JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
1
Modifikasi Perencanaan Struktur Jembatan Kasiman Bojonegoro Dengan Busur Rangka Baja Andreanus Deva C.B, Djoko Untung, Ir.Dr. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected]
Abstrak— Pada perencanaan jembatan busur baja dalam tugas ahkir ini dijelaskan mengenai uraian proses perencaaan jembatan busur khususnya yang menggunakan rangka baja sebagai pemikul utamanya. Pada proses pendahuluan, diawali dengan penjelasan mengenai latar belakang pemilihan tipe jembatan, perumusan masalahnya, tujuan perencanaan, batasan masalah hingga manfaat dari dibangunnya jembatan tersebut. Kemudian dijelaskan perihal dasar-dasar perencanaan dengan pedoman yang digunakan yaitu BMS 1992 (BDM dan PPTJ) dan AISC-LRFD. Dari data yang ada, direncanakan bentang total jembatan sebesar 180m dengan 2 lajur kendaraan, masing-masing selebar 4.5m. kemudian dilakukan preliminary design dengan menentukan dimensi-dimensi jembatannya. Tahap awal perencanaan adalah perencanaan bangunan atas yang terdiri dari lantai kendaraan dan trotoar, gelagar memanjang dan gelagar melintang, kemudian kontruksi pemikul utama. Analisa dengan program dilakukan setelah diketahui bebanbeban yang bekerja pada kontruksi tersebut untuk mendapatkan gaya-gaya yang bekerja. Khususnya untuk kontruksi pemikul utama dan kontruksi sekundernya. Setelah gaya-gaya tersebut diketahui besarnya maka dilakukan perhitungan kontrol penampang dan perhitungan sambungan. Selanjutnya, dilakukan perencanaan perletakan, bangunan bawah dan pondasi Kata Kunci— Jembatan busur rangka baja.
I. PENDAHULUAN Kabupaten Bojonegoro merupakan salah satu daerah di Jawa Timur yang memiliki pertumbuhan perekonomian dan mobilitas yang sangat pesat .Sehingga pemerintahan kabupaten Bojonegoro mengupayakan pembangunan sarana dan prasarana transportasi yang mendukung. Hal ini perlu dilakukan untuk memperlancar hubungan antar satu daerah atau lebih ke daerah yang lain di Kabupaten Bojonegoro.Kecamatan Kasiman dan kecamatan Padangan merupakan titik penghubung antara kecamatan yang lain, akan tetapi ke dua kecamatan ini dipisahkan oleh sungai Bengawan Solo.
Karena itu perlu adanya pembangunan jembatan sebagai penghubung antara kecamatan Kasiman dan Padangan untuk mendukung perekonomian dan mobilitas antar daerah di Bojonegoro. Untuk mendapatkan suatu desain jembatan yang baik dan memenuhi persyaratan keamanan dan kenyamanan seperti yang sesuai dengan peraturan yang berlaku, maka perlu didesain dimensi serta kebutuhan tulangan plat, balok, tiang sandaran, pilar, abutment dan bagian jembatan lainnya yang sesuai dengan prosedur yang ada pada peraturan yang berlaku. Jembatan Kasiman-Padangan pada tugas akhir ini didesain ulang menggunakan metode busur rangka batang. Jembatan ini memiliki panjang total 180 m dan lebar 9m yang terbagi menjadi 3 bentang. Bentang terpanjang adalah bentang tengah yaiu 130m dan dua bentang yang lain masing-masing 25m
II. METODOLOGI A. Diagram Alir Metodologi Dalam perencanaan struktur Jembatan Kasiman dimulai dengan pengumpulan data-data dan literature yang digunakan. Selanjutnya dilakukan perencanakan desain awal jembatan,Pembebanan jembatan dan analisa struktur jembatan. Untuk mengetahui kekuatan dan kestabilan stuktur perlu di lakuakan kontrol,. Agar dimengerti, maka desain jembatan dituangkan kedalam penggambaran hasil desain. start
Pengumpulan data dan literature : 1.Data umum jembatan, data eksisting, data tanah. 2.Buku-buku yang berkaitan. 3.Peraturan-peraturan yang berkaitan.
Mendesain lay out awal jembatan
Merencanakan dimensi awal jembatan 1. Menentukan tinggi penampang 2. Menentukan lebar jembatan
Menentukan pembebanan jembatan : 1. Beban mati 2. Beban hidup 3. Beban angin 4. Beban gempa
Analisa struktur 1. Analisa tegangan terhadap beban-beban 2. Perhitungan gaya-gaya yang bekerja 3. Pemodelan struktur dengan program SAP 2000
Kontrol kestabilan struktur : 1. Kontrol tekuk 2. Kontrol geser 3. Kontrol lendutan
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
2
1 f 1 (A. Hool & W.S. K) ≤ ≤ 6 L 5 1 1 22 : ≤ ≤ 6 110 5
f = 24 m → syarat : Apakah profil memenuhi kontrol tekuk, geser dan lendutan?
Not OK
OK
: 0.167 ≤ 0.2 ≤ 0.2 ....OK
Perencanaan struktur bawah jembatan 1. Perencanaan kepala jembatan dan penulangannya 2. Perencanaan pondasi
1 h 1 (A. Hool & W.S K) ≤ ≤ 40 L 25 3 1 1 : ≤ ≤ 110 25 40
h= 5.2 m → syarat :
Penggambaran hasil desain
: 0.025 ≤ 0.027 ≤ 0.04 ....OK
Finish
III. ANALISA DAN HASIL A. Rencana jembatan modifikasi Perencanaan awal jembatan yang menggunakan metode pratekan yang mempunyai 5 span dan 4 pilar.Maka
D. . Batang Penggantung Panjang dari batang penggantung dicari dengan menggunakan pendekatan persamaan sumbu geometrik busur dapat dilihat pada gambar 1 Dengan program Autocad didapat Panjang Penggantung sebagai berikut :
jembatan direncanakan ulang dengan metode jembatan busur rangka baja dengan pilar yang tidak menggangu
11 13 12
aliran sungai.Data jembatan modifikasi adalah: •
Panjang jembatan
: 180 meter
•
Lebar jembatan
: 11 meter
•
Lebar lantai kendaraan : 9 meter
•
Struktur utama
10
9
8
6
7
6
7
8
9
10
11 12 13
Tabel 1 Panjang Penggantung 13
0
0
panjang t 0.000
12
5
0
0.000
11
10
3.83
3.830
10
15
7.33
7.330
9
20
10.5
10.500
8
25
13.33
13.330
7
30
15.83
15.830
6
35
18
18.000
5
40
19.83
19.830
4
45
21.33
21.330
3
50
22.5
22.500
2
55
23.33
23.330
1
60
23.83
23.830
0
65
24
24.000
Frame
B. Pemilihan jenis struktur Pemilihan jenis struktur busur rangka baja dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain : 1. Panjang jembatan Jembatan busur mampu digunakan untuk bentang hingga 600 meter. Maka jembatan busur dapat digunakan pada jembatan Kasiman denagan bentang 180 meter. 2. Tipe jembatan busur Dalam perencanaan jembatan Kasiman akan menggunakan tipe jembatan a half-through arch bridge atau tipe jembatan dengan lantai kendaraan berada di antara busur.
C. Perencanaan Rangka Batang Selain harus memiliki kekuatan yang cukup, rangka batang juga harus memiliki tinggi lengkung busur yang
2 1 0 1 2 3 4 5
Gambar 1 Konstruksi Pemikul Utama
: Baja BJ-50
3. Estetika atau keindahan Jembatan busur memiliki bentuk yang indah. Sehingga akan enak dipandang dibandingkan dengan jembatan tipe lain.
3 5 4
E.
X
Y
Konstruksi Busur
Dengan menggunakan Program Autocad didapat bentuk geometri busur dengan nilai x dan y, dan Δ Sn didapat dari persamaan sebagai berikut : Δ Sn =
(Yn ' − Yn −1 ' ) 2 + ΔX 2
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
3
Tabel 2 Persamaan Parabola Busur Tabel 3 Berat Busur Pada Titik Buhul
BUSUR ATAS Titik 13
Segmen
X (m) 0
12-13 12
5 11-12
11
10 10-11
10
15 9-10
9
20 8-9
8
25 7-8
7
30 6-7
6
35 5-6
5
40 4-5
4
45 3-4
3
50 2-3
2
55 1-2
1
60 0-1
0
65
Y (m) An (cm²) Δ Sn (m) 0.000 406.76 5.000 0.000 406.76 6.298 3.830 406.76 6.103 7.330 406.76 5.920 10.500 406.76 5.745 13.330 406.76 5.590 15.830 406.76 5.451 18.000 406.76 5.324 19.830 406.76 5.220 21.330 406.76 5.135 22.500 406.76 5.068 23.330 406.76 5.025 23.830 406.76 5.003 24.000
BUSUR ATAS Titik 13
Segmen
X (m) 0
12-13 12
5 11-12
11
10 10-11
10
15 9-10
9
20 8-9
8
25 7-8
7
30 6-7
6
35 5-6
5
40 4-5
4
45 3-4
3
50 2-3
2
55 1-2
1
60 0-1
0
65
Y (m) An (cm²) Δ Sn (m) 0.000 406.76 5.000 0.000 406.76 6.298 3.830 406.76 6.103 7.330 406.76 5.920 10.500 406.76 5.745 13.330 406.76 5.590 15.830 406.76 5.451 18.000 406.76 5.324 19.830 406.76 5.220 21.330 406.76 5.135 22.500 406.76 5.068 23.330 406.76 5.025 23.830 406.76 5.003 24.000
gn(kg) 1,596.533 2,011.097 1,948.817 1,890.362 1,834.524 1,784.978 1,740.408 1,700.106 1,666.829 1,639.660 1,618.381 1,604.516 1,597.491
BUSUR BAWAH Titik 13
Segmen
X (m) 0
Y (m) 0.000
12-13 12
5 10 15 20 25 30 35
23.830
45
25.330
50
26.500
55
27.300
60
27.830
10
406.76
5.745
9
406.76
5.590
8
406.76
5.451
7
5.324
6
65
28.000
Y (m) 0.000
5
4.000
10
7.830
15
11.330
20
14.500
25
17.330
30
19.830
35
22.000
40
23.830
45
25.330
50
26.500
55
27.300
60
27.830
65
28.000
10-11 9-10 8-9 7-8 6-7
5.220 5.135 5.064
5-6 5 4-5 4 3-4 3 2-3 2
406.76
0-1 0
5.920
406.76
1-2 1
406.76
X (m) 0
11-12
406.76
2-3 2
11
406.76
3-4 3
6.103
406.76 40
4-5 4
406.76
Segmen 12-13
22.000
5-6 5
12
19.830
6-7 6
6.298
17.330
7-8 7
406.76
14.500
8-9 8
Titik 13
11.330
9-10 9
6.403
7.830
10-11 10
BUSUR BAWAH
406.76 4.000
11-12 11
An (cm²) Δ Sn (m)
5.025
1-2 1
406.76
5.003
0-1 0
An (cm²) Δ Sn (m)
gn(kg)
406.76
6.403
2,044.560
406.76
6.298
2,011.097
406.76
6.103
1,948.817
406.76
5.920
1,890.362
406.76
5.745
1,834.524
406.76
5.590
1,784.978
406.76
5.451
1,740.408
406.76
5.324
1,700.106
406.76
5.220
1,666.829
406.76
5.135
1,639.660
406.76
5.064
1,616.839
406.76
5.025
1,604.516
406.76
5.003
1,597.491
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 F. . Perhitungan sambungan Alat sambung yang digunakan adalah baut mutu tinggi (HTB) yang perencanaannya berdasarkan AISC – LRFD. • Kekuatan geser baut (LRFD 13.2.2.1 ) Vd = φ f x Vn Dimana → Vn = r 1 x f ub x Ab Keterangan : = Untuk baut tanpa ulir pada bidang r1 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 = φ f x Rn Dimana → Rn = 2,4 x d b x t p x f u Keterangan : = Faktor reduksi kekuatan untuk fraktur ( = φf 0.75 ) = Diameter baut nominal pada daerah tak db berulir. = Tebal pelat. tp = Tegangan tarik putus yang terendah dari baut fu atau pelat. G. . Perhitungan Abutment
4
a.
Tegangan tanah Dari data tanah didapatkan : γ tanah = 1.72 t/m3 ; c
γ
θ = 300
= 0 = γ sat – γ
'
w
= 1.82 – 1.00 = 0.82 t/m3 • Koefisien tekanan tanah aktif menggunakan persamaan : Ka = tan2 ( 450 – φ/2) Ka = tan2 (450 – 30/2) = 0.33 • Beban lalu – lintas eqivalent dengan beban tanah urugan setebal 0,6 meter σ V ’ = γ tanah x z • Tegangan horisontal tanah :
σ
ha
= σ x Ka - 2 c Ka v
• Gaya tekanan tanah aktif per satuan lebar dinding Ea = Luas diagram tekanan tanah aktif = σ x hi hai
Akibat beban lalu – lintas untuk tanah dibawahnya : Ea 1 = H tot x (H 1 x γ tanah x Ka) = 12.50 x (0.6 x 1.72 x 0.33) = 3.66 t/m Akibat urugan tanah Ea 2 = 0.5 H 2 x (H 2 x γ tanah x Ka)
beban q setara urugan t:60cm
=
1 2
x 12.50 x (12.50 x 1.72 x 0.33)
= 32.78 t/m = Ea 1 + Ea 2 = 36.44 t/m Abutment selebar 12 m, maka : ΣEa = 36.44 x 12 = 546.6 ton Letak resultan gaya tekanan tanah dari O : ΣEa
Ea1
Ea2
1 1 3.66 x 12.50 + 32.78 x 12.50 2 3 z = 36.44 Gambar 2 Struktur Bangunan Bawah Data Tanah Urug : µ = 30° C =0
γ ' sat = 1,82 t/m γ ' tanah = 1,72 t/m
= 3.76 m → dari dasar abutment Momen pada titik dasar abutment : M o = (Ea 1 .0,5h)+(Ea 2 . (h 1 – 1/3 h 2 )) = (3.66 x 5.375)+(32.78 x 3.583) = 137.123 tm/m = 2056.85 tm (momen selebar 12 meter)
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
5
H.
Kontrol stabilitas
=
•
Kontrol terhadap guling (overtuning) Σ Mguling = 2056.85 tm Σ Mpenahan = 3214.03 tm
= 6.68 + 24.6 + 0 = 31.28 t/m2
•
SF
=
Σ M penahan Σ M guling
SF
=
3214.03 ≥ 1.5 2056.85
≥ 1.5
= 1.56 ≥ 1.5 → OK! Kontrol terhadap geser Faktor keamanan terhadap geser SF
=
SF
=
gayapenahan gaya geser W . tgδ P
SF
=
I.
≥ 1.5
≥ 1.5
439.81 . tg 300 452.75
= 4.59 ≥ 1.5 → OK! •
Kontrol terhadap daya dukung Σ Momen = Σ Momen penahan – Σ Momen guling = 3252.384 – 2056.85 = 1195.53 tm Σ Wtotal
= W Dead Load + W (abutment + tanah) = 1866949.86 kg + (145683.20 x 12) = 4398131.74 kg = 4398.13 ton Tegangan tanah :
q adm
=
31.28 qL = q adm 36.05
= 0.87 < 3 → Not OK ..... (Pakai tiang pancang)
Dimana : W = Komposisi vertikal dari R = W t (dead load) + W abutment + tanah = 1866949.86 kg + (145683.20 x 12) = 4398131.74 kg = 4398.13 ton P = Komposisi horizontal dari R ( ΣEa tanah ) = 452.75 ton = Faktor lekatan/hambatan antara tanah dan δ pondasi = 300 (Terzaghi & Peck untuk mtanah lempung) SF
=
(1.3 × 1.0 × 5.14) + (23.93 × 1.028) + (0.4 × 1.87 × 10 × 0)
Kesimpulan Dari hasil perencanaan yang diperoleh dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Dimensi melintang lantai kendaraan lengkap dengan trotoar adalah 11 m untuk jalan 2 jalur 2 arah. Tinggi fokus busur adalah 24 m. 2. Pelat lantai kendaraan komposit, dengan tebal pelat beton bertulang 250 mm. Tulangan terpasang arah melintang D16-200 dan arah memanjang D13-250. 3. Gelagar memanjang WF 400.200.12.19 melintang WF 900.400.16.38 dengan BJ 55, lendutan 0.00132 m (UDL+KEL) dan 0.00495 m (T) ≤ 0.01375 m (Y ijin ). 4. Struktur utama busur berupa profil WF 500x500x19x32 , Rangka busur menggunakan profil WF 500x200x6x9 (diagonal), profil WF 500x350x12x16 (Vertikal) dan Batang tarik menggunakan WF 500 x 200 x 9 x 16. 5. Struktur sekunder berupa ikatan angin atas dengan dimensi profil yaitu WF 250 x 250 x 6 x 9 (diagonal), &Horizontal),ikatan angin pada lantai kendaraan menggunakan profil WF 350x350x12x16 , sedangkan untuk dimensi portal tengah dan portal akhir berupa profil WF 500x500x19x32 dengan menggunakan mutu baja BJ 55. 6. Perletakan berupa perletakan sendi dan rol. 7. Konstruksi abutment berupa dinding penuh setebal 2.8 m selebar 12 m untuk mendukung bentang 180 m yang ditumpu pondasi tiang pancang beton dengan diameter 0,6 m dengan kuat tekan K600, sebanyak 24
4398.13 V = = 36.05 t/m2 A (10 x 12)
Cek daya dukung tanah : Lapisan tanah di dasar pondasi pada kedalaman – 9.0 m Pasir Berlanau γsat = 1.87 t/m3 ∅ = 00 C = 1.0 Untuk ∅ = 0 0 didapat : Nc = 5.14 ; Nγ = 0 ; Nq = 1.00 ; Nq/Nc = 0.20 (dari tabel Terzaghi) Pondasi menggunakan pondasi bentuk bujur sangkar : = (1.3 × c × Nc) + ( q × Nq ) + (0.4 × γ × B × N γ ) qL
DAFTAR PUSTAKA Standar Nasional Indonesia (SNI) T-02-2005. Standar Pembebanan Untuk Jembatan. Departemen Pekerjaan Umum. [2] Standar Nasional Indonesia (SNI) T-03-2005. Perencanaan Struktur Baja Untuk Jembatan. Departemen Pekerjaan Umum. [3] Standar Nasional Indonesia (SNI) T-12-2004. Perencanaan Struktur Beton Untuk Jembatan. Departemen Pekerjaan Umum. [4] Bridge Design Manual Bridge Management System (BMS). 1992. Departemen Pekerjaan Umum Dirjen Bina Marga. [1]
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 Chen, Wai-Fah, Duan, Lian. 2000. Bridge Engineering Handbook. Boca Raton. London [6] Troitsky, M. S. 1994. Planning and Design of Bridge. John Wiley & Sons, Inc. New York [7] Andreanus deva. 2013. Modifikasi Perencanaan Struktur Jembatan Kasiman Bojonegoro Dengan Busur Rangka Baja. Surabaya [5]
6
