MODIFIKASI PERENCANAAN JEMBATAN BUSUR RANGKA BAJA DENGAN LANTAI KOMPOSIT, DI KOTA Nama : Herlambang Tinton P Pembimbing : Ir. Djoko Irawan Abstrak
Jembatan merupakan suatu struktur bangunan yang berfungsi untuk menyatukan jalan yang terputus oleh rintangan, misalnya sungai, rawa, dll. Dalam penyusunan Tugas akhir ini di rencanakan jembatan rangka busur baja yang melintasi sungai barito, Palangkaraya – Kalimantan Tengah dengan bentang total 300 m. bentang utama 180 m dan bentang sekunder 120 m. Peraturan pembebanan yang dipakai untuk merencanakan jembatan ini mengacu pada RSNI 2005 yang merupakan pedoman peraturan untuk merencanakan sebuah jembatan. Adanya peraturan pembebanan dimaksudkan untuk memberikan saran dalam perencanaan jembatan di Indonesia yang dapat menjamin tingkat keamanan, dan tingkat penghematan yang dapat diterima struktur jembatan. Sedangkan perencanaan struktur atas jembatan mengacu pada peraturan AISC – LRFD. Tahap awal perencanaan adalah perhitungan lantai kendaraan dan trotoar. Kemudian dilakukan perencanaan gelagar memanjang dan melintang, sekaligus perhitungan shear connector. Memasuki tahap konstruksi pemikul utama, dilakukan perhitungan beban – beban yang bekerja, kemudian dianalisa dengan menggunakan program SAP 2000. Setelah didapatkan gaya – gaya dalam yang bekerja dilakukan perhitungan kontrol tegangan dan perhitungan sambungan. Bersamaan dilakukan perhitungan konstruksi pemikul utama juga dilakukan perhitungan konstruksi sekunder yang meliputi ikatan angin atas, bawah, dan portal akhir. Kemudian memasuki tahap akhir dari perencanaan struktur atas dilakukan perhitungan dimensi perletakan. Setelah selesai analisa dari struktur atas jembatan, dilakukan analisa perencanaan struktur bawah jembatan (abutment). Dari hasil perencanaan didapatkan profil yang dipakai dalam jembatan : Batang Busur menngunakan 2 WF500.375.16.32; Batang Tarik 2WF500.500.19.32;Batang vertikal dan diagonal WF500.250.9.12; Batang horisontal WF250.250.6.9 ; Batang penggantung WF 500.200.6.9; Ikatan angin atas WF 250 x 250 x 6 x 9 ; Ikatan angin bawah WF 300 x 275 x 9 x 14. Perletakan menggunakan Sendi dan Rol baja. Pondasi menggunakan tiang pancang.
1)
PALANGKARAYA – KALIMANTAN TENGAH LATAR BELAKANG
Sungai Barito merupakan salah satu sungai besar di Palangkaraya – Kalimantan Tengah. Penduduk setempat memanfaatkan sungai tersebut sebagai tempat untuk melakukan transaksi perdagangan, dimana perdagangan dilakukan diatas perahu. Sungai Barito ini mempunyai lebar 300 m, diatas sungai tersebut terdapat sebuah jembatan beton bertulang. Jembatan tersebut menghubungkan antara Kabupaten Barito Utara dengan Barito Selatan. Karena jembatan tersebut tidak dapat dilewati ponton dan sudah termakan usia, maka Pemerintah setempat mengganti jembatan tersebut dengan jembatan baru. Masyarakat setempat juga menginginkan sebuah jembatan yang dapat dijadikan simbol bagi daerahnya. Perencanaan jembatan baru ini dipilih jembatan tipe rangka busur baja. Hal ini dikarenakan jembatan bentuk rangka busur baja dapat mengurangi momen lentur yang terjadi sehingga dapat menghemat penggunanan material (D.Johnson,1980) . Selain itu rangka busur baja juga mempunyai nilai estetika yang tinggi serta lebih efektif memikul beban ( Jurnal Ilmiah Teknik Sipil, 2007 ). Serta material baja mempunyai kuat tarik dan kuat tekan yang tinggi daripada bahan lainnya. Jembatan baru ini direncanakan dengan bentang total 300 m dan dibagi menjadi 5 bentang. Panjang bentang utama adalah 180 m, panjang bentang yang lain masing – masing adalah 30 m. Jembatan ini direncanakan 2 lajur 2 arah, lebar setiap lajur adalah 4,00 m dan lebar trotoar 1m. Jembatan ini direncanakan dengan lantai kendaraan komposit.
2) RUMUSAN MASALAH Rumusan masalah yang terdapat dalam pengerjaan Tugas Akhir ini adalah : a. Bagaimana merencanakan lantai kendaraan? b. Bagaimana merencanakan gelagar memanjang dan melintang? c. Bagaimana merencanakan Rangka Utama dan Ikatan Angin? d. Bagaimana merencanakan sambungan? e. Bagaimana merencanakan abutment.? f. Bagaimana merencanakan pondasi yang sesuai dengan tanah setempat? g. Bagaimana mengontrol kekuatan dan kestabilan struktur? h. Bagaimana menuangkan hasil bentuk desain dan analisa ke dalam bentuk gambar teknik ?
1
3)
TUJUAN Dari rumusan masalah di atas, adapun tujuan yang akan dicapai dalam penyusunan Tugas Akhir ini adalah : a. Merencanakan gelagar-gelagar induk. b. Merencanakan lantai kendaraan. c. Merencanakan ikatan angin. d. Merencanakan sambungan pada profil rangka baja. e. Merencanakan abutment. f. Merencanakan pondasi yang sesuai dengan tanah setempat. g. Mengontrol kekuatan dan kestabilan struktur. h. Menuangkan hasil perencanaan dalam bentuk gambar.
4)
BATASAN MASALAH Batasan masalah dalam pengerjaan Tugas Akhir ini meliputi : a. Tidak merencanakan bangunan pelengkap jembatan. b. Tidak membahas jembatan rangka batang bentang 30 m, hanya jembatan busur rangka bentang 180 m. ( gaya – gaya dari jembatan rangka batang bentang 30 m diambilkan dari tugas besar ). c. Tidak merencanakan tebal perkerasan dan desain jalan. d. Tidak menghitung aspek ekonomis dari biaya konstruksi jembatan. e. Tidak membahas metode pelaksanaan. f. Pengontrolan struktur dan penggambaran menggunakan program bantu SAP 2000 dan Auto Cad.
jembatan yang fungsinya menerima semua gaya – gaya yang bekerja pada jembatan. Pada prinsipnya konstruksi dari jembatan busur dapat memberikan reaksi horizontal akibat beban vertikal yang bekerja..Selain itu jembatan busur dapat menerima momen lentur dan lebih efisien bila di bandingkan dengan gelagar parallel. (Djoko Irawan, 2007). Untuk materialnya bahan baja masih menjadi pilihan utama untuk jembatan dengan bentang yang panjang, karena baja mempunyai nilai spesifik strength yang besar dibanding material lainnya. Selain itu baja mempunyai kekuatan yang tinggi dan sama kuat pada batang tarik dan tekan.Oleh karena itu baja adalah elemen struktur yang memiliki batasan sempurna yang akan menahan beban jenis tarik aksial, tekan aksial, dan lentur. Berat jenis baja yang tinggi mengakibatkan baja tidak terlalu berat jika dibandingkan dengan kapasitas bebannya (Dien Ariestadi, 2006) Jembatan pelengkung baja lebih efektif digunakan untuk bentang 100-250 meter. Contohnya adalah Jembatan Rumbai Jaya di Riau dengan bentang utama 120 m, Jembatan Martadipura Kalimntan Timur dengan bentang utama 200 meter, Serta Jembatan Kahayan Kalimantan Tengah dengan bentang utama 150 meter. (Tri Joko Waluyo , 2006). Berdasarkan letak lantai kendaraanya jembatan busur dapat di bedakan menjadi 3 macam, yaitu: • Deck Arch Salah satu jenis jembatan busur dimana letak lantainya kendaraannya berada di atas konstruksi jembatan. Busur. Jembatan ini mempunyai tinggi ruang bebas yang besar.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 DEFINISI JEMBATAN Jembatan merupakan bagian dari jalan raya dan merupakan suatu konstruksi bangunan yang bertujuan untuk menghubungkan antara jalan yang satu dengan yang lain yang terputus oleh rintangan, misalnya : sungai, rawa atau hal lain. Konsep perencanaan struktur jembatan adalah berdasarkan atas seni ( estetika ) dan konstruksi jembatan itu sendiri. Berdasarkan dari fungsi komperehensif, maka nilai maksimum dari suatau jembatan akan ditentukan oleh: • Biaya konstruksi • Kemudahan pelaksanaan • Estetika dan pertimbangan lingkungan • Biaya pemeliharaan Jembatan rangka busur baja adalah suatu struktur jembatan dari pelengkung baja, dimana pelengkung baja tersebut merupakan rangka utama dari
Gambar 2.1 Jembatan tipe ” Deck Arch ” •
Through Arch Merupakan jenis lainnya, dimana letak daripada lantai jembatan terdapat tepat di springline busurnya.
Gambar 2.2 Jembatan tipe “ Through Arch ”
2
•
A Half – Through Arch Merupakan salah satu jenis lainnya, dimana lantai jembatan terletak di antara springline dan bagian paling atas busur atau di tengah – tengah. Pada umumnya, jembatan busur banyak yang menggunakan tipe A Half – Through dan Through Arch untuk menghindari agar pangkal busurnya tidak terendam oleh air.
Gambar 2.3 Jembatan tipe ” A Half – Through Arch “ Selain itu jenis penampang busur ada 3 yaitu : • • •
Penampang dinding penuh Penampang box Penampang rangka batang ( Djoko Irawan,2007)
Untuk model busur menebal ditengah, akan memberikan kesan kokoh bagi penggunanya, untuk busur yang mengecil ditengah akan memberikan kesan langsing, dan untuk model busur yang rata akan memberikan kesan tenang pagi penggunanya.
2.2 ANALISA SISTEM RANGKA BAJA PADA STRUKTUR JEMBATAN BUSUR RANGKA BAJA Rangka batang adalah susunan elemen – elemen yang membentuk segitiga atau kombinasi segitiga, sehingga menjadi bentuk rangka yang tidak berubah bentuknya ketika diberi gaya – gaya dari luar. Prinsip utama yang mendasari penggunaan rangka batang sebagai pemikul beban utama adalah penyusunan elemen menjadi konfigurasi segitiga yang menghasilkan bentuk stabil. Pada struktur yang stabil deformasi yang terjadi relatif kecil, dan lentur tidak akan terjadi selama gaya – gaya luar berada pada titik simpul (Dien Aristadi,2006). Selain itu momen sekunder yang terjadi pada rangka batang khususnya pada daerah sambungan sangat kecil, sehingga kekuatan dari struktur rangka baja dapat dijaga. Pelengkung baja pada rangka busur baja adalh struktur yang dibentuk oleh elemen garis yang melengkung dan membentang antara dua titik. Struktur ini biasanya terdiri atas potongan- potongan
yang mempertahankan posisinya akibat adanya pembebanan. Kekuatan struktur pada pelengkung ini sangat tergantung pada penyusunannya serta beban yang akan bekerja padanya.
2.3 OPTIMASI STRUKTUR JEMBATAN RANGKA BAJA DENGAN TEORI MAXWELL DAN MITCHELL Syarat-syarat kekuatan, kekakuan, dan stabilitas dari suatu struktur harus dipenuhi dalam perencanaan struktur. Namun syarat-syarat lain seperti estetika, arsitektur, dan keekonomisan terkadang juga menjadi pertimbangan penting. Syarat kekuatan, kekakuan, dan stabilitas bisa diperoleh dari perhitungan konvensional, sementara syarat estetika, arsitektur, dan keekonomisan suatu struktur bisa ditinjau dari berbagai aspek. Dalam hal syarat keekonomisan, untuk struktur baja dapat diidentikan dengan volume minimum struktur. Untuk itu perlu dilakukan optimasi pada struktur, agar diperoleh struktur dengan volume material minimum. Materi ini bertujuan untuk menentukan tinggi optimum suatu jembatan rangka baja akibat beban gravitasi, sehingga menghasilkan volume profil baja yang minimum. Menurut Teori Maxwell dan Mitchell, volume minimum dapat dicapai dengan meminimumkan batang tarik atau batang tekan pada struktur rangka, yang diaplikasikan dalam analisa ini, di mana volume minimum diperoleh dengan cara mendiferensialkan volume total terhadap tinggi jembatan tersebut. (http://id.wikipedia.org/wiki/Jembatan)
2.4 PERLETAKAN UNTUK JEMBATAN BENTANG PANJANG Jenis-jenis dari perletakan dapat berupa sendi, rol, maupun rubber bearing pad. Umumnya pembangunan jembatan bentang pendek sekarang telah banyak menggunakan perletakan dari rubber bearing pad. Tetapi perletakan untuk jembatan yang memiliki bentang cukup panjang perletakan jenis rubber bearing pad belum tentu cocok. Hal ini di karenakan gaya yang terjadi sangat besar yang memungkinkan perletakan rubber bearing pad tidak mampu menahan gaya yang terjadi. Untuk mengatasi hal itu perletakan sendi rol dengan roda lebih dari satu pada sisi rol mungkin lebih tepat di gunakan. Fungsi utama dari perletakan : - Menerima beban berat sendiri jembatan dan lalu lintas, melalui balok pemikulnya. - Meneruskan beban tersebut ke bangunan bawah, tanpa menimbulkan kerusakan padanya.
3
2.5 KEGAGALAN JEMBATAN Terjadinya kegagalan pada jembatan rangka busur baja disebabkan banyak hal. Salah satu diantaranya karena struktur pondasi yang rapuh. Pondasi merupakan bagian yang paling penting dari bangunan bawah struktur jembatan yang harus meneruskan beban kendaraan serta bagian-bagian diatasnya ke lapisan tanah. Kegagalan bangunan bawah (pilar dan abutmen) terjadi apabila keruntuhan atau amblasnya bangunan bawah tersebut dan atau terjadi keretakan struktural yang berpengaruh terhadap fungsi struktur bangunan atas (http://id.wikipedia.org/wiki/Jembatan)
KEL P = P' = = =
o
49 ( ( 189
Mmax akibat KEL + UDL di C =>
P’ 1/4λ
ML1
BAB V PERENCANAAN GELAGAR JEMBATAN 5.1 Perencanaan Gelagar Memanjang
o
1 . P' . λ + 4 1 = . 189 . 5 + 4 = 286.25 KNm =
Tu
ML2
• BEBAN MATI = d4 . b1 . γaspal = 0,05 . 1,65 = = = d3 . b1 . γbeton = 0,25 . 1,65
. 22 1,75 0,5 . 24
. . . .
1,3 = 2,36 KN/m 1,1 = 1,925 KN/m 1,4 = 0,7 KN/m 1,3 = 12,87 KN/m
qmu
•
MD =
qmu 17.9
λ
5
2
5
ML
= 59.94 + 329.1 Mu = 389.04 KNm Jadi => Penampang Kompak => Mn Mp
2
= 55.938 KNm
L > 30 m
15 ] Kpa L 15 = 9 . [ 0.5 + ] Kpa = 5.25 Kpa 180 = q . b1 . Lf = 5.25 . 1.65 . 1.8 = 16 KN/m . [ 0.5 +
1 . Tu . λ 4 1 = . 263.3 . 5 4 329.1 KNm =
2
• BEBAN HIDUP
qL1
2
=
Momen Total adalah => Mu = MD +
= 17,85 KN/m
Maka momen lentur pada tengah bentang :
= 9
.
λ
= 112,5 x (1 + 0,3) x 1,8
WF 500 x300 x 14 x 23
q
16
1 8 1 8
= 263,25 kN
PEMBEBANAN
UDL,
.
= 100 x DLA x LF
Direncanakan balok memanjang :
1 8 1 = 8
qL1
Mmax akibat beban truk “T” di C =>
1 65 0
Berat Aspal Berat Sendiri Balok Berat Bekisting Berat Beton
KN/m 1 + DLA ) . P . b1 . Lf 1 + 0.3 ) . 49 . 1.65 . 1.80 KN
5.1
Perencanaan Gelagar Melintang
Untuk perencanan awal gelagar melintang dipilih profil : WF 900 x 300 x 18 x 34 5.1.1 a.
Pembebanan
Beban Mati Sebelum komposit
4
berat b. m em anjang
•
b1
Berat aspal … RSNI pasal 5.2 tabel 2 U
q1
= d4 x γaspal x λ x K MS
A
= 0,05 x 2.200 x 5 x 1,3=
B
B
b = 10 mMelintang Gambar 5.6 Pembebanan Gelagar
•
715
kg/m
Berat kerb… RSNI pasal 5.2 tabel 2 U
•
= dkerb x γbeton x λ x K MS
Berat gelagar memanjang…RSNI pasal 5.2 tabel
= 0,25 x 2.400 x 5 x 1,3
2 = g x K
U
MS
•
= [(175 x 5) / 1,65] x 1,1 = •
= 3.900 kg/m QD2= 4615 kg/m
583,33 kg/m
Σ MB = 0 RA x 10
Berat gelagar melintang … RSNI pasal 5.2 tabel
=
( 39 x 1 x 9,5) + ( 7,15 x 8 x 5) + ( 39 x 1 x 0,5 )
2 U
= g x K MS = 286 x 1,1 •
=314,60 kg/m
RA x 10
= 370,5 + 286 + 19,5
RA
= 67,6 kN = 6760 kg
Ditinjau setengah bentang.
Berat pelat beton… RSNI pasal 5.2 tabel 2
MQ2
U
= (RA x 5) – (31,2 x 1 x 4,5) – (7,15 x 4 x 2)
= d3 x γbeton x λ x K MS
= (67,6x 5) – (39 x 1 x 4,5) – (7,15 x 4 x 2)
= 0,25 x 2.400 x 5 x 1,3 = 3.900 kg/m
=
338 − 175,5 − 57,2
= 105,3 kNm = 10530 kgm
•
Berat bekisting … RSNI pasal 5.2 tabel 2
b.
U
= g x λ x K MS
Beban Hidup •
= 50 x 5 x 1,4
=
350
kg/m
Untuk B = 10 m ; L ≥ = 30 m Maka digunakan :
QD1= 5.147,93 kg/m •
Beban terbagi rata (UDL)
q
Q D1 ( U ) = Q D1 = 4367,93 kg/m
= 9 (0,5 +15/180) kPa =525 kg/m 2
qUDL = q x λ x Lf •
M Q1
=
=
1 8
1 8
x Q D1 ( U ) x B
x 5.147,93 x 10
= 525 x 5 x 1,8 =
4.725 kg/m
2
•
Beban garis (KEL) Beban P
2
= 49 kN/m = 4.900 kg/m ; faktor
DLA = 0,3
= 64.349,13 kgm
Maka beban KEL yang bekerja adalah : PKEL = ( 1 + DLA ) x P x Lf
Sesudah komposit
= ( 1 + 0,3 ) x 4.900 x 1,8 = 11.466
Q2
kg/m kerb
aspal
A
0,2 m
1m
1m
B
B
10 Gambar 5.7 Pembebanan Gelagar Melintang
5
•
100% D 5,5 m
• C lebar 2 jalur kendaraan
A
= (1 + 0,3) x 112,5 x 1,8= 263,25 kN =
26.325 kg
1m
50% D
T
Σ MB
= 0
VA x 10 – T (7,25 + 5,5+ 4,5 + 2,75) = 0
B
B (m)
VA
=
526.500 10
= 52.650 kg
= VA x 5 – T ( 2,25 + 0,5 )
Mmax L2 a gp.Mc
= 52.650 x 5 – 26.325 x ( 2,25 +0,5 ) = 190.856,25 kgm
Gambar 5.8 Pembebanan Akibat Beban UDL & KEL
1,75 m T
Beban ”D” = Beban UDL + Beban KEL
T C
A
B
B (m)
= (4.725 + 11.466 ) = 16.191 kg/m -
q1 = 100 % x 16.191 = 16.191 kg/m
-
q2 = 50 % x 16.191 = 8.095,5 kg/m
• Σ MB = 0
gp.Mc
Gambar 5.10 Pembebanan Akibat Beban Truck (kondisi b)
VA x 10 - q1 x 5,5 x 5 – q2 x 1,25 x 8,375 – q 2 x 0,625 x 1,625 = 0 VA x10 = (16.191 x 5,5 x 5) + (8.095,5 x 1,25 x 8,375)
•
Σ MB
= 0
VA x 10 – T (5,875+ 4,125) = 0
+ (8.095,5 x 0,625 x 1,625)
VA
538224,26 VA = = 53.822,43 kg 10
=
Mmax L2 b
26.325 x 10 = 26.325 kg 10 = VA x 5 – T (0,875) = 26.325 x 5 – 26.325 x (0,875)
Mmax L1 = VA x 5 – q 2 x 1,25 x 3,375 – q1 x 2,75 x 1,375
=108.590,63 kgm
= (53.822,43 x 5) – (8.095,5x 1,25 x 3,375) –
Dipakai Momen beban truck kondisi a = 190.856,25
(16.191 x 2,75 x 1,375)
kgm
= 169.942,25 kgm
Dari kondisi di atas, maka dipilih kondisi yang c.
memberikan Mmax terbesar yaitu :
Beban truck “T’
M max L2a
= 190.856,25 kgm
1m 1,75 m T
A
1,75 m T
T
5.1.2
T = 100 x 1,3
C
B
B (m)
gp.Mc
Gambar 5.9 Pembebanan Akibat Beban Truck (kondisi a)
Kontrol Lendutan
Perhitungan Momen Inersia Balok Komposit Beton ditransformasikan ke baja
Es 2,1.10 6 = = 7,55 Ec 2,78.10 5 be 2.500 btr= = = 331 mm n 7,55
n=
Atr= btr . tb = 331 x 250 = 8,2738.10 4 mm2
6
Letak garis netral penampang transformasi
26325 (450 2.550 2 )
=
⋅t tr b + A t + D s b 2 2 yna = A +A tr s 8,2738.10 4 ⋅ 250 900 + 3,64.10 4 250 + 2 2 = 8, 2738.10 4 + 3,64.10 4
3.(2,1.106 ).(854489,35).1000
A
0,30 cm
∆ o ( T1, 2 ) = 0,22 + 0,30 = 0,52 cm Karena ada 2 truk maka :
∆ o ( Ttotal ) = 2 . ∆ o ( T1, 2 ) = 2 . 0,52 = 1,04 cm ∆ o ( Ttotal ) ≤ ∆ ijin ≤ 1,25 ⇒ OK !! 1,04
= 300,68 mm Momen Inersia penampang transformasi Itr = 2 2 b tr ⋅ tb 3 tb D + A Y − + I + A + tb − Y na na tr x s 2 2 12
BAB VI KONSTRUKSI RANGKA JEMBATAN
= 2 331 ⋅ 250 3 250 9 4 900 + 250 − 300 , 7 + 8, 2738 .10 4 300 ,7 − + 4 ,98 . 10 + 3, 64 .10 2 12 2
= 8,17962 x 105 cm4
Syarat lendutan per bentang memanjang →(L = 10 m) a. Lendutan ijin : •
∆ ijin
= =
b.
1 800 1 800
λ
∆ o (udl + kel ) = = 5
6.1 Umum Konstruksi pemikul utama merupakan bagian terakhir dari kostruksi bagian atas jembatan yang menerima seluruh beban yang ada pada lantai kendaraan kemudian diteruskan ke tumpuan. Bentuk konstruksi pemikul utama yang dipilih adalah konstruksi Busur Rangka Batang. Pendekatan pertama bentuk geometrik busur sebagai persamaan parabola. • Perencanaan Tinggi Busur - Tinggi Busur (f)
1
syarat :
5 QL λ 384
83 x ( 1000 )
4
4
+
E Ix + 1
1 P1 L 48 E I x
30
1
≤
180
5
- Tinggi tampang busur (t) syarat :
Lendutan akibat beban truck : P = 112,5 (1 + 30%) . Lf = 263,25 kN = 26.325 kg Karena momen terbesar adalah saat truk pada kondisi (a)
untuk
1 40
h L
=
1 40
t
≤
≤
L
1 25
180 m = 4,5 m, direncanakan 5 m 40 m ≤
5 180
≤
0,025 ≤ 0,028 ≤ 0,04
P (a 2 .b 2 )
1 25 ........ OK
3EI. L
26325 (275 2.b775 2 ) 3.(2,1.106 ).(854489,35).1000
0,22 cm
∆ o ( T2 ) =
≤
0,167 ≤ 0,167 ≤ 0,2 ..........OK
o
=
1
48 2,1 x 106 x 854489,35
di dapat ∆ (udl + kel ) = 0,65 cm
∆ o ( T1 ) =
5
180m = 30m 6
6
= 0,5 cm Dengan Program SAP 2000 v14
•
1
≤
L
f = 3
11466 x (1000)3
f
≤
6
x 1000 = 1,25 cm
384 2,1 x 10 6 x854489,35
c.
2
Lendutan akibat beban hidup ( UDL + KEL ) : •
=
P ( a 2 .b 2 ) 3EI. L
=
6.2 Perencanaan Profil Rangka Utama dan Sekunder Rangka utama terdiri dari susunan profil. Profil – profil tersebut adalah Profil busur, Rangka vertikal dan diagonal, Rangka horisontal, ikatan angin, batang tarik a. Batang Tarik Perencanaan Batang Tarik di gunakan untuk menambah kekakuan Rangka Busur saat tegangan terjadi. Selain itu
7
untuk mencegah agar rangka busur tidak terjadi deformasi yang besar. Batang tarik direncanakan menggunakan profil dobel 2WF 500.500.16.32 b.
L
≤
30 m
;
q = 9,0 kPa
L
>
30 m
;
15 q = 9,0 0,5 + kPa L
Karena bentang jembatan adalah 180 > 30 m, maka yang digunakan adalah rumus yang pertama. Untuk L = 180 m ; maka q
Busur Rangka
Jembatan ini menggunakan tipe busur rangka karena, busur rangka lebih tepat digunakan untuk jembatan bentang panjang yang memikul beban berat. Profil busur rangka menggunakan 2 profil yang disatukan dalam setiap segmennya. Hal ini dikarenakan untuk mencari luasan yang besar dari suatu penampang. Profil yang digunakan adalah WF 500.375.16.32.
15 = 9,0 0,5 + kPa 180
= 525 kg/m 2 Beban yang bekerja : Q L
c.
Batang Vertikal dan Diagonal Jembatan ini menggunakan profil WF 500.250.9.12, hal ini dikarenakan untuk menyesuaikan dengan profil busur rangka.
U = q x b x K TD = 525 x 5 x 1,8 = 4725 kg/m
q1 q2
d.
Batang Horisontal
e.
Batang horisontal pada jembatan ini menggunakan profil WF 250.250.6.9 , hal ini dikarenakan untuk menyesuaikan dengan profil busur rangka. 250 mm Batang Penggantung
f.
Batang penggantung pada jembatan ini menggunakan profil WF 500.200.6.9, hal ini dikarenakan untuk menyesuaikan dengan profil busur rangka. Batang Ikatan angin atas
g.
Digunakan WF 250 x 250 6 x 9 Ikatan Angin bawah Profil yang dipakai : WF 300 x 275 x 9 x 14
100% 50%
Gambar 6.2 Pembebanan Akibat UDL q 1 = 100 % x UDL = 100 % x 4725 kg/m = 4725 kg/m q2 = 50 % x UDL = 50 % x 4725 kg/m = 2362,5 kg/m • Beban garis (KEL) Maka beban KEL yang bekerja dengan faktor kejut DLA adalah : PL = (1 + DLA) x P x Lf = (1 + 0,3) x 4900 x 1,8 = 11.466 kg/m •
6.2.1Pembebanan I. Beban Mati • Berat trotoar Berat pelat trotoar = 0,20 x 2.400 x 5 x 1,3 = 3120 kg/m • Berat pelat lantai kendaraan = 0,25 x 2.400 x 5 x 1,3 = 3.900 kg/m • Berat gelagar melintang : g = 286 kg/m) • Berat gelagar memanjang : g = 175 kg/m = 175 x (5 / 1,65) x 1,1 = 583,33kg/m • Berat aspal = 0,05 x 5 x 2.200 x 1,3 = 715 kg/m II. Beban Hidup • Beban terbagi rata (UDL) Menurut ketentuan (RSNI T-02-2005)
Pejalan Kaki Untuk beban pejalan kaki direncanakan sebesar 5 kpa (RSNI T-02-2005). w = 500 kg/m2 x 5 = 2500 kg/m2 III. Beban Angin Angin yang bekerja pada setiap segmen rangka berbeda beda karena setiap segmen mempunyai luasan dan panjang yang berbeda. Berdasarkan(RSNI T-02-2005 :hal 34) besaran angin yang bekerja pada jembatan adalah TEW = 0,0006 x CW x VW2 x Ab ....... (kN) Dimana : CW = Koefisien seret) = 1,2 (bangunan atas rangka) VW = Kecepatan angin rencana = 30 m/det. (>5 km dari pantai) Ab = Luas ekivalen bagian samping 2 jembatan (m ). Untuk angin yang bekerja pada kendaraan dirumuskan, TEW = 0,0012 x CW x VW2 x Ab ...... (kN)
8
TEW1a TEW1a
TEW1
TEW1 + 0.5Tew2
TEW2
TRUK TEW4
0.5 TEW2 + Tew3 + Tew4
TEW3
IV. Beban Gempa Gempa yang bekerja pada jembatan ini adalah gempa dengan sistem statis ekuivalen. Hal ini dikarenakan L< 200m, dimana L = 180 m (Pd-04-2004-B, hal 14. Berdasarkan (RSNI T-02-2005, psl 7.7.1 ) gempa dirumuskan : TEQ = C . I . S . Wt Keterangan : C = Koefisien dasar gempa I = Faktor kepentingan S = Faktor tipe bangunan Wt = Berat total Rangka Busur. •
Gambar . arah angin bekerja •
3
T = 0,085 H 4 (bangunan baja) Dimana : H =Tinggi dasar bangunan ke level tertinggi (ft) Maka :
Perhitungan beban angin pada rangka jembatan. Karena jembatan ini mempunyai tinggi dan penampang segmen yang berbeda maka hasil perhitungan secara keseluruhan akan ditabelkan. Dalam contoh perhitungan ini digunakan saat kondisi titik simpul tengah bentang ( L = 90m, f = 30m, t = 7m)
T = 0,085 x (121,36 ) 4 = 3,108 Dalam perencanaan ini, lokasi terletak di pulau Kalimantan maka termasuk ke dalam zone gempa daerah . Untuk tanah zona gempa (gambar 14 RSNI T-022005) tanah lunak didapat : C = 0,10 3
•
Angin pada busur atas TEW1a = 0,0006 x 1,2 x 30 2 x 0.75 = 395,45 kg (ditabelkan) • Angin pada busur bawah Karena pada busur bawah menerima beban angin dari penggantung maka besarnya beban angin pada tiap titik simpul adalah TEW1 = 0,0006 x 1,2 x 302 x 0.7 = 243,42kg TEW2 = 0,0006 x 1,2 x 302 x ( 30 x 0.2 ) = 194,40 kg 2 Jadi beban angin yang bekerja pada titik simpul rangka bawah adalah = TEW1 + 0,5TEW2 = 243,42 kg + 194,40 kg = 590,21 kg ( ditabelkan ) • Angin pada lantai kendaraan TEW3 = 0,0006 x1,2 x 302 x (hmelintang +tplat + ttrotoar) x λ = 0,0006 x1,2 x 30 2 x ( 900+ 0.2 + 0.2 ) = 421,2 kg • Angin pada kendaraan TEW4 = 0,0012 x1,2 x 302 x ( hkend.x λ ) = 0,0012 x1,2 x 302 x ( 5x5 ) = 648 kg Jadi angin yang masuk ke tiap titik simpul ikatan angin bawah adalah Ttot = 0,5 TEW2 + TEW3 + TEW4 = 194,4 kg + 421,2 kg + 648 kg = 1.300,60 kg
Mencari nilai ”C”
•
Faktor tipe bangunan ”S” Berdasarkan ( RSNI T-02-2005 tabel 33) Digunakan tipe B yaitu : jembatan dengan daerah sendi beton atau baja. S = 1F F = 1,25 – 0,025 n F≤ 1 Dimana : N = Jumlah sendi yang menahan deformasi arah lateral. F = (1,25 – 0,025 x 2) = 1,2 > 1,0 Maka → S = 1,0
•
Faktor kepentingan ”I” Berdasarkan ( RSNI T-02-2005 tabel 32) Digunakan I = 1,0
•
Perhitungan beban geser gempa Karena jembatan ini adalah jembatan busur dengan keadaan tertinggi berada ditengah bentang busur maka perumusan gempa di modifikasi supaya menghasilkan nilai gempa yang tinggi pada tengah bentang busur ( keadaan tertinggi f = 37m ).
Keterangan : wi = berat yang diterima tiap simpul ( kg )
9
hi C I S Wt
= tinggi simpul yang ditinjau (m ) = Koefisien dasar gempa = Faktor kepentingan = Faktor tipe bangunan = Berat total Rangka Busur ( kg)
Perhitungan beban gempa Karena jembatan ini mempunyai tinggi dan penampang segmen yang berbeda maka hasil perhitungan secara keseluruhan akan ditabelkan. Dalam contoh perhitungan ini digunakan saat kondisi titik simpul tengah bentang ( L = 90m, f = 30m, t = 7m).
Dari hasil cek struktur SAP 2000 diatas, batang batang yang direncanakan untuk jembatan ini tidak ada yang ber warna merah ( rasio >1), maka batang – batang tersebut dapat dipakai.
Gempa yang masuk ke rangka adalah,
•
Kontrol Lendutan Lendutan yang di ijinkan untuk jembatan bentang L = 180 m adalah =
Perhitungan berat rangka busur untuk 1 ruang: • Brt. Busur atas : 5,00 m x 490,26 kg/m x 2= 4.903,88 kg • Brt. Busur bawah : 5,01 m x 490,26 kg/m x 2= 4.911,00 kg • Brt. batang vert. Dan diagonal 15,6 8m x 96,49 kg/m x 2= 3.025,51 kg • Brt. batang horisontal 10 m x 46,64 kg/m x 2= 932,80 kg • Brt. ikatan angin 28,29 x 46,64 x 2 = 2.638,70 kg • Brt. Pengaku ruang 12,201 x 51,07 kg/m x 2= 1.246,80 kg Total = 17.658,67 kg Dari hitungan diatas, maka beban gempa yang masuk untuk setiap simpul adalah 17.658,67 kg = 8.829,34 kg 2 Karena setiap simpul memiliki tinggi yang berbeda maka beban diatas masih harus dikalikan dengan tinggi masing – masing ruang. Untuk simpul paling atas maka beban yang masuk ke simpul tersebut adalah :
Teq 100 = 8829,54.37 0.1.1.1.297280,82 = 2426,99kg . 4001553
Teq 30% = 2426,99 X 30% = 753,50 kg Untuk beban yang masuk ke simpul yang lain hasilnya ditabelkan. Dari beban tersebut di running pada SAP 2000, dan didapat hasil cek struktur sebagai berikut :
=
L 800
180m = 0,23 m 800
Lendutan yang terjadi diambil dari SAP 2000, dan didapatlendutan sebesar = 0,11 m. Syarat : Lendutan ijin > lendutan yang terjadi 0,23 m > 0,11 m ( OK )
BAB VII PERHITUNGAN SAMBUNGAN
7.1
Sambungan Ikatan Angin Atas dengan Rangka Busur 1
2
Gambar 7.1 Sambungan Ikatan Angin Atas
a. Titik simpul 1 • Sambungan batang vertikal ke pelat simpul. Gaya batang maksimum yang bekerja SV = 19.361,5 kg Pakai baut d = 12 mm → BJ 55 Pakai pelat simpul dengan tebal t = 20 mm → BJ 37 Kekuatan ijin 1 baut : - Kekuatan geser Vd = φf x r1 x f ub x Ab
10
=
0,75 x 0,5 x 5.500 x
(1 4 x π x 1,2 ) 2
-
= 2.332,6 kg ( menetukan ) Kekuatan tumpu Rd = 2,4 x φf x db x tp x fu = 2,4 x 0,75 x 1,2 x 2,0 x 3.700 = 15984 kg ( menetukan )
Jumlah baut yang dibutuhkan tiap flens: 19.361,5 Sv - n = = φ Rn 2x12.332,6 = 5,076 baut ≈ 6 baut Syarat jarak baut (Pasal 13.4 AISC, LRFD): 3db ≤ S ≤ 15tp 1,5db ≤ S1 ≤ (4tp + 100) atau 200 mm S2 ≤ 12tp atau 150 mm 1,25db ≤ Jadi : 3,6 cm ≤ S ≤ 15 cm ≤ 14 cm 1,8 cm ≤ S1 1,5 cm ≤ S2 ≤ 12 cm
• Sambungan batang diagonal ke plat simpul Gaya batang maksimum → SD = 54.245,3 kg Kekuatan ijin 1 baut : - Kekuatan geser Vd = φf x r1 x f ub x Ab = 0,75 x 0,5 x 4.100 x 1 x π x 1,2 2 4 = 1.738,872 kg - Kekuatan tumpu Rd = 2,4 x φf x db x tp x fu = 2,4 x 0,75 x 1,2 x 1,0 x 3.700 = 7.992 kg Jumlah baut yang dibutuhkan tiap flens : S 54.245,3 D = - n = φ Rn 2x4.146,9 = 6,5 baut ≈ 8 baut Syarat jarak baut (Pasal 13.4 AISC, LRFD): 3db ≤ S ≤ 15tp 1,5db ≤ S1 ≤ (4tp + 100) atau 200 mm S2 ≤ 12tp atau 150 mm 1,25db ≤ Jadi : 4,8 cm ≤ S ≤ 24 cm 2,4 cm ≤ S1 ≤ 20 cm 2,0 cm ≤ S2 ≤ 15 cm
(
)
• Sambungan plat simpul ke busur Gaya yang terjadi pada plat simpul : H = 1.015.734 kg
Dipakai sambungan las sudut dengan design sebagai berikut : A = 2 x 80 = 160 cm
1.015.734
= 1.911,256 kg/cm2 160 Kekuatan untuk tebal las (a) = 2 cm φ fn = φ . 0,6 . F110xx = 0,75 x 0,6 x 110 x 70,3 x 2 = 6959,7 kg Syarat : fu < φ fn ........ OK
fu =
teperlu =
fu φ fn
xa =
6348,33 x 2 = 1,82 6959,7
cm aperlu
=
1,82 = 2,58 cm 0,707
fu t2 Fexx 3.700 x 3,2 = 1,41 x 110 x 70,3
aeff mks = 1,41
= 2,16
cm tebal plat = 10 mm Untuk : 7 < t ≤ 10 didapat : amin = 6 mm aeff maks = 21,6 mm Jadi dipakai a = 21,6 mm
b. Titik simpul 2
1
2
Gambar 7.4 Titik Simpul 2 V = 48581,25 kg SD1 = 54.245,27 kg SD2 = 54.245,27 kg • Sambungan batang diagonal ke pelat simpul. Gaya batang maksimum yang bekerja = 54.245,27 kg SD1 Pakai baut d = 16 mm → BJ 55 Pakai pelat simpul dengan tebal t = 20 mm → BJ 37 Kekuatan ijin 1 baut : - Kekuatan geser
11
= φf x r1 x f ub x Ab = 0,75 x 0,5 x 5500 1 x π x 1,6 2 4 = 4146,9 kg (menentukan) Kekuatan tumpu Rd = 2,4 x φf x db x tp x fu = 2,4 x 0,75 x 1,2 x 1,0 x 3.700 = 21312 kg
-
Vd
(
-
)
x
Jumlah baut yang dibutuhkan : 54245,3 Sv - n = = φ Rn 2x4146,9 = 6,5 baut ≈ 8 baut Syarat jarak baut (Pasal 13.4 AISC, LRFD): 3db ≤ S ≤ 15tp ≤ S1 ≤ (4tp + 100) atau 200 1,5db mm 1,25db ≤ S2 ≤ 12tp atau 150 mm Jadi : 4,8 cm ≤ S ≤ 24 cm 2,4 cm ≤ S1 ≤ 20 cm ≤ 15 cm 2 cm ≤ S2
• Sambungan plat simpul ke batang vertikal. Gaya batang maksimum → V = 9.904,78 kg Kekuatan ijin 1 baut : - Kekuatan geser Vd = φf x r1 x f ub x Ab x 2 = 0,75 x 0,5 x 4.100 x 1 x π x 1,2 2 4 = 1.738,872 kg - Kekuatan tumpu Rd = 2,4 x φf x db x tp x fu = 2,4 x 0,75 x 1,2 x 1,0 x 3.700 = 7.992 kg Jumlah baut yang dibutuhkan : S 9.904,78 D - n = = φ Rn 1.738,872 = 5,696 baut ≈ 6 baut • Sambungan batang diagonal ke pelat simpul Gaya maksimum yang terjadi pada batang diagonal : S = 100658 kg Pakai baut d = 20 mm → BJ 55 Tebal pelat t = 10 mm → BJ 37 Kekuatan ijin 1 baut (single shear) :
(
)
-
Kekuatan geser : Vd = φf x r1 x f ub x Ab = 0,75 x 0,5 x 4.100 x 0,25 x π x 22 = 6479,5kg Kekuatan tumpu : Rd = 2,4 x φf x d b x tp x fu = 2,4 x 0,75 x 2,0 x 1,0 x 3.700 = 13.320 kg
Jumlah baut yang dibutuhkan : S 100658 D - n = = φ Rn 2x6479,5 = 7,7 baut ≈ 8 baut Syarat jarak baut (Pasal 13.4 AISC, LRFD): 3db ≤ S ≤ 15tp ≤ S1 ≤ (4tp + 100) atau 200 1,5db mm 1,25db ≤ S2 ≤ 12tp atau 150 mm Jadi : 6,0 cm ≤ S ≤ 150 cm 3,0 cm ≤ ≤ 14 cm S1 2,5 cm ≤ S2 ≤ 12 cm
• Kontrol kekuatan / Block Shear : Agt = 4 x ( 3,5 x 1,1 ) = 15,4 cm2 Ant = 4 x (3,5 – 0,5 x 2,2 ) x 1,1 = 10,56 cm2 Agv = 4 x ( 16 x 1,1 ) = 70,4 cm2 Anv = 4 x ( 16 – 2,5 x 2,2 ) x 1,1 = 46,2 cm2 fu x Ant = 5.500 x 10,56 = 58.080 kg 0,6 x fu x Anv = 0,6 x 5.500 x 46,2 = 152.460 kg Karena putus geser > putus tarik Φ Pn = φ [( 0,6 x fu x Anv ) + ( fy x Agt ) ] = 0,75 [(152.460) + ( 4.100 x 15,4)] = 161.700 kg > 54.245,3 kg........ OK 7.2
Sambungan Ikatan angin dengan gel. Melintang
bawah
• Sambungan pelat simpul ke gelagar melintang Gelagar melintang → WF 900 x 300 x 16 x 28 Gaya maksimum yang terjadi pada batang diagonal : P = sin α x 28.431,81 = 25.105,288 kg (tekan) Pakai baut d = 20 mm → BJ 41 Tebal pelat
12
t = 10 mm → BJ 37 Kekuatan ijin 1 baut (single shear) : - Kekuatan geser : Vd = φf x r1 x f ub x Ab = 0,75 x 0,5 x 5.500 x 0,25 x π x 22 = 6479,5 kg - Kekuatan tumpu : Rd = 2,4 x φf x db x tp x fu = 2,4 x 0,75 x 2,0 x 1,0 x 3.700 = 13.320 kg Jumlah baut yang dibutuhkan : S 83171,1 D - n = = φ Rn 2 x 6479,5 = 6,42 baut ≈ 8 baut Syarat jarak baut (Pasal 13.4 AISC, LRFD): ≤ S ≤ 15tp 3db 1,5db ≤ S1 ≤ (4tp + 100) atau 200 mm 1,25db ≤ S2 ≤ 12tp atau 150 mm Jadi : 6,0 cm ≤ S ≤ 15 cm ≤ 14 cm 3,0 cm ≤ S1 2,5 cm ≤ S2 ≤ 12 cm • Kontrol kekuatan (Block Shear) Agt = 4 x 1,1 x 4 = 22,4cm2 Ant = ( 4 – 0,5 x 2,3 ) x 1,4 x 4 = 15,96 cm2 Agv = 16 x 1,4 x 4 = 89,6 cm2 Anv = ( 16 – 2,5 x 2,3 ) x 1,4 x 4 = 57,4 cm2 fu x Ant = 5.500 x 15,96 = 87.780 kg 0,6 x fu x Anv = 0,6 x 5.500 x 57,4 = 189420 kg Karena putus geser > putus tarik ΦPn = φ [ ( 0,6 x fu x Anv ) + ( fy x Agt ) ] = 0,75 [189420+ ( 4100 x 22.4) ] = 210.945 kg > 100658,03 kg ........ OK
7.3
Sambungan Gelagar Melintang dengan Memanjang Pada perhitungan sambungan ini hanya diambil beberapa titik simpul, untuk simpul yang lain disamakan. Alat sambung yang digunakan adalah baut tipe geser tumpu • Kekuatan geser baut (LRFD 13.2.2.1 ) Vd = φf x Vn Dimana → Vn = r1 x f ub x Ab Keterangan :
r1 = Untuk baut tanpa ulir pada bidang geser ( = 0,5 ) r1 = Untuk baut dengan ulir pada bidang geser ( = 0,4 ) φf = Faktor reduksi kekuatan untuk fraktur ( = 0,75 ) f ub = Tegangan tarik putus baut. Ab = Luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir. • Kekuatan tumpu (LRFD 13.2.2.4 ) Rd = φf x Rn Dimana → Rn = 2,4 x db x tp x fu Keterangan : φf = Faktor reduksi kekuatan untuk fraktur ( = 0,75 ) db = Diameter baut nominal pada daerah tak berulir. tp = Tebal pelat. fu = Tegangan tarik putus yang terendah dari baut atau pelat. Data – data perencanaan : • Profil gelagar melintang WF 900 x 300 x 16 x 28 • Profil gelagar memanjang WF 600 x 300 x 14 x 23 • Pelat penyambung → t = 15 mm ; BJ 37 → d = 16 mm ; BJ • Baut 41 Φ lubang = 16 + 1,5 = 17,5 mm (dibor) • Sambungan pada gelagar memanjang (2 bidang geser) Kekuatan ijin 1 baut : - Kekuatan geser baut Vd = φf x Vn = 0,75 x 0,5 x 4.100 x 1 x (0,25 x π x 21,62) = 3.089,8 kg - Kekuatan tumpu baut Rd = φf x Rn = 0,75 x 2,4 x 21,6 x 1,5 x 3.700 = 15.984 kg - Gaya yang bekerja adalah gaya geser maksimum antara gelagar memanjang dengan melintang. (Lihat perencanaan gelagar memanjang) 1 x [(Qd x λ) + (QL x λ) + P1] Pu = 2 1 = x [(1.790x5)+(1.600 2 x5)+18.900] = 17.925kg
13
Vd yang menentukan adalah : 3.089,8 kg (diambil yang terkecil) Jumlah baut yang diperlukan. Pu 17.925 = - n = 3.089,8 2xVd = 2,9 baut ≈ 5 baut ( 1 sisi sayap ) Syarat jarak baut berdasarkan segi pelaksanaan (Pasal 13.4 AISC, LRFD): (d = 1,60 cm) 3d ≤ S ≤ 15tp ≤ (4tp + 100) atau 200 1,5d ≤ S1 mm 1,25db ≤ S2 ≤ 12tp atau 150 mm Jadi : 4,8 cm ≤ S ≤ 22,5 cm 2,4 cm ≤ S1 ≤ 16 cm 2,0 cm ≤ S2 ≤ 18 cm • Sambungan pada gelagar melintang Kekuatan ijin 1 baut : - Kekuatan geser baut Vd = φf x Vn = 0,75 x 0,5 x 4.100 x 1 x (0,25 x π x 21,62) = 3.089,8 kg Kekuatan tumpu baut Rd = φf x Rn = 0,75 x 2,4 x 21,6 x 1,5 x 3.700 = 15.984 kg Gaya yang bekerja adalah gaya geser maksimum antara gelagar memanjang dengan melintang. (Lihat perencanaan gelagar memanjang) 1 Pu = x [(Qd x λ) + Tr] 2 1 = x [(1.790x5)+(1.600 2 x5)+18.900] = 17.925kg Vd yang menentukan adalah : 3.089,8 kg (diambi yang terkecil) Jumlah baut yang diperlukan. Pu 17.925 - n = = 2xVd 3.089,8 = 6 baut (1 sisi sayap ) masing – masing sisi 5 buah baut • Kontrol pelat siku Direncanakan plat siku 60 x 60 x 6 - Luas geser pelat siku Anv = Lmv x tL = (L – n – d1) x tL = (20 – 5 – 1,6) x 0,6
-
= 16,2 cm2 Kuat rencana φ Rn = φ x 0,6 x fu x Anv = 0,75 x 0,6 x 3.700 x 16,2 = 11.988 kg Karena 2 siku maka : 2 φ Rn > Pu 2 x 11.988 kg > 17.925 kg 34.249,05 kg > 25.574,575 kg .....OK WF 400 x 300 x 10 x 16 (memanjang)
WF 600 x 300 x 14 x 23 (meman
Baut pada balok melintang
Baut pada balok memanjang
Profil siku 90 x 90 x 11 WF 900 x 300 x 16 x 28 (melintang)
Gambar 8.1 Sambungan Gelagar Melintang – Memanjang Profil siku 60 x 60 x 6 7.4 Sambungan di simpul 0 Simpul 0 adalah pertemuan antara batang – batang: • Penggantung WF 500.200.6.9 = 100.362,21 kg • Batang tarik kanan 2 WF 500.500.19.32 = 1.850.904,94 kg • Batang tarik kiri = 2 WF 500.500.19.32 1.502.029,42 kg • Gel. Melintang WF 900.300.16.28 = 59.504,92 kg Alat sambung yang digunakan adalah : • Baut → d = 36 mm ; BJ 55 • Pelat → t = 20 mm ; BJ 37 • Kekuatan ijin 1 baut pada simpul 0 : - Kekuatan geser baut Vd = φf x Vn = 0,75 x 0,5 x 5.500 x 1 x 1 x π x 3,6 2 4 = 20.983,1 kg - Kekuatan tumpu baut Rd = φf x Rn = 0,75 x 2,4 x 3,6 x 2 x 3.700 = 47.925 kg Jadi yang menentukan adalah kekuatan geser : Vd = 20.983,1 kg
(
)
14
•
Perhitungan jumlah baut tiap batang pada simpul 0 - Penggantung ( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 100362,21 = n = 20.983,1 2.Vd = 2,4 ≈ 4 baut ( tiap flens ) -
B. Tarik kanan ( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 1.850.904,94 = n = 20.983,1 2.Vd = 44 ≈ 45 baut ( tiap flens ) - B. Tarik kiri ( jumlah baut yang dibutuhkan) 1.502029,42 Pu = n = 20.983,1 2.Vd = 35,7 ≈ 38 baut ( tiap flens ) - G. Melintang ( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 59.504,92 n = = 20.983,1 2.Vd = 1,42 ≈ 4 baut ( tiap flens ) • Syarat jarak baut berdasarkan (Pasal 13.4 AISC, LRFD): ≤ S ≤ 15tp 3d 1,5d ≤ S1 ≤ (4tp+100) 1,25db ≤ S2 ≤ 12tp Jadi : 10,8 cm ≤ S ≤ 30 cm 5,4 cm ≤ S1 ≤ 18 cm 4,5 cm ≤ S2 ≤ 24 cm
Mu
= 1.099.890 x 15,4 = 16938309,54 kgcm
Ø nt.Nnt = 0,9 x fy x t x h = 0,9 x 4100 x 2 x 160 = 1.771.200 kg (dipakai) X = 0,75 x fu x An = 0,75 x 5500 x 442,5 = 1825312,5 kg Ø b.Mn = 0,9 x Z x fy Z
=
1 xth − Alub ang x s 4
= 0,25 x 3 x 1602 – 37,5 x 15 = 18637,5 Ø b.Mn = 0,9 x Z x fy = 0,9 x 18637,5 x 4100 = 68772375 kg Ø v.Vn = 0,75 x 0,6 x 442,5 x 5500 = 1.095.188 kg Cek kekuatan Plat: 2
2
Nut Mn Vu ΦNnt + ΦbMn + ΦvVn < 1 2
2
Nut Mn Vu ΦNnt + Φ bMn + ΦvVn < 1 2
2
1099890,2 16938309,5 100362 1771200 + ΦbMn68772375 + 1095188 < 1
0,087 < 1 OK
Kontrol Kekuatan Plat Simpul
7.5
Sambungan di simpul 0 A
A
Penggantung WF 500.200.6.9
6 Ø 36
0 B
15 Ø 36
Btg. Tarik WF 500.500.19.32
15 Ø 36
POT. A - A
A
0 A Diambil Potongan A – A Nut
= H1 -
H2 2
= 1.850.905 – 0,5 x 1.502.029,42 = 1.099.890,23 kg Vu
= 100.362 kg
Simpul 0 A adalah pertemuan antara batang – batang: • Batang Vertikal WF 500.250.9.16 = 43.550,1 kg • Batang Busur kanan
15
=
=
)
≤ 15tp ≤ (4tp+100) ≤ 12tp ≤ 30 cm ≤ 18 cm ≤ 24 cm
90
Btg. vertikal WF 500.250.9.16
3 Ø 36
90 150
150
150
63
100
100
150
150
150
1 50
100
94
150
94
100
94
5 Ø 36
5 Ø 36
94
94
94
94
94
94
Btg. BUSUR WF 500.375.16.32
5 Ø 36
94
94
5 Ø 36
94
94
200
94
Perhitungan jumlah baut tiap batang pada simpul 0 A - Penggantung ( jumlah baut yang dibutuhkan) 100362,21 Pu n = = 2 x 20.983,1 2.Vd = 2,4 ≈ 3 baut ( tiap flens ) - B. Vertikal( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 43.550,1 n = = 2 x 20.983,1 2.Vd = 1,1 ≈ 3 baut ( tiap flens ) - B. Busur kanan ( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 732251,87 = n = 2 x 20.983,1 2.Vd = 17,77 ≈ 20 baut ( tiap flens ) - B. Busur Kiri ( jumlah baut yang dibutuhkan)
berdasarkan (Pasal 13.4
A
94
•
• Syarat jarak baut AISC, LRFD): 3d ≤ S 1,5d ≤ S1 S2 1,25db ≤ Jadi : 10,8 cm ≤ S 5,4 cm ≤ S1 4,5 cm ≤ S2
50
94
Alat sambung yang digunakan adalah : • Baut → d = 36 mm ; BJ 55 • Pelat → t = 20 mm ; BJ 37 • Kekuatan ijin 1 baut pada simpul 0 : - Kekuatan geser baut Vd = φf x Vn = 0,75 x 0,5 x 5.500 x 1 x 1 x π x 3,6 2 4 = 20.983,1 kg ( menentukan ) - Kekuatan tumpu baut Rd = φf x Rn = 0,75 x 2,4 x 3,6 x 2 x 3.700 = 47.925 kg Jadi yang menentukan adalah kekuatan geser : Vd = 20.983,1 kg
(
-
=
50 100
•
=
Pu 745.802,41 = 2 x 20.983,1 2.Vd = 17,77 ≈ 20 baut ( tiap flens ) B. Horisontal ( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 3451,79 = n = 2 x 20.983,1 2.Vd = 0,11 ≈ 3 buah ( tiap flens )
n
90
•
= 73251,87
P enggantung WF 500.200.6.9
3 Ø 36
90
•
2 WF 500.375.16.32 kg Batang Busur kiri 2 WF 500. 375.16.32 745.802,41 kg Batang Penggantung WF 500.200.6.9 59.504,92 kg Batang Horisontal WF 250.250.6.9 100.362,2 kg
A POT. A - A SAMBUNGAN SIMPUL 0 A
7.6
Sambungan di simpul 0 B
0 B
0 A Simpul 0B adalah pertemuan antara batang – batang: • Batang Vertikal WF 500.250.9.16 = 43.550,1 kg • Batang Busur kanan 2 WF 500.375.16.32 = 1.032.382,58 kg • Batang Busur kiri 2 WF 500. 375.16.32 = 1.028.813,14 kg • Batang Diagonal kanan
16
=
= 80.941,7 -
= 3.451,79
• Syarat jarak baut AISC, LRFD): 3d ≤ S 1,5d ≤ S1 S2 1,25db ≤ Jadi : 10,8 cm ≤ S 5,4 cm ≤ S1 S2 4,5 cm ≤
berdasarkan (Pasal 13.4 ≤ 15tp ≤ (4tp+100) ≤ 12tp ≤ ≤ ≤
30 cm 18 cm 24 cm
A
150
150
150
150
150
150
566
100
100
150
150
150
150
150
150
100
7 Ø 36
94
100
94
94
94
94
94
94
750 94
7 Ø 36
94
94
94
94
94
7 Ø 36 Btg . BUSUR WF 500.375.16.32
7 Ø 36
94
94
91
250
200
250 90
50
50
90
Btg. Diagonal WF 50 0.250.9.16 3 Ø 36
100
)
B. Horisontal ( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 3451,79 = n = 2 x 20.983,1 2.Vd = 0,11 ≈ 3 buah ( tiap flens )
94
Alat sambung yang digunakan adalah : • Baut → d = 36 mm ; BJ 55 • Pelat → t = 20 mm ; BJ 37 • Kekuatan ijin 1 baut pada simpul 0 : - Kekuatan geser baut Vd = φf x Vn = 0,75 x 0,5 x 5.500 x 1 x 1 x π x 3,6 2 4 = 20.983,1 kg ( menentukan ) - Kekuatan tumpu baut Rd = φ f x Rn = 0,75 x 2,4 x 3,6 x 2 x 3.700 = 47.925 kg Jadi yang menentukan adalah kekuatan geser : Vd = 20.983,1 kg
(
Pu 80941,67 = 2 x 20.983,1 2.Vd = 1,93 ≈ 3 baut ( tiap flens )
n
90
•
=
90
•
WF 500.200.6.9 54.233,19 kg Batang Diagonal kiri WF 250.250.6.9 kg Batang Horisontal WF 250.250.6.9 kg
A
•
Perhitungan jumlah baut tiap batang pada simpul 0 A - B. Vertikal ( jumlah baut yang dibutuhkan) 43.550,1 Pu n = = 2 x 20.983,1 2.Vd = 1,1 ≈ 6 baut ( tiap flens ) - B. Busur Kanan ( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 1.032.382,58 n = = 2 x 20.983,1 2.Vd = 24,60 ≈ 28 baut ( tiap flens ) - B. Busur kiri ( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 1028813,1 n = = 2 x 20.983,1 2.Vd = 24,51 ≈ 28baut ( tiap flens ) - B. Diagonal kanan ( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 54233,19 n = = 2 x 20.983,1 2.Vd = 1,29 ≈ 3 baut ( tiap flens ) - B. Diagonal kiri ( jumlah baut yang dibutuhkan)
POT. A - A
7.7
Sambungan di simpul 2
Simpul 2 adalah pertemuan antara batang – batang: • Batang Busur atas WF 500.250.9.16 = 47.118,84 kg • Batang Busur Bawah 2WF 500.375.16.32=1.094.165,28 kg • Batang Tarik 2WF500.375.16.32=1.148.164,64 kg Alat sambung yang digunakan adalah : • Baut → d = 36 mm ; BJ 55 • Pelat → t = 20 mm ; BJ 37 • Kekuatan ijin 1 baut pada simpul 2 : - Kekuatan geser baut Vd = φf x Vn = 0,75 x 0,5 x 5.500 x 1 x 1 x π x 3,6 2 4 = 20.983,1 kg ( menentukan ) - Kekuatan tumpu baut Rd = φf x Rn = 0,75 x 2,4 x 3,6 x 2 x 3.700 = 47.925 kg
(
)
17
Jadi yang menentukan adalah kekuatan geser : Vd = 20.983,1 kg •
Perhitungan jumlah baut tiap batang pada simpul 0 A - B. Busur Atas ( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 1207051,15 n = = 2 x 20.983,1 2.Vd = 28,7 ≈ 30 baut ( tiap flens ) -
B. Busur Bawah ( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 794057,63 n = = 2 x 20.983,1 2.Vd = 18,7 ≈ 20baut ( tiap flens )
-
B. Tarik ( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 2.331.482,41 = n = 2 x 20.983,1 2.Vd = 55,56 ≈ 56 baut ( tiap flens )
-
G. Melintang ( jumlah baut yang dibutuhkan) Pu 59.504,92 n = = 20.983,1 2.Vd = 1,42 ≈ 4 baut ( tiap flens ) • Syarat jarak baut berdasarkan (Pasal 13.4 AISC, LRFD): ≤ S ≤ 15tp 3d 1,5d ≤ S1 ≤ (4tp+100) 1,25db ≤ S2 ≤ 12tp Jadi : 10,8 cm ≤ S ≤ 30 cm 5,4 cm ≤ S1 ≤ 18 cm ≤ 24 cm 4,5 cm ≤ S2
BAB VIII PERENCANAAN STRUKTUR BANGUNAN BAWAH 8.1 Umum Struktur bawah jembatan, direncanakan menggunakan pilar dan pondasi tiang pancang. Pilar (pier) merupakan bangunan yang menyalurkan gayagaya vertikal dan horisontal dari bangunan atas ke pondasi. 8.2 Pembebanan 8.2.1 Pembebanan pada Struktur Busur (Bentang Tengah) Struktur bangunan atas jembatan menggunakan bahan baja dengan bentang 180 m dengan spesifikasi pembebanan sebagai berikut : a. Beban mati b. Beban hidup c. Beban angin d. Beban gesekan e. Beban Gempa
8.2.2
Pembebanan pada Jembatan Tepi
a. Beban hidup b. Beban hidup c. Beban angin d. Beban gesekan e. Beban Gempa 9.2.3 Pembebanan Struktur Bawah
1
4 3
2
5
A
86
100
101
150
174
150
8 Ø 36
150 174
150
6
150
8 Ø 36
150 150 100
PELAT BAJA t = 20 mm Busur 2 WF 500.375.16.32
8 Ø 36
471
8 Ø 36
Gambar 8.3 Bentuk Pilar
456
80
PELAT BAJA t = 20 mm
80 80 90
500
90
8 Ø 36
80
Btg. Tarik WF 500.500.19.32
80
80
90
8 Ø 36
90
8 Ø 36
80
500
8 Ø 36
Melintang WF 900.300.16.28
100
300
200
150
150
150
930
150
150
150
200
2630
SAMBUNGAN SIMPUL 2
POT. A - A A
a. Beban Mati Perhitungan berat pilar ditabelkan dibawah ini : b. Beban Tumbukan (Hanyutan) Beban tumbukan dianggap batang kayu dengan massa, M = 2 ton menumbuk dengan kecepatan aliran sungai. c. Gaya Seret
18
Menurut BMS, PPTJ pasal 2.4.4 hal 2-39 untuk pilar type dinding, gaya seret yang terjadi adalah: TEF = 0,5 CL x Vs2 x AL Di mana, TEF = Gaya seret nominal ultimate CL = Koefisien seret, gambar 2.12 Vs2 = Kecepatan aliran rata-rata yang dikaitkan dengan periode ulang (Tabel 2.7) AL = Luas proyeksi pilar tegak lurus arah aliran (m2) dengan tinggi sama dengan kedalaman aliran. d. Gaya Gempa Bangunan Bawah E = 4700 x f ' c
Gambar.Gaya gempa memanjang V
= C.S.I.Wt = 0,1 x 1 x 1 3458086 kg = 3458,086 ton
F1
=
F1
=
Wi.hi
∑ Wi.hi
.V
601069,536
49730150,3
.242066
= 2925,76 kg F2
=
750304,28
49730150,3
x 242066
= 3652,174 kg F3
=
48378776,5
49730150,3
x 242066
= 235488,11 kg
Data Pembebanan ditabelkan dibawah ini : 1. Mati + Hidup 2. Mati + Hidup + Rem + Gempa 3. Mati + Hidup+ Aliran + Hanyutan + Angin 4. Mati + Hidup+ Aliran + Hanyutan + Gempa
c V
F1
= C.S.I.Wt
=
Wi.hi
Didapat kombinasi pembebanan terbesar yaitu kombinasi IV V = 2215,13 ton Hy = 369,00 ton Hx = 369,00 ton My = 7021,94 tm Mx = 4961,87 tm
.V
∑ Wi.hi
= 143,9 ton Gempa untuk pilar di rencanakan dengan menggunakan metode statik ekuivalen. W total = W Pilar + W 180 m + W 30m
F1
1
F2
4 2
3
5
F3 6
Gambar 8.5 Gaya gempa melintang
8.3 Perhitungan Daya Dukung Tiang Kelompok Untuk menghitung daya dukung tiang kelompok direncanakan konfigurasi dan koefisien efisiensinya. Perumusan untuk mencari daya dukung tiang kelompok adalah sebagai berikut : QL (group) = QL (1 tiang) x n x η • Direncanakan pondasi tiang pancang Ø60 cm dengan konfigurasi 5 x 7. Jarak antar tiang (S) minimum = 1,8 m. Daya dukung tanah untuk 1 tiang yang digunakan adalah daya dukung tanah BH-2 S ≥ 2,5 D – 5D ≥ 3 x 0,6 = 2 m
19
Kedalaman tiang : 20 m Np = 54 pukulan Nw = 215 20 = 11,94 Ap = 0,25 x 3,14 x D2 = 0,25 x 3,14 x 0,62 = 0,283 m2 As = 3,14 x D x 20 = 37,68 m2 Qu =
Perhitungan beban vertikal ekivalen (Pv) yang bekerja pada 1 tiang pancang dalam kelompok tiang akibat beban vertikal (V), horisontal (H) dan momen (M) pada kepala tiang (poer) adalah sebagai berikut : V Mx . Ymax My . Xmax Pv = + + n Σ Y2 Σ X2
8.4 8.4.1
37,68 × 11,94 40 × 54 × 0,283 + 5
Kontrol Kekuatan Tiang Kontrol terhadap Gaya Aksial Vertikal dan Horizontal a. Terhadap beban vertikal Untuk tanah kohesif
= 620 , 34 tm
Qijin =
N × As 1 × 40 × N × Ab + SF 5
Qd ijin = Qu
SF = 620,34 tm
•
2 = 310,17 tm
Koefisien efisiensi menggunakan perumusan dari Converse-Labarre : η = 1 – arctan d s ( n − 1) m + ( m − 1) n 90 xmxn 90 = 1 – arctan 0,5 2,5 (7 − 1)5 + (5 − 1)7 5 x7 90 = 0,8
My
Gambar 8.6 Konfigurasi Tiang Group
8.3.1
Daya dukung satu tiang dalam kelompok Qeff = 301,36 x 0,716 = 217,36 ton Qeff > Pmax
•
Daya dukung untuk tiang tarik Qu = (2LH + 2 BH) Cu + W
8.4.2
Kontrol terhadap gaya lateral Daya dukung mendatar dihitung dengan perumusan : k.D Ha = .δ a β
8.4.3
Tiang Pancang Miring Tiang pancang miring berfungsi untuk menahan gaya horisontal pada pilar jembatan. Pada pilar ini terdapat 14 tiang miring. H = 369 ton = 369/14 = 26,36 ton P max = 244,09 ton Miringan tiang = 1 : 7 Sudut tiang adalah : α = arc tan ( 1/7) =8,13 Kemampuang tiang miring : = Pmax ( cos α ) = 244,09 x cos 8,13 = 244,09 x 0,98 = 241,5ton > 26,36 ton ( OK )
Perhitungan beban vertikal ekivalen (Pv)
20
Kemampuang tiang tegak : = Pmax ( sin α ) = 244,09 x sin 8,13 = 244,09 x 0,14 = 34,15 > 26,36 ton ( OK ) 8.5 Perencanaan Tulangan Pilar Data yang diperlukan : Mn = diperoleh dari pembebanan kombinasi 3 diambil momen terbesar, yaitu = 49.618.700.000 Nmm. Untuk beton digunakan : f’c = 30 MPa fy = 400 MPa 8.5.1
Penulangan Kepala Pilar Pada perhitungan ini yang dihitung adalah penulangan poer pilar, karena momen pada poer lebih besar dari momen kepala pilar. Direncanakan: tulangan lentur = D 32 mm tulangan susut = D 22 mm
5 D 29 (As = 3301 mm2 )
a. Penulangan geser tumpuan balok Luas penampang tulangan geser minimum adalah : Av
= 0,35 (bv x s )/fy = (2719,98 x1000 x 100)/400 x 917 = 749,16 mm2
Dipasang tulangan sengkang Ф16 – 100 mm (As = 753,6 mm2. b. Penulangan geser lapangan balok Luas penampang tulangan geser minimum adalah : Av
= 0,35 (bv x s )/fy = (2719,98 x1000 x 100)/400 x 917 = 694,67mm2
8.5.2 a.
Penulangan Kolom Pilar Penulangan Lentur Data – data perencanaan kolom pilar adalah
Dipasang tulangan sengkang Ф16 – 1500 mm (As = 753,6 mm2.
: Diameter pilar = 1500 mm Tinggi pilar = 15000 mm Tebal selimut = 75 mm Fc’ = 30 Mpa Fy = 400 Mpa M max = 24.220.000.000 Nmm P = 2.215,35 ton Dari Pcacool didapat diagram interaksi tulangan sebagai berikut : b. Penulangan geser Kolom
8.5.4 Kontrol Geser Ponds a. Geser ponds akibat pilar terhadap plat poer Geser akibat tekanan badan kolom dianggap terkendali jika memenuhi persyaratan berikut V* ≤ Vc, Rumus yang digunakan untuk mencai keliling kritis adalah Ak = 2 x (bo + do) x d = diambil 1 m’
Dipasang tulangan sengkang Ф22 – 110 mm. 8.5.3
Penulangan Balok Pilar Hasil momen maksimal pada balok dengan SAP2000 didapat 3.016.848.880 Nmm. a. Penulangan tumpuan
Jadi digunakan tulangan lentur tarik : 10 D 29 ( As = 6.602 mm2 ) Jadi digunakan tulangan lentur tekan : As,
= 3.196,20 mm2
Jadi digunakan tulangan :
Ak = 2 x (bo + do) x d = 2 x (850 + 1.350) x 1500 = 6.600.000 mm2 Kekuatan beton pile cap menahan geser ponds Vc =
1 c K R f ' c x luas bidang geser ponds 6
1 = 0,6 35 x 6.600.000 mm2 6 = 3.904.612,66 N V* ≤ Vc
21
2.215.354,4 N ≤ 3.904.612,66 N
...... OK
Tidak perlu tulangan geser.
b. Geser ponds akibat tiang pancang terhadap plat poer Gaya P dari tiang pancang diambil dari Pmax tiang pancang memikul beban. Hal ini di karenakan gaya aksi sama dengan gaya reaksi. P = 244,09 ton =244.090 N. Dari perhitungan kekuatan plat diatas didapat kekuatan plat : Vc = 3.904.612,66 N. Maka dari data diatas dapat disimpulkan : V < Vc 244.090 N < 3.904.612,66 ... OK
22
