BAB III LANDASAN TEORI A. Struktur Jalan Rel Struktur jalan rel merupakan suatu konstruksi yang direncanakan sebagai prasarana atau infrastruktur perjalanan kereta api. Konsep struktur jalan rel adalah rangkaian super dan substruktur yang menjadi satu kesatuan komponen yang mampu mendukung pergerakan kereta api secara aman. Karena menopang pergerakan kereta api, maka struktur jalan rel merupakan sistem dinamik antar komponen penyusunnya yang dapat mendistribusikan beban rangkaian kereta api dan sekaligus menyediakan pergerakan yang stabil dan nyaman. Dengan demikian, konsep akhir dari distribusi beban ini adalah menyalurkan tegangan dari beban kereta api kepada tanah dasar tanpa menimbulkan perubahan bentuk permanen pada tanah (Rosyidi, 2015). Gambar 3.1 Konstruksi jalan rel (Sumber : Rosyidi, 2015) Gambar 3.2 Komponen penyusun jalan rel (Sumber : Rosyidi, 2015) 13
Rosyidi (2015), menyebutkan bahwa struktur jalan rel mempunyai beberapa krtiteria antara lain sebagai berikut : 1. Kekakuan (Stiffness) Kriteria struktur jalan rel yang kaku difungsikan untuk mempertahankan struktur dari terjadinya deformasi vertikal yang permanen. Deformasi vertikal diakibatkan oleh distribusi beban lalu lintas kereta api yang juga dapat digunakan untuk menilai umur, kekuatan dan kualitas jalan rel. 2. Elastisitas (Elastic/Resilence) Kriteria elastisitas diperlukan untuk menciptakan kenyamanan dalam perjalanan kereta api, menjaga terjadinya patah atau kerusakan berat pada as roda disebabkan oleh pergerakan beban kereta yang cukup besar di atas struktur jalan rel, meredam adanya kejutan akibat pengereman dan pengurangan kecepatan, benturan atau impact yang terjadi antara roda dan rel serta getaran vertikal yang bersifat menerus. 3. Ketahanan terhadap deformasi tetap Deformasi 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. Karakteristik sarana yang khusus dalam angkutan kereta api menimbulkan keterbatasan-keterbatasan yang perlu diperhatikan dalam struktur jalan rel. 4. Stabilitas Jalan 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. Selain itu, tubuh badan jalan rel perlu didisain dengan baik. Tubuh jalan rel meliputi seluruh struktur jalan kereta api ditambah dengan bangunan-bangunan pelengkap yang diperlukan sepanjang jalan kereta api rencana. Perencanaan tubuh jalan ini didasarkan pada kondisi medan (topografi), struktur geologi, karakteristik hidrologi, sifat-sifat fisik dan mekanik tanah. 14
5. Kemudahan untuk pengaturan dan pemeliharaan (Adjustability) Jalan harus memiliki sifat dan kemudahan dalam pengawasan, pengaturan dan pemeliharaan sehingga dapat dikembalikan ke posisi geometrik dan struktur jalan rel yang benar jika terjadi perubahan geometri akibat beban yang berjalan. Pekerjaan pengawasan, pengaturan dan pemeliharaan dilakukan oleh operator dan pemerintah. Pekerjaan ini dilakukan untuk memastikan perjalanan kereta api dapat berjalan dengan aman dan nyaman. Audit keselamatan terhadap kesiapan struktur jalan rel untuk dioperasikan seterusnya menjadi isu penting dalam transportasi perkeretaapian. Fasilitas pendukung untuk pengawasan, pengaturan dan pemeliharaan perlu diperhitungkan sebaik mungkin khususnya untuk trase jalan yang terletak di daerah terpencil dan minimnya akses transportasi pendukung lainnya serta trase yang melewati wilayah yang berisiko (misalnya kawasan banjir, tanah bergerak dan longsor). Sesuai dengan tipe konstruksinya, jalan rel dapat dibagi dalam dua bentuk konstruksi, yaitu : 1. Jalan rel dalam konstruksi timbunan, 2. Jalan rel dalam konstruksi galian. Jalan rel dalam konstruksi timbunan biasanya terdapat pada daerah (medan) yang cendrung datar, sedangkan jalan rel pada konstruksi galian umumnya terdapat pada medan pegunungan. Gambar 3.3 menunjukkan contoh potongan konstruksi jalan rel pada daerah galian (potongan di sebelah kiri) dan konstruksi pada daerah timbunan (potongan di sebelah kanan). 15
Gambar 3.3 Contoh potongan jalan rel pada struktur galian dan timbunan (Sumber : Rosyidi, 2015) Secara umum jalan rel di Indonesia dibedakan menurut beberapa klasifikasi antara lain sebagai berikut : 1. Klasifikasi jalan rel menurut lebar sepur Lebar sepur merupakan jarak terkecil di antara kedua sisi kepela rel (bagian dalam) diukur pada daerah 0 - 14 mm di bawah permukaan teratas kepala rel (Gambar 3.4). Gambar 3.4 Ukuran lebar sepur pada struktur jalan rel (Sumber : Rosyidi, 2015) 16
Rosyidi (2015), menyebutkan ada tiga jenis ukuran lebar sepur di dunia aitu sebagai berikut : a. Sepur Standar (standard gauge). Sepur standar juga disebut Stephenson gauge merupakan ukuran internasional untuk lebar sepur normal (normal gauge) yang banyak digunakan sebagai ukuran sepur di dunia. Sekurang- kurangnya 60% jalan rel di dunia menggunakan lebar sepur normal ini. Lebar sepur normal adalah 1,435 mm 4 ft 8½ in yang digunakan di US, Kanada dan Inggris, selain itu juga digunakan pada beberapa negara- negara Eropa, Turki, Iran dan Jepang. Malaysia juga telah menggunakan sepur standar ini untuk KLIA Express, angkutan kereta api sepanjang 57 km yang menghubungkan Kuala Lumpur dan Kuala Lumpur International Airport, Sepang. (Gambar 3.5). b. Sepur lebar (broad gauge), lebar sepur > 1435 mm, digunakan pada negara Finlandia, Rusia (1524 mm), Spanyol, Pakistan, Portugal dan India (1676 mm) . (Gambar 3.5). c. Sepur Sempit (narrow gauge), lebar sepur < 1435 mm, sebagian besar digunakan di negara Indonesia, Amerika Latin, Jepang, Afrika Selatan (1067 mm), Malaysia, Birma, Thailand dan mm/3 ft 3 3⁄8 in atau dikenal dengan metre guage). (Gambar 3.5) Kamboja Gambar 3.5 Beberapa ukuran lebar sepur di dunia (Sumber : Rosyidi, 2015) 17 (1000
2. Klasifikasi jalan rel menurut kecepatan maksimum Menurut Utomo (2009), sebelum menjelaskan kecepatan maksimum, perlu dijelaskan bahwa dalam transportasi kereta api dikenal adanya empat kecepatan, sebagai berikut : a. Kecepatan perancangan (design speed), yaitu kecepatan yang digunakan dalam perancangan struktur jalan rel dan perancangan geometrik jalan. b. Kecepata maksimum (maximum speed), yaitu kecepatan tertinggi yang diijinkan dalam operasi suatu rangkaian kereta api pada suatu lintas. c. Kecepatan operasi (operational speed), ialah kecepatan rerata kereta api pada petak jalan tertentu. d. Kecepatan komersial (Commercial speed), merupakan kecepatan yang dijual kepada konsumen. Kecepatan komersial ini diperoleh dengan cara membagi jarak tempuh dengan kecepatan (V) maksimum kereta api yang diijinkan dengan kelas jalan rel, ialah seperti yang dapat dilihat pada tabel 3.1 Tabel 3.1 Kecepatan maksimum sesuai kelas jalan rel Kelas Jalan Kecepatan Maksimum (km/jam) I 120 II 110 III 100 IV 90 V 80 (Sumber : Peraturan Menteri No.60 Tahun 2012) 3. Klasifikasi jalan rel menurut daya lintas kereta api Sesuai dengan peraturan di Indonesia, daya lintas kereta api yang (diukur dalam juta ton/tahun) dapat dibagi dalam dua kelompok kelas jalan yaitu untuk lebar sepur 1067 mm (Tabel 3.2) dan 1435 mm (Tabel 3.3). 18
Tabel 3.2 Daya angkut lintas yang diijinkan untuk lebar sepur 1067 mm Kelas Jalan Daya Angkut lintas (dalam 106 x Ton/Tahun) I > 20 II 10 - 20 III 5 - 10 IV 2,5 - 5 V < 25 (Sumber : Rosyidi, 2015) Tabel 3.3 Daya angkut lintas yang diijinkan untuk lebar sepur 1435 mm Kelas Jalan Daya Angkut lintas (dalam 106 x Ton/Tahun) I > 20 II 10 - 20 III 5 - 10 IV < 5 (Sumber : Rosyidi, 2015) 4. Klasifikasi jalan rel menurut kelandaian Kelandaian jalan atau tanjakan merupakan parameter penting dalam perencanaan geometrik jalan. Kelandaian jalan dipengaruhi oleh kondisi topografi medan. Meskipun demikian, rangkaian pergerakan kereta api memiliki keterbatasan untuk bergerak pada kondisi medan curam atau kelandaian yang tinggi. Berikut, pengelompokan lintas jalan rel berdasarkan kelandaian jalan : a. Lintas Datar : kelandaian 0 sampai dengan 10 ‰ b. Lintas Pegunungan : kelandaian 10 sampai dengan 40 ‰ c. Lintas dengan rel gigi : kelandaian 40 sampai dengan 80 ‰ d. Kelandaian di emplasemen : kelandaian 0 sampai dengan 1,5 ‰ Dalam Peraturan Menteri No. 60 tahun 2012, klasifikasi jalan rel menurut kelandaian jalan ditentukan berdasarkan persyaratan landai penentu, 19
persyaratan landai curam dan persyaratan landai emplasemen. Landai penentu adalah suatu kelandaian (pendakian) yang terbesar yang ada pada suatu lintas lurus. Persyaratan landai penentu harus memenuhi persyaratan seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 3.4. Tabel 3.4 Klasifikasi jalan berdasarkan landai penentu maksimum Landai penentu Kelas Jalan maksimum I 10 ‰ II 10 ‰ III 20 ‰ IV 25 ‰ V 25 ‰ (Sumber : Peraturan Menteri No.60 Tahun 2012) Dalam kondisi tertentu, kelandaian lintas lurus dapat melebihi landai penentu. Meskipun demikian, nilai kelaikan kelandaian yang melebihi landai curam perlu dihitung secara cermat. Apabila di suatu kelandaian terdapat lengkung atau terowongan, maka kelandaian di lengkung atau terowongan itu harus dikurangi sehingga jumlah tahanannya tetap. 5. Klasifikasi jalan rel menurut beban gandar Beban gandar merupakan beban yang diterima oleh jalan rel dari satu gandar. Klasifikasi jalan rel menurut beban gandar maksimum dibedakan berdasarkan lebar sepurnya, sebagai berikut : a. Beban gandar untuk lebar jalan rel 1067 mm pada semua kelas jalur maksimum sebesar 18 ton. b. Beban gandar untuk lebar jalan rel 1435 mm pada semua kelas jalur maksimum sebesar 22,5 ton. 20
6. Klasifikasi jalan rel menurut jumlah jalur a. Jalur tunggal : Jumlah jalur di lintas bebas hanya satu, dan diperuntukkan untuk melayani arus lalu lintas angkutan jalan rel dari dua arah (Gambar 3.6). b. Jalur Ganda : jumlah jalur di lintas bebas dua jalur, dimana masing- masing jalur hanya diperuntukkan untuk melayani arus lalu lintas angkutan jalan rel satu arah saja (Gambar 3.7). (a) Gambar 3.6 Jalur tunggal trase jalan rel pada jalur lurus (Sumber : Peraturan Menteri No.60 Tahun 2012) Gambar 3.7 Jalur ganda trase jalan rel pada jalur lurus (Sumber : Peraturan Menteri No.60 Tahun 2012) Komponen struktur jalan rel secara umum dijelaskan sebagai berikut : 1. Rel a. Pengertian umum Menurut Rosyidi (2015), rel merupakan struktur balok menerus yang diletakkan di atas tumpuan bantalan yang berfungsi sebagai penuntun dan mengarahkan pergerakan roda kereta api. Rel juga disiapkan memiliki kemampuan untuk menerima secara langsung dan menyalurkan beban 21
kereta api kepada bantalan tanpa menimbulkan defeksi yang berarti pada bagian balok rel di antara tumpuan bantalan. Rel juga berfungsi sebagai struktur pengikat dalam pembentukan struktur jalan rel yang kokoh. Bentuk dan geometrik rel perlu dirancang sedemikian sehingga dapat berfungsi sebagai penahan gaya akibat pergerakan dan beban kereta api. Pertimbangan yang diperlukan dalam membuat geometrik jalan rel adalah : 1) Permukaan rel harus dirancang memiliki permukaan yang cukup lebar untuk membuat tegangan kontak di antara rel dan roda sekecil mungkin. 2) Kepala rel harus cukup tebal untuk memberikan umur manfaat yang panjang. 3) Badan rel harus cukup tebal untuk menjaga dari pengaruh korosi dan mampu menahan tegangan lentur serta tegangan horisontal. 4) Dasar rel harus cukup lebar untuk dapat mengecilkan distribusi tegangan ke bantalan baik melalui pelat andas maupun tidak. 5) Dasar rel juga harus tebal untuk tetap kaku dan menjaga bagian yang hilang akibat korosi. 6) Momen inersia harus cukup tinggi, sehingga tinggi rel diusahakan tinggi dan mencukupi tanpa bahaya tekuk. 7) Tegangan horisontal diusahakan dapat direduksi oleh kepala dan dasar rel dengan perencanaan geometriknya yang cukup lebar. 8) Stabilitas horisontal dipengaruhi oleh perbandingan lebar dan tinggi rel yang mencukupi. 9) Titik pusat sebaiknya di tengah rel. 10) Geometrik badan rel harus sesuai dengan pelat sambung. 11) Jari-jari kepala rel harus cukup besar untuk mereduksi tegangan kontak. 22
23 b. Persyaratan umum rel 1) Berat optimum Menurut Rosyidi (2015), rel dirancang dengan berat tertentu yang terdiri dari bagian-bagian rel yang terintegrasi dan dibentuk dari distribusi bahan metalurgi yang efektif. Masing-masing bagian rel didisain untuk dapat menjalankan fungsinya dengan baik dan optimal. Bagian-bagian rel tersebut adalah (Gambar 3.8) : Kepala rel (head), ukuran kepala rel termasuk didalamnya permukaan rel harus direncanakan sedemikian sehingga memiliki daya tahan terhadap keausan selama waktu pelayanan rel yang direncanakan. Badan rel (web), badan rel ditentukan dengan tebal yang memadai untuk dapat menahan beban dan momen akibat pergerakan kereta api dan mempunyai daya tahan terhadap korosi. Kaki rel (foot), kaki rel harus dirancang selebar yang mungkin sehingga kedudukan rel menjadi stabil terhadap dorongan maupun puntiran akibat pergerakan kereta api, dan mampu mendistribusikan beban yang diterima kepada bantalan dengan baik. Tebal kaki rel juga perlu dirancang untuk memperhitungkan kehilangan materi akibat korosi dan stabilitas rel. Gambar 3.8 Bagian - bagian rel (Sumber : Rosyidi, 2015)
2) Kekakuan Kekakuan atau stiffness dapat diukur melalui momen inersia rel. Disain rel yang ekonomis dan efektif mensyaratkan nilai momen inersia maksimum per berat unit rel yang konsisten dengan kekakuan rel dalam berbagai arah 3) Kekuatan Kekuatan (strength) rel dapat ditentukan dari modulus potongan rel (section modulus). Modulus section pada rel maupun lempeng baja (fishplate) ditentukan sedemikian sehingga mampu menahan tegangan yang terjadi akibat beban kendaraan kereta api. Disain rel yang efisien mensyaratkan rasio tertinggi yang mungkin antara modulus section lempeng baja sambungan terhadap rel. 4) Durabilitas Beberapa faktor terkait durabilitas yang mempunyai kaitannya dengan ketahanan secara langsung maupun tidak langsung dalam disain rel dan yang mempengaruhi umur manfaat rel diantaranya : Keausan (Wear) Kerusakan ujung rel (rail end better) Kerusakan hanged-rail (hogging) Gambar 3.9 Kerusakan pada ujung rel, hoggeg rail (Sumber : Rosyidi, 2015) c. Tipe dan karakteristik rel Menururt Utomo (2009), tipe rel yang digunakan untuk jalan pada dasarnya adalah sesuai dengan kelas jalan relnya, dapat dilihat pada Tabel 3.5. 24
Tabel 3.5 Tipe rel pada jalan rel Kelas Jalan I Tipe Rel R 60/ R 54 II R 54/ R 50 III R 54/ R 50/ R 42 IV R 54/ R 50/ R 42 V R 42 (Sumber : Peraturan Dinas No. 10 Tahun 1986) Karakteristik rel sesuai tipenya dapat dilihat pada tabel 3.6. Tabel 3.6 Karakteristik rel (Sumber : Peraturan Dinas No. 10 Tahun 1986) 25
26 d. Jenis rel Utomo (2009), menjelaskan bahwa jenis rel yang dimaksud di sini ialah jenis rel menurut panjangnya. Terdapat tiga jenis rel menurut panjangnya, yaitu : 1) Rel Standar Rel satandar mempunyai panjang 25 meter. Pada waktu yang lalu, panjang rel standar ialah 17 meter, tetapi sekarang PT Kereta Api (persero) menggunakan panjang 25 meter untuk rel standar 2) Rel Pendek Rel pendek dibuat dari beberapa rel standar yang disambung dengan las dan dikerjakan di tempat pengerjaan (balai yasa/depot dan sejenisnya). Rel pendek ini maksimumnya 100 meter. Batasan panjang rel tersebut adalah berdasarkan pada kemudahan pengangkutan ke lapangan dan pengangkatan di lapangan. 3) Rel Panjang Rel panjang dibuat dari beberapa rel pendek yang disambung dengan las di lapangan, dikenal pula sebagai Contiuous Welded Rail (CWR). Panjang minimum rel panjang tergantung pada jenis bantalan yang digunakan dan tipe rel, seperti tercantum pada tabel 3.7. Tabel 3.7 Panjang minimum rel panjang R.42R.50R.54R.60Jenis Bantalan325 m375 m400 m450 mJenis Bantalan200 m225 m250 m275 mJenis BantalanTipe Rel (Sumber : Utomo, 2009) 2. Penambat Rel 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 terhadap rel. Oleh karena itu, kekuatan
penambat sangat diperlukan untuk mengurangi secara signifikan gaya lateral ini. (Rosyidi, 2015) a. Pertimbangan dalam penggunaan penambat 1) Faktor - faktor penggunaan penambat Penggunaan jenis penambat ditentukan oleh pertimbangan beberapa faktor diantaranya : a) Besarnya gaya jepit (clamping force). b) Besarnya nilai rangkak (creep resistance). c) Kemudahan dalam perawatan penambat. d) Pengalaman pemakaian, terkait dengan catatan teknis pemakaian. e) Pemakaian kembali (re-use). f) Umur penambat. g) Harga penambat. 2) Persyaratan teknis penambat : a) Gaya jepit harus kuat 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 setelah pekerjaan pemasangan maupun pembongkaran. e) Teknologi pemasangan rel dan penambat sebaiknya dilakukan secara cepat baik secara mekanik sederhana maupun manual. 27
f) Penyetelan penambat sebaiknya dilakukan secara cepat dan mudah (kemudahan dalam pekerjaan), serta diusahakan dapat dilakukan oleh petugas selain teknisi. g) Penambat cukup mampu dan kuat sebagai penggabungan susunan isolasi listrik dan mudah diganti bila terjadi kerusakan. 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. Alas karet baik yang dibuat dari karet alam dan karet sintetis harus beralur dengan motif alur lurus maupun bergelombang, dengan nilai modulus elastisitas karet berkisar antara 110 hingga 140 kg/cm2. b. Jenis penambat rel Sesuai denga kemampuan elastisitas yang dapat diberikan oleh penambat rel terdapat dua jenis penambat rel, yaitu : 1) Penambat kaku Penambat kaku terdiri atas paku rel, tarpon (tirefond) atau mur dan baut, dengan atau tanpa plat landas. Gambar 3.10 Mur, baut, tipon dan paku rel (Sumber : Utomo, 2009) 28
Gambar 3. 11 Penambat kaku pada bantalan baja menggunakan pelat landas dan mur baut. (Sumber : Utomo, 2009) 2) Penambat elastis Penambat elastis digunakan karena mempunyai kemampuan mengurangi pengaruh getaran pada rel terhadap bantalan, memberikan kuat jepit (clamping force) yang tinggi dan mampu memberikan perlawanan terhadap rangkak (creep resistance). Terdapat dua macam penambat elastis, yaitu : a) Penambat elastis tunggal terdiri atas plat landas, plat atau batang jepit elastis, tarpon, mur dan baut. Dimana, kekuatan jepitnya terletak pada batang batang jepit elastis. b) Penambat elastis ganda terdiri atas plat landas, pela atau batang jepit, alas rel, tarpon, mur dan baut. Kekuatan jepit penambat elastis terletak pada batang elastis dan biasanya digunakan pada bantalan beton, tidak menggunakan pelat landas melainkan alas karet (rubber pad) yang akan memberikan elastis tambahan sehingga mampu mencegah merangkaknya sel dan melindungi permukaan beton. Dalam Peraturan Dinas No. 10 Tahun 1986, penggunaan penambat elastis dibagi menurut kelas jalan (kecepatan maksimum), sebagaimana tercantum dalam Tabel 3.8. 29
Tabel 3.8 Penggunaan alat penambat elastik sesuai kelas jalan Kelas JalanIIIIIIIVVElastik TunggalElastik TunggalJenis Alat PenambatElastik GandaElastik GandaElastik Ganda (Sumber : Peraturan Dinas No. 10 tahun 1986) 3. Pelat sambung, mur dan baut Berdasarkan Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012 tentang Persyaratan Teknis Jalur Kereta Api disebutkan bahwa penyambung rel dengan pelat sambung harus digunakan apabila tidak diperkenankan melakukan pengelasan terhadap sambungan rel terdiri dari : a. Dua pelat sambung kiri dan kanan. b. Enam baut dan mur, ring pegas atau cincin pegas dari baja, dipasang hanya empat baut untuk menjaga pemanasan rel akibat cuaca. Pada sambungan rel, digunakan sepasang pelat penyambung yang mempunyai panjang dan ukuran yang sama. Gambar 3.12 Pemasangan pelat penyambung (Sumber : Utomo, 2009) 30
Untuk mendapatkan luas bidang singgung yang maksimum antara pelat penyambung dengan penyambung dengan permukaan bawah kepala rel dan permukaan atas kaki rel maka : a. Kemiringan permukaan bawah kepala rel harus sama dengan kemiringan bidang singgung bagian atas pelat penambung. b. Kemiringan permukaan atas kaki rel ahrus sama dengan kemiringan bidang singgung bagian bawah pelat. Tabel 3.9 Kemiringan permukaan bawah kepala rel dan permukaan atas kaki rel Tipe RelR.42R.50R.54R.601 : 2,751 : 2,931 : 2,751 : 2,751 : 2,751 : 4Kemiringan permukaan bawah kepala relKemiringan permukaan atas kaki rel1 : 41 : 2,75 (Sumber : Peraturan Dinas No. 10 tahun 1986) Di Indonesia sekarang ini digunakan dua ukuran standar pelat penyambung, yaitu : a. Pelat penyambung untuk R.42, R.50, R.54 b. Pelat penyambung untuk R.60 Gambar 3.13 Pelat penyambung untuk R.42, R.50, R.54 (Sumber : Utomo, 2009) 31
Gambar 3.14 Pelat penyambung untuk R.60. (Sumber : Utomo, 2009) 4. Bantalan Utomo (2009), mejelaskan bahwa bantalan jalan rel mempunyai fungsi sebagai berikut : 1) Mendukung rel meneruskan beban dari rel ke balas dengan bidang sebaran beban lebih luas sehingga memperkecil tekanan yang dipikul balas, 2) Mengikat/memegang rel (denganpenambat rel) sehingga gerakan rel arah horisontal tegak lurus sumbu sepur ataupun arah membujur searah sumbu sepur dapat ditahan, sehingga jarak antara rel dan kemiringan kedudukan rel dapat dipertahankan, 3) Memberikan stabilitas kedudukan sepur di dalam balas, 4) Menghindarkan kontak langsung antara rel dengan air tanah. 5. Lapisan Pondasi Atas (Ballast) Lapisan balas merupakan lapisan di atas tanah dasar yang berfungsi untuk menahan konstruksi bantalan sekaligus mampu meneruskan beban dari bantalan menuju ke tanah dasar dengan pola distribusi beban yang lebih merata. (Rosyidi, 2015). Ukuran lapisan balas yang digunakan di Indonesia, mengacu pada klasifikasi Jalan Rel Indonesia, ditetapkan untuk lebar sepur sempit dan standar sebagaimana dijelaskan dalam Tabel 3.10 dan Tabel 3.11 32
Tabel 3.10 Spesifikasi tebal balas dari klasifikasi Jalan Rel Indonesia untuk sepur sempit Kelas JalanV maks (km/jam)Tebal Balas (cm)Lebar Bahu Balas (Sumber : Peraturan Dinas No.10 Tahun 1986) Tabel 3.11 Spesifikasi tebal balas dari klasifikasi Jalan Rel Indonesia untuk sepur sempit Kelas JalanV maks (km/jam)Tebal Balas (cm)Lebar Bahu Balas (Sumber : Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012) a. Persyaratan material untuk lapisan balas Beberapa persyaratan teknis harus dipenuhi oleh material yang akan digunakan untuk lapisan balas. PD.No.10 tahun 1986 mensyaratkan bahwa material balas sebagai berikut : 1) Material balas terdiri atas batuan pecah (crushed stones) yang keras dan tahan lama, serta bersudut (angular). 2) Beberapa substansi yang merugikan tidak diperbolehkan ada dalam material balas yang melebihi jumlah tertentu, diantaranya : a) Material lunak dan mudah pecah harus < 3 %, b) Material yang lolos saringan No.200 (0,075 mm) < 1 %, c) Gumpalan - gumpalan lempung < 0,5 %. 3) Nilai keausan material pada pengujian Abrasi Mesin Los Angeles < 40 %. 4) Berat padat material per meter minimal 1400 kg. 33
34 5) Partikel yang tipis dan panjang (=partikel yang mempunyai panjang sama atau lebih dari lima kali ketebalan rata-rata), diharuskan kurang dari 5 %. 6) Gradasi yang diperbolehkan sebagaimana Tabel 3.12. Tabel 3.12 Persyaratan gradasi untuk material balas UKURAN NOMINAL 2" - 3/4" 21/ 2"-1" 3" 100
21/ 2" 90- 100 100 PERSEN LOLOS SARINGAN 2" 25- 60 95- 100 11/ 2" 25- 60 35- 70 1" - 0- 15 3/4" 0- 10 - 1/2" 0-5 0-5 5/8" NO.4 NO.8 - -
11/
2" - 3/4"
100 90
100 20
15 0
(Sumber : Peraturan Menteri No.60 Tahun 2012) 6. Lapisan Pondasi Bawah (Subballast) Pada dasarnya material lapisan pondasi bawah tidak memerlukan kualitas yang sangat baik seperti halnya lapisan pondasi atas. Lapisan subballast terdiri dari kerikil halus, kerikil sedang atau pasir kesar. Lapisan pondasi bawah ini berfungsi juga sebagai lapisan pengisi antara tanah dasar dan lapisan pondasi atas dan disyaratkan mampu mengalirkan air dengan baik. (Utomo, 2009). a. Persyaratan material untuk lapisan sub-balas Lapisan su-balas utamanya digunakan untuk pembangunan jalan rel baru. Kualitas material balas lebih rendah dari material granular bergradasi baik dan padat atau lebih rendah dari material balas. Material yang biasa digunakan untuk konstruksi sub-balas merupakan material yang biasa juga digunakan untuk konstruksi base dan sub-base jalan raya. Material tersebut merupakan komninasi dari batuan pecah, kerikil alam atau kerikil pecah, pasir alam atau fabrikasi, dan slag pecah. (Rosyidi, 2015). Berdasarkan Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012 bahwa persyaratan material untuk sub-balas sebagai berkut :
1) Material sub-balas dapat berupa campuran krikil gravel) atau kumpulan agregat pecah dan pasir). 2) Material sub-balas tidak boleh memiliki kandungan material organik lebih dari 5%. 3) Untuk material sub-balas yang merupakan kumpulan agregat pecah dan pasir, maka harus rnengandung sekurangkurangnya 30% agregat pecah. 4) Lapisan sub-balas harus dipadatkan sampai mencapai 100% berat kering (d ) menurut percobaan ASTM D 698. 5) Persyaratan gradasi sub-balas mengikuti tabel 3.13. Tabel 3.13 Persyaratan gradasi untuk material sub-balas menurut Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012 Standar Saringan ASTM Prosentase Lolos Saringan (%) 2 ½" 100 ¾" 55-100 No.4 25-95 No. 40 5-35 No.200 0-10 (Sumber : Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012) b. Bentuk dan Dimensi Lapisan Subbalas Terdapat dua bentuk dan dimensi potongan melintang lapisan balas (balas atas atau bawah), yaitu : 1) Potongan melintang pada jalan lurus. (Gambar 3.15) 2) Potongan melintang pada jalan lengkung/tikungan. (Gambar 3.16) 35
Gambar 3.15 Potongan melintang pada jalan lurus (Sumber : Utomo, 2009) Gambar 3.16 Potongan melintang pada jalan tikungan (Sumber : Utomo, 2009) Dengan mengetahui bentuk potongan melintang jalan rel serta menggunakan persyaratan balas, ketebalan lapisan balas yang diperlukan sesuai dengan kelas jalan rel tersaji dalam Tabel 3.14. 36
37 Tabel 3.14 Ukuran - ukuran pada lapisan balas. Kelas Jalan Rel I II III IV V D1 (cm) 30 30 30 25 25 B (cm) 150 150 140 140 135 C (cm) 235 235 225 215 210 K1 (cm) 265-315 265-315 240-270 240-250 240-250 D2 (cm) 15-50 15-50 15-35 15-35 15-35 E (cm) 25 25 22 20 20 K2 (cm) 375 375 325 300 300 (Sumber : Utomo, 2009) 7. Lapisan Tanah Dasar (Subgrade) Lapisan subgrade merupakan lapisan yang memiiki fungsi sebagai penerima beban akhir dari kendaraan kereta api, sehingga lapisan ini perlu dirancang dan dipersiapkan untuk mampu menerima beban secara optimum tanpa terjadi adanya deformasi tetap. Dengan susunan struktur jalan rel yang telah digambarkan seberapapun besarnya beban gandar kereta api dan seperti apapun penyebaran dan penerusan bebannya, beban dimaksud akan didukung oleh bagian paling bawah struktur jalan rel, yaitu tanah dasar (subgrade) dan badan jalan rel. (Utomo, 2009) Adapun fungsi dari tanah dasar (subgrade) jalan rel adalah sebagai berikut : a. Mendukung beban yang diteruskan oleh balas kepada tanah dasar, b. Meneruskan beban ke lapisan bawahnya, yaitu badan jalan rel dan c. Memberikan landasan yang rata pada kedudukan /ketinggian /elevasi di tempat balas akan diletakkan.
Sesuai dengan fungsinya, dari sudut pandang teknik tanah dasar harus mampu menopang beban di atasnya yang harus ditopang oleh tanah dasar ialah berat lapisan balas, sedangkan tegangan yang terjadi padanya ialah tegangan yang terjadi akibat dari gaya yang diteruskan oleh bantalan kepada balas yang kemudian diteruskan dan didistribusikan oleh balas kepada lapisan tanah dasar. Oleh karena itu, tanah dasar harus mempunyai kuat dukung yang cukup. Menurut ketentuan yang digunakan oleh PT. Kereta Api (persero, kuat dukung tanah dasar (yang dalam hal ini CBR) minimum ialah sebesar 8%. Tanah dasar yang harus memenuhi syarat minimum CBR 8% tersebut ialah tanah dasar setebal minimum 30 cm. Letak tanah dasar dapat dilihat pada gambar yang menjelaskan pula tentang badan jalan, yaitu Gambar 3.21 Hingga 3.23. tanah dasar harus mempunyai kemiringan kearah luar sebesar 5%, dan harus mencapai kepadatan 100% kepadatan kering maksimum. Gambar 3.17 Badan jalan rel pada tanah asli (Sumber : Utomo, 2009) Gambar 3.18 Badan jalan rel pada timbunan (Sumber : Utomo, 2009) 38
Gambar 3.19 Badan jalan rel pada tanah galian (Sumber : Utomo, 2009) 8. Drainasi Jalan Rel Drainasi jalan rel secara umum didefinisikan sebagai sistem pengaliran /pembuangan air di suatu daerah jalan rel, baik secara gravitasi maupun dengan menggunakan pompa, agar tidak sampai terjadi genangan air (Utomo, 2009). a. Kegunaan drainasi 1) Tidak terjadi genangan air pada jalan rel. 2) Mencegah atau mengurangi pengaruh air terhadap onsistensi tanah. 3) Lalu lintas kereta api tidak terganggu. b. Jenis drainasi 1) Drainasi permukaan (surface drainage) Drainasi permukaan dibuat dengan maksud mengalirkan/membuang air yang ada dipermukaan tanah jalan rel (Utomo, 2009). Drainasi memanjang, dapat berupa saluran terbuka atau saluran tertutup. Adapun bentuk potongan melintangnya dapat berbentuk sebagai berikut : a) Trapesium, b) Kotak atau persegi, c) Segitiga, d) Busur lingkaran. Data yang dibutuhkan dalam perancangan drainasi permukaan ialah sebagai berikut : 39 untuk
40 a) Curah hujan, b) Tofografi, c) Tata guna lahan setempat, dan d) Sifat/karakteristik tanah setempat. 2) Drainasi bawah permukaan (sub-surface drainage) Drainasi bawah permukaan dimaksudkan untuk menjaga elevasi muka air tanah tidak mendekati permukaan tanah tempat badan jalan rel berada. Gambar 3.20 Drainasi bawah permukaan untuk menurunkan permukaan air tanah (Sumber : Utomo, 2009) Data yang dibutuhkan dalam perancangan drainasi permukaan ialah sebagai berikut : a) Elevasi muka air tanah pada saat musim basah/penghujan, b) Koefisien permeabilitas tanah setempat, dan c) Elevasi dan kemiringan lapisan kedap airyang ada. 3) Drainasi lereng (slope drainage) Drainasi lereng jalan reldibuat dengan maksud dan tujuan di bawah ini : a) Sebagai upaya untuk mencegah agar air permukaan yang berasal dari punggung lereng tidak mengalir secara deras, karena aliran yang deras dapat mengakibatkan gerusan pada permukaan dan kaki lereng. b) Mencegah terjadnya rembesan air dari permukaan lereng kedalam badan jalan rel, karena rembesan yang terjadi dapat
menenyebabkan lereng longsor secara mendadak dan atau memperlemah badan jalan rel. Terdapat empat jenis drainasi lereng, yaitu : a) Selokan punggung, b) Selokan tengah, c) Selokan penangkap, dan d) Drainasi kombinasi. Penggunaan jenis - jenis dan letak drainasi lereng tergantung pada kondisi setempat. Gambar 3.21 Contoh potongan melintang drainasi lereng (Sumber : Utomo, 2009) Gambar 3.22 Contoh tampak atas drainasi lereng (Sumber : Utomo, 2009) 41
4) Drainasi di emplasemen Kondisi spesifik terjadi emplasemen, yaitu terdapat banyak jalur (track) yang berdampingan. Untuk menadapatkan pembuangan air yang baik dapat dibuat saluran terbuat dari pipa dengan dinding berlubang - lubang atau saluran yang terbuat dari batu kosong. Gambar 3.23 Contoh drainasi di emplasemen (Sumber : Utomo, 2009) B. Geometrik Jalan Rel 1. Ketentuan Umum Perencanaan Geometrik Jalan Rel Menurut Rosyidi (2015), ketentuan umum perencanaan geometrik jalan rel adalah sebagai berikut : a. Standar jalan rel Segala ketentuan yang berkaitan dengan jenis komponen jalan rel di dalam perencanaan geometrik jalan rel tertuang dalam ketentuan teknis jalan rel dalam Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012 disajikan pada Tabel 3.15. 42
Tabel 3.15 Klasifikasi jalan rel Kelas Jalan Daya Angkut Lintas (ton/tahun) Vmaks (km/jam) Pmaks Gandar (ton) Tipe Rel Jenis Bantalan Jarak antar sumbu bantalan (cm) Jenis Penambat Tebal Balas Atas (cm) Beton I >20.106 120 18 R.60/R54 Elastis Ganda 30 60 Beton/Kayu II 10.106-20.106 110 18 R.54/R.50 Elastis Ganda 30 60 III 5.106-10.106 100 18 R.54/R.50 /R.42 Beton/Kayu/Baja 60 Elastis Ganda 30 IV 2,5.106-5.106 90 18 R.54/R.50 /R.42 Beton/Kayu/Baja 60 Elastis Ganda/Tunggal 25 V <2,5.106 80 18 R.54 Kayu/Baja 60 Elastis Ganda/Tunggal 25 (Sumber :Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012) b. Kecepatan dan beban gandar Dalam ketentuan PM No. 60 Tahun 2012 dan PD 10 Tahun 1986, terdapat beberapa tipe kecepatan dan beban gandar yang digunakan dalam perencanaan yaitu : 1) Kecepatan rencana a) Untuk perencanaan struktur jalan rel Vrencana = 1,25 × Vmaksimum ... (3.1) b) Untuk perencanaan jari-jari lengkung lingkaran dan peralihan Vrencana = V maksimum ... (3.2) c) Untuk perencanaan peninggian rel Vrencana = c × iiiNVN ... (3.3) dimana, c = 1,25 Ni = Jumlah kereta api yang lewat Vi = Kecepatan operasi 43 Lebar Bahu Balas (cm) 60 50 40 40 35
2) Kecepatan maksimum Kecepatan maksimum adalah kecepatan tertinggi yang diijinkan untuk operasi suatu rangkaian kereta api pada lintas tertentu. Ketentuan pembagian kecepatan maksimum berdasarkan klasifikasi kelas jalan rel standar di Indonesia adalah sebagai berikut : a) Kelas Jalan I : 120 km/jam b) Kelas Jalan II : 110 km/jam c) Kelas Jalan III : 100 km/jam d) Kelas Jalan IV : 90 km/jam e) Kelas Jalan V : 80 km/jam 3) Kecepatan operasi Kecepatan operasi adalah kecepatan rata-rata kereta api pada petak jalan tertentu. 4) Kecepatan komersil Kecepatan komersil adalah kecepatan rata-rata kereta api pada petak jalan tertentu. 5) Beban gandar Beban gandar maksimum yang dapat diterima oleh struktur jalan rel di Indonesia untuk semua kelas jalan adalah 22,5 ton untuk lebar 1435 mm dan 18 ton untuk lebar sepur 1067 mm. c. Daya angkut lintas Daya angkut lintas (T) adalah jumlah angkutan anggapan yang melewati suatu lintas dalam jangka waktu 1 tahun. T = 360 × S × TE ... (3.4) TE = Tp + ( Kb × Tb ) + ( K1 × T1 ) ... (3.5) dimana, TE = tonase ekivalen (ton/hari) Tp = tonase penumpang dan kereta harian Tb = tonase barang dan gerbong harian 44
T1 = tonase lokomotif harian S = koefisien yang besarnya tergantung kualitas lintas = 1,1 untuk lintas dengan kereta penumpang dengan V maksimum 120 km/jam = 1,0 untuk lintas tanpa kereta penumpang K1 = Koefisien yang besarnya 1,4 Kb = Koefisien yang besarnya tergantung pada beban gandar (1,5 untuk gandar < 18 ton dan 1,3 untuk gandar > 18 ton). d. Ruang bebas dan ruang bangun 1) Definisi a) Ruang bebas Ruang diatas sepur yang senantiasa harus bebas dari segala rintangan dan benda penghalang, ruang ini disediakan untuk lalu lintas rangkaian kereta api. b) Ruang Bangun Ruang disisi sepur yang senantiasa harus bebas dari segala banguana seperti tiang semboyan, tiang listrik dan pagar. Ruang bangun diukur dari sumbu sepur pada tinggi 1 meter sampai 3,55 meter. c) Untuk jalur tunggal Menurut R-10, batas ruang untuk jalur lurus dan lengkung dibedakan sebagai berikut : Batas ruang bebas untuk jalur lurus dan lengkung dengan jari- jari lebih besar dari 3000 m. Untuk lengkung dengan jari - jari 300 sampai 3000 m. Untuk lengkung denganjari - jari kurang dari 300 m. d) Untuk jalur ganda Jarak antar sumbu untuk jalur lurus dan lengkung sebesar 4,00 m. Ketentuan mengenai ruang bebas dan ruang bangunn telah diatur dalam Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012 Tentang Persyaratan Teknis Jalur Kereta Api. 45
2. Alinemen Horisontal Alinemen horisontal adalah adalah proyeksi sumbu jalan rel pada bidang hirsontal, alinemen ini terdiri dari garis lurus dan lengkungan. a. Lengkung lingkaran 1) Gaya sentrifugal diimbangi sepenuhnya oleh gaya berat. Persamaan dasar : Gaya berat = Gaya Sentrifugal (Gambar 3.24) cos G sin
G cos
Gambar 3.24 Skematik gaya pada kondisi gaya sentrifugal hanya diimbangi oleh gaya berat (Sumber : Rosyidi, 2015) cosR2mVsinG ... (3.6) cosRg2GVsinG ... (3.7) R2Vtang ... (3.8) 46 h
jika : Whtan ... (3.9) ααsinGcosR2mV ... (3.10) R2WVgh ... (3.11) Dengan memasukkan satuan praktis : W = jarak diantara kedua titik kontak roda dan rel, untuk lebar sepur 1067 mm = 1120 mm R = jari-jari lengkung horisontal (m) V = kecepatan rencana (km/jam) h = g = peniggian rel pada lengkung horisontal (mm) percepatan gravitasi (9,81 m/detik2) maka : hR28,8V ... (3.12) dan dengan peninggian rel maksimum 110 mm (untuk lebar sepur 1067 mm), maka : R min = 0,076 V2 ... (3.13) 2) Gaya sentrifugal diimbangi oleh gaya berat dan daya dukung komponen jalan rel Persamaan dasar : Gaya Berat + Komp.Rel = Gaya Sentrifugal (Gambar 3.25) 47
Gambar 3.25 Skematik gaya pada kondisi gaya sentrifugal hanya diimbangi oleh gaya berat dan daya dukung komponen rel (Sumber : Rosyidi, 2015) cosR2mVcossinGH ... (3.14) cosRg2GVsinGH ... (3.15) HtRg2GVanG ... (3.16) jika : Whtan ... (3.17) dan, H = m . a = agG ... (3.18) maka : WhgaRV2 ... (3.19) dimana a = percepatan sentrifugal (m/detik2) Percepatan sentrifugal maksimum ditentukan : 0,0478 g, dengan mempertimbangkan faktor kenyamanan pada saat kereta di tikungan. Dengan peninggian maksimum, hmaks = 110 mm, maka : 48
Rmin = 0,054 V2 ... (3.20) 3) Jari - jari minimum untuk lengkung yang tidak memerlukan busur peralihan jika tidak ada peninggian rel yang harus dicapai (h = 0), maka : Rmin = 0,164 V2 ... (3.21) b. Lengkung peralihan Lengkung peralihan ditetapkan untuk mengeliminasi perubahan gaya sentrifugal sedemikian rupa sehingga penumpang di dalam kereta terjamin kenyaman dan keamanannya. Panjang lengkung peralihan merupakan fungsi dari perubahan gaya sentrifugal per satuan waktu, kecepatan dan jari-jari lengkung. Perubahan gaya sentrifugal = tamwaktugaya ... (3.22) VLRVmtam2 ... (3.23) L = RatV3 ... (3.24) Jika : a maksimum = 0,0478 g ... (3.25) (g = percepatan gravitasi = 9.81 m/dtk2) h = 5,95 RV2 ... (3.26) dan dikonversi pada satuan praktis maka : Lh = 0,01 × h × V ... (3.27) dimana, Lh = panjang minimum lengkung peralihan (m) h = peninggian pada rel luar di lengkung (mm) V = kecepatan rencana untuk lengkung peralihan (km/jam) R = jari-jari lengkung (m) 49
Lengkung peralihan dipergunakan pada jari jari lengkung yang relatif kecil, seperti terlihat pada Tabel 3.16. Tabel 3.16 Jari - jari minimum yang diijinkan. Jari - jari Minimum Lengkung Kecepatan Jari -jari Minimum Lingkaran Dengan Lengkung Rencana Lengkung Tanpa Peralihan (m) (km/jam) Lengkung Peralihan (m) 120 2370 780 110 1990 660 100 1650 550 90 1330 440 80 1050 350 70 810 270 60 600 200 (Sumber : Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012) c. Peninggian rel Peninggian rel diperlukan untuk mengimbangi timbulnya gaya sentrifugal pada kereta saat memasuki suatu lengkung horisontal. Gaya sentrifugal tersebut mengakibatkan kereta cenderung terlempar ke luar dari lengkung. 1) Peninggian rel minimum Peninggian rel minimum didasarkan pada gaya maksimum yang mampu dipikul oleh rel dan kenyamanan bagi penumpang. Persamaan dasar : Gaya Sentrifugal = Gaya Berat + Komponen Rel αcosHαsinGαcosR2mV ... (3.28) cosRg2GVsinGH ... (3.29) HtRg2GVanG ... (3.30) 50
jika : Whtan ... (3.31) dan, H = m . a = agG ... (3.32) maka : WhgaRV2 ... (3.33) dimana a = percepatan sentrifugal (m/detik2) gaWRg2VWh ... (3.34) Jika : W = 1120 mm, g = 9,81 m/detik2, dan a = 0,0478 g (m/detik2), maka : 53,5R2V8,8minh (dalam satuan mm) ... (3.35) 2) Peninggian rel normal untuk 1067 Peninggian rel normal didasarkan pada gaya maksimum yang mampu dipikul oleh gaya berat kereta api dan konstruksi rel tidak memikul gaya sentrifugal. Persamaan dasar : Gaya Sentrifugal = Gaya Berat cosR2mVsinG ... (3.36) cosRg2GVsinG ... (3.37) R2Vtang ... (3.38) jika : Whtan ... (3.39) 51
ααsin G cosR2mV ... (3.40) R2WVgh ... (3.41) Dengan memasukkan satuan praktis : W = jarak diantara kedua titik kontak roda dan rel = 1120 mm R = jari-jari lengkung horisontal (m) V = kecepatan rencana (km/jam) h = g = peniggian rel pada lengkung horisontal (mm) percepatan gravitasi (9,81 m/detik2) maka : R2V8,8normalh (dalam mm) ... (3.42) Dalam perhitungan peninggian digunakan kecepatan kereta api terbesar (V maksimum) yang melewati suatu lintas dengan jari-jari R sebagai suatu hubungan persamaan : V = 4,3 R ... (3.43) Jika : h = k R2V ... (3.44) dan untuk V = 4,3 R , digunakan penginggian rel, h = 110 mm, maka : 110 = k R2R4,3
... (3.45)
k = 5,95 52
Jadi peninggian rel normal ditentukan sebagai : R2V5,95normalh (dalam mm) ... (3.46) 3) Peninggian rel maksimum Peninggian rel maksimum berdasarkan stabilitas kereta api pada saat berhenti di bagian lengkung, digunakan faktor keamanan (safety factor, SF) = 3,0 sehingga kemiringan maksimum dibatasi sampai 10 % atau h maksimum = 110 mm. Gambar 10.3 di bawah ini menunjukkan filosofi penurunan peninggian maksimum yang merupakan faktor keamanan terhadap gaya guling. Ditinjau seluruh Momen Gaya Berat terhadap titik 0 (di dasar rel bagian dalam) : 2WαcosGyαsinGSF ... (3.47) y2SFWtan dan R2Vtang ... (3.48) maka : y2SFWWh ... (3.49) y2maksimumhWSF , ... (3.50) Jika : Y = 1700 mm (jarak titik berat gerbong/kereta terhadap titik 0) W = 1120 mm (= 1067 mm + e) SF = 3,325 maka : h maksimum = 110 mm ... (3.51) 53
Gambar 3.26 Skematik peninggian maksimum yang merupakan faktor keamanan terhadap gaya guling (Sumber : Rosyidi, 2015) Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa peninggian rel rencana/disain harus memenuhi syarat : h minimum < h normal < h maksimum ... (3.52) Nilai h rencana dibulatkan menjadi bilangan kelipatan 5 mm diatasnya. 4) Peninggian rel untuk 1435 Peninggian rel normal untuk lebar sepur 1435 mm sesuai dengan Peraturan Menteri No. 60 tahun 2012 ditentukan dengan persamaan : R2V8,1normalh (dalam mm) ... (3.53) hmaksimum = 150 mm ... (3.54) 54
Tabel 3.17 Peninggian rel dilengkung horisontal berdasarkan peninggian normal (Sumber : Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012) d. Pelebaran sepur Pada saat gerbong dengan dua gandar kokoh melalui suatu tikungan, maka roda di muka bagian sisi terluar (pada rel luar) dapat akan menekan rel. Oleh karena gandar muka dan belakang gerbong merupakan satu kesatuan yang kaku (rigid wheel base), maka gandar belakang berada pada posisi yang sejajar dengan gandar muka akan memungkinkan tertekannya rel dalam oleh roda belakang. Flens roda luar akan membentuk sudut dalam posisi di tikungan, namun sumbu memanjang gerbong letaknya selalu tegak lurus terhadap gandar depan. Untuk 55
mengurangi gaya tekan akibat terjepitnya roda kereta, maka perlu diadakan pelebaran rel agar rel dan roda tidak cepat aus. Terdapat tiga faktor yang sangat berpengaruh terhadap besarnya pelebaran sepur, yaitu : 1) Jari - jari lengkung (R). 2) Ukuran atau jarak gandar muka - belakang yang kokoh/rigid wheel base (d), sebagaimana dijelaskan dalam Gambar 3.27. 3) Kondisi keausan roda dan rel. Gambar 3.27 Skematik gandar muka - belakang kokoh (Sumber : Rosyidi, 2015) Keterangan : Indonesia : d = 3,00 m, 4,00 m JNR : d = 4,60 m m = 1000 mm m = 988 mm f = 30 mm f = 22 mm t = 130 mm Jika R makin kecil dan d semakin besar, kemungkinan terjadi adalah terjepitnya kereta dalam rel. Supaya kedudukan roda dan rel tidak terjepit diperlukan pelebaran sepur (w) dengan pendekatan matematis. 56
(a) (b) Gambar 3.28 Skematik pendekatan matematis model Indonesia (Sumber : Rosyidi, 2015) w = 8R4500 (mm) ... (3.55) untuk d = 3.00 m dan e = 4 mm (S = 1067 mm) w = 8R8000 (mm) ... (3.56) untuk d = 4.00 m dan e = 4 mm (S = 1067 mm) Berdasarkan Peraturan menteri No. 60 Tahun 2012, pelebaran sepur dapat dilihat pada Tabel 3.18 Yang merupakan penggolongan 57
58 pelebaran pelebaran sepur berdasarkan jari - jari lengkung untuk lebar sepur 1067 mm. Tabel 3.18 Pelebaran sepur untuk 1067 mm Jari - Jari Tingkungan (mm) Pelebaran (mm) R > 600 0 550 < R ≤ 600 5 400 < R ≤ 550 10 350 < R ≤ 400 15 100 < R ≤ 350 20 (Sumber : Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012) e. Lengkung S Lengkung S terjadi bila lengkung dari suatu lintas berbeda arah lengkungnya dan terletak bersambungan. Kedua lengkung harus dipisahkan oleh bagian lurus minimal 20 meter di luar lengkung peralihan. f. Alur perhitungan lengkung horisontal adalah sebagai berikut : 1) Menghitung panjang lengkung S = RLs90 ... (3.64) C = S-2S ... (3.65) LC = Rc2360 ... (3.57) L = 2 LS + LC ... (3.58) 2) Menghitung Xc, Yc, k dan p Xc = 23R40LsLs ... (3.59) Yc = RLs62 ... (3.60)
p = Yc - R( 1 - cos S ) ... (3.61) k = Xc - R sin S ... (3.62) 3) Menghitung Tt dan Et Tt =
ktgpRS2
... (3.63)
Et =
RpRS2sec
... (3.64) 4) Menggambar proyeksi lengkung horisontal ditunjukkan dalam gambar 3. 29. Gambar 3.29 Proyeksi lengkung horisontal (Sumber : Rosyidi, 2015) 3. Alinemen Vertikal a. Pengelompokan lintas Beberapa batas landai yang diijinkan disesuaikan dengan jenis kereta api, jika digunakan lokomotif adhesi maka landai maksimum yang diperkenankan 40 ‰, dan jika digunakan lokomotif bergigi, maka kelandaian maksimum dapat mencapai 60 - 80 ‰. Sementara itu, pada beberapa negara pengelompokan lintas, didasarkan pada besarnya kelandaian pada kondisi medan sebagaimana disebutkan sebagai berikut : 1) Medan dengan lintas dasar jika kelandaiannya 0 - 10 ‰. 2) Medan dengan lintas pegunungan jika kelandaiannya lebih dari 10 ‰ 59
60 Untuk emplasemen, kelandaian maksimum ditentukan berdasarkan koefisien tahanan mula pada kereta atau gerbong dengan memakai tumpuan rol (roller bearing). Sehingga pada landai tersebut kereta atau gerbong dalam keadaan seimbang atau diam. Tahanan mula ini berkisar antara 1,5 - 2,5 kg/ton. Berdasarkan ketentuan di atas, PD. No.10 tahun 1986 mengelompokkan lintas berdasarkan kelandaian sebagaimana dijelaskan sebagai berikut : 1) Lintas Datar : 0 - 10 ‰. 2) Lintas Pegunungan : 10 - 40 ‰. 3) Lintas dengan Rel Gigi : 40 - 80 ‰. 4) Landai pada emplasemen : 0 - 1,5 ‰. b. Jari - jari minimum lengkung Alinemen vertikal merupakan proyeksi sumbu jalan rel pada bidang vertikal melalui sumbu jalan rel itu tersebut. Alimenen vertikal terdiri dari garis lurus dengan atau tanpa kelandaian dan lengkung vertikal yang berupa busur lingkaran, sebagaimana dijelaskan dalam Gambar 3.30 Besar jari-jari minimum lengkung bergantung pada besar kecepatan rencana seperti dalam tabel jari-jari lengkung vertikal PD 10 tahun 1986, sebagaimana tertera berikut ini : 1) Untuk V rencana > 100 km/jam, digunakan Rmin = 8000 m 2) Untuk V rencana hingga 100 km/jam, digunakan R min = 6000 m Lengkung vertikal diusahakan dalam perencanaannya tidak berimpit atau bertumpangan dengan lengkung horisontal. c. Letak titik lengkung dan jarak maksimum proyeksi titik sumbu ke lengkung vertikal Lengkung vertikal berupa busur lingkaran yang menghubungkan dua kelandaian lintas yang berbeda (Gambar 3.30) dan ditentukan berdasarkan besarnya jari-jari lengkung vertikal dan perbedaan kelandaian. Rumus Dasar Lengkung : 22dxyd = R1 ... (3.65)
Gambar 3.30 Skematik lengkung vertikal (Sumber : Rosyidi, 2015) dimana, R : jari-jari lengkung peralihan ℓ : panjang lengkung peralihan A : titik tekuk lengkung vertikal φ : perbedaan landai Dari persamaan 3.65, diperoleh bahwa : 1CRxdxdy ... (3.66) Jika x = 0, maka 0dxdy dan C1 = 0 ... (3.67) 22CR2xY ... (3.68) Jika x = 0, maka Y = 0 dan C2 = 0 ... (3.69) Letak titik A (titik tekuk lengkung vertikal, lihat Gambar 3.30), diperoleh : Diberikan : x = ℓ ... (3.70) 1) Rdxdy , dan ℓ = φ R ... (3.71) Xm = OA = ½ ℓ ... (3.72) Xm = 2R ... (3.73) 61
2) R2xY2 , dan ℓ = φ R ... (3.74) Jika : Y = Ym dan X = Xm = OA = ½ ℓ, maka : Ym = R2241 = R8R22 ... (3.75) Ym = 28R ... (3.76) d. Landai cuman (SK) Pada kondisi khusus sering terdapat lintas dengan kelandaian yang lebih besar dari landai penentu (Sm) dengan alasan ekonomis untuk perancangan terutama pada daerah pegunungan. Dengan demikian diperlukan disain khusus untuk menentukan kelandaian tersebut yang dikenali sebagai landai curam (Sk) dengan panjang lendai yang harus memenuhi rumus pendekatan sebagai berikut (Gambar 3.31) : Gambar 3.31 Skematik perencanaan panjang landai curam (Sumber : Rosyidi, 2015) SmSkGVbmVam222121 ... (3.77) SmSkGVbVagG2221 ... (3.78) ℓ =
SmSkg2VbVa22
... (3.79)
dimana, Va = kecepatan awal di kaki landai curam (m/detik) Vb = kecepatan akhir di puncak landai curam (m/detik) Sk = besar landai curam (‰) Sm = besar landai penentu (‰) ℓ = panjang landai curam (m) 4. Potongan Melintang Potongan melintang jalan rel adalah penampang melintang pada jalan rel, dengan arah tegak lurus sumbu jalan rel, dimana terlijat bagian - bagian dan ukuran - ukuran jalan rel dalam arah melintang. Ukuran - ukuran potongan melintang jalan rel berlajur tunggal dan berjalur ganda termaktub pada tabel 3.19 Untuk lintas lurus maupun di lintas lengkung. Tabel 3,19 Potongan Melintang Jalan Rel Kelas Vmaks d1 b c k1 d2 e k2 Jalan Rel (km/Jam) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) I 120 30 150 235 265-315 15-50 25 375 II 110 30 150 254 265-315 15-50 25 375 III 100 30 140 244 240-270 15-50 22 325 IV 90 25 140 234 240-250 15-35 20 300 V 80 25 135 211 240-250 15-35 20 300 (Sumber : Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012) 63 a (cm) 185-237 185-237 170-200 170-190 170-190
Gambar 3.32 Potongan melintang jalan rel bagian lurus (Sumber : Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012) Gambar 3.33 Potongan melintang jalan rel bagian lengkung (Sumber : Peraturan Menteri No. 60 Tahun 2012) 64