Perencanaan_Gelagar.docx

D. Perencanaan Gelagar

Sebagaimana lingkup bahasan pada bab I. bahwa gelagar jembatan yang akan digunakan adalah Baja Profil WF-beam untuk beberapa bentang pendek dengan memperhitungkan beban lalulintas biasa atau 70% dari Pembebanan Bina Marga (BM-70) sesuai PPPJJR’1987. Sebagai contoh perhitungan diambil jembatan dengan panjang 16 meter, dan selanjutnya melalui program perhitungan tersebut data panjang jembatan diganti untuk memperoleh hasil perhitungan dari beberapa bentang jembatan pendek.

Berdasarkan data perencanaan pada` Pasal IV.A, gelagar jembatan direncanakan menggunakan Baja profil WF-beam sesuai SNI 07-7178-2006. Lebar lantai kendaraan 3,600 meter dan direncanakan menggunakan empat buah gelagar baja profil WF-beam, sehingga jarak antara gelagar 1,200 meter.

1. Pemilihan Baja Profil WF-Beam

Pemilihan baja profil terpakai dilakukan setelah melalui beberapa kali percobaan perhitungan, berdasarkan rencana panjang jembatan (gelagar) 16 meter (bentang 15,40 m + tumpuan 2 x 0,30 m) diperoleh kebutuhan gelagar menggunakan Baja Profil WF-Beam Bj. P. 41, dengan data sebagai berikut: WF. 600.200.11.17 (BjP. 41)

2. Parameter Penampang Komposit

Berdasarkan data yang telah ada yaitu data pelat beton dan data baja profil maka selanjutnya dilakukan perhitungan parameter penampang gabungan beton-baja (kondisi ekstrim pada gelagar bagian tengah), data sebagai berikut:

Data Beton: Data Baja:

WF. 600.200.11.17 (BjP. 41)

Angka Ekivalensi, n=ES EC

=9,5

Gambar 72. Parameter Penampang Komposit Tabel 24. Daftar parameter penampang komposit

Jarak garis netral terhadap dasar/alas,

A Ay

y

 _

, = 561,10

Jarak garis netral beton thdp garis netral komposit,

(dc = hs – y + ½ hc), 138,90

Jarak garis netral baja thdp garis netral komposit,

(ds = y - ½ hs), 261,10

Jarak serat tekan beton thdp garis netral komposit,

(ycu = hs + hc – y), 238,90

Jarak serat tarik baja thdp garis netral komposit,

(ysl = y), 561,10

Momen Inersia Komposit, (I = Ipers – F . y2), 226387

Modulus Penampang Beton, (Zc = I / ycu), 9476

Modulus Penampang Baja, (Zs = I / ysl), 4035

3. Analisis Pembebanan Struktur Penampang

Pembebanan mengacu pada PPPJJR’1987 - BM. 70%. Analisis beban terhadap struktur dilakukan dengan memperhatikan metode pelaksanaan, baik sistem dengan penopang (Propped System) maupun sistem tanpa penopang (Unpropped System).

Adapun beban-beban yang bekerja pada gelagar penampang komposit, sesuai Gambar 73. Sebagai berikut:

Gambar 73. Pembebanan gelagar komposit a. Pembebanan sebelum aksi komposit:

Akibat beban mati:

- Berat sendiri beton (pelat lantai):

qc = ( 200 x 1200 x 25 ) x 10-6 = 6,000 kN/m

- Berat sendiri baja profil (diafragma+alat sambung):

qs = G x 120% = (106 x 1,20) x 10-2 = 1,272 kN/m

Total beban mati (qDpre) = 7,272 kN/m

- Momen akibat beban mati: MDpre =

1 8qDprel

2

= 1₈7,272 .15,42 = 215,578 kNm

- Gaya Lintang akibat beban mati: DDpre =

1 2qDprel

❑

= 1₂7,272. 15,4❑ = 55,994 kN

b. Beban-beban setelah Aksi Komposit: Akibat beban mati:

- Beban aspal (asumsi tebal 50 mm),

qasp = (bc x tasp x γasp) = (1200 . 50 . 22) = 1,320 kN/m

- Beban air hujan (asumsi tebal 50 mm),

qair = (bc x tair x γair) = (1200 . 50 . 10) = 0,600 kN/m

Total beban mati (qDpost) = 1,920 kN/m

MDpost = 1 8qDpostl 2 = 1₈1,920 .15,42 = 56,918 kNm

- Gaya Lintang akibat beban finishing: DDpost = 1 2qDpostl ❑ = 1₂1,920. 15,4❑ = 14,784 kN

Akibat beban hidup: - Beban hidup merata,

qLpost = (bc/lebar lajur) x ( qL x 70%)

= (1,200/2,750 x ( 22 x 70%)) = 6,720 kN/m - Momen akibat beban hidup merata:

MLpost-1 = 1 8qLpostl 2 = 1₈6,720 .15,42 = 199,214 kNm

- Gaya Lintang akibat beban hidup merata: DLpost-1 = 1 2qLpostl ❑ = 1₂6,720 .15,4❑ = 51,744 kNm

- Beban hidup garis/titik,

PLpost = (bc/lebar lajur) x ( PL x 70%)

= (1,200/2,750 x (120 x 70%) = 36,655 kN/m - Pengaruh Kejut terhadap beban garis/titik, K

= KP = { 1 + (20/(50+15,4))} x PL = 1,306 kN/m

- Beban hidup garis/titik + Pengaruh kejut, PLpost

PLpost = 36,655 x 1,306 = 47, 864 kN/m

- Momen akibat beban garis/titik + pengaruh kejut: MLpost-2 = 1 4PLpostl ❑ = 1₄47,864 . 15,4❑ = 184,276 kNm

- Gaya Lintang akibat beban garis/titik + pengaruh kejut: DLpost-2 =

1

2PLpost❑

❑

= 1₂47,864 = 23,932 kN

Posisi gaya-gaya dalam (momen layan dan momen terfaktor, serta gaya lintang layan dan gaya lintang terfaktor) keseluruhan pada kondisi ektrim, sesuai Gambar 74. Dan Gambar 75., sebagai berikut:

Gambar 75. Diagram bidang gaya lintang pada gelagar 4. Perhitungan Berdasarkan Prinsip Elastisitas,

Berdasarkan prinsip elastisitas maka tegangan kerja maksimum yang terjadi pada bagian paling atas beton dan bagian paling bawah baja, adalah:

a. Sistem dengan penopang (propped system): Tegangan tekan beton maksimum yang terjadi:

f’c.ytj =

M_Dpre+M_Lpost Zc x1 n = (215,587+440,409) 10 6 9476 . 103 x 1 9,5

f’c.ytj = 7,287 MPa < f’c.ijin = 9,000 MPa  oke

Tegangan tarik baja maksimum yang terjadi:

fs.ytj =

M_Dpre+M_Lpost Zs = (215,587+440,409) 10 6 4035. 103

Dari hasil tegangan yang terjadi maka direkomendasikan bahwa baja profil WF. 600.200.11.17 (BjP.41) dapat digunakan untuk gelagar jembatan panjang 16,00 m (bentang 15,40 m), dengan pelaksanaan menggunakan penopang (propped system).

b. Sistem tanpa penopang (unpropped system): Tegangan tekan beton maksimum yang terjadi:

f’c.ytj =

M_Lpost Zc x1 n = (440,409)10 6 9476 .103 x 1 9,5

f’c.ytj = 4,892 MPa < f’c.ijin = 9,000 MPa  oke

Tegangan tarik baja maksimum yang terjadi:

fs.ytj =

M_Dpre Zx +MLpre Zs = 215,587 . 10 6 2590. 103 + 440,409 .106 4035 .103

fs.ytj = 192,390 MPa > fs.ijin = 167,000 MPa  tidak memenuhi

Dari hasil tegangan yang terjadi maka direkomendasikan bahwa baja profil WF. 600.200.11.17 (BjP.41) dapat digunakan untuk gelagar jembatan panjang 16,00 m (bentang 15,40 m), dengan pelaksanaan tanpa menggunakan penopang (unpropped system). Dari hasil perhitungan dapat digunakan baja profil WF. 600.300.12.20 (BjP.41).

5. Perhitungan Berdasarkan Prinsip Plastisitas

Berdasarkan prinsip plastisitas atau kekuatan batas maka dapat dihitung kemampuan maksimum (momen nominal) penampang sebagai perlawanan terhadap beban batas (momen terfaktor) yang terjadi, (syarat: Ø Mn ≥ Mu).

Perhitungan didasarkan pada metode pelaksanaan dengan penopang (propped system). Terdapat dua kondisi kemungkinan yang terjadi:

a. Kondisi I (Gambar 76.) seluruh/sebagian penampang beton menerima tegangan tekan dan seluruh penampang baja profil menerima tegangan tarik. Garis netral jatuh dalam penampang beton atau tepat pada bidang atas baja.

Gambar 76. Diagram tegangan prinsip plastisitas kondisi I.

b. Kondisi II (Gambar 77.) seluruh penampang beton dan baja bagian atas menerima tegangan tekan dan baja bagian bawah menerima tegangan tarik. Garis netral jatuh dalam penampang baja, setinggi y dari sisi atas baja.

Gambar 77. Diagram tegangan prinsip plastisitas kondisi II. Gaya tekan batas oleh penampang beton:

Cc = 0,85 f’c bc . hc

= (0,85 . 20 . 1200 . 20) 103 _{= 4080 kN}

Gaya tarik batas oleh penampang baja:

Karena: Cc = 4080 kN > Ts = 3360 kN, maka: y ≥ hs atau garis netral jatuh

dalam penampang beton, sehingga gaya koppel ditentukan oleh kekuatan baja, yaitu sebesar 3360 kN. Prinsip keseimbangan gaya tekan dengan gaya tarik, maka diambil: C = T = 3360 kN, lihat diagram Gambar 76. (kondisi I). Tinggi blok tekan beton:

a = _{0,85 f '}C❑

cbc =

3360 .103

0,85. 20 1200

= 164,706 mm Lengan momen dalam (jarak antara gaya tekan Cc dengan gaya tarik Ts):

z = (hc – ½ a) + ½ hs

= (600 - ½ . 164,706) + ½ . 600 = 417,647 mm Momen nominal penampang komposit:

Mn = C . z = T . z

= (3360 x 417,647) 10-3 _{= 1403,294 kNm}

Ø Mn = 0,80 x 1403,294 = 1122,635 kNm

Syarat: Ø Mn = 1122,635 kNm ≥ Mu = 940,581 kNm.  oke

Dari hasil momen pikul penampang yang terjadi maka direkomendasikan bahwa baja profil WF. 600.200.11.17 (BjP.41) dapat digunakan untuk gelagar jembatan panjang 16,00 m (bentang 15,40 m), dengan pelaksanaan menggunakan penopang (propped system).

6. Kemampuan Baja Profil WF-Beam

Dengan cara perhitungan seperti diuraikan di atas, maka diperoleh kemampuan dari beberapa ukuran baja profil WF-beam, untuk menjadi bahan gelagar jembatan atau berbagai panjang jembatan. Hasil dan resume perhitungan disajikan secara tabelaris, sebagaimana Lampiran 17.

7. Kontrol Lendutan Yang Terjadi

Lendutan maksimum yang diizinkan adalah sebesar: δmaks = l

360 = 15,400 . 10

3

Lendutan yang terjadi: dengan penopang (propped system): δytj = 5

384.

(

qDpre+qDpost+qLpost

)

l

4 E I + 1 48.

(

PLpost

)

l 3 E I =

(

5 384 (7,272+1,920+6,720) 15,44 200000 .226387 + 1 48 (36,655 )15,43 200000 . 226387

)

10 8

δytj = 33,781 mm < δmaks = 42,778 mm  oke

Dari lendutan yang terjadi, direkomendasikan bahwa baja profil WF. 600. 200.11.17 (BjP.41) dapat digunakan untuk gelagar jembatan panjang 16,00 m (bentang 15,40 m), sistem pelaksanaan dengan penopang (propped system).

8. Kebutuhan Penghubung Geser

Penghubung geser yang akan digunakan adalah jenis paku lurus (straigth stud), untuk menahan gaya lintang total yang terjadi:

Gaya lintang pada ujung tumpuan:

Dtump = (Dpre + Dpost) = (55,994 + 90,460) = 146,454 kN

Gaya lintang pada tengah lapangan:

Dlap = (DLpost-2) = (½ PLpost) = 0,5 . 47,864 = 23,932 kN

Data paku penghubung geser yang digunakan:

Gambar 78. Penghubung geser paku

Mutu paku, Bj. 41

Jumlah paku untuk satu baris, np = 2 buah,

Tinggi paku, H = 120 mm, Diameter paku, d = 22 mm.

Kekuatan paku satu baris:

= 2 (3,1623 .120 . 22

√

9) = 50090,83 N Q2 = n_p

(

17,3925 d2

√

f '_{c .ijin}

)

= 2

(

17,3925 .222

√

9

)

= 50507,82 N Dipakai nilai terkecil: Q = 50090,83 N

Gaya geser memanjang (longitudinal), pada ujung tumpuan: q =

(

Ac .eq. dc

)

I x D =

(

h_c. b_c. d_c

₎

/n I x D = (200 . 1200 .139) /9,5 226387 . 104 x 146,454 . 103 = 227,014 N/mm

Jarak barisan paku:

x = Q_q = 50090,83_227,014 = 221 mm

Dipakai jarak baris penghubung geser paku, pada daerah tumpuan: x = 200 mm. Gaya geser memanjang (longitudinal), pada tengah lapangan:

q =

(

Ac .eq. dc

)

I x D =

(

h_c. b_c. d_c

)

/n I x D = (200 . 1200 .139) /9,5 226387 . 104 x 23,932 . 10 3 _{= 37,096 N/mm}

Jarak barisan paku:

x = Q

q =

50090,83

37,096 = 1350 mm.

Persyaratan jarak barisan paku maksimum sesuai RSNI T-03-2005, adalah: jarak paku, x ≤ 600 mm, atau x ≤ 2 x hc = 2 x 200 = 400 mm, atau x ≤ 4 H = 4 x 120 = 480 mm. Diambil nilai terkecil x = 400 mm.

Penerapan jarak baris penghubung geser paku disepanjang gelagar didistribusi-kan secara proporsional, dimulai dari tumpuan dengan jarak x = 200 mm sampai dengan tengah lapangan dengan jarak x = 400 mm.

E. Hasil dan Pembahasan

Rangkuman hasil perencanaan terhadap kemampuan gelagar baja profil WF-beam, sebagaimana diperlihatkan pada Tabel 26. dan Gambar 78., berikut: Tabel 26. Daftar kemampuan gelagar baja profil WF-beam

Ukuran Baja Profil WF-Beam 30 0. 17 5. 7. 9 35 0. 17 5. 7. 11 40 0. 20 0. 8. 13 45 0. 20 0. 9. 14 50 0. 20 0. 10 .1 6 60 0. 20 0. 11 .1 7 60 0. 30 0. 12 .2 0 70 0. 30 0. 13 .2 4 80 0. 30 0. 14 .2 6 90 0. 30 0. 16 .2 8 Metode

Perhitungan Panjang Jembatan (m)

Elastisitas (Unpropped) Elastisitas (Propped) Plastisitas (Propped)

Gambar 78. Hubungan ukuran baja profil dengan panjang jembatan

Tabel 26. dan Gambar 78. memperlihatkan bahwa dari berbagai ukuran baja profil WF-beam sesuai SNI 07-7178-2006,

dapat dijadikan sebagai bahan gelagar jembatan dari panjang jembatan 6 meter sampai dengan 30 meter.

Dari tiga jenis metode perhitungan, hasil perhitungan menunjukkan bahwa kemampuan baja profil WF-beam, yaitu untuk ukuran WF. 900.300.16.28. dapat menjadi gelagar jembatan sepanjang 30 meter, dengan menggunakan metode perhitungan prinsip plastisitas dan system pelaksanaan dengan penopang.

Hubungan antara panjang dengan berat gelagar jembatan dari masing-masing metode perhitungan (tiga metode), diperlihatkan pada Gambar 79., sebagai berikut:

Gambar 79. Hubungan panjang dengan berat gelagar jembatan

Metode perhitungan berdasarkan prinsip plastisitas dengan sistem pelaksanaan tanpa penopang, yaitu: untuk panjang jembatan 10 meter maka dibutuhkan gelagar seberat 2126 kg (213 kg per meter jembatan), sedangkan untuk panjang jembatan 25 meter dibutuhkan gelagar seberat 15950 kg (638 kg per meter jembatan). Sebagai perbandingan dengan metode perhitungan prinsip elastisitas, diperoleh: sistem dengan penopang untuk

panjang jembatan 10 meter, seberat 2247 kg (225 kg per meter jembatan) dan untuk panjang jembatan 25 meter seberat 22271 kg (891 kg per meter jembatan). Sistem tanpa penopang untuk panjang jembatan 10 meter seberat 2748 kg (275 kg per meter jembatan), dan untuk panjang jembatan 25 meter seberat 22700 kg (908 kg per meter jembatan).

BAB V

KESIMPULAN A. Kesimpulan

Hasil studi perencanaan bangunan atas jembatan, disimpulkan sebagai berikut:

1. Hasil perencanaan dari kedua metode, yaitu: prinsip elastisitas maupun prinsip plastisitas, diperoleh hasil yang berbeda. Hal disebabkan oleh asumsi pembebanan maupun asumsi tegangan yang digunakan berbeda satu sama lain. 2. Acuan perencanaan terhadap asumsi pelaksanaan, baik sistem dengan penopang

(Propped system) maupun system tanpa penopang (Unpropped system), juga diperoleh hasil yang berbeda satu sama lainnya. Hal disebabkan sistem dengan penopang, penampang komposit memikul seluru beban yang terjadi, sedang system tanpa penopang hanya sebagian beban (beban hidup) saja yang dipikul oleh penampang komposit.

3. Kebutuhan ukuran baja profil untuk panjang jembatan tertentu tidak sama untuk masing-masing metode atau sistem perencanaan. Untuk baja profil WF-300.175.7.9., diperoleh berturut-turut metode plastisitas system dengan penopang, metode elastistas system dengan penopang dan metode elastistas system tanpa penopang, panjang jembatan: 7,50 m, 7,50 m dan 6,00 m. Baja profil WF-600.200.11.17. diperoleh: 17,50 m, 16,00 m dan 14,50 m. Baja profil WF-900.300.16.28. diperoleh: 30,00 m, 26,50 m dan 26,50 m. Hasil selengkapnya pada Tabel 26. dan Gambar 78.

B. Saran-Saran

Berdasarkan proses dan hasil perencanaan, maka disarankan, sebagai berikut: 1. Perlu dilakukan pertimbangan yang mendalam terhadap asumsi perencanaan hubungannya dengan sistem pelaksanaan, yang menyesuaikan dengan kondisi lokasi setempat, terkait kemungkinan efisiensi dengan atau tanpa penopang. 2. Perlu studi lebih lanjut untuk perencanaan bangunan bawah yang praktis dan

DAFTAR PUSTAKA

---, . Standard, Spesifikasi, Peraturan dan Pedoman terkait Material dan Perencanaan Jembatan. Litbang Pekerjaan Umum, Badan Standarisasi Nasional, Yayasan Badan Penerbit PU., Jakarta.

Anonim, 1987. Pedoman Perencanaan Pembebanan Jembatan Jalan Raya. Yayasan Badan Penerbit PU., Jakarta.

Anonim, 1992. Bridge Design Manual (Panduan Perencanaan). Bridge Management System 1992, Jakarta.

Anonim, 2005. Pembebanan untuk Jembatan (RSNI T-02-2005), Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan (RSNI T-12-2004), Perencanaan Struktur Baja untuk Jembatan (RSNI T-03-2005), Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Jembatan (SNI 03-2833-200x). Badan Standarisasi Nasional, Puslitbang Jalan dan Jembatan Departemen PU, Jakarta.

Amon, Rene dkk, 2000. Perencanaan Kontruksi Baja Untuk Insinyur dan Arsitek. Edisi Pertama. Terjemahan oleh Handoyo Ridwan. Jakarta.

Black, John, 1981. Urban Transport Planning. Croom Helm, London.

Dipohusodo, I. 1999. Struktur Beton Bertulang. PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Gideon H., Kusuma, 1984. Perencanaan Bangunan Baja. Penerbit UKP, Surabaya. Kuzmanovic, B.O. & Willems, N. 1987. Steel Design for Structural Engineers.

Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey.

McGregor, J. G. 1997. Reinforced Concrete; Mechanics and Design. Prentice Hall, New Jersey.

Nawy, E.G., 1985. Reinforced Concrete Fundamental Approach. McGraw-Hill, New York. Rupang, Nicodemus, 2002. Penampang Komposit (Composite Beam). Hand Out

-Perkuliahan Struktur Beton III Fakultas Teknik Universitas Tadulako, Palu. Salmon, C.G., and Johnson, J.E., 1980. Steel Structure Design and Behavior.

Spiegel, L. and Limbrunner, G.F., 1994. Desain Baja Struktural Terapan. Terjemahan: Ir. Bambang Suryoatmono, M.Sc. PT. Ersco, Bandung.

Sunggono, 1995. Teknik Sipil. PT. NOVA, Bandung.

Supriyadi, B, 1997. Analisis Struktur Jembatan. Biro Penerbit KMTS FT UGM, Yogyakarta.

Wang, C. K. & Salmon, C. G. 1985. Reinforced Concrete Design. Harper & Row, New York.

VIS, W. C. & Kusuma, G., 1993. Dasar-dasar Perencanaan Beton Bertulang. Penerbit Erlangga, Jakarta.

Brockenbrough., R.L., and Johnston, C., 1981. Steel Design Manual. USS Corporation.

(Ferdinan L.Singer dan Andrew Pytel, 1985). Nawy, 1985).

Murdock (1986), Tjokrodimuljo (1996), (Ir. Tri Mulyono, MT)

SNI 03-2834-1993 Tata cara pembuatan rencana campuran beton normal