BAB II TINJAUAN PUSTAKA. rintangan yang berada lebih rendah.rintangan ini biasanya jalan lain (jalan air

Bab II Tinjauan Pustaka

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Jembatan Jembatan adalah suatu konstruksi yang gunanya meneruskan jalan melalui suatu rintangan yang berada lebih rendah.Rintangan ini biasanya jalan lain (jalan air atau jalan lalu lintas biasa). Jika jembatan itu berada di atas jalan lalu lintas biasa maka biasanya dinamakan viaduct(Struyk & Veen 1995). Terdapat berbagai macam jenis jembatan yaitu: 1) Jembatan sederhana 2) Jembatan baja 3) Jembatan rangka baja 4) Jembatan beton bertulang 5) Jembatan beton prategang 6) Jembatan gantung 7) Jembatan cable stayed Jembatan kereta api hampir selalu mendekati struktur bentang yang sederhana. Perbedaan Jembatan Kereta Api dan Jembatan Jalan Raya: a. Rasio beban hidup hingga beban mati lebih tinggi jembatan kereta api dibandingkan dengan struktur jembatan jalan raya dengan ukuran yang sama. II-1

http://digilib.mercubuana.ac.id/


Hal ini dapat berpengaruh kepada masalah pelayanan seperti fatigue dan pengontrolan defleksi yang mempengaruhi desain dibandingkan kekuatan. b. Perencanaan pembebanan langsung pada struktur jembatan kereta api lebih tinggi dibandingkan jembatan jalan raya. c. Struktur dengan bentang sederhana lebih diutamakan dibandingkan dengan struktur menerus untuk jembatan kereta api. Banyak factor yang mempengaruhi bentang menerus yang menarik pada jembatan jalan raya tidak menguntungkan bagi penggunaan pada jembatan kereta api. Bentang menerus juga sulit untuk diganti pada kondisi emergency dibandingkan dengan bentang sederhana. d. Gangguan pelayanan operasi angkutan kereta api merupakan kondisi kritis untuk angkutan kereta api dibandingkan angkutan jalan raya. Sehingga, pembangunan dan perawatan jembatan tanpa mengganggu operasi kereta api adalah hal krusial untuk jemabtan kereta api. e. Kombinasi pergerakan/lendutan jembatan sebagai pengampu struktur jalan rel dan jalan rel itu sendiri tidak boleh melebihi toleransi pada standar jalan kereta api. Interaksi antara jalan kereta api dan jembatan harus dipetimbangkan juga dalam desain dan detailingnya. f. Kinerja layanan terhadap gempa pada jembatan jalan raya dan jembatan kereta api dapat dangat signifikan . Jembatan kereta api harus memiliki kinerja yang sangat baik terhadap gempa. II-2



g. Pemilik/pembangun jembatan kereta api mengharapkan secara khusus terhadap masa layan dari struktur jembatan kereta api mereka dibandingkan dengan

pemilik/pembangun

jembatan

jalan

raya

terhadap

struktur

jembatannya. 2.1.1. Jembatan Rangka Baja Jembatan baja berdinding penuh memberikan keuntungan seperti yang diberikan oleh jembatan yang mempunyai konstruksi sederhana, oleh karena itu biaya pembuatan tetap terbatas pemeliharaan sangat mudah.Jembatan-jembatan ini dengan memakai lantai kendaraan rendah, penegaran-penegaran yang perlu dalam arah lintang diperoleh dengan pelat-pelat bentuk segitiga di atas pemikul-pemikul lintangnya. Pada ukuran panjang lebih dari 30 m, untuk jembatan di atas dua titik tumpang dan pada bentangan lebih dari 40 m untuk jembatan-jembatan di atas lebih dari dua titik tumpu, maka menggunakan gelagar-gelagar dinding penuh tidah lagi menguntungkan, sehingga beralihlah kepada pembuatan gelagar-gelagar rangka (Struyk, 1995). Pada gelagar rangka, timbul di dalam batang hanya gaya tarik atau gaya tekan, yang pada titik-titik buhuk disambung bengengsel, atau dianggap seperti dihubungkan secara demikian, dalam keadaan-keadaan dimana gaya-gaya luar hanya bekerja pada titik-titik simpul. Lantai kendaraan pada umumnya didukung pada tempat titik-titik buhul mencegah timbulnya momen-momen lengkung di dalam batang-batang pekerjaan vak.Hanya pada pengecualian istimewa maka lantai kendaraan itu diletakkan antara titik


II-3


buhul, sehingga batang mendapat juga beban lengkung.Sambungan-sambungan pada titik-titik buhul buasanya, dilaksanakan dengan kelingan atau juga sekali-kali dilas.Sambungan dari batang-batang dengan potongan penampang besar, ditempat titik buhul, dari sudut merupakan pelaksanaan secara teknis las kurang baik. Dari sebab itu, maka jika dikehendaki suatu konstruksi las untuk bentangan yang lebih besar, lebih baik berpindah kepada pembuatan macam jembatan-jembatan lain (Struyk & Veen 1995). Rangka adalah struktur yang menghubungkan beberapa bagian untuk membentuk struktur yang kaku. Anggota/members adalah komponen struktur yang memikul beban/gaya. Pada kebanyakan rangka, anggota/members diatur dalam segitiga yang saling berhubungan seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2.1. Dikarenakan oleh bentuk/konfigurasi ini, anggota/members rangka memikul beban dengan tekan dan Tarik. Dikarenakan rangka sangat kuat untuk ukuran beratnya, maka jenis struktur ini sering digunakan untuk bentang panjang. Bahkan jenis struktur rangka telah dipergunakan pada jembatan sejak awal abad 19, akan tetapi jembatan rangka tidak banyak dipergunakan lagi pada masa ini. Saat ini struktur rangka lebih sering dipergunakan untuk rangka atap gedung dan stadium, pada tower, konstruksi crane, dan struktur sejenis lainnya. (Ressler 2001)

II-4



Gambar 2.1

Jembatan Rangka Tipikal

Pada gambar 2.1 terlihat bahwa struktur seluruhnya terdiri atas segitiga yang saling berhubungan. Komponen utama jembatan rangka tipikal tampak dalam gambar 2.2 dan gambar 2.3.

Gambar 2.2

Bagian Jembatan Rangka Baja Tipikal – Tampak dari Samping

II-5



Gambar 2.3

Bagian Jembatan Rangka Baja Tipikal – Tampak 3 Dimensi

Pada Jembatan yang tampak secara 3 dimensi, struktur memiliki 2 rangka utama yang memikul beban. Setiap struktur rangka terdiri atas chord atas dan chord bawah dan beberapa bagian vertical dan diagonal. Kedua seri struktur rangka dihubungkan dengan portal, gelagar melintang, ikatan angin bagian atas dan ikatan angin bagian bawah serta balok lantai (jika ada). Pada awalnya, bagian-bagian struktur rangka dibuat dari kayu atau besi. Saat ini bagian-bagian tersebut dibuat dari baja. Baja yang dipergunakan untuk rangka diproduksi dalam berbagai macam ukuran dan bentuk. Struktur rangka batang dapat dibentuk dari baja solid maupun baja yang berongga.

II-6



Gambar 2.4

Tipe-Tipe Baja untuk Bagian Struktur Rangka

Untuk membentuk struktur rangka terdapat beberapa cara, 2 cara yang sering dipergunakan

untuk

menghubungkan

members/anggota

adalah

dengan

penggabungan langsung (pinned connections) dan menggunakan gusset plate connection. Seperti namanya pinned connection menggunakan 1 pin/paku baja besar untuk menghubungkan 2 atau lebih members/anggota bersama. Untuk penyambungan menggunakan gusset plate, member/anggita digabungkan melalui 1 atau 2 pelat baja yang menggabungkan masing-masing member/anggota dengan rivet, baut atau las.

II-7



Gambar 2.5

Jenis-Jenis Sambungan Members/Anggota Struktur Rangka

Gambar 2.6

Jenis-Jenis Model Struktur Rangka Baja

II-8



Gambar 2.1.

Jenis-Jenis Rangka Baja dan Peruntukannya

Tentunya masng-masing jenis rangka tersebut, memiliki keuntungan dan kerugian masing masing, berikut ini adalah beberapa perbandingan penggunaan tipe-tipe rangka baja yang umum dijumpai pada konstruksi jembatan:

II-9



Tabel 2.1.

TIPE RANGKA Pratt Truss

Warren Truss

K Truss

Perbandingan Penggunaan Rangka Baja pada Jembatan

KEUNTUNGAN

KERUGIAN

BAIK DIGUNAKAN UNTUK 1. Desain dengan biaya yang efektif dipersyaratkan 2. Beban kombinasi diterapkan 3. Struktur sederhana dipersyaratkan

1. Mampu 1. Tidak diketahui Menguntungkan perilaku batangjika beban tidak batang rangka, vertikal batang vertical tertekan dan batang diagonal tertarik 2. Pada bagian atas struktur rangka dapat direkayasa untuk mencapai biaya yang efektif 3. Desain sederhana 4. Diterima dengan baik dan sering digunakan sebagai desain 1. Penyaluran 1. Tidak dapat 1. Struktur beban merata bekerja dengan dengan antara memberbaik jika bentang member rangka bebannya panjang 2. Desain cukup terpusat 2. Beban merata sederhana 2. Peningkatan terjadi pada biaya konstruksi konstruksi dikarenakan 3. Konstruksi penambahan sederhana rangka dipersyaratkan 1. Mengurangi 1. Struktur sedikit tekanan pada rumit member 2. Meningkatkan vertical volume 2. Memungkinkan konstruksi untuk dikarenakan mengurangi member rangka penggunaan tambahan

II-10



material baja dan biaya konstruksi jika didesain secara efisien Untuk mendesain struktur rangka baja yang dalam hal ini telah dipersempit menjadi tipe Warren Through Truss, diberikan beberapa ketentuan pendesainan seperti yang tampak dalam gambar 2.7. (Ressler 2001)

Gambar 2.7

Ketentuan Desain Camelback Warren Truss

Pada gambar 2.7, W adalah total berat yang akan dipikul oleh jembatan. Dengan catatan bahwa total berat yang akan dipikul oleh masing-masing rangka utama adalah sebesar setengah dari total berat keseluruhan. Jembatan diasumsikan terdiri atas 2 rangka utama, sehingga masing-masing rangka memikul memikul setengah dari keseluruhan berat. Nilai L diperoleh dari bentang keseluruhan dibagi jumlah pembagian bentang yang akan dirancang.

II-11



2.2. Struktur Baja Pada masa awal penggunaannya sekitar tahun 4000 SM (komponen utama penyusun baja) digunakan untuk membuat peralatan-peralatan sederhana.Material ini dibuat dalam bentuk besi tempa, yang diperoleh dengan memanaskan bijihbijih besi dnegan menggunakan arang. Sekitar akhir abad ke -18 dan permulaaun abad ke -1, besi tuang dan besi tempa sudah mulai banya dib=gunakan untuk pembuatan struktur jembatan. Jembatan lengkung Coalbroookdale yang melintang di atas sungai Savern (Inggris) adalah jembatan pertama yang terbuat dari besi tuang.Jembatan dengan panjang bentang sekitar 30 m ini dibangun oleh Abraham Darby III.Pada abad ke-19 muncul material baru yang dinamakan baja, yang merupakan logam paduan antara besi dan karbon.Struktur baja mulai dipakai pada saat pembangunan jembatan di St. Louis Missouri, mulai 1868 dan selesai 1874. Baja yang dipergunakan untuk konstruksi adalah baja paduan (Alloy Steel) terdiri atas 98% besi, 1%karbon, silicon, mangan, sulfur, phosphor, tembaga, chromium, nikel (Salmon. 1994). Jembatan umumnya merupakan struktur rangka, seperti balok dan gelagar plat, atau rangka batang, yang biasanya menerus.Sifat-sifat yang paling penting dalam penggunaan konstruksi jembatan adalah kekuatan (Strength) yang tinggi dan sifat keliatan (ductility).Keliatan adalah kemampuan untuk berdeformasi secara baik dalam tegangan maupun dalam kompresi sebelum terjadinya kegagalan (failure). Pertimbangan lainnya adalah material baja banyak tersedia secara luas dan daya tahannya (durability) baik, khususnya bila ditambahkan proteksi terhadap karat II-12



akibat cuaca dengan cara pengecatan maupun pelapisan galvanize, selain itu fabrikasi atau pekerjaan konstruksi yang sangat singkat. Sehingga total waktu konstruksi bias berkurang yang akan berakibat pada penurunan biaya konstruksi. Baja dihasilkan dengan menghaluskan biji besi dan logam tua bersama-sama bahan tambahan pencampuran yang sesuai, Kokas (untuk karbon), oksigen dan bahan logam lain seperti tembaga, nikel, krom, mangan, fosfor, silicon, belerang dan lain-lain. Untuk menghasilkan kekuakan, keliatan dan karakteristik terhadap ketahanan korosi karat yang diinginkan. Mutu baja terbagi dalam beberapa mutu yang berbeda, yang sering dipakai diantaranya JIS G 3101-SS400 (setara ASTM A36), JIS G3106-SM490 (setara dengan ASTM A 572), HPS 70 (High Performance Steel). Yang membedakan ketiga mutu baja di atas adalah material properties, yield strength dan tensile strenghtnya (Salmon, 1994). Untuk tujuan perencanaan, tegangan leleh tarik adalah besaran yang digunakan oleh spesifikasi, seperti AISC, sebagai variable sifat bahan untuk menetapkan tegangan ijin terhadap berbagai macam pembebanan. 2.3. Sifat-Sifat Mekanik Baja Baja yang akan digunakan dalam struktur dapat diklasifikasikam menjadi baja karbon, baja paduan rendah mutu tinggi, dan baja paduan. Sifat-sifat mekanik dari baja tersebut seperti tegangan leleh dan tegangan putusnya.

II-13



2.3.1. Baja Karbon Baja karbon dibagi menjadi 3 kategori tergantung dari persentase kandungan karbonnya, yatiu: baja karbon rendah (C=0,03-0,35%), baja karbon medium (C=0,35-0,50%), dan baja karbon tinggi (C=0,55-1,70%). Baja karbon menunjukkan titik peralihan leleh yang jelas, seperti dalam gambar 2.1 kurva a. Naiknya persentase karbon meningkatkan tegangan leleh namun menurunkan daktilitas, salah satu dampaknya adalah membuat pekerjaan las menjadi lebih sulit. Baja karbon umumnya memiliki tegangan leleh (fy) antara 210-250 MPa. 2.3.2. Baja Paduan Rendah Mutu Tinggi Yang termasuk dalam kategori baja paduan rendah mutu tinggi (high-strenght low-alloy steel/HSLA) mempunyai tegangan leleh berkisar antara 290-550 Mpa dengan tegangan putus (fu) antara 415-700 MPa.Titik peralihan leleh dari baja ini Nampak dengan jelas (Gambar 2.1 kurva b). Penambahan sedikit bahan-bahan paduansperti chromium,columbium, mangan, molybden, nikel, fosfor, vanadium, atau zirconium dapat memperbaiki sifat-sifat mekaniknya. Jika baja karbon mendapatkan kekuatannya seiring dengan penambahan persentase karbon, maka bahan-bahan paduan ini mampu memperbaiki sifat mekanik baja dengan membentuk mikrostruktur dalam bahan baja yang lebih halus. 2.3.3. Baja Paduan Baja paduan rendah (low alloy) dapat ditempa dan dipanaskan untuk memperoleh tegangan leleh antara 550-760 Mpa.Titik peralihan leleh tidak tampak dengan II-14



jelas (Gambar 2.1 kurva c). Tegangan leleh dari baja paduan biasanya ditentukan sebagai teganagan yang terjadi saat timbul regangan permanen sebesar 0,2 % atau dapat ditentukan sebagai tegangan pada saat regangan mencapai 0,5%. Baut yang biasa digunakan sebagai alat pengencang mempunyai tegangan putus minimum 415 MPa hingga 700 MPa. Baut mutu tinggi mempunyai kandungan karbon maksimum 0,3%, dengan tegangan putus berkisar antara 733 hingga 838 MPa.

Gambar 2.8

Hubungan tegangan regangan tipikal. (Sumber: Salmon & Johnson, Steel Structures Design and Behavior, 4rded.)

Model pengujian yang paling tepat untuk mendapatkan sifat0sifat mekanik dari material baja adalah dengan melakukan uji tarik terhadap suatu ebnda uji baja. Uji tekan tidak dapat memberikan data yang akurat terhadap sifat-sifat mekanik material baja, karena disebabkan beberapa hal antara lain adanya potensi tekuk II-15



pada benda uji yang mengakibatkan ketidakstabilan dari benda uji tersebut, selain itu perhitungan tegangan yang terjadi di dalam benda uji lebih mudah dilakukan untuk uji tarik daripada uji tekan. Gambar 2.2 dan 2.3 menunjukkan suatu hasil uji tarik material bajaj yang dilakukan pada suhu kamar serta dengan memberikan laju regangan yang normal.Tegangan nominal (f) yan terjadi dalam benda uji diplot pada sumbu vertical, sedangkan regangan (ɛ) yang

merupakan

perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang mula-mula (∆L/L) diplot pada sumbu horizontal. Gambar 2.2 merupakan hasil uji tarik dari suatu benda uji baja yang dilakukan hingga benda uji mengalami keruntuhan, sedangkan gambar 2.3 menunjukkan gambaran yang lebih detail dari perilaku benda uji hingga mencapai regangan sebesar ± 2%.

Gambar 2.9

Kurva Hubungan Tegangan (f) vs Regangan (ɛ)

II-16



Gambar 2.10 Bagian Kurva Tegangan – Regangan yang Diperbesar Titik-titik penting dalam kurva tegangan-regangan antara lain adalah: fp

: batas proporsional

fe

: batas elastis

fyu, fy

: tegangan leleh atas dan bawah

fu

: tegangan putus

ɛsh

:

regangan

saat

mulai

terjadi

efek

strain-

hardening(penguatan regangan) ɛu

: regangan saat tercapainya tegangan putus

Titik-titik penting ini membagi kurva tegangan-regangan menjadi beberapa daerah sebagai berikut: 1. Daerah linier antara 0 dan fp, dalam daerah ini berlaku hokum Hooke, kemiringan dari bagian kurva yang lurus ini disebut sebagai Modulus Elastisitas atau Modulus Young, E=f/ɛ II-17



2. Daerah elastis antara 0 dan fe, pada daerah ini jika beban dihilangkan maka benda uji akan kembali ke bentuk semula atau dikatakan bahwa benda uji tersebut masih bersifat elastis 3. Daerah plastis yang dibatasi oleh regangan antara 2% hingga 1,2-1,5%, pada bagian ini regangan mengalami kenaikan akibat tegangan konstan sebesar fy. Daerah ini dapat menunjukkan pula tingkat daktilitas dari material baja tersebut.Pada baja mutu tinggi terdapat pula daerah plastis, namun pada aderah ini tegangan masih mengalami kenaikan.Karena itu baja jenis ini tidak mempunyai daerah plastis yang benar-benar datar sehingga tak dapat dipakai dalam analisa plastis. 4. Daerah penguatan regangan (strain-hardening) antara ɛsh dan ɛu. Untuk regangan lebih besar dari 15 hingga 20 kali regangan elastis maksimum, tegangan kembali mengalami kenaikan namun dengan kemiringan yang lebih kecil daripada kemiringan daerah elastis. Daerah ini dinamakan daerah penguatan regangan (strain-hardening), yang berlanjut hingga mencapai tegangan putus.Kemiringan daerah ini dinamakan modulus penguatan regangan (Eu). Dalam perencanaan struktur baja untuk jembatan kereta api, AREMA, 2008, Manual for Railway Engineering sifat mekanik baja yang digunakan pada jembatan kereta api diambil:(Jhon F. Unsworth 2010) Density, γ = 490 lb/ft3 II-18



Modulus Elastisitas E = 29 x 106 psi = 29.000 ksi Poisson Rasio , μ = 0,3 (Rasio Regangan Lateral hingga Longitudinal ketika Terbebani) Koefisien muai panjang, α= 6,5 x 10-6 per ˚F Modulus Geser, G= E/[2(1+μ)]= 11,2 x 106 psi 2.4. Konstruksi Jalan Rel Jembatan kereta api sebagai penghubungan 2 jalur kereta api yang terpisahkan oleh sungai, lembah rintangan lainnya juga harus memenuhi persyaratan komponen dan konstruksi jalan rel yang ada di atas permukaan tanah. 2.4.1. Kelas Jalan Rel Kelas jalan rel di Indonesia diatur dalam Peraturan Menteri Perhubungan Nomor 60 Tahun 2012 tentang Persyaratan Teknis Jalur Kereta Api. Terdapat beberapa kelas jalan rel yang ditetapkan di Indonesia lengkap dengan persyaratan teknisnya sebagaimana diatur dalam table 2.1. Tabel 2.2.

Kelas Jalan Rel 1067 mm

II-19



Di Indonesia, penggunaan tipe Rel R.60 masih jarang dipergunakan, pemerintah lebih cenderung memanfaatkan tipe rel R.54 dalam konstruksi baru maupun penggantian rel lama. 2.4.2. Persyaratan Komponen Jalan Rel Komponen pembangun jalan rel harus memenuhi persyaratan yang berlaku di Indonesia. Komponen pembangun jalan rel di atas jembatan kereta api (tanpa balas) antara lain: 1. Rel Rel yang dipergunakan dalam konstruksi jalan rel harus memenuhi persyaratan: a. Minimum perpanjangan (elongation) 10% b. Kekuatan Tarik (tensile strength) minimum 1175 N/mm2 c. Kekerasan kepala rel tidak boleh kurang dari 320 BHN Pembuatan rel dari bahan baja karbon harus memiliki dimensi ukuran yang tepat sesuai dengan table 2.2 dan gambar 2.4:

II-20



Tabel 2.3.

Dimensi Penampang Rel

Gambar 2.11 Gambar Penampang Rel 2. Bantalan Ukuran bantalan kayu yang diletakkan di jembatan kereta api rangka baja lalu lintas bawah menggunakan Bantalan Kayu dengan ukuran 1800 x 220 x 120 mm dengan jarak antar bantalan maksimal 60cm. Kayu yang dipergunakan sebagai bantalan harus memenuhi persyaratan kayu mutu A kelas 1 dengan modulus elastisitas (E) minimum 125.000 kg/cm2. Harus mampu menahan moomen maksimum sebesar 800 kg-m, lentur absolute tidak boleh kurang dari II-21



46 kg/cm2. Berat jenis kayu minimum=0,9, kadar air maksimum 15%, tanpa mata kayu, retak tidak boleh sepanjang 230 mm dari ujung kayu. 3. Penambat Alat penambat yang digunakan untuk konstruksi jalan rel adalah oenambat jenis elastic yang terdiri dari system elastic tunggal dan system elastic ganda. Pada bantalan kayu terdapat pelat landas (baseplate), clip, tarpon (screw spike)/baut dan cincin per (lock washer). Alat penambat harus memenuhi persyaratan brikut: a. Alat penambat harus mampu menjaga kedudukan kedua rel agar tetap dan kokoh berada di atas bantalan. b. Clip harus mempunyai gaya jepit 900-1100 kgf c. Pelat landasr harus mampu memikul beban yang ada dengan ukuran sesuai jenis rel yang digunakan. 2.5. Beban-Beban Tujuan utama jembatan kereta api adalah untuk keselamatan dan keandalan dalam mendukung perjalanan kereta penumpang maupun kereta barang dalam lingkup lingkungan operasi jalan kereta api. Dalam merancang jembatan terdapat bebanbeban yang harus diperhitungkan dalam perencanaan struktur.Beban-beban ini akan berpengaruh kepada dimensi ukuran baja, pola rangka baja dan kekuatan struktur desain jembatan yang dirancang. Jembatan kereta api meneruskan bebanbeban melalui decks, superstructures dan tumpuan. Superstructures membawa beban dan gaya melalui members (batang) yang menahan gaya aksial, geser dan II-22



atau gaya lendutan. Bentuk superstructures baja yang sering dipergunakan pada konstruksi jembatan kereta api adalah batang, rangka, dan arches. Superstructure jenis ini memiliki kekakuan yang dipersyaratkan untuk keselamatan dan keandalan dalam menopang beban hidup dinamis jalur kereta api modern dan kerampingan struktur sebagaimana yang dipersyaratkan untuk transportasi, dan dapat

dipasang

pada

daerah

terpencil

sekalipun.

AREMA

(2008)

merekomendasikan tipe bentang sederhana, berdasarkan panjang jembatan, untuk jembatan kereta api yang umum digunakan (rangka, batang dan arch) sebagaimana berikut:(Jhon F. Unsworth 2010) 1. Rolled atau welded beams untuk bentang jembatan hingga 50 ft (plat pelindung mungkin meningkatkan kekuatan untuk mengurangi bentang dan/atau ketebalan konstruksi) (sering digunakan pada system lantai pada pelat girder dan rangka) 2. Bolted atau welded plat gelagar untuk bentang antara 50 hingga 150 ft 3. Bolted atau welded rangka untuk bentang antara 150 hingga 400 ft Bentang jembatan kereta api dapat secara ekonomis didesain dengan rasio ketebalan minimum terhadap bentang jembatan sebesar 1/15. Umumnya, rasio ketebalan terhadap bentang ada dalam kisaran 1/10 hingga 1/12 sesuai untuk jembatan kereta api gelagar baja bentang pendek hingga medium. Jembatan kereta api dengan bentang 50 ft atau lebih harus memiliki peletakan sendi dan roll yang mengakomodasi rotasi yang diakibatkan beban hidup dan defleksi bentang lainnya II-23



Gelagar dan rangka jembatan harus dipisahkan untuk mencegah puntiran yang diakibatkan oleh angin dan peralatan lain ya ng berhubungan dengan beban lateral (gaya sentrifugal, kontak roda dan rel, goncangan kereta api). AREMA (2008) merekomendasikan jarak harus lebih besar dari 1/20 dari panjang bentang untuk sepanjang bentang dan lebih besar dari 1/15 dari bentang untuk bentang decks jembatan kereta api. Jarak antara titik tengah pasangan batang, stringers atau gelagar harus tidak boleh lebih rendah dari 6,5 ft.(Jhon F. Unsworth 2010) Perancangan jembatan dan profil baja yang dipergunakan dalam konstruksi juga harus memperhatikan jarak ruang bangun sebesar 2,15 meter dari kiri kanan as jalan rel. Ruang bebas jembatan yang harus dipenuhi dalam perancangan ditunjukkan pada gambar 2.5 berikut (Anon 2012) .

Gambar 2.12 Ruang Bebas Lebar Jalan Rel 1067 mm Pada Bagian Lurus II-24



Keterangan: Batas I

= Untuk jembatan dengan kecepatan sampai 60 km/jam

Batas II

= Untuk viaduk dan terowongan dengan kecepatan sampai 60 km/jam dan untuk jembatan tanpa pembatasan kecepatan.

Batas III = Untuk viaduk baru dan bangunan lama kecuali terowongan dan jembatan Batas IV = Untuk lintas kereta listrik Konstruksi jembatan bagian atas dengan material baja harus memenuhi persyaratan:(Anon 2012) 1. Tegangan (tegangan) dan tegangan lelah (fatigue) yang timbul pada baja struktural lebih kecil daripada tegangan yang diijinkan. 2. Tegangan (stress) yang timbul pada baut dan paku keeling/sumbat (rivet) lebih kecil dari tegangan yang diijinkan. 3. Tegangan tarik material las minimal sama atau lebih besar dari material yang disambung. Beban dan gaya yang terjadi pada superstructure jembatan kereta api adalah gaya gravitasi, longitudinal dan lateral. Gaya gravitasi, yang terdiri atas beban mati, beban hidup dan beban tumbukan adalah beban utama yang harus diperhitungkan dalam merancang jembatan kereta api. Beban hidup tumbukan (beban dinamis) dimasukkan dalam perhitungan berkenaan dengan pembebanan yang cepat dari

II-25



beban hidup kereta api. Jenis pembebanan yang perlu diperhitungkan untuk perancangan jembatan kereta api antara lain:(Anon 2012) a. Beban Mati b. Beban Hidup c. Beban Kejut d. Beban Horizontal 1) Beban sentrifugal 2) Beban lateral kereta 3) Beban rem dan traksi 4) Beban rel panjang longitudinal e. Beban angin f. Beban gempa g. Beban air h. Beban tanah aktif Dalam perhitungan beban superstructure yang dihitung adalah pembebanan huruf (a) s.d. (e). 2.5.1. Beban Mati Beban mati pada superstructure jembatan terdiri atas berat superstructure sendiri, jalan rel, gelagar, peralatan lain (pipa air/gas dan kabel), formwork, dan beban mati masa depan (seperti pelebaran gelagar, peningkatan kedalam balas (bila ada), dan peralatan tambahan lainnya). Untuk jembatan kereta api baja pada umumnya, beban mati memiliki proporsi yang kecil dalam bagian beban superstructure

II-26



secara keseluruhan (jembatan kereta api baja memiliki rasio beban hidup yang tinggi dibandingkan dengan beban matinya). Tabel 2.4.

Beban Mati pada Jembatan Baja

ITEM

BEBAN MATI

Jalan Rel (Rel tipe R.54 dan Penambat)

54,43 kg/m

Baja

78,50 KN/m3

Kayu

8 KN/m3

Formwork Permanen

15 lb/ft2

Sumber: PM. 60 Tahun 2012 dan AREMA 2008 Jembatan kereta api baja didesain dengan menambahkan 10-15% dari estimasi berat baja pada superstructure untuk mengakomodasi baut, gusset plate, stiffeners dan komponen appurtenant lainnya. 2.5.2. Beban Hidup Beban hidup yang digunakan adalah beban gandar terbesar sesuai rencana sarana perkeretaapian yang dioperasikan atau skema dari rencana muatan. Untuk beban gandar sampai dengan 18 ton dapat digunakan skema rencana muatan 1921 (RM 21) (Anon 2012)

II-27



Gambar 2.13 Rencana Muatan 1921

II-28



2.5.3. Beban Kejut Beban kejut diperoleh dengan mengalikan factor I terhadap beban kereta. Perhitungan paling sederhana untuk factor I adalah dengan menggunakan rumus sebagai berikut:(Anon 2012) a. Untuk rel pada alas balas, 𝑖 = 0,1 +

22,5 50+𝐿

................................... (2.1)

b. Untuk rel pada perletakan kayu, 𝑖 = 0,2 +

25 50+𝐿

......................... (2.2)

c. Untuk rel secara langsung pada baja, , 𝑖 = 0,3 +

25 50+𝐿

............... (2.3)

Dimana i= factor kejut dan L=panjang bentang (m) 2.5.4. Beban Horizontal 2.5.4.1. Beban Sentrifugal Beban sentrifugal diperoleh dengan mengalikan factor α terhadap beban kereta. Beban bekerja pada pusat gaya berat kereta pada arah tegak lurus rel secara horizontal.(Anon 2012) 𝑉2

𝛼 = 127 𝑅 ............................................................................................... (2.4) Dimana :α= Koefisien Beban Sentrifugal V= Kecepatan maksimum kereta pada tikungan (km/jam) R= Radius Tikungan (m)

II-29



2.5.4.2. Beban Lateral Kereta (LR) Beban lateral kereta adalah beban yang bekerja pada bagian atas dan tegak lurus arah rel, secara horizontal. Besaran adalah 15% atau 20% dari beban gandar untuk masing-masing lokomotif atau kereta listrik/diesel.(Anon 2012)

Gambar 2.14 Beban Lateral Kereta 2.5.4.3. Beban Pengereman dan Traksi Beban Pengereman dan Traksi masing-masing adalah 25% Beban kereta, bekerja pada pusat gaya berat kereta ke arah rel (secara longitudinal).(Anon 2012) 2.5.4.4. Beban Rel Panjang Longitudinal (LF) Beban rel panjang longitudinal pada dasarnya adalah 10 KN/m, maksimum 2000KN.(Anon 2012) 2.5.5. Beban Angin Beban angin bekerja tegak lurus rel secara horizontal, tipikal nilainya:(Anon 2012) a. 3.0 KN/m2 pada arel proyeksi vertical jembatan tanpa kereta di atasnya. Namun demikian, 2,0 KN/m2 pada areal proyeksi rangka batang pada arah datangnya angin, tidak termasuk arel system lantai.

II-30



b. 1,5 KN/m2 pada areal kereta dan jembatan, dengan kereta di atasnya, pengecualian 1,2 KN/m2 untuk jembatan selain gelagar dek/rasuk atau jembatan komposit, sedangkan 0,8 KN/m2 untuk areal proyeksi rangka batang pada arah datangnya angin. 2.6. Kombinasi Pembebanan AREMA tidak secara terbuka untuk menetapkan kombinasi pembebanan, akan tetapi memberikan rekomendasi pembebanan dalam berbagai desain (Sorgenfrei and Marianos, 2000). Tabel 2.9 merupakan kombinasi pembebanan yang diaplikasikan untuk desain superstruktur jembatan baja pada rekomendasirekomendasi AREMA pada umumnya.(Jhon F. Unsworth 2010) Tabel 2.5.

Kombinasi Pembebanan untuk Desain Superstructure Jembatan Baja Kereta Api

Load

Kombinasi Pembebanan

Members

FL

A1

DL+LL+I+CF

Semua members

1.00

A2

DL+LLT+I+CF

Members pada Jaringan 1.33

Case

Rangka B1

DL+LL+I+W+LF+N+CWR

Semua kecuali

members, 1.25 penyangga

balok lantai dan baut mutu tinggi B1A

DL+LL+I+W+LF+N+CWR

Penyangga balok lantai 1.00 II-31



dan baut mutu tinggi B2

DL+LLT+I+W+LF+N+CWR Member rangka baja, 1.66 kecuali

penyangga

balok lantai C

(LL+I) range

Semua Member

D1

SL+N+CF

Member

F fat yang 1.50

mengalami ketidakstabilan struktur D2

Q

Member

yang 1.50

mengalami ketidakstabilan struktur E1

DL+EQ

Semua members

1.50

E2

DL+LL+I+CF+EQ

Members pada jembatan 1.50 panjang saja

F

W atau LV

Members terbebani

yang 1.00 oleh

angin

saja G

DF

Frame yang bersilang, 1.50 diafragma, anchor rods

H1

DL

Members mengalami saat

yang 1.50 tegangan

diangkat

atau

II-32



jacking H2

DL

Members mengalami

yang 1.25 tegangan

selama erection H3

DL+W

Members mengalami

yang 1.33 tegangan

selama erection Dengan FL= Faktor Pembebanan Ijin, DL= beban mati, LL= Beban Hidup, I=Kejutan, CF= Gaya sentrifugal, W=gaya angin, LF=Gaya Longitudinal Pengereman, N=Gaya Lateral, CWR= Gaya kombinasi akibat Continues Welded Rail/Beban Rel Panjang, EQ= Gaya kombinasi akibat gempa, DF= Gaya Lateral dari lendutan dan akibat distribusi pembebanan, LV= “Notional” Gaya Getaran Lateral, LLT= Beban Hidup akibat peningkatan tegangan sebesar 33% dari tegangan desain (diperoleh dari menghitung kombinasi pembebanan A1), SL= Beban Hidup pada leeward track 1200 lb/ft tanpa kejutan, Q=Beban Anjlokan (derailment), f fat = Tegangan ijin berdasarkan panjang pembebanan member dan kategori keruntuhan. Dengan ditambahkan efek dinamis (∅) pada beban hidupnya: ∅=

2,16 √𝐿𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑡𝑖𝑛𝑗𝑎𝑢 −0,2

+ 0,73 .................................................................. (2.5)

II-33



Untuk safety factor yang diterapkan pada sambungan dan tahanan members dan cross sections adalah sebagai berikut: Tahanan Members dan Cross Section

𝛾𝑀0 , 𝛾𝑀1 , 𝛾𝑀2

Tahanan Baut

𝛾𝑀2

Tahanan Rivet Tahanan Pins Tahanan Las Tahanan Plate pada Bearing Tahanan gelincir

𝛾𝑀3

Preload Baut Mutu Tinggi

𝛾𝑀7

Catatan: Nilai dari 𝛾𝑀 direkomendasikan sebesar: 𝛾𝑀2 =1,25; 𝛾𝑀3 =1,25; 𝛾𝑀4 = 1,0; 𝛾𝑀5 = 1,0; 𝛾𝑀7 = 1,1(Ellobody 2014) 2.7. Lendutan Lendutan didefinisikan sebagai besaran penyimpangan (deflection) yang tidak boleh melebihi persyaratan koefisien terhadap panjang teoritis. Pada jembatan kereta api lendutan yang terjadi akibat perjalan kereta api diatur pada table 2.6

II-34



Tabel 2.6.

Lendutan Maksimum Struktur Jembatan Kereta Api

Sumber : Peraturan Menteri Perhubungan Nomor 60 Tahun 2012 tentang Persyaratan Teknis Jalur Kereta Api 2.8. Perencanaan Struktur Baja 2.8.1. Konsep Dasar Metoda Desain Struktur Baja Pada tulisan ini, penulis akan memakai metoda desain struk tur Allowable Stress Design (ASD). Pada dasarnya desain Allowable Stress Design (ASD) menyatakan bahwa kekuatan dan kekakuan struktur didesain lebih kecil atau sama dengan kekuatan dan kekakuan yang diizinkan bekerja pada material. Dikenal juga dengan metoda desain elastik atau working stress design. Dalam menentukan tegangan dasar/tegangan izin, grafik hubungan tegangan dan regangan tipikal baja untuk baja struktur/kontruksi berikut ini dapat dipergunakan.(S 2010)

II-35



Gambar 2.15 Hubungan Tegangan dan Regangan Tipikal Baja Struktur Untuk menentukan tegangan izin, dapat dipergunakan persamaan berikut ini: 𝜎̅ =

𝜎𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑 𝐹𝐾

........................................................................................ (2.6)

dimana : FK adalah faktor keamanan Menurut RSNI T-03-2005 nilai tegangan leleh untuk berbagai mutu baja adalah sebagai berikut:

II-36



Tabel 2.7.

Nilai Tegangan Leleh dan Tegangan Dasar untuk Berbagai Mutu Baja Pelat Yield point or proof stress N/mm2 (min) Thickness of steel mm

Symbol

16 or under

Over 16-40

Tensile strength N/mm2 Thickness of steel mm 100 or under

SM400A SM400B SM400C

245

235

400-510

SM490A SM490B SM490C

325

315

490-610

SM490YA SM490YB

365

355

490-610

SM520B SM520C

365

355

520-640

SM570

460

450

570-720

Sumber: JIS Standard

Elongation

thinckness <5 ≥5 <16 ≥16 <50 <5 ≥5 <16 ≥16 <50 <5 ≥5 <16 ≥16 <50 <5 ≥5 <16 ≥16 <50 <5 ≥5 <16 ≥16 <50

% min 23 19 22 22 17 21 19 15 19 19 15 19 19 26 20

II-37


BAB II TINJAUAN PUSTAKA. rintangan yang berada lebih rendah.rintangan ini biasanya jalan lain (jalan air

Recommend Documents