ANALISIS DAN DESAIN JEMBATAN FRAME, KOLOM V, BOX GIRDER, DENGAN MEMPERTIMBANGKAN BEBAN GEMPA SISCA VERONICA F

ANALISIS DAN DESAIN JEMBATAN FRAME, KOLOM “V”, BOX GIRDER, DENGAN MEMPERTIMBANGKAN BEBAN GEMPA

SISCA VERONICA F44090056

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2013

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis dan Desain Jembatan Frame, Kolom “V”, Box Girder, dengan Mempertimbangkan Beban Gempa adalah benar karya saya dengan arahan dari dosen pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Juli 2013 Sisca Veronica NIM F44090056

ABSTRAK SISCA VERONICA. Analisis dan Desain Jembatan Frame, Kolom “V”, Box Girder, dengan Mempertimbangkan Beban Gempa. Dibimbing oleh ERIZAL dan MUHAMMAD FAUZAN. Laju pertumbuhan ekonomi, sosial, budaya dan lingkungan dipengaruhi oleh ketersediaan infrastruktur, seperti jembatan. Jembatan sering dijadikan icon suatu kota. Pemilihan struktur jembatan penting disesuaikan dengan kekuatan struktur dan stabilitas, kelayanan struktur, keawetan, kemudahan pelaksanaan, ekonomis, dan estetika. Kekuatan struktur jembatan di Indonesia sangat dipengaruhi oleh beban gempa karena rawan gempa. Oleh karena itu, proyek pembangunan fly over Simpang Jam di Kota Batam ini perlu dibangun dan diteliti. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis dan mendesain jembatan frame dengan kolom “V” dan box girder, dengan mempertimbangkan beban gempa, dan mendesain tulangan struktur beton. Metode yang dilakukan adalah pengumpulan data, preliminary dimensi, pemodelan di CSI Bridge, dan desain tulangan. Penelitian dilaksanakan dari bulan April sampai Juli 2013 di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Hasil gaya-gaya dalam maksimum yang diperoleh terjadi pada kombinasi ULS-4a dan SLS-4a yaitu nilai momen adalah 66298,6 kNm dan 37494 kNm sedangkan nilai gaya geser adalah 9735,711 kN dan 6346,73 kN. Berdasarkan hasil tersebut, kebutuhan tulangan lentur box girder bagian top slab adalah D19-100 dan D19-200, bagian bottom slab dan web adalah D16-150. Sedangkan, kebutuhan tulangan geser box girder hanya bagian web yaitu D16-150. Kebutuhan tulangan kolom “V” adalah D25-150 untuk lentur dan D16-150 untuk geser. Kata kunci : boxgirder, CSI Bridge, gempa, jembatan frame, kolom“V”

ABSTRACT SISCA VERONICA. Analysis and Design of Frame Bridge, “V” Column, Box Girder, Consider to Earthquake Load. Supervised by ERIZAL and MUHAMMAD FAUZAN. The growing of economic, social, cultural and environmental influenced by the availability of infrastructure, such as bridges. The bridges often used as a city icon. Selection of bridge structures important to adapt the structural strength and stability, serviceability structure, durability, ease of implementation, economic, and aesthetic. Strength of bridge structure in Indonesia is strongly influenced by earthquake load. Therefore, the construction of flyover Simpang Jam Batam needs to be built and studied. This study aims to analyze and design the frame bridge with "V"column and boxgirder, consider to earthquake load, and design reinforced concrete structures. The methods are data collection, preliminary dimension, modeling in CSI Bridge, and reinforcement design. The study started at April to July 2013 in Department of Civil and Environmental Engineering, Bogor Agricultural University. The result is the maximum forces obtained occurs in combination ULS-4a and SLS-4a, that moment values are 66298.6 kNm and 37494 kNm, whereas shear force values are 9735.71 kN and 6346.73 kN. Based on the results, boxgirder flexural reinforcement at top slab is D19-100 and D19-200, bottom slab and web are D16-150. Meanwhile, boxgirder shear reinforcement needs only at web is D16-150. Column "V" reinforcement is D25-150 to flexural and D16-150 to shear. Keywords : boxgirder, CSI Bridge, earthquakes, bridge frame, "V"column

ANALISIS DAN DESAIN JEMBATAN FRAME, KOLOM “V”, BOX GIRDER, DENGAN MEMPERTIMBANGKAN BEBAN GEMPA

SISCA VERONICA

Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2013

Judul Skripsi : Analisis dan Desain Jembatan Frame, Kolom “V”, Box Girder, dengan Mempertimbangkan Beban Gempa Nama : Sisca Veronica NIM : F44090056

Disetujui oleh

Dr. Ir. Erizal, M.Agr Pembimbing I

Muhammad Fauzan, S.T, M.T Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2013 ini adalah analisis dan desain jembatan frame dengan menggunakan komponen struktur berupa kolom “V” dan box girder serta memperhitungkan kekuatan struktur berdasarkan peta gempa terbaru, yaitu Peta Hazard Gempa Indonesia 2010. Penelitian dan penyusunan skripsi ini dapat diselesaikan juga atas dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, terima kasih penulis ucapkan kepada : 1. Dr. Ir. Erizal, M.Agr, sebagai dosen pembimbing pertama yang telah senantiasa membimbing penulis selama menyelesaikan skripsi ini dan telah memberikan masukan yang sangat bermanfaat bagi penulis. 2. M. Fauzan, ST. MT., sebagai dosen pembimbing kedua yang telah memberikan banyak ilmu, bimbingan dalam penyelesaian skripsi, dan persiapan untuk menghadapi dunia kerja. 3. Sutoyo, STP, M.Si, sebagai dosen penguji yang telah memberikan masukan yang bermanfaat, baik untuk penulis maupun untuk skripsi ini. 4. Staf Tata Usaha Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Pak Atip, Bu Dahlia, Pak Udin, serta Staf Tata Usaha Fakultas Teknologi Pertanian yang telah membantu penulis dalam hal administrasi. 5. Orang tua, Kakak Novia, Abang Riyadi, Abang Harklan, dan semua keluarga Siagian dan Aruan yang selama ini telah mendukung dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 6. Teman-teman MFA yang setiap hari berjuang dalam penyelesaian project, M. Hafiz Abdillah, Yessy Ratnasari, M. Fakhril, Septiana W., dan Rafdi Azra 7. Teman-teman satu angkatan, satu perjuangan, Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Pertanian Bogor angkatan 46 yang tidak dapat disebutkan satu per satu, untuk setiap cerita membangun, semangat, dan dukungannya. 8. Seluruh teman-teman, PMK, Rohkris 81, Ganezvara Dhiprarastra, Carvedium 7, rekan-rekan IPB, dan yang tidak bisa disebutkan satu per satu, untuk setiap motivasi yang telah diberikan. Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang Teknik Sipil dan Lingkungan.

Bogor, Juli 2013 Sisca Veronica

DAFTAR ISI DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

4

Tujuan Penelitian

4

Manfaat Penelitian

4

Ruang Lingkup Penelitian

4

TINJAUAN PUSTAKA

5

Jembatan

5

Jembatan Frame

5

Kolom V

7

Box Girder

7

Filosofi Perencanaan

8

Rencana Tegangan Kerja

8

Rencana Keadaan Batas

8

Beban-beban Rencana

10

Beban Permanen

10

Beban Lalu Lintas

12

Beban Lingkungan

15

Gempa

16

Kombinasi Pembebanan

16

Beton Bertulang

18

Beton Prategang

19

METODE

20

Waktu dan Tempat

20

Bahan

22

Alat

22

Tahapan Penelitian

22

HASIL DAN PEMBAHASAN Perencanaan Struktur Atas dan Struktur Bawah

22 22

Perencanaaan Box Girder

23

Perencanaan Kolom “V”

24

Input Pembebanan

25

Hasil Gaya-Gaya Dalam

31

Kontrol Keamanan

33

Desain Tulangan

34

SIMPULAN DAN SARAN

36

Simpulan

36

Saran

37

DAFTAR PUSTAKA

37

LAMPIRAN

39

RIWAYAT HIDUP

60

DAFTAR TABEL 1

Faktor Beban Tegangan Kerja dan Keadaan Batas Ultimit

9

2

Berat isi dan kerapatan massa untuk beban mati

11

3

Koefisien seret, CW

15

4

Kecepatan angin rencana, Vw

15

5

Ss dengan koefisien Fa

16

6

S1 dengan koefisien Fv

16

7

Kombinasi beban pada keadaan SLS dan keadaan ULS

17

8

Kombinasi pembebanan berdasarkan faktor beban SLS

25

9

Kombinasi Pembebanan berdasarkan faktor beban ULS

25

10 Hasil perhitungan tendon longitudinal

27

11 Akselerasi spektrum gempa 2010

30

12 Nilai gaya-gaya dalam maksimum kombinasi ULS

32

13 Nilai gaya-gaya dalam maksimum kombinasi SLS

32

14 Hasil perhitungan As box girder secara transversal

35

15 Hasil perhitungan tulangan lentur transversal box girder

35

16 Hasil perhitungan tulangan lentur longitudinal box girder

35

17 Hasil perhitungan Vc box girder secara transversal

36

18 Hasil perhitungan tulangan geser transversal box girder

36

19 Hasil perhitungan tulangan susut box girder

36

DAFTAR GAMBAR 1

Tipe-tipe jembatan

1

2

Peta respon spektra percepatan 0,2 detik (SS) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun

3

Peta respon spektra percepatan 1,0 detik (S1) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun

3

4

Perbandingan antara jembatan girder dan jembatan frame

5

5

Diagram geser dan distribusi momen pada kolom jembatan frame terhadap beban merata 6

6

Tipe-tipe aplikasi jembatan frame

7

7

Jembatan balok V di Simpang Semanggi, Jakarta

7

3

8

Tipikal penampang melintang jembatan gelagar kotak (box girder)

9

Pengaruh Primer dan Sekunder Pratekan

8 11

10 Penyebaran beban lajur “D” pada arah melintang

12

11 Truk “T”

13

12 Faktor beban dinamis untuk KEL pembebanan lajur “D”

13

13 Pembebanan pejalan kaki

14

14 Diagram tegangan-regangan pada penampang beton bertulang

18

15 Pembengkokan tulangan geser

18

16 Skematik beban torsi

19

17 Struktur girder prategang

19

18 Foto Udara Pulau Batam

20

19 Lokasi Proyek Fly Over Simpang Jam di Pulau Batam

21

20 Foto Udara Simpang Jam

21

21 Situasi Jalan Simpang Jam

21

22 Potongan Memanjang Jembatan

23

23 Potongan Melintang Jembatan

23

24 Hasil Pemodelan Struktur Jembatan menggunakan CSI Bridge

23

25 Perencanaan Variasi Kedalaman Box Girder

23

26 Dimensi Kolom “V” (a) penampang atas; (b) penampang bawah

24

27 Distribusi tendon dari tampak memanjang

27

28 Distribusi beban “D” secara transversal

28

29 Penginputan beban truk “T”

28

30 Beban tumbukan dari kendaraan arah memanjang

29

31 Beban tumbukan dari kendaraan arah melintang

29

32 Nilai suhu

29

33 Peta percepatan puncak (PGA) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun(a); Peta respon spektra percepatan 0,2 detik (SS) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun(b); Peta respon spektra percepatan 1,0 detik (S1) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun(c); Keterangan nilai gravity berdasarkan warna gambar(d) 30 34 Grafik hasil respon spektrum

31

35 Hasil gaya-gaya dalam akibat beban mati (berat sendiri)

31

36 Gaya-gaya dalam akibat SLS (envelope)

32

37 Gaya-gaya dalam akibat ULS (envelope)

32

38 Tegangan akibat kombinasi SLS

33

39 Deformasi girder akibat beban sendiri (dead load)

33

40 Input data dalam program PCACOL

34

41 Diagram interaksi kolom “V” penampang (4 x 2) m

34

42 Permodelan 1 meter box girder dan hasil gaya-gaya dalam

35

DAFTAR LAMPIRAN 1

Daftar notasi

39

2

Perhitungan gempa

41

3

Perhitungan penulangan lentur

42

4

Perhitungan penulangan geser

43

5

Perhitungan penulangan torsi

44

6

Perhitungan tendon transversal girder

45

7

Tahapan penelitian

46

8

Kombinasi UDL

47

9

Distribusi tendon secara longitudinal

51

10 Distribusi tendon secara transversal

52

11 Tulangan Girder dan Kolom

59

PENDAHULUAN Latar Belakang Gerak laju dan pertumbuhan ekonomi, sosial, budaya dan lingkungan dipengaruhi oleh ketersediaan infrastruktur, seperti jembatan. Di samping itu pembangunan prasarana transportasi darat khususnya jembatan dapat memperkukuh kesatuan dan persatuan nasional untuk memantapkan pertahanan dan keamanan nasional dalam menuju masyarakat yang adil dan sejahtera, sebagaimana yang diamanatkan dalam UU No. 38 Tahun 2004 tentang Jalan. Jembatan adalah suatu konstruksi yang berfungsi untuk menghubungkan dua bagian jalan yang terputus oleh adanya rintangan-rintangan seperti lembah yang dalam, alur sungai, danau, saluran irigasi, kali, jalan kereta api, jalan raya yang melintang tidak sebidang, dan lain sebagainya. Selain menjadi penghubung, jembatan juga dijadikan icon suatu kota. Klasifikasi tipe struktur jembatan secara umum (Agus 2001) ada 6 tipe (Gambar 1). 1. Jembatan gelagar (girder bridge) 2. Jembatan pelengkung/busur (arch bridge) 3. Jembatan rangka (truss bridge) 4. Jembatan portal (rigid frame bridge) 5. Jembatan gantung (suspension bridge) 6. Jembatan kabel (cable stayed bridge)

Gambar 1 Tipe-tipe jembatan Penentuan bentuk struktur jembatan ada di tahap perencanaan. Perencanaan jembatan harus sesuai peraturan yang berlaku. Berdasarkan perkembangan teknologi saat ini, peraturan perencanaan yang dapat digunakan perencana adalah peraturan perencanaan jembatan dari BMS 1992, SNI T-02-2005, SNI T-12-2004, dan SNI 2833:2008. Pada pelaksanaan perencanaan teknis atau Detail Engineering Design (DED) jembatan standar maupun jembatan khusus harus memenuhi kriteria dasar perencanaan teknis berikut ini : 1. Kekuatan Unsur Struktural dan Stabilitas Keseluruhan Setiap unsur harus mempunyai kekuatan memadai untuk menahan beban batas ultimit dan struktur sebagai kesatuan dari setiap unsur harus stabil pada pembebanan tersebut. Struktur jembatan harus mampu menopang setiap pembebanan yang bekerja seperti beban permanen, beban lalu lintas, beban lingkungan (termasuk beban gempa). Beban gempa menjadi jenis pembebanan yang penting diperhitungkan, terutama di wilayah gempa kuat seperti Indonesia.

2 2.

Kelayanan Struktur Struktur harus berada dalam keadaan layanan pada beban batasan kelayanan. Hal ini berarti bahwa struktur tidak boleh mengalami retakan, lendutan atau getaran sedemikian rupa sehingga tidak menimbulkan kekhawatiran masyarakat, atau jembatan menjadi tidak layak digunakan. 3. Keawetan (Kesesuaian) Tipe struktur yang dipilih harus sesuai dengan lingkungan, kondisi alam dan lokasi jembatan. 4. Kemudahan Pelaksanaan Konstruksi harus mudah dilaksanakan sesuai dengan metode konstruksi yang tersedia, karena metode yang sulit dilaksanakan dapat menyebabkan keterlambatan waktu dan peningkatan biaya. 5. Ekonomis Rencana termurah yang sesuai dengan pendanaan dan faktor-faktor utama lainnya adalah yang umumnya terpilih. Penekanan harus diberikan pada biaya umur total struktur yang mencakup biaya pemeliharaan dan pembangunan. 6. Bentuk Estetika Struktur jembatan harus menyatu dengan alam sekitarnya dan menyenangkan untuk dilihat. Biasanya semakin tinggi nilai estetika struktur jembatan maka semakin tinggi pula biaya yang akan dipergunakan. Keenam kriteria tersebut menjadi pertimbangan dalam memutuskan tipe jembatan, material, dan komponen jembatan yang akan digunakan. Sedangkan, faktor utama dalam mendapatkan hasil sesuai 6 kriteria tersebut terdapat pada pilihan keputusan dalam tahapan perencanaan, yaitu pilihan bentuk struktural, filosofi perencanaan, beban-beban rencana, cara analisis, dan besarnya bahan atau rencana akhir. Pada tahap perencanaan, setiap bangunan infrastruktur termasuk jembatan juga perlu dianalisis kekuatannya terhadap beban gempa apalagi Indonesia termasuk dalam wilayah yang sangat rawan bencana gempa bumi seperti halnya Jepang dan California karena posisi geografisnya menempati zona tektonik yang sangat aktif. Hal ini dikarenakan tiga lempeng besar dunia dan sembilan lempeng kecil lainnya saling bertemu di wilayah Indonesia serta membentuk jalur-jalur pertemuan lempeng yang kompleks. Keberadaan interaksi antar lempeng-lempeng ini menempatkan wilayah Indonesia sebagai wilayah yang sangat rawan terhadap gempa bumi. Dalam mengantisipasi bahaya gempa, Pemerintah Indonesia telah mempunyai standar peraturan perencanaan ketahanan gempa untuk stuktur bangunan gedung yaitu SNI-03-1726-2002. Namun sejak diterbitkannya peraturan itu, tercatat beberapa gempa besar dalam 6 tahun terakhir, seperti gempa Aceh disertai tsunami tahun 2004 (Mw = 9,2), gempa Nias tahun 2005 (Mw = 8,7), gempa Yogya tahun 2006 (Mw = 6,3), dan terakhir gempa Padang tahun 2009 (Mw = 7,6). Gempa-gempa tersebut telah menyebabkan ribuan korban jiwa, keruntuhan dan kerusakan ribuan infrastruktur, serta dana trilyunan rupiah untuk rehabilitasi dan rekonstruksi. Pencegahan kerusakan akibat gerakan tanah dapat dilakukan melalui proses perencanaan dan konstruksi yang baik dan dengan memperhitungkan suatu tingkat beban gempa rencana. Oleh karena itu, perencanaan infrastruktur tahan gempa perlu diketahui beban gempa rencana yang

3 dapat diperoleh berdasarkan peta hazard gempa Indonesia terbaru yaitu peta hazard gempa Indonesia 2010.

Sumber : Departemen PU (2010)

Gambar 2 Peta respon spektra percepatan 0,2 detik (SS) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun

Sumber : Departemen PU (2010)

Gambar 3 Peta respon spektra percepatan 1,0 detik (S1) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun

4 Perumusan Masalah Berdasarkan kriteria dasar perencanaan teknis dan peraturan gempa terbaru tersebut, maka perlu dilakukan analisis dan desain jembatan menggunakan tipe struktur jembatan frame dengan komponen struktur yang dapat menjadi icon suatu kota sehingga dipilih komponen struktur berupa kolom “V” dan box girder. Jembatan ini perlu didesain sebagai jembatan tahan gempa berdasarkan peta hazard gempa terbaru yaitu tahun 2010 kemudian perlu dihitung kebutuhan tulangannya.

Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis dan mendesain jembatan frame dengan komponen struktur berupa kolom “V” dan box girder dengan mempertimbangkan beban gempa. Selain itu penelitian ini juga mendesain tulangan struktur beton berdasarkan nilai gaya-gaya dalam struktur jembatan.

Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah dapat mengaplikasikan Ilmu Teknik Sipil dan Lingkungan bagi bangsa dan jembatan yang didisain dapat menjadi icon di kota Batam.

Ruang Lingkup Penelitian Berdasarkan referensi, data, dan waktu pelaksanaan penelitian dalam analisis dan desain struktur jembatan maka ruang lingkup permasalahan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Struktur jembatan yang ditinjau adalah balok V dan box girder 2. Analisis dan perhitungan struktur dilakukan dalam tiga dimensi dengan menggunakan beban permanen, beban lalu lintas, dan beban lingkungan berdasarkan peraturan Peraturan Perencanaan Jembatan (Brigde Design Code) BMS ’92 dengan revisi dari Pembebanan Untuk Jembatan (SNI T-022005) dan Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan (SNI T-12-2004) 3. Analisis gaya-gaya dalam dan desain jembatan dilakukan dengan bantuan software CSI Bridge versi 15 4. Analisis beban gempa dilakukan dengan menggunakan analisis gempa dinamis dengan bantuan software CSI Bridge versi 15 berdasarkan Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Jembatan (SNI 03-2883-1992) dan Peta Hazard Gempa 2010 5. Dimensi struktur dan material struktur disesuaikan dengan AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, SI Units, Third Edition 2004

5

TINJAUAN PUSTAKA Jembatan Secara umum struktur jembatan dapat dibagi menjadi tiga bagian yang saling menopang satu sama lain sehingga tidak dapat dipisahkan sebagai suatu satu kesatuan (Ilham 2010), yaitu : 1. Struktur Atas (Superstructures) Struktur atas dari suatu jembatan merupakan bagian yang menerima beban langsung. Struktur atas jembatan pada umumnya meliputi trotoar, slab lantai kendaraan, gelagar atau girder, balok diafragma, ikatan pengaku, dan tumpuan atau bearing. 2. Struktur Bawah (Substructures) Struktur bawah dari suatu jembatan berfungsi untuk memikul seluruh beban struktur atas dan beban lain secara vertikal maupun horisontal yang ditimbulkan oleh tekanan tanah, gesekan pada tumpuan, dan lain sebagainya yang kemudian disalurkan ke pondasi. Selanjutnya, beban-beban tersebut akan disalurkan ke tanah oleh pondasi. 3. Pondasi (Foundation) Pondasi dari suatu jembatan berfungsi untuk meneruskan beban jembatan ke tanah. Berdasarkan sistemnya, pondasi abutment atau pier jembatan dapat dibedakan menjadi beberapa macam jenis, antara lain pondasi telapak, pondasi sumuran, dan pondasi tiang.

Jembatan Frame Seperti jembatan pada umumnya, jembatan frame terdiri dari pondasi, struktur bawah, dan struktur atas. Hal berbeda adalah jembatan frame memungkinkan konstruksi dek jembatan pada satu bentang tunggal dalam satu unit abutment, yaitu pada titik join antara abutment dan dek jembatan tidak ada, bahkan pemakaian bearing tidak diperlukan. Hal ini menyebabkan kedalaman struktur dek jembatan dapat dikurangi sehingga momen lentur jembatan dapat diperkecil nilainya. Selain itu, titik akhir kolom berada paling puncak jembatan sehingga pondasi dapat diperkecil. Sebagai hasil dari peningkatan profil longitudinal, pekerjaan tanah dapat dikurangi.

Sumber : Mondorf (2006)

Gambar 4 Perbandingan antara jembatan girder dan jembatan frame Struktur frame cocok dibangun dengan beton bertulang dan memang perkembangannya bersamaan dengan perkembangan beton bertulang (Mondorf 2006). Penggunaan beton akan menguntungkan untuk pembangunan struktur

6 monolit dan jembatan frame, asalkan dimensi struktur tidak melebihi batas yang timbul dari deformasi akibat suhu, susut usia dan rayap. Jembatan frame sensitif terhadap deformasi sehingga perhitungan pondasi harus tepat sehingga menghasilkan jembatan yang ekonomis karena akibat pembebanan vertikal menyebabkan reaksi vertikal dan horizontal dari tanah. Jembatan frame memiliki banyak kesamaan dengan jembatan arch, tetapi jembatan arch biasanya dapat dirancang sedemikian rupa sehingga garis gaya akibat pembebanan mengikuti garis tengah lengkungan, sehingga termasuk dalam lengkungan penampang, sedangkan garis gaya pada jembatan frame sangat menyimpang dari garis frame pusat dan dalam kebanyakan kasus akan terletak jauh di luar penampang. Oleh karena itu, struktur jembatan frame sangat ditentukan oleh gaya normal dan momen lentur dalam menentukan dimensi akhir.


Gambar 5 Diagram geser dan distribusi momen pada kolom jembatan frame terhadap beban merata Struktur jembatan frame dapat dirancang pada satu span atau multi-span. Jembatan multi-span slab menerus atau girder dengan kolom tetap pada dek jembatan akan menimbulkan efek frame yang baik. Sedangkan, jembatan multispan dengan kolom fleksibel, dek jembatan akan sedikit dipengaruhi oleh kolom di dek. Oleh karena itu, struktur seperti itu dapat disebut sebagai jembatan slab atau girder. Ruang lingkup jembatan frame cukup luas. Desain frame banyak digunakan untuk underpass di bawah jalan atau rel kereta api. Desain frame bentuk khusus juga sering digunakan untuk jalan layang di atas jalan raya dan jembatan yang melalui lembah. Desain frame sering dipakai untuk jembatan menengah atau besar di atas sungai, terutama karena permintaan yang sederhana untuk kedalaman konstruksi yang tersedia dan kondisi lingkungan sekitar yang cocok. Dalam banyak pilihan kasus, desain jembatan frame memungkinkan menjadi pilihan perekonomian yang baik dalam hal bahan dan memiliki struktur estetis yang menarik.

7


Gambar 6 Tipe-tipe aplikasi jembatan frame Kolom V Kolom adalah batang tekan vertikal dari rangka (frame) struktural yang memikul beban dari balok. Kolom meneruskan beban-beban dari elevasi atas ke elevasi bawah hingga akhirnya sampai ke tanah melalui pondasi. Kolom merupakan komponen tekan, sehingga keruntuhan pada suatu kolom merupakan lokasi kritis yang menyebabkan runtuh (collapse) lantai yang bersangkutan, dan juga runtuh batas total (ultimate total collapse) seluruh struktur. Bentuk penampang kolom dapat bervariasi misalnya persegi, lingkaran, segienam, dan lainnya. Kolom V memiliki bentuk penampang persegi panjang namun ukuran penampang pada ujung dan pangkal berbeda dan posisi kolom membentuk sudut dari sumbu gravitasi serta berpasangan kolom membentuk bentuk V. Kolom V mengefektifkan penggunaan pondasi karena kolom V menopang girder dari 2 titik dengan 1 pondasi sehingga jumlah pondasi dapat dikurangi. Penggunaan jembatan frame dengan balok V di Indonesia belum umum digunakan. Contoh penggunaan kolom V di Indonesia adalah jembatan fly over di Simpang Semanggi, Jakarta.

Gambar 7 Jembatan balok V di Simpang Semanggi, Jakarta Box Girder Jembatan gelagar kotak (box girder) tersusun dari gelagar longitudinal dengan slab di atas dan di bawah yang berbentuk rongga (hollow) atau gelagar kotak. Tipe gelagar ini digunakan untuk jembatan dengan bentang yang panjang.

8 Bentang sederhana sepanjang 40 ft (± 12 m) menggunakan tipe ini, akan tetapi biasanya bentang gelagar kotak beton bertulang lebih ekonomis antara 60 ft sampai dengan 100 ft (± 18 m sampai dengan 30 m) dan biasanya didesain sebagai struktur menerus di atas pilar atau kolom. Gelagar kotak beton prategang dalam desain biasanya lebih menguntungkan untuk bentang menerus dengan panjang bentang ± 300 ft (± 100 m). Keunggulan dari gelagar kotak adalah tahan terhadap beban torsi.

Gambar 8 Tipikal penampang melintang jembatan gelagar kotak (box girder) Filosofi Perencanaan Rencana Tegangan Kerja Rencana tegangan kerja menggunakan prinsip sebagai berikut : Tegangan ultimit Tegangan kerja ≤ Tegangan ijin= Faktor keamanan (SF) Kritik utama untuk cara rencana tegangan kerja adalah kurang efisien dalam mencapai tingkat keamanan yang konsisten bila faktor keamanan digunakan pada bahan saja. Rencana Keadaan Batas Rencana keadaan batas memperhitungkan semua fungsi bentuk struktur, yaitu: 1. Tingkat pembebanan dan bentuk keruntuhan, yaitu pada keadaan batas ultimit yang selanjutnya disebut ULS (Ultimate Limit State) dan pada keadaan batas kelayanan yang selanjutnya disebut SLS (Service Limit State) 2. Faktor keamanan merata, artinya terbagi antara beban dan bahan yang mengizinkan ketidak-pastian pada masing-masing diperhitungkan, yaitu : KR x kapasitas nominal ≥ KU x beban nominal 𝑅′ ≥ 𝑆′ Dimana : KR = Faktor reduksi kekuatan KU = Faktor beban

Rencana keadaan batas adalah pendekatan lebih rasional daripada pendekatan tegangan kerja. Perencanaan yang dihasilkan dengan penggunaan prinsip keadaan batas akan lebih ekonomis dan akan menghasilkan jembatan dengan kemampuan kapasitas dan kekuatan yang merata.

9 Berikut adalah tabel perbandingan antara faktor beban akibat rencana tegangan kerja dan keadaaan batas ultimit : Tabel 1 Faktor Beban Tegangan Kerja dan Keadaan Batas Ultimita Jenis Beban dan Notasi Faktor Beban Berat sendiri, PMS Beban mati tambahan / utilitas, PMA Pengaruh penyusutan dan rangkak, PSR Pengaruh prategang, PPR Tekanan tanah, PTA

Pengaruh tetap pelaksanaan, PPL Beban lajur “D” TTD Pembebanan Truk “T”, TTT Gaya rem, TTB Gaya sentrifugal, TTR Pembebanan untuk pejalan kaki, TTP Beban tumbukan pada penyangga jembatan, TTC Penurunan, PES

Deskripsi atau Keterangan

Faktor Beban ULS Biasa Terkurangi (maks) (min) 1,1 0,9 1,2 0,85 1,3 0,75 1,4 0,7 2,0 0,7 1,4 0,8

SLS

Baja, aluminium Beton pracetak Beton dicor di tempat Kayu Keadaan umum Keadaan khusus Utilitas -

1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,3 1,0

-

1,0

Tekanan tanah vertikal Tekanan tanah lateral - Aktif - Pasif - Keadaan diam -

1,0

-

1,0

1,8

-

-

1,0

1,8

-

-

1,0 1,0

1,8 1,8

-

-

1,0

1,8

-

-

1,0

1,0

-

-

1,0

Tak bisa dipakai

1,0

-

1,0 (1,15 pada prapenegangan) 1,25

-

0,80

1,0 1,25 0,80 1,0 1,40 0,70 Lihat penjelasan di peraturan 1,0 1,25 0,8

10 Tabel 1 (lanjutan) Jenis Beban dan Notasi Faktor Beban

Deskripsi atau Keterangan

SLS

Pengaruh temperatur, TET Aliran air, benda hanyutan, dan tumbukan dengan batang kayu, TEF

-

1,0

Tekanan hidrostatis dan gaya apung, TEU Beban angin, TEW Pengaruh gempa, TEQ

Jembatan besar dan penting (periode ulang 100 tahun)

2,0

Jembatan permanen (periode 50 tahun)

1,5

Gorong-gorong (periode 50 tahun)

1,0

Jembatan sementara (periode 20 tahun) -

1,5

Gesekan, TBF Getaran, TVI Pelaksanaan, TCL a

1,0

Faktor Beban ULS Biasa Terkurangi (maks) (min) 1,2 0,8 -

1,0

1,0

1,0

-

-

1,2

-

-

1,0

1,0

-

-

1,0 1,0 Lihat penjelasan di peraturan

Sumber : SNI T-02-2005

Beban-beban Rencana Peraturan pembebanan yang dipakai adalah berdasarkan BMS (1992) dan dikoreksi dengan peraturan pembebanan terbaru SNI T-02-2005. Berikut adalah macam-macam pembebanan yang terjadi pada jembatan. Beban Permanen 1. Beban Sendiri Berat isi untuk beban mati dan kerapatan masa setiap bahan berbeda, yaitu :

11 Tabel 2 Berat isi dan kerapatan massa untuk beban matia No. 1. 2. 3. 4. 5. a

2.

3.

4.

Bahan Timbunan tanah dipadatkan Beton Beton prategang Beton bertulang Baja

Berat / Satuan Isi (kN/m3) 17,2

Kerapatan Massa (kg/m3) 1760

22,0 - 25,0 25,0 - 26,0 23,5 - 25,5 77,0

2240 - 2560 2560 - 2640 2400 - 2600 7850


Beban Mati Tambahan Beban mati tambahan adalah berat semua elemen tidak struktural yang dapat bervariasi selama umur jembatan seperti:  Perawatan permukaan khusus  Pelapisan ulang dianggap sebesar 50 mm aspal beton (hanya digunakan dalam kasus menyimpang dan dianggap nominal 22 kN/m3)  Sandaran, pagar pengaman, dan penghalang beton  Tanda-tanda  Perlengkapan umum seperti pipa air dan penyaluran (kosong atau penuh) Susut dan Rangkak Susut dan rangkak menyebabkan momen, geser, dan reaksi ke dalam komponen tertahan. Pengaruh Pratekan Pratekan menyebabkan pengaruh primer dan pengaruh sekunder dalam komponen tertahan dan struktur tidak tertentu (Gambar 9)

Sumber : BMS (1992)

Gambar 9 Pengaruh Primer dan Sekunder Pratekan 5.

Tekanan Tanah Tekanan horizontal akibat beban kendaraan vertikal dianggap ekuivalen dengan beban tambahan tanah 600 mm.

12 Beban Lalu Lintas 1. Beban Kendaraan Rencana Beban kendaraan mempunyai tiga komponen, yaitu:  Komponen vertikal  Komponen rem  Komponen sentrifugal (untuk jembatan melengkung) 2. Beban Lajur “D” Pembebanan lajur “D” ditempatkan melintang pada lebar penuh dari jalan kendaraan jembatan dan menghasilkan pengaruh pada jembatan yang ekuivalen dengan rangkaian kendaraan sebenarnya. Jumlah total pembebanan lajut “D” yang ditempatkan tergantung pada lebar jalan kendaraan jembatan. Umumnya, pembebanan “D” akan menentukan untuk bentang sedang sampai panjang. Beban lajur “D” terdiri dari:  Beban terbagi rata atau Uniformly Distributed Load (UDL) dengan intensitas q kPa, dengan q tergantung pada panjang yang dibebani total (L) sebagai berikut : L ≤ 30 m; q = 9,0 kPa 15 L > 30 m; q = 9,0 (0,5+ L ) kPa Beban UDL boleh ditempatkan dalam panjang terputus agar terjadi pengaruh maksimum. Dalam hal ini L adalah jumlah dari panjang masingmasing beban terputus tersebut. Beban lajut “D” ditempatkan tegak lurus terhadap arah lalu lintas (Gambar 10).  Beban garis atau Knife Edge Load (KEL) sebesar p kN/m, ditempatkan dalam kedudukan sembarang sepanjang jembatan dan tegak lurus pada arah lalu lintas. p = 49,0 kN/m Pada bentang menerus, KEL ditempatkan dalam kedudukan lateral sama yaitu tegak lurus arah lalu lintas pada dua bentang agar momen lentur negatif menjadi maksimum.


Gambar 10 Penyebaran beban lajur “D” pada arah melintang

13 3.

Beban Truk “T” Pembebanan truk “T” adalah kendaraan berat tunggal dengan tiga gandar yang ditempatkan dalam kedudukan sembarang pada lajur lalu lintas rencana. Tiga gandar terdiri dari dua pembebanan bidang kontak yang dimaksud agar mewakili pengaruh roda kendaraan berat. Hanya satu truk “T” boleh ditempatkan per lajur lalu lintas rencana. Umumnya, pembebanan “T” akan menentukan untuk bentang pendek dan sistim lantai. Truk “T” ditunjukkan dalam Gambar 11.


Gambar 11 Truk “T” 4.

Faktor Dinamis  Faktor Beban Dinamik (FBD) merupakan hasil interaksi antara kendaraan yang bergerak dengan jembatan  Pada pembebanan “D” digunakan grafik pada Gambar 12 untuk bentang tunggal panjang bentang ekuivalen diambil sama dengan panjang bentang sebenarnya.


Gambar 12 Faktor beban dinamis untuk KEL pembebanan lajur “D”

14 Sedangkan, untuk bentang menerus panjang bentang ekivalen LE diberikan rumus : LE = √Lav Lmax Dimana : Lav adalah panjang bentang rata-rata dan kelompok bentang yang disambungkan secara menerus Lmax adalah panjang bentang maksimum dalam kelompok bentang yang disambung secara menerus

5.

6.

 Pada pembebanan truk “T” digunakan nilai 30% Gaya Rem Pengaruh ini diperhitungkan senilai dengan gaya rem 5% dari beban lajur “D” yang dianggap ada pada semua jalur lalu lintas tanpa dikalikan dengan faktor beban dinamis dan dalam satu jurusan. Gaya rem tersebut dianggap bekerja horizontal dalam arah sumbu jembatan dengan titik tangkap setinggi 1,8 m di atas permukaan lantai kendaraan. Beban lajur “D” disini jangan direduksi bila panjang bentang melebihi 30 m digunakan q = 9 kPa. Beban Pejalan Kaki Intensitas beban pejalan kaki untuk jembatan jalan raya tergantung pada luas beban yang dipikul oleh unsure yang direncana. Bagaimanapun, lantai dan gelagar yang lansung memikul pejalan kaki harus direncanakan untuk 5 kPa. Intensitas beban untuk elemen lain diberikan dalam Gambar 13.


Gambar 13 Pembebanan pejalan kaki 7.

Beban Tumbuk untuk Penyangga Jembatan Penyangga jembatan dalam daerah lalu lintas harus direncanakan agar menahan tumbukan sesaat atau dilengkapi dengan penghalang pengaman yang khusus direncanakan.  Tumbukan kendaraan diambil sebagai beban statis ekuivalen sebesar 100 kN pada 10o terhadap garis pusat jalan pada tinggi sebesar 1,8 m.  Pengaruh lingkungan kereta api dan kapal ditentukan oleh yang berwenang dengan relevan.

15 Beban Lingkungan 1. Penurunan Jembatan direncanakan agar menampung perkiraan penurunan total dan diferensial sebagai pengaruh SLS. 2. Gaya Angin  Jembatan-jembatan besar dan penting harus diselidiki secara khusus akibat pengaruh beban angin, termasuk respon dinamis jembatan  Gaya nominal dan daya layan jembatan (kecuali rangka) akibat angin tergantung kecepatan angin rencana seperti: TEW = 0,0006 CW (VW )2 Ab (kN) Dimana: VW adalah kecepatan angin rencana (m/s) untuk keadaan batas yang ditinjau (Tabel 4) CW adalah koefisien seret (Tabel 3) Ab adalah luas koefisien bagian samping jembatan (m2)

Tabel 3 Koefisien sereta, CW Tipe Jembatan Bangunan atas masifb,c : b/d = 1,0 b/d = 2,0 b/d ≥ 6,0 Bangunan atas rangka

Cw 2,1d 1,5d 1,25d 1,2

a

Sumber : SNI T-02-2005; bb = lebar keseluruhan jembatan dihitung dari sisi luar sandaran c = tinggi bangunan atas, termasuk tinggi bagian sandaran yang masif; cuntuk harga antara b/d bisa diinterpolasi linier; dapabila bangunan atas mempunyai superelevasi, Cw harus dinaikkan sebesar 3% untuk setiap derajat superelevasi, dengan kenaikan maksimum 2,5%

Tabel 4 Kecepatan angin rencanaa, VW Keadaan SLS ULS a

3.

4.

Lokasi Sampai 5 km dari pantai > 5 km dari pantai 30 m/s 25 m/s 35 m/s 30 m/s


Gaya Suhu Perubahan merata dalam suhu jembatan menghasilkan perpanjangan atau penyusutan seluruh panjang jembatan. Gerakan tersebut umumnya kecil di Indonesia, dan dapat diserap oleh perletakan dengan gaya cukup kecil yang disalurkan ke bangunan bawah oleh bangunan atas dengan bentang 100 m atau kurang. Pengaruh dari perpanjangan diferensial pada gelagar pratekan komposit/lantai beton dan gelagar baja/lantai beton dapat diabaikan pada ULS tetapi harus dipertimbangkan pada SLS. Gaya Gempa Perhitungan gaya gempa menggunakan peraturan gempa terbaru yaitu Peta Hazard Gempa Indonesia 2010.

16 Gempa Kriteria struktur tahan gempa yang ditetapkan oleh hampir seluruh standar perencanaan struktur adalah : 1. Mampu menahan gempa lemah tanpa terjadi kerusakan. 2. Kuat menahan gempa sedang tanpa rusak, tetapi beberapa bagian non struktural mungkin mengalami kerusakan 3. Tidak roboh menahan gempa kuat, walaupun bagian struktural mengalami kerusakan Pemilihan cara menganalisis struktur tahan gempa diatur dalam SNI 03-28831992 tergantung pada tipe jembatan, besarnya koefisien akselerasi gempa dan tingkat kecermatan. Adapun cara menganalisi tersebut, yaitu analisis statis-semi dinamis atau dinamis sederhana terdiri dari metode beban seragam/koefisien gempa dan spektral moda tunggal, analisis rangka atau semi dinamis yaitu spektral moda majemuk, dan analisis dinamis yaitu riwayat waktu. Cara yang digunakan untuk analisis dinamis adalah cara respon spektra berdasarkan analisis riwayat waktu dan analisis moda, serta cara integral langsung yang menggunakan rumus pergerakan equation of motion. Tahapan perhitungan beban gempa terdapat pada Lampiran 2 dengan nilai kelas tanah berdasarkan ASCE (2010) pada Tabel 5 dan Tabel 6. Tabel 5 Ss dengan koefisien Faa Site Class A B C D E a

Ss ≤ 0,25 0,8 1 1,2 1,6 2,5

Fa ( for short period / T = 0,2) Ss = 0,5 Ss = 0,75 Ss = 1 Ss ≥ 1,25 0.8 0.8 0.8 0.8 1 1 1 1 1,2 1,1 1 1 1,4 1,2 1,1 1 1,7 1,2 0,9 0,9

Sumber : ASCE (2010)

Tabel 6 S1 dengan koefisien Fva Site Class A B C D E a

S1 ≤ 0,1 0,8 1 1,7 2,4 3,5

Fv for T=1 S1 = 0,2 S1 = 0,3 S1 = 0,4 0,8 0,8 0,8 1 1 1 1,6 1,5 1,4 2 1,8 1,6 3,2 2,8 2,4

S1 ≥ 0,5 0,8 1 1,3 1,5 2,4

Sumber : ASCE (2010)

Kombinasi Pembebanan Kombinasi pembebanan terdiri dari kombinasi ULS dan SLS berdasarkan peraturan SNI T-02-2005 dijelaskan pada Tabel 7.

17 Tabel 7 Kombinasi beban pada keadaan SLS dan keadaan ULSa Aksi Aksi Permanen : Berat sendiri Beban mati tambahan / utilitas Pengaruh penyusutan dan rangkak Pengaruh prategang Pengaruh tetap pelaksanaan Tekanan tanah Penurunan Aksi Transien : Beban lajur “D” atau Pembebanan Truk “T” Gaya rem atau Gaya sentrifugal Pembebanan untuk pejalan kaki Gesekan perletakan Pengaruh temperatur / suhu Aliran air/ benda hanyutan/ tumbukan dengan batang kayu/ tekanan hidrostatis/ gaya apung Beban angin Aksi Khusus : Pengaruh gempa Beban tumbukan pada penyangga jembatan Pengaruh Getaran Beban Pelaksanaan “x” berarti beban yang selalu aktif “o” berarti beban yang boleh dikombinasikan dengan beban aktif, tunggal atau seperti yang ditunjukkan

a


1

2

SLS 3 4

5

6

1

2

ULS 3 4

5

6

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

o

o

o

o

x

o

o

o

o

x

o

o

o

o

x

o

o

o

x

x

o

o

x

o

o

o

o

o

o

o

o

o

o

x

o

o

o

o

o

o

o

o

o

x

o

o

o

x

o

o

o

o

x

o

o

o

x

o

o

x

x

x x

(1)=aksi permanen “x” KBL + beban aktif “x” KBL + 1 beban “o” KBL (2)=aksi permanen “x” KBL + beban aktif “x” KBL + 1 beban “o” KBL + 0,7 beban “o” KBL (3)=aksi permanen “x” KBL + beban aktif “x” KBL + 1 beban “o” KBL + 0,5 beban “o” KBL + 0,5 beban “o” KBL

x aksi permanen “x” KBL + beban aktif “x” KBL + 1 beban “o” KBL

18

Beton Bertulang Peraturan yang digunakan untuk perhitungan beton bertulang adalah SNI T12-2004. Pengecekan kekuatan penampang dari struktur beton bertulang digunakan metoda perhitungan ultimit (ULS). Dengan demikian, gaya-gaya yang digunakan pada analisis kekuatan penampang adalah gaya-gaya terbesar hasil kombinasi gaya-gaya terfaktor. Tulangan pada box girder harus dihitung pada bagian top slab, web, dan bottom slab apabila luas penampang tiap bagian berbeda. Sedangkan pada kolom dapat dilakukan perhitungan satu kali apabila luas penampang kolom sama, tetapi jika berbeda dilakukan perhitungan pada luas penampang yang kecil. Perhitungan tulangan dilakukan terhadap lentur, geser, dan torsi. Pada tulangan lentur, luas yang diperlukan diturunkan dari keseimbangan gaya-gaya dalam yang bekerja pada penampang seperti dijelaskan pada Gambar 14.


Gambar 14 Diagram tegangan-regangan pada penampang beton bertulang Dengan menggunakan persamaan keseimbangan gaya tarik pada baja tulangan dan gaya tekan pada beton, maka tulangan girder dapat dihitung dengan langkah pada Lampiran 3. Tulangan geser dihitung pada struktur yang memiliki nilai gaya geser. Keperluan tulangan geser pada balok dapat dihitung dengan langkah pada Lampiran 4. Tulangan geser harus dibengkokan dengan cukup baik dan merupakan sengkang tertutup.


Gambar 15 Pembengkokan tulangan geser Sedangkan perencanaan tulangan torsi juga dihitung pada struktur yang memiliki nilai torsi. Torsi memiliki skematik pembebanan pada elemen yang mengalami torsi seperti tampak pada Gambar 16. Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja, maka torsi dapat dihitung dengan langkah pada Lampiran 5.

19 CL

Ru a

h

b


Gambar 16 Skematik beban torsi

Beton Prategang Beton merupakan material yang kuat dalam menahan gaya tekan, namun lemah dalam menahan gaya tarik. Untuk mengurangi atau mencegah retak dapat dilakukan prestresioning terhadap tulangan-tulangan baja pada elemen beton bertulang, sehingga disebut beton prategang. Prategang menghasilkan sistem tegangan yang saling menyeimbangkan. Berdasarkan SI-5212 Perilaku Struktur Beton Prategang, perhitungan tendon (tulangan yang dipakai untuk beton pratekan) dilakukan pada jembatan secara longitudinal dan transversal. Dengan ketentuan seperti pada Gambar 17.

et

yt

yb

eb

Gambar 17 Struktur girder prategang Perhitungan secara transversal dapat dilihat pada Lampiran 6. Perhitungan tendon secara longitudinal dapat menggunakan rumus : 1. Penampang girder top (atas) P

σt = - A x

P .et . yt Iz

+

M . yt Iz

⇔ P=

M . yt - σt Iz e t . yt 1 ) ( + Ax Iz

20 2.

Penampang girder bottom (bawah) P

σt = - A x

P .eb . yb Iz

+

M . yb Iz

⇔ P=

M . yb - σb Iz e b . yb 1 ( + ) Ax Iz

Dimana : σt = Tegangan ijin P = Total gaya yang bekerja Ax = Luas Penampang Iz = Inersia Penampang M = Momen total et = Jarak tendon atas ke titik berat penampang eb = Jarak tendon bawah ke titik berat penampang yt = Jarak ujung top slab ke titik berat penampang yb = Jarak ujung bottom slab ke titik berat penampang

METODE Waktu dan Tempat Penelitian dilaksanakan pada bulan April sampai Juli 2013 di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Pengambilan data sekunder dilaksanakan pada bulan April 2013 dari PT. Portal Perkasa Engineering sebagai konsultan perencana utama proyek fly over Simpang Jam di kota Batam. Permodelan struktur, perhitungan analisis, desain tulangan dan penyusunan skripsi berlangsung dari bulan April sampai Juli 2013. Lokasi jembatan yang disain terdapat di Simpang Jam di kota Batam, secara lebih jelas lihat Gambar 18-21.

Gambar 18 Foto Udara Pulau Batam

21

Rencana Fly Over Simpang Jam

A

009

008 010 010

009 010 009 012

008

008

A

011

008 007 012

008

008

Gambar 19 Lokasi Proyek Fly Over Simpang Jam di Pulau Batam 008

Lokasi Pekerjaan Nagoya Batam Center

Sekupang Bandara Batam Gambar 20 Foto Udara Simpang Jam

Gambar 21 Situasi Jalan Simpang Jam

006

22 Bahan 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : Peraturan perencanaan jembatan (Brigde Design Code) oleh BMS (1992) Pembebanan untuk jembatan (SNI T-02-2005) Perencanaan struktur beton untuk jembatan (SNI T-12-2004) Standar perencanaan ketahanan gempa untuk jembatan (SNI 03-2883-1992) ASCE 2010 Peta Hazard Gempa Indonesia 2010 AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, SI Units, Third Edition 2004

Alat 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : Laptop TOSHIBA Satellite L310 Program CSI Bridge versi 15 Program SAP2000 versi 14 Program PCACOL Auto CAD 2010 Ms.Office 2010 Tahapan Penelitian Tahapan penelitian dijelaskan oleh bagan alir pada Lampiran 7.

HASIL DAN PEMBAHASAN Perencanaan Struktur Atas dan Struktur Bawah Preliminary dimensi jembatan dilakukan berdasarkan data yang diperoleh dari konsultan utama, pembacaan peraturan-peraturan mengenai jembatan, dan perbandingan dengan studi literatur lainnya sehingga menghasilkan beberapa keputusan perencanaan struktur jembatan. Perencanaan ini juga diputuskan berdasarkan kriteria desain jembatan kemudian dimodelkan dengan program CSI Bridge versi 15, sehingga jembatan yang dimodelkan untuk dianalisis adalah sebagai berikut : 1. Tipe jembatan adalah frame bridge monolite structure 2. Perencanaan struktur atas jembatan menggunakan box girder 3. Perencanaan struktur bawah jembatan menggunakan abutment dan kolom “V” 4. Material box girder adalah prestressed concrete mutu K-500 5. Material kolom “V” adalah reinforced concrete mutu K-350 6. Elevasi alignment jembatan 3% dengan perletakan rol di kedua abutment 7. Jembatan 3 lajur pada 1 jalur (1 lajur = 3,5 m) dan lebar total jembatan 12 m 8. Jumlah & pembagian panjang span adalah 5 span (37,5 – 15 – 45 – 15 – 37,5 m) dan panjang total jembatan 150 m

23

a. = 150 m span 1

span 2

span 3

37,5 m

15 m

45 m

span 4

span 5

15 m

37,5 m

150 m

Gambar 22 Potongan Memanjang Jembatan

Gambar 4.2. Potongan Memanjang Jembatan

Gambar 23 Potongan Melintang Jembatan

Gambar 24 Hasil Pemodelan Struktur Jembatan menggunakan CSI Bridge Perencanaaan Box Girder 1. Dimensi Box Girder  Lebar box girder : 12 m (konstan sepanjang bentang)  Tinggi box girder : bervariasi dari 1,5 ~ 2,5 m : 0 buah  Jumlah cell  Tebal top slab : 0,3 m  Tebal web : 0,45 m  Tebal bottom slab : 0,25 m  Variasi kedalaman :

Gambar 25 Perencanaan Variasi Kedalaman Box Girder

24 2.

Spesifikasi material girder Beton K-500  Kuat tekan karakteristik kubus usia 28 hari = 50 MPa  Kuat tekan karakteristik silinder usia 28 hari, f`c = 0,83 x 50 = 41,5 MPa  Modulus elastisitas = 4700 41,5 = 30277,632 MPa = 30277632 kN/m2  Poissons’s ratio = 0,20  Modulus geser = 12615680 kN/m2  Koefisien muai suhu = 1,170E-05 /oC  Berat spesifik = 25 kN/m3  Massa spesifik = 2,5493 kg

Perencanaan Kolom “V” 1. Dimensi kolom “V”  Dimensi penampang atas kolom adalah 2,5 x 6,0 m (Gambar 27a)  Dimensi penampang bawah kolom adalah 2,0 x 4,0 m (Gambar 27b)

(a) (b) Gambar 26 Dimensi Kolom “V” (a) penampang atas; (b) penampang bawah 2.

Spesifikasi material kolom Beton K-350  Kuat tekan karakteristik kubus usia 28 hari = 35 MPa  Kuat tekan karakteristik silinder usia 28 hari, f`c = 0,83 x 35= 29,05 MPa  Modulus elastisitas = 4700 29,05 = 25332,084 MPa = 25332084 kN/m2  Poissons’s ratio = 0,20  Modulus geser = 10555035 kN/m2  Koefisien muai suhu = 1,170E-05 /oC  Berat spesifik = 25 kN/m3  Massa spesifik = 2,5493 kg

25 Input Pembebanan Jembatan didesain dengan umur rencana 100 tahun karena merupaka tipe jembatan khusus sehingga beban yang bekerja di jembatan dikombinasi dengan nilai faktor beban : Tabel 8 Kombinasi pembebanan berdasarkan faktor beban SLS Nama Kombinasi SLS-1a SLS-1b SLS-2a SLS-2b SLS-2c SLS-2d SLS-3a SLS-3b SLS-3c SLS-3d SLS-4a SLS-4b

Aksi Permanen SW SDL PS 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

D 1 1 0,7 1 0,7 1 -

Aksi Transien T BF TL 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,7 0,7 1 - 0,7 1 1 0,7 1 1 0,7 0,7 0,7 1 0,7 1 1 1 1 -

WF 0,7 0,7 1 1 1 1 1 1 -

Aksi Khusus EQ-X EQ-Y IF 1 1

Tabel 9 Kombinasi Pembebanan berdasarkan faktor beban ULS Nama Kombinasi ULS-1a ULS-1b ULS-1c ULS-1d ULS-2a ULS-3a ULS-3b ULS-4a ULS-4b

Aksi Permanen Aksi Transien Aksi Khusus SW SDL PS D T BF TL WF EQ-X EQ-Y IF 1,3 2 1 1,98 1,98 1,32 1,3 2 1 1,98 1,98 1,32 1,3 2 1 1,98 1,98 1,32 1,3 2 1 1,98 1,98 1,32 1,3 2 1 1,32 1,32 1,3 2 1 1 0,3 1,3 2 1 0,3 1 1,3 2 1 1,98 1,98 1 1,3 2 1 1,98 1,98 1

Keterangan: SW : Self Weight (Berat Sendiri) SDL : Self Dead Load (Beban Mati Tambahan) PS : Prestress (Beban Prategang) D : Beban Lajur “D” T : Beban Truk “T” BF : Breaking Force (Gaya Rem) TL : Temperature Load (Pengaruh Suhu) WF : Wind Force (Gaya Angin) EQ-X : Earth Quake-X (Beban Gempa terhadap sb.X) EQ-Y : Earth Quake-Y (Beban Gempa terhadap sb.Y) IF : Impact Force (Gaya Tumbukan)

26 Besarnya nilai beban-beban yang terjadi dapat dijabarkan dengan contoh perhitungan berikut: 1. Beban Mati (Wc beton = 25 kN/m3)  Box Girder  Agmax = 7,3425 m2 Agmin = 6,7125 m2 Ag rata-rata  Berat Girder  Kolom “V”  Agtop Agbottom Ag rata-rata  Berat kolom “V”  Berat sendiri

Ag + Ag

7,3425 + 6,7125

= 12 2= = 7,0275 m2 2 = Ag rata-rata x Wc beton x panjang jembatan = 7,0275 m2 x 25 kN/m3 x 150 m = 26353, 125 kN = 15 m2 = 8 m2 Ag + Ag

15 + 8

= 1 2 2 = 2 = 11,5 m2 = Ag rata-rata x Wc beton x tinggi kolom = 11,5 m2 x 25 kN/m3 x 6,5 m = 1868,75 kN = 26353, 125 kN + 1868,75 kN = 28221,875 kN

2.

Beban Mati Tambahan  Aspal (beban area)  Wc aspal = 22 kN/m3  Berat aspal = Wc aspal x tebal aspal = 22 kN/m3 x 0,05 m = 1,1 kN/m2  Parapet (beban garis)  Wc parapet = 24 kN/m3  Berat parapet = Wc parapet x Ag parapet = 24 kN/m3 x 0,385 m2 = 9,24 kN/m

3.

Prategang  Tendon yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut :  d tendon = 0,5” = 12,7 mm = 0,0127 m  Ast = 0.0000987 m Ø = 0,6  fu = 1860000 kN/m2 P = 110,15 kN  σtijin = 3000 kN/ m2  Hasil perhitungan tendon longitudinal (satuan: kN, m) :

27 Tabel 10 Hasil perhitungan tendon longitudinal Tendon di-

Penampang Jembatan A

Iz

Yt/Yb

et/eb

pier 7,3425 6,2701 0,8871 0,7521 center of main 6,7125 2,7838 1,1644 1,0294 span center of approach 6,8810 3,5626 1,2862 1,1512 span

Momen DL+LL

Ptop/ bottom

n

Tendon dipakai

50750

(kN) 17231(t) 156 10 x 5–19

23460

11755(b) 106 6 x 5–19

32323

15455(t) 140 8 x 5–19

Berdasarkan analisis yang dilakukan pada program CSI Bridge masih perlu ditambahkan tendon 1 x 5 – 19 yang ditarik dari masing-masing ujung jembatan agar nilai tegangan tarik dan tekan yang terjadi sesuai SNI T-12-2004. Jembatan akan dikontruksi dengan metoda balance cantilever sehingga tendon didistribusikan seperti pada Gambar 28 dan Lampiran 9.

Gambar 27 Distribusi tendon dari tampak memanjang  Hasil perhitungan tendon transversal per 1 meter adalah 5 x 5 – 4 dengan perincian perhitungan : Mu = 1171,4365 kNm ΦMn = 1206,548085 kNm = 1206548085 Nmm t top slab = 450 mm a = 124,725 mm d = 405,155 mm ρps = 0,004935 fpu = 1860 MPa fps = 1654,299687 MPa dps = 400 mm t cover = 50 mm As = 2835,28737 mm2 Aps = 1974 mm2 n = 5 buah 4.

Beban Lajur “D”  Beban terbagi rata (q)  Terdiri dari 31 kombinasi secara longitudinal (Lampiran 8)

28  Terdiri dari 3 kombinasi secara transversal, dengan jarak dan intensitas beban sebagai berikut : Tipe 1

Tipe 3

Tipe 2

8,25 m

8,25 m 2,25 m

1,13 m

8,25 m 1,13 m

2,25 m

Keterangan: 100% 50% . Distribusi beban “D” secara transversal Gambar 28Gambar Distribusi beban “D” secara transversal

 Total kombinasi adalah 93 kombinasi, dengan nilai q terbesar adalah 9,00 kN/m2 dan nilai q terkecil adalah 5,40 kN/m2. Beban ini dimasukkan dalam bentuk beban garis ke dalam program CSI Bridge sehingga dikalikan lebar lajur (3,5 m).  Beban garis (p) = intensitas p x lebar lajur p = 49 kN/m x 3,5 m = 171,5 kN  Beban p di dimasukkan dalam bentuk beban titik ke dalam program CSI Bridge sehingga dikalikan lebar lajur (3,5 m) dan dikalikan faktor dinamis senilai 1,4. 5.

Beban Truk “T”, beban truk yang digunakan adalah truk 50 ton = 500 kN

Gambar 29 Penginputan beban truk “T” 6.

Gaya Rem (beban titik)  Gaya rem total = beban lajur “D” tertinggi x lebar lajur x panjang jembatan x 5% = 9,00 kN/m2 x 3,5 m x 150 m x 5% = 234,25 kN

29 Gaya rem total x 3 lajur

 Gaya rem per kolom = 4 kolom = 177,1875 kN 7.

Beban Tumbukan  Skenario 1  IF-x  IF-y

= cos 10o x 100 kN = 98,48 kN = sin 10o x 100 kN = 17,36 kN

Gambar 30 Beban tumbukan dari kendaraan arah memanjang  Skenario 2  IF-x  IF-y

= sin 10o x 100 kN = 17,36 kN = cos 10o x 100 kN = 98,48 kN

Gambar 31 Beban tumbukan dari kendaraan arah melintang Temperatur  Data suhu : = 1800 mm h  Tp = 12o C  Tb = 5o C  Grafik nilai suhu adalah sebagai berikut :

temp ('c)

-10

-5

0

5

10

0 200

height (mm)

8.

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 temp PLUS

temp MINUS

Gambar 32 Nilai suhu

15

30 9.

Beban Angin  Data variabel beban angin :  Cw = 1,25  Vw = 25 m/s  Ab = 551, 25 m2  Hasil perhitungan :  Tew total = 258,398 kN  Tew per 4 kolom = 64,5995 kN

10. Beban Gempa Jembatan yang didesain ini adalah tipe jembatan khusus sehingga perlu didisain dengan umur rencana 100 tahun. Oleh karena itu, pembebanan gempa yang dilakukan pun dikonversi menjadi 100 tahun dari data yang ada.

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 33 Peta percepatan puncak (PGA) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun(a); Peta respon spektra percepatan 0,2 detik (SS) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun(b); Peta respon spektra percepatan 1,0 detik (S1) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun(c); Keterangan nilai gravity berdasarkan warna gambar(d) Berdasarkan data tersebut, hasil perhitungan respon spektrum di kota Batam adalah sebagai berikut : Tabel 11 Akselerasi spektrum gempa 2010 t 0 0,6 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6

Sa 0,0293 0,0733 0,0733 0,0710 0,0688 0,0667 0,0647 0,0629 0,0611

t 3,7 3,8 3,9 4 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5

Sa 0,0595 0,0579 0,0564 0,0550 0,0537 0,0524 0,0512 0,0500 0,0489

t 4,6 4,7 4,8 4,9 5 5,1 5,2 5,3

Sa 0,0478 0,0468 0,0458 0,0449 0,0440 0,0431 0,0423 0,0415

Akselerasi Spektrum

31 0,0800 0,0700 0,0600 0,0500 0,0400 0,0300 0,0200 0,0100 0,0000 0

1

2

3 T (Perioda)

4

5

Gambar 34 Grafik hasil respon spektrum

Hasil Gaya-Gaya Dalam 1.

Gaya-Gaya Dalam Akibat Beban Mati (Berat Sendiri)

Momen

Geser

Torsi

Normal

Gambar 35 Hasil gaya-gaya dalam akibat beban mati (berat sendiri) Kontrol perhitungan manual (contoh perhitungan):  q di girder  q girder = Ag rata-rata x Wc beton = 7,0275 m2 x 25 kN/m3 = 175,6875 kN/m  Pada span 3 1  M girder = 8 qgirder x (Lspan 3 )2 1

= 8 175,6875 kN/m x (45 m)2 = 44470,9 kNm  Mgirder(program) = Mmax + Mmin = 16330,702 + 32172,3 = 48503,002 kNm  M girder (CSI Bridge) ≈ M girder (manual)

6

32 2.

Gaya-Gaya Dalam Akibat SLS dan ULS

Momen (M3) (M3) Momen

Geser (V2)

Torsi Torsi (T) (T)

Normal Normal (P) (P)

Gambar 36 Gaya-gaya dalam akibat SLS (envelope) P V2 V3 T M2 Tipe Tabel 12 Nilai gaya-gaya dalam maksimum kombinasi ULS Kombinasi (kN) (kN) (kN) (kNm) (kNm) ULS-4a -20398,5 9735,711 -8,238 -16,99 117,44 P V2 V3 T M2 Tipe Kombinasi (kN) (kN) (kN) (kNm) (kNm) ULS-4a -20398,5 9735,711 -8,238 -16,99 117,44

Momen (M3)

Geser (V2)

Torsi (T)

Normal (P)

M3 (kNm) -66298,6 M3 (kNm) -66298,6

Gambar 37 Gaya-gaya dalam akibat ULS (envelope) Tabel 13 Nilai gaya-gaya dalam maksimum kombinasi SLS Tipe Kombinasi SLS-4a

P V2 (kN) (kN) -20450 6346,73

V3 T (kN) (kNm) -8,238 -16,988

M2 (kNm) 117,44

M3 (kNm) -37494

Hasil gaya-gaya dalam maksimum SLS dan ULS adalah sama, yaitu terjadi pada kombinasi 4a, dimana aksi tetap dikombinasikan dengan aksi transien (beban “D”) dan aksi khusus (tumbukan). Namun, nilai gaya-gaya dalam akibat kombinasi ULS lebih besar daripada kombinasi SLS. Hal ini dikarenakan kombinasi ULS dikalikan faktor pembebanan. Oleh karena itu, nilai kombinasi ULS digunakan untuk mendesain tulangan sedangkan nilai kombinasi SLS digunakan untuk mendesain tendon. Pada tipe struktur jembatan frame, perhitungan tulangan hanya berdasarkan nilai momen, gaya geser, dan gaya normal karena torsi ditopang oleh keseluruhan struktur. Sedangkan perhitungan tendon berdasarkan nilai momen.

33 Kontrol Keamanan 1.

Kontrol Tegangan Tegangan ijin pada jembatan ini adalah :  Saat tertekan = 18,675 MPa = 18675 kN  Saat tertarik = 3,221 MPa = 3221 kN

Gambar 38 Tegangan akibat kombinasi SLS Berdasarkan grafik yang ditunjukkan pada Gambar 39, hasil tegangan saat tertarik adalah 3186,5799 kN dan tegangan saat tertekan adalah 12430,29 kN. Kedua nilai ini lebih kecil dibandingkan nilai tegangan ijin berdasarkan SNI T-12-2004 sehingga struktur jembatan yang didisain adalah aman terhadap retak. 2.

Kontrol Lendutan Lendutan yang diijinkan pada bentang terpanjang 45 m adalah 40 mm (SNI T-02-2005) sedangkan lendutan maksimum yang terjadi pada jembatan frame yang didesain adalah 19,3 mm sehingga jembatan ini kaku.

Gambar 39 Deformasi girder akibat beban sendiri (dead load)

34 Desain Tulangan Tulangan yang didesain untuk jembatan frame ini terdiri dari tulangan kolom “V” dan tulangan box girder. Tulangan kolom “V” didapat dengan bantuan program PCACOL sedangkan tulangan box girder didapat dengan perhitungan manual dengan alur dan rumus yang tertulis di Lampiran 3 – Lampiran 5. 1. Tulangan Kolom “V” Perhitungan kolom “V” dilakukan dengan penampang yang memiliki luas penampang paling kecil sehingga tulangan dapat masuk ke penampang paling kecil dan mampu menopang gaya-gaya yang terjadi. Berikut adalah contoh data yang dimasukkan ke dalam program PCACOL dan hasil diagram interaksinya :

Gambar 40 Input data dalam program PCACOL

Gambar 41 Diagram interaksi kolom “V” penampang (4 x 2) m Berdasarkan data yang telah dimasukkan menunjukkan hasil bahwa kebutuhan tulangan kolom “V” untuk menahan lentur (gaya akibat M3) digunakan tulangan D25-150 dan untuk menahan geser (gaya akibat V2) digunakan tulangan D16-150. 2.

Tulangan Box Girder Perhitungan tulangan box girder dilakukan melalui permodelan box girder dengan program SAP2000 dengan menggunakan variasi dimensi kedalaman pada bagian tengah jembatan (1,8 m) dan panjang girder secara longitudinal sepanjang 1 m. Melalui permodelan tersebut diperoleh pola gaya-gaya dalam sebagai berikut :

35

Gambar 42 Permodelan 1 meter box girder dan hasil gaya-gaya dalam Berdasarkan nilai gaya-gaya dalam tersebut diperoleh jenis tulangan yang berbeda pada tiap bagian girder agar mampu menopang gaya-gaya yang terjadi. Hasil perhitungan tulangan lentur, bagian top slab, digunakan tulangan D19-100 pada sisi tariknya (atas) sedangkan pada sisi tekan digunakan dua kali jarak dari tulangan tarik (atas) yaitu D19-200 pada sepanjang arah transversal dan longitudinal jembatan. Sedangkan hasil perhitungan tulangan lentur, bagian web dan bottom slab, digunakan tulangan D16-150. Dan pada hasil perhitungan tulangan geser hanya pada bagian web yang membutuhkan tulangan geser dan tulangan susut sehingga digunakan tulangan D16-150 juga. Perhitungan detail ditunjukkan tabel-tabel berikut : Tabel 14 Hasil perhitungan As box girder secara transversal Tipe Balok

Mu (Nmm)

Mn (Nmm)

DIMENSI d

b

As (mm2)

Top 11,7E+08 14,6E+08 450 1000 9201,81 Slab Bottom 1,11E+08 1,39E+08 250 1000 1435,34 Slab Web 6,36E+08 7,95E+08 450 1000 4697,08

As As min pakai (mm2) (mm2) 1575

9202

875

1435

1575

4697

Tabel 15 Hasil perhitungan tulangan lentur transversal box girder Tipe Balok Top Slab Bottom Slab Web

d (mm)

Luas (mm2)

n

n'

19 16 16

283,53 201,06 201,06

10 7 7

5 7 7

Tulangan pakai Tarik D19-100 D16-150 D16-150

Tekan D19-200 D16-150 D16-150

Tabel 16 Hasil perhitungan tulangan lentur longitudinal box girder DIMENSI Tipe Mu Mn D Luas Tulangan h As 2 Balok (Nmm) (Nmm) (mm) (mm ) pakai d b Top 11,7E+08 14,6E+08 450 1000 12000 9072 19 283,53 D19-100 Slab Bottom 1,11E+08 1,39E+08 250 1000 6000 2376 16 201,06 D16-150 Slab Web 6,36E+08 7.95E+08 450 1000 1800 1360,8 16 201,06 D16-150

36

Tabel 17 Hasil perhitungan Vc box girder secara transversal Tipe Balok Top Slab Bottom Slab Web

Vu (N) 634333 55890 295134

Vn (N) 975897 85985 454052

Lebar Slab b (mm) 12000 6000 450

Tinggi Ef d (mm) 420 220 1770

Vc (N) 5411321 1417251 855182

Tabel 18 Hasil perhitungan tulangan geser transversal box girder Tipe Balok

ØVs (N)

Top Slab

-2,61E+06

Bottom Slab

-7,94E+05

Web

-2,18E+05

Keterangan Tak Perlu Sengkang Tak Perlu Sengkang Hitung Sengkang

d (mm)

Av (mm2)

Tulangan pakai

0

0

-

0

0

-

16

402,124

D16-150

Tabel 19 Hasil perhitungan tulangan susut box girder Tipe Balok Top Slab Bottom Slab Web

Tulangan pakai D16 - 150 D16 - 150 D16 - 150

SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa jembatan frame dengan komponen struktur berupa kolom “V” dan box girder terhadap beban gempa memiliki: 1. Gaya-gaya dalam maksimum terjadi pada kombinasi ULS-4a dan SLS-4a dimana aksi tetap dikombinasikan dengan aksi transien (beban “D”) dan aksi khusus (tumbukan). Pada kombinasi ULS, nilai momen maksimum adalah 66298,6 kNm dan nilai gaya geser 9735,711 kN. Sedangkan pada kombinasi SLS, nilai momen maksimum adalah 37494 kNm dan nilai gaya geser 6346,73 kN. Nilai torsi pada tipe struktur jembatan frame dapat diabaikan. 2. Kebutuhan tulangan box girder untuk menahan lentur berbeda-beda, bagian top slab digunakan tulangan D19-100 pada sisi tarik dan D19-200 pada sisi tekan. Bagian bottom slab dan web digunakan tulangan D16-150. Sedangkan, kebutuhan tulangan box girder untuk menahan geser hanya terdapat pada

37

3. 4.

bagian web dengan jenis tulangan D16-150 untuk tulangan geser dan tulangan susut. Kebutuhan tulangan kolom “V” untuk menahan lentur digunakan tulangan D25-150 dan untuk menahan menahan geser digunakan tulangan D16-150 Kebutuhan tendon secara transversal digunakan tendon 5 x 5 – 4. Sedangkan, secara longitudinal digunakan tendon 10 x 5 – 19 pada tumpuan kolom, tendon 6 x 5 – 19 pada tengah jembatan utama, tendon 8 x 5 – 19 pada tengah span 1 dan span 5, dan tendon 1 x 5 – 19 yang ditarik dari masing-masing ujung jembatan

Saran Setelah menyelesaikan penelitian ini sebaiknya penelitian ini dilanjutkan dengan menganalisis dengan metode pushover analysis agar gaya-gaya dalam pada setiap tahapan kontruksi dapat diketahui nilainya dan dapat terukur kekuatan struktur pada tahap konstruksi.

DAFTAR PUSTAKA [AASHTO] American Association of State Highway and Transportation Officials. (US). 2004. LRFD Bridge Design Specifications, SI Units, Third Edition.Washington DC (US) : AASHTO Agus, Iqbal. 2001. Dasar-Dasar Perencanaan Jembatan Beton Bertulang. Jakarta (ID) : Departemen Pekerjaan Umum [ASCE] American Society of Civil Engineers. 2010. Minimum Design Loads for Buildings and Others Structures ASCE 7-10. Virginia (US): ASCE [BSN] Badan Standardisasi Nasional. 2004. SNI T-12-2004. Perencanaan struktur beton untuk jembatan. Jakarta (ID) : BSN [BSN] Badan Standardisasi Nasional. 2005. SNI T-03-2005. Perencanaan struktur baja untuk jembatan. Jakarta (ID) : BSN [BSN] Badan Standardisasi Nasional. 2008. SNI 2833:2008. Standar perencanaan ketahanan gempa untuk jembatan. Jakarta (ID) : BSN Budiono, Bambang. 2011. Konsep SNI Gempa 1726-201X [Seminar]. Bandung (ID) : Institut Teknologi Bandung Chen Wai-Fah, Lian Duan. 2000. Bridge Engineering 1 Handbook. Washington DC (US) : CRC Press LLC [DPU] Departemen Pekerjaan Umum. 1992. Bridge Design Manual BMS vol.1. Jakarta (ID) : DPU [DPU] Departemen Pekerjaan Umum. 1992. Bridge Design Manual BMS vol.2. Jakarta (ID) : DPU [DPU] Departemen Pekerjaan Umum. 2010. Peta Hazard Gempa Indonesia. Jakarta (ID) : DPU Fauzan M, Riswan D. 2002. Analisa dan Perhitungan Konstruksi Gedung Perkantoran Bidakara Pancoran [skripsi]. Padang (ID) : Universitas Andalas

38 Ilham MN. 2010. Bridge Engineer and Building Structure Engineer. [terhubung berkala]. http://www.mnoerilham.blogspot.com. [04 April 2013] Imran, Iswandi. 2006. SI-5212 Perilaku Struktur Beton Prategang. Bandung (ID): Institut Teknologi Bandung Mondorf, Paul E. 2006. Concrete Bridge. Copenhagen (FR) : Taylor & Francis VSL Far East. 2007. Post-Tensioning Systems. Thornleigh (AU) : VSL

39 Lampiran 1 Daftar notasi

αt a Ag Al Aps As Ast At Av b bw d DL dps Fa fc' fps fpu fu Fv fy h l LL Mn Mu n s S1 Sa0 Sai Sd1 Sds Sm1 Sms Ss t T0 T1 Tb

Rasio penampang ijin Luas tendon total Luas penampang bersih Luas penampang sepanjang l Luas baja prestress bersih Luas baja tulangan bersih total Luas satu baja tulangan bersih Luas penampang sepanjang t Luas 2 kali tulangan geser Panjang penampang tegak lurus arah gaya Lebar slab geser Diameter Dead Load Diameter baja prestress Kelas situs percepatan situs 0,2 detik dan besarnya Ss Kuat tekan beton Kuat tarik prestress Kuat tekan prestress Kapasitas prestress Kelas situs percepatan situs 1,0 detik dan besarnya S1 Kuat leleh baja Panjang penampang selurus arah gaya atau ketinggian Panjang Live Load Momen nominal Momen Ultimit Jumlah Jarak tulangan Percepatan batuan dasar perioda pendek 0,2 detik Akselerasi Spektrum pada t ke-0 Akselerasi Spektrum pada t ke-i Gempa desain untuk struktur pada perioda 1,0 detik Gempa desain untuk struktur pada perioda pendek 0,2 detik Percepatan gempa maksimum pada perioda 1,0 detik Percepatan gempa maksimum pada perioda pendek 0,2 detik Percepatan batuan dasar perioda 1,0 detik Waktu Waktu ke-0 Waktu ke-1 Titik suhu bawah

40 Lampiran 1 Lanjutan

Tc Tn Tp Ts Tu Vc Vn Vs Vu Wc x x1 y y1 ρ ρps φ

Kekuatan torsi beton Gaya torsi nominal Titik suhu atas (puncak) Selisih gaya torsi nominal dan kekuatan torsi beton Torsi Ultimit Kekuatan geser beton Gaya geser nominal Selisih gaya geser nominal dan kekuatan geser beton Geser Ultimit Berat sendiri Panjang searah sumbu x Panjang searah sumbu x dikurangi jarak tulangan dari tepi Panjang searah sumbu y Panjang searah sumbu y dikurangi jarak tulangan dari tepi Koefisien baja Koefisien baja prestress Faktor reduksi

41 Lampiran 2 Perhitungan gempa Tentukan umur rencana jembatan

Ambil nilai PGA, T(0,2), T(1,0) dari Peta Hazard Gempa 2010

Tentukan kelas tanah berdasarkan ASCE 2010 Diperoleh SA, SF, Fa, Fv, Ss, S1

Hitung nilai percepatan gempa maksimum Sms = Ss x Fa Sm1 = S1 x Fv

Hitung gempa desain untuk struktur Periode ulang gempa = 100 tahun (11/12 dari 2500 tahun)  Sds = 11/12 Sms  Sd1 = 11/12 Sm1  Kinerja minimum = life safety

Buat grafik respons spektrum, dimana:  To = 0,2 Sd1 / Sds  Ts = Sd1 / Sds  Sao = 0,4 Sds  Sai = Sd1 / ti

Input nilai respons spektrum ke program CSI Bridge

42 Lampiran 3 Perhitungan penulangan lentur

Tentukan Momen Ultimit (Mu)

Tentukan rasio tulangan tarik () dengan tulangan tekan (’) balok

Hitung tinggi blok tekan beton (a) Asumsi Fs = Fy As x fy a = 0,85 x fc' x b

Hitung besarnya nilai  dan ’ Mn = As Fy (d – a/2)

Cek nilai 

 < min

Perbesar penampang

TIDAK TIDAK

YA

Gunakan min

 < max YA

Gunakan  Hitung luas tulangan tarik dan tekan As = bd

Hitung luas tulangan susut As = 0,0018 lpenampang d

43

Lampiran 4 Perhitungan penulangan geser

Tentukan gaya geser terfaktor (Vu) Hitung kekuatan geser beton (Vc) Vc =

1



fc'  b  d

6

Cek penulangan tulangan geser

YA

Vu - Vc > 0,67 fc' bW.d

Ukuran balok diperbesar

TIDAK Vu > Vc TIDAK

Vu > 0,5Vc

YA Hitung tulangan geser Hitung gaya geser nominal (Vn) : Vn =

YA Digunakan tulangan geser minimum

Vu



, Dimana :  = 0,6

Hitung Vs Vs = Vn – Vc

TIDAK Hitung jarak tulangan geser (s) :

Tidak perlu tulangan geser

s=

Av  fy  d 1 Dimana Av = 2  d 2 4 Vs Kontrol jarak tulangan geser :

s ½d

s  600 mm

s 

3  Av  fy b

44 Lampiran 5 Perhitungan penulangan torsi

Tentukan Momen Torsi (Tu)

Cek apakah perlu tulangan Torsi

 1 Tu      24

  fc'  b2h  

YA

Tidak perlu tulangan torsi

TIDAK Hitung Tc

 fc'  2  x y Tc     15  Hitung Ts Ts = Tn – Tc

Hitung luas tulangan torsi memanjang



A 2 t x1  y1 s Al = At Ts  s  t x1 y1 f y Dimana : dan



y  1  t   2  1   1,50 3 

Luas tulangan yang digunakan As = ¼ d2 Jumlah tulangan torsi n

=

𝐴𝑙 𝐴𝑠

x1 

45 Lampiran 6 Perhitungan tendon transversal girder

Tentukan Momen Ultimit (Mu)

Tentukan Momen Nominal (Mn) Mn = Mu / Ø

Hitung kekuatan tendon yang dibutuhkan, P  Mn = 0,85 a b fc’ (d-a/2) a

=

d

=

P + As fy 0,85 fc' b P dps + As fy ds P + As fy

Pilih tendon, dapat nilai fpu, Ast

Hitung Aps  fps =  ρp

=

𝑃 Aps Aps dps

 fps = fpu (1-0,5 ρp

fpu ’) fc

Hitung jumlah tendon (n) n=

Aps 0,4 Ast

46 Lampiran 7 Tahapan penelitian

 Data dari Surveyor  Konsultan PT. Portal Perkasa Engineering

 Peraturan AASHTO  BMS ‘92  SNI

MULAI

Pengumpulan data

Prelimanary Dimensi

CSI Bridge versi 15 dan SAP2000 versi 14 Permodelan Jembatan

Input Pembebanan

Input Beban Gempa

Gaya-Gaya Dalam

Kontrol Manual  Tegangan  Lendutan AMAN Desain Tulangan

Menyusun Laporan

SELESAI

TIDAK AMAN

Nama Kombinasi 1 a b c 2 a b c 3 a b c 4 a b c 5 a b c 6 a b c 7 a b c

1

1

1 37.5 1

2

2

2 15

3

3

3 45

4

4 15

Lampiran 8 Kombinasi UDL

5

5 37.5

37.5

37.5

1 37.5

15

15

45

45

15

Tipe Kombinasi 2 3 4

37.5

5

82.5

52.5

37.5

15

45

15

L (m) 37.5

6.1363636

7.0714286

8.1

13.5

7.5

13.5

8.1

q (kN/m2)

6.1363636

7.0714286

8.1

9

7.5

9

q pakai (kN/m2) 8.1

21.477273 18.025568 14.573864

24.75 20.772321 16.794643

28.35 23.79375 19.2375

31.5 26.4375 21.375

26.25 22.03125 17.8125

31.5 26.4375 21.375

21.477273 21.477273 21.477273

24.75 24.75 24.75

28.35 28.35 28.35

31.5 31.5 31.5

26.25 26.25 26.25

31.5 31.5 31.5

28.35 28.35 28.35

14.573864 18.025568 21.477273

16.794643 20.772321 24.75

19.2375 23.79375 28.35

21.375 26.4375 31.5

17.8125 22.03125 26.25

21.375 26.4375 31.5

19.2375 23.79375 28.35

q pada lajur- (kN/m) 2 3

28.35 23.79375 19.2375

1


1

1 37.5 1

2

2

2

2 15

Lampiran 8 Lanjutan a

3

3

3

3 45

4

4

4 15 4

5

5

5

5 37.5

37.5

1 37.5

15

15

15

45

45

45

15

15

Tipe Kombinasi 2 3 4 15

37.5

37.5

37.5

5

82.5

60

52.5

30

60

6.1363636

6.75

7.0714286

9

6.75

6.3

7.0714286

52.5

75

q (kN/m2)

L (m)

6.1363636

6.75

7.0714286

9

6.75

6.3

q pakai (kN/m2) 7.0714286

21.477273 18.025568 14.573864

23.625 19.828125 16.03125

24.75 20.772321 16.794643

31.5 26.4375 21.375

23.625 19.828125 16.03125

22.05 18.50625 14.9625

21.477273 21.477273 21.477273

23.625 23.625 23.625

24.75 24.75 24.75

31.5 31.5 31.5

23.625 23.625 23.625

22.05 22.05 22.05

24.75 24.75 24.75

14.573864 18.025568 21.477273

16.03125 19.828125 23.625

16.794643 20.772321 24.75

21.375 26.4375 31.5

16.03125 19.828125 23.625

14.9625 18.50625 22.05

16.794643 20.772321 24.75


24.75 20.772321 16.794643

1


1

3

2

1

1

2

1

3

3

2

1

3 45

1

2 15

1 37.5

Lampiran 8 Lanjutan b

4

4

4

4 15 4

5

5

5

5 37.5 5

37.5

37.5

37.5

37.5

37.5

37.5

1

15

15

15

45

45

45

15

15

15

Tipe Kombinasi 2 3 4 15

37.5

37.5

37.5

5 37.5

90

120

97.5

90

67.5

6

5.625

5.8846154

6

6.5

5.8846154

7.0714286

52.5

97.5

q (kN/m2)

L (m)

6

5.625

5.8846154

6

6.5

5.8846154

q pakai (kN/m2) 7.0714286

21 17.625 14.25

19.6875 16.523438 13.359375

20.596154 17.286058 13.975962

21 17.625 14.25

22.75 19.09375 15.4375

20.596154 17.286058 13.975962

21 21 21

19.6875 19.6875 19.6875

20.596154 20.596154 20.596154

21 21 21

22.75 22.75 22.75

20.596154 20.596154 20.596154

24.75 24.75 24.75

14.25 17.625 21

13.359375 16.523438 19.6875

13.975962 17.286058 20.596154

14.25 17.625 21

15.4375 19.09375 22.75

13.975962 17.286058 20.596154

16.794643 20.772321 24.75


24.75 20.772321 16.794643

1


2

2

2

1

1

3

3

3

3

2

2

3 45 3

2 15 2

1

1 37.5

Lampiran 8 Lanjutan c

4

4

4

4

4 15 4

5

5

5

5

5

5 37.5

37.5

37.5

37.5

1

15

15

15

15

15

45

45

45

45

15

15

15

15

Tipe Kombinasi 2 3 4 15 45 15

37.5

37.5

37.5

37.5

37.5

5

105

135

112.5

97.5

67.5

5.7857143

5.5

5.7

5.8846154

6.5

5.8846154

6.3

75

97.5

q (kN/m2)

L (m)

5.7857143

5.5

5.7

5.8846154

6.5

5.8846154

q pakai (kN/m2) 6.3

20.25 16.995536 13.741071

19.25 16.15625 13.0625

19.95 16.74375 13.5375

20.596154 17.286058 13.975962

22.75 19.09375 15.4375

20.596154 17.286058 13.975962

20.25 20.25 20.25

19.25 19.25 19.25

19.95 19.95 19.95

20.596154 20.596154 20.596154

22.75 22.75 22.75

20.596154 20.596154 20.596154

22.05 22.05 22.05

13.741071 16.995536 20.25

13.0625 16.15625 19.25

13.5375 16.74375 19.95

13.975962 17.286058 20.596154

15.4375 19.09375 22.75

13.975962 17.286058 20.596154

14.9625 18.50625 22.05


22.05 18.50625 14.9625

1

Nama Kombinasi 29 a b c 30 a b c 31 a b c

1

1 37.5 1

3

3

2

2

3 45 3

2 15

Lampiran 8 Lanjutan d

4

4

4 15 4

5

5

5 37.5 5

37.5

1 37.5

15

15

45

45

15

15

Tipe Kombinasi 2 3 4 45 15

37.5

37.5

5 37.5

150

112.5

135

L (m)

5.4

5.7

q (kN/m2) 5.5

5.4

5.7

q pakai (kN/m2) 5.5

18.9 15.8625 12.825

19.95 16.74375 13.5375

18.9 18.9 18.9

19.95 19.95 19.95

19.25 19.25 19.25

12.825 15.8625 18.9

13.5375 16.74375 19.95

13.0625 16.15625 19.25


19.25 16.15625 13.0625

1

Lampiran 9 Distribusi tendon secara longitudinal

Lampiran 10 Distribusi tendon secara transversal

Lampiran 10 Lanjutan a

Lampiran 10 Lanjutan b

Lampiran 10 Lanjutan c

Lampiran 10 Lanjutan d

Lampiran 10 Lanjutan e

Lampiran 10 Lanjutan f

Lampiran 11 Tulangan Girder (a) dan Kolom (b)

150

(b)

(a)

61

RIWAYAT HIDUP Sisca Veronica Siagian lahir di Jakarta, 21 Agustus 1991 dari Ayah B. Siagian dan Ibu R. Aruan, sebagai anak ketiga dari tiga bersaudara. Penulis memulai pendidikan di SD Negeri 04 Pagi Jakarta (1997-2003), kemudian melanjutkan ke SMP Negeri 49 Jakarta (2003-2006). Penulis menamatkan SMA pada tahun 2009 dari SMA Negeri 81 Jakarta, dan pada tahun yang sama diterima di Institut Pertanian Bogor. Penulis memilih Program Studi Teknik Sipil dan Lingkungan, Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian. Selama masa kemahasiswaan, penulis aktif dalam berbagai kegiatan seperti menjadi panitia SIL-EXPO 2011 dan panitia Pekan Orientasi Mahasiswa Baru SIL (PONDASI). Penulis juga aktif di organisasi sosial dan kerohanian dan telah menjadi Koordinator Pelayanan Komisi Pelayanan Siswa UKM PMK IPB periode 2011-2012 dan Badan Pengurus Harian UKM PMK IPB periode 2012-2013. Selain organisasi, penulis juga memiliki prestasi akademik selama masa kemahasiswaan yaitu juara I Evolusi of “Lebak Kantin” di Indonesian Lanscape Architechture Student Workshop 2012. Di samping itu, pada tahun 2010-2012, penulis aktif menjadi tenaga pengajar sukarela di SMA/SMP di Bogor. Penulis juga pernah menjadi asisten mata kuliah Analisis Struktur pada tahun 2012. Penulis juga aktif memperlengkapi diri lewat pelatihan software (seperti: MIDAS Civil, SAP2000, AutoCAD), seminar/diskusi (seperti: “Indonesia International Infrastructure Conference and Exhibion 2012” dan “Visioning The Future through High Speed Train 2012”), kursus pembinaan profesi dari FAM-PII Cabang Bogor, dan telah menjadi peserta leadership terbaik di “Reds Academy Entrepreneurship and Leadership 2010”. Penulis telah melaksanakan kegiatan Praktik Kerja Lapang pada tahun 2012 di Kementrian Pekerjaan Umum pada Proyek Jalan Bebas Hambatan Tanjung Priok Seksi E2A dengan Kontraktor Obayashi-JAKON dan Konsultan Pengawas Katahira. Sedangkan pada tahun 2013 sampai sekarang, penulis bekerja sebagai Asisten Structure Engineer pada proyek fly over Simpang Jam, Batam.

ANALISIS DAN DESAIN JEMBATAN FRAME, KOLOM V, BOX GIRDER, DENGAN MEMPERTIMBANGKAN BEBAN GEMPA SISCA VERONICA F

Recommend Documents