ANALISIS PENGGUNAAN BAHAN SUBSTITUSI PADA
BATANG NOL MODEL JEMBATAN RANGKA BAJA
TERHADAP STABILITAS STRUKTUR
Mochamad Solikin1, Muhammad Ujianto21
Dosen Jurusan Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta, Jl. A Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura, msolikin@yahoo.com
2
Dosen Jurusan Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta, Jl. A Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura, ujianto@yahoo.com
ABSTRAK
Perencanaan dimensi jembatan rangka baja didasarkan pada besar gaya batang tiap elemen penyusun rangka yang bersesuaian. Pada keadaan tertentu, tidak semua batang penyusun rangka jembatan terdefinisi besar gaya batangnya atau biasa dikenal sebagai batang nol. Selain setiap batang penyusun rangka jembatan memenuhi persyaratan kuat menahan gaya tekan atau tarik, secara keseluruhan jembatan rangka baja harus memenuhi persyaratan stabilitas berupa batas lendutan maximum yang diijinkan. Dalam proses fabrikasi biasanya terjadi perlemahanan struktur misalnya pada sambungan, sehingga pengujian secara model sebaiknya tidak ditinggalkan.
Penelitian ini dimaksudkan mengetahui pengaruh pemakaian bahan substitusi pada batang nol jembatan rangka baja terhadap stabilitas struktur dengan uji model. Pengujian dilakukan dengan mengukur displacement vertikal akibat beban statis pada model jembatan rangka baja yang menggunakan profil baja pada batang nol dan jembatan rangka baja yang menggunakan profil alumunium pada batang nol. Hasil pengukuran lendutan yang terjadi pada model jembatan rangka baja akan dibandingkan dengan hasil analisis struktur dengan program SAP 2000 secara 3 dimensi.
Hasil penelitian menunjukkan, terdapat perbedaan displacement yang besar pada model jembatan yang ditinjau antara hasil analisis struktur dengan pengujian model, yaitu sebesar 376,5% . Sedangkan penggunaan bahan substitusi pada batang nol jembatan rangka baja, mengakibatkan penurunan displacement arah vertikal namun terdapat dugaan terjadinya peningkatan displacement arah horizontal.
Kata kunci:batang nol, displacement, bahan substitusi
1. PENDAHULUAN
Jembatan adalah prasarana transportasi yang keberadaannya sangat diperlukan dan sudah dikenal lama oleh umat manusia. Karena jembatan adalah konstruksi yang berguna untuk meneruskan jalan melalui suatu rintangan yang berada lebih rendah, seperti sungai, lembah bahkan laut (Struyk, H J dkk, 1995).
Pada jembatan rangka baja, dimensi masing – masing batang penyusun rangka didasarkan pada gaya–gaya yang bekerja pada batang yang bersangkutan. Gaya–gaya tersebut dapat berupa gaya tarik atau gaya tekan. Namun pada kenyataannya dengan konfigurasi batang dan pembebanan tertentu, ada batang yang besar gaya batangnya sama dengan nol, atau dikenal sebagai batang nol. Perhatikan Gambar 1 berikut ini:
q p P (a) (b) P
Gambar 1. Rangka jembatan dengan batang nol (a) dan tanpa batang nol (b) Pada rangka jembatan dengan bentuk dan pembebanan pada Gambar 1 (a) di atas, dapat dipastikan besar gaya batang vertikal (p) dan (q) adalah nol (= 0). Pada batang rangka jembatan yang besar gaya batangnya adalah nol, maka dimensi batangnya disamakan dengan dimensi batang lain yang sejenis atau batang yang terkecil. Sedangkan rangka jembatan dengan konfigurasi batang dan pembebanan pada Gambar 2 (b), semua batangnya terdefinisi besar gaya batangnya.
Adanya batang nol pada jembatan rangka menimbulkan suatu ide penelitian untuk mengetahui pengaruh pemakaian bahan substitusi pada batang nol model jembatan rangka baja terhadap stabilitas struktur. Sedangkan cakupan dalam penelitian ini adalah, pengukuran stabilitas struktur berupa besarnya lendutan vertikal akibat beban statis pada lantai model jembatan rangka baja. Besarnya lendutan vertikal pengujian model jembatan rangka baja akan dibandingkan dengan perhitungan analisis struktur menggunakan program SAP 2000 secara 3 dimensi.
Besarnya beban yang bekerja pada jembatan jalan raya, telah ditetapkan dalam Pedoman Perencanaan Pembebanan Jembatan Jalan Raya ( PPPJJR – 1987). Hasil yang didapat dari perhitungan pembebanan adalah besar gaya yang bekerja pada rangka jembatan, berupa beban pada buhul rangka jembatan.
Pada jembatan yang dilewati lalu lintas berupa kendaraan bermotor baik beroda dua maupun empat, beban-beban yang bekerja menurut ( PPPJJR – 1987 ) adalah :
1. Beban Mati.
Beban mati adalah beban–beban yang merupakan berat sendiri dari konstruksi rangka jembatan Baja, berupa : berat sendiri rangka baja, beton bertulang, perkerasan aspal, dan Air hujan.
2. Beban Hidup.
Beban Hidup adalah beban – beban kendaraan yang melalui jembatan, yang terdiri dari beban “T” dan beban “D”.
3. Beban Kejut
Untuk memperhitungkan pengaruh getaran dan pengaruh dinamis lainnya, tegangan akibat beban garis “P” harus dikalikan dengan koefisien kejut ( K ) agar
diperoleh hasil maksimal, sedang beban “q” dan “T” tidak dikalikan dengan koefisien kejut. Rumus koefisien kejut adalah :
) 50 ( 20 1 L K + + = ...(1) dengan K = Koefisien kejut
L = panjang bentang (m) 4. Beban Angin
Pengaruh beban angin sebesar 150 kg/ m2 ditinjau berdasar bekerjanya beban angin arah horizontal, terbagi rata pada bidang vertikal jembatan dalam arah tegak lurus sumbu memanjang jembatan. Pada jembatan rangka baja, beban angin diambil sebesar 30 % luas bidang vertikal.
Besar beban yang bekerja tersebut, dipakai mencari besarnya gaya batang rangka jembatan. Selanjutnya dimensi masing–masing batang penyusun rangka jembatan dapat dibuat berdasar besar gaya batang yang bersesuaian. Perhitungan dimensi batang rangka jembatan baja didasarkan pada Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia (PPBBI – 1984), dimana dimensi batang tarik untuk penampang berlubang (untuk alat–alat sambung) didasarkan pada : Tegangan rata–rata pada batang tarik didapat dari gaya tarik yang bekerja dibagi dengan luas penampang bersih. Tegangan tersebut tidak boleh lebih besar dari 0,75 tegangan dasar untuk penampang berlubang.
ijin A P . . 75 , 0 σ ≤ ... (2) Sedang perencanaan batang tekan didasarkan pada ketentuan, terjamin stabilitasnya terhadap bahaya tekuk, yaitu harus memenuhi persamaan :
ijin A N . . σ ω ≤ ...(3) dengan P = Gaya tarik pada rangka jembatan (kg)
N = Gaya tekan pada batang tersebut (kg) A = Luas penampang batang (cm2) σ ij. = Tegangan dasar pada tabel (kg/ cm2
)
ω = Faktor tekuk, yang tergantung kelangsingan ( λ ) batang Sesudah dimensi seluruh batang diperoleh, maka stabilitas struktur rangka jembatan harus diperiksa terhadap besar lendutan yang terjadi. Besar lendutan yang terjadi dihitung menggunakan cara analitis dengan tabel sebagai berikut :
Tabel 1 : Perhitungan besar penurunan
Nomor Batang Panjang Batang ( cm ) Luas Profil ( cm 2 ) Gaya Batang Beban tetap ( Kg ) AE L S L . . =
∆ Beban 1 satuan Gaya Batang ( Kg ) ∆ I = U .∆ L No L A S ∆ L U ∆ I 1 2 (sumber: Ghali, 1990)
Selanjutnya jumlah ∆ I yang merupakan penurunan maximum harus kurang dari 1/360 bentang jembatan sebagai syarat aman terhadap penurunan. (PPBBI, 1984) Menurut Suhendro, B. (2000) pengujian model di bidang struktur dewasa ini banyak dilakukan, karena sangat membantu dalam bidang penelitian/ riset, perancangan dan pengajaran ilmu. Pengujian model di bidang perancangan bermanfaat untuk
melakukan checking terhadap hasil analisis yang diperoleh dari metode analitik maupun numerik dan dapat membantu membuat perancangan suatu struktur yang geometri maupun kondisi batasnya sangat kompleks.
2. METODE PENELITIAN
Penelitian tentang Analisis Penggunaan Bahan Substitusi Pada Batang Nol Model Jembatan Rangka Baja Terhadap Stabilitas Struktur dilakukan terhadap model jembatan dengan bentuk sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 2, berikut ini.
Gambar 2. Model jembatan dalam penelitian ini
Dimensi masing-masing batang penyusun rangka jembatan dapat dijelaskan pada Gambar 3, sebagai berikut:
a a a a a a a a 75 cm 75 cm 75 cm 75 cm 75 cm 75 cm 435 cm 45 cm
Gambar 3. Rangka utama model jembatan
Tabel 1. Dimensi batang model jembatan rangka penelitian
No Nama Batang Dimensi Keterangan
1 Seluruh batang rangka utama
kecuali batang - a ⎦⎣ 32.32.3,5 Plat buhul tebal 6
2 Batang - a ⎣ 32.32.3,5 mm
3 Bracing dan ikatan angin ⎣ 26.26.2,5
4 Bahan substitusi batang
vertikal tengah, rangka utama
⎣ 12.22.2 Terbuat dari Alumunium
Dimensi batang pada model jembatan rangka baja dibuat pada awalnya hanya ditujukan menerima beban terpusat di tengah bentang, sehingga dimensi batang yang diperkuat adalah bagian tengah.
Pada penelitian ini, beban pada jembatan rangka dibuat dengan bentuk seperti pada Gambar 4, berikut ini:
30 cm 75 cm Roda Rangka Baja Lantai 140 cm Lantai Landasan 27,5 cm
Gambar 4. Model beban yang digunakan dalam penelitian
Model beban yang digunakan berupa pelat multiplex yang diperkuat dengan rangka baja pada bagian bawah, dan untuk mempermudah gerakan beban dipasang 2 pasang roda di dasar pelat. Pada permukaan multiplex diberikan beban berupa kubus-kubus beton sehingga diperoleh berat total beban sebesar 360 kg. Mengingat penempatan beban yang simetris pada model beban, maka dianggap beban diterima secara sama oleh masing-masing roda. Pada akhirnya model jembatan rangka akan menerima 4 buah beban terpusat masing-masing sebesar 90 kg, dengan kedudukan sesuai posisi roda.
Agar diperoleh perbandingan besarnya lendutan antara hasil analisis struktur dengan model jembatan rangka baja maka dilakukan pengujian pembebanan dengan posisi seperti pada Gambar 5, Gambar 6 dan Gambar 7.
Gambar 5. Gambar pembebanan posisi pertama
Gambar 7. Gambar pembebanan posisi ketiga
Pembebanan dilakukan terhadap ketiga posisi di atas dengan tujuan agar gaya batang, batang vertikal tengah rangka utama kuda-kuda nilainya mendekati nol. Dengan diperolehnya batang nol, maka batang tersebut akan diganti dengan profil alumunium
⎣ 12.22.2 dan selanjutnya dilakukan pengujian beban seperti Gambar 5, Gambar 6 dan Gambar 7.
Letak dial gauge untuk mengukur besarnya lendutan model jembatan rangka diletakkan pada buhul bagian bawah, masing-masing di sebelah kiri dan kanan rangka utama model jembatan. Jumlah dial gauge yang digunakan dalam penelitian ini adalah 10 buah, masing-masing diset pada posisi nol (= 0) sebelum pengujian beban dimulai. Untuk membandingkan hasil yang diperoleh dari pengujian model, dilakukan analisis struktur dengan progam SAP 2000 secara 3 dimensi dengan tujuan memperoleh nilai banding besarnya lendutan antara analisis struktur dengan pengujian model.
3. HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Hasil pengujian bahan terhadap bahan pembuat rangka batang baja dan alumunium ditunjukkan pada Tabel 2 berikut ini:
Tabel 2. Data hasil pengujian baja dan Alumunium
Material Tegangan Tarik (fy) kg/cm2
Modulus Elastisitas
(E) kg/cm2 Keterangan
Baja 1.736,6 1,58705 x 106 E standar = 2,1 x 106 kg/cm Alumunium 496,3 0,71813 x 106 E standar = 0,7 x 106 kg/cm2
Hasil pengujian yang diperoleh terhadap material akan digunakan dalam penelitian ini menunjukkan bahwa, modulus elastisitas baja di pasaran lebih rendah dari modulus elastisitas standar, sedang modulus elastisitas alumunium di pasaran sudah sesuai dengan modulus elastisitas standar. Hal ini menunjukkan material baja yang beredar di pasaran belum memenuhi standar yang disyaratkan.
Hasil pengujian besarnya lendutan/ displacement pada titik buhul bawah rangka utama jembatan baik hasil analisis struktur maupun pengujian model untuk struktur rangka jembatan baja dapat dilihat pada Gambar 8 sampai dengan Gambar 10 di bawah ini.
-0.70 -0.60 -0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 2 3 4 5
Letak dial gauge
Dis
p
lac
e
ment arah vertik
al
(mm)
Analisis SAP2000 Pengujian model
Gambar 8. Perbandingan lendutan Analisis struktur dengan uji model, posisi beban I
-0.90 -0.80 -0.70 -0.60 -0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 2 3 4 5
Letak dial gauge
Dis
p
lac
e
ment arah vertik
al
(mm)
Analisis SAP2000 Pengujian model
Gambar 9. Perbandingan lendutan Analisis struktur dengan uji model, posisi beban II
-1.20 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 2 3 4 5
Letak dial gauge
Dis
p
lac
e
ment arah vertik
al
(mm)
Analisis SAP2000 Pengujian model
Pengukuran besarnya lendutan hanya ditampilkan untuk dial gauge no 2 sampai dengan 5, karena besarnya lendutan hasil pengujian pada dial gauge 1 tidak sesuai dengan pola lendutan hasil analisis struktur. Besarnya lendutan hasil pengujian merupakan nilai rata-rata pengukuran lendutan bagian kiri dan kanan.
Gambar 8 sampai dengan Gambar 10 di atas, menunjukkan bahwa besarnya lendutan yang terjadi disemua titik pengamatan kurang dari batas lendutan yang diijinkan yaitu sebesar L/ 360 = 4350/ 360 = 12,083 mm. Selain itu gambar-gambar di atas juga menunjukkan suatu kenyataan bahwa besarnya lendutan model jembatan yang dibuat dengan bahan dan fabrikasi di pasaran daerah Surakarta menghasilkan nilai lendutan yang lebih besar dibandingakan hasil lendutan hasil analisis struktur. Besarnya perbandingan lendutan antara hasil analisis struktur menggunakan program SAP 2000 secara 3 dimensi dengan pengujian model adalah 3,765 kali (376,5%).
Perbedaan lendutan yang cukup besar tersebut disebabkan timbulnya perlemahan struktur pada sambungan-sambungan, akibat kurang tepatnya pemotongan dimensi atau kurang tepatnya pelubangan baut. Nilai perbandingan rata-rata di atas hendaknya menjadi referensi bagi perencana struktur yang menggunakan rangka baja dalam pekerjaan konstruksi, dimana fabrikasi dan bahan yang digunakan menggunakan bengkel-bengkel konstruksi baja yang banyak berada di pasaran.
Untuk melihat pengaruh pemakaian bahan substitusi pada batang nol, maka diperhatikan besarnya lendutan yang terjadi pada dial gauge No 3, yang merupakan letak penggunaan bahan substisusi berupa batang alumunium. Hasil pengujian dan analisis struktur ditunjukkan pada Tabel 3 berikut ini:
Tabel 3. Besarnya lendutan pada buhul tengah dengan pemakaian bahan substitusi
Posisi Posisi Posisi
Beban 1 Beban 2 Beban 3
Besarnya gaya batang (kg) = -0,3778 -0,7570 -1,1430
A = 423,5 mm2
Hasil Lendutan ke samping = 0,00339 0,00689 0,00854
Analisis Struktur Lendutan vertikal = -0,11806 -0,22187 -0,32957
-0,51500 -0,68500 -0,92000
A = 64 mm2
Hasil Lendutan ke samping = 0,00472 0,00787 0,01115
Analisis Struktur Lendutan vertikal = -0,11747 -0,22198 -0,32864
-0,49000 -0,68500 -0,85000
Besarnya lendutan vertikal Pengujian = Profil rangka utama jembatan berupa Baja
Besarnya lendutan vertikal Pengujian = Batang vertikal tengah rangka utama diganti profil Alumunium L 12.22.2
Besarnya lendutan yang terjadi hasil pengamatan pada dial gauge 3 menunjukkan, bahwa terjadi penurunan meskipun sangat kecil, besarnya lendutan arah vertikal akibat pemakaian bahan substitusi pada batang nol jembatan rangka baja. Besarnya penurunan lendutan tersebut terjadi baik pada hasil analisis struktur maupun hasil pengujian model. Besarnya penurunan rata-rata lendutan vertikal pada pengujian model antara jembatan rangka baja biasa dengan jembatan rangka dengan bahan substitusi pada batang nol adalah sebesar 4,15%. Penurunan lendutan arah vertikal
tersebut disebabkan terjadinya peningkatan lendutan ke arah samping sebagaimana terlihat pada hasil analisis struktur, namun tidak terukur pada pengujian model.
4. KESIMPULAN
Hasil penelitian tentang Analisis Penggunaan Bahan Substitusi Pada Batang Nol Model Jembatan Rangka Baja Terhadap Stabilitas Struktur menunjukkan bahwa, terjadi peningkatan lendutan vertikal, antara hasil fabrikasi jembatan rangka baja apabila dibandingkan dengan hasil analisis struktur. Selain itu dapat disimpulkan bahwa pemakaian bahan substitusi pada batang nol tidak berpengaruh secara signifikan terhadap stabilitas struktur dengan pembebabanan statis.
Mengingat pembahasan beban dalam penelitian ini berupa beban statis maka perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai pengaruh beban dinamis terhadap sifat kelelahan struktur atau stabilitas sambungan pada model jembatan. Penelitian lebih lanjut juga perlu dilakukan untuk durabilitas struktur dengan pemakaian bahan dan fabrikasi yang ada di pasaran.
5. DAFTAR PUSTAKA
1. DPU (1987) Pedoman Perencanaan Pembebanan Jembatan Jalan Raya (PPPJJR–1987), Departemen Pekerjaan Umum, Jakarta.
2. DPU (1984) Pedoman Perencanaan Bangunan Baja Indonesia ( PPBBI – 1984), Yayasan Penyelidikan Masalah Bangunan, Bandung
3. Gere, J., dan Thimosenko, S. (1996) Mekanika Bahan jilid 1, edisi 2 (terjemahan oleh wospakrik), Penerbit Erlangga, Jakarta
4. Ghali, A. (1990) Analisis Struktur, Penerbit Erlangga, Jakarta
5. Solikin, M. (2003) Analisis batang nol pada jembatan rangka baja (tidak dipublikasikan), Lembaga Penelitian, Universitas Muhammadiyah Surakarta 6. Struyk, H.J. (1990) Jembatan (terjemahan Sumargono), Pradnya Paramitra,
Jakarta
7. Suhendro, B. (2000), Teori Model Struktur dan Teknik Eksperimental, Penerbit Beta Ofset, Yogyakarta
