Analisis dan Desain Jembatan Frame, Kolom “V”, Box Girder, dengan Mempertimbangkan Beban Gempa

ANALISIS DAN DESAIN JEMBATAN

FRAME

_{, KOLOM}

“V”,

BOX GIRDER

_{, DENGAN MEMPERTIMBANGKAN BEBAN}

GEMPA

SISCA VERONICA

F44090056

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis dan Desain Jembatan Frame, Kolom “V”, Box Girder, dengan Mempertimbangkan Beban Gempa adalah benar karya saya dengan arahan dari dosen pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

ABSTRAK

SISCA VERONICA. Analisis dan Desain Jembatan Frame, Kolom “V”, Box Girder, dengan Mempertimbangkan Beban Gempa. Dibimbing oleh ERIZAL dan MUHAMMAD FAUZAN.

Laju pertumbuhan ekonomi, sosial, budaya dan lingkungan dipengaruhi oleh ketersediaan infrastruktur, seperti jembatan. Jembatan sering dijadikan icon suatu kota. Pemilihan struktur jembatan penting disesuaikan dengan kekuatan struktur dan stabilitas, kelayanan struktur, keawetan, kemudahan pelaksanaan, ekonomis, dan estetika. Kekuatan struktur jembatan di Indonesia sangat dipengaruhi oleh beban gempa karena rawan gempa. Oleh karena itu, proyek pembangunan fly over Simpang Jam di Kota Batam ini perlu dibangun dan diteliti. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis dan mendesain jembatan frame dengan kolom “V” dan box girder, dengan mempertimbangkan beban gempa, dan mendesain tulangan struktur beton. Metode yang dilakukan adalah pengumpulan data, preliminary dimensi, pemodelan di CSI Bridge, dan desain tulangan. Penelitian dilaksanakan dari bulan April sampai Juli 2013 di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Hasil gaya-gaya dalam maksimum yang diperoleh terjadi pada kombinasi ULS-4a dan SLS-4a yaitu nilai momen adalah 66298,6 kNm dan 37494 kNm sedangkan nilai gaya geser adalah 9735,711 kN dan 6346,73 kN. Berdasarkan hasil tersebut, kebutuhan tulangan lentur box girder bagian top slab adalah D19-100 dan D19-200, bagian bottom slab dan web adalah D16-150. Sedangkan, kebutuhan tulangan geser box girder hanya bagian web yaitu D16-150. Kebutuhan tulangan kolom “V” adalah D25-150 untuk lentur dan D16-150 untuk geser.

Kata kunci : _{boxgirder, CSI Bridge, gempa, jembatan frame,} kolom“V”

ABSTRACT

availability of infrastructure, such as bridges. The bridges often used as a city icon. Selection of bridge structures important to adapt the structural strength and stability, serviceability structure, durability, ease of implementation, economic, and aesthetic. Strength of bridge structure in Indonesia is strongly influenced by earthquake load. Therefore, the construction of flyover Simpang Jam Batam needs to be built and studied. This study aims to analyze and design the frame bridge with "V"column and boxgirder, consider to earthquake load, and design reinforced concrete structures. The methods are data collection, preliminary dimension, modeling in CSI Bridge, and reinforcement design. The study started at April to July 2013 in Department of Civil and Environmental Engineering, Bogor Agricultural University. The result is the maximum forces obtained occurs in combination ULS-4a and SLS-4a, that moment values are 66298.6 kNm and 37494 kNm, whereas shear force values are 9735.71 kN and 6346.73 kN. Based on the results, boxgirder flexural reinforcement at top slab is D19-100 and D19-200, bottom slab and web are D16-150. Meanwhile, boxgirder shear reinforcement needs only at web is D16-150. Column "V" reinforcement is D25-150 to flexural and D16-150 to shear.

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada

Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan

ANALISIS DAN DESAIN JEMBATAN

FRAME

_{, KOLOM}

“V”,

BOX GIRDER

_{, DENGAN MEMPERTIMBANGKAN BEBAN}

GEMPA

SISCA VERONICA

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

Judul Skripsi : Analisis dan Desain Jembatan Frame, Kolom “V”, Box Girder, dengan Mempertimbangkan Beban Gempa

Nama : Sisca Veronica NIM : F44090056

Disetujui oleh

Dr. Ir. Erizal, M.Agr Pembimbing I

Muhammad Fauzan, S.T, M.T Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr Ketua Departemen

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2013 ini adalah analisis dan desain jembatan frame dengan menggunakan komponen struktur berupa kolom

“V” dan box girder serta memperhitungkan kekuatan struktur berdasarkan peta gempa terbaru, yaitu Peta Hazard Gempa Indonesia 2010.

Penelitian dan penyusunan skripsi ini dapat diselesaikan juga atas dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, terima kasih penulis ucapkan kepada :

1. Dr. Ir. Erizal, M.Agr, sebagai dosen pembimbing pertama yang telah senantiasa membimbing penulis selama menyelesaikan skripsi ini dan telah memberikan masukan yang sangat bermanfaat bagi penulis.

2. M. Fauzan, ST. MT., sebagai dosen pembimbing kedua yang telah memberikan banyak ilmu, bimbingan dalam penyelesaian skripsi, dan persiapan untuk menghadapi dunia kerja.

3. Sutoyo, STP, M.Si, sebagai dosen penguji yang telah memberikan masukan yang bermanfaat, baik untuk penulis maupun untuk skripsi ini.

4. Staf Tata Usaha Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Pak Atip, Bu Dahlia, Pak Udin, serta Staf Tata Usaha Fakultas Teknologi Pertanian yang telah membantu penulis dalam hal administrasi.

5. Orang tua, Kakak Novia, Abang Riyadi, Abang Harklan, dan semua keluarga Siagian dan Aruan yang selama ini telah mendukung dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

6. Teman-teman MFA yang setiap hari berjuang dalam penyelesaian project, M. Hafiz Abdillah, Yessy Ratnasari, M. Fakhril, Septiana W., dan Rafdi Azra 7. Teman-teman satu angkatan, satu perjuangan, Teknik Sipil dan Lingkungan

Institut Pertanian Bogor angkatan 46 yang tidak dapat disebutkan satu per satu, untuk setiap cerita membangun, semangat, dan dukungannya.

8. Seluruh teman-teman, PMK, Rohkris 81, Ganezvara Dhiprarastra, Carvedium 7, rekan-rekan IPB, dan yang tidak bisa disebutkan satu per satu, untuk setiap motivasi yang telah diberikan.

Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang Teknik Sipil dan Lingkungan.

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR LAMPIRAN vi

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 4

Tujuan Penelitian 4

Manfaat Penelitian 4

Ruang Lingkup Penelitian 4

TINJAUAN PUSTAKA 5

Jembatan 5

Jembatan Frame 5

Kolom V 7

Box Girder 7

Filosofi Perencanaan 8

Rencana Tegangan Kerja 8

Rencana Keadaan Batas 8

Beban-beban Rencana 10

Beban Permanen 10

Beban Lalu Lintas 12

Beban Lingkungan 15

Gempa 16

Kombinasi Pembebanan 16

Beton Bertulang 18

Beton Prategang 19

METODE 20

Waktu dan Tempat 20

Bahan 22

Alat 22

HASIL DAN PEMBAHASAN 22

Perencanaan Struktur Atas dan Struktur Bawah 22

Perencanaaan Box Girder 23

Perencanaan Kolom “V” 24

Input Pembebanan 25

Hasil Gaya-Gaya Dalam 31

Kontrol Keamanan 33

Desain Tulangan 34

SIMPULAN DAN SARAN 36

Simpulan 36

Saran 37

DAFTAR PUSTAKA 37

LAMPIRAN 39

DAFTAR TABEL

1 Faktor Beban Tegangan Kerja dan Keadaan Batas Ultimit 9 2 Berat isi dan kerapatan massa untuk beban mati 11

3 Koefisien seret, CW 15

4 Kecepatan angin rencana, Vw 15

5 Ss dengan koefisien Fa 16

6 S1 dengan koefisien Fv 16

7 Kombinasi beban pada keadaan SLS dan keadaan ULS 17 8 Kombinasi pembebanan berdasarkan faktor beban SLS 25 9 Kombinasi Pembebanan berdasarkan faktor beban ULS 25

10 Hasil perhitungan tendon longitudinal 27

11 Akselerasi spektrum gempa 2010 30

12 Nilai gaya-gaya dalam maksimum kombinasi ULS 32 13 Nilai gaya-gaya dalam maksimum kombinasi SLS 32 14 Hasil perhitungan As box girder secara transversal 35 15 Hasil perhitungan tulangan lentur transversal box girder 35 16 Hasil perhitungan tulangan lentur longitudinal box girder 35 17 Hasil perhitungan Vc box girder secara transversal 36 18 Hasil perhitungan tulangan geser transversal box girder 36 19 Hasil perhitungan tulangan susut box girder 36

DAFTAR GAMBAR

1 Tipe-tipe jembatan 1

2 Peta respon spektra percepatan 0,2 detik (SS) di batuan dasar (SB) untuk

probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun 3

3 Peta respon spektra percepatan 1,0 detik (S1) di batuan dasar (SB) untuk

probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun 3

4 Perbandingan antara jembatan girder dan jembatan frame 5 5 Diagram geser dan distribusi momen pada kolom jembatan frame

terhadap beban merata 6

6 Tipe-tipe aplikasi jembatan frame 7

8 Tipikal penampang melintang jembatan gelagar kotak (box girder) 8

9 Pengaruh Primer dan Sekunder Pratekan 11

10 Penyebaran beban lajur “D” pada arah melintang 12

11 Truk “T” 13

12 Faktor beban dinamis untuk KEL pembebanan lajur “D” 13

13 Pembebanan pejalan kaki 14

14 Diagram tegangan-regangan pada penampang beton bertulang 18

15 Pembengkokan tulangan geser 18

16 Skematik beban torsi 19

17 Struktur girder prategang 19

18 Foto Udara Pulau Batam 20

19 Lokasi Proyek Fly Over Simpang Jam di Pulau Batam 21

20 Foto Udara Simpang Jam 21

21 Situasi Jalan Simpang Jam 21

22 Potongan Memanjang Jembatan 23

23 Potongan Melintang Jembatan 23

24 Hasil Pemodelan Struktur Jembatan menggunakan CSI Bridge 23

25 Perencanaan Variasi Kedalaman Box Girder 23

26 Dimensi Kolom “V” (a) penampang atas; (b) penampang bawah 24

27 Distribusi tendon dari tampak memanjang 27

28 Distribusi beban “D” secara transversal 28

29 Penginputan beban truk “T” 28

30 Beban tumbukan dari kendaraan arah memanjang 29 31 Beban tumbukan dari kendaraan arah melintang 29

32 Nilai suhu 29

33 Peta percepatan puncak (PGA) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun(a); Peta respon spektra percepatan 0,2 detik (SS) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun(b); Peta respon spektra percepatan 1,0 detik (S1) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun(c); Keterangan

nilai gravity berdasarkan warna gambar(d) 30

34 Grafik hasil respon spektrum 31

36 Gaya-gaya dalam akibat SLS (envelope) 32

37 Gaya-gaya dalam akibat ULS (envelope) 32

38 Tegangan akibat kombinasi SLS 33

39 Deformasi girder akibat beban sendiri (dead load) 33

40 Input data dalam program PCACOL 34

41 Diagram interaksi kolom “V” penampang (4 x 2) m 34 42 Permodelan 1 meter box girder dan hasil gaya-gaya dalam 35

DAFTAR LAMPIRAN

1 Daftar notasi 39

2 Perhitungan gempa 41

3 Perhitungan penulangan lentur 42

4 Perhitungan penulangan geser 43

5 Perhitungan penulangan torsi 44

6 Perhitungan tendon transversal girder 45

7 Tahapan penelitian 46

8 Kombinasi UDL 47

9 Distribusi tendon secara longitudinal 51

10 Distribusi tendon secara transversal 52

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Gerak laju dan pertumbuhan ekonomi, sosial, budaya dan lingkungan dipengaruhi oleh ketersediaan infrastruktur, seperti jembatan. Di samping itu pembangunan prasarana transportasi darat khususnya jembatan dapat memperkukuh kesatuan dan persatuan nasional untuk memantapkan pertahanan dan keamanan nasional dalam menuju masyarakat yang adil dan sejahtera, sebagaimana yang diamanatkan dalam UU No. 38 Tahun 2004 tentang Jalan.

Jembatan adalah suatu konstruksi yang berfungsi untuk menghubungkan dua bagian jalan yang terputus oleh adanya rintangan-rintangan seperti lembah yang dalam, alur sungai, danau, saluran irigasi, kali, jalan kereta api, jalan raya yang melintang tidak sebidang, dan lain sebagainya. Selain menjadi penghubung, jembatan juga dijadikan icon suatu kota. Klasifikasi tipe struktur jembatan secara umum (Agus 2001) ada 6 tipe (Gambar 1).

1. Jembatan gelagar (girder bridge)

2. Jembatan pelengkung/busur (arch bridge) 3. Jembatan rangka (truss bridge)

4. Jembatan portal (rigid frame bridge) 5. Jembatan gantung (suspension bridge)

6. Jembatan kabel (cable stayed bridge)

Gambar 1 Tipe-tipe jembatan

Penentuan bentuk struktur jembatan ada di tahap perencanaan. Perencanaan jembatan harus sesuai peraturan yang berlaku. Berdasarkan perkembangan teknologi saat ini, peraturan perencanaan yang dapat digunakan perencana adalah peraturan perencanaan jembatan dari BMS 1992, SNI T-02-2005, SNI T-12-2004, dan SNI 2833:2008. Pada pelaksanaan perencanaan teknis atau Detail Engineering Design (DED) jembatan standar maupun jembatan khusus harus memenuhi kriteria dasar perencanaan teknis berikut ini :

1. Kekuatan Unsur Struktural dan Stabilitas Keseluruhan

2

2. Kelayanan Struktur

Struktur harus berada dalam keadaan layanan pada beban batasan kelayanan. Hal ini berarti bahwa struktur tidak boleh mengalami retakan, lendutan atau getaran sedemikian rupa sehingga tidak menimbulkan kekhawatiran masyarakat, atau jembatan menjadi tidak layak digunakan.

3. Keawetan (Kesesuaian)

Tipe struktur yang dipilih harus sesuai dengan lingkungan, kondisi alam dan lokasi jembatan.

4. Kemudahan Pelaksanaan

Konstruksi harus mudah dilaksanakan sesuai dengan metode konstruksi yang tersedia, karena metode yang sulit dilaksanakan dapat menyebabkan keterlambatan waktu dan peningkatan biaya.

5. Ekonomis

Rencana termurah yang sesuai dengan pendanaan dan faktor-faktor utama lainnya adalah yang umumnya terpilih. Penekanan harus diberikan pada biaya umur total struktur yang mencakup biaya pemeliharaan dan pembangunan.

6. Bentuk Estetika

Struktur jembatan harus menyatu dengan alam sekitarnya dan menyenangkan untuk dilihat. Biasanya semakin tinggi nilai estetika struktur jembatan maka semakin tinggi pula biaya yang akan dipergunakan.

Keenam kriteria tersebut menjadi pertimbangan dalam memutuskan tipe jembatan, material, dan komponen jembatan yang akan digunakan. Sedangkan, faktor utama dalam mendapatkan hasil sesuai 6 kriteria tersebut terdapat pada pilihan keputusan dalam tahapan perencanaan, yaitu pilihan bentuk struktural, filosofi perencanaan, beban-beban rencana, cara analisis, dan besarnya bahan atau rencana akhir.

3 dapat diperoleh berdasarkan peta hazard gempa Indonesia terbaru yaitu peta hazard gempa Indonesia 2010.

Sumber : Departemen PU (2010)

Gambar 2 Peta respon spektra percepatan 0,2 detik (SS) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun

Sumber : Departemen PU (2010)

4

Perumusan Masalah

Berdasarkan kriteria dasar perencanaan teknis dan peraturan gempa terbaru tersebut, maka perlu dilakukan analisis dan desain jembatan menggunakan tipe struktur jembatan frame dengan komponen struktur yang dapat menjadi icon suatu kota sehingga dipilih komponen struktur berupa kolom “V” dan box girder. Jembatan ini perlu didesain sebagai jembatan tahan gempa berdasarkan peta hazard gempa terbaru yaitu tahun 2010 kemudian perlu dihitung kebutuhan tulangannya.

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis dan mendesain jembatan frame

dengan komponen struktur berupa kolom “V” dan box girder dengan mempertimbangkan beban gempa. Selain itu penelitian ini juga mendesain tulangan struktur beton berdasarkan nilai gaya-gaya dalam struktur jembatan.

Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah dapat mengaplikasikan Ilmu Teknik Sipil dan Lingkungan bagi bangsa dan jembatan yang didisain dapat menjadi icon di kota Batam.

Ruang Lingkup Penelitian

Berdasarkan referensi, data, dan waktu pelaksanaan penelitian dalam analisis dan desain struktur jembatan maka ruang lingkup permasalahan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Struktur jembatan yang ditinjau adalah balok V dan box girder

2. Analisis dan perhitungan struktur dilakukan dalam tiga dimensi dengan menggunakan beban permanen, beban lalu lintas, dan beban lingkungan berdasarkan peraturan Peraturan Perencanaan Jembatan (Brigde Design Code) BMS ’92 dengan revisi dari Pembebanan Untuk Jembatan (SNI T -02-2005) dan Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan (SNI T-12-2004) 3. Analisis gaya-gaya dalam dan desain jembatan dilakukan dengan bantuan

software CSI Bridge versi 15

4. Analisis beban gempa dilakukan dengan menggunakan analisis gempa dinamis dengan bantuan software CSI Bridge versi 15 berdasarkan Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Jembatan (SNI 03-2883-1992) dan Peta Hazard Gempa 2010

5

TINJAUAN PUSTAKA

Jembatan

Secara umum struktur jembatan dapat dibagi menjadi tiga bagian yang saling menopang satu sama lain sehingga tidak dapat dipisahkan sebagai suatu satu kesatuan (Ilham 2010), yaitu :

1. Struktur Atas (Superstructures)

Struktur atas dari suatu jembatan merupakan bagian yang menerima beban langsung. Struktur atas jembatan pada umumnya meliputi trotoar, slab lantai kendaraan, gelagar atau girder, balok diafragma, ikatan pengaku, dan tumpuan atau bearing.

2. Struktur Bawah (Substructures)

Struktur bawah dari suatu jembatan berfungsi untuk memikul seluruh beban struktur atas dan beban lain secara vertikal maupun horisontal yang ditimbulkan oleh tekanan tanah, gesekan pada tumpuan, dan lain sebagainya yang kemudian disalurkan ke pondasi. Selanjutnya, beban-beban tersebut akan disalurkan ke tanah oleh pondasi.

3. Pondasi (Foundation)

Pondasi dari suatu jembatan berfungsi untuk meneruskan beban jembatan ke tanah. Berdasarkan sistemnya, pondasi abutment atau pier jembatan dapat dibedakan menjadi beberapa macam jenis, antara lain pondasi telapak, pondasi sumuran, dan pondasi tiang.

Jembatan Frame

Seperti jembatan pada umumnya, jembatan frame terdiri dari pondasi, struktur bawah, dan struktur atas. Hal berbeda adalah jembatan frame memungkinkan konstruksi dek jembatan pada satu bentang tunggal dalam satu unit abutment, yaitu pada titik join antara abutment dan dek jembatan tidak ada, bahkan pemakaian bearing tidak diperlukan. Hal ini menyebabkan kedalaman struktur dek jembatan dapat dikurangi sehingga momen lentur jembatan dapat diperkecil nilainya. Selain itu, titik akhir kolom berada paling puncak jembatan sehingga pondasi dapat diperkecil. Sebagai hasil dari peningkatan profil longitudinal, pekerjaan tanah dapat dikurangi.

Sumber : Mondorf (2006)

6

monolit dan jembatan frame, asalkan dimensi struktur tidak melebihi batas yang timbul dari deformasi akibat suhu, susut usia dan rayap. Jembatan frame sensitif terhadap deformasi sehingga perhitungan pondasi harus tepat sehingga menghasilkan jembatan yang ekonomis karena akibat pembebanan vertikal menyebabkan reaksi vertikal dan horizontal dari tanah.

Jembatan frame memiliki banyak kesamaan dengan jembatan arch, tetapi jembatan arch biasanya dapat dirancang sedemikian rupa sehingga garis gaya akibat pembebanan mengikuti garis tengah lengkungan, sehingga termasuk dalam lengkungan penampang, sedangkan garis gaya pada jembatan frame sangat menyimpang dari garis frame pusat dan dalam kebanyakan kasus akan terletak jauh di luar penampang. Oleh karena itu, struktur jembatan frame sangat ditentukan oleh gaya normal dan momen lentur dalam menentukan dimensi akhir.

Sumber : Mondorf (2006)

Gambar 5 Diagram geser dan distribusi momen pada kolom jembatan frame terhadap beban merata

Struktur jembatan frame dapat dirancang pada satu span atau multi-span. Jembatan multi-span slab menerus atau girder dengan kolom tetap pada dek jembatan akan menimbulkan efek frame yang baik. Sedangkan, jembatan multi-span dengan kolom fleksibel, dek jembatan akan sedikit dipengaruhi oleh kolom di dek. Oleh karena itu, struktur seperti itu dapat disebut sebagai jembatan slab atau girder.

7

Sumber : Mondorf (2006)

Gambar 6 Tipe-tipe aplikasi jembatan frame

Kolom V

Kolom adalah batang tekan vertikal dari rangka (frame) struktural yang memikul beban dari balok. Kolom meneruskan beban-beban dari elevasi atas ke elevasi bawah hingga akhirnya sampai ke tanah melalui pondasi. Kolom merupakan komponen tekan, sehingga keruntuhan pada suatu kolom merupakan lokasi kritis yang menyebabkan runtuh (collapse) lantai yang bersangkutan, dan juga runtuh batas total (ultimate total collapse) seluruh struktur. Bentuk penampang kolom dapat bervariasi misalnya persegi, lingkaran, segienam, dan lainnya. Kolom V memiliki bentuk penampang persegi panjang namun ukuran penampang pada ujung dan pangkal berbeda dan posisi kolom membentuk sudut dari sumbu gravitasi serta berpasangan kolom membentuk bentuk V. Kolom V mengefektifkan penggunaan pondasi karena kolom V menopang girder dari 2 titik dengan 1 pondasi sehingga jumlah pondasi dapat dikurangi. Penggunaan jembatan frame dengan balok V di Indonesia belum umum digunakan. Contoh penggunaan kolom V di Indonesia adalah jembatan fly over di Simpang Semanggi, Jakarta.

Gambar 7 Jembatan balok V di Simpang Semanggi, Jakarta

Box Girder

8

Bentang sederhana sepanjang 40 ft (± 12 m) menggunakan tipe ini, akan tetapi biasanya bentang gelagar kotak beton bertulang lebih ekonomis antara 60 ft sampai dengan 100 ft (± 18 m sampai dengan 30 m) dan biasanya didesain sebagai struktur menerus di atas pilar atau kolom. Gelagar kotak beton prategang dalam desain biasanya lebih menguntungkan untuk bentang menerus dengan panjang bentang ± 300 ft (± 100 m). Keunggulan dari gelagar kotak adalah tahan terhadap beban torsi.

Gambar 8 Tipikal penampang melintang jembatan gelagar kotak (box girder)

Filosofi Perencanaan Rencana Tegangan Kerja

Rencana tegangan kerja menggunakan prinsip sebagai berikut :

Tegangan kerja ≤Tegangan ijin= _{Faktor keamanan (SF)}Tegangan ultimit

Kritik utama untuk cara rencana tegangan kerja adalah kurang efisien dalam mencapai tingkat keamanan yang konsisten bila faktor keamanan digunakan pada bahan saja.

Rencana Keadaan Batas

Rencana keadaan batas memperhitungkan semua fungsi bentuk struktur, yaitu:

1. Tingkat pembebanan dan bentuk keruntuhan, yaitu pada keadaan batas ultimit yang selanjutnya disebut ULS (Ultimate Limit State) dan pada keadaan batas kelayanan yang selanjutnya disebut SLS (Service Limit State) 2. Faktor keamanan merata, artinya terbagi antara beban dan bahan yang

mengizinkan ketidak-pastian pada masing-masing diperhitungkan, yaitu :

KR x kapasitas nominal ≥KU x beban nominal ′ ≥ ′

Dimana :

KR _{= Faktor reduksi kekuatan}

KU _{= Faktor beban}

9 Berikut adalah tabel perbandingan antara faktor beban akibat rencana tegangan kerja dan keadaaan batas ultimit :

10

- Lihat penjelasan di peraturan a_{Sumber : SNI T-02-2005}

Beban-beban Rencana

Peraturan pembebanan yang dipakai adalah berdasarkan BMS (1992) dan dikoreksi dengan peraturan pembebanan terbaru SNI T-02-2005. Berikut adalah macam-macam pembebanan yang terjadi pada jembatan.

Beban Permanen 1. Beban Sendiri

11 Tabel 2 Berat isi dan kerapatan massa untuk beban matia

No. Bahan Berat / Satuan Isi

2. Beban Mati Tambahan

Beban mati tambahan adalah berat semua elemen tidak struktural yang dapat bervariasi selama umur jembatan seperti:

 Perawatan permukaan khusus

 Pelapisan ulang dianggap sebesar 50 mm aspal beton (hanya digunakan dalam kasus menyimpang dan dianggap nominal 22 kN/m3)

 Sandaran, pagar pengaman, dan penghalang beton

 Tanda-tanda

 Perlengkapan umum seperti pipa air dan penyaluran (kosong atau penuh) 3. Susut dan Rangkak

Susut dan rangkak menyebabkan momen, geser, dan reaksi ke dalam komponen tertahan.

4. Pengaruh Pratekan

Pratekan menyebabkan pengaruh primer dan pengaruh sekunder dalam komponen tertahan dan struktur tidak tertentu (Gambar 9)

Sumber : BMS (1992)

Gambar 9 Pengaruh Primer dan Sekunder Pratekan 5. Tekanan Tanah

12

Beban Lalu Lintas

1. Beban Kendaraan Rencana

Beban kendaraan mempunyai tiga komponen, yaitu:

 Komponen vertikal

 Komponen rem

 Komponen sentrifugal (untuk jembatan melengkung) 2. Beban Lajur “D”

Pembebanan lajur “D” ditempatkan melintang pada lebar penuh dari jalan

kendaraan jembatan dan menghasilkan pengaruh pada jembatan yang ekuivalen dengan rangkaian kendaraan sebenarnya. Jumlah total pembebanan

lajut “D” yang ditempatkan tergantung pada lebar jalan kendaraan jembatan. Umumnya, pembebanan “D” akan menentukan untuk bentang sedang sampai panjang. Beban lajur “D” terdiri dari:

 Beban terbagi rata atau Uniformly Distributed Load (UDL) dengan intensitas q kPa, dengan q tergantung pada panjang yang dibebani total (L) sebagai berikut :

L ≤ 30 m; q = 9,0 kPa

L > 30 m; q = 9,0 0,5+15_L kPa

Beban UDL boleh ditempatkan dalam panjang terputus agar terjadi pengaruh maksimum. Dalam hal ini L adalah jumlah dari panjang

masing-masing beban terputus tersebut. Beban lajut “D” ditempatkan tegak lurus

terhadap arah lalu lintas (Gambar 10).

 Beban garis atau Knife Edge Load (KEL) sebesar p kN/m, ditempatkan dalam kedudukan sembarang sepanjang jembatan dan tegak lurus pada arah lalu lintas.

p=49,0 kN/m

Pada bentang menerus, KEL ditempatkan dalam kedudukan lateral sama yaitu tegak lurus arah lalu lintas pada dua bentang agar momen lentur negatif menjadi maksimum.

Sumber : SNI T-02-2005

13

3. Beban Truk “T”

Pembebanan truk “T” adalah kendaraan berat tunggal dengan tiga gandar

yang ditempatkan dalam kedudukan sembarang pada lajur lalu lintas rencana. Tiga gandar terdiri dari dua pembebanan bidang kontak yang dimaksud agar

mewakili pengaruh roda kendaraan berat. Hanya satu truk “T” boleh ditempatkan per lajur lalu lintas rencana. Umumnya, pembebanan “T” akan

menentukan untuk bentang pendek dan sistim lantai. Truk “T” ditunjukkan

dalam Gambar 11.

Sumber : SNI T-02-2005

Gambar 11 Truk “T” 4. Faktor Dinamis

 Faktor Beban Dinamik (FBD) merupakan hasil interaksi antara kendaraan yang bergerak dengan jembatan

 Pada pembebanan “D” digunakan grafik pada Gambar 12 untuk bentang tunggal panjang bentang ekuivalen diambil sama dengan panjang bentang sebenarnya.

Sumber : SNI T-02-2005

14

Sedangkan, untuk bentang menerus panjang bentang ekivalen LE diberikan rumus :

LE = _√Lav Lmax

Dimana :

Lav adalah panjang bentang rata-rata dan kelompok bentang yang disambungkan secara

menerus

Lmax adalah panjang bentang maksimum dalam kelompok bentang yang disambung

secara menerus

 Pada pembebanan truk “T” digunakan nilai 30%

5. Gaya Rem

Pengaruh ini diperhitungkan senilai dengan gaya rem 5% dari beban lajur “D”

yang dianggap ada pada semua jalur lalu lintas tanpa dikalikan dengan faktor beban dinamis dan dalam satu jurusan. Gaya rem tersebut dianggap bekerja horizontal dalam arah sumbu jembatan dengan titik tangkap setinggi 1,8 m di

atas permukaan lantai kendaraan. Beban lajur “D” disini jangan direduksi bila

panjang bentang melebihi 30 m digunakan q = 9 kPa. 6. Beban Pejalan Kaki

Intensitas beban pejalan kaki untuk jembatan jalan raya tergantung pada luas beban yang dipikul oleh unsure yang direncana. Bagaimanapun, lantai dan gelagar yang lansung memikul pejalan kaki harus direncanakan untuk 5 kPa. Intensitas beban untuk elemen lain diberikan dalam Gambar 13.

Sumber : SNI T-02-2005

Gambar 13 Pembebanan pejalan kaki 7. Beban Tumbuk untuk Penyangga Jembatan

Penyangga jembatan dalam daerah lalu lintas harus direncanakan agar menahan tumbukan sesaat atau dilengkapi dengan penghalang pengaman yang khusus direncanakan.

 Tumbukan kendaraan diambil sebagai beban statis ekuivalen sebesar 100 kN pada 10o _{terhadap garis pusat jalan pada tinggi sebesar 1,8 m.}

15 Beban Lingkungan

1. Penurunan

Jembatan direncanakan agar menampung perkiraan penurunan total dan diferensial sebagai pengaruh SLS.

2. Gaya Angin

 Jembatan-jembatan besar dan penting harus diselidiki secara khusus akibat pengaruh beban angin, termasuk respon dinamis jembatan

 Gaya nominal dan daya layan jembatan (kecuali rangka) akibat angin tergantung kecepatan angin rencana seperti:

TEW =0,0006 CW (VW)2 Ab (kN)

Dimana:

VW adalah kecepatan angin rencana (m/s) untuk keadaan batas yang ditinjau (Tabel 4)

CW adalah koefisien seret (Tabel 3)

Ab adalah luas koefisien bagian samping jembatan (m2)

Tabel 3 Koefisien sereta,C_W

Bangunan atas rangka 1,2

a_{Sumber : SNI T-02-2005;} b_{b = lebar keseluruhan jembatan dihitung dari sisi luar sandaran}

c = tinggi bangunan atas, termasuk tinggi bagian sandaran yang masif; c_{untuk harga antara}

b/d bisa diinterpolasi linier; d_{apabila bangunan atas mempunyai superelevasi, Cw harus}

dinaikkan sebesar 3% untuk setiap derajat superelevasi, dengan kenaikan maksimum 2,5%

Tabel 4 Kecepatan angin rencanaa_, V

Perubahan merata dalam suhu jembatan menghasilkan perpanjangan atau penyusutan seluruh panjang jembatan. Gerakan tersebut umumnya kecil di Indonesia, dan dapat diserap oleh perletakan dengan gaya cukup kecil yang disalurkan ke bangunan bawah oleh bangunan atas dengan bentang 100 m atau kurang. Pengaruh dari perpanjangan diferensial pada gelagar pratekan komposit/lantai beton dan gelagar baja/lantai beton dapat diabaikan pada ULS tetapi harus dipertimbangkan pada SLS.

4. Gaya Gempa

16

Gempa

Kriteria struktur tahan gempa yang ditetapkan oleh hampir seluruh standar perencanaan struktur adalah :

1. Mampu menahan gempa lemah tanpa terjadi kerusakan.

2. Kuat menahan gempa sedang tanpa rusak, tetapi beberapa bagian non struktural mungkin mengalami kerusakan

3. Tidak roboh menahan gempa kuat, walaupun bagian struktural mengalami kerusakan

Pemilihan cara menganalisis struktur tahan gempa diatur dalam SNI 03-2883-1992 tergantung pada tipe jembatan, besarnya koefisien akselerasi gempa dan tingkat kecermatan. Adapun cara menganalisi tersebut, yaitu analisis statis-semi dinamis atau dinamis sederhana terdiri dari metode beban seragam/koefisien gempa dan spektral moda tunggal, analisis rangka atau semi dinamis yaitu spektral moda majemuk, dan analisis dinamis yaitu riwayat waktu. Cara yang digunakan untuk analisis dinamis adalah cara respon spektra berdasarkan analisis riwayat waktu dan analisis moda, serta cara integral langsung yang menggunakan rumus pergerakan equation of motion. Tahapan perhitungan beban gempa terdapat pada Lampiran 2 dengan nilai kelas tanah berdasarkan ASCE (2010) pada Tabel 5 dan Tabel 6.

Tabel 5 Ss dengan koefisien Faa

Site Class Fa ( for short period / T = 0,2)

Tabel 6 S1 dengan koefisien Fva

Site Class Fv for T=1

17 Tabel 7 Kombinasi beban pada keadaan SLS dan keadaan ULSa

Aksi SLS ULS

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 Aksi Permanen :

Berat sendiri

Beban mati tambahan / utilitas

Gaya rem atau Gaya

sentrifugal x o o o o x o o o tekanan hidrostatis/ gaya apung

“x” berarti beban yang selalu aktif “o” berarti beban yang boleh

dikombinasikan dengan beban aktif, tunggal atau seperti yang ditunjukkan

(1)=aksi permanen “x” KBL + beban aktif “x” KBL + 1 beban “o” KBL

(2)=aksi permanen “x” KBL + beban aktif “x” KBL + 1 beban “o” KBL + 0,7 beban “o” KBL

(3)=aksi permanen “x” KBL + beban aktif “x” KBL + 1 beban “o” KBL + 0,5 beban

“o” KBL + 0,5 beban “o” KBL

aksi permanen “x” KBL + beban aktif “x” KBL + 1 beban “o” KBL

18

Beton Bertulang

Peraturan yang digunakan untuk perhitungan beton bertulang adalah SNI T-12-2004. Pengecekan kekuatan penampang dari struktur beton bertulang digunakan metoda perhitungan ultimit (ULS). Dengan demikian, gaya-gaya yang digunakan pada analisis kekuatan penampang adalah gaya-gaya terbesar hasil kombinasi gaya-gaya terfaktor. Tulangan pada box girder harus dihitung pada bagian top slab, web, dan bottom slab apabila luas penampang tiap bagian berbeda. Sedangkan pada kolom dapat dilakukan perhitungan satu kali apabila luas penampang kolom sama, tetapi jika berbeda dilakukan perhitungan pada luas penampang yang kecil. Perhitungan tulangan dilakukan terhadap lentur, geser, dan torsi.

Pada tulangan lentur, luas yang diperlukan diturunkan dari keseimbangan gaya-gaya dalam yang bekerja pada penampang seperti dijelaskan pada Gambar 14.

Sumber : SNI T-12-2004

Gambar 14 Diagram tegangan-regangan pada penampang beton bertulang Dengan menggunakan persamaan keseimbangan gaya tarik pada baja tulangan dan gaya tekan pada beton, maka tulangan girder dapat dihitung dengan langkah pada Lampiran 3.

Tulangan geser dihitung pada struktur yang memiliki nilai gaya geser. Keperluan tulangan geser pada balok dapat dihitung dengan langkah pada Lampiran 4. Tulangan geser harus dibengkokan dengan cukup baik dan merupakan sengkang tertutup.

Sumber : SNI T-12-2004

Gambar 15 Pembengkokan tulangan geser

19

Sumber : SNI T-12-2004

Gambar 16 Skematik beban torsi

Beton Prategang

Beton merupakan material yang kuat dalam menahan gaya tekan, namun lemah dalam menahan gaya tarik. Untuk mengurangi atau mencegah retak dapat dilakukan prestresioning terhadap tulangan-tulangan baja pada elemen beton bertulang, sehingga disebut beton prategang. Prategang menghasilkan sistem tegangan yang saling menyeimbangkan.

Berdasarkan SI-5212 Perilaku Struktur Beton Prategang, perhitungan tendon (tulangan yang dipakai untuk beton pratekan) dilakukan pada jembatan secara longitudinal dan transversal. Dengan ketentuan seperti pada Gambar 17.

Gambar 17 Struktur girder prategang

Perhitungan secara transversal dapat dilihat pada Lampiran 6. Perhitungan tendon secara longitudinal dapat menggunakan rumus :

1. Penampang girder top (atas)

20

2. Penampang girder bottom (bawah)

σt = -_AP x

-P .eb . yb

Iz +

M . y_b

Iz ⇔ P= M . yb

Iz - σb

(_Ax1 + eb . yb_Iz )

Dimana :

σt = Tegangan ijin

P = Total gaya yang bekerja

Ax = Luas Penampang

Iz = Inersia Penampang

M = Momen total

et = Jarak tendon atas ke titik berat penampang

eb = Jarak tendon bawah ke titik berat penampang

y_t = Jarak ujung top slab ke titik berat penampang

y_b = Jarak ujung bottom slab ke titik berat penampang

METODE

Waktu dan Tempat

Penelitian dilaksanakan pada bulan April sampai Juli 2013 di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Pengambilan data sekunder dilaksanakan pada bulan April 2013 dari PT. Portal Perkasa Engineering sebagai konsultan perencana utama proyek fly over Simpang Jam di kota Batam. Permodelan struktur, perhitungan analisis, desain tulangan dan penyusunan skripsi berlangsung dari bulan April sampai Juli 2013. Lokasi jembatan yang disain terdapat di Simpang Jam di kota Batam, secara lebih jelas lihat Gambar 18-21.

21

Gambar 19 Lokasi Proyek Fly Over Simpang Jam di Pulau Batam

Gambar 20 Foto Udara Simpang Jam

Gambar 21 Situasi Jalan Simpang Jam 009

009 009

010

011 008 008

008 008

008

007 010

012 012

A 008

010

Lokasi Pekerjaan Rencana

Fly Over Simpang

Nagoya

Bandara Batam Center

22

Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :

1. Peraturan perencanaan jembatan (Brigde Design Code) oleh BMS (1992) 2. Pembebanan untuk jembatan (SNI T-02-2005)

3. Perencanaan struktur beton untuk jembatan (SNI T-12-2004)

4. Standar perencanaan ketahanan gempa untuk jembatan (SNI 03-2883-1992) 5. ASCE 2010

6. Peta Hazard Gempa Indonesia 2010

7. AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, SI Units, Third Edition 2004

Alat

Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : 1. Laptop TOSHIBA Satellite L310

2. Program CSI Bridge versi 15 3. Program SAP2000 versi 14 4. Program PCACOL

5. Auto CAD 2010 6. Ms.Office 2010

Tahapan Penelitian

Tahapan penelitian dijelaskan oleh bagan alir pada Lampiran 7.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Perencanaan Struktur Atas dan Struktur Bawah

Preliminary dimensi jembatan dilakukan berdasarkan data yang diperoleh dari konsultan utama, pembacaan peraturan-peraturan mengenai jembatan, dan perbandingan dengan studi literatur lainnya sehingga menghasilkan beberapa keputusan perencanaan struktur jembatan. Perencanaan ini juga diputuskan berdasarkan kriteria desain jembatan kemudian dimodelkan dengan program CSI Bridge versi 15, sehingga jembatan yang dimodelkan untuk dianalisis adalah sebagai berikut :

1. Tipe jembatan adalah frame bridge monolite structure 2. Perencanaan struktur atas jembatan menggunakan box girder

3. Perencanaan struktur bawah jembatan menggunakan abutment dan kolom “V” 4. Material box girder adalah prestressed concrete mutu K-500

5. Material kolom “V” adalah reinforced concrete mutu K-350

6. Elevasi alignment jembatan 3% dengan perletakan rol di kedua abutment 7. Jembatan 3 lajur pada 1 jalur (1 lajur = 3,5 m) dan lebar total jembatan 12 m 8. Jumlah & pembagian panjang span adalah 5 span (37,5 – 15 – 45 – 15 – 37,5

23

Gambar 22 Potongan Memanjang Jembatan

Gambar 23 Potongan Melintang Jembatan

Gambar 24 Hasil Pemodelan Struktur Jembatan menggunakan CSI Bridge

Perencanaaan Box Girder

1. Dimensi Box Girder

 Lebar box girder : 12 m (konstan sepanjang bentang)

 Tinggi box girder : bervariasi dari 1,5 ~ 2,5 m

 Jumlah cell : 0 buah

 Tebal top slab : 0,3 m

 Tebal web : 0,45 m

 Tebal bottom slab : 0,25 m

 Variasi kedalaman :

Gambar 25 Perencanaan Variasi Kedalaman Box Girder

span 1 span 2 span 3 span 4 span 5

37,5 m 15 m 45 m 15 m 37,5 m

24

2. Spesifikasi material girder Beton K-500

 Kuat tekan karakteristik kubus usia 28 hari = 50 MPa

 Kuat tekan karakteristik silinder usia 28 hari, f`c = 0,83 x 50 = 41,5 MPa

 Modulus elastisitas = 4700 41,5 = 30277,632 MPa = 30277632 kN/m2

 Poissons’s ratio = 0,20

 Modulus geser = 12615680 kN/m2

 Koefisien muai suhu = 1,170E-05 /oC

 Berat spesifik = 25 kN/m3

 Massa spesifik = 2,5493 kg

Perencanaan Kolom “V”

1. Dimensi kolom “V”

 Dimensi penampang atas kolom adalah 2,5 x 6,0 m (Gambar 27a)

 Dimensi penampang bawah kolom adalah 2,0 x 4,0 m (Gambar 27b)

(a) (b)

Gambar 26 Dimensi Kolom “V” (a) penampang atas; (b) penampang bawah 2. Spesifikasi material kolom

Beton K-350

 Kuat tekan karakteristik kubus usia 28 hari = 35 MPa

 Kuat tekan karakteristik silinder usia 28 hari, f`c = 0,83 x 35= 29,05 MPa

 Modulus elastisitas =4700 29,05= 25332,084 MPa = 25332084 kN/m2

 Poissons’s ratio = 0,20

 Modulus geser = 10555035 kN/m2

 Koefisien muai suhu = 1,170E-05 /oC

 Berat spesifik = 25 kN/m3

25 Input Pembebanan

Jembatan didesain dengan umur rencana 100 tahun karena merupaka tipe jembatan khusus sehingga beban yang bekerja di jembatan dikombinasi dengan nilai faktor beban :

Tabel 8 Kombinasi pembebanan berdasarkan faktor beban SLS Nama

Kombinasi

Aksi Permanen Aksi Transien Aksi Khusus SW SDL PS D T BF TL WF EQ-X EQ-Y IF

Tabel 9 Kombinasi Pembebanan berdasarkan faktor beban ULS Nama

Kombinasi

Aksi Permanen Aksi Transien Aksi Khusus SW SDL PS D T BF TL WF EQ-X EQ-Y IF

26

Besarnya nilai beban-beban yang terjadi dapat dijabarkan dengan contoh perhitungan berikut:

2. Beban Mati Tambahan

 Aspal (beban area)

 Wc aspal = 22 kN/m3

 Berat aspal = Wc aspal x tebal aspal = 22 kN/m3 x 0,05 m = 1,1 kN/m2

 Parapet (beban garis)

 Wc parapet = 24 kN/m3

 Berat parapet = Wc parapet x Ag parapet = 24 kN/m3 x 0,385 m2 = 9,24 kN/m

3. Prategang

 Tendon yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut :

 d tendon = 0,5” = 12,7 mm = 0,0127 m

27 Tabel 10 Hasil perhitungan tendon longitudinal

Tendon

di-Penampang Jembatan Momen Ptop/

bottom (kN)

n Tendon

dipakai

A Iz Yt/Yb et/eb DL+LL

pier 7,3425 6,2701 0,8871 0,7521 50750 17231(t) _{156 10 x 5}–₁₉

Berdasarkan analisis yang dilakukan pada program CSI Bridge masih perlu ditambahkan tendon 1 x 5 – 19 yang ditarik dari masing-masing ujung jembatan agar nilai tegangan tarik dan tekan yang terjadi sesuai SNI T-12-2004. Jembatan akan dikontruksi dengan metoda balance cantilever sehingga tendon didistribusikan seperti pada Gambar 28 dan Lampiran 9.

Gambar 27 Distribusi tendon dari tampak memanjang

 Hasil perhitungan tendon transversal per 1 meter adalah 5 x 5 – 4 dengan perincian perhitungan :

28

 Terdiri dari 3 kombinasi secara transversal, dengan jarak dan intensitas beban sebagai berikut :

Gambar 28 Distribusi beban “D” secara transversal

 Total kombinasi adalah 93 kombinasi, dengan nilai q terbesar adalah 9,00 kN/m2 dan nilai q terkecil adalah 5,40 kN/m2. Beban ini dimasukkan dalam bentuk beban garis ke dalam program CSI Bridge sehingga dikalikan lebar lajur (3,5 m).

 Beban garis (p)

 p = intensitas p x lebar lajur = 49 kN/m x 3,5 m = 171,5 kN

 Beban p di dimasukkan dalam bentuk beban titik ke dalam program CSI Bridge sehingga dikalikan lebar lajur (3,5 m) dan dikalikan faktor dinamis senilai 1,4.

5. Beban Truk “T”, beban truk yang digunakan adalah truk 50 ton = 500 kN

Gambar 29 Penginputan beban truk “T”

6. Gaya Rem (beban titik)

 Gaya rem total = beban lajur “D” tertinggi x lebar lajur x panjang jembatan x 5%

Gambar . Distribusi beban “D” secara

29

Gambar 30 Beban tumbukan dari kendaraan arah memanjang

 Skenario 2

 IF-x = sin 10o _{x 100 kN} = 17,36 kN

 IF-y = cos 10o x 100 kN = 98,48 kN

Gambar 31 Beban tumbukan dari kendaraan arah melintang 8. Temperatur

 Data suhu :

 h = 1800 mm

 Tp = 12o C

 Tb = 5o C

 Grafik nilai suhu adalah sebagai berikut :

30

9. Beban Angin

 Data variabel beban angin :

 Cw = 1,25

 Vw = 25 m/s

 Ab = 551, 25 m2

 Hasil perhitungan :

 Tew total = 258,398 kN

 Tew per 4 kolom = 64,5995 kN 10. Beban Gempa

Jembatan yang didesain ini adalah tipe jembatan khusus sehingga perlu didisain dengan umur rencana 100 tahun. Oleh karena itu, pembebanan gempa yang dilakukan pun dikonversi menjadi 100 tahun dari data yang ada.

probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun(c); Keterangan nilai gravity berdasarkan warna gambar(d)

Berdasarkan data tersebut, hasil perhitungan respon spektrum di kota Batam adalah sebagai berikut :

Tabel 11 Akselerasi spektrum gempa 2010

31

Gambar 34 Grafik hasil respon spektrum

Hasil Gaya-Gaya Dalam 1. Gaya-Gaya Dalam Akibat Beban Mati (Berat Sendiri)

Gambar 35 Hasil gaya-gaya dalam akibat beban mati (berat sendiri) Kontrol perhitungan manual (contoh perhitungan):

32

2. Gaya-Gaya Dalam Akibat SLS dan ULS

Gambar 36 Gaya-gaya dalam akibat SLS (envelope) Tabel 12 Nilai gaya-gaya dalam maksimum kombinasi ULS

Tipe Kombinasi

P V2 V3 T M2 M3

(kN) (kN) (kN) (kNm) (kNm) (kNm) ULS-4a -20398,5 9735,711 -8,238 -16,99 117,44 -66298,6

Gambar 37 Gaya-gaya dalam akibat ULS (envelope) Tabel 13 Nilai gaya-gaya dalam maksimum kombinasi SLS

Tipe pada kombinasi 4a, dimana aksi tetap dikombinasikan dengan aksi transien (beban “D”) dan aksi khusus (tumbukan). Namun, nilai gaya-gaya dalam akibat kombinasi ULS lebih besar daripada kombinasi SLS. Hal ini dikarenakan kombinasi ULS dikalikan faktor pembebanan. Oleh karena itu, nilai kombinasi ULS digunakan untuk mendesain tulangan sedangkan nilai kombinasi SLS digunakan untuk mendesain tendon. Pada tipe struktur jembatan frame, perhitungan tulangan hanya berdasarkan nilai momen, gaya geser, dan gaya normal karena torsi ditopang oleh keseluruhan struktur. Sedangkan perhitungan tendon berdasarkan nilai momen.

33 Kontrol Keamanan

1. Kontrol Tegangan

Tegangan ijin pada jembatan ini adalah :

 Saat tertekan = 18,675 MPa = 18675 kN

 Saat tertarik = 3,221 MPa = 3221 kN

Gambar 38 Tegangan akibat kombinasi SLS

Berdasarkan grafik yang ditunjukkan pada Gambar 39, hasil tegangan saat tertarik adalah 3186,5799 kN dan tegangan saat tertekan adalah 12430,29 kN. Kedua nilai ini lebih kecil dibandingkan nilai tegangan ijin berdasarkan SNI T-12-2004 sehingga struktur jembatan yang didisain adalah aman terhadap retak.

2. Kontrol Lendutan

Lendutan yang diijinkan pada bentang terpanjang 45 m adalah 40 mm (SNI T-02-2005) sedangkan lendutan maksimum yang terjadi pada jembatan frame yang didesain adalah 19,3 mm sehingga jembatan ini kaku.

34

Desain Tulangan

Tulangan yang didesain untuk jembatan frame ini terdiri dari tulangan kolom

“V” dan tulangan box girder. Tulangan kolom “V” didapat dengan bantuan program PCACOL sedangkan tulangan box girder didapat dengan perhitungan manual dengan alur dan rumus yang tertulis di Lampiran 3 – Lampiran 5.

1. Tulangan Kolom “V”

Perhitungan kolom “V” dilakukan dengan penampang yang memiliki luas

penampang paling kecil sehingga tulangan dapat masuk ke penampang paling kecil dan mampu menopang gaya-gaya yang terjadi. Berikut adalah contoh data yang dimasukkan ke dalam program PCACOL dan hasil diagram interaksinya :

Gambar 40 Input data dalam program PCACOL

Gambar 41 Diagram interaksi kolom “V” penampang (4 x 2) m

Berdasarkan data yang telah dimasukkan menunjukkan hasil bahwa kebutuhan tulangan kolom “V” untuk menahan lentur (gaya akibat M3) digunakan tulangan D25-150 dan untuk menahan geser (gaya akibat V2) digunakan tulangan D16-150.

2. Tulangan Box Girder

35

Gambar 42 Permodelan 1 meter box girder dan hasil gaya-gaya dalam Berdasarkan nilai gaya-gaya dalam tersebut diperoleh jenis tulangan yang berbeda pada tiap bagian girder agar mampu menopang gaya-gaya yang terjadi. Hasil perhitungan tulangan lentur, bagian top slab, digunakan tulangan D19-100 pada sisi tariknya (atas) sedangkan pada sisi tekan digunakan dua kali jarak dari tulangan tarik (atas) yaitu D19-200 pada sepanjang arah transversal dan longitudinal jembatan. Sedangkan hasil perhitungan tulangan lentur, bagian web dan bottom slab, digunakan tulangan D16-150. Dan pada hasil perhitungan tulangan geser hanya pada bagian web yang membutuhkan tulangan geser dan tulangan susut sehingga digunakan tulangan D16-150 juga. Perhitungan detail ditunjukkan tabel-tabel berikut : Tabel 14 Hasil perhitungan As box girder secara transversal

Tipe Tabel 15 Hasil perhitungan tulangan lentur transversal box girder

Tipe

36

Tabel 17 Hasil perhitungan Vc box girder secara transversal Tipe Balok Vu

Tabel 18 Hasil perhitungan tulangan geser transversal box girder Tipe Balok ØVs

Bottom Slab -7,94E+05 Tak Perlu

Sengkang 0 0 -

Web -2,18E+05 Hitung

Sengkang 16 402,124 D16-150 Tabel 19 Hasil perhitungan tulangan susut box girder

Tipe Balok Tulangan pakai

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa jembatan frame dengan komponen struktur berupa kolom “V” dan box girder terhadap beban gempa memiliki:

1. Gaya-gaya dalam maksimum terjadi pada kombinasi ULS-4a dan SLS-4a dimana aksi tetap dikombinasikan dengan aksi transien (beban “D”) dan aksi khusus (tumbukan). Pada kombinasi ULS, nilai momen maksimum adalah 66298,6 kNm dan nilai gaya geser 9735,711 kN. Sedangkan pada kombinasi SLS, nilai momen maksimum adalah 37494 kNm dan nilai gaya geser 6346,73 kN. Nilai torsi pada tipe struktur jembatan frame dapat diabaikan. 2. Kebutuhan tulangan box girder untuk menahan lentur berbeda-beda, bagian

37 bagian web dengan jenis tulangan D16-150 untuk tulangan geser dan tulangan susut.

3. Kebutuhan tulangan kolom “V” untuk menahan lentur digunakan tulangan D25-150 dan untuk menahan menahan geser digunakan tulangan D16-150 4. Kebutuhan tendon secara transversal digunakan tendon 5 x 5 – 4. Sedangkan,

secara longitudinal digunakan tendon 10 x 5 – 19 pada tumpuan kolom, tendon 6 x 5 – 19 pada tengah jembatan utama, tendon 8 x 5 – 19 pada tengah span 1 dan span 5, dan tendon 1 x 5 – 19 yang ditarik dari masing-masing ujung jembatan

Saran

Setelah menyelesaikan penelitian ini sebaiknya penelitian ini dilanjutkan dengan menganalisis dengan metode pushover analysis agar gaya-gaya dalam pada setiap tahapan kontruksi dapat diketahui nilainya dan dapat terukur kekuatan struktur pada tahap konstruksi.

DAFTAR PUSTAKA

[AASHTO] American Association of State Highway and Transportation Officials. (US). 2004. LRFD Bridge Design Specifications, SI Units, Third Edition.Washington DC (US) : AASHTO

Agus, Iqbal. 2001. Dasar-Dasar Perencanaan Jembatan Beton Bertulang. Jakarta (ID) : Departemen Pekerjaan Umum

[ASCE] American Society of Civil Engineers. 2010. Minimum Design Loads for Buildings and Others Structures ASCE 7-10. Virginia (US): ASCE

[BSN] Badan Standardisasi Nasional. 2004. SNI T-12-2004. Perencanaan struktur beton untuk jembatan. Jakarta (ID) : BSN

[BSN] Badan Standardisasi Nasional. 2005. SNI T-03-2005. Perencanaan struktur baja untuk jembatan. Jakarta (ID) : BSN

[BSN] Badan Standardisasi Nasional. 2008. SNI 2833:2008. Standar perencanaan ketahanan gempa untuk jembatan. Jakarta (ID) : BSN

Budiono, Bambang. 2011. Konsep SNI Gempa 1726-201X [Seminar]. Bandung (ID) : Institut Teknologi Bandung

Chen Wai-Fah, Lian Duan. 2000. Bridge Engineering 1 Handbook. Washington

[DPU] Departemen Pekerjaan Umum. 2010. Peta Hazard Gempa Indonesia. Jakarta (ID) : DPU

38

Ilham MN. 2010. Bridge Engineer and Building Structure Engineer. [terhubung berkala]. http://www.mnoerilham.blogspot.com. [04 April 2013]

Imran, Iswandi. 2006. SI-5212 Perilaku Struktur Beton Prategang. Bandung (ID): Institut Teknologi Bandung

39 Lampiran 1 Daftar notasi

αt Rasio penampang ijin

a Luas tendon total

Ag Luas penampang bersih Al Luas penampang sepanjang l Aps Luas baja prestress bersih As Luas baja tulangan bersih total Ast Luas satu baja tulangan bersih At Luas penampang sepanjang t Av Luas 2 kali tulangan geser

b Panjang penampang tegak lurus arah gaya

bw Lebar slab geser

d Diameter

DL Dead Load

dps Diameter baja prestress

Fa Kelas situs percepatan situs 0,2 detik dan besarnya Ss

fc' Kuat tekan beton

fps Kuat tarik prestress fpu Kuat tekan prestress fu Kapasitas prestress

Fv Kelas situs percepatan situs 1,0 detik dan besarnya S1

fy Kuat leleh baja

h Panjang penampang selurus arah gaya atau ketinggian

l Panjang

S1 Percepatan batuan dasar perioda pendek 0,2 detik Sa0 Akselerasi Spektrum pada t ke-0

Sai Akselerasi Spektrum pada t ke-i

Sd1 Gempa desain untuk struktur pada perioda 1,0 detik

Sds Gempa desain untuk struktur pada perioda pendek 0,2 detik Sm1 Percepatan gempa maksimum pada perioda 1,0 detik

Sms Percepatan gempa maksimum pada perioda pendek 0,2 detik Ss Percepatan batuan dasar perioda 1,0 detik

t Waktu

T0 Waktu ke-0

T1 Waktu ke-1

40

Lampiran 1 Lanjutan

Tc Kekuatan torsi beton

Tn Gaya torsi nominal

Tp Titik suhu atas (puncak)

Ts Selisih gaya torsi nominal dan kekuatan torsi beton

Tu Torsi Ultimit

Vc Kekuatan geser beton

Vn Gaya geser nominal

Vs Selisih gaya geser nominal dan kekuatan geser beton

Vu Geser Ultimit

Wc Berat sendiri

x Panjang searah sumbu x

x1 Panjang searah sumbu x dikurangi jarak tulangan dari tepi

y Panjang searah sumbu y

y1 Panjang searah sumbu y dikurangi jarak tulangan dari tepi

ρ Koefisien baja

ρps Koefisien baja prestress

41 Lampiran 2 Perhitungan gempa

Tentukan umur rencana jembatan

Ambil nilai PGA, T(0,2), T(1,0) dari Peta Hazard Gempa 2010

Tentukan kelas tanah berdasarkan ASCE 2010 Diperoleh SA, SF, Fa, Fv, Ss, S1

Hitung nilai percepatan gempa maksimum Sms = Ss x Fa

Sm1 = S1 x Fv

Hitung gempa desain untuk struktur

Periode ulang gempa = 100 tahun (11/12 dari 2500 tahun)

Sds = 11/12 Sms

Sd1 = 11/12 Sm1

Kinerja minimum = life safety

Buat grafik respons spektrum, dimana:

 To = 0,2 Sd1 / Sds

 Ts = Sd1 / Sds

 Sao = 0,4 Sds

 Sai = Sd1 / ti

42

Lampiran 3 Perhitungan penulangan lentur

YA

Perbesar penampang

TIDAK

TIDAK



<



max

Gunakan



Hitung luas tulangan susut As = 0,0018 lpenampang d Hitung luas tulangan tarik dan tekan

As = bd

Gunakan



min

YA Cek nilai 



<



min

Tentukan Momen Ultimit (Mu)

Tentukan rasio tulangan tarik () dengan tulangan tekan (’) balok

Hitung tinggi blok tekan beton (a) Asumsi Fs = Fy

a = As x fy 0,85 x fc'_{x b}

43

Lampiran 4 Perhitungan penulangan geser

Hitung gaya geser nominal (Vn) : Vn = , Dimana : = 0,6

Hitung Vs Vs = Vn – Vc

Hitung jarak tulangan geser (s) :

s = Dimana Av = 2 

Kontrol jarak tulangan geser :

s ½ d s 600 mm s

Cek penulangan tulangan geser

Ukuran balok diperbesar Tentukan gaya geser terfaktor (Vu)

44

Lampiran 5 Perhitungan penulangan torsi

Hitung Ts Ts = Tn – Tc

Hitung luas tulangan torsi memanjang

Al =

Dimana : dan

Luas tulangan yang digunakan As = ¼ d2 Tentukan Momen Torsi (Tu)

Cek apakah perlu tulangan Torsi

45 Lampiran 6 Perhitungan tendon transversal girder

Tentukan Momen Ultimit (Mu)

Tentukan Momen Nominal (Mn) Mn = Mu / Ø

Hitung kekuatan tendon yang dibutuhkan, P

 Mn = 0,85 a b fc’ (d-a/2)

 a = P + As fy

0,85 fc'_b

 d = P dps + As fy ds

P + As fy

Pilih tendon, dapat nilai fpu, Ast

Hitung Aps

 fps = �

Aps

 ρp = Aps

dps

 fps = fpu 1-0,5 ρpfpu_fc ’

Hitung jumlah tendon (n) n = Aps

46

Lampiran 7 Tahapan penelitian

MULAI

Pengumpulan data

Menyusun Laporan

SELESAI

 Peraturan AASHTO

 BMS ‘92

 SNI

Permodelan Jembatan Input Pembebanan Input Beban Gempa CSI Bridge versi 15 dan SAP2000 versi 14

Prelimanary Dimensi

Desain Tulangan Gaya-Gaya Dalam

 Data dari Surveyor

 Konsultan PT. Portal Perkasa Engineering

Kontrol Manual

Tegangan

Lendutan

AMAN

Lampiran 8 Kombinasi UDL

a 21.477273 21.477273 14.573864

b 18.025568 21.477273 18.025568

Lampiran 8 Lanjutan a

a 21.477273 21.477273 14.573864

b 18.025568 21.477273 18.025568

Lampiran 8 Lanjutan b

a 20.596154 20.596154 13.975962

b 17.286058 20.596154 17.286058

c 13.975962 20.596154 20.596154

a 20.596154 20.596154 13.975962

b 17.286058 20.596154 17.286058

Lampiran 8 Lanjutan c

a 20.596154 20.596154 13.975962

b 17.286058 20.596154 17.286058

c 13.975962 20.596154 20.596154

a 20.596154 20.596154 13.975962

b 17.286058 20.596154 17.286058

Lampiran 8 Lanjutan d

Nama Kombinasi

1 2 3 4 5 Tipe Kombinasi

L (m) q

(kN/m2)

q pakai (kN/m2)

q pada lajur- (kN/m)

37.5 15 45 15 37.5 1 2 3 4 5 1 2 3

29 1 3 4 5 37.5 45 15 37.5 135 5.5 5.5

a 19.25 19.25 13.0625

b 16.15625 19.25 16.15625

c 13.0625 19.25 19.25

30 2 3 4 5 15 45 15 37.5 112.5 5.7 5.7

a 19.95 19.95 13.5375

b 16.74375 19.95 16.74375

c 13.5375 19.95 19.95

31 1 2 3 4 5 37.5 15 45 15 37.5 150 5.4 5.4

a 18.9 18.9 12.825

b 15.8625 18.9 15.8625

Lampiran 11 Tulangan Girder (a) dan Kolom (b)

(a)

(b)

61

RIWAYAT HIDUP

Sisca Veronica Siagian lahir di Jakarta, 21 Agustus 1991 dari Ayah B. Siagian dan Ibu R. Aruan, sebagai anak ketiga dari tiga bersaudara. Penulis memulai pendidikan di SD Negeri 04 Pagi Jakarta (1997-2003), kemudian melanjutkan ke SMP Negeri 49 Jakarta (2003-2006). Penulis menamatkan SMA pada tahun 2009 dari SMA Negeri 81 Jakarta, dan pada tahun yang sama diterima di Institut Pertanian Bogor. Penulis memilih Program Studi Teknik Sipil dan Lingkungan, Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian.

Selama masa kemahasiswaan, penulis aktif dalam berbagai kegiatan seperti menjadi panitia SIL-EXPO 2011 dan panitia Pekan Orientasi Mahasiswa Baru SIL (PONDASI). Penulis juga aktif di organisasi sosial dan kerohanian dan telah menjadi Koordinator Pelayanan Komisi Pelayanan Siswa UKM PMK IPB periode 2011-2012 dan Badan Pengurus Harian UKM PMK IPB periode 2012-2013.

Selain organisasi, penulis juga memiliki prestasi akademik selama masa kemahasiswaan yaitu juara I Evolusi of “Lebak Kantin” di Indonesian Lanscape Architechture Student Workshop 2012. Di samping itu, pada tahun 2010-2012, penulis aktif menjadi tenaga pengajar sukarela di SMA/SMP di Bogor. Penulis juga pernah menjadi asisten mata kuliah Analisis Struktur pada tahun 2012. Penulis juga aktif memperlengkapi diri lewat pelatihan software (seperti: MIDAS Civil, SAP2000, AutoCAD), seminar/diskusi (seperti: “Indonesia International Infrastructure Conference and Exhibion 2012” dan “Visioning The Future through High Speed Train 2012”), kursus pembinaan profesi dari FAM-PII Cabang Bogor, dan telah menjadi peserta leadership terbaik di “Reds Academy Entrepreneurship and Leadership 2010”.