KOMPONEN STRUKTUR JALAN REL DAN PEMBEBANANNYA. Nursyamsu Hidayat, Ph.D.

(1)

KOMPONEN STRUKTUR JALAN

REL DAN PEMBEBANANNYA

(2)

Struktur Jalan Rel

• Struktur jalan rel adalah struktur elastis dengan pola distribusi beban yang rumit

• Sbg gambaran, tegangan kontak antara rel dan

Struktur Atas

(3)

Struktur Jalan Rel

• Struktur bangunan atas: rel (rail); penambat (fastening); bantalan (sleeper, tie)

• Struktur bangunan bawah: balas (ballast); subbalas (subballast); tanah dasar (improve

subgrade); dan tanah asli (natural gorund).

Pada kondisi tertentu balas dapat dibagi menjadi balas atas (top ballast) dan balas bawah (bottom ballast)

(4)

Kriteria Struktur Jalan Rel

Kekakuan / Stiffness

Untuk menjaga deformasi vertikal indikator utama umur,

kekuatan, kualitas

Elastisitas / Resilience

Untuk kenyamanan: antisipasi patas as roda, peredam kejut,

getaran vertikal

Ketahanan terhadap deformasi tetap

Deformasi vertikal>>> akan menyebabkan deformasi tetap

ketidak rataan vertikal, horisontal dan puntir

Stabilitas semulaJalan rel tetap pada posisiperlu mutu balast yang baik

(5)

(6)

Gaya Vertikal

• _{Gaya vertikal merupakan gaya yang paling}

dominan pada struktur jalan rel

• _{Menyebabkan defleksi vertikal}

Gaya vertikal

(7)

Gaya Lokomotif

1) Lokomotif BB;

• _{artinya beban ditumpu oleh 2 bogie yg}

masing2 _{bogie terdiri 2 gandar, dan satu}

gandar tdr 2 roda

• _Misal:

– Jika berat lokomotif (Wlok) = 56 ton, maka

• Gaya kepala bogie (P_bogie/P_b) = 56/2 = 28 ton

• Gaya gandar (P_gandar/P_g) = 28/2 = 14 ton

(8)

Gaya Lokomotif

2) Lokomotif CC;

• artinya beban ditumpu oleh 2 bogie yg masing2 bogie terdiri 3 gandar, dan satu gandar tdr 2 roda

• Misal:

– Jika berat lokomotif (Wlok) = 84 ton, maka

• Gaya kepala bogie (P_bogie/P_b) = 84/2 = 42 ton

• Gaya gandar (P_gandar/P_g) = 42/3 = 14 ton

• Gaya roda statis (P_statis/P_s) = 14/2 = 7 ton

(9)

Gaya Kereta/penumpang

• Berat kereta plus muatan = 40 ton

• _{Ditumpu 2 bogie (Pb = 20 ton)}

• _{Masing-masing bogie tdr 2 gandar (Pg = 10}

ton)

(10)

Gaya Gerbong / barang

• Berbeda dengan kereta/car/coach yang

mengutamakan kenyamanan dan kecepatan; gerbong mengutamakan daya muat, yaitu

(11)

Faktor Gaya Dinamis

• _{Disebabkan oleh getaran dari kendaraan rel}

akibat angin, dan kondisi geometri jalan.

• _{Untuk mentransformasi gaya statis ke dinamis}

menggunakan formula (Formulasi TALBOT)

– Ip = 1+0,01(V/1,609-5)

– Dengan V: kecept KA (km/jam)

• Lok CC-201 dengan V = 100 km/jam dan Ps = 7 ton

– Ip = 1+0,01(100/1,609-5)=1,57

(12)

Gaya Transfersal /

Lateral

• Gaya ini disebabkan adanya gaya sentrifugal, ‘Snake

motion’, dan ketidak rataan geometri jalan rel, bekerja pada titik yang sama dengan gaya vertikal di rel.

• Gaya ini menyebabkan tercabutnya ‘terpon’ dan geseran pelat tandas (base plate) pada bantalan kayu, sehingga dapat merubah geometri jalan rel,  bahaya derailment

• Besarnya gaya lateral, dibatasi agar rel roda tidak keluar rel, besarnya adalah:

– Plateral / Pvertikal < 1,2

• Pada kondisi dimana rel dan roda sama-sama aus, maka pembatasan lebih kecil, yaitu:

(13)

Gaya Longitudinal

• Gaya ini diakibatkan terutama oleh perubahan suhu pada rel (thermal strees), dan untuk

konstruksi kereta api modern, dimana dipakai rel panjang (long welded nails), gaya ini sangat memegang peranan penting.

• Tambahan pada gaya longitudinal ini adalah gaya adhesi (akibat gesekan roda dan rel) dan gaya rem (akibat pengereman kendaraan rel).

(14)

Perhitungan Komponen-komponen

Kalan Rel

(15)

Distribusi gaya pada struktur

jalan rel

Beban dari roda (dinamis) diterima oleh rel, tegangan kontak yang terjadi sangat besar, sehingga menentukan dalam pemilihan mutu baja rel.

Beban rel didistribusikan dari dasar rel ke bantalan dengan perantaraan pelat andas (baseplate, bantalan kayu),

ataupun alas karet (rubber pad, bantalan beton)

Beban rel didistribusikan dari dasar rel ke bantalan dengan perantaraan pelat andas (baseplate, bantalan kayu),

ataupun alas karet (rubber pad, bantalan beton)

Beban bantalan didistribusikan dari dasar bantalan ke balas, yang seterusnya didistribusikan ke tubuh jalan rel. Beban bantalan didistribusikan dari dasar bantalan ke balas, yang seterusnya didistribusikan ke tubuh jalan rel.

(16)

Distribusi gaya pada struktur

jalan rel

(17)

Teori perhitungan teganan-tegangan

pada komponen jalan rel

• _{Rel dianggap sebagai balok panjang tak}

terhingga, beban terpusat, ditumpu tumpuan elastis, dengan modulus elastisitas jalan rel (track stiffness = k)

………(1)

• dengan;

– p = reaksi (merata)/satuan panjang

– k = modulus elastisitas jalan rel

– y = defleksi

ky

p





(18)

Teori perhitungan teganan-tegangan

pada komponen jalan rel

• Persamaan (1) dideferensiasi menjadi ………..(2) 0 ky dx y d EI ₄ 4  

(19)

Perhitungan beban terpusat (P) dan

Momen (M)

(20)

Perhitungan beban terpusat (P) dan Momen (M)

• Solusi untuk P adalah

……..(3) …..…(4)

• dengan:

– k = modulus elastisitas jalan rel

–  = dumping factor/characteristic of the system

– I = momen inersia rel pada sumbu x-x

  cos x sin x e 4 P M x sin x cos e k 2 P y x x               4 EI 4 k 

(21)

• _{M = 0, jika cos}x₁ - sin x₁ = 0

• M maksimum (M₀), jika cosx₁ - sin x₁ = 0

………..(5) 4 1 k EI 4 4 4 x      1 1 0 0.318Px Px 4 P M     

(22)

• _{Y = 0, jika cos}x₂ + sin x₂ = 0

• _{Y maksimum (Y}₀₎ ………..(6) 1 4 2 3x k EI 4 4 3 4 3 x       1 1 0 kx P 393 . 0 kx 8 P k 2 P Y     

(23)

Beban ke Bantalan

• Maksimum beban merata di kaki rel adalah (persamaan 1 dan 6)

– S: jarak bantalan

• Akibat dari superposisi beberapa beban dan kemungkinan kondisi track yang kurang baik maka beban ke bantalan biasanya diambil dua kali lipat, ………(7) 1 1 x PS 392 . 0 PxS Q x P 392 . 0 ky P     PS 786 . 0 PS 392 . 0 x 2 Q    

(24)

Kelas jalan dan Komponen Struktur

Jalan Rel

(25)

Contoh Soal 1

• 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 modulus elastisitas rel (E) = 2 × 106 kg/cm2 dan momen inersia (I) = 2346 cm4_.

(26)

Contoh Soal 1

• Transformasikan beban statis ke beban dinamis dengan persamaan TALBOT

(27)

Contoh Soal 1

(28)

Contoh Soal 1

(29)

Contoh 2

• Seperti contoh 1, jika tegangan ijin untuk kelas jalan I dengan Rel 54 adalah 1325 kg/cm2_,

buktikan bahwa tegangan yang terjadi masih dibawah tegangan ijin tsb

(30)

(31)

Contoh 3

• Contoh 1, hitung beban yang ditumpu

(32)

Latihan

• Hitunglah komponen tegangan pada rel untuk Kelas Jalan III dengan kecepatan rencana 100 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 50 dengan E = 2.1 × 106 kg/cm2 dan momen inersia 1960

(33)

(34)

Kecepatan kereta

Kecepatan Kecepatan rencana Kecepatan yang digunakan untuk merecanakan konstruksi Jalan Rel Kecepatan maksimum

Kecepatan tertinggi yang diinginkan untuk operasi

suatu rangkaian kereta pada lintas tertentu

Kecepatan operasi

Kecepatan rata-rata kereta api pada petak

jalan tertentu

(35)

Kecepatan Rencana

• Kecepatan Rencana untuk perencanaan struktur jalan

rel

V _rencana = 1,25 x V _maks

• Kecepatan Recana untuk Perencanaan Jari-jari

Lengkung tikungan V _rencana = V _maks

(36)

• Jumlah angkutan anggapan yang melewati

suatu lintasan dalan jangka waktu satu tahun

• Daya angkut lintas menjerminkan jenis serta jumlah beban total dan kecepatan kereta api yang lewat di lintasasn tersebut dalan satuan waktu tertentu (Ton/Tahun)

(37)

(38)

• Ruang diatas sepur yang senantiasa bebas dari segala rintangan dan benda penghalang yang disediakan untuk lalulintas rangkaian kereta api.

(39)

(40)

• Bangunan adalah ruang di sisi sepur yang senantiasa harus bebas dari segala bangunan tetap seperti antara lain tiang semboyan, tiang listrik dan pagar

• Batas ruang bangunan diukur dari sumbu sepur pada

ketinggian 1 – 3,55 meter

• Jarak ruang bangunan

a. Pada lintas bebas :

2.35 s/d 2.53 m dari kiri kanan sumbu sepur

b. Pada Emplasemen :

1,95 s/d 2.35 di kiri dan kanan sumbu sepur

(41)

(42)

(43)