Pengertian Struktur Jalan Rel Kriteria Struktur Jalan Rel Superstructures dan Substructures Pola Distribusi Pembebanan Konsep Pembebanan Model Pembebanan BoEF Studi Kasus

Definisi Prasarana Kereta Api Jalur dan stasiun kereta api termasuk fasilitas yang diperlukan agar sarana kereta api dapat dioperasionalkan (UU No.13/1992 Bab 1 Pasal 1 ayat 7). Prasarana Kereta Api Jalur dan Jalan Rel Bangunan Stasiun Jembatan Sinyal dan Telekomunikasi

Struktur Jalan Rel adalah Struktur Elastik dengan pola distribusi beban yang cukup rumit. Struktur Jalan Rel Konvensional (Teknologi Adhesi Dua Rel) : Struktur Bangunan Atas/Superstructure dengan komponen-komponen rel (rail), bantalan (sleeper/ties), penambat rel (fastening) Struktur Bangunan Bawah/Substructure dengan komponen-komponen balas (ballast), subbalas (subballast), tanah dasar (improved subgrade) dan tanah asli (subgrade)

Rail Sub ballast Ballast Rail Clip Sleeper Plants Drainage Center line

KRITERIA STRUKTUR JALAN REL Kekakuan (Stiffness) Kekakuan struktur untuk menjaga deformasi vertikal dimana deformasi vertikal yang diakibatkan oleh distribusi beban lalu lintas kereta api merupakan indikator utama dari umur, kekuatan dan kualitas jalan rel. Deformasi vertikal yang berlebihan akan menyebabkan geometrik jalan rel tidak baik dan keausan yang besar diantara komponen-komponen struktur jalan rel.

Ketahanan terhadap Deformasi Tetap Deformasi vertikal yang berlebihan akan cenderung menjadi deformasi tetap sehingga geometrik jalan rel (ketidakrataan vertikal, horisontal dan puntir) menjadi tidak baik, yang pada akhirnya kenyamanan dan keamanan terganggu

Stabilitas Jalan rel yang stabil dapat mempertahankan struktur jalan pada posisi yang tetap/semula (vertikal dan horisontal) setelah pembebanan terjadi. Untuk ini diperlukan balas dengan mutu dan kepadatan yang baik, bantalan dengan penambat yang selalu terikat dan drainasi yang baik.

Pengaturan yang tetap (Adjustability) Jalan rel harus bisa diatur/dipelihara untuk dikembalikan ke posisi geometrik yang benar jika terjadi perubahan geometri akibat beban yang berjalan.

KLASIFIKASI JALAN REL INDONESIA Peraturan konstruksi jalan rel di Indonesia masih mengacu pada konstruksi tahun 1938 atau Stelsel 1938, Reglemen 10 (R.10) dan Peraturan Dinas No.10 tahun 1986. Klasifikasi jalan rel menurut PD 10 Tahun 1986 dibagi menurut : lebar sepoor/sepur, kecepatan maksimum yang diijinkan, kelandaian vertikal/tanjakan, jumlah jalur, bentuk jalur, daya angkut.

Jalan rel dibedakan dalam 3 kelompok seperti : Sepur normal/standar (standard gauge) = 1435 mm : Eropa, Turki, USA, Japan, Malaysia (KLIA Express). Sepur lebar (broad gauge) = > 1435 mm : Rusia, Finlandia = 1524 mm, Sepanyol, Portugal, Pakistan, India = 1676 mm Sepur sempit (narrow gauge) = < 1435 mm : Indonesia, Amerika Latin, Japan, Afrika Selatan = 1067 mm, Malaysia (KTM Berhad), Thailand, Birma, Kamboja = 1000 mm

Kelas Jalan V maks (km/j) I 120 II 110 III 100 IV 90 V 80

Lintas Kelandaian : Lintas Datar, kelandaian : 0 – 10 ‰ Lintas Pegunungan, kelandaian : 10 – 40 ‰ Lintas dengan Rel Gigi, kelandaian : 40 – 80 ‰ Kelandaian di emplasemen : 0 – 1,5 ‰

Kelas Jalan Daya Angkut Lintas (dalam 106 × Ton/Tahun) > 20 II 10 – 20 III 5 – 10 IV 2,5 – 5 V < 2,5

Apa itu ? Beban Gaya Momen Lendutan

Beban yang bekerja pada struktur jalan rel : Gaya Vertikal, Gaya ini adalah gaya dominan yang menyebabkan defleksi vertikal. Beban vertikal yang dihasilkan dari : Gaya Lokomotif, Gaya Kereta, Gaya Gerbong. Beban vertikal diperhitungkan berdasarkan beban gandarnya. Faktor Dinamis, Faktor dinamis diakibatkan oleh getaran-getaran kendaraan, akibat beban angin dan kondisi geometrik jalan. Untuk mentransformasikan gaya statis ke dinamis digunakan formulasi TALBOT.

Formulasi TABLOT : Ip = 1 + 0,01 ( - 5) dimana, V = kecepatan kereta api (km/jam) Beban dinamis (Pd) diperoleh dari perkalian faktor dinamis terhadap beban statis (Ps) yang diperhitungkan. Pd = Ps × Ip

3. Gaya Transversal/Lateral Gaya ini disebabkan oleh gaya sentrifugal, snake motion dan ketidakrataan geometrik jalan rel yang bekerja pada titik yang tidak sama dengan gaya vertikal. Gaya ini dapat menyebabkan tercabutnya penambat rel dan anjoknya kereta api (derailment). Besarnya gaya lateral dibatasi sebagai berikut : Plateral / P vertikal < 1,2 atau 0,75 (kondisi aus)

Gaya Longitudinal Gaya ini diakibatkan oleh perubahan suhu pada rel (thermal stress) dan untuk konstruksi KA moderen menggunakan rel panjang (long welded rails), gaya ini sangat penting dalam analisis gaya. Gaya longitudinal juga merupakan gaya adhesi (akibat gesekan roda dan kepala rel) dan gaya pengereman. Efek gaya ini akan dibahas pada perhitungan stabilitas rel panjang menerus.

Q : Beban Roda per Rel Y : Beban Lateral per Rel T : Beban Longitudinal per Rel N : Beban akibat Suhu

Rel didisain menggunakan konsep “beam-on-elastic-foundation model” (BoEF) dengan mengasumsikan bahwa: Setiap rel akan berperilaku sebagi balok menerus yang diletakkan di atas tumpuan elastik. Modulus fondasi jalan rel (sebagai tumpuan), k, didefinisikan sebagai gaya tumpuan per unit panjang rel per unit defleksi rel. Modulus fondasi jalan rel disini termasuk juga pengaruh penambat, bantalan, balas, subbalas dan subgrade.

Rel didisain menggunakan konsep “beam-on-elastic-foundation model” (BoEF) dengan mengasumsikan bahwa: Setiap rel akan berperilaku sebagi balok menerus yang diletakkan di atas tumpuan elastik. Modulus fondasi jalan rel (sebagai tumpuan), k, didefinisikan sebagai gaya tumpuan per unit panjang rel per unit defleksi rel. Modulus fondasi jalan rel disini termasuk juga pengaruh penambat, bantalan, balas, subbalas dan subgrade.

F(x) (kg/cm2) y(x) F(X) (kg/cm2)

Model dapat dituliskan dalam persamaan diferensial sebagai :

Penyelesaian PD tersebut untuk defleksi rel, y(x) pada setiap jarak x sepanjang rel akibat dari pembebanan P, adalah :

Gaya tumpuan fondasi jalan rel ditentukan sebagai :

Kemiringan (slope), momen, dan gaya geser pada setiap titik sepanjang rel dari lokasi beban titik P diberikan dalam :

Nilai maksimum defleksi, dan momen serta tumpuan fondasi dituliskan dalam :

Nilai batas atas dari beban rel, Qm, tekanan balas, Pb, pada luasan tahanan bantalan, Ab, dan juga modulus balas dapat dihitung menggunakan persamaan :

Hitunglah komponen tegangan pada rel untuk Kelas Jalan I dengan kecepatan rencana 150 km/jam. Beban gandar kereta api sebesar 18 ton dan modulus kekakuan jalan rel diperhitungkan sebagai 180 kg/cm2. Hitunglah momen maksimum yang terjadi pada rel apabila digunakan tipe rel 54 dengan E = 2 × 106 kg/cm2 dan momen inersia 2346 cm4.

Berapakah deleksi yang timbul pada jarak 3 meter dari titik beban roda pada contoh soal 1. Catatan : Defleksi pada jarak 3 meter = 300 cm dari titik defleksi maksimum di bawah roda.