Definisi Jalan Rel

Jalur kereta api merupakan jalur yang terdiri atas rangkaian petak jalan rel yang meliputi ruang manfaat jalur kereta api, ruang milik jalur kereta api, dan ruang pengawasan jalur kereta api, termasuk bagian atas dan bawahnya yang diperuntukkan bagi lalu lintas kereta api. Sedangkan jalan rel adalah satu kesatuan konstruksi yang terbuat dari baja, beton, atau konstruksi lain yang terletak di permukaan, dibawah dan di atas tanah atau bergantung beserta perangkatnya yang mengarahkan jalannya kereta api (Peraturan Menteri Perhubungan No. 60 Tahun 2012).

Struktur jalan rel merupakan suatu konstruksi yang direncanakan sebagai prasarana atau infrastruktur perjalanan kereta api. Secara konstruksi, jalan rel dibagi dalam dua bentuk konstruksi, yaitu : (Rosyidi, S. A. P., 2012)

• Jalan rel dalam konstruksi timbunan,
• Jalan rel dalam konstruksi galian.

Jalan rel dalam konstruksi timbunan biasanya terdapat pada daerah persawahan atau daerah rawa, sedangkan jalan rel pada konstruksi galian umumnya terdapat pada medan pergunungan. Gambar 1 menunjukkan contoh potongan konstruksi jalan rel pada daerah timbunan dan galian.

Gambar 1 : Contoh potongan jalan rel pada timbunan (a) dan galian (b)

(Sumber : Rosyidi, S. A. P., 2012)

Komponen Struktur Jalan Rel

Struktur jalan rel dibagi ke dalam dua bagian struktur yang terdiri dari kumpulan komponen-komponen jalan rel yaitu : (Rosyidi, S. A. P., 2012)

Struktur bagian atas, atau dikenal sebagai superstructure yang terdiri dari komponen-komponen seperti rel (rail), penambat (fastening) dan bantalan (sleeper, tie).

Struktur bagian bawah, atau dikenali sebagai substructure, yang terdiri dari komponen balas (ballast), subbalas (subballast), tanah dasar (improve subgrade) dan tanah asli (natural ground). Tanah dasar merupakan lapisan tanah di bawah subbalas yang berasal dari tanah asli tempatan atau tanah yang didatangkan (jika kondisi tanah asli tidak baik), dan telah mendapatkan perlakuan pemadatan (compaction) atau diberikan perlakuan khusus (treatment). Pada kondisi tertentu, balas juga dapat disusun dalam dua lapisan, yaitu : balas atas (top ballast) dan balas bawah (bottom ballast).

Konstruksi jalan rel merupakan suatu sistem struktur yang menghimpun komponen-komponennya seperti rel, bantalan, penambat dan lapisan fondasi serta tanah dasar secara terpadu dan disusun dalam sistem konstruksi dan analisis tertentu untuk dapat dilalui kereta api secara aman dan nyaman.

Pembebanan Struktur Jalan Rel

Pembebanan dan pergerakan kereta api di atas struktur jalan rel menimbulkan berbagai gaya pada rel. Gaya-gaya tersebut diantaranya gaya vertikal, gaya transversal (lateral) dan gaya longitudinal. (Rosyidi, S. A. P., 2012)

Gambar 2 : Gaya yang bekerja pada rel

(Sumber : Rosyidi, S. A. P., 2012)

Secara umum, gaya-gaya yang bekerja pada rel dijelaskan dalam Gambar 2 Perhitungan beban dan gaya ini perlu dipahami secara benar untuk dapat merencanakan dimensi, tipe dan disain rel, bantalan dan seterusnya pola distribusinya berfungsi untuk merencanakan tebal lapisan balas dan subbalas. (Rosyidi, S. A. P., 2012)

Gaya Vertikal

Gaya ini adalah beban yang paling dominan dalam struktur jalan rel. Gaya vertikal menyebabkan terjadinya defleksi vertikal yang merupakan indikator terbaik untuk penentuan kualitas, kekuatan dan umur jalan rel. Secara global, besarnya gaya vertikal dipengaruhi oleh pembebanan oleh lokomotif, kereta maupun gerbong. Perhitungan gaya vertikal yang dihasilkan beban gandar oleh lokomotif, kereta dan gerbong merupakan beban statik, sedangkan pada kenyataannya, beban yang terjadi pada struktur jalan rel merupakan beban dinamis yang dipengaruhi oleh faktor aerodinamik (hambatan udara dan beban angin), kondisi geometrik dan kecepatan pergerakan rangkaian kereta api. Oleh karena itu, diperlukan transformasi gaya statik ke gaya dinamik untuk merencanakan beban yang lebih realistis. Persamaan TALBOT (1918) memberikan transformasi gaya berupa pengkali faktor dinamis sebagai berikut :

Ip    = 1 + 0,01 {( V / 1,609 ) – 5 }

dimana,

Ip    = Faktor dinamis,

V     = Kecepatan rencana (km/jam)

Gaya Transversal (Lateral)

Gaya ini terjadi akibat adanya gaya sentrifugal (ketika rangkaian kereta api berada dilengkung horizontal), gerakan ular rangkaian (snake motion) dan ketidakrataan geomtrik jalan rel yang bekerja pada titik yang sama dengan gaya vertikal. Gaya ini dapat menyebabkan tercabutnya penambat akibat gaya angkat (uplift force), pergeseran pelat andas dan memungkinkan terjadinya derailment (anjlog atau keluarnya roda kereta dari rel). Syarat pembatasan besarnya gaya lateral supaya tidak terjadi anjlog adalah :

P lateral / P vertikal < 1,2 

P lateral / P vertikal < 0,75 (untuk rel dan roda yang aus)

Pola distribusi gaya vertikal beban kereta api dapat dijelaskan secara umum sebagai berikut : (Rosyidi, S. A. P., 2012)

• Beban dinamik diantara interaksi roda kereta api dan rel merupakan fungsi dari karakteristik jalur, kendaraan dan kereta, kondisi operasi dan lingkungan. Gaya yang dibebankan pada jalur oleh pergerakan kereta api merupakan kombinasi beban statik dan komponen dinamik yang diberikan kepada beban statik. Beban dinamik diterima oleh rel dimana terjadi tegangan kontak diantara kepala rel dan roda, oleh sebab itu, sangat berpengaruh dalam pemilihan mutu baja rel.
• Beban ini selanjutnya didistribusikan dari dasar rel ke bantalan dengan perantara pelat andas ataupun alas karet.
• Beban vertikal dari bantalan akan didistribusikan ke lapisan balas dan subbalas menjadi lebih kecil dan melebar. Pola distribusi beban yang melebar dan menghasilkan tekanan yang lebih kecil yang dapat diterima oleh lapisan tanah dasar.

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).

Gaya Longitudinal

Gaya longitudinal dapat diakibatkan oleh perubahan suhu pada rel (thermal stress) Gaya ini sangat penting di dalam analisis gaya terutama untuk konstruksi KA yang menggunakan rel panjang (long welded rails). Gaya longitudinal juga merupakan gaya adhesi (akibat gesekan roda dan kepala rel) dan gaya akibat pengereman roda terhadap rel. Efek gaya ini akan dibahas pada perhitungan stabilitas rel panjang.

Referensi :

• PJKA. 1986. Perencanaan Konstruksi Jalan Rel (Peraturan Dinas No. 10). Bandung.
• Peraturan Menteri Perhubungan Nomor 60 Tahun 2012 tentang Persyaratan Teknis Jalur Kereta Api.
• Rosyidi, S. A. P., 2012. Diktat Ajar: Rekayasa Struktur Jalan Rel. Yogyakarta: Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.