ANALISIS EFISIENSI KABEL BALOK BETON PRATEGANG PADA JEMBATAN TERHADAP KAPASITAS LENTUR DENGAN PENAMPANG YANG BERBEDA
TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi tugas-tugas dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sidang Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
ELWIS SITORUS 10 0404 071
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Efektifitas perencanaan dalam beton prategang penting dalam peningkatan mutu, kapasitas dan nilai ekonomis dari prategang tersebut. Perencanaan yang berbeda akan menghasilkan kelebihan dan kekurangan dari masing-masing perencanaan. Pada tugas akhir ini, penulis merencanakan balok prategang pada jembatan dengan penampang yang berbeda-beda yaitu penampang persegi, I girder, dan penampang T dengan dua perletakan (balok sederhana dan tiga perletakan (balok menerus) dengan memikul beban yang sama. Sehingga akan membandingkan mana yang paling efesien atau ekonomis baik dalam hal jumlah kabel prategang yang digunakan dan luas penampang balok yang dibutuhkan. Dasar-dasar perencanaan disusun berdasarkan buku yang menjadi referensi penulis. Serta beban yang dipikul oleh balok jembatan berdasarkan RSNI-T-02-2005. Kabel prategang dalam perencanaan ini mengacu pada ASTM A 416 yaitu Uncoated seven wires stress relieved strands for prestressed concrete Gradw 270 low relaxation. Adapun bebanbeban yang bekerja adalah beban mati, beban hidup dan beban mati tambahan. Analisa kehilangan terhadap gaya prategang dilakukan, akibat perpendekan elastis, susut, rangkak dan relaksasi baja. Hasil analisa dari semua peraturan dikombinasikan untuk melakukan kontrol terhadap tegangan yang terjadi pada balok prategang. Pada Tugas Akhir ini akan terlihat bagaimana efektifitas penampang yang berbeda-beda pada balok beton prategang pada jembatan serta efektifitas balok menerus dengan balok sederhana pada jembatan .
Kata kunci : prategang penuh, balok komposit.
i Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI ABSTRAKi ......................................................................................................................... i DAFTAR ISI ...................................................................................................................... ii DAFTAR GAMBAR.......................................................................................................... v DAFTAR NOTASI ........................................................................................................... vii DAFTAR TABEL ............................................................................................................. ix KATA PENGANTAR ........................................................................................................ x BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................. 1 1.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 5 1.3 Tujuan ......................................................................................................... 6 1.4 Pembatasan Masalah ................................................................................... 7 1.5 Metode Penulisan........................................................................................ 7 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................................... 9 II.1 Material ....................................................................................................... 9 II.1.1. Beton ................................................................................................ 9 II.1.1.1. Semen ................................................................................. 9 II.1.2. Agregat ................................................................................. 11 II.1.3. Air ........................................................................................ 13 II.1.4. Bahan Tambah ..................................................................... 14 II.1.2. Baja ................................................................................................. 16 II.2 Beton Prategang ........................................................................................ 19 II.2.1 Konsep Dasar Prategang .................................................................. 19 II.2.2 Pratregang ....................................................................................... 23 II.2.3 Pasca Tarik ...................................................................................... 24 ii Universitas Sumatera Utara
II.2.4 Struktur Statis Tak Tentu ........................................................................................ 25 II.2.4.1 Istilah-Istilah Umum ......................................................... 28 II.2.4.2 Pola untuk Tendon Balok Menerus ................................... 31 II.2.5 Struktur Komposit Beton Prategang ............................................... 32 II.2.5.1 Analisa Tegangan ......................................................................... 33 II.2.6 Tendon............................................................................................. 34 II.2.7 Kehilangan Prategang36 II.2.7.1 Kehilangan Prategang Langsung....................................... 36 II.2.7.2 Kehilangan Prategang Berdasarkan Fungsi Waktu ........... 38 II.3 Pembebanan Pada Jembatan....................................................................... 40 II.3.1 Aksi Tetap ....................................................................................... 41 II.3.2 Aksi Lalu Lintas. ............................................................................. 42 II.3.3 Faktor Beban Dinamis..................................................................... 45 II.3.3 Faktor Beban Pejalan Kaki.............................................................. 46 II.3.4 Aksi Lingkungan ............................................................................. 47 BAB III METODE ANALISA ....................................................................................... 49 III.1 Umum ....................................................................................................... 49 III.2 Pembebanan .............................................................................................. 50 III.3 Desain Penampang Terhadap Lentur ........................................................ 50 III.3.1 Kondisi Tegangan .......................................................................... 50 III.3.1.1 Modulus Penampang....................................................... 50 III.3.1.2 Gaya Prateg ang .............................................................. 52 III.3.2 Keadaan Batas Runtuh ................................................................... 53 III.3.3 Gaya Prategang Pada Balok Komposit .......................................... 56 BAB IV APLIKASI ........................................................................................................ 57
iii Universitas Sumatera Utara
IV.1 Gambar V.I ............................................................................................... 57 IV.2 Data Data Struktur dan Penentuan Bahan ................................................ 58 IV.3 Perhitungan Pembebanan.......................................................................... 59 IV.4 Balok Sederhana ....................................................................................... 61 IV.5 Balok Menerus .......................................................................................... 85 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN........................................................................ 125 V.1 Kesimpulan ............................................................................................... 126 V.2 Saran.......................................................................................................... 127
DAFTAR PUSTAKA....................................................................................................... viii
iv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar I.1
Potongan Penampang balok Jembatan
3
Gambar I.2
Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang Pada Tendon Konsentris.
4
Gambar 1.3
Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang dan berat sendiri Pada Tendon Konsentris.
4
Gambar I.4
Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang Pada Tendon Ekssentris
5
Gambar I.5
Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang dan berat sendiri Pada Tendon Eksensentris
6
Gambar II.1 Distribusi Tegangan Sepanjang Penampang Beton Prategang konsentris 21 Gambar II.2 Momen Penahan Internal Pada Beton Prategang dan Beton Bertulang
22
Gambar II.3 Balok Beton Menggunakan Baja Mutu Tinggi
23
Gambar II.4 Balok Prategang Dengan Tendon Parabola
23
Gambar II.5 Proses Pengerjaan Beton Pratarik (Pre-tensioning)
24
Gambar II.6 Proses Pengerjaan Beton Pascatarik (Post-tensioning)
25
Gambar II.7 Reaksi Sekunder dan Momen Sekunder Pada Balok Beton Prategang Menerus
27
Gambar II.8 Garis Tekan Pada Suatu Balok Prategang Menerus29 Gambar II.9 Garis Tekanan dan Profil Kabel Konkordan
31
Gambar II.10 Pola Tendon Untuk Balok Menerus
32
Gambar II.11 Jenis-jenis Baja yang Dipakai Untuk Beton Prategang
35
Gambar II.12 Beban Lajur “D”
43
Gambar II.15 Pembebanan untuk Pejalan Kaki
46
Gambar III.1 Bentuk penampang yang digunakan
49
Gambar III.2 Tegangan Akibat Pretegang, Beban Mati, Beban Terpasang
51
Gambar III.3 Bagan untuk Dimensi Pendahuluan Penampang Beton Prategang
55
v Universitas Sumatera Utara
Gambar III.4 Analisa Tegangan Balok Komposit pada (a) Balok Persegi, (b) Balok I, (c) Balok T
56
Gambar IV.1 Balok pada 2 perletakan (a), balok pada 3 perletakan (b), penampang balok persegi (c), T (d), dan I girder (e).
58
vi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI f’ci
tegangan tekan beton
ft
tegangan tekan pada serat atas balok
fb
tegangan tekan pada serat bawah balok
Ac
luas penampang beton
Aps
luas baja prategang
b
lebar penampang balok
h
tinggi penampang balok
C
gaya tekan penampang
c
jarak ke sumbu netral diagram tegangan
e
eksentrisitas
Ec
modulus elastisitas beton
Es
modulus elastisitas baja
f’c
kuat tekan beton pada awal penegangan
fcpe
tegangan pada baja prategang pada saat servis
fu
tegangan tarik ultimate
fy
tegangan leleh
Ix
inersia arah sumbu x penampang
Kcr
2,0 untuk struktur pratarik 1,6 untuk struktur pasca tarik
L
panjang bentang
M
momen
Ms
momen sekunder
Mu
momen ultimate
Pi
gaya prategang saat initial vii Universitas Sumatera Utara
Pe
gaya prategang efektif
q
beban terbagi rata
Tu
gaya tarik pada serat bawah
w
berat jenis beton
Zt
modulus section bagian atas
Zb
modulus section bagian bawah
Zkt
modulus section komposit bagian atas
Zkb
modulus section komposit bagian atas
Yt
jarak titik berat ke serat atas terluar
yb
jarak titik berat ke serat bawah terluar
viii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Tabel II.1
Empat senyawa utama dalam semen portland
10
Tabel II.2
Batas-Batas Gradasi Agregat Halus
12
Tabel II.3
Batas-Batas Gradasi Agregat Kasar
12
Tabel II.4
Persyaratan Kekerasan Agregat Kasar Beton
13
Tabel II.5
Sifat-safat baja
18
Tabel II.6
Strand Standar Tujuh Kawat Untuk Beton Prategang
36
Tabel II.7
Jumlah Lajur Lajur Lalu Lintas
42
Tabel II.8
Kecepatan angin rencana
48
Tabel II.8
Koefisien Seret CW
48
ix Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya kepada saya, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul “ANALISIS
EFISIENSI KABEL BALOK BETON PRATEGANG PADA
JEMBATAN TERHADAP KAPASITAS LENTUR
DENGAN PENAMPANG
YANG BERBEDA”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu studi untuk mengetahui efisiensi kabel balok beton prategang dengan membandingkan penampang yang berbeda-beda dan dua perletakan dengan tiga perletakan. Tugas Akhir ini dapat disusun berkat adanya bimbingan dan kerjasama beberapa dosen maupun mahasiswa Universitas Sumatera Utara. Disamping itu penulis juga mecari literatur yang berhubungan dengan perencanaan tersebut. Saya menyadari bahwa penyelesaian Tugas Akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini saya menyampaikan ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orangtua saya yang sangat saya cintai, Drs. Baktiar Sitorus dan Ibu saya Resmi Manurung dan temanteman saya yang setia mendoakan dalam perjalanan pengerjaan skripsi ini. Selain itu, saya juga mengucapkan terimakasih banyak kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu : 1.
Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara sekaligus pembimbing, yang telah memberikan dukungan, masukan bimbingan, waktu, tenaga serta pikiran dalam membantu saya untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. x Universitas Sumatera Utara
2.
Bapak Ir. Syahrizal, M.sc selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3.
Bapak/ Ibu seluruh staf pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4.
Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuannya selama ini kepada saya.
5.
Orang-orang spesial bagiku Febriantris Sitorus, Lilis Sitorus, Widya Banjarnahor, Trissa Purba, Noni Sinaga yang setia mendoakan dan mendukung.
6.
Rekan sekaligus sahabat saya mahasiswa yang setia mendukung dan membantu saya, stambuk 10
Tohap Pakpahan, Fander Simanjuntak, Jernih Putri, Boby Hutapea,
Rizky Torang, Fransiscus I. Pinem, Rid Grandson, Freddy Tantra, Desindo Wijaya, Elfridani Saragih, Prisquilla Sembiring, Rebekka Silalahi, Hopnagel Sinaga, Yahya, Essy Santaria Ginting, Zefanya Hutasoit, Ebenezer Simanjuntak, Alfian Simbolom dan lainya serta abang dan kakak senior angkatan 2010 adik-adik stambuk 11, 12, dan 13 yang telah memberikan dukungan serta info mengenai kegiatan sipil. 7.
Teman kelompok Kecilku Mardi Banurea, Samarpal Limbong, Nova, dan PKK ku Kak Novita, ST yang setia mendukung dan mendoakan.
8.
Adik-adik kelompok kecilku Cicilia Simbolon, Angel Sibayang, Ronald, Sintong, Fany, Imanuel Butar-butar, Imanuel Simanullang, Fery, Tambang.
9.
Kawan-kawan kos Boy Sijabat, Mikael Sinaga, Mardiko Saragih, Jefvry Rumahorbo.
10. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas dukungannya yang baik. Walaupun dalam menyusun Tugas akhir ini penulis telah berusaha untuk mengkaji dan menyampaikan materi secara sistematis dan terstruktur, penulis sadar Tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Untuk itu, saya sangat mengharapkan saran dan kritik yang xi Universitas Sumatera Utara
membangun dari para pembaca demi perbaikan di masa yang akan datang. Akhir kata saya mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya dan semoga Tugas akhir ini bermanfaat bagi pembaca.
Medan,
Agustus 2014
Elwis Sitorus Penulis
xii Universitas Sumatera Utara
