirerek tasarladığı lokomotiflerin uygun bir altyapı üzerinde güvenle hareket edebilmesini sağlamıştır. Rocket (1829) Planet (1830)

19 Adler (1835) (1850) Bu lokomotif ve vagonları Almanya için üretilmiştir ve ilk Alman demiryolu hattında kullanılmıştır. Bu lokomotif ve vagonları Türkiye için üretilmiştir ve İzmir Aydın demiryolu hattında kullanılmıştır. Çoklu borulu buhar makinalı lokomotifler -Locomotives with multi tubular steam engines- Çoklu borulu buhar makinalı lokomotifler -Locomotives with multi tubular steam engines-

20 Buhar ile çalışan lokomotifler ile ulaşılan hızlar -Speeds reached by locomotives powered by steam- Buhar ile çalışan lokomotifler -Locomotives powered by steam- Buharlı güç ile ulaşılan hızlar -Speeds reached by the steam power- Buharlı lokomotif ile ulaşılan en yüksek hız -The highest speed reached by a steam locomotive senesinde, The Mallard ismi verilen lokomotif ile buhar gücü ile çalışan lokomotif ile en yüksek hıza ulaşılmıştır (202,8 km/saat). Lokomotifin sürdürülebilir hızı 160 km/saat olmuştur.

21 Demiryollarının İngiltere de gelişimi -Development of railways in England- Üretimin artması ile üretim bölgeleri, limanlar ve yerleşim yerleri arasında hızlı bir şekilde demiryolu ağı kurulmaya başlandı. İngiltere de yılları arasında 262 km/yıl, yılları arasında 858 km/yıl demiryolu inşaatı gerçekleştirilmiştir. Demiryollarının ABD de gelişimi -Development of railways in United States- ABD de ilk demiryolunun Baltimore kenti ile Ohio nehri üzerinde bir nokta arasında 1830 de inşa edilmesi ile yılları arasında 964 km/yıl, yılları arasında km/yıl demiryolu inşaatı gerçekleştirilmiştir. Demiryollarının Almanya da gelişimi -Development of railways in Germany- Almanya da ilk demiryolunun Nuremberg ve Fürth kentleri arasında 1835 de inşa edilmesi ile yılları arasında 133 km/yıl, yılları arasında 781 km/yıl demiryolu inşaatı gerçekleştirilmiştir. Demiryollarının Fransa da gelişimi -Development of railways in France- Fransa da ilk mekanize demiryolunun Paris ve St.Germaine kentleri arasında 1837 de inşa edilmesi ile 1827 ile 1880 tarihleri arasında 40 km/yıl demiryolu inşa edilmiştir.

22 Gelişim yarışı -Race for development- Fransa, demiryolu konusunda diğer ülkelerin uzun bir süre gerisinde kalmakla birlikte sonradan demiryolu inşaatlarını hızlandırmıştır (580 km/yıl) ve 1912 sonunda yaklaşık km lik demiryolu hattına sahip olmuştur. Demiryollarının Fransa da gelişimi -Development of railways in France- Demiryollarının bazı toplumsal etkileri -Certain effects of railroads on societies- Demiryollarının bazı toplumsal etkileri -Certain effects of railroads on societies- Sanayi devrimi ile demiryollarının gelişiminden önce insanların çoğunun yaşamları, doğup büyüdükleri çevre ile sınırlıydı. Temel üretim ve tüketim malzemeleri, üretildikleri yerlerden çok uzaklara yüksek miktarlarda ulaştırılabilmiştir. İnsanların bildikleri, gördükleri ve paylaşabildikleri, kendilerine yürüyüş mesafesinde kısmen de bir at ile yapabilecekleri yolculuk mesafesindeydi. Toplumların içerisinde bir azınlığın dışında çoğunluğun mevcut imkanlar ile dışarı açılmaya imkanı yoktu. İnsanlar arasındaki etkileşim artmış ve coğrafi olarak iç bölgelerde yaşayan insanların daha geniş topluluklar ile iletişime geçebilmeleri olanaklı hale gelmiştir. Demiryollarının gelişmesi ile birbirinden yalıtılmış olan ve yerel olarak yaşayan insan toplulukları arasında bağlantılar kurulmuş ve bu bağlantılar ile toplu olarak hareket edebilmek mümkün hale gelmiştir.

23 Demiryollarının bazı toplumsal etkileri -Certain effects of railroads on societies- Birinci dersin sonu İhtiyaç duyulan sağlık ve bakım hizmetlerinin hızlıca alınabilmesi ile ortalama yaşam süreleri uzamıştır. Sanayi nin gelişmesi ile meslek çeşitliliği ve bu mesleklerin ihtiyaç duyduğu insan nitelikleri artmış ve gelişmiştir. Bilgi ve üretim paylaşılabilir hale gelmiştir. T e ş e k k ü r e d e r i m. Yrd. Doç. Dr. N. Özgür Bezgin o z g u r. b e z g i i s t a n b u l. e d u. t r