Desain Struktur Jembatan Rangka Baja Bentang 80 Meter Berdasarkan RSNI T-03-2005.

(1)

vi

DESAIN STRUKTUR JEMBATAN RANGKA BAJA

BENTANG 80 METER BERDASARKAN

RSNI T-03-2005

Retnosasi Sistya Yunisa NRP: 0621016

Pembimbing: Ir. Ginardy Husada, MT.

ABSTRAK

Jembatan rangka baja merupakan salah satu bentuk struktur jembatan yang paling umum digunakan. Dinamakan jembatan rangka dikarenakan struktur atas jembatan terdiri dari elemen struktur rangka batang yang disambung pada titik-titik buhul (joint). Titik-titik-titik buhul tersebut berupa engsel atau yang dianggap engsel baik melalui pelat buhul maupun secara langsung. Dalam jembatan rangka gaya-gaya luar bekerja hanya pada titik-titik buhul, yang kemudian akan didistribusikan ke tumpuan melalui elemen batang yang berupa gaya aksial tarik atau tekan saja.

Dalam perencanaan jembatan ini dilakukan perhitungan untuk mendapatkan besarnya kuat tekan ultimit dengan menggunakan metode LRFD dan dengan bantuan program SAP2000 serta menyajikannya dalam bentuk tabel. Perhitungan menggunakan profil IWF dengan melakukan preliminary design terlebih dahulu.

Perbandingan P-M Ratio berdasarkan SAP2000 dengan perhitungan manual mempunyai perbedaan sebesar 0% - 35%. Sedangkan, Lendutan maksimum yang terjadi ditengah bentang pada jembatan 80 meter sebesar 0,094 meter.

(2)

vii

THE STRUCTURE DESIGN OF 80 METERS SPREAD

STEEL TRUSS BRIDGE BASED ON RSNI T-03-2005

Retnosasi Sistya Yunisa NRP: 0621016

Leader by: Ir. Ginardy Husada, MT.

ABSTRACT

The steel truss bridge is one of the bridge structure is most useful. It called truss bridge because it built by stick truss structure element which connected by joint. Joint as hinge or such as good hinge through joint metal sheet. The energies out work only at joint of steel frame which it will distribute to pillar through stick element such as axial pull energy or just pressure.

The calculated in bridge design structure for get ultimate pressure power used LRFD method and help by SAP2000 program in table form. The calculation uses IWF profile by preliminary design first.

The P-M Ratio comparisons based on SAP2000 by manual calculate has different value about 0% - 35%. The maximum deflection built on centre of 80 meters bridge spread about 0,094 meters.

(3)

viii

DAFTAR ISI

Halaman Judul ……… i

Surat Keterangan Tugas Akhir ………... ii

Surat Keterangan Selesai Tugas Akhir ………... iii

Lembar Pengesahan ……… iv

Pernyataan Orisinalitas Laporan Tugas Akhir ………... v

Abstrak ……….. vi Ruang Lingkup Pembahasan ……….. Sistematika Pembahasan ………. Informasi Umum Jembatan Rangka Baja ………... 4 4 7 2.3.1 2.3.2 Jembatan Rangka Batang (Truss) ………... Tipe dan Komponen Berbagai Jembatan Rangka …... 7 10 2.4 Sifat Mekanis Baja ……….. 12 Faktor Beban dan Kekuatan ……… Pembatasan Lendutan ………. 13 13 14 14 2.6 Perencanaan Lantai Kendaraan ………... 14

2.6.1 2.6.2 2.6.3 Pelat Lantai Beton Bertulang ……….. Tebal pelat minimum ……….. Batas-batas Minimum Tebal Lapisan Perkerasan (Aspal) ……… 14 15 16 2.7 Perencanaan Geometrik Jalan Raya ……… 16

2.7.1 Klasifikasi Jalan ……….. 16

(4)

ix

BAB III DESAIN DAN ANALISIS STRUKTUR JEMBATAN ………... 39

3.1 Pemodelan Lantai pada SAP2000 ………... Pembebanan ……… DAFTAR PUSTAKA ……….. 83

(5)

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Jembatan Rangka Batang Pelengkung (Sydney Harbour,

Australia) ……….. 7

Gambar 2.2 Jembatan Rangka Batang Pelengkung (New River George, West Virginia) ………... 8

Gambar 2.3 Tipe-tipe rangka batang ……… 8

Gambar 2.4 Jembatan rangka baja CH system through type [Departemen Pekerjaan Umum, 2008] ……… 10

Gambar 2.5 Jembatan rangka baja CH sistem deck type [Departemen Pekerjaan Umum, 2008] ……… 11

Gambar 2.6 Jembatan rangka baja Australia [Departemen Pekerjaan Umum, 2008] ………. 11

Gambar 2.7 Jembatan rangka baja Austria – tipe RBR [Departemen Pekerjaan Umum, 2008] ……… 12

Gambar 2.8 Jembatan panel Bailey – Acrow [Departemen Pekerjaan Umum, 2008] ………. 12

Gambar 2.9 Tipikal penampang melintang jalan perkotaan 2-lajur-2-arah tak terbagi yang dilengkapi jalur pejalan kaki ……….. 17

Gambar 2.10 Jalan 1jalur-2lajur-2arah (2/2 TB) ……… 19

Gambar 2.13 Tipikal penempatan trotoar di sebelah luar bahu ………. 22

Gambar 2.14 Beban Lajur “D” ………... 25

Gambar 2.15 Penyebaran pembebanan pada arah melintang ………. 26

Gambar 2.16 Pembebanan truk “T” (500 kN) ……… 27

Gambar 2.17 Prosedur analisis tahan gempa ……….. 30

Gambar 2.18 Wilayah gempa Indonesia untuk periode ulang 500 tahun …... 31

Gambar 2.19 Ukuran las sudut ………... 37

Gambar 3.1 Skematik desain struktur jembatan ………... 40

Gambar 3.2 Input data properti material (konstruksi) ……….. 41

Gambar 3.3 Input data properti material (lantai kendaraan) ………. 42

Gambar 3.4 Pemodelan profil baja IWF 400x400x45x70 ………. 42

Gambar 3.5 Pemodelan pelat lantai kendaraan ………. 43

Gambar 3.6 Berat sendiri struktur jembatan (baja = 7850 kg/m3) ………... 44

Gambar 3.12 Penyebaran pembebanan “D” dalam arah melintang ………... 47

Gambar 3.13 Input beban “D” ……… 47

Gambar 3.14 Input beban pejalan kaki ……….. 48

Gambar 3.15 Beban pejalan kaki ……… 48

(6)

xi

Gambar 3.17 Beban genangan air/hidrostatis ………. 49

Gambar 3.18 Input beban angin batang atas ………... 51

Gambar 3.19 Input beban angin batang bawah ……….. 52

Gambar 3.20 Beban angin ……….. 52

Gambar 3.21 Response Spectrum ………... 53

Gambar 3.22 Kombinasi Pembebanan ………... 54

Gambar 3.23 Lendutan maksimum pada struktur jembatan ……... 54

Gambar 3.24 Gaya dalam yang timbul akibat pembebanan ………... 56

Gambar 3.25 P-M Ratio pada rangka batang sisi pertama ……….. 62

Gambar 3.26 P-M Ratio pada rangka batang sisi kedua ………. 62

Gambar 3.27 Sambungan pada batang atas dengan batang diagonal dan batang tegak ………... 63

Gambar 3.28 Sambungan penampang sayap pada batang bawah …………... 65

Gambar 3.29 Sambungan penampang badan pada batang bawah …………... 67

Gambar 3.30 Sambungan pada gelagar melintang dengan rangka ………….. 69

Gambar 3.31 Sambungan pada gelagar memanjang dengan gelagar melintang ………... 72

Gambar 3.32 Sambungan pada ikatan angin dengan rangka ……….. 76

(7)

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat mekanis baja struktural ………... 13

Tabel 2.2 Faktor reduksi kekuatan untuk keadaan batas ultimit ………. 14

Tabel 2.3 Tebal minimum balok non-prategang atau pelat satu arah bila lendutan tidak dihitung ………. 15

Tabel 2.4 Lapisan permukaan ………. 16

Tabel 2.5 Klasifikasi jalan secara umum menurut kelas, fungsi, dimensi kendaraan maksimum dan muatan sumbu terberat (MST) ……….. 17

Tabel 2.6 Penentuan lebar jalur dan bahu jalan ………... 20

Tabel 2.7 Lebar lajur jalan ideal ……….. 21

Tabel 2.8 Lebar trotoar minimum ………... 22

Tabel 2.9 Faktor beban untuk berat sendiri ………. 23

Tabel 2.10 Faktor beban untuk beban mati tambahan ………... 23

Tabel 2.11 Jumlah lajur lalu lintas rencana ………... 24

Tabel 2.12 Faktor beban akibat pembebanan truk “T” ………. 26

Tabel 2.13 Faktor beban akibat gaya rem ………. 27

Tabel 2.14 Faktor beban akibat pembebanan untuk pejalan kaki ………. 28

Tabel 2.15 Faktor beban akibat beban angin ………. 28

Tabel 2.16 Koefisien seret Cw………... 29

Tabel 2.17 Kecepatan angin rencana Vw………... 29

Tabel 2.18 Koefisien tanah (S) ……….. 30

Tabel 2.19 Akselerasi PGA di batuan dasar………... 30

Tabel 2.20 Tipe aksi rencana ………. 32

Tabel 2.21 Kombinasi beban umum untuk batas ultimit ………... 33

Tabel 2.22 Jarak tepi minimum ………. 35

Tabel 2.23 Ukuran minimum las sudut ………. 38

Tabel 3.1 Aksi rencana akibat angin (pada konstruksi) ……….. 50

Tabel 3.2 Aksi rencana akibat angin (kendaraan sedang berada diatas jembatan) ………. 51

Tabel 3.3 Aksi rencana total akibat angin ………... 51

Tabel 3.4 Lendutan pada batang lantai kendaraa………. 55

Tabel 3.5 Hasil gaya dalam maksimum ……….. 57

Tabel 3.6 Reaksi perletakan ……… 57

(8)

xiii

DAFTAR NOTASI

E modulus elastisitas baja, MPa.

G modulus geser, MPa.

μ angka Poisson.

α koefisien muai panas baja, per °C. ϕ faktor reduksi kekuatan.

fc’ kuat tekan beton yang disyaratkan, MPa.

fu tegangan tarik putus baja minimum, MPa.

fy

Ag

D Ae

tegangan leleh baja, MPa. luas penampang kotor, mm2 diameter lubang baut, mm luas penampang efektif, mm2

Mu momen lentur perlu, N mm.

Mmax momen maksimum absolut pada bentang yang ditinjau.

Mn kuat lentur nominal balok, N mm.

Mp momen lentur yang menyebabkan seluruh penampang mengalami tegangan leleh, N mm.

As luas tulangan tarik non-prategang, mm2.  rasio tulangan tarik non-prategang. λ

λp λr

kelangsingan komponen struktur tekan. batas maksimum untuk penampang kompak. batas maksimum untuk penampang tak kompak.

g percepatan gravitasi, m/s2

Vw kecepatan angin rencana, m/s

Cw koefisien seret

Ab luas equivalen bagian samping jembatan, m2

S koefisien tanah

Vu gaya geser terfaktor, N.

Vd kuat rencana dalam sambungan tipe friksi, N

μ faktor slip

ϕVn kuat geser satu baut dalam sambungan tipe friksi m jumlah bidang geser.

Tu beban putus minimum baut, N.

Pu beban aksial terfaktor pada eksentrisitas yang diberikan < ϕPn. t tebal pelat, mm.

Ae jarak minimum dari tepi lubang ke tepi pelat dihitung dalam arah gaya ditambah setengah diameter baut, mm.

tt

fcr 

kc

Tebal rencana las, mm

tegangan kristis penampang tertekan, MPa faktor tekuk

faktor panjang tekuk

fuw kuat tarik nominal logam las, MPa.

tf

tw

(9)

xiv

Kxxu faktor beban ultimit

Kxxs faktor beban daya layan

(10)

xv

DAFTAR LAMPIRAN

(11)

Universitas Kristen Maranatha 84

LAMPIRAN

(12)

LAMPIRAN I

HASIL PERHITUNGAN MANUAL PERENCANAAN

JEMBATAN

L1.1 Perencanaan Awal Jembatan

Pada lampiran ini dijelaskan perhitungan dimensi pelat lantai kendaraan dan gelagar jembatan secara manual tanpa menggunakan program, yaitu sebagai berikut:

L1.1.1 Perencanaan Pelat Lantai Kendaraan

Gambar L1.1 Pelat lantai beton yang ditumpu pada gelagar memanjang

Pelat lantai beton yang ditumpu pada gelagar memanjang seperti pada Gambar L1.1 mempunyai ketebalan pelat lantai umumnya 20 cm, dengan lapisan aspal 5 cm. Contoh perhitungan desain tulangan pelat searah sebagai berikut:

Diketahui:

Bentang, L = 5 m

fc’ = 30 MPa

fy = 240 MPa

min = 0,0014

Aspal _Beton

(13)

Universitas Kristen Maranatha 86 BerdasarkanTCPSBUBG tabel 8 untuk pelat searah dengan dua tumpuan sederhana,

hmin = 20

1 L =

20 1

5000 = 250 mm diambil, h = 250 mm karena L > 3,5 m  d = h – 30

= 250 – 30 = 220 mm

Beban – beban yang bekerja: 1. Beban mati

- B.s. aspal = 0,0522 = 1,1 kN/m - B.s. beton = 0,224 = 4,8 kN/m

wD = 5,9 kN/m

2. Beban hidup

Untuk menghitung lantai kendaraan dipergunakan beban truk “T” seperti Gambar L1.2, dengan tekanan roda dianggap menyebar dengan sudut 45o seperti Gambar L1.3, dengan fungsi jembatan kelas II yaitu 70% 20 t.

(14)

Universitas Kristen Maranatha 87 Gambar L1.3 Tekanan roda

wL =





50 80

10 20 %

70 3

 

 _{= 3,5 kg/cm}2

= 3,5 kN/m2

Beban terfaktor (qu)

qu = 1.2 wD + 1.6 wL = (1,25,9) + (1,63,5) = 12,68 kN/m

Momen terfaktor (Mu) Di lapangan, Mu, lap =

8 1

qu L2 = 8 1

12,68(5)2 = +39,625 kNm

Di tumpuan exterior, Mu, tump = -24

1

qu L2 = -24

1

12,68(5)2 = -13,208 kNm

As, min = min bh

= 0,00141000250 = 350 mm2

(15)

(16)

Tabel L1.1 Tulangan pada lantai kendaraan Lokasi Mu

[kNm]

As, perlu [mm2]

As, min [mm2]

As, pakai [mm2]

a [mm]

ϕ Mn

[kNm] Ket. Lapangan +39,625 1014,15 350 D19 @ 275 = 1032 9,713 68,388 > Mu OK Tump. Ext

-3,208

338,043 350 D10 @ 225 = 350 3,219 22,877 > Mu OK

Tul. pembagi 350 D10 @ 225 = 350

(17)

(18)

Universitas Kristen Maranatha 91 L1.1.2 Perencanaan Gelagar Memanjang

Beban-beban pada gelagar memanjang: 1. Beban mati

- B.s. aspal = 0,051,822 = 1,98 kN/m = 198 kg/m - B.s. beton = 0,21,824 = 8,64 kN/m = 864 kg/m

- B. s gelagar memanjang

(taksir IWF 250)

(19)

Universitas Kristen Maranatha 92 Perhitungan dimensi

Profil yang digunakan adalah profil IWF 250x175x7x11. - Karakteristik profil IWF 250x175x7x11

h = 224 mm tw = 7 mm

- Menghitung momen plastis (Mp)

Mp = C2e

- Cek penampang profil

(20)

Universitas Kristen Maranatha 93 λs = 7,955 < λps = 11

λb = 25,429 < λpb = 108,4

- syarat:

Mu  ϕ Mn

138.800.000 Nmm  (0,9206.631.384)

138.800.000 Nmm  185.968.245,6 Nmm OK

Dari hasil diatas maka profil IWF 250x175x7x11 dapat digunakan.

L1.1.3 Perencanaan Gelagar Melintang

Beban – beban yang bekerja: 1. Beban mati

- B.s. aspal = 0.05 5 22 = 5.6 kN/m = 560 kg/m - B.s. beton = 0.2 5 24 = 24 kN/m = 2400 kg/m - B.s gelagar memanjang (taksir IWF 250) = 44.1 kg/m - B.s gelagar melintang (taksir IWF 400) = 200 kg/m

g = =

3204.1 kg/m 3.2041 t/m struktur penampang kompak

(Mn = Mp)

(21)

Universitas Kristen Maranatha 94 2. Beban hidup

Beban pada jalur lalu lintas:

P’ =

Gambar L1.6 Beban pada jalur lalu lintas

R = (0,91) + (6,3160,75) + (12,6312,75)

Direncanakan sebagai balok menerus, maka: c

6,316 t/m’ 12,631 t/m’

0,9 t/m’

(22)

h = 498 mm tw = 45 mm

Mp = C 2e

- Cek penampang profil

(23)

Dari hasil diatas maka profil IWF 400x400x45x70 dapat digunakan.

L1.1.4 Perencanaan Gelagar Induk/Rangka Beban – beban yang bekerja:

Beban pada jalur lalu lintas:

(24)

Direncanakan sebagai balok menerus, maka: K = 1 +

h = 350 mm tw = 12 mm

(25)

Universitas Kristen Maranatha 98 - Cek penampang profil

- Menentukan batas tekuk lokal: Kelangsingan elemen penampang

Dari hasil diatas maka profil IWF 350x350x12x19 dapat digunakan. struktur penampang kompak

(26)

LAMPIRAN II

GAMBAR KERJA

L2.1 Gambar Kerja

(27)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam perkembangan kehidupan manusia, transportasi merupakan denyut nadi bagi pergerakan kegiatan manusia. Dimana sarana transportasi membutuhkan sebuah kesinambungan dalam rangka kelangsungan kegunaannya. Namun ada kalanya terjadi hambatan-hambatan yang menghalangi alur transportasi, sehingga akan sangat mempengaruhi kelancaran dari kegiatan manusia itu sendiri. Sebagai contoh adanya dua wilayah yang terpisahkan oleh sungai, solusi untuk mengatasi hambatan tersebut adalah dengan pembangunan jembatan.

Tipe jembatan dapat diklasifikasikan berdasarkan bebarapa karakteristik, diantaranya berdasarkan material konstruksi, berdasarkan bentuk struktur, dan berdasarkan panjang bentangnya. Beberapa material yang digunakan untuk struktur atas jembatan, yaitu baja, beton, kayu, alumunium, dan material komposit.

(28)

Universitas Kristen Maranatha 2 Berdasarkan pemikiran tersebut, maka penulis tertarik untuk melakukan penulisan tentang “Desain Struktur Jembatan Rangka Baja Bentang 80 meter Berdasarkan RSNI T-03-2005”.

1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah:

1. Mengetahui perencanaan struktur lantai kendaraan pada jembatan rangka baja bentang 80 meter yang meliputi perencanaan gelagar melintang dan gelagar memanjang jembatan.

2. Mengetahui perencanaan perhitungan struktur rangka baja utama yang meliputi perhitungan dimensi ukuran profil dan perhitungan sambungan baut.

1.3 Ruang Lingkup Pembahasan

Dalam pelaksanaan penulisan ini, dilakukan pembahasan sebagai berikut: 1. Jembatan yang direncanakan menggunakan material baja dengan mutu baja

(fy) yang digunakan untuk penulangan pelat adalah U-24 polos. Untuk gelagar dan ikatan angin digunakan profil IWF dengan mutu baja (fy) sebesar 240 MPa 2. Merencanakan struktur bangunan atas jembatan yang meliputi: lantai kendaraan, gelagar melintang, gelagar memanjang, dan gelagar induk/rangka. 3. Bentuk struktur dari jembatan tersebut adalah jembatan rangka dengan lantai

kendaraan di bawah (Through Type Bridge).

4. Jembatan rangka baja ditumpu oleh tumpuan sendi-rol. 5. Perencanaan sambungan menggunakan las dan baut. 6. Analisis komputer menggunakan program SAP2000.

7. Tidak meninjau perhitungan sambungan las tetapi menggunakan sambungan las dengan tebal las setebal pelat badan (tw) profil.

8. Tidak membahas tentang metode pelaksanaan.

1.4 Sistematika Pembahasan

Sistematika penulisan adalah sebagai berikut:

(29)

Universitas Kristen Maranatha 3 BAB II, berisi teori dasar dan filosofi perencanaan yang diambil dari perumusan, pendapat dan teori dari beberapa buku, peraturan atau literatur yang ada.

BAB III, berisi tentang perencanaan jembatan menggunakan program SAP2000, seperti input beban dengan perhitungan pembebanan, perencanaan sambungan, dan perencanaan perletakan.

(30)

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan

Dapat disimpulkan bahwa:

1. Dari perbandingan P-M Ratio berdasarkan SAP2000 dengan perhitungan manual masing-masing batang pada rangka jembatan mempunyai perbedaan yaitu:

Frame

P-M Ratio

Persentase (%) Perhitungan

Manual SAP2000

Batang Atas 67 0,597 0,921 32,40

Batang Bawah 7 0,124 0,118 0,60

Batang Diagonal 78 0,431 0,571 14,00

Batang Tegak 40 0,055 0,250 19,50

2. Lendutan maksimum yang terjadi ditengah bentang pada jembatan 80 meter sebesar 0,094 meter dan memenuhi persayaratan lendutan ijin sebesar 0,1 meter.

4.2 Saran

(31)

DAFTAR PUSTAKA

1. Asiyanto, 2005, Metode Konstruksi Jembatan Rangka Baja, Penerbit Universitas Indonesia (UI-press), Jakarta.

2. BMS’92, 1992, Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan, Departemen

Pekerjaan Umum Direktorat Jenderal Bina Marga Direktorat Bina Program Jalan.

3. Gunawan, Ir.Rudy, 1987, Tabel Profil Konstruksi Baja, Penerbit Kanisius. 4. PdT-04-2004, 2004, Perencanaan Beban Gempa untuk Jembatan,

Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah.

5. Petunjuk Perencanaan Tebal Perkerasaan Lentur Jalan Raya dengan Metode Analisa Komponen (SKBI-2.3.26.1987), Departemen Pekerjaan Umum.

6. Perkuatan Struktur dan Lantai Jembatan Rangka Baja, Departemen Pekerjaan

Umum.

7. PPBBI, 1984, Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia, Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan.

8. Departemen Pekerjaan Umum, 2008, Prinsip Dasar Teknik Jembatan dan

Aplikasinya, Departemen Pekerjaan Umum.

9. RSNI T-03-2005, 2005, Perencanaan Struktur Baja untuk Jembatan, Badan Standardisasi Nasional.

10.RSNI T-02-2005, 2005, Pembebanan untuk Jembatan, Badan Standardisasi

Nasional. BMS’92, 1992, Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan,

Departemen Pekerjaan Umum Direktorat Jenderal Bina Marga Direktorat Bina Program Jalan.

11.Setiawan, Agus, 2008, Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD, Penerbit Erlangga, Jakarta.

12.Subarkah, Ir. Iman, 1979, Jembatan Baja, Idea Dharma, Bandung.

13.Supriyadi, Bambang, 2000, Jembatan, Biro Penerbit KMTS FT UGM, Yogyakarta.