BAB IV : PERHITUNGAN STRUKTUR ATAS
METODE PERENCANAAN
3.9 Gelagar Melintang
3.10.2 Sifat – Sifat Penampang
Sifat – sifat penampang (section properties) suatu penampang komposit dapat dihitung dengan menggunakan metode luas pengganti (transformed area method). Prinsip perhitungannya adalah luasan beton pada daerah tegangan tekan diganti dengan luasan ekuivalen baja.
Dalam analisa penampang komposit, luas beton direduksi dengan memakai lebar pelat yang sama dengan : bE / n dimana :
bE = Lebar efektif
n = Ratio modulus elastisitas baja dengan beton (Es/Ee ) 1). Ratio Modulus n
Modulus elastisitas beton secara umum dapat dituliskan sebagai berikut :
Ec = W1.,533 f’c (3.2-4) dimana : W = berat beton dalam lb/ft3 (pcf)
f’c = mutu beton dalam lb/in2 (psi)
Untuk beton dengan berat normal = 145 pcf, maka : Ec = 57000 √f’c → f’c dalam psi
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu Ec = 4730 √f’c → f’c dan Ec dalam MPa
Ec = W1,5 (0,043) √f’c → W dalam kg/m, f’c dan Ec dalam MPa Ec = 15110 √f’c → f’c dan Ec dalam kg/cm2
Secara umum modulus elastisitas baja dapat diambil Es = 29.000 ksi ( 2,1 106 kg/cm2). Untuk perencanaan praktis nilai rasio modulus n dapat diambil pada tabel berikut :
Tabel 3.7 Nilai Ratio Modulus n Untuk Perencanaan Praktis
Sumber : RSNI-T-02-2005
Keterangan : Nilai n minimum yang diijinkan oleh ACI Code dan Spesifikasi ASSHTO adalah = 6 (enam)
2). Letak garis netral (g.n.) penampang komposit
Letak garis netral penampang komposit, sebaiknya direncanakan terletak di daerah gelagar baja. Hal ini dimaksudkan untuk menghindarkan adanya bagian slab beton yang tertarik. Jika sekiranya garis netral penampang komposit memotong bagian beton, maka dalam perhitungan tegangan – tegangan bagian beton yang tertarik harus diabaikan.
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Garis netral di daerah profil baja
Gambar 3.7 Garis Netral Komposit di Daerah Profil Baja Dari gambar penampang tersebut di atas, akan diperoleh momen statis terhadap garis netral beton sebagai berikut : As.d1 = At. dc , sehingga diperoleh dc sama dengan :
dimana :
Ac = bE.d (cm2) Ae = Ac
n (cm2)
As = luas baja, dari tabel baja profil (cm2) At = As + Ac (cm2)
dt = jarak titik netral baja dan beton (cm)
Batasan apakah garis netral penampang komposit terletak pada bagian beton atau baja ditentukan oleh nilai dc, yaitu :
dc > ½ d, maka garis netral terletak dibagian baja. dc < ½ d, maka garis netral terletak dibagian beton.
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Garis netral di daerah beton
Gambar 3.8 Garis Netral Komposit di Daerah Slab Beton Dalam kondisi letak garis netral di bagian beton sebagian pelat beton tertarik, sehingga tebal slab yang diperhitungkan hanya bagian beton yang tertekan setebal d’. Luas beton yang diperhitungkan adalah : A E 2 = d'. b n (cm) dimana : d’ = 2. dc (cm) At = As + Ac (cm2) dt = Hs - dc (cm)
Jarak garis netral baja dan beton (dc) dihitung dengan syarat statis momen terhadap garis netral slab beton, yaitu :
As. dt = At. dc
As (Hs – dc) = As 2 . dc. b . dc
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Sehingga diperoleh persamaan kuadrat dengan bilangan (dc) sebagai berikut :
dari persamaan tersebut, maka tebal slab beton yang diperhitungkan sebesar
d’ = 2. dc .
3). Momen inersia penampang komposit
Momen inersia penampang komposit dapat dihitung sebagai berikut :
(3.2-8) Dimana :
Ic = 1/12 bE. d3
Is = momen profil baja (dari tabel prof baja) 3.10.3 Analisa Tegangan Penampang Komposit
Tegangan aktual akibat pembebanan tertentu pada balok komposit tergantung pada cara pelaksanaan konstruksinya. Oleh karena itu, pada konstruksi komposit diusahakan sebesar mungkin beban dipikul oleh balok komposit, atau sekecil mungkin beban dipikul oleh balok bajanya saja. Untuk mencapai maksud hal tersebut, maka pertimbangan cara pelaksanaan (construction method) perlu diperhatikan.
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu Tabel 3.8 Tahapan Pembebanan Konstruksi Komposit
Sumber : T.J. Hogan. (1976). Composite Construction Guide. Australia : AISC
Besarnya tegangan dan deformasi yang terjadi pada gelagar komposit tergantung pada metode sistem konstruksi yang digunakan. 1). Metode tanpa penopang sementara (unshored)
Akibat beban mati (dipikul oleh gelagar baja) :
σa = � (kg/cm 2) → Teg. flens atas σb = � (kg/cm
2) → Teg. flens bawah
ΔDL =
5 384 .
� . 4 .�� (cm)
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Akibat beban hidup (dipikul oleh gelagar koposit)
σa =
� . .� (kg/cm
2) → Teg. Tekan beton
σb =
� . .� (kg/cm
2) → Teg. flens bawah
ΔDL = 5
384 .
� . 4
.� (cm) atau,
2). Metode dengan penopang sementara (shored)
Beban mati dan beban hidup dipikul oleh gelagar komposit
Gambar 3. 9. Diagram Tegangan Lentur Gelagar Komposit Kondisi Elastis
Analisis tegangan dengan cara elastis, disyaratkan bahwa tegangan maksimum yang terjadi disetiap bagian penampang gelagar baja dan slab beton tidak boleh melebihi dari tegangan
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
yang diizinkan. Nilai tegangan izin pada gelagar baja dan slab beton tergantung pada mutu baja dan mutu betonnya.
Untuk harga defleksi maksimum akibat beban hidup tidak melebihi harga defleksi yang diizinkan. Beberapa peraturan menetapkan harga defleksi maksimum sebagai berikut :
PPBBI-1987 : L/360
AISC (ASD) : L/360
AASHTO : L/800
Tabel 3.9 Tegangan-Tegangan Beton yang Diizinkan
Sumber : Peraturan Beton Indonesia 1971, hal 105 3.10.4 Penghubung Geser (Shear Connector)
Kekuatan balok komposit tergantung terhadap kekuatan perlawanan gaya geser yang mungkin terjadi diantara kedua sisi balok yang saling bersentuhan. Untuk mencapai hal tersebut
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
diperlukan alat penyambung/penghubung sebagai pemersatu dalam menahan gaya geser.
Penghubung ini berfungsi memindahkan gaya geser dari beton ke baja, karena itu disebut juga penghubung geser (shear connector). Selain itu, shear connector tersebut berfungsi pula untuk menahan agar tidak terjadi perpindahan vertikal (vertical separation) antara baja dan beton.
Pada umumnya, tahanan geser horisontal (horizontal shear resistance) merupakan kriteria yang menentukan dari suatu shear connector. Sedangkan gaya geser horisontal pada penampang balok komposit sebanding atau sama dengan gaya lintang yang terjadi pada penampang garis berat balok tersebut.
Dalam hal ini gaya geser horisontal (horizontal shear) akan maksimum di tumpuan dan minimum di tengah balok. Shear connector yang banyak digunakan adalah flexible shear connector. Jenisjenisnya antara lain; baja kanal (channel) dan paku (stud). Sedangkan jenis shear connector yang sering atau banyak dipakai adalah stud, karena mudah dalam pemasangannya.
1). Kekuatan Shear Connector
Kekuatan dari sebuah shear connector (tahanan geser horisontal) dapat ditentukan dari tabel harga ultimate capacity (biasanya dari pabrikan). Jika data tersebut tidak tersedia, maka kekuatan shear connector dapat dihitung dengan persamaan :
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Baja-Kanal :
(3.2-17) dimana :
Q = kekuatan shear connector (kg)
t = tebal rata-rata sayap (flange) baja-kanal (cm) s = tebal badan (web) baja-kanal (cm)
L = panjang baja-kanal (cm)
σc = tegangan tekan beton yang diijinkan (kg/cm2) Paku (Stud) :
(3.2-18a) dan (3.2-18b) dimana :
Q = kekuatan shear connector (kg) H = tinggi stud (cm)
d = diameter stud (cm)
σc = tegangan tekan beton yang diijinkan (kg/cm2)
2). Gaya Geser Horisontal (Longitudinal Shear)
Besarnya gaya geser horisontal (longitudinal shear) per satuan panjang pada penampang komposit dihitung dengan persamaan :
(kg/cm) (3.2-19) dimana :
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
St = momen statis beton terhadap g.n komposit (cm3) = 1/n . Ac . dc
It = momen inersia balok komposit (cm4)
D = gaya lintang pada penampang tersebut (setelah komposit) Untuk menentukan jarak dari shear connector (S) dapat dihitung dengan rumus :
(cm) (3.2-20)
Untuk jumlah shear connector (stud) pada penampang melintang (dalam satu baris) dapat ditentukan sebagai berikut :
(3.2-21)
Jarak shear connector dapat diperbesar sampai harga maksimum yang diperkenangkan. Penempatan jarak shear connector ini disesuaikan dengan diagram gaya lintang, yakni maksimum (di tepi bentang) dan minimum (di tengah bentang). Jarak shear connector (stud) yang dipersyaratkan adalah :
jarak maksimum = 500 mm atau 3 kali tebal beton (3d)
jarak minimum = 50 mm
Jarak stud yang dianjurkan dalam satu baris (A) adalah antara 40 mm -50 mm, sedangkan jarak stud dari tepi gelagar ≥ 25 mm.
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Gambar 3.10 Jarak Penempatan Shear Connector 3.10.5 Bantalan Elastomer
Bantalan elastomer yang dibuat berdasarkan spesifikasi ini harus memiliki kemampuan yang cukup terhadap pemuaian dan kontraksi akibat temperatur, rotasi, perubahan kemiringan (chamber changes), serta rangkak dan susut yang terjadi pada elemen struktur. 1). Istilah dan definisi
Bantalan berlapis (laminasi)
Bantalan elastomer yang terdiri dari karet dan menggunakan lapisan pelat baja atau lapisan anyaman (fabric).
Bantalan elastomer
Suatu elemen jembatan yang terbuat dari karet alam atau karet sintetis (neoprene) yang berfungsi untuk meneruskan beban dari bangunan atas ke bangunan bawah.
Bantalan polos
Bantalan elastomer yang hanya terdiri dari karet saja
Duro
Kelompok nilai kekerasan karet yang diuji dengan alat durometer
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Kompon
Bahan mentah yang diperoleh dari campuran bahan baku karet ditambah bahan-bahan lainnya untuk meningkatkan kekuatan dan keawetan dari karet
Lot
Kumpulan dari 100 buah bantalan karet atau kurang yang diproduksi dengan cara terus menerus dari campuran karet yang sama, dirawat di bawah kondisi yang sama, dan semuanya terdiri dari ukuran dan tipe yang sama
Penuaan (aging)
Proses mempercepat kerusakan untuk mengetahui ketahanan bahan terhadap pengaruh lingkungan
2). Bahan
Bahan-bahan campuran karet yang digunakan dalam pembuatan bantalan ini harus berupa polycholoprene asli (neoprene) tahan kristalisasi atau polyisoprene asli (karet alam) saja sebagai polimer mentah. Bantalan elastomer yang terbuat dari gabungan polycholoprene dan polyisoprene atau bahan lain, yang digabung dalam bentuk kompon, bentuk lapisan penyusun atau bentuk lainnya tidak diperkenankan. Seluruh bahan harus baru dan bukan daur ulang yang diambil dari bantalan yang telah jadi.
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Karet yang telah jadi harus memenuhi persyaratan minimum pada tabel. Sifat kompon karet yang tercantum pada tabel dibawah harus ditentukan berdasarkan pengambilan contoh dari bantalan yang akan digunakan.
Tabel 3.10 Sifat-sifat karet
Sumbet : Revisi SNI 03-3967-2002, hal 3
Seluruh pengujian bahan harus dilakukan pada temperatur 23oC ± 25oC, jika temperature lain tidak ditetapkan.
Untuk keperluan penentuan kesesuaian dengan spesifikasi ini, nilai yang diamati atau dihitung, harus dibulatkan ke 100 kPa terdekat untuk kuat tarik, ke 10% terdekat untuk perpanjangan.
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Minimum satu buah bantalan contoh dari setiap lot, harus diuji terhadap kesesuaian dengan tabel diatas.
Lapisan baja yang digunakan untuk penguat harus dibuat dari baja lembut gulungan sesuai dengan ASTM A 36/A. A 36M, ASTM A 1011 M, atau yang setara, kecuali disyaratkan lain oleh pengguna jasa. Lapisan baja harus memiliki ketebalan yang ditetapkan oleh pengguna jasa atau, apabila tidak ditentukan, harus memiliki ketebalan nominal minimum 1,52 mm. Lubang atau celah pada pelat akibat proses pembuatan tidak diperbolehkan, kecuali dipertimbangkan dalam perancangannya.
Pelat beban bantalan yang berada di luar harus sesuai dengan persyaratan ASTM A36/A A 36M, ASTM A 1011M, atau yang setara, kecuali disyaratkan lain dalam dokumen kontrak. Selain dari yang telah tertulis, seluruh lapisan permukaan pelat beban pada bantalan harus diratakan dengan mesin sampai 0,25 mm. Permukaan bagian bawah (pelat pasangan) yang dirancang untuk dudukan pada perletakan tidak boleh melewati kerataan yang lebih dari 1,59 mm. Pelat beban bantalan yang berada di luar harus terlindung dari karat sampai seluruh permukaan yang terlihat dilapis cat di lapangan.Semua penyebab dan gejala karat harus dibuang dari permukaan bagian yang akan di las sebelum mulai di las.
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Lapisan anyaman (fabric) - Lapisan anyaman harus dijalin dari 100% serat kaca (fibre glass) tipe E dengan anyaman menerus. Banyaknya alur minimum pada masing-masing arah adalah 10 alur per cm. Anyaman tersebut harus memiliki kerisut atau suatu jalinan satin 8 ikatan (harness). Setiap lapisan anyaman harus memiliki kuat putus minimum 140 kN/m lebar untuk setiap arah.
3). Toleransi
Bantalan tipe polos dan bantalan tipe berlapis harus dibuat berdasarkan ukuran rancangan dan toleransi yang tercantum pada Tabel 2, kecuali toleransi lain tercantum pada gambar rancangan. Gunakan rumus berikut untuk menghitung batas toleransi kelurusan lapisan baja bila toleransi #3. (± 3 mm) terlampaui:
7,50 + v/hr ≤ 0,35 dengan syarat θ ≤ 0,02
dengan pengertian:
hr adalah ketebalan lapisan karet pelapis yang disyaratkan;
θ adalah nilai mutlak perputaran sudut lapisan baja, dinyatakan
dalam radian;
v adalah perpindahan tegak lurus, dinyatakan dalam mm. v = [ hr – 0,5 (H1 + H2) ]
untuk lapisan dalam
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
untuk lapisan atas dan bawah selama ketebalan lapisan karet minimum H2 ± 5 mm;
θ = [ (H1 - H2) / L ] dengan pengertian:
L adalah panjang bantalan;
H1 adalah ketebalan maksimum yang terukur pada tepi lapisan; H2 adalah ketebalan minimum yang terukur pada tepi lapisan. Bantalan yang memenuhi batas toleransi berdasarkan rumus tadi juga harus memenuhi uji regangan tekan atau uji tekan inklinasi. Tabel 3.11 Toleransi dimensi bantalan
IQBAL ZAFAR ALJUFRI, 2013
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR ATAS JEMBATAN KOMPOSIT DESA TEGALGUBUG BLOK REMBES KABUPATEN CIREBON
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu 4). Penandaan
Masing-masing bantalan elastomer harus ditandai dengan tinta yang tidak dapat dihapus atau dengan cat lentur. Penandaan harus terdiri dari nomor urut, nomor kelompok, nomor tanda bantalan, dan tingkat serta jenis kompon karet. Jika tidak disyaratkan lain dalam dokumen kontrak, penandaan harus pada bagian muka yang terlihat setelah perakitan jembatan.
3.11 Spesifikasi bahan