BAB IV ANALISA HASIL PEMODELAN
IV.1 Analisa Hasil Pemodelan untuk Daerah Pierhead
IV.1.1 Pendetailan Tulangan Pierhead Untuk pengecekan diameter bengkokan tulangan dan panjang bengkokan tulangan, digunakan peraturan SNI gedung. Untuk diameter tulangan kurang atau sama dengan 16 mm, maka panjang minimum bengkokan tulangannya adalah 6 db, sedangkan untuk diameter tulangan lebih dari 16 mm, maka panjang minimum bengkokan tulangannya adalah 12 db. Contoh gambar panjang bengkokan tulangan dapat dilihat pada gambar di bawah :
Gambar IV.1 Pembengkokan tulangan Untuk diameter bengkokan tulangan, dengan diameter tulangan kurang dari 16 mm, maka minimum diameter bengkokan tulangannya adalah 4db, sedangkan untuk diameter tulangan 16-25 mm, maka minimum diameter bengkokan tulangannya adalah 6 db. Untuk diameter tulangan 32 mm, maka minimum diameter bengkokan tulangannya adalah 8 db. Dari data yang ada, panjang minimum bengkokan tulangan dari tulangan existing telah memenuhi persyaratan, namun untuk diameter bengkokan tulangan, data-datanya tidak diketahui.
25
IV.1.2 Pengecekan Kebutuhan Tulangan Akibat Gaya-gaya Dalam pada Pierhead
Tulangan Lentur Tulangan lentur pada beam prategang, dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut
Dimana Cc’ berasal darikomponen beton, Cs’ berasal dari komponen tulangan tekan, Ts berasal dari komponen tarik tulangan non prategang, dan Tp berasal dari komponen prategang. Untuk perencanaan tulangan lentur, digunakan =0.8. Dengan menggunakan bantuan software Response 20000, maka akan diplot kurva moment-curvature dari hammerhead seperti gambar di bawah. Dari grafik ini dapat diketahui kapasitas momen dari hammerhead adalah sebesar : 316947 KNm. Untuk momen maksimum yang bekerja adalah sebesar 151000 KNm. Hal ini menandakan bahwa hammerhead masih mampu menopang momen yang bekerja karena momen yang bekerja < kapasitas momen penampang, atau Mu < Mn, dengan faktor keamanan 2.
Gambar IV.2 Moment Moment curvature pada pierhead
26
Tulangan Geser Untuk perencanaan tulangan geser, digunakan faktor reduksi sebesar 0.75, dengan perencanaan geser harus memenuhi persamaan berikut :
Vn Vu. Kuat geser nominal (Vn) didapatkan sebagai hasil penjumlahan dari kuat geser nominal yang disumbangkan oleh beton ditambah dengan kuat geser nominal yang disumbangkan oleh tulangan geser. Perencanaan penampang akibat geser didasarkan pada SNI: Vu
≤
Vn
Vn
=
Vc + Vs
Vc
=
fc ' bw d 6
Vs
=
Av fy d s
Apabila fpe > 0,4 fpu ; maka kuat geser beton prategang, Vc dapat disederhanakan menjadi:
; f' c b d V f c 5 Vu d b d 0,4 f ' b d w c w c w 20 6 Mu
Vu d 1,0 Mu
dimana;
Nilai d, dari persamaan diatas diambil sebagai nilai terbesar di antara dP dan 0,8h Spasi tulangan geser untuk komponen struktur prategang diambil nilai terkecil antara 0,75h dan 600mm.
Jarak sengkang yang dibutuhkan dihitung menurut persamaan: s
Av fy d Vs
27
Bila diperlukan tulangan geser minimum, maka luasan tulangan geser dihitung:
Av min
75 f c' bw s 1200 fy
2 f ' c b d Kuat geser Vs tidak boleh diambil lebih dari 3 w Untuk beam, maka kapasitas Vn yang didapat sebesar 24771 KN, sedangkan, gaya geser maksimum yang terjadi sebesar 23600 KN ( faktor keamanan sebesar : 1,049 ). Mengenai syarat-syarat penulangan geser pada beam prategang, semua syarat di atas terpenuhi, kecuali syarat Kuat geser Vs tidak boleh diambil lebih 2 f ' c dari b d . Pada beam aktual Vs dihitung dari tulangan sengkang tertutup, 3 w juga dari sengkang yang miring, sementara sudut kemiringan tersebut tidak
'
2 fc dikeahui, hanya diperkirakan, jadi kemungkinan nilai Vs lebih dari bwd 3
dapat diperkirakan dari asumsi sudut yang mungkin tidak cocok dengan kondisi aktualnya. Perencanaan Tulangan Geser selengkapnya dapat dilihat pada
perhitungan
dengan program excell.
Tulangan penahan aksial
Kapasitas aksial pada penampang dapat dihitung menggunakan formula sebagai berikut :
Jika menggunakan elemen prategang, maka dapat dihitung dengan formula berikut : Ø Pn = 0,85 ø [0,85 fc’ ( Ag – Ast ) + fy Ast + fpy Apy] Ag adalah luas bruto penampang Ast adalah luas total tulangan longitudinal
28
Apy adalah luas tulangan prategang Kapasitas aksial dari pierhead adalah sebesar 285777, sedangkan gaya aksial yang terjadi nilainya kecil. Untuk tegangan yang terjadi terhadap beban yang bekerja pierhead dan kolom digunakan bantuan program Response 2000, gambar berikut menunjukkan distribusi tegangan pada tulangan non prategang, tulangan prategang, dan beton : Balok Prategang pada tumpuan, seperti gambar di awal dimodelkan seperti gambar di bawah, dengan memberikan nilai momen + pada bagian atas.
Gambar IV.2 tegangan pada tulangan pierhead akibat momen dan geser maksimum
Pada diagram tegangan tulangan di atas, nilai yang dimasukkan adalah akibat gaya geser dan momen maksimum. Gaya-gaya dalam di atas dihasilkan oleh kombinasi pembebanan sebagai berikut : 1,3 DL + 2,2 LL + 2,2 rem. Dari grafik dapat terlihat bahwa baik tulangan prategang maupun tulangan non prategang tidak mengalami kelelehan pada saat momen maksimum bekerja.
29
IV.2 Analisa Hasil Pemodelan untuk Daerah Pier
IV.2.1 Pendetailan Tulangan Pier
Untuk pendetailan tulangan pada kolom mempunyai beberapa syarat, di antaranya adalah : Rasio tulangan sengkang tidak boleh melebihi nilai di bawah ini :
Spasi vertical sengkang tidak boleh melebihi 16 diameter batang tulangan
longitudinalnya. Spasi sengkang punter tidak boleh melebihi 300 mm. Diameter tulangan longitudinal minimal harus sama dengan 1/24 spasi sengkang. Rasio tulangan tidak boleh diambil kurang dari 0,04 (fc’/fy) Spasi sengkang untuk geser horizontal tidak boleh melebihi 4 kali dimensi terkecil
elemen yang didukung ataupun 600 mm Rasio penulangan tidak boleh kurang dari 0,01 dan tidak boleh lebih dari 0,06. Rasio volumetric tulangan spiral tidak boleh kurang dari
Persyaratan pendetailan tulangan pada kolom seperti syarat-syarat di atas sudah dipenuhi oleh kolom jembatan Cawang, namun untuk syarat Rasio volumetric tulangan spiral tidak boleh kurang dari belum dipenuhi. Untuk perhitungan pendetailan tulangan, dapat dilihat pada program excel. Untuk kolom harus dikontrol terhadap kemungkinan perbesaran momen akibat kelangsingan kolom, untuk komponen struktur tekan yang ditahan terhadap goyangan kesamping, pengaruh dari kelangsingan boleh diabaikan bila : K lu < 22 r
30
dimana: k
= faktor panjang tekuk kolom
lu
= panjang bebas kolom (cm)
r
= jari-jari girasi penampang, untuk kolom persegi sebesar 0,3h, dimana h
adalah tinggi penampang melintang kolom (cm). Nilai
K lu didapat sebesar 5,35, r
maka kolom dalam batas aman. Untuk faktor perbesaran momen, maka digunakan pengurangan momen inersia menjadi 70% nya untuk bagian kolom. Ratio tulangan longitudinal pada kolom/pier dibatasi, yaitu 1% < ρ < 6 % . Setelah dilakukan perhitungan, maka didapat nilai pada kolom sebesar 0.020298 pada kolom selain bagian teratas, dan 0.010383 pada kolom bagian teratas, sehingga penulangan pada kolom masih dalam batas yang diizinkan.
IV.2.2 Pengecekan Tulangan Geser, Momen dan aksial Akibat Gaya Dalam yang Bekerja pada Pier
Dengan cara yang sama seperti pada analisa hammerhead, dapat diketahui kapasitas geser kolom adalah sebesar 4484 KN, sedangkan gaya geser maksimum yang terjadi sebesar 3215 ( faktor keamanan untuk gaya geser sebesar : 1,39 ). Selain itu, kekuatan tulangan longitudinal pier harus dicek mengunakan diagram interaksi (P-M) biaksial. Dalam hal ini, untuk memperoleh diagram interaksi kapasitas pier
digunakan program SAP2000 dan Response2000. Program
SAP2000 digunakan untuk mengeluarkan gaya-gaya dalam aksial dan momen yang bekerja, sedangkan program response 2000 digunakan untuk mendapat kapasitas penampang. Kapasitas penampang pier (kuat nominal) direduksi dengan suatu faktor reduksi sesuai dengan peraturan ACI 318-99, seperti tercantum dibawah ini: Lentur, tanpa beban aksial : = 0.80 Aksial tarik dan tarik dgn lentur : = 0.90 Aksial tekan dan aksial tekan dengan lentur dengan sengkang spiral : = 0.70 Aksial tekan dan aksial tekan dengan lentur dengan sengkang lainnya : = 0.65
31
Berikut adalah kurva Mn-Pn kapasitas menampang pier kecil . Titik-titik yang lain adalah titik pertemuan antara momen dan beban aksial yang bekerja.
Diagram Interaksi 40000 20000 0 -60000
-40000
-20000
0
20000
40000
60000
-20000
Aksial
-40000 -60000 -80000 -100000 -120000
kapasitas penampang gaya gempa 1
-140000
gaya gempa2
-160000
live load
Momen
response spektrum
Gambar IV.3 Diagram Interaksi Aksial-Momen pada Pier
Dari diagram interaksi di atas dapat diketahui bahwa tidak ada nilai momen dan gaya aksial yang melebihi kapasitas penampangnya. Untuk tegangan yang bekerja pada kolom, maka digunakan bantuan software Response 2000, dan hasilnya dapat dilihat seperti gambar di bawah :
Gambar IV.4 Diagram tegangan pada tulangan kolom akibat momen maksimum
32
Tegangan di atas terjadi akibat momen maksimum, oleh kombinasi pembebanan gempa.
IV.2.3 Sendi Plastis dan Analisa Push Over pada Pier
Untuk mengetahui titik pertemuan antara kurva demand dan kurva kapasitas, maka dapat dilakukan analisa push over dengan program SAP 2000. Fase-fase yang terjadi pada analisis pushover adalah; 1. Struktur tanpa beban sama sekali. 2. Struktur dibebani dengan beban tetap; dalam hal ini, adalah berat sendiri struktur, beban mati tambahan yang ada, serta 25% beban hidup yang bekerja. 3. Struktur dibebani dengan beban gempa, yang terus diperbesar. 4. Struktur akan mengalami perubahan kekakuan, seiring dengan terjadinya ‘kerusakan-kerusakan’, berupa sendi plastis dan keruntuhan. Untuk pemodelan sendi plastis, maka syarat penempatan sendi plastis antara lain adalah sebagai berikut :
Berada pada daerah minimal 80% dari momen maksimum yang terjadi akibat kombinasi pembebanan yang menghasilkan momen maksimum.
Berada pada tempat yang mudah diakses untuk pembetulan. Dalam hal ini sendi plastis tidak direncanakan di pondasi ataupun di beam. Letak sendi plastis direncanakan di atas pondasi, pada bagian kolom agar mudah untuk pembetulan ataupun pengecekan. Berikut adalah hasil analisa push over : Untuk Response Spektra Gempa 500 tahunan, Performance Point : V = 5327KN ; d = -0,084 Berikut adalah kurva push over (gempa 500 tahunan) :
33
Gambar IV.5 Grafik Push Over dengan Response Spektra untuk Gempa 500 tahunan
Adapun syarat penulangan pada sendi plastis adalah sebagai berikut : Jarak antar tulangan sengkang didalam daerah sendi plastis tidak boleh diambil lebih lebih dari: 1)
Enam kali diameter tulangan vertikal
2)
Seperlima diameter kolom
3)
220mm Dengan mendapatkan data bahwa jarak tulangan sengkang pada daerah sendi plastis adalah 80 mm, diameter tulangan longitudinal adalah 32 mm, diameter kolom terkecil adalah 2600 mm, maka daerah plastis yang diasumsikan pada kolom masuk dalam persyaratan di atas.
IV.2.4 Daktilitas Penampang Pier dan Daktilitas Struktur
Untuk mengetahui kemampuan struktur akan kedaktilitasannya, dapat diketahui dengan melihat kurva push overnya (base shear terhadap displacement). Kedaktilitasan struktur dapat diukur dengan melakukan perbandingan antara displacement pada saat runtuh dengan displacement pada saat leleh. Sementara itu kedaktilitasan penampang dapat dilihat dari diagram moment kurvaturnya. Kedaktilitasan penampang didapat dengan cara membagi kurvatur pada saat penampang mengalami keruntuhan dibagi dengan kurvatur pada saat mengalami kelelehan. Grafik ( V terhadap displacement ) push over didapat dengan
34
menggunakan bantuan program SAP 2000, sedangkan grafik momen-kurvatur didapat dengan menggunakan program Response 2000.
Gambar IV.7 Kurva moment-kurvatur penampang pier
Dari grafik momen-kurvatur di atas diketahui bahwa kurvatur pada saat mengalami kelelehan adalah 2 sedangkan kurvatur pada saat ultimate adalah 12 Sehingga didapat nilai kedaktilitasan penampang adalah : 12/2 = 6. Syarat dari CALTRANS menyebutkan bahwa kolom yang daktail harus memiliki kedaktilitasan lebih besar dari 3. Dari kurva grafik momen kuvatur diketahui bahwa penampang kolom memiliki kedaktilisan lebih dari 3, sehingga memenuhi
35
syarat. Untuk daktilitas struktur, dapat dilihat dari kurva push overnya. Nilai daktilitas struktur adalah nilai deformasi pada saat keruntuhan dibagi dengan nilai deformasi pada saat leleh. Sementara dari kurva push over, daktilitas struktur niainya lebih dari 10 (1,6/0,16)
IV.3 Pemodelan daerah bawah bearing pada pierhead dengan menggunakan metoda strut and tie
bearing
bearing
a
bearing
a
bearing
bearing
a
a
Gambar IV.11 Tampak memanjang bearing di atas pierhead
Gambar IV.12 Penulangan pierhead tampak melintang
36
bearing
bearing
bearing
a
a
bearing
bearing
a
a
tulangan existing
Gambar IV.13 Penulangan tampak memanjang ( tulangan sengkang lurus/horizontal )
bearing
bearing
bearing
a
a
bearing
bearing
a
a
Gambar IV.14 Penulangan tampak memanjang ( tulangan sengkang miring )
Beban-beban yang bekerja pada masing-masing bearing adalah sebagai berikut : beban girder
500 KN
beban plat
600 KN
beban aspal
220 KN
beban hidup UDL
700 KN
Beban hidup KEL
110 KN
1,3DL + 2,2LL
3498 KN
Tabel IV.2 Beban-beban pada pierhead
37
Pemodelan strut and tie nya dapat dimodelkan sebagai berikut :
bearing 1
bearing 2
strut and tie
pierhead
m
m n
Setelah itu dihitunglah gaya-gaya aksial yang bekerja pada masing-masing batang, dan didapat hasilnya sebagai berikut : Batang m : 4947 KN Batang n : 3498 KN Untuk batang m
Luas tulangan tarik yang dibutuhkan adalah : gaya tarik batang / Ø Fy Luas tulangan tarik yang dibutuhkan adalah :
3498 = 0,0116 m2 = 11660 0 , 75 x 400000
mm2, luas tulangan existing 11047 mm2, tidak cukup mencukupi kebutuhan tarik batang tie. Menentukan lebar strut yang dibutuhkan Untuk batang n
Lebar strut yang dibutuhkan : gaya tekan pada batang / 0,85 βs fc’ b Lebar strut yang dibutuhkan :
3498 = 0,068 m. Kondisi existing 0 ,85 x 30000 x 2
mencukupi.
38
IV.4 Retrofit pada Jembatan
Dari hasil analisa push over diketahui bahwa deformasi plastis pada pier dapat terjadi sejauh 16 cm. Jika girder menopang pada 2 buah pier, dan kedua buah pier tersebut bergerak berlawanan arah sejauh 16 cm, maka deformasi total yang mungkin terjadi pada girder adalah 32 cm, sedangkan ukuran bearing yang ada diasumsikan sebesar 60 cm x 60 cm ( 1 bearing menopang 2 girder, jadi masingmasing girder maksimal mendapat tempat 30 cm, girder dapat lepas dari bearing/dudukannya jika gempa yang terjadi menyebabkan deformasi sejauh 16 cm pada piernya ), sehingga perlu untuk dipasang stopper untuk mengurangi deformasi yang terjadi, juga perlunya penggantian bearing.
39
