Jalan rel kereta api (UK: Railway Tracks, US: Railroad
Tracks) atau biasa disebut dengan rel kereta api, merupakan prasarana utama
dalam perkeretaapian dan menjadi ciri khas moda transportasi kereta api. Ya,
karena rangkaian kereta api hanya dapat melintas di atas jalan yang dibuat
secara khusus untuknya, yakni rel kereta api. Rel inilah yang memandu rangkaian
kereta api bergerak dari satu tempat ke tempat yang lain.
Dalam pengamatan secara awam, kita melihat rel sebagai
jalan untuk lewat kereta api yang terdiri atas sepasang batang rel berbahan
besi baja yang disusun secara paralel dengan jarak yang konstan (tetap) antara
kedua sisinya. Batang rel tersebut ditambat (dikatikan) pada bantalan yang
disusun secara melintang terhadap batang rel dengan jarak yang rapat, untuk
menjaga agar rel tidak bergeser atau renggang.
Sejarah Rel Kereta Api
Prinsip jalan rel telah berkembang sejak 2.000 tahun yang
lalu. Waktu itu sarana transportasi untuk mengangkut penumpang dan barang masih
sangat sederhana, yaitu dengan menggunakan kereta roda. Jalan yang dilewati
masih berupa jalan tanah yang berdebu. Ketika jalan tanah tersebut diguyur
hujan, kondisinya menjadi lembek dan kereta roda yang lewat meninggalkan bekas
cekungan pada tanah. Setelah kering, cekungan tersebut mengeras, dan beberapa
kereta roda yang lewat berikutnya juga melewati cekungan tersebut. Ternyata
dengan mengikuti cekungan tersebut, kereta roda dapat berjalan dengan lebih
terarah dan gampang, pengendara tinggal mengatur kecepatan kereta tanpa
repot-repot lagi mengendalikan arah kereta roda. Kemudahan transportasi dengan
prinsip jalur rel inilah, yang membuat jalur rel memiliki keunggulan
tersendiri, sehingga terus berkembang hingga menjadi jalur rel KA yang kita
kenal sekarang ini.
Prinsip Rel Kereta Api
Kereta api berjalan dengan roda besi, sehingga
membutuhkan jalan khusus agar dapat berjalan dengan baik. Untuk itulah dibuat
jalan rel KA dengan permukaan baja, sehingga roda baja KA beradu dengan jalan
rel dari baja. Jalan baja ini memiliki karakteristik dan syarat-syarat khusus
yang berbeda dengan jalan aspal, sehingga konstruksinya lebih rumit dan
melibatkan banyak komponen. Jalan rel KA harus dibangun dengan kokoh, karena
setiap rangkaian KA yang lewat memiliki beban yang berat, apalagi setiap
harinya akan dilalui berulang kali oleh beberapa rangkaian KA. Oleh karena itu,
konstruksi rel KA dibuat sebaik mungkin agar mampu menahan beban berat atau
istilahnya BEBAN GANDAR (AXLE LOAD) dari rangkaian KA yang berjalan di atasnya,
sehingga jalan baja ini dapat bertahan dalam waktu yang lama dan memungkinkan
rangkaian KA dapat berjalan dengan cepat, aman dan nyaman.
Merujuk pada bagan di atas, pada dasarnya konstruksi
jalan rel KA terdiri atas 2 bagian. Bagian bawah adalah Track Foundation atau
Lapisan Landasan/Pondasi, dan bagian atas adalah Rail Track Structure atau
Struktur Trek Rel.Prinsipnya, jalan rel KA harus dapat mentransfer tekanan yang
diterimanya dengan baik yang berupa beban berat (axle load) dari rangkaian KA
melintas. Dalam arti, jalan rel KA harus tetap kokoh ketika dilewati rangkaian
KA, sehingga rangkaian KA dapat melintas dengan cepat, aman, dan
nyaman. Roda-roda KA yang melintas akan memberikan tekanan berupa beban
berat (axle load) ke permukaan trek rel. Oleh batang rel (rails) tekanan
tersebut diteruskan ke bantalan (sleepers) yang ada dibawahnya. Lalu, dari
bantalan akan diteruskan ke lapisan ballast dan sub-ballast di sekitarnya. Oleh
lapisan ballast, tekanan dari bantalan ini akan disebar ke seluruh permukaan
tanah disekitarnya, untuk mencegah amblesnya trek rel.
Konstruksi Jalan Rel Kereta Api
Prinsipnya, lapisan landasan (track foundation) ini
dibuat untuk menjaga kestabilan trek rel saat rangkaian KA lewat. Sehingga trek
rel tetap berada pada tempatnya, tidak bergoyang-goyang, tidak ambles ke dalam
tanah, serta kuat menahan beban rangkaian KA yang lewat. Selain itu, lapisan
landasan juga berfungsi untuk mentransfer beban berat (axle load) dari
rangkaian KA untuk disebar ke permukaan bumi (pada gambar di atas adalah
Subsoil/Natural Ground).
Lapisan landasan merupakan lapisan yang harus
dipersiapkan terlebih dahulu sebelum membangun trek rel, sehingga posisinya
berada di bawah trek rel dan berfungsi sebagai pondasi. Sebagaimana struktur
pondasi pada suatu bangunan, lapisan landasan juga tersusun atas
lapisan-lapisan material tanah dan bebatuan, diantaranya :
1. FORMATION LAYER
Formation layer merupakan perkerjaan pemadatan tanah
sebagai pondasi trek rel KA. Formation layer ini dipersiapkan sebagai tempat
ditaburkannya lapisan ballast. Lapisan ini berupa campuran tanah, pasir, dan
lempung yang diatur tingkat kepadatan dan kelembapan airnya. Pada Negara-negara
maju yang lintasan KA-nya sangat padat, ditambahkan lapisan Geotextile di bawah
formation layer. Geotextile adalah material semacam kain yang bersifat
permeable yang terbuat dari polipropilena atau polyester yang berguna untuk
memperlancar drainase dari atas ke bawah (subgrade ke subsoil), dan sekaligus
memperkuat formation layer.
2. SUB-BALLAST DAN BALLAST
Lapisan ini disebut pula sebagai Tack Bed, karena
fungsinya sebagai tempat pembaringan trek rel KA. Lapisan Ballast merupakan
suatu lapisan berupa batu-batu berukuran kecil yang ditaburkan di bawah trek
rel, tepatnya di bawah, samping, dan sekitar bantalan rel (sleepers). Bahkan
terkadang dijumpai bantalan rel yang “tenggelam” tertutup lapisan ballast,
sehingga hanya terlihat batang relnya saja.
Fungsi lapisan ballast adalah:
untuk meredam getaran trek rel saat rangkaian KA
melintas,
menyebarkan axle load dari trek rel ke lapisan landasan
di bawahnya, sehingga trek rel tidak ambles,
menjaga trek rel agar tetap berada di tempatnya,
sebagai lapisan yang mudah direlokasi untuk menyesuaikan
dan meratakan ketinggian trek rel (Levelling),
memperlancar proses drainase air hujan,
mencegah tumbuhnya rumput yang dapat mengganggu drainase
air hujan.
Ballast yang ditabur biasanya adalah batu kricak
(bebatuan yang dihancurkan menjadi ukuran yang kecil) dengan diameter sekitar
28-50 mm dengan sudut yang tajam (bentuknya tidak bulat). Ukuran partikel
ballast yang terlalu kecil akan mengurangi kemampuan drainase, dan ukuran yang
terlalu besar akan mengurangi kemampuannya dalam mentransfer axle load saat
rangkaian KA melintas. Dipilih yang sudutnya tajam untuk mencegah timbulnya
rongga-rongga di dalam taburan ballast, sehingga lapisan ballast tersebut
susunannya menjadi lebih rapat.
Ballast ditaburkan dalam dua tahap. Pertama saat sebelum
perakitan trek rel, yakni ditaburkan diatas formation layer dan menjadi track
bed atau “kasur” bagi bantalan rel, agar bantalan tidak bersentuhan langsung
dengan lapisan tanah. Karena jika bantalan langsung bersentuhan dengan tanah
(formation layer) bisa-bisa bantalan tersebut akan ambles, karena axle load
yang diterima bantalan langsung menekan frontal ke bawah karena ketiadaan
ballast untuk menyebarkan axle load. Kedua ketika trek rel selesai dirakit,
untuk menambah ketinggian lapisan ballast hingga setinggi bantalan, mengisi rongga-rongga
antarbantalan, dan di sekitar bantalan itu sendiri. Ballast juga ditabur disisi
samping bantalan hingga jarak minimal 50cm dengan kemiringan (slope) tertentu
sehingga membentuk “bahu” ballast yang berfungsi menahan gerakan lateral dari
trek rel.Pada kasus tertentu, sebelum ballast, ditaburkan terlebih dahulu
lapisan sub-ballast, yang berupa batu kricak yang berukuran lebih kecil.
Fungsinya untuk memperkuat lapisan ballast, meredam getaran saat rangkaian KA
lewat, dan sekaligus menahan resapan air dari lapisan blanket dan subgrade di
bawahnya agar tidak merembes ke lapisan ballast.
Ketebalan lapisan ballast minimal 150 mm hingga 500 mm,
karena jika kurang dari 150 mm menyebabkan mesin pecok ballast (Plasser and
Theurer Tamping Machine) justru akan menyentuh formation layer yang berupa
tanah, sehingga bercampurlah ballast dengan tanah, yang akan mengurangi
elastisitas ballast dalam menahan trek rel dan mengurangi kemampuan
drainasenya.Secara periodik, dilakukan perawatan terhadap lapisan ballast dengan
dibersihkan dari lumpur dan debu yang mengotorinya, dipecok, atau bahkan
diganti dengan yang baru. Untuk itu, dilakukan perawatan dengan mesin khusus
yang diproduksi oleh Plasser and Theurer Austria. Di Indonesia ada mesin
pemecok ballast (Ballast Tamping Machine) untuk mengembalikan ballast yang
telah bergeser ke tempatnya semula, sekaligus merapatkan lapisan ballast di
bawah bantalan agar bantalan tidak bersinggungan langsung dengan tanah.
Intinya lapisan ballast harus (1) rapat, (2) bersih tidak
bercampur tanah dan lumpur, (3) harus ada di bawah bantalan (karena kalau
bantalan langsung bersinggungan dengan tanah, akan mengurangi kestabilan jalan
rel KA), dan juga (4) elastis (elastis bukan dalam arti material ballastnya
yang elastis, tetapi formasi/susunannya yang tidak kaku, dapat bergerak-gerak
sedikit) sehingga dapat “mencengkeram” bantalan rel saat rangkaian KA lewat.
Komponen Penyusun Rel Kereta Api
Setelah lapisan landasan sebagai pondasi jalan rel KA
selesai dibangun, tahap berikutnya adalah membangun trek rel KA. Perlu
diketahui bahwa pada setiap komponen mempengaruhi kualitas rel KA itu sendiri.
Gambar di bawah ini adalah skema konstruksi jalan rel KA beserta
komponen-komponennya.
1. BATANGAN BESI BAJA
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 jadul
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. Misalkan, R25 berarti batang rel ini memiliki berat rata-rata 25
kilogram/meter. Makin besar “R”, makin tebal pula batang rel tersebut.Berikut
ini daftar rel yang digunakan di Indonesia menggunakan standar UIC dengan
Standar:
Rel 25 yang berarti tiap 1 meter potongan rel beratnya
adalah 25 kilogram (kg).
Rel 33 yang berarti tiap 1 meter potongan rel beratnya
adalah 33 kilogram (kg).
Rel 41 yang berarti tiap 1 meter potongan rel
beratnya adalah 41 kilogram (kg).
Rel 42 yang berarti tiap 1 meter potongan rel beratnya
adalah 42 kilogram (kg).
Rel 50 yang berarti tiap 1 meter potongan rel
beratnya adalah 50 kilogram (kg).
Rel 54 yang berarti tiap 1 meter potongan rel
beratnya adalah 54 kilogram (kg).
Rel 60 yang berarti tiap 1 meter potongan rel
beratnya adalah 60 kilogram (kg).
Perbedaan tipe batang rel mempengaruhi beberapa hal,
antara lain (1) besar tekanan maksimum (axle load) yang sanggup diterima rel
saat KA melintas, dan (2) kecepatan laju KA yang diijinkan saat melewati rel.
Semakin besar “R”, maka makin besar axle load yang sanggup diterima oleh rel
tersebut, dan KA yang melintas di atasnya dapat melaju pada kecepatan yang
tinggi dengan stabil dan aman.
Tipe rel paling besar yang digunakan di Indonesia adalah
UIC R54) yang digunakan untuk jalur KA yang lalu lintasnya padat, seperti
lintas Jabodetabek dan lintas Trans Jawa. Tak ketinggalan lintas angkutan
batubara di Sumsel-Lampung yang memiliki axle load paling tinggi di Indonesia.
2. BANTALAN REL
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.
Oleh karena itu bantalan harus cukup kuat untuk menahan
batang rel agar tidak bergesar, sekaligus kuat untuk menahan beban rangkaian
KA. Bantalan dipasang melintang dari posisi rel pada jarak antarbantalan
maksimal 60 cm. Ada tiga jenis bantalan, yakni :
(1) Bantalan Kayu (Timber Sleepers), terbuat dari batang
kayu asli maupun kayu campuran, yang dilapisi dengan creosote (minyak pelapis
kayu) agar lebih awet dan tahan jamur
(2) Bantalan Plat Besi (Steel Sleepers), merupakan
bantalan generasi kedua, lebih awet dari kayu. Bantalan besi tidak dipasang
pada trek yang ter-eletrifikasi maupun pada trek yang menggunakan persinyalan
elektrik
(3) Bantalan Beton Bertulang (Concrete Sleepers),
merupakan bantalan modern saat ini, dan paling banyak digunakan karena lebih
kuat, awet, murah, dan mampu menahan beban lebih besar daripada dua bantalan
lainnya.
Perbandingan umur bantalan rel KA yang dipergunakan dalam
keadaan normal dapat ditaksir sebagai berikut :
Bantalan kayu yang tidak diawetkan: 3-15 tahun.
Bantalan kayu yang diawetkan: 25-40 tahun.
Bantalan besi baja: sekitar 45 tahun.
Bantalan beton: diperkirakan 60 tahun.
3. 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.
4. PENAMBAT REL
Fungsinya untuk menambat/mengaitkan batang rel dengan
bantalan yang menjadi tumpuan batang rel tersebut, agar (1) batang rel tetap
menyatu pada bantalannya, dan (2) menjaga kelebaran trek (track gauge). Jenis
penambat yang digunakan bergantung kepada jenis bantalan dan tipe batang rel
yang digunakan. Ada dua jenis penambat rel, yakni Penambat Kaku dan Penambat
elastis.
Penambat kaku misalnya paku rel, mur, baut, sekrup, atau
menggunakan tarpon yang dipasang menggunakan pelat landas. Umumnya penambat
kaku ini digunakan pada jalur kereta api tua. Karakteristik dari penambat kaku
adalah selalu dipasang pada bantalan kayu atau bantalan besi. Penambat kaku
kini sudah tidak layak digunakan untuk jalan rel dengan frekuensi dan axle load
yang tinggi. Namun demikian tetap diperlukan sebagai penambat rel pada bantalan
kayu yang dipasang pada jalur wesel, jembatan, dan terowongan.
Penambat elastis dibuat untuk menghasilkan jalan rel KA
yang berkualitas tinggi, yang biasanya digunakan pada jalan rel KA yang
memiliki frekuensi dan axle load yang tinggi. Karena sifatnya yang elastis
sehingga mampu mengabsorbsi getaran pada rel saat rangkaian KA melintas, oleh
karena itu perjalan KA menjadi lebih nyaman dan dapat mengurangi resiko
kerusakan pada rel maupun bantalannya. Selain itu penambat elastis juga dipakai
pada rel yang disambungan dengan las termit (istilahnya Continuous Welded
Rails, karena sambungan rel dilas sehingga tidak punya celah pemuaian) karena
kemampuannya untuk menahan batang rel agar tidak bergerak secara horizontal
saat pemuaian. Penambat elastis inilah yang sekarang banyak digunakan, terutama
pada bantalan beton, meskipun ada juga yang digunakan pada bantalan kayu dan
bantalan besi.
Berbagai macam penambat elastis, antara lain:
Penambat Pandrol E-Clip produksi Pandrol Inggris
Penambat Pandrol Fastclip produksi Pandrol Inggris
Penambat Kupu-kupu produksi Vossloh
Penambat DE-Clip produksi PT. Pindad Bandung
Penambat KA Clip produksi PT. Pindad Bandung.
Yang digunakan di Indonesia adalah E-Clip, DE-Clip, dan
KA Clip.
5. PLAT BESI PENYAMBUNG
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), sehingga
saat rangkaian KA lewat akan terdengar bunyi “jeg-jeg…jeg-jeg” dari bunyi roda
KA yang melewati celah pemuaian tersebut.
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.
CWR biasanya diterapkan pada jalur dengan kecepatan laju
KA yang tinggi, karena permukaan rel menjadi lebih rata dan halus sehingga
rangkaian KA dapat lewat dengan lebih nyaman. Penerapan CWR juga mengurangi
resiko rusaknya roda KA, karena roda KA akan “njeglong” atau “tersandung” saat
melewati celah pemuaian. Lalu bagaimana dengan pemuaian batang rel? hal ini
dapat disiasati dengan menggunakan penambat elastis yang mampu menahan gerakan
pemuaian batang rel (gerakan mendatar dimana batang rel akan meregang saat
panas dan menyusut saat dingin). Jika penambatnya berupa penambat kaku, bisa
disiasati dengan memasang rail anchor.
6. 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.
Pada gambar di bawah, 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.
* Diambil dari beberapa sumber.
Terima kasih telah berkunjung ke blog kami, komentar anda
adalah sesuatu yang berharga untuk membangun blog ini tetap ada, sedikit kata
sangat berharga untuk kami, salam sukses buat kita semua,,,
