BAB VI

PENAMBAT REL

1. TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUM

Setelah mempelajari pokok bahasan ini, mahasiswa diharapkan mampu :

1. Mengetahui pengertian, fungsi, bentuk dan sifat penambat reluntuk struktur jalan rel.

2. Mengetahui berbagai jenis penambat untuk perencanaan tipejalan rel yang sesuai PD 10 tahun 1986.

2. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS

Setelah mempelajari pokok bahasan ini, diharapkan mahasiswa mampu :1. Mengetahui pengertian dan fungsi penambat rel.2. Mengetahui klasifikasi dan jenis penambat rel yang

digunakan di Indonesia.3. Menjelaskan spesifikasi penambat rel untuk struktur jalan

rel yang terkait dengan perencanaan stabilitas dankeamanan.

4. Menghitung gaya lateral yang diperlukan untuk pemasangansesuai dengan jenis rel dan bantalan.

A. PENGERTIAN UMUM

Penambat rel merupakan suatu komponen yang menambatkan relpada bantalan sedemikian sehingga kedudukan rel menjadi kokohdan kuat. Kedudukan rel dapat bergeser diakibatkan olehpergerakan dinamis roda kereta yang bergerak di atas rel.Pergerakan dinamis roda dapat mengakibatkan gaya lateral yangbesar. Oleh karena itu, kekuatan penambat sangat diperlukanuntuk dapat mengeliminasi gaya ini. Jenis penambatdigolongkan berdasarkan karakteristik perkuatan yangdihasilkan dari sistem penambat yang digunakan. Berikut inidijelaskan faktor-faktor yang dipertimbangkan dalam penggunaanpenambat, sejarah penggunaan penambat dan jenis-jenis penambat

Bab VI Penambat Rel

yang hingga saat ini masih digunakan di Indonesia dan beberapanegara lainnya.

B. PERTIMBANGAN DALAM PENGGUNAAN PENAMBAT

1. Faktor-Faktor Penggunaan Penambat

Penggunaan jenis penambat ditentukan oleh pertimbanganbeberapa faktor-faktor yang dominan berikut ini :

a. Pengalaman pemakaian, terkait dengan catatan teknispemakaian.

b. Besarnya gaya jepit (clamping force) yang dihasilkan olehpenambat.

c. Besarnya nilai rangkak (creep resistance) yang dihasilkan olehpenambat.

d. Kemudahan dalam perawatan penambat.e. Pemakaian kembali (re-use) penambat jika rel diganti

dimensinya, artinya pembongkaran dan pemasangan kembalipenambat dapat dilakukan tanpa merusak struktur penambattersebut.

f. Umur penambat.g. Harga penambat.h. Selain itu, masih terdapat faktor-faktor lain yang sifatnya

sebagai pertimbangan lain (tidak dominan).

2. Persyaratan Teknis Penambat

a. Gaya jepit harus kuat untuk menjamin gaya tahan rel padabantalan lebih besar daripada gaya tahan rangkak bantalanpada stabilitas dasar balas.

b. Gaya jepit penambat dapat bertahan lama, meskipun alat jepittidak dapat dihindarkan dari adanya kelonggaran dan keausanpada pelat andas maupun angker akibat dari menahan getaranyang berterusan.

c. Frekuensi getaran alami (natural frequency) penambat padadasarnya harus lebih besar dari frekuensi getaran alami relsupaya dapat mencegah setiap kehilangan kontak antarapenambat dengan rel selama lalu lintas melalui jalan rel.

d. Bahan material penambat harus mempunyai kualitas yang baikagar dapat mempertahankan kekenyalan penambat dalam jangkawaktu lama.

e. Teknologi pemasangan rel dan penambat sebaiknya dilakukansecara cepat baik secara mekanik sederhana maupun manual.

63

Prasarana Transportasi Jalan RelJurusan Teknik Sipil UMY

f. Penyetelan penambat sebaiknya dilakukan secara cepat danmudah, serta diusahakan dapat dilakukan oleh petugas selainteknisi.

g. Penambat cukup mampu dan kuat sebagai penggabungan susunanisolasi listrik dan mudah diganti bila rusak.

h. Penambat mempunyai alas karet yang dapat mencegah rangkakrel, meredam tegangan vertikal yang bekerja ke bawah danmelindungi permukaan bantalan serta mempunyai tahanan dayatahan listrik yang cukup untuk pemisahan rel dari bantalan

C. SEJARAH PENGGUNAAN PENAMBAT REL

Pada awalnya penambat yang digunakanuntuk menahan rel di atas permukaanbantalan kayu masih menggunakankonstruksi yang dipasang secara langsungdengan menggunakan paku (dog-spike), danuntuk mengatasi gaya muai rel, diberikancelah (gap) yang cukup dan memakai alatanti creeps yang dipasang di kaki rel untukpanjang rel maksimum 6,8 meter.

Penggunaan paku sudah tidak sesuai lagi,ketika tuntutan suatu sistem penambatyang mampu menahan pergerakan kendaraanrel yang semakin cepat dan berat.Penambat paku sering terdesak dan kendorsehingga jarak sepur menjadi semakinlebar, selain itu, sering terjadibantalan kayu yang patah pada kedudukanrel. Untuk mengatasi masalah ini,digunakan penambat jenis tirpon (Gambar6.1), sedangkan untuk mengatasi tegangankontak yang besar di antara kaki rel danbantalan digunakan pelat andas (Gambar 6.2)untuk memperbesar luas permukaan kontakyang berimplikasipada tegangan kontakyang semakin rendah.

Dengan semakin tinggi tuntutan suatusistem penambat yang mampu menahan gayaakibat beban gandar yang tinggi, gayadesak akibat pergerakan kereta yang

64

Penggunaan penambat dog-spike

Penggunaan penambat tirpon dan pelat andas

Keterbatasan penggunaan penambat tirpon dan pelat andas

Bab VI Penambat Rel

semakin cepat dan penggunaan rel yangsemakin panjang, maka penggunaan tirponmenjadi semakin terbatas. Untukcontohnya, kecepatan kereta 120 kph,vibrasi rel dapat mencapai 100 gram, danpada kecepatan 330 kph,percepatanvibrasinya mencapai 305 gram. Padakondisi ini, penambat tirpon menjaditerdesak, kendor (tidak mampu menahangaya akibat perubahan suhu tetapi masihmampu menahan gaya lateral) danselanjutnya tercabut dari bantalan.Kondisi ini akan mengakibatkan kerusakanpada rel dan geometric jalan rel yangdapat mengurangi keamanan dan kenyamanankereta api.

Untuk mengatasi hal tersebut, digunakanpenambat elastis (elastic fastening).Penambat elastis, selain mampu menahangetaran, juga dapat menghasilkan gayajepit (clamping force) yang tinggi sehinggadapat memberikan perlawanan gaya rangkak(creep resistance) yang baik (Gambar 6.3).Penambat elastis menurut sistempenambatnya dibagi dalam dua kelompokyaitu penambat elastik tunggal danpenambat elastik ganda. Penjelasan keduajenis penambat ini diberikan padapembahasan jenis penambat.

D. JENIS PENAMBAT

Saat ini jenis penambat dibedakan menurut sistem perkuatanpenambatan yang diberikan pada rel terhadap bantalan, yaitu: Penambat Kaku, yang terdiri dari mur dan baut namun dapat

juga ditambahkan pelat andas, biasanya dipasang padabantalan besi dan kayu. Sistem perkuatannya terdapat padaklem plat yang kaku.

Penambat Elastik, penggunaannya dibagi dalam dua jenis,yaitu penambat elastik tunggal yang terdiri dari pelatandas, pelat atau batang jepit elastik, tirpon, mur danbaut, dimana kekuatan jepitnya terletak pada batang jepit

65

Penggunaan penambat elastis tunggal dan elastis ganda

Prasarana Transportasi Jalan RelJurusan Teknik Sipil UMY

elastik. Penambat elastik tunggal ini biasanya digunakanpada bantalan besi atau kayu. Adapun jenis yang keduaadalah penambat elastik ganda yang terdiri dari pelat andas,pelat atau batang jepit, alas rel, tirpon, mur dan baut,Kekuatan jepitnya terletak pada batang elastis dan biasanyadigunakan pada bantalan beton. Penggunaan pada bantalanbenton, tidak menggunakan pelat andas melainkan las karet(rubber pad) yang tebalnya disesuaikan dengan kecepatankereta api. Pada umumnya, penambat elastik juga dapatdibedakan menurut daya jepit yang dihasilkan, yaitu Daya JepitLangsung, misalnya : Pandrol, DE, Dorken, First BTR, danDaya Jepit Tak Langsung (dihasilkan oleh bantalan terhadap mur-baut atau tirpon), misalnya F-type dan Nabla.

Gambar 6.1 Contoh penambat TIRPON TA untuk R-25

66

Bab VI Penambat Rel

Gambar 6.2 Contoh Pelat Andas Tipe A untuk R-25

Gambar 6.3 Anti Creeps untuk R-33.

Penambat elastis digunakan secara besar-besaran saat ini,untuk memenuhi kebutuhan angkutan kereta api yang cepatdan berat. Komponen Clamping force dan Torsional Resistancedalam penambat elastis menjadi sangat penting karenadapat mengikat rel secara baik pada bantalan menjadi satukesatuan yang dapat menahan gaya-gaya yang bekerja padapenambat. Besarnya gaya jepit penambat dalah faktor yangutama dalam menentukan jenis penambat. Kekuatan jepitpenambat diperoleh dari deformasi saat pemasanganpenambat pada rel dan pada umumnya diambil deformasisebesar 10 mm.

Dalam PD. No.10 Tahun 1986, penggunaan penambat elastisdibagi menurut kelas jalan (kecepatan maksimum), yaitu :

Tabel 6.1 Penggunaan Alat Penambat Elastik sesuai KelasJalan

67

Prasarana Transportasi Jalan RelJurusan Teknik Sipil UMY

Kelas Jalan Jenis AlatPenambat

I

II

III

IV

V

Elastik Ganda

Elastik Ganda

Elastik Ganda

Elastik Tunggal

Elastik Tunggal Sumber : Peraturan Dinas No.10 Tahun 1986

Kedua jenis penambat (kaku dan elastik) ini mempunyai berbagaihal paten tersendiri dan metode penjepitan ke bantalan yangdapat berupa gaya tarikan (pull out) dan bending maupun torsi.

E. KLASIFIKASI TEKNIS BEBERAPA JENIS PENAMBAT

Beberapa klasifikasi teknis penambat diberikan dalampenjelasan berikut ini:

a. Tipe Pandrol Elastik (Gambar 6.4 – 6.8)

1. Berbentuk batangan besi dengan diameter 19 mm berbentukulir/spiral,

2. Clamping Force tinggi (hingga mencapai 600 kgf),3. Tidak berisik ketika kendaraan rel melewati bantalan,4. Mudah dalam pekerjaan pemasangan,5. Kuat dan tidak mudah lepas,6. Jumlah komponen sedikit/sederhana,

(a). Pandrol Clips Tipe e (b). Pandrol ClipsTipe PR

68

Bab VI Penambat Rel

Gambar 6.4 Contoh penambat tipe Pandrol Elastik

Gambar 6.5 Penambat tipe Pandrol Elastik pada Bantalan Kayu

Gambar 6.6 Penambat tipe Pandrol Elastik pada Bantalan Beton

69

Prasarana Transportasi Jalan RelJurusan Teknik Sipil UMY

Gambar 6.7 Penambat tipe Pandrol Elastik pada Bantalan Baja

Gambar 6.8 Penambat tipe Pandrol Elastik pada Slab Beton

b. Tipe Doorken atau Rail Spike (Gambar 6.9)

Alat penambat Doorken dibedakan menjadi dua yaitu JenisTunggal (Single Rail Spike) dan Jenis Ganda (Double Rail Spike), dengannilai clamping force masing-masing sebesar 475 kgf (tunggal)dan 850 kgf (ganda).

70

Bab VI Penambat Rel

(a) Single Rail Spike (b) Double Rail Spike

Gambar 6.9 Alat penambat Tipe Doorken atau Rail Spike

c. Tipe DE Spring Clips (Gambar 6.10 – 6.13)

Alat penambat DE spring clips ini memiliki keuntungan sebagaiberikut :1. Clamping force mencapai lebih dari 1000 kgf (Gambar 6.13) 2. Dapat melawan gaya puntiran (torsional force),3. Penambat dapat memiliki sifat double elastic karena menggunakan

alas karet (rubber pad) dalam sistemnya,4. Komponenya tidak banyak dan sederhana.

Gambar 6.10 Alat penambat DE clips

71

Prasarana Transportasi Jalan RelJurusan Teknik Sipil UMY

Gambar 6.11 Alat penambat DE clips yang dipasang padabantalan beton

Gambar 6.12 Penambat DE pada bantalan besi Gambar 6.13 Clamping Force DE.

d. Tipe Pandrol Fast Clips (Gambar 6.14)

72

Bab VI Penambat Rel

Gambar 6.14 Tipe Pandrol Fastclips

F. PERHITUNGAN GAYA LATERAL PADA PENAMBAT

a. Kerusakan Jalan Rel Akibat Gaya Lateral

Gaya lateral yang merusak penambat rel dapat melalui tigamekanisme yaitu : Push out, dimana gaya mendorong alat penambat ke arah lateral

yang menyebabkan melebarnya lebar sepur, Pergeseran struktur di atas balas, Pull out, dimana alat penambat tercabut dan tertarik/terangkat

ke luar.

Kemungkinan (probablilitas) kejadian terdesak dan bergesernyaalat penambat dan struktur jalan rel akibat gaya lateralsangat besar, sedangkan kejadian tercabutnya penambat biasanyasangat jarang terjadi.

Gaya push out pada sistem penambat rel dapat diperhitungkanberdasarkan persamaan berikut ini.

1. Kekuatan terhadap Terdesaknya Penambat (push out)

73

Prasarana Transportasi Jalan RelJurusan Teknik Sipil UMY

Gambar 6.15 Gaya-gaya tahanan terhadap gaya lateral

H = 2 (6.1)

2. Kekuatan terhadap Pergerakan Bantalan di atas Balas

H + H' = (6.2)

= (6.3)

= (6.4)

* = (6.5)

dimana :

EIX : Kekakuan vertikal rel (kg/cm2)EIy : Kekakuan lateral rel (kg/cm2)a : Jarak bantalanD : Gaya untuk menekan rel sehingga jalan rel berdefleksisatu satuan (kg/cm) : Konstanta pegas arah lateral dari rel terhadap gayavertikal (cm-1) W : Tekanan pada roda rata-rata (kg)W,W' : Tahanan roda (kg) lihat Gambar 6.15H,H' : Tahanan lateral (kg) lihat Gambar 6.15k* : Konstanta pegas arah lateral dari bantalan (kg/cm) : Koefisien gesekan antara balas dan bantalan : Koefisien gesekan antara rel dan bantalanSn : Gaya untuk mencabut paku (kg/buah)

74

Bab VI Penambat Rel

T : Gaya gesekan bantalan dan balas (200 kg/bantalan)

Harga-harga konstanta menurut JNR :

= 4,5 - 5 cm-1

= 0,6 – 0,72 (biasanya dipakai 0,6) = 0,65 – 0,88 (dipakai 0,65)D = 20.000 kg/cmk* = 400.000 – 1.000.000 kg/cm (dipakai 500.000 kg/cm)Sn = 260 – 1700 kg/buah (dipakai 700 kg/buah) F1 (1) = Gunakan koefisien dari Tabel F1 terhadap 1 1()1 = Gunakan koefisien dari Grafik 1 terhadap dan 1

b. Batas Gaya Lateral

Batas gaya lateral yang menyebabkan terlepasnya tirpon daribantalan dapat dijelaskan sebagai berikut :1. Batas Primer : gaya lateral bekerja hanya seketika keadaan

jalan masih baik (lebar sepur masih baik dan belum terdapatpergeseran jalan rel).

2. Batas Sekunder : gaya yang bekerja terjadi setelah lebarsepur berubah atau jalan telah bergeser.

Besarnya gaya-gaya tersebut dapat ditentukan dengan syaratberikut ini :

1. Pelebaran sepur (push out)

Batas Primer : Q 2,9 + 0,3 P, dengan pelat andasQ 1,8 + 0,3 P, tanpa pelat andas

Batas Sekunder : Q 1,9 + 0,3 P, dengan pelat andasQ 1,2 + 0,3 P, tanpa pelat andas

2. Pelebaran sepur (push out)

Batas Primer : (Q1 – Q2) 1 + 0,35 (P1 + P2)Batas Sekunder : (Q1 – Q2) 0,85 {1 + 0,35 (P1 + P2)}Alur Perhitungan Gaya Lateral terhadap Penambat :

75

Prasarana Transportasi Jalan RelJurusan Teknik Sipil UMY

G. LATIHAN SOAL

1. Jika diketahui struktur jalan rel menggunakan bantalan kayudengan kelas kuat I ( = 100 kg/cm2), dengan penambatTirpon yang berdiameter 1,8 cm dan panjang 12 cm, beban rodakendaraan diketahui sebesar 9000 kg dan tipe rel yangdigunakan R-54 dengan jarak bantalan 60 cm. Tentukan apakahtirpon perlu penambahan pelat andas atau tidak perlu !

2. Buatlah essay yang memuat perbandingan jenis-jenis penambatrel yang pernah dan yang saat ini sedang digunakan diIndonesia, mulai dari penambat kaku hingga berelastik ganda.

Mulai

Data Bantalan :Jenis BantalanJarak BantalanKuat Dukung ()

Data Rel :Jenis RelDimensi Rel (Inersia)

Data Penambat : diameter & panjang.

Data Beban :Beban RodaGaya untuk Menekan Rel shg terjadi defleksi (D)

Penentuan Nilai-Nilai Koefisien Kekuatan Terdesak Penambat :

, dan *

F1 (1), F1 (*) dan 1()1

(diambil dari tabel/grafik)

Tentukan Nilai :

H dan H + H’

Tentukan Nilai Kuat Penambat :

Pk = * Fn

Tentukan Nilai Q

Jika H < Q tidak terjadi pencabutan penambat

Selesai

76

Bab VI Penambat Rel

Berilah ulasan keunggulan dan batasan pemakaian pada masing-masing penambat !

3. Buatlah essay beberapa contoh teknologi penambat yangdigunakan di luar negeri !

H. DAFTAR PUSTAKA

1. Esveld, C. 1989. Modern Railway Track. MRT Publication.Germany.

2. Hay, W.W. 1982. Railroad Engineering. Second Edition. Wiley.3. Hidayat, H. & Rachmadi. 2001. Rekayasa Jalan Rel. Catatan

Kuliah. Penerbit ITB. Bandung.4. PJKA. 1986. Perencanaan Konstruksi Jalan Rel (Peraturan

Dinas No.10). Bandung. 5. PJKA. 1986. Penjelasan Perencanaan Konstruksi Jalan Rel

(Penjelasan Peraturan Dinas No.10). Bandung.

77