BAB II STUDI PUSTAKA
2.8. Struktur Jembatan
Pada jembatan baja, bentuk rangka pada jembatan secara umum terdiri dari beberapa jenis bentuk rangka, antara lain Baltimore, Howe, Pratt, K, Warren, dan
Through Warren. Jembatan beton umumnya berupa gelagar atau Prestress.
2.8.1.Bangunan Atas
Bangunan atas jembatan secara umum terdiri dari :
1. Gelagar induk atau memanjang merupakan komponen jembatan yang letaknya memanjang arah jembatan atau tegak lurus arah aliran sungai.
2. Gelagar melintang merupakan komponen jembatan yang letaknya melintang arah jembatan.
3. Lantai jembatan berfungsi sebagai penahan lapisan perkerasan yang menahan beban langsung lalu lintas yang melewati jembatan.
4. Perletakan adalah penumpu abutmen yang berfungsi menyalurkan semua beban jembatan ke abutmen diteruskan ke pondasi.
5. Pelat injak berfungsi menghubungkan jalan dan jembatan sehingga tidak terjadi perubahan ketinggian yang terlalu mencolok pada keduanya.
6. Sandaran merupakan pembatas antara daerah kendaraan dengan tepi jembatan yang berfungsi sebagai pengaman bagi pemakai lalu lintas yang melewati jembatan tersebut.
Berdasarkan Bridge Manual Design BMS 1992, bangunan atas jembatan dapat dikelompokkan sesuai jenis konstruksinya. Hal ini seperti yang ditunjukkan pada.
Tabel 2.17 Jenis Bangunan Atas Jembatan
No Jenis Bangunan Atas Variasi
Bentang
Perbandingan
H/L Tipikal Penampilan
A Konstruksi Kayu :
1 Jembatan balok dengan lantai
urug / lantai papan 5 ~ 20 m 1/15 Kurang
2 Gelagar kayu gergaji dengan
papan lantai 5 ~ 10 m 1/5 Kurang
3 Rangka lantai atas dengan papan
kayu 20 ~ 50 m 1/5 Kurang
4 Gelagar baja dengan lantai papan
kayu 5 ~ 35 m 1/17 ~ 1/30 Kurang
B Konstruksi Baja :
1 Gelagar baja dengan lantai pelat
baja 5 ~ 25 m 1/25 ~ 1/27 Kurang
2
Gelagar baja dengan lantai beton komposit (bentang sederhana & menerus)
15 ~ 50 m 1/20 Fungsional
3 Rangka lantai bawah dengan
pelat beton 30 ~ 100 m 1/8 ~ 1/11 Kurang
No Jenis Bangunan Atas Variasi Bentang
Perbandingan
H/L Tipikal Penampilan
C Konstruksi Beton Bertulang :
1 Pelat beton bertulang 5 ~ 10 m 1/12,5 Fungsional
2 Pelat berongga 10 ~ 18 m 1/18 Fungsional
3 Gelagar beton T 6 ~ 25 m 1/12 ~ 1/15 Fungsional
4 Lengkung beton (Parabola) 30 ~ 70 m 1/30 Estetik
D Jembatan Beton Pratekan :
1 Segmen pelat 6 ~ 12 m 1/20 Fungsional
2 Gelagar I dengan lantai
komposit, bentang menerus 20 ~ 40 m 1/17,5 Fungsional 3 Gelagar T pasca penegangan 20 ~ 45 m 1/16,5 ~
1/17,5 Fungsional 4 Gelagar boks menerus,
pelaksanaan kantilever 6 ~ 150 m 1/18 ~ 1/20 Estetik
Sumber : Bridge Manual Design BMS 1992
2.8.2.Bangunan Bawah
Bangunan bawah terdiri dari :
2.8.2.1. Pangkal / Abutment
Abutment / pangkal menyalurkan gaya vertikal dan horisontal dari bangunan atas ke pondasi dengan fungsi tambahan untuk mengadakan peralihan tumpuan dari timbunan jalan pendekat ke bangunan atas jembatan. Tiga jenis pangkal / abutment di antaranya :
A.Pangkal tembok penahan
Dinamakan demikian karena timbunan jalan tertahan dalam batas-batas pangkal dengan tembok penahan yang didukung oleh pondasi.
B. Pangkal kolom “Spill-Through”.
Dinamakan demikian karena timbunan diijinkan berada dan melalui portal pangkal yang sepenuhnya tertanam dalam timbunan. Portal terdiri dari balok kepala dan tembok kepala yang didukung oleh
rangkaian kolom-kolom pada pondasi atau secara sederhana terdiri dari balok kepala yang didukung langsung oleh tiang-tiang.
C.Pangkal tanah bertulang.
Ini adalah sistem paten yang memperkuat timbunan agar menjadi bagian pangkal.Untuk lebih jelasnya, jenis pangkal/ Abutment dapat dilihat di bawah ini :
Tabel 2.18 Jenis Pangkal Tipikal
Sumber : Bridge Manual Design BMS 1992
Dalam hal ini perhitungan Abutment meliputi :
1. Menentukan bentuk dan dimensi rencana penampang abutment serta mutu beton serta tulangan yang diperlukan.
2. Menentukan pembebanan yang terjadi pada abutment :
a. Beban mati berupa rangka baja, lantai jembatan, trotoar, perkerasan jembatan (pavement), sandaran, dan air hujan.
b. Beban hidup berupa beban merata dan garis serta beban di trotoar. c. Beban sekunder berupa beban gempa, tekanan tanah aktif, rem dan
traksi, koefisien kejut, beban angin dan beban akibat aliran dan tumbukan benda – benda hanyutan.
3. Menghitung momen, gaya normal dan gaya geser yang terjadi akibat kombinasi dari beban – beban yang bekerja.
4. Mencari dimensi tulangan dan cek apakah abutment cukup memadai untuk menahan gaya – gaya tersebut.
5. Ditinjau juga kestabilan terhadap sliding dan bidang runtuh tanah. 6. Ditinjau juga terhadap settlement ( penurunan tanah ).
2.8.2.2. Pondasi
Pondasi menyalurkan beban-beban terpusat dari bangunan bawah kedalam tanah pendukung dengan cara sedemikian rupa, sehingga hasil tegangan dan gerakan tanah dapat dipikul oleh struktur keseluruhan. Alternatif tipe pondasi menurut Christady. Hary, Teknik Pondasi 1, Erlangga, Jakarta, 1996 yang dapat digunakan untuk perencanaan jembatan antara lain :
A.Pondasi Telapak / Langsung
1. Termasuk pondasi dangkal (D / B < 4) D = Kedalaman alas pondasi
B = Lebar terkecil alas pondasi Jenis pondasi ini digunakan apabila :
- Letak tanah keras relatif dangkal 0,60 ~ 2 m atau maksimal 5 m.
- Kapasitas dukung ijin tanah > 2,0 kg/cm2
- Untuk pondasi jembatan kedalaman alas pondasi terletak > 3 m di bawah dasar sungai / tanah setempat dan bebas dari bahaya penggerusan vertikal maupun horisontal.
2. Bentangan jembatan sedemikian rupa sehingga tidak mengurangi profil basah sungai.
3. Penggunaan pondasi langsung/ dangkal pada jembatan sama sekali tidak disarankan pada sungai-sungai yang dapat diperkirakan perilakunya (gerusan, benda-benda hanyutan) pada waktu banjir. 4. Pondasi pangkal jembatan/ abutment
- Aman terhadap geser dan guling (n > 1,5)
- H < tinggi kritis timbunan (H)
Dimana :
- Nilai Nc berkisar 5,5 ~ 5,7
- Cu (kuat geser undrained) dari hasil sondir, direct shear test atau triaxial test.
- Faktor aman diambil 1,5 ~ 3,0
B. Pondasi Sumuran
1. Pondasi sumuran digunakan untuk kedalaman tanah keras maksimal 15 m. Daya dukung ijin tanah > 3,0 kg/cm2 atau 4 = D / B < 10. 2. Pondasi sumuran dibuat dengan cara menggali tanah berbentuk
lingkaran r minimum berdiameter 80 cm (pekerja masih dapat masuk).
3. Usahakan digunakan pondasi sumuran berdiameter > 3 m untuk lebih menjamin kemudahan mengambil tanah dan lebih mudah penanganannya bila terjadi penyimpangan dalam pelaksanaan penurunan sumuran.
4. Tidak dianjurkan pelaksanaan penurunan sumuran dengan cara penggalian terbuka karena akan merusak struktur tanah disekitar sumuran (gaya gesekan tanah dengan sumuran menjadi hilang). 5. Pada pangkal jembatan perlu diperhitungkan terhadap bahaya
penggerusan dan tinggi kritis timbunan.
6. Untuk pondasi jembatan kedalaman alas pondasi terletak > 4 m di bawah dasar sungai/ tanah setempat dan bebas dari bahaya penggerusan vertikal maupun horisontal.
C.Pondasi Bored Pile
Pondasi bored pile merupakan jenis pondasi tiang yang dicor di tempat, yang sebelumnya dilakukan pengeboran dan penggalian. Sangat cocok digunakan pada tempat-tempat yang padat oleh bangunan-bangunan, karena tidak terlalu bising dan getarannya tidak menimbulkan dampak negatif terhadap bangunan di sekelilingnya.
D.Pondasi Tiang Pancang
1. Pondasi tiang pancang, umumnya digunakan jika lapisan tanah keras / lapisan pendukung beban berada jauh dari dasar sungai dan kedalamannya 8 ~ 40 m atau D / B > 10.
2. Tiang-tiang tersebut disatukan oleh poer / pile cap. Bentuk penampang tiang dapat berbentuk lingkaran, segi empat, segi delapan, atau tak beraturan.
3. Jika dalam pemancangan terdapat tanah cukup keras atau lapisan dengan nilai tahanan konus qc = 60 ~ 80 kg/cm2, agar terjadi tanah cukup keras atau besar perlu dilakukan penggalian dahulu (preboring).
Menurut BMS 1992 jenis pondasi yang dapat digunakan ditunjukkan dalam tabel di bawah ini :
Tabel 2.19 Dimensi Pondasi Tipikal dan Beban Rencana Keadaan
Butir Pondasi Langsung Sumuran Tiang Pancang Baja Tiang H Baja Tiang Pipa Tiang Beton Bertulang Pracetak Tiang Beton Pratekan Pracetak Diameter Nominal (mm) - 3000 100 x 100 sampai 400 x 400 300 sampai 600 300 sampai 600 400 sampai 600 Kedalaman Maksimum (m) 5 15 Tidak terbatas Tidak terbatas 30 60 Kedalaman Optimum (m) 0,3 sampai 3 7 sampai 9 7 sampai 40 7 sampai 40 12 sampai 15 18 sampai 30 Beban Maksimum ULS (kN) untuk keadaan biasa 20000 + 20000 + 3750 3000 1300 13000 Variasi optimum beban ULS (kN) - - 500 sampai 1500 600 sampai 1500 500 sampai 1000 500 sampai 5000 Sumber : Bridge Manual Design BMS 1992
2.9. Analisa Struktur
Perencanaan struktur jembatan yang ekonomis dan memenuhi segi aspek keamanan serta rencana penggunaannya, merupakan hal yang sangat penting. Oleh karena itu diperlukan analisis struktur yang akurat dengan metode yang tepat, guna mendapatkan hasil perencanaan yang optimal. Metode perencanaan struktur yang digunakan ada dua macam, yaitu:
A.Metode perencanaan ultimit dengan pemilihan faktor beban ultimit sesuai peraturan yang berlaku, yaitu:
- SNI-1725-2016 : Pembebanan untuk Jembatan
- SNI-2833-2008 : Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Jembatan - Pd. T-04-2004-B : Pedoman Perencanaan Beban Gempa untuk Jembatan B.Metode Perencanaan tegangan ijin dengan beban kerja
Perhitungan struktur jembatan rangka baja melengkung dilakukan dengan software berbasis elemen hingga (finite element) untuk berbagai kombinasi pembebanan serta dimodelkan dengan struktur 3-D (space frame). Metode analisis yang d ilakukan adalah analisis linier metode matriks kekakuan langsung (district
stiffness matrix) dengan deformasi struktur kecil dan material isotropic. Program
computer yang digunakan untuk analisis adalah SAP2000 V-14. Dalam program tersebut berat sendiri struktur dihitung secara otomatis.
Perencanaan struktur jembatan di antaranya terdiri dari :
2.9.1.Pembebanan
Dalam analisis struktur jembatan, ditentukan terlebih dahulu jenis-jenis pembebanan yang berpengaruh pada jembatan. Beban yang berpengaruh antara lain beban mati struktur, beban mati tambahan, beban kendaraan, beban akibat gaya rem, beban pejalan kaki, beban angin, beban akibat pengaruh temperatur, dan beban gempa. Beban-beban tersebut mempunyai perilaku dan penempatan yang berbeda- beda dalam komponen jembatan. Diperlukan kecermatan yang tinggi agar jembatan yang kita desain kuat terhadap beban yang berpengaruh pada jembatan sehingga tetap mantap pada umur yang direncanakan.
2.9.2.Kombinasi Pembebanan
Berdasarkan SNI 1725:2016 tentang Pembebanan untuk Jembatan, konstruksi jembatan ditinjau terhadap kombinasi dan gaya-gaya yang mungkin bekerja, sesuai dengan sifat-sifat serta kemungkinan-kemungkinan pada setiap beban. Tegangan yang digunakan dalam pemeriksaan kekuatan konstruksi yang
bersangkutan dinaikan terhadap tegangan yang diijinkan sesuai dengan keadaan elastis.
Komponen dan sambungan pada jembatan harus aman terhadap kombinasi beban-beban ekstrem seperti yang ditentukan pada setiap keadaan batas sebagai berikut:
a. Kuat I
Kombinasi pembebanan yang memperhitungkan gaya-gaya yang timbul pada jembatan dalam keadaan normal tanpa memperhitungkan beban angin. Pada keadaan batas ini, semua gaya nominal yang terjadi dikalikan dengan faktor beban yang sesuai.
b. Kuat II
Kombinasi pembebanan yang berkaitan dengan penggunaan jembatan untuk memikul beban kendaraan khusus yang ditentukan pemilik tanpa memperhitungkan beban angin.
c. Kuat III
Kombinasi pembebanan dengan jembatan dikenai beban angin berkecepatan 90 km/jam hingga 126 km/jam.
d. Kuat IV
Kombinasi pembebanan untuk memperhitungkan kemungkinan adanya rasio beban mati dengan beban hidup yang besar.
e. Kuat V
Kombinasi pembebanan berkaitan dengan operasional normal jembatan dengan memperhitungkan beban angin berkecepatan 90 km/jam hingga 126 km/jam.
f. Ekstrem I
Kombinasi pembebanan gempa. Faktor beban hidup γEQ yang mempertimbangkan bekerjanya beban hidup saat gempa berlangsung harus ditentukan berdasarkan kepentingan jembatan.
g. Ekstrem II
Kombinasi pembebanan yang meninjau kombinasi antara beban hidup terkurangi dengan beban yang timbul akibat tumbukan kapal, tumbukan kendaraan, banjir, atau beban hidrolika lainnya, kecuali untuk kasus pembebanan akibat tumbukan kendaraan (TC). Kasus pembebanan akibat banjir tidak boleh dikombinasikan dengan beban akibat tumbukan kendaraan dan tumbukan kapal.
h. Layan I
Kombinasi pembebanan yang berkaitan dengan operasional jembatan dengan semua beban mempunyai nilai nominal serta memperhitungkan adanya beban angin berkecepatan 90 km/jam hingga 126 km/jam. Kombinasi ini juga digunakan untuk mengontrol lendutan pada gorong-gorong baja, pelat lapis terowongan, pipa termoplastik serta untuk mengontrol lebar retak struktur beton bertulang, dan juga untuk analisis tegangan tarik pada penampang melintang jembatan beton segmental. Kombinasi pembebanan ini juga harus digunakan untuk investigasi stabilitas lereng.
i. Layan II
Kombinasi pembebanan yang ditujukan untuk mencegah terjadinya pelelehan pada struktur baja dan selip pada sambungan akibat beban kendaraan.
j. Layan III
Kombinasi pembebanan untuk menghitung tegangan tarik pada arah memanjang jembatan beton pratekan dengan tujuan untuk mengontrol besarnya retak dan tegangan utama tarik pada bagian badan dari jembatan beton segmental.
k. Layan IV
Kombinasi pembebanan untuk menghitung tegangan tarik pada kolom beton pratekan dengan tujuan untuk mengontrol besarnya retak.
l. Fatik
Kombinasi beban fatik dan fraktur sehubungan dengan umur fatik akibat induksi beban yang waktunya tak terbatas.
Tabel 2.20 Kombinasi Beban & Faktor Beban Keadaan Batas MS MA TA PR PL SH TT TD TB TR TP EU EWS EWL BF EUN TG ES GUNAKAN SALAH SATU EQ TC TV Kuat I γP 1,8 1,0 - - 1,0 0,5/1,2 γTG γES - - - Kuat II γP 1,4 1,0 - - 1,0 0,5/1,2 γTG γES - - - Kuat III γP - 1,0 1,4 - 1,0 0,5/1,2 γTG γES - - - Kuat IV γP - 1,0 - - 1,0 0,5/1,2 - - - - - Kuat V γP - 1,0 0,4 1,0 1,0 0,5/1,2 γTG γES - - - Ekstrem I γP γEQ 1,0 - - 1,0 - - - 1,0 - - Ekstrem II γP 0,5 1,0 - - 1,0 - - - - 1,0 1,0 Daya Layan I 1,0 1,0 1,0 0,3 1,0 1,0 0,5/1,2 γTG γES - - - Daya Layan II 1,0 1,3 1,0 - - 1,0 0,5/1,2 - - - - - Daya Layan III 1,0 0,8 1,0 - - 1,0 0,5/1,2 γTG γES - - - Daya Layan IV 1,0 - 1,0 0,7 - 1,0 0,5/1,2 - 1,0 - - - Fatik (TD dan TR) - 0,75 1,0 - - - -
Catatan : γPdapat berupa γMS, γMA, γTA, γPR, γPL, γSH tergantung beban yang ditinjau
γEQ adalah faktor beban hidup kondisi gempa
sumber : SNI-1725-2016 Pembebanan untuk Jembatan
Dimana :
MS = beban mati komponen struktural dan non struktural jembatan MA = beban mati perkerasan dan utilitas
TA = gaya horizontal akibat tekanan tanah
PL = gaya-gaya yang terjadi pada struktur jembatan yang disebabkan oleh proses pelaksanaan, termasuk semua gaya yang terjadi akibat perubahan statika yang terjadi pada konstruksi segmental
PR = prategang
SH = gaya akibat susut/rangkak TB = gaya akibat rem
TR = gaya sentrifugal
TV = gaya akibat tumbukan kapal EQ = gaya gempa
BF = gaya friksi TD = beban lajur “D” TT = beban truk “T” TP = beban pejalan kaki SE = beban akibat penurunan
ET = gaya akibat temperatur gradien EUn = gaya akibat temperatur seragam EF = gaya apung
EWS = beban angin pada struktur EWL = beban angin pada kendaraan EU = beban arus dan hanyutan
Tabel 2.21 Faktor Beban untuk Berat Sendiri
Tipe Beban
Faktor beban ()
Keadaan Batas Layan () Keadaan Batas Ultimit ()
Bahan Biasa Terkurangi
Tetap
Baja 1,00 1,10 0,90
Aluminium 1,00 1,10 0,90
Beton pracetak 1,00 1,20 0,85
Beton dicor di tempat 1,00 1,30 0,75
Kayu 1,00 1,40 0,70
sumber : SNI-1725-2016 Pembebanan untuk Jembatan
Tabel 2.22 Faktor Beban untuk Beban Mati Tambahan
Tipe Beban
Faktor beban ()
Keadaan Batas Layan () Keadaan Batas Ultimit ()
Bahan Biasa Terkurangi
Tetap Baja 1,00 1,10 0,90
Aluminium 1,00 1,10 0,90
Catatan (1) : Faktor beban layan sebesar 1,3 digunakan untuk beban utilitas
BAB III
