kereta sukses aamiin

8/16/2019 kereta sukses aamiin

http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 1/14

Peredam Getaran Rel Kereta Api oleh Kerikil*

Anggraini Puspasari**

Pendahuluan

Salah satu transportasi yang digunakan oleh manusia dalam kehidupan

sehari-hari adalah kereta api. Awal mulanya kereta api dikenal dengan kereta kuda

yang hanya terdiri dari satu kereta (rangkaian), kemudian diuatlah kereta kuda

yang menarik leih dari satu rangkaian serta er!alan di !alur tertentu yang teruat

dari esi (rel) dan dinamakan sepur.

Setelah "ames #att menemukan mesin uap, $i%olas &ugnot memuat

kendaraan eroda tiga erahan akar uap. 'rang-orang menyeut kendaraan itu

seagai kuda esi. Kemudian Ri%hard reithi%k memuat mesin lokomoti yang

dirangkaikan dengan kereta dan memanaatkannya pada pertun!ukan di depan

masyarakat umum. George Stephenson menyempurnakan lokomoti yang

memenangi perlomaan alap lokomoti dan digunakan di !alur +ierpool-

an%hester.

ingga sekarang kereta api digunakan oleh manusia untuk erma%am-

ma%am keperluan. Saat ini seringkali dikaarkan di media inormasi seperti

teleisi, koran, internet, anyak ke!adian an!loknya rel kereta api yang

menyeakan ter!adinya ke%elakaan kereta api. Kualitas rel kereta api haruslah

tetap ter!aga agar dapat digunakan leih lama dan nyaman. Rel kereta api

mempunyai peranan penting agi keselamatan penumpang. ntuk men!aga

keamanan dan keawetan rel kereta api maka rel kereta api selalu diletakkan di atas

kerikil atau atu ke%il. Pemerian kerikil inilah yang akan diahas dalam makalah

ini.

1

*) /isampaikan di ata Kuliah Seminar 0isika pada 1 /esemer 2345

**) ahasiswa 0K6P 0isika nsri dengan $6 37444344344



Komponen Penyusun Jalan Rel

Gambar 1. Struktur jalan rel beserta sistem komponen penyusunnya

(Sumber: Anna Mamou. 2013. Effects of rincipal Stress !otation an"

#raina$e on t%e !esilient Stiffness of !ail&ay 'oun"ations: A t%esis submitte" in

fulfillment of "e$re of #octor of %ilosop%y in t%e 'aculty of En$ineerin$ an" t%e

Enironment at )niersity of Sout%ampton*

Se%ara umum komponen-komponen penyusun !alan rel di!elaskan seagai

erikut8

4. Rel (Rail)

Rel merupakan atangan a!a longitudinal yang erhuungan se%ara langsung,

memerikan tuntunan dan tumpuan terhadap pergerakan roda kereta api se%ara

erterusan.

2. Penamat (0astening System)

ntuk menghuungkan antara antalan dengan rel digunakan suatu sistem

penamat yang !enis dan entuknya erariasi sesuai dengan !enis antalan

yang digunakan serta klasiikasi !alan rel yang harus dilayani.1. 9antalan (Sleeper)

0ungsi antalan yaitu menerima ean dari rel dan mendistriusikannya

kepada lapisan alas dengan tingkat tekanan yang ke%il, mempertahankan

sistem penamat untuk mengikat rel pada kedudukannya, dan menahan

pergerakan rel arah longitudinal, lateral, dan ertikal.

5. +apisan 0ondasi Atas atau +apisan 9alas (9allast)

+apisan alas erungsi untuk menahan gaya ertikal, lateral, dan longitudinal

yang dieankan kepada antalan sehingga dapat mempertahankan !alan rel

2



pada posisi yang disyaratkan. eal 9alas atas 13 %m dan lear ahu alas :3

%m (dalam Rianda).

:. +apisan 0ondasi 9awah atau +apisan Sualas (Suallast)

+apisan sualas erungsi mengurangi tekanan di awah alas sehingga dapat

didistriusikan kepada lapisan tanah dasar sesuai dengan tingkatannya.

Ketealan lapisan suallast setinggi 42 %m (dalam 9uonsanti dkk, 233;).

7. +apisan anah /asar (Sugrade)

+apisan tanah dasar erungsi menyediakan landasan stail untuk lapisan alas

dan sualas. ntuk ketealan lapisan tanah dasar atau tanggul setinggi 73 %m

(dalam 9uonsanti dkk, 233;).

Struktur Jalan Rel

enurut Ali<ar se%ara garis esar struktur !alan rel yang aik, harus dapat

men!amin keamanan, kenyamanan, umur teknis dan geometri (lear sepur,

ketidakrataan), dan dapat dipelihara dengan iaya yang optimal, sehingga harus

memenuhi kriteria seagai erikut8

4. Kekakuan

Kekakuan struktur untuk men!aga deormasi ertikal dimana deormasi ertikal

yang diakiatkan oleh distriusi ean lalu lintas kereta api merupakan

indikator utama dari umur, kekuatan dan kualitas !alan rel.

2. =lastisitas

=lastisitas digunakan untuk kenyamanan per!alanan kereta api, men!aga roda,

meredam ke!ut, dan getaran ertikal.

1. Ketahanan terhadap deormasi tetap

/eormasi ertikal yang erleihan akan %enderung men!adi deormasi tetap

sehingga geometrik !alan rel (ketidakrataan ertikal, hori<ontal, dan puntir)

men!adi tidak aik, sehingga kenyamanan dan keamanan terganggu.

5. Stailitas

"alan rel yang stail dapat mempertahankan struktur !alan pada posisi yang

tetap atau semula (ertikal dan hori<ontal) setelah pemeanan ter!adi.

:. Ad!ustaility

"alan rel harus memiliki siat dan kemudahan dalam pengaturan dan

pemeliharaan sehingga dapat dikemalikan ke posisi geometrik dan struktur

!alan rel yang enar !ika ter!adi peruahan geometri akiat ean yang

er!alan.

3



Getaran

Seelum kereta api melewati rel kereta api, rel tidak ergetar. Ketika kereta

dihidupkan dan di!alankan, kereta melewati rel kereta sehingga rel akan ergetar.

Getaran adalah gerak olak-alik yang melalui kesetimangan. Kesetimangan

adalah keadaan suatu enda erada pada posisi diam !ika tidak ada gaya yang

eker!a pada enda terseut. Getaran mempunyai amplitudo (!arak simpangan

ter!auh dengan titik tengah) yang sama.

enurut 0rya (dalam +orieu>, 233?) struktur rel ketera api dimodelkan

seperti alok sederhana yang tersusun dari partikel-partikel. Ketika kereta

melintasi rel kereta api maka partikel-partikel terseut akan ergetar. /alam

model ini, partikel-partikel terseut seperti pasukan titik ergerak. Setiap poros

diwakili oleh gaya yang dierikan pada alok dan ergerak dengan ke%epatan

konstan % dari kiri ke kanan. /engan demikian, alok terkena deretan pasukan 0n,

n @ 4, 2 ...

Gambar 2. emo"elan rel kereta api saat "ile&ati kereta api

Sumber: 'ryba ("alam +orieu,- 200*

Graik getarannya adalah

4



Gambar 3. Grafik $etaran rel kereta api

(Sumber: Sulistya&ati- "kk*

Getaran yang sangat kuat pada rel dapat mengakiatkan material rel di

permukaan kontak mengalami regangan geser plastis %ukup esar. 9ila akumulasi

regangan geser plastis terseut melampaui atas kritis regangan geser material,

maka kegagalan material seperti keausan (ratc%etin$ &ear* dan retak lelah

(fati$ue* dapat ter!adi (#idiyarta, 2344).

ntuk meredamkan getaran rel saat kereta api melewati rel maka salah satu

%ara yang dapat digunakan adalah dengan meletakkan kerikil di atas rel. Ketika rel

dan antalan ergetar menyeakan kerikil atau atu pe%ah yang ada di sekitar rel

ergerak dan saling ertumukan, tumukan atu pe%ah yang tidak elastis maka

5



ter!adi pelepasan kalor. "adi, energi getaran rel ditranormasikan men!adi energi

panas kerikil sehingga rel segera erhenti ergetar. =nergi gerakan kerikil men!adi

erkurang karena seagian diuah men!adi kalor. Kerikil yang sudah erkurang

energinya kemali menyerap energi getaran rel dan kemali ertumukan dengan

kerikil lain sehingga energi geraknya kemali erkurang akiat diuah men!adi

kalor. 9egitu seterusnya sehingga energi getaran rel hilang. Proses peredaman ini

merupakan prinsip osilasi harmonik teredam. 0ungsi kerikil atau atu pe%ah pada

antalan rel sama dengan ungsi uuk pada sho%k reaker (yang menggunakan

uuk), yaitu meredam getaran rel sehingga energi osilasinya erkurang dan pada

akhirnya erhenti.

Osilasi Harmonik Teredam

Pengaruh gaya gesek pada enda yang ergerak harmonik adalah

amplitudonya akan semakin erkurang, akhirnya men!adi nol, artinya gerakan

erhenti. al ini diseakan karena ada energi yang diamil dari luar. Selain

adanya gaya alik pada gerak ini ada gaya lain yang eker!a melawan arah gerak,

misalnya karena kekentalan <at %air atau idang yang tak li%in, tempat gerakan

erlangsung. isalkan, gaya redaman yang dapat dituliskan se%ara matematisnya

seagai erikut8

F =−bv ... (1*

(/ipler- 11*

dengan b adalah konstanta redaman dan v adalah ke%epatan. anda negati

menyatakan ahwa gaya ini erlawanan dengan arah geraknya.

ukum kedua $ewton yang diterapkan untuk gerak enda ermassa m

pada pegas dengan konstanta gaya k ila gaya redaman – bv adalah8

F x=m a x ... (2*

(/ipler- 11*

−kx−bv=mdv

dt ... (3*

6



(/ipler- 11*

m d

2

x

dt 2 =−kx−b

dx

dt

md

2 x

dt 2 +b

dx

dt +kx=0 ... (*

(#ai" alli"ay- "an !obert !esnick- 1*

dengan b adalah konstanta positi. Persamaan ini menyatakan ahwa gaya yang

diker!akan oleh seuah pegas pada seuah enda eranding lurus dengan

pergeseran enda namun erlawanan arahnya.

"ika b ke%il, solusi persamaan dierensial ini adalah

x= A e−bt /2m

cos(ω' +∅) ...(*


ω' =2π v

' =√

k

m−( b

2m )2

...(4*


"ika ada gesekan, rekuensinya leih ke%il dan periodenya leih pan!ang. Gesekan

memperlamat gerakan. "ika tidak ada gesekan, b sama dengan nol dan ω'

kemali men!adi ω yang sama dengan √ k

m , yaitu rekuensi getaran yang

tidak teredam. "ika ada gesekan, ω' akan leih ke%il dari ω . Amplitudo

gerak sedikit demi sedikit menu!u nol. Selang waktu t dari mula-mula sampai

amplitudo A tinggal1

e harga semula diseut umur osilasi rata-rata. 0aktor

amplitudo adalah A e−bt /2m

, sehingga t =2m

b. "ika tidak ada gesekan, b

7



sama dengan nol dan amplitudonya akan memiliki harga konstan A selama

geraknya.

Ketika rel ergetar graik yang terentuk seperti graik sinus atau sinusoidal. Akan

tetapi, di atas rel kereta di letakkan kerikil atau atu pe%ah yang erungsi seagai

peredam getaran rel sehingga graik yang terentuk adalah graik osilasi harmonik

teredam lemah. enaga osilator erangsur-angsur dilesapkan oleh gesekan dan

akhirnya men!adi nol pada waktunya.

Gambar . Grafik %armonik tere"am ter%a"ap &aktu

(Sumber : alli"ay- #ai"- "an !obert !esnick. 1. 'isika 5ili" 1 E"isi 6eti$a.

7an"un$: Erlan$$a*

Klasifikasi Jalan Rel

"ika tidak dipasang kerikil atau atu pe%ah maka rel akan ergetar lama dan

isa menyeakan rel engkok. kuran kerikil atau atu ke%il harus disesuaikan.

Peletakkan kerikil merupakan komponen penyusun !alan rel agian lapisan alas.

+apisan alas diagi men!adi dua, yaitu lapisan alas atas dan lapisan alas

awah. /alam makalah ini hanya diahas lapisan alas atas karena peletakkan

kerikil erada pada lapisan alas atas. +apisan alas atas terdiri dari atu pe%ah

atau kerikil yang keras erukuran antara 2-7 %m, dan tahan lama serta ersudut

8



(an$ular*. Sustansi yang merugikan tidak oleh terdapat dalam material alas

meleihi persentase tertentu, yaitu8

4) aterial lunak dan mudah pe%ah 1 B

2) aterial yang melalui ayakan 4 B

1) Gumpalan-gumpalan lempung 3,: B

Klasiikasi standar !alan rel dapat dilihat pada tael 4.

Tabel 1. Klasifkasi standar jalan rel

Kelas

"alan

/aya

Angkut

+intas

(tonCtahun)

maksimal

(kmC!am)

P maks

gandar

(ton)

ipe

Rel

"enis

9antalan

C"arak

"enis

Penamat

eal

9alas

Atas

(%m)

+ear

9ahu

9alas

(%m)

6 D 23.437 423 4?R73CR:

5

9etonC73

3=G 13 :3

6643.437 E

23.437 443 4?R:5CR:

3

9etonCK

ayuC733=G 13 :3

666

:.437 E

43.437 433 4?

R:5CR:

3CR52

9etonCK

ayuC9a!aC733

=G 13 53

6F2,:.437 E

:.437 ;3 4?R:5CR:

3CR52

9etonCK

ayuC9a!a

C733

=GC= 2: 53

F 2,:.437 ?3 4? R52KayuC9a

!aC733= 2: 1:

Sumer8 (dalam $ugroho, 234184-4?) EG 8 Elastik Gan"a- E/ 8 Elastik /un$$al

Menentukan Kecepatan

Ke%epatan Ren%ana yaitu ke%epatan yang digunakan untuk meren%anakan

konstruksi !alan rel.

• ntuk peren%anaan struktur !alan rel.

F ren%ana @ 4,2: > F maks

• ntuk peren%anaan peninggian

9



V rencana=c x∑ N i V i

∑ N i

% @ 4,2:

N i= jumlahkeretaapi yang lewat

V i=kecepatan operasi

• ntuk peren%anaan !ari-!ari lengkung lingkaran dan lengkung peralihan

F ren%ana @ F maks

Menentukan Beban Gandar

9ean gandar adalah ean yang diterima oleh !alan rel dari satu gandar,

untuk semua kelas ean gandar maksimum 4? ton. (Peraturan /inas $o. 43

ahun 4;?7)

Menentukan aya !n"kut #intas

/aya angkut lintas adalah !umlah angkutan anggapan yang melewati suatu

lintas dalam !angka waktu satu tahun. /aya angkut lintas men%erminkan !enis

serta !umlah ean total dan ke%epatan kereta api yang lewat di lintas yang

ersangkutan. /aya angkut diseut daya angkut dengan satuan tonCtahun.

/aya angkut lintas dihitung dengan persamaan8

@ 173 > S > =

= @ p H (K > ) H (Kl> l)

imana$

= @ tonase ekialen (tonChari)

p @ tonase penumpang dan kereta harian

@ tonase arang dan gerong harian

l @ tonase lokomoti harian

S @ 4,4 untuk lintas kereta api penumpang dengan ke%epatan maksimum 423

kmC!am

S @ 4,3 untuk lintas tanpa kereta penumpang

Kl @ koeisien yang esarnya @ 4,5

10



K @ Koeisien yang esarnya ergantung pada ean gandar

K @ 4,: untuk ean gandar 4? ton

K @ 4,1 untuk ean gandar D4? ton

Perencanaan Geometri Jalan Rel

Geometri !alan rel diren%anakan erdasar pada ke%epatan ren%ana serta

ukuran-ukuran kereta yang melewatinya dengan memperhatikan aktor keamanan,

kenyamanan, ekonomi dan keserasian dengan lingkungan sekitarnya. /alam

geometri !alan rel kita akan mengetahui8

a% #ebar Sepur

ntuk seluruh kelas !alan rel lear sepur adalah 437 mm yang merupakan

!arak terke%il antara kedua sisi kepala rel, diukur pada daerah 3 E 45 mm di awah

permukaan teratas kepala rel.

b% Gaya sentrifu"al diimban"i sepenuhnya oleh "aya berat$

sin! =m "V

2

# =cos !

sin! = "V

2

g " # =cos !

tan! = V

2

g " #

tan! = h

$

h¿$V

2

g " #

h¿8,8.V

2

#

#¿8,8.V

2

h

Keteran"an$

R @ "ari-!ari lengkung hori<ontal (m)

11



F @ Ke%epatan ren%ana (kmC!am)

h @ Peninggian rel pada lengkung hori<ontal (mm)

# @ "arak antara kedua titik kontak roda dan rel (4423 mm)

g @ Per%epatan graitasi (;,?4 mCdtk2)

/engan Peninggian maksimum, hmaks @ 443 mm maka8

#¿8,8.V

2

110

#min¿0,08V 2

c% Gaya sentrifu"al diimban"i oleh "aya berat dan daya dukun"

komponen &alan rel

m"V

2

# cos! ¿ sin! + % cos !

sin! =m "V 2

# − % cos!

tan! = " V

2

g " # − %

% =m " a=

g" a

tan! = h

$

h

$ =

V 2

g# −

g" a

a=V

2

13 #−g

h

$

Per%epatan sentriugal ini maksimum 3,35? g, karena harga ini penumpang

merasa nyaman. "adi, amaks ' ()(*+, "

12



Pemasan"an Balas

+apisan alas pada dasarnya adalah terusan dari lapisan tanah dasar, dan

terletak di daerah yang mengalami konsentrasi tegangan yang teresar akiat lalu

lintas kereta pada !alan rel, oleh karena itu material pementuknya harus sangat

terpilih.

9entuk dan ukuran lapisan alas atas8

4. eal lapisan alas atas adalah seperti yang ter%antum pada klasiikasi !alan rel.

2. "arak dari sumu !alan rel ke tepi atas lapisan alas atas adalah8 4C2 + H I

Keteran"an$

+ @ Pan!ang antalan (%m)

I @ :3 %m untuk kelas 6 dan 66

I @ 53 %m untuk kelas 666 dan 6F

I @ 1: %m untuk kelas F

Penutup

4. Rel kereta yang diletakkan di atas kerikil erungsi untuk men%egah

kerusakan rel kereta leih lama.

2. Kerikil seagai ahan peredam getaran rel kereta dengan prinsip osilasi

harmonik terdam yaitu amplitudonya akan semakin erkurang dan akhirnya

men!adi nol, artinya gerakan erhenti. Getaran rel akiat dilewati kereta

menyeakan gerakan a%ak kerikil-kerikil yang menghasilkan tumukan

antarkerikil. umukan antarkerikil ersiat tidak elastis sehingga ter!adi

pelepasan kalor (disipasi daya). =nergi gerakan kerikil mena!adi erkurang

karena seagian diuah men!adi kalor. Kerikil yang sudah erkurang

energinya kemali menyerap energi getaran rel dan kemali ertumukan

dengan kerikil lain sehingga energi geraknya kemali erkurang akiat

diuah men!adi kalor. 9egitu seterusnya sehingga energi getaran rel hilang.

6nilah merupakan prinsip osilasi harmonik teredam.

1. kuran kerikil atau atu pe%ah sekitar 2 E 7 %m dan tahan lama serta ersudut

(an$ular*.

13



/A0AR PSAKA

Anna amou. 2341. =e%ts o Prin%ipal Stress Rotation and /rainage on the

Resilient Stiness o Railway 0oundations8 A t%esis submitte" in fulfillment

of "e$re of #octor of %ilosop%y in t%e 'aculty of En$ineerin$ an" t%e

Enironment at )niersity of Sout%ampton.

Anto Susilo, ohtar Junianto, Fiska 6nda Fariani. 2342. Simulasi Gerak

armonik Sederhana dan 'silasi eredam pada &assy-= :25333.

9n"onesian 5urnal of Applie" %ysics (2012*- Fol.2 $o.2 alaman 425.

Ali<ar. !el . Pusat Pengemangan 9ahan A!ar E 9.

9uonsanti, i%hele, 0ran%is &irianni, Gioanni +eonardi, Adolo Santini,

0ran%es%o S%opelliti. 233;. itigation o Railway rai% 6ndu%ed

Firations8 he 6nluen%e o 9arriers in =lasti% al-Spa%e8 #epartment of

Mec%anics an" Materials (MEMA/*- Me"iterranean )niersity of !e$$io

alabria- ;ia Gra<iella- 'eo "i ;ito- 100 !e$$io alabria- 6taly.

/epartment o 6normation S%ien%e, athemati%s, =le%troni%s, and

ransportations (/6=), editerranean niersity o Reggio &alaria,

Fia Gra<iella, 0eo di Fito, ?;433 Reggio &alaria, 6taly

=di Purwanto. 233?. Ka!ian Arsitektural Stasiun $is. 5urnal 9lmia% erancan$an

6ota "an ermukiman E=+>S)!E , Folume $o. 2.

=tania =rlita, 6r. Jerri Susatio , ., +i<da "ohar , S. . Penentuan $ilai

Parameter Peredam Getaran Akiat Gempa Pada 9angunan 9erlantai iga. 5urusan /eknik 'isika. 0akultas eknologi 6ndustri. 6nstitut eknologi

sepuluh $oemer Keputih Sukolilo E Sauraaya, 73444.

alliday, /aid, dan Roert Resni%k. 4;?:. 'isika 5ili" 1 E"isi 6eti$a. 9andung8

=rlangga.

+orieu>, +ouis. 233?. Analysis o rain-6ndu%ed Firations on A Single-Span

&omposite 9ridge. /%esis. /epartment o &iil and Ar%hite%tural

=ngineering.

$ugroho, Gariel G. 2341. erencanaan 5alur Gan"a 6ereta Api +intas irebon

?6roya 6ori"or rupuk ? ur&okerto.

#idiyarta, 6 ade. 2344. Simulasi Peruahan Prilaku Regangan Geser aterial

Rel Pada Peruahan Suhu Permukaan Kontak Akiat 9ean

GelindingCGesek. 5urnal 9lmia% /eknik Mesin cakram- Fol. : $o.4 (4-7).

Paul A, ipler. 4;;4. '9S96A )ntuk Sains "an /eknik . "akarta8 =rlangga.

Rianda, 6ran Rahmat. Konstruksi Atas "alan Rel untuk #oubletrack antara

Stasiun "atinegara sampai Stasiun 9ekasi. 0akultas eknik Sipil dan

Peren%anaan Peren%anaan (http8CCwww.s%rid.%omCdo%C;?17?25C!urnal)

14

http://www.scribd.com/doc/98367824/jurnal

http://www.scribd.com/doc/98367824/jurnal

kereta sukses aamiin

Documents