BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2016

(1)

PERENCANAAN JEMBATAN KOMPOSIT METODE LRFD

(LOAD AND RESISTANCE FACTOR DESIGN)

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil

Disusun oleh :

110404070

HER AFRIYANDI

Pembimbing :

Ir. TORANG SITORUS, M.T

NIP. 19571002 198601 1 001

BIDANG STUDI STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2016

(2)

ABSTRAK

Jembatan adalah suatu struktur yang berfungsi sebagai lintasan untuk memperpendek jarak dengan menyeberangi suatu rintangan tanpa menutup rintangan itu sendiri. Perencanaan jembatan komposit mengasumsi bahwa baja dan beton bekerja sama. Dalam perencanaan struktur baja dikenal dua macam filosofi desain yang sering digunakan, yaitu desain tegangan kerja (Allowable

Stress Design, ASD) dan desain keadaan batas (Load and Resitance Factor Design, LRFD). Metode LRFD sebenarnya merupakan suatu metode yang baru,

namun di Indonesia relatif masih jarang disentuh oleh kalangan akademisi maupun praktisi di lapangan.

Beban-beban yang dipakai untuk merencanakan jembatan ini akan mengacu pada peraturan RSNI T-02-2005. RSNI T-02-2005 merupakan peraturan pembaruan dari BMS 1992 karena besar beban lalu lintas yang terjadi di lapangan semakin lama semakin meningkat.

Dari hasil analisa dan perhitungan jembatan komposit ini akan diperoleh beban ultimit yang dapat ditahan oleh balok komposit, momen ultimit yang terjadi akibat adanya beban ultimit, dan juga untuk mengetahui besarnya lendutan sehingga jembatan aman digunakan.

(3)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

DAFTAR ISI ... ii

DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR GAMBAR... viii

DAFTAR NOTASI ... x

KATA PENGANTAR... xiii

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang ... 1

I.2 Perumusan Masalah ... 3

I.3 Tujuan ... 3

I.4 Pembatasan Masalah ... 4

I.5 Metodologi Penelitian ... 4

I.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II STUDI PUSTAKA II.1 Umum ... 6

II.2 Komponen Jembatan ... 6

II.2.1 Komponen struktur atas ... 6

II.2.2 Komponen struktur bawah ... 7

II.2.3 Komponen pelengkap ... 8

II.3 Alternatif Pemilihan Jenis Struktur ... 9

II.3.1 Struktur atas jembatan ... 9

II.3.2 Struktur bawah jembatan ... 9

II.3.2.1 Pangkal jembatan (abutment) ... 9

(4)

II.4 Sifat Bahan Baja ... 10

II.5 Sifat Bahan Beton ... 12

II.6 Pembebanan Jembatan... 13

II.6.1 Aksi tetap ... 14

II.6.2 Aksi transien ... 16

II.6.3 Aksi lingkungan ... 24

II.6.4 Aksi khusus (Beban gempa) ... 32

II.7 Kombinasi Pembebanan ... 36

II.8 Komponen Struktur Komposit (Beton dan Baja) ... 38

II.9 Lebar Efektif Balok Komposit ... 40

II.10 Desain LRFD Struktur Komposit ... 41

II.10.1 Pengertian ... 41

II.10.2 Faktor tahanan ... 42

II.10.3 Kuat lentur nominal ... 43

II.10.4 Komponen memikul geser ... 51

II.10.5 Penghubung geser ... 56

II.11 Lendutan ... 58

II.12 Sambungan ... 60

II.13 Teori momen maksimum beban gandar ... 62

BAB III METODOLOGI PENELITIAN III.1 Bagan Alir ... 63

III.2 Studi literatur ... 63

III.3 Spesifikasi jembatan ... 64

III.1.4 Desain ... 64

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Data Konstruksi ... 73

IV.2 Perencanaan Pelat Lantai ... 73

IV.2.1 Perhitungan beban dan momen ... 74

(5)

IV.2.3 Pemeriksaan momen nominal pelat lantai ... 80

IV.2.3.1 Tulangan satu lapis ... 80

IV.2.3.2 Tulangan rangkap ... 81

IV.2.4 Lendutan pelat lantai ... 83

IV.2.5 Pemeriksaan geser pons pelat lantai ... 85

IV.3 Perencanaan Trotoar ... 87

IV.3.2 Penulangan ... 88

IV.4 Perencanaan sandaran ... 89

IV.4.2 Penulangan ... 92

IV.5 Penampang Kompak ... 93

IV.5.1 Pembebanan ... 93

IV.5.1.1 Aksi tetap... 93

IV.5.1.2 Aksi transien ... 99

IV.5.1.3 Aksi lingkungan ... 105

IV.5.1.4 Aksi khusus (beban gempa) ... 109

IV.5.2 Kombinasi pembebanan ... 111

IV.6 Sebelum Komposit ... 112

IV.6.1 Penampang kompak ... 112

IV.6.1.1 Analisa tegangan lentur ... 112

IV.6.1.2 Analisa tegangan geser ... 113

IV.6.2 Penampang tidak kompak ... 117

IV.6.3 Penampang langsing ... 121

IV.7 Sesudah Komposit ... 126

IV.7.1 Analisa tegangan lentur... 126

(6)

IV.7.3 Analisa lendutaan ... 132

IV.8 Shear connector ... 134

IV.9 Sambungan ... 136

IV.9.1 Sambungan jarak 4 meter ... 137

IV.9.1.1 Sambungan sayap (flens) ... 137

IV.9.1.2 Sambungan badan (web) ... 138

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan ... 142

V.1 Saran ... 143

(7)

DAFTAR TABEL

Tabel Judul Halaman

Tabel 2.1 Jenis tipe jembatan 9

Tabel 2.2 Jenis abutment jembatan 9

Tabel 2.3 Jenis-jenis pondasi 10

Tabel 2.4 Sifat mekanis baja struktural 11

Tabel 2.5 Berat isi untuk beban mati 14

Tabel 2.6 Faktor beban untuk berat sendiri 15

Tabel 2.7 Faktor beban mati tambahan 15

Tabel 2.8 Faktor beban akibat beban lajur “D” 16

Tabel 2.9 Jumlah lajur lalu lintas rencana 17

Tabel 2.10 Faktor beban akibat pembebanan truk “T” 20

Tabel 2.11 Faktor distribusi untuk pembebanan truk “T” 22

Tabel 2.12 Faktor beban akibat gaya rem 23

Tabel 2.13 Faktor beban akibat pejalan kaki 24

Tabel 2.14 Faktor beban akibat pengaruh temperatur/suhu 24

Tabel 2.15 Temperatur jembatan rata-rata nominal 25

Tabel 2.16 Sifat bahan rata-rata akibat pengaruh temperatur 25

Tabel 2.17 Faktor beban akibat beban angin 26

Tabel 2.18 Koefisien seret 27

Tabel 2.19 Kecepatan angin rencana 27

Tabel 2.20 Faktor beban akibat gesekan pada perletakan 27

(8)

Tabel 2.22 Faktor beban akibat aliran air, benda hanyutan 28 dan tumbukan dengan batang kayu

Tabel 2.23 Periode ulang banjir untuk kecepatan air 29

Tabel 2.24 Lendutan ekuivalen untuk tumbukan batang kayu 32

Tabel 2.25 Kategori kinerja seismik 34

Tabel 2.26 Prosedur analisis berdasarkan kategori 34

perilaku seismik (A-D)

Tabel 2.27 Faktor tipe bangunan 34

Tabel 2.28 Koefisien profil tanah 35

Tabel 2.29 Akselerasi PGA di batuan dasar 36

Tabel 2.30 Kombinasi beban umum untuk keadaan batas ultimit 37 Tabel 2.31 Faktor reduksi (Ф) untuk keadaan kekuatan batas 42 Tabel 2.32 Batasan defleksi berdasarkan BMS (l=panjang bentang) 59

Tabel 2.33 Tipe-tipe baut 60

Tabel 4.1 Momen inersia pelat lantai dengan floor deck 83

Tabel 4.2 Menghitung inersia gelagar 105

Tabel 4.3 Kombinasi gaya momen penampang kompak 111

Tabel 4.4 Kombinasi gaya geser penampang kompak 111

Tabel 4.5 Menentukan letak garis netral 127

(9)

DAFTAR GAMBAR

Tabel Judul Halaman

Gambar 2.1 Beban lajur “D” 18

Gambar 2.2 Beban “D” : beban terbagi rata vs panjang bentang 18 yang dibebani

Gambar 2.3 Faktor beban dinamis untuk beban garis untuk 19 Pembebanan lajur “D”

Gambar 2.4 Penyebaran pembebanan pada arah melintang 20

Gambar 2.5 Pembebanan truk “T” 21

Gambar 2.6 Koefisien seret dan angkat untuk bermacam-macam 30 bentuk pilar

Gambar 2.7 Luas proyeksi pilar untuk gaya-gaya aliran 30

Gambar 2.8 Prosedur analisis tahan gempa 33

Gambar 2.9 Struktur balok tidak komposit 39

Gambar 2.10 Struktur balok Komposit 40

Gambar 2.11 Lebar efektif balok komposit 41

Gambar 2.12 Kuat lentur nominal berdasarkan distribusi 49 tegangan plastis

Gambar 2.13 Penampang melintang dek baja gelombang 58

Gambar 2.14 Tata letak baut 61

Gambar 2.15 Beban gandar 62

Gambar 2.16 Penempatan beban gandar 62

Gambar 4.1 Tampak melintang 73

Gambar 4.2 Berat sendiri 74

(10)

Gambar 4.4 Penempatan beban truk “T” 77

Gambar 4.5 Dimensi floor deck 79

Gambar 4.6 Diagrama regangan dan tegangan tulangan satu lapis 80 Gambar 4.7 Diagram regangan dan tegangan tulangan rangkap 81

Gambar 4.8 Bidang penyebaran tekanan roda 86

Gambar 4.9 trotoar 87

Gambar 4.10 Sandaran 90

Gambar 4.11 Penampang pipa 90

Gambar 4.12 Beban pada pipa 90

Gambar 4.13 Pembebanan perbalok 93

Gambar 4.14 Penyebaran gaya rem 103

Gambar 4.15 Penyebaran angin 106

Gambar 4.16 Tegangan geser pada badan tampang gelagar 113

Gambar 4.17 Balok komposit 127

Gambar 4.18 Pemasangan shear connector 136

Gambar 4.19 Sambungan sayap pada titik 16 meter 141

(11)

DAFTAR NOTASI

A = Luas penampang

Ac = Luas pelat beton

As = Luas profil baja

Aw = Luas kotor pelat badan

Asc = Luas stud connector

Atr = Luas transformasi

C = Gaya tekan pada beton

Cb = Faktor pengali momen lentur nominal

Cw = Momen inersia pilin

E = Modulus elastisitas baja Ec = Modulus elastisitas beton

G = Modulus geser

Is = Inersia profil baja

Io = Inersia penampang

Ix = Inersia arah sumbu x

Itr = Inersia transformasi J = Konstanta puntir torsi

MA = momen pada ¼ bentang tak terkekang

MB = momen pada tengah bentang tak terkekang

(12)

Mn = Momen nominal

Mp = Momen plastis

Mu = Momen ultimit

Mmax = Momen maksimum pada bentang yang ditinjau

N = Jumlah penghubung geser Qn = Kekuatan stud connector

Rn = Tahanan nominal

Sx = Modulus penampang elastis

T = Gaya tarik pada profil baja

Vc = Kuat geser nominal yang disumbangkan oleh beton

Vh = Gaya geser horizontal

Vn = Geser nominal

Vu = Gaya geser ultimit

Zx = Modulus penampang plastis

a = Sumbu netral plastis

bE = Lebar efektif balok komposit

bo = Jarak antar balok

d = Tinggi profil baja

d1 = jarak dari pusat berat balok ke pusat berat plastis

fr = Tegangan sisa

(13)

fy = Tegangan leleh baja

f’c = Kuat tekan beton l = Panjang bentang

n = Rasio modulus

pll = Beban hidup terpusat

qu = Beban ultimit

qdl = Beban mati terbagi rata

qll = Beban hidup terbagi rata

ry = Jari-jari girasi

ts = Tebal slab

y = Lengan momen

ya = Jarak dari pusat berat komposit ke atas balok

yb = Jarak dari pusat berat komposit ke bawah balok

α = Koefisien muai panjang ϕ = Faktor reduksi

µ = Angka poisson

δijin = Lendutan ijin

δMS = Lendutan akibat berat sendiri

δd = Lendutan akibat berat diafragma

δMA = Lendutan akibat beban mati tambahan

(14)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir yang berjudul

PERENCANAAN JEMBATAN KOMPOSIT METODE LRFD (Load and Resistance Factor Design) ini dimaksudkan untuk memenuhi syarat penyelesaian

Pendidikan Sarjana di bidang Sub Jurusan Struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Sehubungan dengan selesainya tugas akhir ini, penulis menyampaikan terimakasih sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Sanci Barus,M.T. sebagai koordinator Sub Jurusan Struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir.Torang Sitorus, M.T., sebagai Dosen Pembimbing yang telah

banyak memberikan masukan dan ilmu dalam penyusunan tugas akhir ini. 5. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, M.T. dan Ibu Nursyamsi, S.T.,M.T.

sebagai dosen pembanding dan penguji penulis.

6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

8. Kedua orang tua saya, Ayahanda Herlan, Amd.Kep. dan Ibunda Dewita Murni, yang tak pernah berhenti memberikan doa, dukungan, motivasi, kasih sayang dan segalanya selama ini.

(15)

9. Adik-adik saya, Febri Heryandani, Marjeli Hertumurni, Aldo Hermayanda dan Aisyah Herdesabila. Serta seluruh keluarga besar saya yang selalu mendukung dan membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

10. Seluruh keluarga saya, sipil 2011, yang telah banyak membantu saya hingga selesainya Tugas Akhir ini.

11. Buat teman-teman saya Zulfuadi Lubis, Adriansyah Pami Rahman Siregar, Ahmad Amanu SS, M. Arief Rizqy, Reza Kurniawan, Aulia Alfahmi, Tommy Diaz Iskandar, Rico Ardiansyah, M. Agus Hanafi Sipahutar, Ahmad Rivaldi Novril dan Surya Darma Lubis terima kasih atas dukungannya selama ini.

12. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

Saya menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.

Akhir kata saya mengucapkan terimakasih, dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan para pembaca.

Medan, Januari 2016 Penulis