Struktur Perkerasan Jalur Kereta Api

Pembangunan jalur rel kereta api berbeda dengan jalan pada umumnya. Jika struktur jalan raya menggunakan material pokok berupa aspal, maka Jalur kereta api menggunakan rel sebagai komponen utama.

Cakupan Prasarana Kereta Api

Berdasarkan UU No.13 Tahun 1992 yang tertuang dalam Bab I Pasal 1 ayat 7, prasarana kereta api adalah jalur dan stasiun kereta api termasuk fasilitas yang diperlukan agar sarana kereta api dapat dioperasikan. Fasilitas penunjang kereta api adalah segala sesuatu yang melengkapi penyelenggaraan angkutan kereta api yang dapat memberikan kemudahan serta kenyamanan bagi pengguna jasa angkutan kereta api. Prasarana kereta api lebih terperinci lagi dapat digolongkan sebagai:

1. Jalur atau jalan rel,
2. Bangunan stasiun,
3. Jembatan,
4. Sinyal dan telekomunikasi.

Untuk kajian di bidang ketekniksipilan, lebih banyak terfokus kepada prasarana kereta api pada pembangunan jalur atau jalan rel, bangunan stasiun dan jembatan. Meskipun demikuan, dalam lingkup kajian prasarana transportasi disini, pembahasan materi studi lebih ditumpukan kepada perencanaan, pembangunan dan pemeliharaan prasarana jalur dan jalan rel.

Definisi Struktur Jalan Rel

Struktur jalan rel merupakan suatu konstruksi yang direncanakan sebagai prasarana atau infrastruktur perjalanan kereta api.

Secara konstruksi, jalan rel dibagi dalam dua bentuk konstruksi, yaitu:

• Jalan rel dalam konstruksi timbunan, jalan rel dalam konstruksi timbunan biasanya terdapat pada daerah persawahan atau daerah rawa
  

• Jalan rel dalam konstruksi galian, umumnya terdapat pada medan pegunungan.

Komponen Struktur Jalan Rel

Struktur jalan rel dibagi ke dalam dua bagian struktur yang terdiri dari kumpulan komponen-komponen jalan rel yaitu:

1. Struktur bagian atas, atau dikenal sebagai superstructure yang terdiri dari komponen-komponen seperti rel (rail), penambat (fastening) dan bantalan (sleeper, tie).
2. Struktur bagian bawah, atau dikenali sebagai substructure, yang terdiri dari komponen balas (ballast), subbalas (subballast), tanah dasar (improve subgrade) dan tanah asli (natural ground). Tanah dasar merupakan lapisan tanah di bawah subbalas yang berasal dari tanah asli tempatan atau tanah yang didatangkan (jika kondisi tanah asli tidak baik), dan telah mendapatkan perlakuan pemadatan (compaction) atau diberikan perlakuan khusus (treatment). Pada kondisi tertentu, balas juga dapat disusun dalam dua lapisan, yaitu : balas atas (top ballast) dan balas bawah (bottom ballast).

Struktur Jalan Rel Beserta Sistem Komponen Penyusunnya

1. Timbunan Tanah / Tanah Dasar (Subgrade)

Jalur Kereta api disyaratkan tidak memiliki Tingkat kelandaian lebih dari 25 permil. Itulah sebabnya konstruksi jalur rel kereta api memerlukan timbunan tanah atau galian tanah.  Lapisan timbunan tanah ini harus memiliki tingkat kepadatan yang diisyaratkan dengan tinggi timbunan menyesuaikan elevasi rencana top rail. Biasanya kemiringan timbunan tanah menggunakan perbandingan 1:1,5 atau 1:2 tergantung desain. Setiap tinggi 5 m diberi bordes datar 1-2 m. 

2. Lapisan Pondasi Bawah atau Lapisan Subbalas (Subballast)

Lapisan diantara lapisan balas dan lapisan tanah dasar adalah lapisan subbalast. Lapisan ini berfungsi sebagaimana lapisan balasr, diantaranya mengurangi tekanan di bawah balas sehingga dapat didistribusikan kepada lapisan tanah dasar sesuai dengan tingkatannya. Tebal minimum subbalas adalah 150 mm. 

3. Lapisan Fondasi Atas atau Lapisan Balas (Ballast)

Konstruksi lapisan balas terdiri dari material granular/butiran dan diletakkan sebagai lapisan permukaan (atas) dari konstruksi substruktur. Material balas yang baik berasal dari batuan yang bersudut, pecah, keras, bergradasi yang sama, bebas dari debu dan kotoran dan tidak pipih (prone). Meskipun demikian, pada kenyataannya, klasifikasi butiran di atas sukar untuk diperoleh/dipertahankan, oleh yang demikian, permasalahan pemilihan material balas yang ekonomis dan memungkinkan secara teknis masih mendapat perhatian dalam kajian dan penelitian. Lapisan balas berfungsi untuk menahan gaya vertikal (cabut/uplift), lateral dan longitudinal yang dibebankan kepada bantalan sehingga bantalan dapat mempertahankan jalan rel pada posisi yang disyaratkan.

4. Bantalan (Sleeper)

Bantalan rel (sleepers) dipasang sebagai landasan dimana batang rel diletakkan dan ditambatkan. Berfungsi untuk 

1. Meletakkan dan menambat batang rel, 
2. Menjaga kelebaran trek (track gauge, adalah ukuran lebar trek, rel Indonesia memiliki track gauge 1067 mm) agar selalu konstan, dengan kata lain agar batang rel tidak meregang atau menyempit, 
3. Menumpu batang rel agar tidak melengkung ke bawah saat dilewati rangkaian KA, sekaligus 
4. Mentransfer axle load yang diterima dari batang rel dan plat landas untuk disebarkan ke lapisan batu ballast di bawahnya.

Ada tiga jenis bantalan, yakni :

• Bantalan Kayu (Timber Sleepers)
• Bantalan Plat Besi (Steel Sleepers)
• Bantalan Beton Bertulang (Concrete Sleepers)

Saat ini bantalan banyak menggunakan struktur beton. Berbeda dengan masa lampau masih menggunakan kayu sebagai bantalan. Bantalan dipasang diatas Balas secara melintang dengan jarak sekitar 0,6 m antar bantalan. Mutu beton yang digunakan cukup tinggi antara K350 atau K400. Di dalam bantalan diberi tulangan prategang. struktur bantalan ini disebut juga Pre-Tension Concrete Sleeper.

5. Penambat (Fastening System)

Untuk menghubungkan diantara bantalan dengan rel digunakan suatu sistem penambat yang jenis dan bentuknya bervariasi sesuai dengan jenis bantalan yang digunakan serta klasifikasi jalan rel yang harus dilayani.

6. Plat Landas

Pada bantalan kayu maupun besi, di antara batang rel dengan bantalan dipasangi Tie Plate (plat landas), semacam plat tipis berbahan besi tempat diletakkannya batang rel sekaligus sebagai lubang tempat dipasangnya Penambat (Spike). 

Sedangkan pada bantalan beton, dipasangi Rubber Pad, sama seperti Tie Plate, tapi berbahan plastik atau karet dan fungsinya hanya sebagai landasan rel, sedangkan lubang/tempat dipasangnya penambat umumnya terpisah dari rubber pad karena telah melekat pada beton. 

Fungsi plat landas selain sebagai tempat perletakan batang rel dan juga lubang penambat, juga untuk melindungi permukaan bantalan dari kerusakan karena tindihan batang rel, dan sekaligus untuk mentransfer axle load yang diterima dari rel di atasnya ke bantalan yang ada tepat dibawahnya.

7. Plat Penyambung Rel

Merupakan plat besi dengan panjang sekitar 50-60 cm, yang berfungsi untuk menyambung dua segmen/potongan batang rel. Pada plat tersebut terdapat 4 atau 6 lubang untuk tempat skrup/baut (Bolt) penyambung serta mur-nya (Nut). 

Batang rel biasanya hanya memiliki panjang sekitar 20-25 meter tiap potongnya, sehingga perlu komponen penyambung berupa plat besi penyambung beserta bautnya. 

Pada setiap sambungan rel, terdapat celah pemuaian (Expansion Space), Penyambungan rel menggunakan komponen komponen di atas dikenal sebagai Metode Sambungan Tradisional (Conventional Jointed Rails).

Sedangkan dewasa ini telah dikenal metode penyambungan rel dengan Las Termit, yang disebut dengan Continuous Welded Rails (CWR). Dengan metode CWR, tiap 2 sampai 4 potong batang rel dapat dilas menjadi satu rel yang panjang tanpa diberi celah pemuaian, sehingga  tiap CWR memiliki panjang sekitar 40-100 m.

8. Rail Anchor

Satu lagi komponen trek rel KA yakni rail anchor (anti creep). Rail anchor digunakan pada rel yang disambung secara CWR. Fungsinya untuk menahan gerakan pemuaian batang rel, karena pada sambungan CWR tidak terdapat celah pemuaian. 

Rail anchor dipasang di bawah permukaan batang rel tepat disamping bantalan agar dapat menahan gerakan pemuaian rel. Rail anchor tidak dipasang pada rel yang ditambat dengan penambat elastic, karena fungsinya sama seperti penambat elastis, yakni untuk mencegah gerakan pemuaian batang rel. Jadi, rail anchor dipasang bersama dengan penambat kaku pada bantalan kayu atau besi.

9. Rel (Rail)

Rel merupakan Salah satu komponen utama yang berkontak langsung dengan kereta. Terbuat dari material baja . Rel menopang langsung di atas bantalan yang diikat dengan penambat rel. Pada Umumnya lebar rel yang sering digunakan di Indonesia adalah 1067 mm dan 1435 mm.

Batang rel terbuat dari besi ataupun baja bertekanan tinggi, dan juga mengandung karbon, mangan, dan silikon. Batang rel khusus dibuat agar dapat menahan beban berat (axle load) dari rangkaian KA yang berjalan di atasnya. Inilah komponen yang pertama kalinya menerima transfer berat (axle load) dari rangkaian KA yang lewat. 

Tiap potongan (segmen) batang rel memiliki panjang 20-25 m untuk rel modern, sedangkan untuk rel lama panjangnya hanya 5-15 m tiap segmen. Batang rel dibedakan menjadi beberapa tipe berdasarkan berat batangan per meter panjangnya. Di Indonesia dikenal 4 macam batang rel, yakni R25, R33, R42, dan R54 yang menggambarkan berat dan ketebalan batang tersebut.

Kriteria Struktur Jalan Rel

1. Kekakuan (Stiffness)

Kekakuan struktur untuk menjaga deformasi vertikal dimana deformasi vertikal yang diakibatkan oleh distribusi beban lalu lintas kereta api merupakan indikator utama dari umur, kekuatan dan kualitas jalan rel. Deformasi vertikal yang berlebihan akan menyebabkan geometrik jalan rel tidak baik dan keausan yang besar diantara komponen-komponen struktur jalan rel.

 

2. Elastisitas (Elastic/Resilience)

Elastisitas diperlukan untuk kenyamanan perjalanan kereta api, menjaga patahnya as roda, meredam kejut, impact, getaran vertikal. Jika struktur jalan rel terlalu kaku, misalnya dengan pemakaian bantalan beton,maka untuk menjamin keelastikan struktur dapat menggunakan pelat karet (rubber pads) di bawah kaki rel.

 

3. Ketahanan terhadap Deformasi Tetap

Deformasi vertikal yang berlebihan akan cenderung menjadi deformasi tetap sehingga geometrik jalan rel (ketidakrataan vertikal, horisontal dan puntir) menjadi tidak baik, yang pada akhirnya kenyamanan dan keamanan terganggu.

 

4. Stabilitas

Jalan rel yang stabil dapat mempertahankan struktur jalan pada posisi yang tetap/semula (vertikal dan horisontal) setelah pembebanan terjadi. Untuk ini diperlukan balas dengan mutu dan kepadatan yang baik, bantalan dengan penambat yang selalu terikat dan drainasi yang baik.

 

5. Kemudahan untuk Pengaturan dan Pemeliharaan (Adjustability)

Jalan rel harus memiliki sifat dan kemudahan dalam pengaturan dan pemeliharaan sehingga dapat dikembalikan ke posisi geometrik dan struktur jalan rel yang benar jika terjadi perubahan geometri akibat beban yang berjalan.

Klasifikasi Jalan Rel Menurut PD.10 Tahun 1986

Secara umum jalan rel dibedakan menurut beberapa klasifikasi, antara lain:

1. Penggolongan menurut Lebar Sepur

Lebar sepur merupakan jarak terkecil diantara kedua sisi kepala rel, diukur pada daerah 0 – 14 mm di bawah permukaan teratas kepala rel.

Ukuran Lebar Sepur pada Struktur Jalan Rel

• Sepur Standar (standard gauge), lebar sepur 1435 mm, digunakan di negara-negara Eropa, Turki, Iran, USA dan Jepang.
• Sepur Lebar (broael gauge), lebar sepur > 1435 mm, digunakan pada negara Finlandia, Rusia (1524 mm), Spanyol, Pakistan, Portugal dan India (1676 mm).
• Sepur Sempit (narrow gauge), lebar sepur < 1435 mm, digunakan di negara Indonesia, Amerika Latin, Jepang, Afrika Selatan (1067 mm), Malaysia, Birma, Thailand, dan Kamboja (1000 mm).

2. Penggolongan Kelas Jalan Rel Menurut Kecepatan Maksimum yang Diijinkan untuk Indonesia

• Kelas Jalan I: 120 km/jam
• Kelas Jalan II : 110 km/jam
• Kelas Jalan III : 100 km/jam
• Kelas Jalan IV : 90 km/jam
• Kelas Jalan V : 80 km/jam

3. Penggolongan Kelas Jalan Rel Menurut Daya Lintas Kereta Api (juta ton/tahun) yang Diijinkan untuk Indonesia

Tabel Penggolongan Kelas Jalan Rel Menurut Daya Lintas Kereta Api (juta ton/tahun) yang diijinkan untuk Indonesia

4. Penggolongan Berdasarkan Kelandaian (Tanjakan) Jalan

• Lintas Datar : kelandaian 0 – 10 ‰
• Lintas Pegunungan : kelandaian 10 – 40 ‰
• Lintas dengan rel gigi : kelandaian 40 – 80 ‰
• Kelandaian di emplasemen : kelandaian 0 s.d. 1,5 ‰

5. Penggolongan Menurut Jumlah Jalur

• Jalur Tunggal : jumlah jalur di lintas bebas hanya satu, diperuntukkan untuk melayani arus lalu lintas angkutan jalan rel dari 2 arah.

• Jalur Ganda : jumlah jalur di lintas bebas > 1 ( 2 arah) dimana masing-masing jalur hanya diperuntukkan untuk melayani arus lalu lintas angkutan jalan rel dari 1 arah.