PENAMBAT REL
1. TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUM
Setelah mempelajari pokok bahasan ini, mahasiswa diharapkan mampu :
1. Mengetahui pengertian, fungsi, bentuk dan sifat penambat rel untuk struktur jalan rel.
2. Mengetahui berbagai jenis penambat untuk perencanaan tipe jalan rel yang sesuai PD 10 tahun 1986.
2. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS
Setelah mempelajari pokok bahasan ini, diharapkan mahasiswa mampu :
1. Mengetahui pengertian dan fungsi penambat rel.
2. Mengetahui klasifikasi dan jenis penambat rel yang digunakan di Indonesia.
3. Menjelaskan spesifikasi penambat rel untuk struktur jalan rel yang terkait dengan perencanaan stabilitas dan keamanan.
4. Menghitung gaya lateral yang diperlukan untuk pemasangan sesuai dengan jenis rel dan bantalan.
A. PENGERTIAN UMUM
Penambat rel merupakan suatu komponen yang menambatkan rel pada bantalan sedemikian sehingga kedudukan rel menjadi kokoh dan kuat. Kedudukan rel dapat bergeser diakibatkan oleh pergerakan dinamis roda kereta yang bergerak di atas rel. Pergerakan dinamis roda dapat mengakibatkan gaya lateral yang besar. Oleh karena itu, kekuatan penambat sangat diperlukan untuk dapat mengeliminasi gaya ini. Jenis penambat digolongkan berdasarkan karakteristik perkuatan yang dihasilkan dari sistem penambat yang digunakan. Berikut ini dijelaskan faktor-faktor yang dipertimbangkan dalam penggunaan penambat, sejarah penggunaan penambat dan jenis-jenis penambat yang hingga saat ini masih digunakan di Indonesia dan beberapa negara lainnya.
B. PERTIMBANGAN DALAM PENGGUNAAN PENAMBAT 1. Faktor-Faktor Penggunaan Penambat
Penggunaan jenis penambat ditentukan oleh pertimbangan beberapa faktor-faktor yang dominan berikut ini :
a. Pengalaman pemakaian, terkait dengan catatan teknis pemakaian. b. Besarnya gaya jepit (clamping force) yang dihasilkan oleh penambat. c. Besarnya nilai rangkak (creep resistance) yang dihasilkan oleh
penambat.
d. Kemudahan dalam perawatan penambat.
e. Pemakaian kembali (re-use) penambat jika rel diganti dimensinya, artinya pembongkaran dan pemasangan kembali penambat dapat dilakukan tanpa merusak struktur penambat tersebut.
f. Umur penambat. g. Harga penambat.
h. Selain itu, masih terdapat faktor-faktor lain yang sifatnya sebagai pertimbangan lain (tidak dominan).
2. Persyaratan Teknis Penambat
a. Gaya jepit harus kuat untuk menjamin gaya tahan rel pada bantalan lebih besar daripada gaya tahan rangkak bantalan pada stabilitas dasar balas.
b. Gaya jepit penambat dapat bertahan lama, meskipun alat jepit tidak dapat dihindarkan dari adanya kelonggaran dan keausan pada pelat andas maupun angker akibat dari menahan getaran yang berterusan. c. Frekuensi getaran alami (natural frequency) penambat pada dasarnya
harus lebih besar dari frekuensi getaran alami rel supaya dapat mencegah setiap kehilangan kontak antara penambat dengan rel selama lalu lintas melalui jalan rel.
d. Bahan material penambat harus mempunyai kualitas yang baik agar dapat mempertahankan kekenyalan penambat dalam jangka waktu lama.
e. Teknologi pemasangan rel dan penambat sebaiknya dilakukan secara cepat baik secara mekanik sederhana maupun manual.
f. Penyetelan penambat sebaiknya dilakukan secara cepat dan mudah, serta diusahakan dapat dilakukan oleh petugas selain teknisi.
g. Penambat cukup mampu dan kuat sebagai penggabungan susunan isolasi listrik dan mudah diganti bila rusak.
h. Penambat mempunyai alas karet yang dapat mencegah rangkak rel, meredam tegangan vertikal yang bekerja ke bawah dan melindungi permukaan bantalan serta mempunyai tahanan daya tahan listrik yang cukup untuk pemisahan rel dari bantalan
C. SEJARAH PENGGUNAAN PENAMBAT REL
Pada awalnya penambat yang digunakan untuk menahan rel di atas permukaan bantalan kayu
Penggunaan
Penggunaan paku sudah tidak sesuai lagi, ketika tuntutan suatu sistem penambat yang mampu menahan pergerakan kendaraan rel yang semakin cepat dan berat. Penambat paku sering terdesak dan kendor sehingga jarak sepur menjadi semakin lebar, selain itu, sering terjadi bantalan kayu yang patah pada kedudukan rel. Untuk mengatasi masalah ini, digunakan penambat jenis tirpon (Gambar 6.1), sedangkan untuk mengatasi tegangan kontak yang besar di antara kaki rel dan bantalan digunakan pelat
andas (Gambar 6.2) untuk memperbesar luas
permukaan kontak yang berimplikasipada tegangan kontak yang semakin rendah.
Dengan semakin tinggi tuntutan suatu sistem penambat yang mampu menahan gaya akibat beban gandar yang tinggi, gaya desak akibat pergerakan kereta yang semakin cepat dan penggunaan rel yang semakin panjang, maka penggunaan tirpon menjadi semakin terbatas. Untuk contohnya, kecepatan kereta 120 kph, vibrasi rel dapat mencapai 100 gram, dan pada kecepatan 330 kph,percepatan vibrasinya mencapai 305 gram. Pada kondisi ini, penambat
tirpon menjadi terdesak, kendor (tidak mampu
menahan gaya akibat perubahan suhu tetapi masih mampu menahan gaya lateral) dan selanjutnya tercabut dari bantalan. Kondisi ini akan mengakibatkan kerusakan pada rel dan geometric jalan rel yang dapat mengurangi keamanan dan kenyamanan kereta api.
Untuk mengatasi hal tersebut, digunakan penambat elastis (elastic fastening). Penambat elastis, selain mampu menahan getaran, juga dapat menghasilkan gaya jepit (clamping force) yang tinggi sehingga dapat memberikan perlawanan gaya rangkak (creep resistance) yang baik (Gambar 6.3). Penambat elastis menurut sistem penambatnya dibagi dalam dua kelompok yaitu penambat elastik tunggal dan penambat elastik ganda. Penjelasan kedua jenis penambat ini diberikan pada pembahasan jenis penambat.
D. JENIS PENAMBAT
Saat ini jenis penambat dibedakan menurut sistem perkuatan penambatan yang diberikan pada rel terhadap bantalan, yaitu:
Keterbatasan penggunaan
penambat tirpon dan pelat andas
Penggunaan penambat elastis tunggal dan elastis ganda
• Penambat Kaku, yang terdiri dari mur dan baut namun dapat juga ditambahkan pelat andas, biasanya dipasang pada bantalan besi dan kayu. Sistem perkuatannya terdapat pada klem plat yang kaku.
• Penambat Elastik, penggunaannya dibagi dalam dua jenis, yaitu
penambat elastik tunggal yang terdiri dari pelat andas, pelat atau
batang jepit elastik, tirpon, mur dan baut, dimana kekuatan jepitnya terletak pada batang jepit elastik. Penambat elastik tunggal ini biasanya digunakan pada bantalan besi atau kayu. Adapun jenis yang kedua adalah penambat elastik ganda yang terdiri dari pelat andas, pelat atau batang jepit, alas rel, tirpon, mur dan baut, Kekuatan jepitnya terletak pada batang elastis dan biasanya digunakan pada bantalan beton. Penggunaan pada bantalan benton, tidak menggunakan pelat andas melainkan las karet (rubber pad) yang tebalnya disesuaikan dengan kecepatan kereta api. Pada umumnya, penambat elastik juga dapat dibedakan menurut daya jepit yang dihasilkan, yaitu Daya Jepit Langsung, misalnya : Pandrol, DE, Dorken, First BTR, dan Daya Jepit Tak Langsung (dihasilkan oleh bantalan terhadap mur-baut atau tirpon), misalnya F-type dan Nabla.
Gambar 6.2 Contoh Pelat Andas Tipe A untuk R-25
Gambar 6.3 Anti Creeps untuk R-33.
Penambat elastis digunakan secara besar-besaran saat ini, untuk memenuhi kebutuhan angkutan kereta api yang cepat dan berat. Komponen Clamping force dan Torsional Resistance dalam penambat elastis menjadi sangat penting karena dapat mengikat rel secara baik pada bantalan menjadi satu kesatuan yang dapat menahan gaya-gaya yang bekerja pada penambat. Besarnya gaya jepit penambat dalah faktor yang utama dalam menentukan jenis penambat. Kekuatan jepit penambat diperoleh dari deformasi saat pemasangan penambat pada rel dan pada umumnya diambil deformasi sebesar 10 mm.
Dalam PD. No.10 Tahun 1986, penggunaan penambat elastis dibagi menurut kelas jalan (kecepatan maksimum), yaitu :
Tabel 6.1 Penggunaan Alat Penambat Elastik sesuai Kelas Jalan
Kelas Jalan Jenis Alat Penambat
I II
Elastik Ganda Elastik Ganda
III IV V Elastik Ganda Elastik Tunggal Elastik Tunggal Sumber : Peraturan Dinas No.10 Tahun 1986
Kedua jenis penambat (kaku dan elastik) ini mempunyai berbagai hal paten tersendiri dan metode penjepitan ke bantalan yang dapat berupa gaya tarikan (pull out) dan bending maupun torsi.
E. KLASIFIKASI TEKNIS BEBERAPA JENIS PENAMBAT
Beberapa klasifikasi teknis penambat diberikan dalam penjelasan berikut ini:
a. Tipe Pandrol Elastik (Gambar 6.4 – 6.8)
1. Berbentuk batangan besi dengan diameter 19 mm berbentuk ulir/spiral,
2. Clamping Force tinggi (hingga mencapai 600 kgf), 3. Tidak berisik ketika kendaraan rel melewati bantalan, 4. Mudah dalam pekerjaan pemasangan,
5. Kuat dan tidak mudah lepas,
6. Jumlah komponen sedikit/sederhana,
(a). Pandrol Clips Tipe e (b). Pandrol Clips Tipe PR Gambar 6.4 Contoh penambat tipe Pandrol Elastik
Gambar 6.5 Penambat tipe Pandrol Elastik pada Bantalan Kayu
Gambar 6.7 Penambat tipe Pandrol Elastik pada Bantalan Baja
Gambar 6.8 Penambat tipe Pandrol Elastik pada Slab Beton b. Tipe Doorken atau Rail Spike (Gambar 6.9)
Alat penambat Doorken dibedakan menjadi dua yaitu Jenis Tunggal (Single Rail Spike) dan Jenis Ganda (Double Rail Spike), dengan nilai clamping force masing-masing sebesar 475 kgf (tunggal) dan 850 kgf (ganda).
(a) Single Rail Spike (b) Double Rail Spike
Gambar 6.9 Alat penambat Tipe Doorken atau Rail Spike c. Tipe DE Spring Clips (Gambar 6.10 – 6.13)
Alat penambat DE spring clips ini memiliki keuntungan sebagai berikut : 1. Clamping force mencapai lebih dari 1000 kgf (Gambar 6.13)
2. Dapat melawan gaya puntiran (torsional force),
3. Penambat dapat memiliki sifat double elastic karena menggunakan alas karet (rubber pad) dalam sistemnya,
4. Komponenya tidak banyak dan sederhana.
Gambar 6.11 Alat penambat DE clips yang dipasang pada bantalan
beton
Gambar 6.12 Penambat DE pada bantalan besi Gambar 6.13
Clamping Force DE.
F. PERHITUNGAN GAYA LATERAL PADA PENAMBAT a. Kerusakan Jalan Rel Akibat Gaya Lateral
Gaya lateral yang merusak penambat rel dapat melalui tiga mekanisme yaitu :
• Push out, dimana gaya mendorong alat penambat ke arah lateral yang
menyebabkan melebarnya lebar sepur, • Pergeseran struktur di atas balas,
• Pull out, dimana alat penambat tercabut dan tertarik/terangkat ke luar.
Kemungkinan (probablilitas) kejadian terdesak dan bergesernya alat penambat dan struktur jalan rel akibat gaya lateral sangat besar, sedangkan kejadian tercabutnya penambat biasanya sangat jarang terjadi.
Gaya push out pada sistem penambat rel dapat diperhitungkan berdasarkan persamaan berikut ini.
1. Kekuatan terhadap Terdesaknya Penambat (push out)
Gambar 6.15 Gaya-gaya tahanan terhadap gaya lateral
H = 2η
( )
( )
( )
( )
1 1 1 1 1 1 1 1*
γ
F
ξγ
φ
2Sn
W
ξγ
φ
γ
F
+
+
(6.1)2. Kekuatan terhadap Pergerakan Bantalan di atas Balas
H + H' = µ
( ) (
( )
)
( )
1 1 1 1 1 1ξγ
φ
T
'
W
W
ξγ
φ
γ
F
+
+
(6.2) γ = X3a
D
6EI
⋅
(6.3) ξ = y 3 6EI W a ε⋅ ⋅ (6.4) γ* = * a * k 6EIy ⋅ (6.5) dimana :EIX : Kekakuan vertikal rel (kg/cm2)
EIy : Kekakuan lateral rel (kg/cm2)
a : Jarak bantalan
D : Gaya untuk menekan rel sehingga jalan rel berdefleksi satu satuan (kg/cm)
ε : Konstanta pegas arah lateral dari rel terhadap gaya vertikal (cm-1)
W : Tekanan pada roda rata-rata (kg)
W,W' : Tahanan roda (kg) lihat Gambar 6.15
H,H' : Tahanan lateral (kg) lihat Gambar 6.15
k* : Konstanta pegas arah lateral dari bantalan (kg/cm)
µ : Koefisien gesekan antara balas dan bantalan
η : Koefisien gesekan antara rel dan bantalan
Sn : Gaya untuk mencabut paku (kg/buah)
T : Gaya gesekan bantalan dan balas (200 kg/bantalan)
Harga-harga konstanta menurut JNR : ε = 4,5 - 5 cm-1
η = 0,6 – 0,72 (biasanya dipakai 0,6)
µ = 0,65 – 0,88 (dipakai 0,65)
D = 20.000 kg/cm
k* = 400.000 – 1.000.000 kg/cm (dipakai 500.000 kg/cm)
Sn = 260 – 1700 kg/buah (dipakai 700 kg/buah)
F1 (γ1) = Gunakan koefisien dari Tabel F1 terhadap γ1
φ1(ξγ)1= Gunakan koefisien dari Grafik φ1 terhadap ξ dan γ1
b. Batas Gaya Lateral
Batas gaya lateral yang menyebabkan terlepasnya tirpon dari bantalan dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Batas Primer : gaya lateral bekerja hanya seketika keadaan jalan masih baik (lebar sepur masih baik dan belum terdapat pergeseran jalan rel). 2. Batas Sekunder : gaya yang bekerja terjadi setelah lebar sepur
berubah atau jalan telah bergeser.
Besarnya gaya-gaya tersebut dapat ditentukan dengan syarat berikut ini : 1. Pelebaran sepur (push out)
Batas Primer : Q ≤ 2,9 + 0,3 P, dengan pelat andas
G. LATIHAN SOAL
1. Jika diketahui struktur jalan rel menggunakan bantalan kayu dengan
kelas kuat I (σ = 100 kg/cm2), dengan penambat Tirpon yang
berdiameter 1,8 cm dan panjang 12 cm, beban roda kendaraan diketahui sebesar 9000 kg dan tipe rel yang digunakan R-54 dengan jarak bantalan 60 cm. Tentukan apakah tirpon perlu penambahan pelat andas atau tidak perlu !
2. Buatlah essay yang memuat perbandingan jenis-jenis penambat rel yang pernah dan yang saat ini sedang digunakan di Indonesia, mulai dari penambat kaku hingga berelastik ganda. Berilah ulasan keunggulan dan batasan pemakaian pada masing-masing penambat !
Mulai Data Bantalan : Jenis Bantalan Jarak Bantalan Kuat Dukung (σ) Data Rel : Jenis Rel
Dimensi Rel (Inersia) Data Penambat : diameter & panjang. Data Beban : Beban Roda Gaya untuk Menekan Rel shg terjadi defleksi (D)
Penentuan Nilai-Nilai Koefisien Kekuatan Terdesak Penambat :
γ, ξ danγ*
F1 (γ1), F1 (γ*) dan φ1(ξγ)1
(diambil dari tabel/grafik)
Tentukan Nilai :
H dan H + H’
Tentukan Nilai Kuat Penambat :
Pk = σ * Fn
Tentukan Nilai Q
Jika H < Q tidak terjadi pencabutan penambat
3. Buatlah essay beberapa contoh teknologi penambat yang digunakan di luar negeri !
H. DAFTAR PUSTAKA
1. Esveld, C. 1989. Modern Railway Track. MRT Publication. Germany. 2. Hay, W.W. 1982. Railroad Engineering. Second Edition. Wiley. 3. Hidayat, H. & Rachmadi. 2001. Rekayasa Jalan Rel. Catatan Kuliah.
Penerbit ITB. Bandung.
4. PJKA. 1986. Perencanaan Konstruksi Jalan Rel (Peraturan Dinas No.10). Bandung.
5. PJKA. 1986. Penjelasan Perencanaan Konstruksi Jalan Rel (Penjelasan Peraturan Dinas No.10). Bandung.
