�ݺ�ߣ

Pengertian Rel
• Rel merupakan struktur balok menerus yang diletakkan di atas
tumpuan bantalan yang berfungsi sebagai penuntun/mengarahkan
pergerakan roda kereta api.
• Rel juga disediakan untuk menerima secara langsung dan
menyalurkan beban kereta api kepada bantalan tanpa menimbulkan
defeksi yang berarti pada bagian balok rel diantara tumpuan
bantalan.
• Oleh itu, harus memiliki nilai kekakuan balok tertentu sehingga
perpindahan beban titik roda dapat menyebar secara baik pada
tumpuan di bantalan.

Pertimbangan dalam
membuat geometrik rel
• Permukaan rel harus dirancang memiliki permukaan yang cukup
lebar untuk membuat tegangan kontak diantara rel dan roda sekecil
mungkin.
• Kepala rel harus cukup tebal untuk memberikan umur manfaat yang
panjang.
• Badan rel harus cukup tebal untuk menjaga dari pengaruh korosi
dan mampu menahan tegangan lentur serta tegangan horisontal.
• Dasar rel harus cukup lebar untuk dapat mengecilkan distribusi
tegangan ke bantalan baik melalui pelat andas maupun tidak.
• Dasar rel juga harus tebal untuk tetap kaku dan menjaga bagian
yang hilang akibat korosi.

• Momen inersia harus cukup tinggi, sehingga tinggi rel diusahakan
tinggi dan mencukupi tanpa bahaya tekuk.
• Tegangan horisontal diusahakan dapat direduksi oleh kepala dan
dasar rel dengan perencanaan geometriknya yang cukup lebar.
• Stabilitas horisontal dipengaruhi oleh perbandingan lebar dan tinggi
rel yang mencukupi.
• Titik Pusat sebaiknya di tengah rel.
• Geometrik badan rel harus sesuai dengan pelat sambung.
• Jari-jari kepala rel harus cukup besar untuk mereduksi tengangan
kontak.
Pertimbangan dalam
membuat geometrik rel

Komposisi Bahan Rel
• Rel dipilih dan disusun dari beberapa komposisi bahan kimia
sedemikian sehingga dapat tahan terhadap keausan akibat gesekan
akibat roda dan korositas.
• Dalam klasifikasi UIC dikenal 3 macam rel tahan aus (wear
resistance rails – WR), yaitu rel WR-A, WR-B dan WR-C.
Komposisi/kadar kimia bahan karbon (C) dan Mn.
• Rel yang digunakan di Indonesia (PJKA) saat ini merupakan rel
WR-A, dimana termasuk jenis baja dengan kadar yang tinggi (high
steel carbon), sedangkan WR-B dan WR-C merupakan baja dengan
kadar C yang sedang dan rendah.
• Percobaan di laboratorium (Masutomo et al. 1982) menunjukkan
bahwa rel dengan kadar karbon yang tinggi lebih tahan aus
daripada baja berkadar karbon sedang.

Jenis Rel C Mn
WR-A 0,60 – 0,75 0,80 – 1,30
WR-B 0,50 – 0,65 1,30 – 1,70
WR-C 0,45 – 0,60 1,70 – 2,10
PJKA 0,60 – 0,80 0,90 – 1,10
Komposisi Bahan Rel
• Ketahanan aus rel WR-A hingga mencapai 2 – 4 kali lebih baik daripada rel
biasa.
• Keausan rel maksimum yang diijinkan oleh PD 10 tahun 1986 diukur dalam 2
arah yaitu pada sumbu vertikal (a) dan pada arah 45° dari sumbu vertikal (e).
emaksimum = 0,54 h – 4
amaksimum = dibatasi oleh kedudukan kasut roda dan pelat
sambungan. Nilai maksimum keausan rel vertikal
tercapai pada saat yang bersamaan dengan keausan
maksimum pada roda dan sayap kasut roda (flens)
tidak sampai menumbuk pelat sambung.

Jenis Rel dengan Komposisi
Bahan Khusus

Bentuk struktur makro rel
dengan pengerasan di ujung

Komposisi kimia dan bentuk rel
dengan pengerasan di kepala

Bentuk dan Dimensi Rel
Suatu komponen rel terdiri dari 4 bagian utama yaitu :
• Permukaan Rel untuk pergerakan kereta api atau disebut sebagai
running surface (rail thread),
• Kepala Rel (head),
• Badan Rel (web),
• Dasar Rel (base).

Klasifikasi tipe rel di Indonesia
18,00/24,00
16
70
140
159
54,40
UIC 54/
R54
17,00
15
63,8
127
153
50,40
R50
16,5
74,3
150
172
60,34
R60
13,60-17,00
13,5
68,5
110
138
42,18
R14A/
R42
11,90-13,60-17,00
13,5
68
110
138
41,52
R14/
R41
11,90-13,60
11
58
105
134
33,40
R3/
R33
6,80-10,20
10
53
90
110
25,74
R2/
R25
Panjang Standar/
normal (m)
Tebal Badan
(mm)
Lebar
Kepala
(mm)
Lebar
Kaki
(mm)
Tinggi
(mm)
Berat
(kg/m)
Tipe
18,00/24,00
16
70
140
159
54,40
UIC 54/
R54
17,00
15
63,8
127
153
50,40
R50
16,5
74,3
150
172
60,34
R60
13,60-17,00
13,5
68,5
110
138
42,18
R14A/
R42
11,90-13,60-17,00
13,5
68
110
138
41,52
R14/
R41
11,90-13,60
11
58
105
134
33,40
R3/
R33
6,80-10,20
10
53
90
110
25,74
R2/
R25
Panjang Standar/
normal (m)
Tebal Badan
(mm)
Lebar
Kepala
(mm)
Lebar
Kaki
(mm)
Tinggi
(mm)
Berat
(kg/m)
Tipe

Penentuan Dimensi Rel
• Penentuan dimensi rel didasarkan kepada
tegangan lentur yang terjadi pada dasar
rel akibat beban dinamis roda kendaraan
(Sbase).
• Tegangan ini tidak boleh melebihi
tegangan ijin lentur baja (Si).
• Jika suatu dimensi rel dengan beban roda
tertentu menghasilkan Sbase < Si, maka
dimensi ini dianggap cukup.

Perencanaan dimensi rel
Calculate Ps
Calculate Pd
Rail Parameters:
• Rail Type,
• Rail Moment of Inertia,
• Rail Modulus of Elasticity,
• Section Modulus Base,
• Track Stiffness
Traffic Design,
Speed Design
Calculate
Ma = 0.85 Mmax
 = (Ma × y)/Ix Sbase = Ma/Wb

Tegangan ijin profil rel berdasarkan kelas jalan di
Indonesia

Dimensi profil R 42, R 50, R 54 dan R 60

Reduksi Momen akibat
konfigurasi roda
• Konfigurasi roda 4 (BB) :
• Konfigurasi roda 6 (CC) :
• Konfigurasi roda tidak diperhitungkan
 
4λ
P
0,75
Ma
sinλi
cosλo
e
4λ
P
Ma λx
4
1
i



 

 
4λ
P
0,82
Ma
sinλi
cosλo
e
4λ
P
Ma λx
6
1
i



 

4λ
P
0,85
Ma 
4λ
P
0,85
Ma 

Contoh perhitungan :
Diketahui Kelas Jalan V dengan daya lintas 2 juta ton per tahun. Tekanan
gandar yang dibebankan oleh lokomotif CC sebesar 18 ton. Rencanakan profil
rel yang sesuai !
Jawaban :
• Digunakan profil R-42, data perancangan (PD 10 tahun 1986, lihat tabel
5.4) sebagai berikut :
• Kelas Jalan V dengan Vrencana = 1,25 Vmaksimum = 1,25 (80) = 100 km/j
• Kekakuan jalan rel = 180 kg/cm2
• Momen inersia R 42 = 1369 cm4
• Tahanan momen dasar = 200 cm3
• Modulus elastisitas rel (E) = 2,1 × 106 kg/ cm2

4
1
1369
10
1
2
4
180
4
5
609
1
100
01
0
1
9000
82
0
6 




























,
,
,
,
4λ
P
0,82
Ma
1. Perhitungan Momen :
Ma = 259217.57 kgcm
2. Tinjauan terhadap Tegangan Ijin Kelas Jalan :
σx =
X
I
y
M 
1369
86
6
57
259217 .
. 
= = 1297.035 kg/cm2 ( < 2000 kg/ cm2)…OK!
3. Tinjauan terhadap Tegangan yang terjadi di dasar rel :
Sbase =
Wb
Ma
200
259217.57
= = 1296.09 kg/cm2 ( < 1343.5 kg/ cm2)…OK!

UMUR REL
• Dalam proses perencanaan umur rel,
dapat dilakukan dengan pendekatan
analisis melalui tiga aspek, yaitu :
– Kerusakan pada ujung rel,
– Keausan rel, baik pada bagian lurus maupun
tikungan,
– Lelah.

Kerusakan pada ujung rel,
• Sebelum digunakannya rel panjang dan menerus, biasanya digunakan rel
pendek dengan panjang 6,8 hingga 10 meter pada struktur jalan rel. Oleh
karena itu, jalur rel yang panjang diperlukan batangan rel dan konstruksi
sambungan diantara rel yang lebih banyak.
• Salah satu indikasi yang menentukan batasan umur rel disini adalah
kerusakan rel pada sambungan.
• Beberapa kerusakan yang ditimbulkan diantaranya diakibatkan oleh :
– Beban gandar yang berlebihan (overload),
– Lebar celah yang terlalu besar,
– Mutu rel,
– Beda tinggi diantara rel-rel di konstruksi sambungan,
– Diameter roda yang kecil,
– Kondisi kendaraan rel,
– Jari-jari permukaan rel,
– Kekakuan jalan rel dan
– Kecepatan kendaraan rel.

• Kerusakan pada ujung rel di sambungan di atas akan
mengakibatkan adanya kerusakan terhadap struktur
jalan rel oleh hantaman roda pada sambungan.
• Beberapa contoh implikasi kerusakan struktur jalan rel
tersebut adalah :
– Tercabutnya tarpon dari bantalan,
– Retaknya pelat sambungan rel,
– Longgarnya baut-baut sambungan rel,
– Pemompaan Lumpur di bawah bantalan yang berakibat rendahnya
umur bantalan, dan
– Ketidakstabilan geometrik.

• Kerusakan-kerusakan di atas dapat
dicegah dengan melakukan pemeliharaan
dan perbaikan kerusakan pada ujung rel
dengan cara :
– Melakukan pengerasan pada ujung rel (end
hardened layer),
– Pengelasan pada kerusakan rel di
sambungan, dan
– Pola pemeliharaan rel yang baik.

Umur Rel Berdasarkan Keausan
• AREA (American Railway Engineering Association) menurunkan model persamaan empirik
umum yang digunakan untuk menentukan umur rel berdasarkan keausan yaitu :
T = K W D0.565
dimana
T = umur rel (juta ton)
K = konstanta kondisi rel
Jalan Baru : 0,9538
Rel > 123RE : 0,9810
CWR : 1,3544 – 1,3930
High Silicon Rail : 1,4210 – 1,4616
Jika tidak ada data lain dapat digunakan harga K = 0,545
W = berat rel (lb/yard), dimana 1 lb/yd = 0.496 kg/m
D = daya angkut lintas (juta ton/tahun atau million gross tons, mgt),
dimana 1 mgt = 0.909 juta ton

• Pada kondisi geometrik alinemen horizontal, dapat digunakan harga
perbandingan nilai K terhadap jalan lurus, sebagaimana dijelaskan pada
Tabel Berikut

Contoh Perhitungan :
Direncanakan sebuah konstruksi jalan rel baru (tanpa pelumasan) dengan
daya lintas 10 juta ton per tahun, dengan menggunakan rel tipe R 54. Jalan rel
rencana bergeometrik sebagai berikut : 10 km bergeometrik lurus, 5 km
lengkung horizontal dengan R = 800 m, 10 km dengan R = 650 m dan 15 km
dengan R = 450 m.
Jawaban :
1. Perhitungan nilai konstanta, K.
Untuk jalan baru digunakan nilai K = 0,9538, karena tidak semua jalan
merupakan jalur lurus, maka nilai K dihitung sebagai berikut :
– K1 = 10 km jalur lurus : 10 × 0,9538 × 1,0 (lihat tabel) = 9,538
– K2 = 5 km jalur lengkung R = 800 m : 5 × 0,9538 × 0,74 (lihat tabel) = 3,52906
– K3 =10 km jalur lengkung R = 650 m : 10 × 0,9538 × 0,61 (lihat tabel) = 5,81818
– K4 = 15 km jalur lengkung R=450 m : 15 × 0,9538 × 0,49 (lihat tabel) = 7,01043
K = = = 0,647
Jarak
Total
K
Nilai
Total
km
40
K
K
K
K 4
3
2
1 



2. Perhitungan nilai T.
W = berat rel = 54 kg/m × 2.016 = 108,9 lbs/yd
D = 10 juta ton = 11.001 mgt
T = K W D0.565 = 0,647 × 108,9 × 11.0010.565
= 273.11 mgt = 248,257 juta ton
3. Umur rel
U = = 24,82 tahun
ton/tahun
juta
10
ton
juta
248,257

Umur Rel berdasarkan Kelelahan
• Jalan rel adalah struktur elastis yang dibebani secara
siklus (cyclic), oleh itu, bahaya lelah sangat mungkin
terjadi.
• Ciri kerusakan ini adalah dimulainya retak yang semakin
lama semakin melebar dan diakhiri dengan patah.
• Pada kenyataannya, beban lalu lintas yang berat lebih
memberikan kontribusi dominan terhadap penentuan
umur rel.
• Jika tegangan total di kepala rel, akibat beban kombinasi
tegangan lentur, kontak dan suhu melebihi tegangan
lelah maka umur rel dihitung berdasarkan umur lelah.

Tegangan yang Bekerja di Kepala Rel
1. Tegangan Lentur (Sl)
dimana,
Sl = tegangan lentur
M = momen lentur
Wa = tahanan momen atas
2. Tegangan Kontak (Sk), Rumus HR. Thomas :
dimana,
Sk = tegangan kontak (psi)
P = beban dinamis (lbs)
R1 = Jari-jari roda kereta (inch)
R2 = Jari-jari rel (inch)
Wa
M
Sl 
3
2
3
1
2
0,271
2
1
R
R
R
2
P
23500
Sk













3. Tegangan Suhu (Ss),
dimana,
L = panjang rel
tp = suhu pemasangan(°C)
t = suhu maksimum di lapangan (°C)
 = koefisien muai panjang = 1,5.10-5/°C
)
t
α(t
E
L
ΔL
E
Ss
E
L
Ss
AE
PL
ΔL
)
t
α(t
L
Δt
α
L
ΔL
P
P















4. Tegangan Lelah (Sf),
Tegangan lelah adalah batas umur rel yang dihitung dengan analisis keausan
atau analisis lelah. Besarnya tegangan lelah tergantung mutu rel dan standar
pembuatan rel yang disajikan dalam grafik tegangan vs siklus (Grafik SN
Curve).
Grafik SN disusun berdasarkan teori Linear Cumulative Damage (Miners),
dengan memgambil asumsi bahwa :
1. Tegangan kombinasi < tegangan lelah
2. Pengaruh beban dianggap berterusan
3. Tidak ada retak awal
4. Tidak ada bahaya negatif dari siklus beban
5. Asumsi Beban : Grafik SN adalah linear dan Batas Umur Lelah 107 siklus

St1
107
Stn
Sf
k
N1 N2 Nn
St2
Tegangan
Siklus
Kurve S-N (Siklus – Tegangan)
Umur rel dapat ditentukan dari grafik di atas dengan persamaan di bawah ini :
tahun
D
1
L
rel
umur
N
β
N
β
...
N
β
N
β
N
β
D
Sf
Sti
Ne
Ni
i
i
n
n
3
3
2
2
1
1
k
1















 dimana,
Ni = siklus penyebab failure pada tegangan Sti (siklus)
k = kemiringan atau slope pada S-N diagram
Ne = batas berulangnya beban jika terjadi lelah
i = siklus yang bekerja untuk setiap beban Sti
N = siklus per waktu (siklus/tahun)

STABILITAS REL PANJANG
1. Penentuan Panjang Minimum Rel Panjang
• Permasalahan yang ditimbulkan dalam rel panjang adalah penentuan panjang
minimal rel panjang yang diakibatkan oleh dilatasi pemuaian sebagaimana dituliskan
dalam persamaan berikut :
 L = L    T (5.10)
dimana :
L = Pertambahan panjang (m)
L = Panjang rel (m)
 = Koefisien muai panjang (˚ C -1)
T = Kenaikan temperature (˚ C)
• Menurut hukum Hooke, gaya yang terjadi pada rel dapat diturunkan menjadi
persamaan sebagai berikut :
L
A
E
ΔL
F


 dimana :
E = modulus elastisitas Young (kg/cm2)
A = luas penampang (cm2)
F = E  A    T

Panjang ℓ dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
ℓ =
r = tg  = gaya lawan bantalan per satuan panjang
Untuk mendapatkan panjang minimum rel panjang
L ≥ 2 ℓ
dengan demikian persyaratan L ≤ 2 ℓ digunakan untuk penentuan panjang rel pendek.
r
ΔT
α
A
E 



Contoh Perhitungan :
Digunakan konstruksi rel dengan bantalan beton pada rel tipe R.42 (E = 2,1  106 kg/cm2),
dimana gaya lawan bantalan diketahui sebesar 450 kg/m, dan  = 1,2  10-5 ˚C -1. Jika rel
dipasang pada 20˚ C dan suhu maksimum terukur 50 ˚ C, tentukan panjang rel minimum
yang diperlukan !
Jawaban :
ℓ = = 91,1568 m
Panjang minimum rel R.42 yang dipersyaratkan dengan bantalan beton = L
L = 2  ℓ = 2  91,1568 = 182,3136 m
Dibulatkan menjadi kelipatan 25 m sebagai : L ≈ 200 m.
 
450
20
-
50
10
1,2
54,26
10
2,1 5
6




 

�ݺ�ߣ

REL.ppt

Recommended

More Related Content

What's hot (20)

Similar to REL.ppt (20)

Recently uploaded (6)

REL.ppt