1. Struktur Jalan Rela. Pengertian Struktur Jalan Rel

b. Kriteria Struktur Jalan Relc. Superstructures dan

Substructures

2. Pola Distribusi Pembebanana. Konsep Pembebanan

b. Model Pembebanan BoEFc. Studi Kasus

DefinisiJalur 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 Api1. Jalur dan Jalan Rel2. Bangunan Stasiun3. Jembatan4. Sinyal dan Telekomunikasi

PRASARANA KERETA API

• Struktur Jalan Rel adalah Struktur Elastik dengan pola distribusi beban yang cukup rumit.

• Struktur Jalan Rel Konvensional (Teknologi Adhesi Dua Rel) :

1. Struktur Bangunan Atas/Superstructure dengan komponen-komponen rel (rail), bantalan (sleeper/ties), penambat rel (fastening)

2. 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

1. 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.

KRITERIA STRUKTUR JALAN REL

3. Ketahanan terhadap Deformasi TetapDeformasi 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

4. StabilitasJalan 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.

5. 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.

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.

KLASIFIKASI JALAN REL INDONESIA

Jalan rel dibedakan dalam 3 kelompok seperti :1. Sepur normal/standar (standard gauge) =

1435 mm : Eropa, Turki, USA, Japan, Malaysia (KLIA Express).

2. Sepur lebar (broad gauge) = > 1435 mm : Rusia, Finlandia = 1524 mm, Sepanyol, Portugal, Pakistan, India = 1676 mm

3. Sepur sempit (narrow gauge) = < 1435 mm : Indonesia, Amerika Latin, Japan, Afrika Selatan = 1067 mm, Malaysia (KTM Berhad), Thailand, Birma, Kamboja = 1000 mm

Kelas JalanV maks(km/j)

I 120

II 110

III 100

IV 90

V 80

Lintas Kelandaian :

1. Lintas Datar, kelandaian : 0 – 10 ‰2. Lintas Pegunungan, kelandaian : 10 – 40 ‰3. Lintas dengan Rel Gigi, kelandaian : 40 – 80 ‰4. Kelandaian di emplasemen : 0 – 1,5 ‰

Kelas JalanDaya Angkut Lintas

(dalam 106 × Ton/Tahun)

I > 20

II 10 – 20

III 5 – 10

IV 2,5 – 5

V < 2,5

Apa itu ?1. Beban2. Gaya3. Momen4. Lendutan

Beban yang bekerja pada struktur jalan rel :1. 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.

2. 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

609,1

V

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)

4. Gaya LongitudinalGaya 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)

F(X) (kg/cm2)

y(x)kF(x) y(x)

Model dapat dituliskan dalam persamaan diferensial sebagai :

0ykdx

ydEI

4

4

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

4

1

4

sincos2

)(

EI

k

xxek

Pxy x

Gaya tumpuan fondasi jalan rel ditentukan sebagai :

)()( xykxF

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

)(cos2

)(

sincos4

)(

sin)(2

xeP

xV

xxeP

xM

xek

Px

x

x

x

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

YmkFm

PMm

k

PYm

4

2

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

31

34

EI64

YmP

kand,Ab

Qm2Pb

spacingsleeperSwhere,SFmQm

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.

Beban dinamis (Pd) dihitung dengan mengkalikan beban statik gandar (Ps) dengan faktor dinamis (Ip). Ps merupakan beban roda kereta yang diperoleh dari beban statik gandar dibagi 2 (karena setiap gandar terdapat 2 komponen roda).

51,609

V0,011Pd sP

51,609150

0,011Pd 9000 = 16940.30 kg

4

XEI4

k

46 23461024

180

= 0.0098960 cm-1

4λ

PM d

m

0,00989416940.30

M m = 427958.266 kgcm

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.

xxek2

Pxy x

sincos)(

dimana, x = 0.0098960 cm-1 (300 cm) = 2.9688

maka, ).sin().cos()(

).(.)( ).( 98829882e

1802

009896003016940meter3y 96882

= 0.025126 cm.