Kuliah Prasarana Transportasi 2 - atmaja.staff.umy.ac.idatmaja.staff.umy.ac.id/files/2012/03/Kuliah-Pertemuan-2.pdf · Bangunan Stasiun 3. ... Sinyal dan Telekomunikasi. Prasarana

KuliahKuliah PrasaranaPrasarana TransportasiTransportasiKodeKode MK.CEC 611MK.CEC 611KuliahKuliah MingguMinggu KeKe--22

STRUKTUR JALAN REL DAN STRUKTUR JALAN REL DAN POLA DISTRIBUSI BEBANPOLA DISTRIBUSI BEBAN

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)

Thursday, February 24, 2005Kuliah Minggu ke-2 2

OUTLINES KULIAHOUTLINES KULIAH

1. Struktur Jalan Rela. Pengertian Struktur Jalan Relb. Kriteria Struktur Jalan Relc. Superstructures dan Substructures

2. Pola Distribusi Pembebanana. Konsep Pembebananb. Model Pembebanan BoEFc. Studi Kasus

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


Prasarana Kereta Api

DefinisiDefinisiJalur dan stasiun kereta api termasuk fasilitas yang diperlukan agar sarana kereta api dapat dioperasionalkan(UU No.13/1992 Bab 1 Pasal 1 ayat 7).

PrasaranaPrasarana KeretaKereta ApiApi1. Jalur dan Jalan Rel2. Bangunan Stasiun3. Jembatan4. Sinyal dan Telekomunikasi

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


Struktur Jalan Rel

Struktur Jalan Rel adalah Struktur Elastik denganpola distribusi beban yang cukup rumit.

Struktur Jalan Rel Konvensional (Teknologi AdhesiDua Rel) :

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

2. Struktur Bangunan Bawah/Substructure dengankomponen-komponen balas (ballast), subbalas(subballast), tanah dasar (improved subgrade) dantanah asli (subgrade)

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


Struktur Jalan Rel (Sepur/Spoor)

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


Detail Struktur Jalan Rel … (1)

Rail

Sub ballast

Ballast

Rail Clip

Sleeper

Plants

Drainage

Center line

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


Detil Struktur Jalan Rel … (2)

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)



PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)



PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)



PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)



PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)



PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


KriteriaKriteria StrukturStruktur JalanJalan RelRel

1.1. KekakuanKekakuan ((StiffnessStiffness))Kekakuan struktur untuk menjaga deformasivertikal dimana deformasi vertikal yang diakibatkan oleh distribusi beban lalu lintas keretaapi merupakan indikator utama dari umur, kekuatan dan kualitas jalan rel.Deformasi vertikal yang berlebihan akanmenyebabkan geometrik jalan rel tidak baik dankeausan yang besar diantara komponen-komponenstruktur jalan rel.

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


Deformasi pada Jalan Rel

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)



2.2. ElastisitasElastisitas ((Elastic/ResilienceElastic/Resilience))Elastisitas diperlukan untuk kenyamananperjalanan kereta api, menjaga patahnya as roda, meredam kejut, impact, getaran vertikal. Jika struktur jalan rel terlalu kaku, misalnya denganpemakaian bantalan beton, maka untuk menjaminkeelastikan struktur dapat menggunakan pelatkaret (rubber pads) di bawah kaki rel.

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)



3.3. KetahananKetahanan terhadapterhadap DeformasiDeformasi TetapTetapDeformasi vertikal yang berlebihan akan cenderungmenjadi deformasi tetap sehingga geometrik jalanrel (ketidakrataan vertikal, horisontal dan puntir) menjadi tidak baik, yang pada akhirnyakenyamanan dan keamanan terganggu

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)



4.4. StabilitasStabilitasJalan rel yang stabil dapat mempertahankanstruktur jalan pada posisi yang tetap/semula(vertikal dan horisontal) setelah pembebananterjadi. Untuk ini diperlukan balas dengan mutu dankepadatan yang baik, bantalan dengan penambatyang selalu terikat dan drainasi yang baik.

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)



5. Pengaturan yang tetap (Adjustability)Jalan rel harus bisa diatur/dipelihara untukdikembalikan ke posisi geometrik yang benar jikaterjadi perubahan geometri akibat beban yang berjalan.

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


KlasifikasiKlasifikasi JalanJalan RelRel didi IndonesiaIndonesia

Peraturan konstruksi jalan rel di Indonesia masihmengacu pada konstruksi tahun 1938 atau Stelsel 1938, Reglemen 10 (R.10) dan Peraturan Dinas No.10 tahun1986.

Klasifikasi jalan rel menurut PD 10 Tahun 1986 dibagimenurut : lebar sepoor/sepur, kecepatan maksimumyang diijinkan, kelandaian vertikal/tanjakan, jumlahjalur, bentuk jalur, daya angkut.

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


KonsepKonsep LebarLebar SepurSepur

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


KlasifikasiKlasifikasi LebarLebar SepurSepur

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

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


KecepatanKecepatan MaksimumMaksimum yang yang DiijinkanDiijinkan

KelasJalan

V maks(km/j)

d1

(cm)b

(cm)c

(cm)k1

(cm)d2

(cm)e

(cm)k2

(cm)a

(cm)

I 120 30 150 235 265 –315 15 – 50 25 375 185 –

237

II 110 30 150 235 265 –315 15 – 50 25 375 185 –

237

III 100 30 140 225 240 –270 15 – 50 22 325 170 –

200

IV 90 25 140 215 240 –250 15 – 35 20 300 170 –

190

V 80 25 135 210 240 –250 15 – 35 20 300 170 –

190

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


KlasifikasiKlasifikasi menurutmenurut TanjakanTanjakan

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 ‰

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


KlasifikasiKlasifikasi menurutmenurut JumlahJumlah JalurJalur

1. Jalur Tunggal : jumlah jalur di lintas bebas hanyasatu, diperuntukkan untuk melayani arus lalu lintasangkutan jalan rel dari 2 arah.

2. Jalur Ganda : jumlah jalur di lintas bebas > 1 ( 2 buah) dimana masing-masing jalur hanyadiperuntukkan untuk melayani arus lalu lintasangkutan jalan rel dari 1 arah saja.

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


KlasifikasiKlasifikasi menurutmenurut DayaDaya AngkutAngkut

Kelas JalanDaya Angkut Lintas

(dalam 106 × Ton/Tahun)

I > 20

II 10 – 20

III 5 – 10

IV 2,5 – 5

V < 2,5

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


POLA DISTRIBUSI BEBAN JALAN RELPOLA DISTRIBUSI BEBAN JALAN REL

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

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


KonsepKonsep PembebananPembebanan PadaPada RelRel

Beban yang bekerja pada struktur jalan rel :1.1. GayaGaya VertikalVertikal,,

Gaya ini adalah gaya dominan yang menyebabkan defleksivertikal. Beban vertikal yang dihasilkan dari : GayaLokomotif, Gaya Kereta, Gaya Gerbong. Beban vertikaldiperhitungkan berdasarkan beban gandarnya.

2.2. FaktorFaktor DinamisDinamis,,Faktor dinamis diakibatkan oleh getaran-getarankendaraan, akibat beban angin dan kondisi geometrikjalan. Untuk mentransformasikan gaya statis ke dinamisdigunakan formulasi TALBOT.

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)



Formulasi TABLOT :

Ip = 1 + 0,01 ( - 5)

dimana, V = kecepatan kereta api (km/jam)Beban dinamis (Pd) diperoleh dari perkalian faktordinamis terhadap beban statis (Ps) yang diperhitungkan.

Pd = Ps × Ip

609,1V

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)



33. . GayaGaya Transversal/LateralTransversal/LateralGaya ini disebabkan oleh gaya sentrifugal, snake motion danketidakrataan geometrik jalan rel yang bekerja pada titik yang tidak sama dengan gaya vertikal. Gaya ini dapat menyebabkantercabutnya penambat rel dan anjoknya kereta api (derailment). Besarnya gaya lateral dibatasi sebagai berikut :Plateral / P vertikal < 1,2 atau 0,75 (kondisi aus)

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)



4. Gaya LongitudinalGaya ini diakibatkan oleh perubahan suhu pada rel (thermal stress) dan untuk konstruksi KA moderen menggunakan relpanjang (long welded rails), gaya ini sangat penting dalamanalisis gaya. Gaya longitudinal juga merupakan gaya adhesi (akibatgesekan roda dan kepala rel) dan gaya pengereman.Efek gaya ini akan dibahas pada perhitungan stabilitas relpanjang menerus.

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


JenisJenis PembebananPembebanan padapada RelRel

Q : Beban Roda per Rel

Y : Beban Lateral per Rel

T : Beban Longitudinal per Rel

N : Beban akibat Suhu

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


DistribusiDistribusi GayaGaya VertikalVertikal

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


DepresiDepresi dandan TekananTekanan padapada RelRel

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


PerhitunganPerhitungan DimensiDimensi RelRel

Rel didisain menggunakan konsep “beam-on-elastic-foundation model” (BoEF) dengan mengasumsikanbahwa: • Setiap rel akan berperilaku sebagi balok menerusyang diletakkan di atas tumpuan elastik. • Modulus fondasi jalan rel (sebagai tumpuan), k, didefinisikan sebagai gaya tumpuan per unit panjang relper unit defleksi rel. • Modulus fondasi jalan rel disini termasuk jugapengaruh penambat, bantalan, balas, subbalas dansubgrade.

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


KonsepKonsep BoEFBoEF

F(x) (kg/cm2)

y(x)kF(x) ⋅−=y(x)

F(X) (kg/cm2)

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


KonsepKonsep Model Model BoEFBoEF

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


PersamaanPersamaan DasarDasar Model Model BoEFBoEF

Model dapat dituliskan dalam persamaan diferensialsebagai :

0ykdx

ydEI 4

4

=⋅+

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


PerhitunganPerhitungan DefleksiDefleksi TanahTanah

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

( )

41

4

sincos2

)(

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

+= −

EIk

xxek

Pxy x

λ

λλλ λ

Gaya tumpuan fondasi jalan rel ditentukan sebagai :

)()( xykxF ⋅−=

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


PerhitunganPerhitungan Slope, Slope, MomenMomen dandan GayaGaya GeserGeser

Slope (kemiringan), bending moment, and shear force at any distance along the rail from the point load, P, are given by:

( )

( )

)(cos2

)(

sincos4

)(

sin)(2

xePxV

xxePxM

xek

Px

x

x

x

λ

λλλ

λλθ

λ

λ

λ

−

−

−

−=

−=

−=

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


PerhitunganPerhitungan Slope, Slope, MomenMomen dandan GayaGaya GeserGeserMaximumMaximum

The maximum values of deflection, bending moment, and shear force at any distance along the rail from the point load, P, are given by:

YmkFm

PMm

kPYm

⋅=

=

=

λ

λ

4

2

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


DistribusiDistribusi BebanBeban padapada Balas Balas didi BawahBawah RelRel dandan ReaksiReaksiTekananTekanan Balas Balas padapada LuasLuas BantalanBantalan

An upper bound value of rail seat load, Qm, the ballast pressure, Pb, on the sleeper bearing are, Ab, and also the modulus of foundation can be estimated by :

( )31

34

EI64YmP

kand,AbQm2Pb

spacingsleeperSwhere,SFmQm

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

==

=⋅=

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


Contoh Soal 1

Hitunglah komponen tegangan pada rel untukKelas Jalan I dengan kecepatan rencana 150 m/jam. Beban gandar kereta api sebesar 18 ton dan modulus kekakuan jalan reldiperhitungkan sebagai 180 kg/cm2. Hitunglah momen maksimum yang terjadipada rel apabila digunakan tipe rel 54 denganE = 2 × 106 kg/cm2 dan momen inersia 2346 cm4.

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


Perhitungan Beban Dinamis

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

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+= 5

1,609V0,011Pd sP

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+= 5

1,6091500,011Pd 9000 = 16940.30 kg

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


Perhitungan Damping Factor

4

XEI4k

=λ

46 23461024

180×××

=λ = 0.0098960 cm-1

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


Perhitungan Momen Maksimum

4λP

M dm =

0,00989416940.30M m ×

= = 427958.266 kgcm

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


Contoh Soal 2

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 titikdefelksi maksimum di bawah roda.

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


Perhitungan Defleksi

( )xxek2

Pxy x λ+λλ

= λ− sincos)(

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

maka, [ ]).sin().cos()(

).(.)( ).( 98829882e

1802009896003016940

meter3y 96882 += −

= 0.025126 cm.

PrasaranaT

ransportasi(CE

C 611)


Assignment 2

Write a resume about the railroad structures including the structural components, and the detail figures of rail track in the cut and fill structure.Do example problems in Chapter 4 of the lecture note.Paper Works : (1). Change your topic if it is same with other students, (2). Write the paper outline in order to start writing the paper.

Documents

Kuliah Prasarana Transportasi 2 - atmaja.staff.umy.ac.idatmaja.staff.umy.ac.id/files/2012/03/Kuliah-Pertemuan-2.pdf · Bangunan Stasiun 3. ... Sinyal dan Telekomunikasi. Prasarana