STUDI PERBANDINGAN NILAI TEGANGAN DAN
LENDUTAN HASIL PENGUJIAN LABORATORIUM DAN
PERHITUNGAN KOMPUTER MENGGUNAKAN PROGRAM
SAP2000 PADA JEMBATAN RANGKA BAJA
Andreas Susanto Y. NRP : 0021049
Pembimbing : Daud R. Wiyono, Ir., M.Sc. Ko Pembimbing : Anang Kristianto, ST., MT.
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN SIPIL UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA
BANDUNG
ABSTRAK
Dalam zaman modern, perhitungan struktur dilakukan dengan bantuan
komputer. Namun, untuk lebih meyakinkan dilakukan pengetesan/ pengujian
pada struktur tersebut. Pada bulan Oktober tahun 2003 PT. Cigading Habeam
Centre melakukan pengujian jembatan rangka baja skala penuh dengan
menggunakan beban statis. Pengujian semacam ini merupakan kesempatan
yang baik untuk membandingkan hasil uji laboratorium (aktual) dengan hasil
perhitungan komputer (teoritis), dalam hal ini menggunakan SAP2000.
Konfigurasi jembatan yang diuji adalah tipe Warren dan berdasarkan
lebarnya termasuk tipe B dengan bentang 50 m. Beban pengujian mengacu
kepada Bridge Management System (BMS). Alat ukur regangan yang
digunakan adalah strain gauge tipe electronic resistance dan vibrating wire,
sedangkan pengukur lendutan menggunakan deflektometer tipe kawat dengan
pengait, Linear Variable Displacement Transducer (LVDT), dan theodolit.
Dari hasil pengujian aktual dan SAP2000 disimpulkan bahwa perbedaan
tegangan paling besar adalah 6,79 % terjadi pada batang diagonal, sedangkan
perbedaan lendutan paling besar adalah 15,1 % pada titik 10. Kecenderungan
perbedaan nilai lendutan ini semakin besar saat tahap pembebanan meningkat.
Nilai tegangan aktual masih berada di bawah nilai tegangan leleh teoritisnya,
yaitu 240 MPa untuk mutu baja SS400 dan 343 MPa untuk mutu baja SM490.
DAFTAR ISI
Halaman
SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ... i
SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR ... ii
ABSTRAK ... iii
PRAKATA ... iv
DAFTAR ISI... vi
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ... ix
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xv
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Tujuan Penulisan ... 2
1.3 Pembatasan Masalah... 3
1.4 Sistematika Penulisan ... 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA... 5
2.1 Jembatan Rangka Baja... 5
2.1.1 Umum... 5
2.1.2 Jenis dan Komponen ... 6
2.1.3 Hubungan Tegangan-Regangan ... 10
2.2 Beban Jembatan ... 11
2.2.1 Beban Tetap (Permanent Loads) ... 11
2.2.2 Beban Lalu-Lintas (Traffic Loads) ... 12
2.3 Pengujian Struktur dan Komponen Struktur ... 17
2.3.1 Metoda Pengujian ... 17
2.3.2 Uji Pembebanan (Load Test)... 18
2.3.3 Alat Ukur yang Digunakan ... 18
2.4 Pemodelan Elemen Frame Pada SAP2000 ... 20
2.4.1 Sistem Koordinat... 20
2.4.2 End Release... 24
2.4.3 Beban Pada Struktur... 25
BAB 3 PENGUJIAN LABORATORIUM OLEH PT. CIGADING HABEAM CENTRE ... 30
3.1 Data Umum... 30
3.2 Perhitungan Pembebanan ... 33
3.2.1 Desain... 33
3.2.2 Aktual... 38
3.3 Jenis Pengujian ... 44
3.4 Tahapan Pengujian ... 45
3.5 Hasil Pengujian Laboratorium... 46
3.5.1 Tegangan ... 46
3.5.2 Lendutan... 46
BAB 4 PEMODELAN STRUKTUR MENGGUNAKAN
PROGRAM SAP2000 ... 53
4.1 Data Umum... 53
4.2 Penomoran Titik dan Batang ... 56
4.3 FrameSection... 56
4.4 Pembebanan... 56
4.5 Hasil Perhitungan Komputer ... 56
4.5.1 Tegangan ... 56
4.5.2 Lendutan... 56
BAB 5 PEMBAHASAN HASIL PENGUJIAN LABORATORIUM DAN HASIL PERHITUNGAN KOMPUTER... 75
5.1 Tegangan ... 75
5.2 Lendutan ... 78
BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN ... 88
6.1 Kesimpulan ... 88
6.2 Saran ... 90
DAFTAR PUSTAKA ... 91
LAMPIRAN... 92
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN
α = faktor strain hardening
ε = regangan
σ = tegangan
BJBJ = Balai Jembatan dan Bangunan Pelengkap Jalan
BMS = Bridge Management System
CHC = Cigading Habeam Centre
CSP = Corrugated Steel Plate
DL = Dead Load
E = modulus elastisitas
KEL = Knife-Edge Load
Kg = kilogram
LC = Load Case
LL = Live Load
LVDT = Linear Variable Displacement Transducer
N = Newton
Pa = Pascal
SAP = Structural Analysis Program
SDL = Superimposed Dead Load
SVW = Strain gauge Vibrating Wire
SW = Self Weight
UDL = Uniform Distributed Load
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangka batang Pratt ... 7
Gambar 2.2 Rangka batang Warren tanpa batang vertikal ... 7
Gambar 2.3 Rangka batang Warren dengan batang vertikal ... 7
Gambar 2.4 Rangka batang Warren curved chord... 7
Gambar 2.5 Rangka batang Warren sub-divided... 7
Gambar 2.6 Rangka batang Warren curved chord sub-divided... 7
Gambar 2.7 Rangka batang K ... 8
Gambar 2.8 Jembatan Tipe A (1+7+1) m ... 8
Gambar 2.9 Jembatan Tipe B (0,5+6+0,5) m ... 8
Gambar 2.10 Jembatan Tipe C (0,5+4,5+0,5) m ... 9
Gambar 2.11 Komponen Jembatan Rangka... 10
Gambar 2.12 Grafik Hubungan Tegangan – Regangan... 11
Gambar 2.13 Beban Lajur “D” ... 13
Gambar 2.14 Beban “D” : UDL vs Panjang yang Dibebani... 14
Gambar 2.15 Penyebaran Pembebanan pada Arah Melintang... 15
Gambar 2.16 Pembebanan Truk "T"... 16
Gambar 2.17 Alat Pengukur Regangan : Strain Gauge ... 19
Gambar 2.18 Alat Pengukur Perpindahan ... 19
Gambar 2.19 Theodolit ... 20
Gambar 2.20 Alat-alat Output... 20
Gambar 2.21 Menentukan Sudut Putar ang ...24
Gambar 2.22 End Release Pada Frame Elemen ... 25
Gambar 2.23 Menentukan Beban Terpusat Elemen ... 27
Gambar 2.24 Menentukan Beban Merata Pada Elemen ... 28
Gambar 2.25 Menentukan Beban Trapesium Pada Elemen ... 29
Gambar 3.1 Potongan Melintang Steel Deck Plate (Corrugated Steel Plate) 34 Gambar 3.2 Beban Tetap (Permanent Loads)... 36
Gambar 3.3 Beban Lalu-lintas (Traffic Loads) : UDL ... 37
Gambar 3.4 Beban Lalu-lintas (Traffic Loads) : KEL... 38
Gambar 3.5 Pembebanan KEL Menggunakan Pelat Baja Berselang ... 41
Gambar 3.6 Skema Instrumentasi Vibrating Wire Strain Gauge ... 48
Gambar 4.1 Penomoran Titik Sisi Barat ... 57
Gambar 4.2 Penomoran Titik Sisi Timur... 58
Gambar 4.3 Penomoran Titik Sisi Atas ... 59
Gambar 4.4 Penomoran Titik Sisi Bawah... 60
Gambar 4.5 Penomoran Batang Sisi Barat ... 61
Gambar 4.6 Penomoran Batang Sisi Timur ... 62
Gambar 4.7 Penomoran Batang Sisi Atas... 63
Gambar 4.8 Penomoran Batang Sisi Bawah Sebelah Utara ... 64
Gambar 4.9 Penomoran Batang Sisi Bawah Sebelah Selatan... 65
Gambar 4.10 Frame Section Sisi Barat/Timur ... 66
Gambar 4.11 Frame Section Sisi Atas ... 67
Gambar 4.12 Frame Section Sisi Bawah ... 68
Gambar 4.13 Penempatan Beban Tetap (DLSDL) ... 69
Gambar 4.14 Penempatan Beban Lalu-lintas (UDL)... 70
Gambar 4.15 Penempatan Beban Lalu-lintas (KEL) ... 71
Gambar 5.1 Grafik Perbandingan Tegangan Aktual dan SAP2000 pada
Batang Bawah ... 77
Gambar 5.2 Grafik Perbandingan Tegangan Aktual dan SAP2000 pada Batang Atas ... 77
Gambar 5.3 Grafik Perbandingan Tegangan Aktual dan SAP2000 pada Batang Diagonal... 77
Gambar 5.4 Gambar Camber DL ... 79
Gambar 5.5 Gambar Camber DL+UDL 10%+KEL 5%... 79
Gambar 5.6 Gambar Camber DL+UDL 25%+KEL 25%... 79
Gambar 5.7 Gambar Camber DL+UDL 50%+KEL 50%... 80
Gambar 5.8 Gambar Camber DL+UDL 75%+KEL 75%... 80
Gambar 5.9 Gambar Camber DL+UDL 100%+KEL 100%... 80
Gambar 5.10 Gambar Camber DL+UDL 125%+KEL 125%... 81
Gambar 5.11 Gambar Camber DL+UDL 150%+KEL 150%... 81
Gambar 5.12 Grafik Perbandingan Lendutan Aktual dan SAP2000 pada Titik 6 ... 87
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Data Dimensi Struktur ... 32
Tabel 3.2 Perhitungan Beban Merata Aktual ... 39
Tabel 3.3 Perhitungan Beban Garis Aktual... 41
Tabel 3.4 Skema Pembebanan Aktual... 42
Tabel 3.5 Rangkuman Perhitungan Pembebanan Desain dan Aktual... 43
Tabel 3.6 Pembacaan Vibrating Wire Strain Gauge ... 47
Tabel 3.7 Perhitungan Regangan dan Tegangan Total pada Batang Bawah... 49
Tabel 3.8 Perhitungan Regangan dan Tegangan Total pada Batang Atas ... 49
Tabel 3.9 Perhitungan Regangan dan Tegangan Total pada Batang Diagonal ... 49
Tabel 3.10 Pembacaan Theodolit ... 50
Tabel 4.1 Material ... 54
Tabel 4.2 Frame Section... 54
Tabel 4.3 Static Load Case... 55
Tabel 4.4 Load Combination... 55
Tabel 4.5 Tegangan Hasil Perhitungan SAP2000... 72
Tabel 4.6 Lendutan Hasil Perhitungan SAP2000 ... 73
Tabel 5.1 Perbandingan Tegangan Aktual dan SAP2000 ... 76
Tabel 5.2 Perbandingan Lendutan Aktual dan SAP2000... 82
Tabel 5.3 Persentase Rata-rata Perbedaan Lendutan Aktual dan
SAP2000 untuk Setiap Titik ... 85
Tabel 5.4 Perbandingan Lendutan Aktual dan SAP2000 pada Titik 6 ... 86
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Denah Pembebanan Aktual ... 92
Lampiran 2 Skema Instrumentasi ... 103
Lampiran 3 Camber / Lawan Lendut... 108
Lampiran 4 Daftar Welded H-Beam Ukuran Non Standard Produksi PT. Cigading Habeam Centre ... 110
Lampiran 5 Perhitungan Berat Volume... 112
Lampiran 6 Inspection Certificate PT Cigading Habeam Centre... 113
Lampiran 7 Output SAP2000 ... 115
Lampiran 8 Foto-foto Pengujian Jembatan Rangka Baja B-50 ... 126
126
Lampiran 8
127
Tampak depan jembatan
128
Beban KEL berupa 20 lembar pelat baja terikat
129
Label kode produk baja tipe SS400
130
Beban berupa pelat baja
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Dalam zaman modern, tidak dapat dipungkiri bahwa komputer
berkembang dengan sangat pesat, baik dalam perangkat keras maupun
perangkat lunak. Salah satu jenis perangkat lunak yang dikembangkan
adalah perangkat lunak untuk analisis dan desain struktur sebagai alat
bantu perhitungan struktur dalam bidang Teknik Sipil. Perangkat lunak
semacam ini dapat menghitung reaksi perletakan, gaya-gaya dalam,
lendutan akibat berat sendiri dan beban luar statik maupun dinamik dengan
2
Perangkat lunak analisis dan desain struktur dibuat berdasarkan teori-teori
perhitungan struktur yang merupakan penurunan rumus maupun data/hasil
eksperimen. Perhitungan struktur dengan bantuan komputer diharapkan dapat
mewakili kondisi sebenarnya dari struktur yang dimaksud. Selanjutnya, untuk
lebih meyakinkan hasil perhitungan komputer tersebut maka dilakukan
pengetesan/pengujian pada struktur maupun komponen struktur.
Pada bulan Oktober tahun 2003 PT. Cigading Habeam Centre melakukan
pengujian jembatan rangka baja skala penuh dengan menggunakan beban
statis. Pengujian sejenis jarang dilakukan karena membutuhkan biaya besar
berikut berbagai persiapan yang cukup rumit. Oleh karena itu pengujian ini
merupakan kesempatan yang baik untuk membandingkan hasil uji
laboratorium (aktual) dengan hasil perhitungan komputer (teoritis).
1.2 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Membuat pemodelan jembatan rangka baja yang diuji
menggunakan program SAP2000
2. Membandingkan tegangan dan lendutan hasil pengujian
laboratorium dengan hasil perhitungan menggunakan program
SAP2000.
3
1.3 Pembatasan Masalah
Pembatasan masalah pada penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Perhitungan sambungan tidak ditinjau
2. Jenis profil rangka baja yang digunakan adalah welded H beam.
3. Mutu rangka baja yang digunakan adalah :
• fy = 240 MPa untuk SS400
• fy = 343 MPa untuk SM490
4. Pendimensian elemen tidak dilakukan
5. Jenis perletakan yang digunakan adalah sendi dan rol
6. Pembahasan hasil pengujian berdasarkan data pembebanan sampai
beban hidup 150%.
7. Data regangan aktual diambil dari Vibrating Wire Strain Gauge,
sedangkan data lendutan aktual diperoleh dari Theodolit.
1.4 Sistematika Penulisan BAB 1 PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang pengambilan topik Tugas Akhir,
tujuan penulisan, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi tentang berbagai tinjauan pustaka yang digunakan
sebagai panduan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini, yaitu mengenai
jembatan rangka baja, beban-beban pada jembatan, pengujian struktur dan
komponen struktur , serta beberapa hal mengenai pemodelan elemen frame
4
BAB 3 PENGUJIAN LABORATORIUM OLEH PT. CIGADING
HABEAM CENTRE
Bab ini berisi tentang data umum, perhitungan pembebanan, jenis,
tahapan, dan hasil pengujian laboratorium tersebut.
BAB 4 PEMODELAN STRUKTUR MENGGUNAKAN PROGRAM
SAP2000
Bab ini berisi tentang pemodelan komputer struktur jembatan rangka
baja yang diuji serta pembebanan yang digunakan saat pengujian di
laboratorium berikut hasil perhitungan regangan dan lendutan.
BAB 5 PEMBAHASAN HASIL PENGUJIAN LABORATORIUM DAN
HASIL PERHITUNGAN KOMPUTER
Bab ini berisi tentang pembahasan hasil pengujian laboratorium dengan
hasil perhitungan komputer mengenai tegangan dan lendutan.
BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran berdasarkan pembahasan
88
BAB 6
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
Selisih antara tegangan aktual dan SAP2000 dari seluruh tahap
pembebanan yang dilakukan untuk :
• Batang bawah : 2,61 %
• Batang atas : 1,78 %
• Batang diagonal : 6.79 %
Nilai tegangan aktual masih berada di bawah nilai tegangan leleh
teoritisnya yaitu 240 MPa untuk mutu baja SS400 (batang diagonal,
gelagar melintang, balok memanjang) dan 343 MPa untuk mutu baja
89
Selisih antara lendutan aktual dan SAP2000 dari seluruh tahap
pembebanan yang dilakukan untuk :
• Titik 1 : 0,0 %
Dari setiap titik, selisih antara lendutan aktual dan SAP2000 terbesar
adalah pada titik 10 yaitu sebesar 15,1 %.
Kecenderungan perbedaan nilai antara lendutan aktual dan SAP2000
semakin besar saat tahap pembebanan meningkat khususnya mulai tahap
pembebanan Beban Hidup 100%.
Hal-hal yang menjadi kemungkinan penyebab terjadinya perbedaan
tersebut adalah :
• Gaya-gaya dalam selain gaya aksial, seperti : momen lentur dan gaya
geser tidak diperhitungkan
• Pendekatan dalam koreksi camber/lawan lendut hasil pembacaan
90
• Kekeliruan pengesetan alat
• Kekeliruan pembacaan alat
• Peletakan beban statis aktual yang tidak sesuai dengan perencanaan
• Data material berbeda dengan kenyataan
6.2 Saran
Bila data yang tersedia cukup lengkap maka dapat dibandingkan hasil
tegangan dan lendutan dari semua alat ukur yang digunakan sehingga
dapat dilakukan kontrol terhadap hasil pembacaan alat ukur lainnya agar
data yang diperoleh lebih mendekati kenyataan.
Dalam pengetesan jembatan rangka baja ini terjadi penurunan pondasi
pada keempat perletakannya, oleh karena itu hal-hal yang berhubungan
dengan penurunan pondasi seperti penyelidikan tanah, jenis dan ukuran
pondasi harus lebih diperhatikan.
Beban pengganti berupa pelat baja dan karung pasir yang dipasang
harus lebih mendekati perencanaan/desain yang mengacu pada peraturan
