Monday, August 1, 2016

Bagaimana belokan miring memastikan kenderaan tidak terbabas di selekoh / How banked turn ensures the vehicle not to skid at corners



Jejambat Persimpangan Ukay Perdana di Jalan Lingkaran Tengah 2 Kuala Lumpur (KL MRR2) FT28 - jika anda perhatikan betul-betul, anda akan dapati bahawa jejambat tersebut senget sebelah.


Salam sejahtera,

Pernahkah anda perasan bahawa setiap kali anda di bawah jejambat yang berselekoh, anda akan dapati jejambat tersebut kelihatan senget sebelah...? Saya percaya, tentu ramai di kalangan anda yang pasti akan mengatakan kononnya kontraktor yang membina jejambat tersebut mahupun yang merekabentuknya tidak tahu membina jejambat sehingga boleh senget sebelah. Namun, percayakah anda jika saya mengatakan bahawa rekaan sebegitulah yang sebenarnya menyelamatkan anda daripada terbabas sehingga kenderaan boleh terjatuh dari jejambat...? Untuk pengetahuan anda, konsep sebegini dikenali sebagai belokan miring. Jika anda perhatikan di selekoh jalan raya biasa sekalipun, anda akan dapati bahawa jalan di selekoh sebenarnya miring sedikit, di mana lengkok luar selekoh lebih tinggi sedikit daripada lengkok dalam.

Apa itu belokan miring...? Belokan miring bermaksud belokan atau perubahan arah yang mana kenderaan perlu dimiringkan sedikit. Namun, bagi kes kenderaan di jalan raya yang mana anda tidak boleh memiringkannya kecuali jika anda seorang pelagak ngeri, maka jalan raya itu sendiri yang akan dimiringkan sedikit di selekoh. Tapi kenapa pula jalan raya perlu dimiringkan di selekoh...?

Di jalan raya yang lurus dan rata, daya normal yang bertindak balas pada kenderaan sentiasa bersamaan dengan daya graviti yang terhasil. Misalnya, daya normal yang bertindak pada kereta seberat 1.1 tan ialah 10.79 kN. Daya geseran statik antara tayar dengan permukaan jalan sekadar diperlukan untuk mewujudkan cengkaman agar dapat mengurangkan kehilangan kuasa bagi menggerakkan kenderaan ke hadapan. Namun, keadaan berbeza pula di selekoh, kerana anda bukan sahaja perlu menangani berat kereta tetapi juga perlu mengatasi daya emparan yang terhasil di selekoh.

Bagaimana pula daya emparan boleh terhasil di selekoh...? Untuk memahami daya emparan, anda boleh cuba satu eksperimen mudah ini. Apa yang anda perlukan ialah mengayunkan seutas rantai kunci pada jari telunjuk anda. Jika anda mengayunkannya dengan perlahan, rantai kunci itu akan berpusing lemah dan tidak naik tinggi. Namun, jika anda mengayunkannya dengan laju, rantai kunci akan berputar ligat seperti kipas helikopter dan naik tinggi sehingga searas dengan gelangnya. Rantai kunci tersebut akan naik disebabkan oleh daya emparan yang terhasil daripada daya inertia rantai kunci. Namun, ia tidak melayang keluar darpada "orbitnya" kerana pautannya yang disambungkan ke gelangnya pada jari telunjuk anda mewujudkan sejenis daya yang mengimbangi daya emparan, iaitu daya memusat. Jika anda melepaskan gelang rantai kunci sehingga terkeluar daripada jari telunjuk anda, rantai kunci itu akan melayang secara menegak kerana sudah tiada lagi daya memusat yang menghalang daya emparan daripada melayangkan rantai kunci. Bagi kes selekoh jalan raya pula, daya emparan terhasil daripada daya inertia kenderaan semasa melalui selekoh. Justeru, sudah tentu perlu wujud daya pengimbang bagi menghasilkan daya memusat untuk menghalang kenderaan daripada terbabas di selekoh.

Apa akan jadi sekiranya jalan raya tidak dimiringkan langsung di selekoh...? Daya memusat dikira sebagai hasil darab jisim kenderaan (dalam kg) dengan halaju (dalam meter sesaat) yang dikuasaduakan, dan seterusnya dibahagikan dengan jejari selekoh (dalam meter), ataupun mv²/r. Dalam kes ini, satu-satunya daya yang boleh menghalang kenderaan daripada terbabas di selekoh hanyalah daya geseran statik, dan daya ini mestilah sentiasa lebih besar daripada daya memusat yang diperlukan untuk menghalang daya emparan daripada menyebabkan kereta anda terbabas di selekoh. Sementara itu, daya geseran statik dikira sebagai hasil darab antara pekali geseran statik (μ) dengan daya normal (jisim x pecutan graviti). Justeru, persamaan yang terhasil antara kedua-dua daya yang bertindak ialah:-




Namun, adakah daya geseran antara tayar dengan permukaan jalan cukup tinggi bagi menangani daya emparan di selekoh...? Untuk pengetahuan anda, pekali geseran statik antara tayar dengan permukaan jalan aspal yang kering ialah 0.72 dan akan berkurangan kepada 0.4 semasa hujan. Maka, tanpa belokan miring, maka sudah tentulah kenderaan akan cenderung untuk terbabas di selekoh terutamanya ketika hujan. Itulah sebab utama kenapa Lebuhraya Yangon-Mandalay terkenal sebagai lebuh raya ekspres yang banyak memakan korban di Myanmar. Halaju maksimum yang selamat juga sangat rendah, yang mana anda boleh kira melalui persamaan berikut:-




Bagaimana pula kalau jalan dimiringkan...? Untuk memahami bagaimana daya-daya bertindak semasa belokan miring, kita perlu fahami terlebih dahulu daya-daya yang bertindak sekiranya geseran tayar diabaikan (contoh: apabila guli digolekkan di selekoh).




Dalam gambar rajah di atas, jalan yang dimiringkan mewujudkan daya tambahan yang mengelakkan guli daripada terkeluar daripada jalan. Daya tersebut ialah komponen melintang bagi daya normal, yang boleh dikira melalui persamaan




Sementara itu, tarikan graviti pula merupakan komponen menegak bagi daya normal, boleh dikira melalui persamaan




Melalui kaedah penggantian, kita boleh mematikan daya normal, dan persamaan yang terhasil ialah




Jika kita matikan jisim, persamaan di atas boleh dipermudahkan menjadi




Daripada persamaan tersebut, kita boleh olah semula persamaan tadi untuk mengira halaju operasi, dan persamaan yang terhasil ialah

Itu baru dalam keadaan tanpa geseran. Dalam keadaan aplikasi sebenar atas jalan raya, jurutera jalan raya sudah tentu akan turut mengambil kira faktor geseran tayar dengan permukaan jalan, kerana jika faktor geseran diabaikan, maka sudah tentulah akan timbul risiko pelanggaran berdepan yang berpunca daripada terdapat kenderaan yang dipandu terlalu perlahan sehingga cenderung "ditarik" ke tengah jalan. Dalam kes tanpa geseran tadi, guli tersebut hanya ada satu sahaja halaju operasi selamat yang berupaya mengelakkannya daripada "ditarik" ke tengah jalan mahupun terbabas keluar daripada jalan.

Jika kita ambil kira faktor geseran statik tayar dengan permukaan jalan, kita perlu tambahkan daya geseran dalam persamaan daya memusat tadi. Memandangkan jalan sudah dimiringkan, terdapat dua daya geseran yang bertindak pada permukaan jalan, iaitu daya geseran pada komponen melintang (μ N cos θ) dan daya geseran pada komponen menegak (μ N sin θ). Oleh itu, persamaan baharu bagi daya memusat ialah




Bagi komponen menegak pula, persamaan baharu ialah




Dengan mematikan jisim serta menggunakan kaedah penggantian, persamaan yang terhasil ialah




Daripada persamaan tersebut, kita boleh kira halaju operasi maksimum melalui persamaan




Seperti yang saya katakan tadi, belokan miring memerlukan kelajuan operasi selamat bagi mengelakkan kenderaan daripada "ditarik" ke tengah jalan akibat dipandu terlalu perlahan ataupun terbabas keluar akibat dipandu terlalu laju. Justeru, halaju minimum yang selamat boleh dikira dengan persamaan




Kesemua persamaan di atas jelas membuktikan bahawa anda tidak boleh memandu terlalu laju ataupun terlalu perlahan di selekoh. Jika anda terlalu laju atau terlalu perlahan ia boleh mengakibatkan sama ada anda terbabas keluar dari selekoh ataupun ditarik ke tengah jalan. Untuk mengelakkan keadaan tersebut daripada berlaku, jurutera jalan raya perlu mengira sudut miring dengan betul agar bersesuaian dengan halaju operasi serta keadaan jalan, kerana daya geseran statik antara tayar dengan permukaan jalan adalah berbeza antara keadaan jalan kering dengan jalan basah. Lari 2% sudut miring sahaja pun boleh mengakibatkan peningkatan kecenderungan nahas jalan raya sebanyak 6% Jika lari 5% sudut miring pula boleh mengakibatkan peningkatan nahas jalan raya sebanyak 15%.

Namun, bukan mudah hendak menghasilkan selekoh yang benar-benar unggul, lebih-lebih lagi di jalan-jalan lama yang dibina pada zaman penjajah sekadar mengikut bentuk muka bumi. Justeru, sesetengah selekoh jalan lama "dirawat" dengan melebarkan lorong ataupun mengecat garisan chevron yang lebih besar di tengah jalan. Sementara itu, jurutera jalan raya moden pula boleh menggunakan profilograf yang memberi maklumat sifat lengkuk jalan serta keratan rentasnya untuk mengenal pasti sekiranya ada jalan raya yang selekohnya tidak dimiringkan dengan betul, sama ada terkurang miring atau terlebih miring. Pun begitu, langkah terbaik bagi mencegah nahas jalan raya di selekoh tetap bermula daripada pengguna jalan raya itu sendiri - patuhi had laju, perlahankan kenderaan dan turunkan gear sebelum mengambil selekoh, ambil selekoh dengan penuh berhati-hati, dan memecut kembali sebaik melepasi selekoh.

No comments:

Post a Comment

Advertisement