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

Ukuran: px

Mulai penontonan dengan halaman:

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

Harjanti Muljana
7 tahun lalu
Tontonan:

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

2 Struktur Jalan Rel Struktur Atas Struktur Bawah Struktur jalan rel adalah struktur elastis dengan pola distribusi beban yang rumit Sbg gambaran, tegangan kontak antara rel dan roda = 6000 kg/cm 2 yang harus ditransfer ke subgrade dengan daya dukung 2 kg/cm 2. 2

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) 3

4 Kriteria Struktur Jalan Rel Kriteria Struktur Jalan Rel Kekakuan / Stiffness Elastisitas / Resilience Ketahanan terhadap deformasi tetap Stabilitas Adjustabillity Untuk menjaga deformasi vertikal indikator utama umur, kekuatan, kualitas Untuk kenyamanan: antisipasi patas as roda, peredam kejut, getaran vertikal Deformasi vertikal>>> akan menyebabkan deformasi tetap ketidak rataan vertikal, horisontal dan puntir Jalan rel tetap pada posisi semula perlu mutu balast yang baik Pemulihan ke geometri yang benar jika ada perubahan krn beban 4

5 Komponen Beban Jalan Rel 5

6 Gaya Vertikal Gaya vertikal merupakan gaya yang paling dominan pada struktur jalan rel Menyebabkan defleksi vertikal Gaya vertikal Gaya lokomotif / locomotive Gaya kereta / car/ coach Gaya gerbong / wagon Faktor Dinamis 6

7 Gaya Lokomotif 1) Lokomotif BB; artinya beban ditumpu oleh 2 bogie yg masing 2 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 Gaya roda statis (P statis /P s ) = 14/2 = 7 ton Note: gaya gandar dikenal sbg beban gandar/axle load 7

8 Gaya Lokomotif 2) Lokomotif CC; artinya beban ditumpu oleh 2 bogie yg masing 2 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 Di Indonesia ada 2 jenis loko CC Loko CC-202, W lok = 108 ton Loko CC-201 dan 203, W lok = 84 ton 8

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) Ps = 5 ton 9

10 Gaya Gerbong / barang Berbeda dengan kereta/car/coach yang mengutamakan kenyamanan dan kecepatan; gerbong mengutamakan daya muat, yaitu massal dan berat 10

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 Pd = Ps * Ip = 7 * 1,57 = 10,99 ton 11

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: Plateral / Pvertikal < 0,75 12

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). 13

14 Perhitungan Komponen-komponen Kalan Rel 14

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 bantalan didistribusikan dari dasar bantalan ke balas, yang seterusnya didistribusikan ke tubuh jalan rel. 15

16 Distribusi gaya pada struktur jalan rel 16

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) p ky (1) dengan; p = reaksi (merata)/satuan panjang k = modulus elastisitas jalan rel y = defleksi 17

18 Teori perhitungan teganan-tegangan pada komponen jalan rel Persamaan (1) dideferensiasi menjadi 4 d y EI 4 dx ky 0..(2) 18

19 Perhitungan beban terpusat (P) dan Momen (M) 19

20 Perhitungan beban terpusat (P) dan Momen (M) Solusi untuk P adalah P y e 2k P M e 4 x x cos x sin x cos x sin x..(3).. (4) dengan: k = modulus elastisitas jalan rel = dumping factor/characteristic of the system 4 k 4EI I = momen inersia rel pada sumbu x-x E = modulus elastisitas rel = 2,1 x 10 6 kg/cm 2 P = Pd = beban vertikal (dinamis roda) 20

21 Perhitungan beban terpusat (P) dan Momen (M) M = 0, jika cos x 1 - sin x 1 = 0 x EI k M maksimum (M 0 ), jika cos x 1 - sin x 1 = 0 M P 4 Px Px1..(5) 21

22 Perhitungan beban terpusat (P) dan Momen (M) Y = 0, jika cos x 2 + sin x 2 = 0 x EI k 4 2 3x1 Y maksimum (Y 0 ) Y 0 P 2k P 8kx P kx 1..(6) 22

23 Beban ke Bantalan Maksimum beban merata di kaki rel adalah (persamaan 1 dan 6) P Q ky PxS P x 1 PS x 1 S: jarak bantalan Akibat dari superposisi beberapa beban dan kemungkinan kondisi track yang kurang baik maka beban ke bantalan biasanya diambil dua kali lipat, PS PS Q 2x (7) 23 x 1 x 1

24 Kelas jalan dan Komponen Struktur Jalan Rel 24

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/cm 2. Hitunglah momen maksimum yang terjadi pada rel apabila digunakan tipe rel 54 dengan modulus elastisitas rel (E) = kg/cm2 dan momen inersia (I) = 2346 cm 4. 25

26 Contoh Soal 1 Transformasikan beban statis ke beban dinamis dengan persamaan TALBOT 26

27 Contoh Soal 1 Dumping Factor: 27

28 Contoh Soal 1 Momen Maksimum: 28

29 Contoh 2 Seperti contoh 1, jika tegangan ijin untuk kelas jalan I dengan Rel 54 adalah 1325 kg/cm 2, buktikan bahwa tegangan yang terjadi masih dibawah tegangan ijin tsb 29

30 Contoh 2 30

31 Contoh 3 Contoh 1, hitung beban yang ditumpu bantalan jika jarak bantalan adalah 60 cm 31

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/cm 2. Hitunglah momen maksimum yang terjadi pada rel apabila digunakan tipe rel 50 dengan E = kg/cm2 dan momen inersia 1960 cm 4. 32

33 Standar Jalan Rel 33

34 Kecepatan kereta 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 Kecepatan komersial Kecepatan rata-rata sebagai hasil pembagian jarak tempuh dengan waktu tempuh Kecepatan 34

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 Kecepatan Rencana Untuk Perencanaan Peninggian Rel 35

36 Daya Angkut Lintas 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) 36

37 Daya Angkut lintas 37

38 Ruang Bebas Bangunan Ruang diatas sepur yang senantiasa bebas dari segala rintangan dan benda penghalang yang disediakan untuk lalulintas rangkaian kereta api. 38

39 39

40 Ruang Bangunan 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 c. Pada Jembatan 2.15 m di kiri dan kanan sumbu sepur 40

41 Penampang Melintang Jalan Rel 41

42 42

43 See You Next Week..!! 43

dokumen-dokumen yang mirip

BAB I KOMPONEN STRUKTUR JALAN REL DAN PEMBEBANAN NYA

BAB I KOMPONEN STRUKTUR JALAN DAN PEMBEBANAN NYA 1.1 STRUKTUR JALAN Struktur jalan rel adalah struktur elastis, dengan pola distribusi beban yang cukup rumit, sebagai gambaran adalah tegangan kontak antara