ANALISA DAN PERENCANAAN PERKUATAN JEMBATAN KERETA API(STUDI KASUS JEMBATAN KERETA API NO. 36 KM 1 + 791

ALANG LAWEH LINTAS PADANG MUARA)Syafril

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi IndustriUniversitas Bung Hatta

E-mail : syafrilkai@gmail.comABSTRAK

Rencana perbaikan jalur mati antara tarandam Pulai Aie telah dijalankan. Namununtuk rencana perbaikan jembatan no 36 Alang Laweh diperlukan perhitungan khususkarena jembatan tersebut beberapa komponen berlobang, berkarat, keropos dan hilang.Untuk tahap pertama penulis menganalisa kekuatan masing-masing komponen denganmaterial baru, dihitung dari beban primer yang bekerja terhadap jembatan, lendutan, momenlentur dan tegangan geser yang terjadi masih kecil dari lendutan, momen lentur dantegangan geser ijin. Namun secara visual rasuk melintang banyak yang berlobang, kroposdan ada bagian yang hilang, jadi beban/gaya dari rasuk memanjang tidak dapat ditahanatau diteruskan oleh rasuk melintang ke rasuk utama. sehingga diperlukan perkuatandengan memasang jembatan darurat. Rasuk memanjang jembatan darurat dipasang tepatdibawah rasuk memanjang jembatan lama. Dari perhitungan beban primer dan sekunderyang bekerja terhadap jembatan didapatkan jenis legger yang digunakan untuk rasukmemanjang jembatan darurat yaitu DIN 45 dimensi 450x300x15x28 dengan bentang 5 m danmenggunakan 3 rasuk melintang dari jenis DIN 55 dimensi 550x300x16x30 dengan bentang5m. sambungan rasuk memanjang dan melintang menggunakan baut diameter 25.4 mm yangberfungsi sebagai pengikat. rasuk melintang akan ditumpu oleh satu unit kontruksipenyangga yang terdiri dari Gambangan sebagai tapak penyanggaan dengan dimensi3.96x2.00 m, diatas gambangan dipasang perancah besi II & I dimana satu unit perancahmampu menahan beban 125 ton , dan selanjutnya bantalan stapling..

I. Pendahuluan1.1 Latar Belakang

Saat ini PT. Kereta Api Indonesia DivreII Sumbar berencana akan menjalankan KAPenumpang Rail Bus yang melayani ruteBandara Internasional Minangkabau atauBIM menuju Pulau Aie. Sementara untuklintas Padang sampai Muara yang merupakanjalur mati, sekarang secara bertahap telahdilakukan pembenahan. Untuk tahappertama telah selesai dilakukan perbaikanjalan rel dan jembatan dari Padang menujuTarandam. Untuk tahap kedua telah

dilakukan pembebasan jalan rel daribangunan warga dan pemeriksaan terhadapkondisi Track. Dari hasil pemeriksaanditemukan permasalahan khusus untukjembatan yang ada di lokasi no 36 km 1+792dengan bentang 12 meter yang berlokasi dikampung Alang Laweh.Secara visual jembatan tersebut tidak dapatdilalui KA karena kondisi baja jembatanterutama rasukrasuk melintang yangsebagiannya mengalami keropos, berkaratdan berlobang. Guna mendukung programdari Divre II SB untuk menjalankan Rail

Bus dalam jangka waktu dekat pada jalurtersebut, sebagai tindak lanjut sementaramengatasi permasalahan tersebut sambilmenunggu pengadaan jembatan baru, makapenulis akan melakukan analisa kekuatanjembatan yang ada sekarang danmerencanakan konstruksi jembatan daruratuntuk memperkuat jembatan tersebut agardapat dilalui KA dengan aman.1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan utgas akhir ini adalahuntuk menganalisa kekuatan jembatan KAyang mengalami kerusakan sekarang danmerencanakan perkuatan jembatan baja yangkuat dan aman dilalui Kereta Api .1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam pengerjaan tugasakhir ini adalah1. Beban primer meliput : beban mati,

beban hidup dan beban kejut.2. Beban Sekunder meliputi : beban angin,

Gaya rem dan Gaya Traksi.3. Beban khusus meliputi beban tumbuk.4. Beban hidup menggunakan Lokomotif

terberat yaitu BB 204 memiliki berat 60ton.

5. Jembatan memiliki panjang 13,46 m danlebar 3,41 m.

1.4 Manfaat PenulisanAdapun manfaat penulisan Tugas akhir

ini adalah :1. Untuk kelancaran Kereta penumpang

Divre II Sumbar. yang akan melintasijembatan tersebut.

2 Untuk perekonomian Kota Padang.3 Dapat menganalisa kekuatan jembatan-

jembatan lainya, dalam menentukantindakan-tindakan perbaikan selanjutnyadari jembatan tersebut.

II. Teori Dasar2.1 Pengertian Jembatan

Jembatan merupakan suatu strukturbangunan pelengkap jalan yangmenghubungkan suatu lintas yang terputusakibat rintangan atau sebab lainnya. Lintasdapat berupa jalan aspal, rel kereta api,tempat pejalan kaki, dan saluran pipa danrintangan dapat berupa sungai, laut, ataupunjurang.Pokok-pokok perencanaan jembatan

1. Kekuatan dan stabiltas konstruksi2. Daya layan3. Keawetan4. Kemudahan pelaksanaan5. Ekonomis6. Bentuk estetika yang baikSecara umum jembatan dapat

diklasifikasikan kedalam beberapa jenisseperti berikut:1. Klasifikasi menurut pemakaiannya,2. Klasifikasi menurut bahan yang dipakai,3. Klasifikasi menurut lokasi jembatan4. Klasifikasi menurut sifat-sifat struktur5. Klasifikasi menurut pemindahan/tetap6. Klasifikasi menurut tahan lama.

2.2 Beban Tekan, Gaya Geser DanMomen Lentur

1. Beban.

Gambar 2.1 Tipe Beban pada BalokKlasifikasi beban :1. Beban terpusat (Concentrated loads)2. Beban Terdistribusi (Distributed Loads)3. Beban merata (Uniform load)4. Beban yang berubah secara linear5. Kopel (Couple)

Gaya geser secara Numerik adalahjumlah aljabar dari semua komponen verticalgaya-gaya luar yang bekerja pada segmenyang terisolasi, tetapi dengan arah yanberlawanan, dinotasikan dengan V

Momen lentur adalah jumlah aljabar darisemua komponen momen gaya luar yangbekerja pada segmen yang terisolasi,dinotasikan dengan M.2.3 Jenis Pembebanan Jembatan

Untuk menghitung dan mempelajaritegangan-tegangan yang terjadi pada setiapbagian jembatan, perlu memperhitunganpembebanan dalam perencanaan menurutPedoman Pembebanan Jembatan Jalan Raya(PPJJR, 1987), Adapun ruang lingkuppembebanan yang mempengarahi

perencanaan konstruksi jembatan adalahsebagai berikut:a. Beban Primer

Beban primer adalah beban yangmerupakan beban utama dalam perhitungantegangan dalam setiap perencanaanjembatan. Adapun yang termasuk bebanprimer adalah sebagai berikut:1. Beban mati

Beban mati adalah semua beban yangberasal dari berat sendiri jembatan ataubagian jembatan yang ditinjau, termasuksegala unsur tambahan yang merupakan satukesatuan tetap dengannya. Dalammenentukan beban mati digunakan nilai beratisi untuk masing-masing bahan bangunan:- Baja tuang .................. 7,85 t/m3- Besi tuang ................... 7,25 t/m3- Kayu ............................ l,00t/m3

2. Beban hidupBeban hidup adalah semua beban yang

berasal dari berat kereta api yang bergerakyang dianggap bekerja pada jembatan. Bebanhidup pada jembatan kereta api merupakanbeban terpusat, dimana beban hidup terberatdari rangkaian KA adalah Lokomotif.Berikut spesifikasi lokomotif di Sumaterabarat.Profil Lokomotif BB 204

Panjang body : 12600 mmLebar body : 2800 mmBerat kosong : 52,8 tonDaya mesin : 1230 HPKecepatan maksimum : 60 km/jam

Profil Lokomotif BB 303Panjang body : 11200 mmLebar body : 2800 mmBerat kosong : 39,6 tonDaya mesin : 1010 HPKecepatan maksimum : 90 km/jam

3. Beban KejutUntuk memperhitungkan pengaruh-

pengaruh getaran dan pengaruh dinamislainnya, tegangan-tegangan akibat bebanLokomotif dikalikan dengan koefisien kejutyang akan memberikan hasil maksimum.6. Beban Sekunder

Beban sekunder adalah beban yangmerupakan beban sementara yang selaludiperhitungkan dalam tegangan pada setiapperencanaan jembatan. Adapun yangtermasuk beban sekunder adalah sebagaiberikut: Beban angin

Besarnya beban angin yang bekerja padabeban angin horizontal terbagi rataadalah sebesar 150 kg/m2

Gaya remBesarnya gaya rem ditinjau sebesar 5 %dari beban "D" tanpa koefiesien kejut.Dengan adanya gaya yang bekerjahorizontal dalam arah sumbu jembatandengan titik tangkap gaya setinggi 1,8 mdiatas muka lantai jembatan.

7. Beban KhususBeban khusus adalah beban yang

merupakan khusus untuk mempertimbangkan

tegangan pada perencanaan jembatan.Adapun gaya-gaya yang mempengaruhibeban khusus adalah gaya sentrifugal, gayatumbuk pada jembatan layang, beban dangaya selama pelaksanaan, gaya akibat aliranair dan tumbukan benda hanyut, serta gayaangkat.2.4 Jembatan Darurat.2.4.1 Rel Bendel

Rel bendel adalah rel yang disusun bolak-balik, jumlahnya 3 batang, membentuksatu kesatuan yang diikat pada bantalandengan begel rel bendel (begel dan siku).Fungsinya :1. konstruksi penggantung2. Jembatan Darurat.

2.4.2 Jembatan DaruratAdalah suatu jembatan yang dibuat

bersifat sementara dimana jembatan tersebutmemenuhi syarat secara teknis untukdilewati.

Baut 19/22 mmBantalan di kip 1 Cm

1067

1200

Klos Kayu

Gambar 2.2 Konstruksi PemasanganJembatan Darurat

Jembatan darurat dibuat biasanya bilajembatan permanen rusak atau dalam

perbaikan sehingga tidak berfungsi secaranormal. Untuk pembuatan jembatan daruratyang perlu diperhatikan adalah pembuatanpangkal/pilar dan jembatan darurat.

Gambar 2.3. Konstruksi Jembatan Daruratyang dipasang Sementara untuk Perkuatan

Jembatan.

Gambar 2.4. Tampak Samping SketKonstruksi Darurat

Gambar 2.5 Tampak Atas Sket KonstruksiDarurat

Gambar 2.6 Potongan I - I Sket KonstruksiDarurat

a) Pangkal/penyangga darurat Pangkal/penyangga darurat dapat dibuat dari :

(1) Stapel bantalan atau perancah besi.(2) Jug glugu(3) Kombinasi dari keduanya tergantung

dan kondisi tanah dan situasi medandimana jembatan tersebut ada.

Jug Glugu

80 8080 80

3 m5 m

Sepatu Glugu

25

16Begel Glugu

23

15

35 510

Sepatu Glugu

55 13

5

10

20

10

Cincin Glugu

Pangkal

8080

Kr 0.00

Gambar 2.7 Pemasangan Jug Glugu danBagiannya

Kekuatan jembatan darurat ditentukanberdasarkan pada 3 (tiga) beban yangditerimanya yaitu:(1) kekuatan terhadap beban tekan ()

_

WMs

dimana : = tegangan yang timbul

Ms = Momen + santakW = Westan momen (logika jembatan)

diijinkanyangtegangan_ (2) Kekuatan terhadap gaya lintang/sesar ( )

_

I xbs xDs

dimana :_ = tegangan sesar yang timbul = tegangan sesar yang diijinkanDs = gaya tintang + santakS = Momen statisI = momen inersiab = ketebalan badan rasuk(3) Kekuatan terhadap beban lentur ()

ff

IE384lq5 4

dimana : = lendutan yang timbul (cm)_f = lendutan yang diijinkanq = beban (t/m atau kg/cm)I = bentang theoritis (cm)E = modulus elastisitas (21*105 kg/cm2)I = momen inersia (cm4)

LL6001.

7501_ dsf

Jembatan darurat bisa dibuat dari jembatanbekas/baru leger-leger dan rel bendel yangdisusun sedemikian rupa sehinggamerupakan jembatan.Apabila jembatan darurat dibuat dari leger-leger yang disusun/dijejer, maka antara leger

yang satu dengan yang lain harus dikopel dandiberi klos merupakan suatu kesatuan yangkuat. Tidak dibenarkan memasang jembatandarurat dengan leger jumlah ganjil. Sutopo2012:62)Catatan :Khusus untuk jembatan darurat dari bekasjembatan dinding plat (yang diambil rasukpokoknya saja) perlu dilengkapi denganwaterpas dan selempang.2.5 Gambangan

Konstruksi landasan yang digunakanuntuk mendukung penyangga darurat terdiridari bantalan kayu uk. 200x22x13 cm yangdisusun berjajar dan rata dengan permukaantanah tegangan tanah ijin ditetapkan = 0,5kg/cm2. Beban yang ditahan olehgambangan:

- beban hidup- berat jembatan- berat penyangga- berat gambangan

Gambar 2.8 Konstruksi Gambangan1. Beban Diatas Gambangan

Apabila beban diatasnya melebihi 12ton maka untuk meneruskan beban agarditerima oleh landasan terbagi merata

terhadap permukaan tanah, pada dasarstapling disusun gambangan yang disatukandengan rel atau propil baja.

= P/ADimana : P = beban (kg) = Kekuatan tanah ( kg/cm)A = Luas bidang yang diperlukan (cm)

Ukuran bantalan = 22 x 13 x 200 cm2.6 Perancah Baja/Temporary Scaffolding

Perancah baja dipergunakan untukpenyanggaan kontruksi darurat, Perancahabaja terbuat dari besi siku 70 x 70 x 7 denganbentuk segiempat dan diperkuat denganpertambatan angin. Satu unit perancah bajaterdiri dari empat keping perancah. Perancahbaja terdiri dari 3 tipe seperti gambardibawah ini.

Gambar 2.9 Dimensi Perancah

Perancah baja hanya mampu menahanbeban secara vertical hingga 125.000 kg/unit.Pemasangan perancah seperti yang terlihatpada gambar, dengan menempatkan perancahtipe I dibagian bawah, terus dilanjutkan keperancah tipe II hingga ke perancah tipe IIItergantung jarak jembatan dengan dasarsungai.

III. Metodologi Penelitian3.1 Metode Penelitian

Untuk penilaian kondisi pengamatankerusakan dilakukan secara visual dan untuktahap awal penelitian penilaian kondisiditekankan untuk sistem bangunan atasjembatan. Perhitungan kerusakan ,menghitung pengaruh kerusakan jembatanterhadap gaya-gaya yang diterima jembatandan factor keamanan jembatan bila dilaluiKA dan tindakan penanggulangan yang akandilakukan.3.2 Prosedur Pemeriksaan1. Mengukur dimensi jembatan (panjang,

lebar)dan melakukan pencatatanterhadap identitas jembatan (jenisstruktur, No Jembatan, KM, tglpemeriksaan)

2. Mengidentifikasi dan membuat sketskomponen jembatan .a. Dimensi dan jumlah rasuk pokok

dan sekunder,b. Dimensi dan jumlah pertambatan

angin,c. Jumlah perletakan/andasd. Panjang jalan rel dan jumlah

bantalan3. Mengukur sub komponen jembatan

yang keropos .a. Dimensi dan sub komponen rasuk

pokok yang keroposb. Dimensi dan sub komponen rasuk

melintang yang keropos

c. Dimensi dan sub komponen rasukmemanjang yang keropos

d. Dimensi dan sub komponenPertambatan angin yang keropos

4. Mendokumentasikan dan mencatatkanhasil pemeriksaan.

5. Menganalisa kekuatan jembatan dengankomponen utama yang keropos terhadapkeamanan jembatan bila dilalui keretaapi.

6. Merencanakan tindakan perkuatanjembatan bila hasil dari analisa jembatantidak mampu menahan beban dari KA.

7. Merencanakan konstruksi jembatandarurat untuk perkuatan jembatan,konstruksi darurat harus kuat dilalui KA.

IV. Analisa Dan Perencanaan4.1. Analisa Kekuatan Jembatan KA no. 36.

Gambar 4.1 Jembatan KA no 36 Existing

Gambar 4.2 Jembatan KA no 36 Kondisi Baru

Gambar 4.3. Tampak Atas Jembatan KA no 36

Gambar 4.4 Tampak Depan Jembatan KA no 364.1. 1. Analisa Rasuk Memanjang

Gambar 4.5 Bagian-bagian Jembatan no. 36

Syarat-syarat perencanaan jembatan untukbatang lentur adalah sebagai berikut :a. Lendutan = max < ijinb. Tahanan = terjadi < ijinc. Geser =terjadi < 0,58

Jalan rel antara Padang sampai Muara selesaidibangun tahun 1891. Berdasarkan bukuPerjana seri 2012 kualitas bahan yangdipergunakan untuk jembatan kereta api

Rasuk Utama

Rasuk melintang

Rasuk memanjang

secara garis besar sebelum tahun 1900mengunakan Wrought Iron (besipotong/cetak), Bassemer steel dan bahan bajalainnya (Baja BJ 33) dengan karakteristiksebagai berikut :Tegangan luluh baja l = 200 Mpa = 2000 kg/cm2Tegangan ijin bajaijin = 133 Mpa = 1333 kg/cm2

1. Perhitungan beban, gaya geser danmomen lentur pada rasuk memanjang

Akibat Beban Mati Berat bantalan kayu = 1.54 btg x 88 kg/m = 135,52 kg/m Berat rel R 33 = 2 btg x 33 kg/m = 66 kg/m Berat Rasuk Memanjang = 2 btg x 76 kg/m = 152 kg/m

qDL = 353,52 kg/mMaka beban mati untuk satu batang rasukmemanjang :

x qDL = 176,76 kg/m

Gambar 4.6 Reaksi Tumpuan Rasuk MemanjangAkibat Beban Mati

Reaksi tumpuan akibat beban mati (R DL) :R DL = x qDL x L

= x 176,76 kg/m x 3,24 m= 286. 35 kg

Gaya geser maximum akibat beban mati(Dmax DL) :Dmax DL = x qDL x L

= x 176,76 kg/m x 3,24 m= 286. 35 kg

Momen maksimum akibat beban mati(Mmax DL) :Mmax DL = 1/8 x qDL x L2

= 1/8 x 176,76 kg/m x (3,24 m)2= 231,94 kgm

Akibat beban hidupBeban hidup yang bekerja adalah bebanlokomotif dan kereta penumpang. Untukbeban hidup diambil beban lokomotifterberta yaitu Lokomotif jenis BB 204dengan spesifikasi :- Panjang Lok : 11,2 m- Berat lok : 60.000 kg- Jarak Gandar : 2,28 m- Jarak gandar depan/belakang : 6,36 m- Diameter roda lok : 0,9 mUntuk menentukan gaya-gaya maksimumyang kemungkinan terjadi pada rasukmemanjang dengan mengambil beban hidupterberat yaitu lokomotif BB 204 adalah:

Gambar 4.7 Beban Gandar Lokomotif BB 204Maka gaya dalam yang terjadi untuk saturasuk memanjang :

Gambar 4.8 Reaksi Tumpuan RasukMemanjang Akibat Beban Hidup

Reaksi tumpuan akibat beban hidup (RLL) :R LL = ( x PLLtot)

= ( x (7500+7500) kg= 7500 kg

Gaya geser maximum akibat beban hidup(Dmax LL) :Dmax LL = ( x PLLtot)

= ( x (7500+7500) kg= 7500 kg

Momen maksimum akibat beban hidup(Mmax LL) :Mmax LL = (1/4 x PLLtot x L)

= (1/4 x (7500+7500)kg x 3.24 m)= 12150 kg.m

Reaksi tumpuan total rasuk memanjang :R tot = R DL + R LL

= 286.35 kg + 7500 kg= 7786,35 kg

Gaya geser total pada rasuk memanjang :Dtot = D DL + D LL

= 286.35 kg + 7500 kg= 7786,35 kg

Momen total pada rasuk memanjang :Mtot = M DL + M LL

= 231.94 kg.m + 12150 kg.m= 12381,94 kg.m

2) Pendimensian Profil rasuk memanjangMtot = 12381,94 kgm = 1238194,45 kgcm

Bj 33 = 1333 kg/cm2

Wx =

= 1238194,45 = 928,87 cm3Profil yang digunakan pada rasukmemanjang jembatan KA no 36 Alang

laweh adalah baja profil I = 360 x 143 x 13x 19,5

h = 360 mm Ix = 19610 cm4

b = 143 mm Iy = 818 cm4

t1 = 13 mm ix = 14,2 cm

t2 = 19,5 mm iy = 2,9 cm

F = 97,1 cm2 Wx = 1090 cm3

q = 76,2 kg/m Wy = 114 cm3

3) Kontrol terhadap bahan dan tegangana. Kontrol terhadap lendutan ( )

Lendutan = < izinmax = +