pembebanan struktur jalan rel

Hendi Bowoputro, ST.,MT

Rahayu Kusumaningrum, ST., MSc

PEMBEBANAN PADA STRUKTUR JALAN REL

BEBAN DAN GAYA PADA REL

Q1

T1

N1

Y1

N1

Q2

T2

N2

Y2

N2

Keterangan :Gaya Vertikal : QGaya Lateral : YGaya Longitudinal : TGaya akibat perubahan suhu (termasuk gaya longitudinal) : N

1. GAYA VERTIKAL

Merupakan gaya yang paling DOMINAN DEFLEKSI VERTIKAL dalam struktur jalan rel. Secara global, besarnya gaya vertikal dipengaruhi oleh:

a. GAYA LOKOMOTIF (locomotive)

b. GAYA KERETA (car, coach)

c. GAYA GERBONG (wagon)

d. FAKTOR DINAMIS

GAYA LOKOMOTIF

Berat lokomotif BB (Wlok) : 56 tonGaya berat pada bogie (Pbogie = Pb) : Gaya pada gandar (Pgandar = Pg) :

Gaya pada roda statis (Pstatis = Ps) :

GAYA KERETA (car, coach)

Berat Kereta jika dimuati adalah sekitar 40 ton, dan ditumpu dengan 2 bogie (Pb = 20 ton), dengan masing-masing bogie terdiri 2 gandar (Pg = 10 ton), sehingga Ps = 5 ton.

GAYA KERETA (car, coach)

GAYA GERBONG (wagon)

FAKTOR DINAMIS

Faktor dinamis dipengaruhi oleh:• faktor aerodinamis (hambatan udara & beban angin)• kondisi geometrik (ketidak rataan) jalan• kecepatan rangkaian KA

PERSAMAAN TALBOT (1918)

Ip = 1 + 0,01( – 5)

Dimana,Ip = faktor dinamis V = kecepatan rencana (km/jam)

Beban dinamis (Pd) diperoleh dari perkalian faktor dinamis terhadap beban statis (Ps) yang diperhitungkan.

Pd = Ps x Ip

Dimana,Ps = Pstatis pada rodaIp = faktor dinamis

BEBAN DINAMIS

2. GAYA LATERAL

1. Gaya sentrifugal

2. ‘Snake motion’

3. Ketidak rataan geometri

jalan rel

PENYEBAB??

VIDEO

DERAILMENT

2. GAYA LATERAL

Skema Gaya Lateral

Syarat pembatasan besarnya gaya lateral supaya tidak terjadi anjlog adalah :

Plateral / Pvertikal < 1,2

Plateral / Pvertikal < 0,75untuk rel dan roda yang aus

3. GAYA LONGITUDINAL

PENYEBAB??

1. Gaya adhesi (akibat gesekan roda dan kepala rel)

2. Gaya akibat pengereman roda terhadap rel

3. Perubahan suhu pada rel (thermal stress)

Perhitungan STABILITAS REL panjang menerus (Long Welded Rails)

POLA DISTRIBUSI GAYA VERTIKAL

1

2

3

Prinsip pola distribusi gaya pada struktur rel bertujuan untuk menghasilkan reduksi tekanan kontak yang terjadi diantara rel dan roda (± 6000 kg/cm2) menjadi tekanan yang sangat kecil pada tanah dasar (± 2 kg/cm2).

TEORI BEAM ON ELASTIC FOUNDATION (BEF)

Dikembangkan pertama kali oleh Winkler pada tahun 1867 untuk perhitungan tegangan komponen jalan rel.

ASUMSI : Setiap rel akan berperilaku sebagai balok menerus yang diletakkan di atas tumpuan elastik.

P

P

TEORI BEAM ON ELASTIC FOUNDATION (BEF)

Defleksi rel, y(x) pada setiap jarak x sepanjang rel akibat dari pembebanan titik terpusat P :

y(x) =

Damping Factor (λ)

4

4EI

k

dimana,k : Modulus kekakuan jalan rely : Defleksi akibat beban pada relE : Modulus elastisitas baja penyusun relI : Momen inersia rel

TEORI BEAM ON ELASTIC FOUNDATION (BEF)

Diagram defleksi (B), kemiringan (C), momen (D) dan gaya geser (E) pada rel (A) akibat beban titik P

TEORI BEAM ON ELASTIC FOUNDATION (BEF)

Defleksi Maks pada rel (Ym) pada setiap titik di sepanjang relakibat gaya titik terpusat P

Momen Maks pada Rel (Mm)

Gaya Geser Maks pada Rel (Fm)

DIMENSI, TIPE & DESAIN REL

BENTUK DAN DIMENSI REL DI INDONESIA

Dimensi rel yang digunakan di Indonesia sesuai PD 10 tahun 1986 :

18,00/ 24,00167014015954,40UIC 54/

R54

17,001563,812715350,40R50

16,574,315017260,34R60

13,60-17,0013,568,511013842,18R14A/

R42

11,90-13,60-17,0013,56811013841,52R14/R41

11,90-13,60115810513433,40R3/R33

6,80-10,2010539011025,74R2/R25

Panjang Standar/normal (m)

Tebal Badan(mm)

LebarKepala(mm)

LebarKaki(mm)

Tinggi(mm)

Berat(kg/ m)

Tipe

18,00/ 24,00167014015954,40UIC 54/

R54

17,001563,812715350,40R50

16,574,315017260,34R60

13,60-17,0013,568,511013842,18R14A/

R42

11,90-13,60-17,0013,56811013841,52R14/R41

11,90-13,60115810513433,40R3/R33

6,80-10,2010539011025,74R2/R25

Panjang Standar/normal (m)

Tebal Badan(mm)

LebarKepala(mm)

LebarKaki(mm)

Tinggi(mm)

Berat(kg/ m)

Tipe

BENTUK DAN DIMENSI REL DI INDONESIA

Profil rel R 60 dan R 54

BENTUK DAN DIMENSI REL DI INDONESIA

Profil rel R 24 dan R 41

BENTUK DAN DIMENSI REL DI INDONESIA

Dimensi profil R 42, R 50, R 54 dan R 60

(Sumber : Peraturan Dinas No.10 tahun 1986)

BENTUK DAN DIMENSI REL DI INDONESIA

CONTOH SOAL

Hitunglah komponen tegangan pada rel untuk Kelas Jalan II dengan kecepatan rencana 110 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.

JAWABAN

1. Perhitungan beban dinamis menggunakan persamaan TALBOT

Pd = Ps x IpPd = Ps (1 + 0,01( – 5))Pd = 9000 (1 + 0,01( – 5))Pd = 14702,89 kg

2. Perhitungan DAMPING FACTOR (λ)

λ = λ = λ = 0,009896 cm-1

JAWABAN

3. Perhitungan M maks

371435,18 kgcm

TUGAS

Rangkaian kereta terdiri dari lokomotif CC dengan berat lokomotif 108 ton dan 4 buah kereta dengan berat masing-masing 40 ton. Hitunglah komponen tegangan pada rel untuk Kelas Jalan I dengan kecepatan rencana 150 km/jam. Modulus kekakuan jalan rel diperhitungkan sebesar 180 kg/cm2. Hitunglah momen maksimum yang terjadi pada rel apabila digunakan tipe rel 60 dengan E = 2 × 106 kg/cm2 dan momen inersia 3055 cm4.