kereta sukses aamiin
TRANSCRIPT
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 $6 37444344344
8/16/2019 kereta sukses aamiin
http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 2/14
Komponen Penyusun Jalan Rel
Gambar 1. Struktur jalan rel beserta sistem komponen penyusunnya
(Sumber: Anna Mamou. 2013. Effects of rincipal Stress !otation an"
#raina$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
8/16/2019 kereta sukses aamiin
http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 3/14
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
8/16/2019 kereta sukses aamiin
http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 4/14
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
8/16/2019 kereta sukses aamiin
http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 5/14
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
8/16/2019 kereta sukses aamiin
http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 6/14
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 $ewton yang diterapkan untuk gerak enda ermassa m
pada pegas dengan konstanta gaya k ila gaya redaman – bv adalah8
F x=m a x ... (2*
(/ipler- 11*
−kx−bv=mdv
dt ... (3*
6
8/16/2019 kereta sukses aamiin
http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 7/14
(/ipler- 11*
m d
2
x
dt 2 =−kx−b
dx
dt
md
2 x
dt 2 +b
dx
dt +kx=0 ... (*
(#ai" alli"ay- "an !obert !esnick- 1*
dengan b adalah konstanta positi. Persamaan ini menyatakan ahwa gaya yang
diker!akan oleh seuah pegas pada seuah enda eranding lurus dengan
pergeseran enda namun erlawanan arahnya.
"ika b ke%il, solusi persamaan dierensial ini adalah
x= A e−bt /2m
cos(ω' +∅) ...(*
(#ai" alli"ay- "an !obert !esnick- 1*
ω' =2π v
' =√
k
m−( b
2m )2
...(4*
(#ai" alli"ay- "an !obert !esnick- 1*
"ika ada gesekan, rekuensinya leih ke%il dan periodenya leih pan!ang. Gesekan
memperlamat gerakan. "ika tidak ada gesekan, b sama dengan nol dan ω'
kemali men!adi ω yang sama dengan √ k
m , yaitu rekuensi getaran yang
tidak teredam. "ika ada gesekan, ω' akan leih ke%il dari ω . Amplitudo
gerak sedikit demi sedikit menu!u nol. Selang waktu t dari mula-mula sampai
amplitudo A tinggal1
e harga semula diseut umur osilasi rata-rata. 0aktor
amplitudo adalah A e−bt /2m
, sehingga t =2m
b. "ika tidak ada gesekan, b
7
8/16/2019 kereta sukses aamiin
http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 8/14
sama dengan nol dan amplitudonya akan memiliki harga konstan A selama
geraknya.
Ketika rel ergetar graik yang terentuk seperti graik sinus atau sinusoidal. Akan
tetapi, di atas rel kereta di letakkan kerikil atau atu pe%ah yang erungsi seagai
peredam getaran rel sehingga graik yang terentuk adalah graik osilasi harmonik
teredam lemah. enaga osilator erangsur-angsur dilesapkan oleh gesekan dan
akhirnya men!adi nol pada waktunya.
Gambar . Grafik %armonik tere"am ter%a"ap &aktu
(Sumber : alli"ay- #ai"- "an !obert !esnick. 1. 'isika 5ili" 1 E"isi 6eti$a.
7an"un$: Erlan$$a*
Klasifikasi Jalan Rel
"ika tidak dipasang kerikil atau atu pe%ah maka rel akan ergetar lama dan
isa menyeakan rel engkok. kuran kerikil atau atu ke%il harus disesuaikan.
Peletakkan kerikil merupakan komponen penyusun !alan rel agian lapisan alas.
+apisan alas diagi men!adi dua, yaitu lapisan alas atas dan lapisan alas
awah. /alam makalah ini hanya diahas lapisan alas atas karena peletakkan
kerikil erada pada lapisan alas atas. +apisan alas atas terdiri dari atu pe%ah
atau kerikil yang keras erukuran antara 2-7 %m, dan tahan lama serta ersudut
8
8/16/2019 kereta sukses aamiin
http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 9/14
(an$ular*. Sustansi yang merugikan tidak oleh terdapat dalam material alas
meleihi persentase tertentu, yaitu8
4) aterial lunak dan mudah pe%ah 1 B
2) aterial yang melalui ayakan 4 B
1) Gumpalan-gumpalan lempung 3,: B
Klasiikasi standar !alan rel dapat dilihat pada tael 4.
Tabel 1. Klasifkasi standar jalan rel
Kelas
"alan
/aya
Angkut
+intas
(tonCtahun)
maksimal
(kmC!am)
P maks
gandar
(ton)
ipe
Rel
"enis
9antalan
C"arak
"enis
Penamat
eal
9alas
Atas
(%m)
+ear
9ahu
9alas
(%m)
6 D 23.437 423 4?R73CR:
5
9etonC73
3=G 13 :3
6643.437 E
23.437 443 4?R:5CR:
3
9etonCK
ayuC733=G 13 :3
666
:.437 E
43.437 433 4?
R:5CR:
3CR52
9etonCK
ayuC9a!aC733
=G 13 53
6F2,:.437 E
:.437 ;3 4?R:5CR:
3CR52
9etonCK
ayuC9a!a
C733
=GC= 2: 53
F 2,:.437 ?3 4? R52KayuC9a
!aC733= 2: 1:
Sumer8 (dalam $ugroho, 234184-4?) EG 8 Elastik Gan"a- E/ 8 Elastik /un$$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
8/16/2019 kereta sukses aamiin
http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 10/14
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
8/16/2019 kereta sukses aamiin
http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 11/14
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
8/16/2019 kereta sukses aamiin
http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 12/14
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
8/16/2019 kereta sukses aamiin
http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 13/14
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$ular*.
13
8/16/2019 kereta sukses aamiin
http://slidepdf.com/reader/full/kereta-sukses-aamiin 14/14
/A0AR PSAKA
Anna amou. 2341. =e%ts o Prin%ipal Stress Rotation and /rainage on the
Resilient Stiness o Railway 0oundations8 A t%esis submitte" in fulfillment
of "e$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