Bab II Tinjuan Pustaka
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Struktur Rangka Baja External Prestressing
Secara teoritis peningkatan kekuatan pada rangka baja untuk jembatan dapat dilakukan dengan pemasangan perkuatan pratekan eksternal pada rangka tersebut. Pemasangan perkuatan pratekan eksternal pada rangka dapat dilakukan dengan berbagai macam seperti gambar dibawah (Troitsky M.S, 1990).
Gambar 2.1. Bentuk-bentuk pemasangan perkuatan eksternal pada rangka
2.2
Studi Pendahuluan
Jembatan rangka baja merupakan suatu konstruksi yang bahan utamanya terbuat dari konstruksi baja. Gagasan atau ide perlunya dibuat rangka baja dengan perkuatan ini, didasarkan pada teori tentang balok majemuk bagian balok-balok bertulang (gewapende balken) yang merupakan konstruksi gantungan dan sokongan (Yap F.KH, 1997) dan kajian tentang balok-balok bertulang baja dengan menggunakan trekstang (Honing J, 1996), serta kajian tentang Externally II - 1
Bab II Tinjuan Pustaka
Concrete Slab Bridge: Model Test Result (Naaman A, 1990) seperti gambar dibawah ini.
a. Single strand cable
b. Multy strand cable
c. Parabolic cable
Gambar 2.2. Trace / penempatan kabel pratekan eksternal
2.3
Konsep Dasar Peningkatan Daya Layan / Perkuatan
Konsep dasar perkuatan pada struktur rangka baja ini adalah melakukan upaya agar struktur rangka baja dengan dimensi yang sama mampu menerima beban yang lebih besar. Hal ini dapat dilakukan dengan dua cara: 1.
Memperpendek bentang dengan cara memperbanyak tumpuan, lalu tumpuantumpuan tengahnya ditahan oleh kabel/tendon yang dihubungkan ke ujungujung balok (Marco R, 1999)
2.
Memberikan tegangan awal pada bagian bawah penampang balok, sehingga sebelum dibebani tegangan bagian bawah balok adalah negatif dan setelah dibebani menjadi positif (Troitsky M.S, 1990)
II - 2
Bab II Tinjuan Pustaka
3.
Memberikan perimbangan beban terhadap beban luar dengan cara memasang tendon parabolik pada penampang struktur yang telah ditegangkan sebelumnya (Nawi E.G, 1996)
Berdasarkan teori mekanika teknik (Hibbler R C, 1997) untuk mendapatkan beban P dapat dilakukan analisa sebagai berikut: Beban P
Beban q
Rangka Batang
Kabel/tendon Prestressing
Tumpuan 0,5L
Tumpuan 0,5L
F
F
e
F . cos α
α
F
e
Gambar 2.3. Penurunan rumus beban P
. .
M luar =
+ . .
M dalam = . σtk // =
.
. F . Cos α = σtk // . A
Dimana, A = luas penampang batang dari rangka Sehingga, M dalam = σtk // . A . e Keseimbangan: M dalam = M luar II - 3
Bab II Tinjuan Pustaka
σtk // . A . e =
. .
+ . .
maka didapat,
// . .
=
.!
. .!"
(1.1)
#
Sedangkan untuk menentukan dimensi kabel/tendon dapat dilakukan analisa sebagai berikut (Nawi E.G, 1996) : Beban P
Beban q
Rangka Batang
Kabel/tendon Prestressing
Tumpuan 0,5L
Tumpuan 0,5L
Beban luar P & q
F θ
F θ
Beban perlawanan tendon (R)
C L
q
P F
C=F R
e T=F
0,5L RA
Gambar 2.4. Penurunan rumus gaya T
M luar =
. .
+ . . II - 4
Bab II Tinjuan Pustaka
M dalam (Mi) = ) × Momen luar = Momen dalam
M luar =
. .
+ . . =).
Diameter kabel (D) = -1,27 .
maka,
)=
. . !" + # ., .!
2
(1.2)
3 45 6
Sehingga dimensi tendon/kabel didapatkan.
2.4
Penggunaan Hukum Hooke
Untuk mendapatkan nilai besarnya gaya tarik pretegang pada tendon dapat juga dicari dengan menggunakan hukum hooke. Hukum Hooke: Jika besar gaya tarik tidak melampaui batas elastis maka pertambahan panjang berbanding lurus dengan besar gaya tariknya. Secara matematis, hukum hooke dapat dituliskan sebagai berikut: = $ .∆
Keterangan:
sementara,
$=
& .'
maka
(
=
& .' .∆ (
F = Gaya tarik (kg) A = Luas penampang tendon (cm2) E = Modulus elastisitas material tendon (kg/cm2) ∆L = Perubahan panjang tendon (cm) L0 = Panjang awal tendon (cm)
2.5
Distribusi Tegangan
Distribusi tegangan pada penampang suatu struktur perlu diketahaui untuk mendapatkan nilai gaya dalam akibat beban-beban yang bekerja. II - 5
Bab II Tinjuan Pustaka
Distribusi tegangan dapat diilustrasikan sebagai berikut: qLL A
cgc e
kabel tendon
P
A
Gambar 2.5. Balok sederhana dengan perkuatan pratekan
Sebagai contoh sebuah balok sederhana (simple beam) diatas perletakan sendi dan rol dengan perkuatan pratekan internal P, menderita berat sendiri qDL dan beban luar qLL. Diagram tegangannya ditengah bentang adalah:
cgc e
+ +
-
+
=
P
-
+ Pot. A-A
-
78 9
&
. 9
Resultan Tegangan
Gambar 2.6. Distribusi tegangan dan resultan tegangan di tengah bentang
2.6
Konsep Perubahan Gaya Dalam Pada Rangka
Beban-beban yang bekerja pada struktur rangka baja menyebabkan perubahan gaya-gaya dalam yang terjadi didalamnya, seperti pada kondisi-kondisi berikut ini: 1.
Kondisi awal. Beban yang diperhitungkan q (berat sendiri struktur rangka). II - 6
Bab II Tinjuan Pustaka
Akibat beban q struktur rangka baja mengalami deformasi walapun kecil nilainya. Beban q
Gambar 2.7. Struktur rangka baja pada kondisi awal
2.
Kondisi mulai diberikan gaya pratekan eksternal. Beban dan gaya yang diperhitungkan:
< . sin
Secara bertahap mulai diberikan gaya pratekan eksternal hingga struktur rangka baja mencapai lawan lendut (chamber) sebesar 1/600 L. q
dmax
½F
½F ½ F . sin α
½ F . sin α 1
dmax = /600 L
Gambar 2.8. Struktur rangka baja pada kondisi gaya pratekan eksternal bekerja
3.
Kondisi beban P (beban luar) mulai bekerja. Beban dan gaya yang diperhitungkan:
+
= . sin
II - 7
Bab II Tinjuan Pustaka
Beban luar mulai bekerja sehingga resultant dari gaya-gaya yang bekerja pada struktur rangka baja menyababkan deformasi = 0 (nol). P <
q
½F
½F ½ F . sin α
½ F . sin α
Gambar 2.9. Struktur rangka baja pada kondisi beban luar mulai bekerja
4.
Kondisi beban P (beban luar) bekerja maksimal. Beban dan gaya yang diperhitungkan:
+
> . sin
Beban luar bekerja hingga struktur rangka batang mengalami deformasi maksimalnya yang diijinkan, yaitu sebesar 1/600 L. P <
q
½F
½F ½ F . sin α
dmax = 1/600 L
½ F . sin α
Gambar 2.10. Struktur rangka pada kondisi beban luar bekerja maksimal
II - 8
