OPTIMASI GEOMETRI PADA JEMBATAN RANGKA BAJA 60 M
TIPE WARREN
Risty Mavonda Pathopang
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Gunadarma risty_mavondap@studentsite.gunadarma.ac.id
ABSTRAK
Optimasi perlu dilakukan dalam perencanaan suatu jembatan agar jembatan yang dibangun tersebut menjadi ekonomis tanpa mengabaikan peraturan-peraturan yang berlaku. Optimasi dapat dilakukan dengan berbagai macam, salah satunya adalah optimasi geometri dimana variabel bebas dari optimasi ini adalah letak koordinat titik dan penampang batang. Jembatan yang dioptimasi dalam penelitian ini adalah Jembatan Rangka Baja tipe Warren murni dengan panjang 60 m dan lebar 8,7 m. Jembatan Rangka tipe Warren ini merupakan tipe jembatan rangka baja yang umum digunakan, dimana jembatan ini memiliki tiga komponen yang saling membentuk segitiga sama sisi. Proses optimasi dilakukan dengan cara membuat 135 model jembatan dengan variasi tinggi dan panjang spasi agar didapatkan model jembatan yang paling optimum dimana memiliki berat paling ringan namun tetap memenuhi persyaratan. Kriteria model jembatan yang digunakan adalah jembatan dengan tinggi 5 m sampai dengan 7 m dengan diskritisasi tinggi sebesar 0,25 m. Panjang spasi yang digunakan untuk model dimulai dengan jembatan dengan jumlah 20 span/spasi/segitiga sampai dengan 6 span dengan diskritisasi span sebesar 1 span. Diskritisasi span terhenti di 9 spasi karena bila jumlah spasi kurang dari 6 span maka panjang batang rangka akan lebih dari 12 m, dan dalam penelitian ini panjang batang rangka dibatasi sampai 12 m sesuai dengan panjang baja dipasaran. Pembebanan yang digunakan adalah beban mati dan beban hidup berdasarkan RSNI T-02-2005. Jembatan hasil optimasi ini adalah jembatan dengan tinggi 7 m dengan panjang tiap spasi sebesar 8,571 m dengan berat total rangka batang sebesar 27690,814 kg.
Kata kunci : Jembatan, Optimasi Geometri, Rangka, Warren
PENDAHULUAN
Jembatan rangka baja merupakan sistem struktur yang khas dimana struktur ini dianggap hanya terjadi gaya aksial (gaya tekan atau gaya tarik) pada batangnya. Anggapan ini memberikan asumsi di titik simpul yang merupakan titik tangkap beban, tidak terjadi gaya momen, gaya geser ataupun torsi. Pada kenyataannya, struktur rangka yang ada, pada sambungannya menyerupai struktur kaku yang bisa dianggap sebagai jepit sehingga bisa menimbulkan momen.
Tujuan perencanaan strukur adalah untuk membuat suatu struktur yang memenuhi standar kelayakan tapi juga efisien dalam pembangunannya, maka dalam proses perencanaan diperlukan proses optimasi. Perencanaan jembatan ini akan didesain seoptimal mungkin, dimana mampu menahan beban yang bekerja dengan penggunaan material seminimal mungkin dan tetap memenuhi peraturan-peraturan yang berlaku. Proses optimasi pada saat perencanaan sangatlah penting agar didapatkan suatu desain
yang optimal sehingga dapat menekan biaya konstruksi namun tetap memenuhi persyaratan.
Jenis jembatan rangka yang digunakan penulis dalam penelitian ini adalah Jembatan Rangka Baja Tipe Warren. Jembatan tipe ini memiliki keunggulan mudah dalam proses konstruksinya selain itu memiliki sebaran gaya yang baik sehingga dimensi yang didapat tidak terlalu bervariasi. Jenis tipe Warren yang digunakan adalah Warren murni yang tidak memiliki batang vertikal sehingga jenis optimasi yang dapat digunakan adalah optimasi geometri.
Pada tahun 2010, Bakti Pramadani telah meneliti Jembatan Rangka tipe Pratt dengan menggunakan optimasi geometri dengan judul penulisan “Perencanaan Struktur Jembatan Baja Dengan Variasi Pemodelan Rangka Batang Tipe Pratt”, Universitas Gunadarma. Pada tahun yang sama, Sutedja juga telah meneliti Jembatan Rangka tipe Parker dengan optimasi geometri dengan judul penulisan “Perencanaan Struktur Jembatan Baja Dengan Variasi Pemodelan Rangka Batang Tipe Parker”, Universitas Gunadarma. Rubiana W, Dina, Fransisca dan Lidya dari LIPI juga telah meneliti tentang optimasi struktur dengan judul penulisan “Optimasi Struktur dengan Algoritma Genetik”. Selain itu pada tahun 2011, Aditya Farisal yang berasal dari Universitas Jember telah meneliti tentang optimasi penampang Jembatan rangka tipe Warren dengan judul penulisan “Optimasi Penampang Jembatan Rangka Baja Tipe Warren Truss Ditinjau dari Variasi Tinggi Rangka”. Optimasi penampang berada dibawah satu tingkat dengan optimasi geometri, oleh sebab itu penulis melakukan penelitian mengenai optimasi geometri pada Jembatan Rangka Baja Tipe Warren.
Tujuan dari penelitian ini :
a. Mendapatkan model struktur jembatan baja rangka batang tipe Warren yang memiliki berat paling ringan
b. Memperoleh hasil struktur optimasi rangka batang jembatan baja yang tetap memenuhi peraturan-peraturan yang berlaku.
Batasan masalah pada penelitian ini adalah optimasi jembatan baja rangka batang, sebagai berikut:
a. Jembatan direncanakan dengan bentang 60 m dan lebar 8,7 m
b. Tebal pelat lantai kendaraan direncanakan sebesar 25 cm, sedangkan pelat lantai trotoar sebesar 45 cm.
c. Tipe rangka baja adalah Tipe Warren murni, dengan komponen top chord,
Bottom chord, dan diagonal.
d. Profil yang digunakan merupakan profil WF (Wide Flange) AISC (American
Institute of Steel Construction) dengan material klasifikasi ASTM (American Standard of Testing Material).
e. Panjang maksimum batang baja sama dengan 12 m.
f. Minimum tinggi bebas vertikal antara lantai (aspal) dengan bagian bawah batang atas sebesar 5 m dan tinggi maksimum 7 m.
METODE PENELITIAN
Menghitung spasi, menentukan clearance /
tinggi
Menggambar pemodelan rangka batang tipe
Warren
Apakah model sudah sesuai dengan batasan ?
L < 12 Selesai Inisiasi Ulang Mulai Pengumpulan Data Material Pembebanan Batasan-batasan pemodelan Model-Model Jembatan
Analisis Struktur dengan program SAP2000
Cek Struktur Otomastis dengan program
SAP2000
Tabulasi Berat Semua Model Jembatan
Pemilihan Model Jembatan yang paling ringan
Iterasi Ulang
Keterangan:
1. Pengumpulan Data, meliputi a. Data Material yang digunakan
b. Model-Model Jembatan yang dioptimasi. Batasan-batasan model jembatan :
i. Spasi antar pola segitiga seragam (M. John Kulicky)
Spasi antar pola segitiga dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 2 Pola Segitiga Jembatan Rangka Tipe Warren
ii. Tinggi bebas (clearance) jembatan dibatasi antara 5 sampai dengan 7 meter (Bambang Supriyadi) dengan diskritisasi tinggi 0,25 m
iii. Panjang maksimum batang dibatasi sebesar 12 m disesuaikan dengan panjang satu batang baja profil
c. Data Pembebanan : RSNI T-05-2002 tentang Standar Pembebanan untuk Jembatan
Banyak model yang dihasilkan = 135 model jembatan
2. Setelah didapatkan semua data, selanjutnya melakukan analisis struktur untuk setiap model jembatan menggunakan program SAP2000.
3. Setiap model jembatan setelah dianalisis, kemudian dicek strukturnya secara otomatis menggunakan program SAP2000. Cek struktur didasari oleh peraturan LRFD.
4. Dilakukan rekapitulasi berat rangka dari semua model jembatan untuk mengetahui jembatan yang memiliki berat paling ringan.
Data Struktur Jembatan Optimasi
Tipe jembatan = Jembatan baja rangka batang tipe Warren, Panjang jembatan = 60m, Lebar jembatan = 8,7 m, Lebar Lalu Lintas 2 jalur = 7,5 m, Lebar Trotoar 2 x 1,2 m, Tinggi Clearance = 5 m sampai dengan 7 m, Data material = beton K-350, Baja Rangka A242, profil WF.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hal yang dilakukan adalah mencari model struktur jembatan yang memiliki berat yang paling ringan. Asumsi-asumsi yang digunakan dalam proses optimasi model jembatan adalah :
a. Analisis : statis, dua dimensi dan batang tidak di-release
b. Beban : berat pelat kendaraan dan beban hidup, yaitu beban D
Beban akibat berat sendiri rangka tidak dimasukkan karena sudah dihitung otomatis oleh SAP 2000
Gambar 3 Aplikasi Beban pada Jembatan Model
Setelah menghitung beban yang akan diberikan, langkah selanjutnya adalah menghitung gaya dalam rangka batang. Analisis struktur yang digunakan adalah analisis struktur statis karena sebelumnya telah dihitung menggunakan analisis struktur dinamis namun hasilnya tidak mendekati keadaan sebenarnya. Perhitungan permodelan jembatan menggunakan dua dimensi karena struktur jembatan simetris sehingga dengan dua dimensi diasumsikan telah cukup mewakili. Asumsi yang akan digunakan adalah
joint tidak di release karena diasumsikan joint berperilaku sebagai jepit dimana joint
tersebut bersifat kaku. Perhitungan gaya dalam batang dibantu dengan menggunakan SAP 2000 karena dengan menggunakan asumsi bahwa sifat joint adalah kaku berarti
joint tersebut diasumsikan dapat menerima momen sehingga perhitungan akan menjadi
kompleks jika dilakukan perhitungan manual.
Setelah gaya dalam batang didapatkan, langkah selanjutnya adalah menentukan penampang batang. Tahap ini menggunakan aplikasi dari SAP 2000 yang bisa mencari penampang batang secara otomatis yaitu menggunakan fasilitas Auto Select.
Karakteristik profil batang pada jembatan rangka batang adalah memiliki tinggi profil yang sama dengan tujuan agar mudah dalam konstruksinya. Hal ini mendasari proses Auto Select tersebut dimana yang dimasukkan kedalam daftar dari Auto Select berdasarkan tinggi profil.
Setelah memasukkan list profil ke dalam Auto Select, klik , kemudian SAP 2000 akan secara otomatis menghitung profil mana yang sesuai dengan gaya batang yang terjadi.
Gambar 4 Hasil Auto Select Profil Batang
Warna pada batang menunjukkan rasio penampang batang dengan gaya yang terjadi. Batas rasio maksimal yang digunakan adalah 0,95 jika lebih dari itu maka secara otomatis akan mengganti profil yang lebih besar.
Setelah profil tiap batang didapat, selanjutnya adalah menghitung berat rangka dengan menggunakan reaksi perletakan akibat berat sendiri. Reaksi perletakan jembatan
model 1 akibat berat sendiri (R)= 18920,900kg, maka berat rangka = 2 x R = 2 x 18920,900= 37841,800 kg.
Gambar 5 Reaksi Perletakan Jembatan Model
Gambar 6 Hubungan Jumlah Bentang dan Tinggi Jembatan dengan Berat Rangka Jembatan Tipe Warren
Dari Gambar 7, dapat diketahui untuk jembatan dengan jumlah bentang sebanyak 20 span sampai 15 span memiliki trend yang bila tinggi jembatan bertambah, berat rangkanya pun akan makin besar pula. Lain halnya dengan jembatan yang memiliki jumlah bentang antara 14 span hingga 6 span memiliki trend makin tinggi jembatan, makin ringan berat jembatannya. Jembatan yang memiliki berat paling ringan adalah jembatan dengan jumlah 7 spasi, tinggi jembatan 7 m dan seberat 27690,814 kg.
Berikut ini penggambaran dari hasil model jembatan dengan jumlah bentang sebanyak 20 span dengan tinggi 6 m yang memiliki berat rangka 38087,588 kg dan jembatan dengan jumlah bentang sebanyak 20 span dengan tinggi 6,25 m yang memiliki berat rangka 38347,782 kg. 27000 29000 31000 33000 35000 37000 39000 41000 5 5.25 5.5 5.75 6 6.25 6.5 6.75 7 Ber a t Je mb a tan (k g) Tinggi Jembatan (m)
Hubungan Jumlah Bentang dan Tinggi Jembatan dengan Berat Rangka Jembatan Tipe Warren 20 Span 19 Span 18 Span 17 Span 16 Span 15 Span 14 Span 13 Span 12 Span 11 Span 10 Span 9 Span 8 Span 7 Span 6 Span
Gambar 7 Jembatan Model No. 5 (20 Span, Tinggi 6 m)
Gambar 8 Jembatan Model No. 6 (20 Span, Tinggi 6,25 m)
Dari Gambar 7 dan Gambar 8 dapat kita lihat untuk beberapa batang diagonal jembatan model No. 5 memiliki profil lebih kecil dibandingkan pada jembatan model No. 6. Beberapa batang atas dan batang bawah jembatan model no.5 memiliki profil lebih besar dibandingkan pada jembatan model no.6, namun karena batang atas dan batang bawah tidak mengalami pertambahan panjang sebagaimana halnya pada batang diagonal yang mengalami pertambahan panjang akibat dari bertambah tingginya jembatan maka dengan mengecilnya ukuran profil pada batang atas dan batang bawah jembatan jika dibandingkan dengan bertambah besarnya ukuran profil batang diagonal yang diikuti pula dengan bertambahnya panjang batang diagonal tidaklah seimbang yang hasil akhirnya akan tetap menambah berat jembatan.
Berikut ini penggambaran dari hasil model jembatan dengan jumlah bentang sebanyak 10 span dengan tinggi 6 m yang memiliki berat rangka 30319,424 kg dan jembatan dengan jumlah bentang sebanyak 10 span dengan tinggi 6,25 m yang memiliki berat rangka 29885,962kg.
Gambar 9 Jembatan Model No. 95 (10 Span, Tinggi 6 m)
Gambar 10 Jembatan Model No. 96 (10 Span, Tinggi 6,25 m)
Dari Gambar 9 dan Gambar 10, jembatan dengan jumlah bentang kurang 14
span akan memiliki trend beratnya makin ringan jika jembatannya makin tinggi karena
jika diperhatikan batang diagonal jembatan model 95 dan 96 profilnya hampir sama namun pada batang atas dan batang bawah, jembatan model 96 memiliki profil yang lebih kecil sehingga beratnya menjadi lebih ringan.
SIMPULAN
Dari hasil optimasi dan perencanaan struktur baja rangka batang tipe Warren dengan bentang 60 m dan lebar 8,7 m dapat ditarik kesimpulan, antara lain Jembatan rangka batang tipe Warren yang memiliki model paling ringan adalah jembatan model ke 127 dengan tinggi jembatan 7 meter dan spasi 8,571 meter dimana berat total rangka batang hasil optimasi sebesar 27690,814 kg.
REFERENSI
Anonim. 1997. Bridge Design Highway Engineering. Japan International Cooperation agency.
Chatterjee, Sukhen. 2003 The Design of Modern Steel Bridges. Carlton South: Blackwell Publishing.
Hipohusodo, Istimawan. 1999. Struktur Beton Bertulang. Jakarta: Penerbit Erlangga Setiawan, Agus. 2008. Perencanaan Struktur Rangka Baja dengan Metode LRFD
(Berdasarkan SNI 03-1729-2002). Jakarta: Penerbit Erlangga
Salmon, Charles G, Jhon E. Jhonson, Ir. Wira, MSC.E. 1991. Struktur Baja Desain dan
Perilaku. Jakarta: Penerbit Erlangga
Segui, Wiliam. T. 1994. LRFD Steel Design. Memphis: PWS Publishing Company. Setiawan, Agus. 2008. Perencanaan Struktur Rangka Baja dengan Metode LRFD
(Berdasarkan SNI 03-1729-2002). Jakarta: Penerbit Erlangga
Troitsky, M.S. 1994. Planning and Design of Bridges. Montreal.: Jhon Wiley & sons, inc.
Wexler, Neil. Feng – Bao Lin. 2001. Staggered Truss Framing Design. New York. American Institute of Steel Construction.
Wibowo. F. X. Nurwadji. 2006. “Optimasi Rangka Batang”. Surabaya. International
Civil Engineering Conference “Towards Sustainable Civil Engineering Practice”.
