BAB III ANALISIS ABUTMEN

(1)

BAB III

ANALISIS ABUTMEN JEMBATAN BETON

3.1 IDENTIFIKASI PROGRAM

Program/software ini menggunakan satuan kN-meter dalam melakukan analisa abutmen jembatan yang seluruhnya terbuat dari beton. Bentuk umum dari abutmen beton tersebut tersebut asumsikan tersusun atas elemen-elemen berbentuk segi empat dan segi tiga. Secara umum ada 3 kemungkian bentuk abutmen jembatan beton yang didasarkan kepada tinggi dari abutmen tersebut.

a. Tipe Dinding

b. Tipe Balok Kepala/Beam Cap

c. Peralihan Tipe Dinding dan Beam Cap

Gambar 3.1 Bentuk Abutmen Jembatan Beton

Program/software ini dibuat khusus untuk tanah timbunan berupa tanah non-kohesif. Tekanan tanah ke dinding dihitung dengan menggunakan pendekatan dari Coulomb. Analisa abutmen jembatan beton dengan menggunakan program/software ini memungkinkan untuk memperhitungkan gaya-gaya tambahan akibat gempa.

Program/software ini tidak menyediakan fasilitas untuk memperhitungkan gaya angkat atau up-lift dari air. Sehingga untuk kasus dimana terdapat gaya up-lift, program/software ini tidak bisa digunakan.

Untuk tanah timbunan non-kohesif, tekanan air tanah yang menuju dinding tidak ikut diperhitungkan dalam program/software ini. Diasumsikan bahwa sistem drainase yang baik akan dibangun/disediakan untuk menjamin tidak ada tekanan hidrostatis tambahan ke dinding.

Keluaran dari program/software ini adalah gaya gaya yang berkerja pada dasar abutmen yang akan digunakan untuk melakukan analisa pondasi. Juga dapat diketahui gaya dalam pada beberapa potongan kritis yang berguna untuk menghitung penulangan dari abutment beton tersebut. Program/software ini juga telah dilengkapi dengan kombinasi pembebanan sehingga out-put gaya dalam dari program/software ini tersedia untuk setiap kombinasi pembebanan.

Perlu ditegaskan bahwa program ini dibuat untuk tujuan pendidikan dan pelatihan SRRP (Sumatera Region Road Project) IBRD Loan No. 4307-IND. Tanggung jawab terhadap

Tipe dinding

(2)

pengunaan hasil keluaran program ini 100 % ada di pengguna. Pengguna wajib melakukan pengecekan terhadap kesahihan hasil keluaran program ini. Karena program ini tidak mencakup semua aspek disain, sebaiknya penggunaannya dibatasi untuk proses pra-disain.

3.2 TEORI DASAR

Sama dengan Teori Dasar Perencanaan Dinding Penahan Tanah (Bab 1.2)

3.3 KOMBINASI BEBAN

Berdasarkan Kombinasi Beban untuk Perencanaan Tegangan Kerja sesuai dengan Tabel 2.2.1 Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan, kombinasi yang digunakan dalam program/software ini adalah sebagai berikut.

Tabel 3.1 Kombinasi Beban Untuk Perencanaan Tegangan Kerja

Aksi K o m b i n a s i

1 2 3 4 5 6 7

Aksi Tetap X X X X X X X

Beban Lalu Lintas X X X X O O O

Pengaruh Temperatur O X O X O O O

Arus/Hanyutan/Hidro/Daya Apung X X X X X O O

Beban Angin O O X X O O O

Pengaruh Gempa O O O O X O O

Beban Tumbukan O O O O O O X

Beban Pelaksanaan O O O O O X O

Tegangan berlebihan yang

diperbolehkan 0 25% 25% 40% 50% 30% 50%

3.4 INPUT DATA

a. Tinggi Total Abutmen dan Panjang Abutmen (meter)

Panjang abutmen di tentukan berdasarkan lebar dari jembatan. Tinggi total abutmen akan menentukan bentuk dan tipe dari abutmen itu sendiri. Jika ketinggiannya cukup besar, maka abutmen yang digunakan adalah tipe dinding, sedangkan jika ketinggiannya tidak besar akan digunakan tipe beam-cap. Pemilihan tipe ini akan dilakukan oleh program/software secara otomatis. Panjang abutmen ditentukan berdasarkan lebar dari jembatan.

b. Dimensi (panjang tumpuan dan tinggi) dari Balok Girder Struktur Atas (m).

(3)

Gambar 3.2 Tumpuan Balok Struktur Atas ke Abutmen

c. Tebal Dudukan Balok Girder (m)

Tebal dudukan balok girder hanya digunakan jika digunakan abutmen beton tipe dinding.

d. Beban Merata di Atas Tanah/Surcharge Load (kN/m2₎

Berdasarkan Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan 2.2.6, beban merata diatas tanah yang diklasifikasikan sebagai beban lalu lintas yang diekivalensikan dengan tanah urugan setinggi 0.6 meter

e. Data Tanah Timbunan

Data Tanah timbunan yang diperlukan adalah berat jenis  (kN/m3), sudut geser dalam

 (derajat) , dan kohesi c (kN/m2). Berdasarkan Peraturan Perencanaan Tehnik Jembatan, tanah timbunan hendaknya bukanlah tanah “clay”, sehingga nilai c = 0. Nilai

 tanah timbunan yang umum digunakan adalah 18 kN/m3. Sedangkan sudut geser

dalam  minimum dari tanah timbunan adalah 30 . Program/software ini hanya akan berjalan jika nilai cohesi tanah timbunan = 0 (tanah non-kohesif).

f. Lebar dan Tebal Pile Cap.

Lebar pile cap didasarkan atas tipe serta lay-out dari pondasi yang akan digunakan, sehingga nilai awal dari lebar pile cap ditentukan berdasarkan perkiraan lay-out pondasi jembatan tersebut. Tebal pile cap biasanya diambil 0.75 s/d 1.5 meter. Nilai yang tepat dari tebal pile cap didasarkan atas analisis/penulangan lentur, geser, dan geser pons pada pile cap

Abutmen

balok girder Panjang tumpuan minimum

Tinggi balok girder

(4)

Gambar 3.3 Lebar dan Tebal Pile Cap

g. Tebal Dinding Abutmen

Tebal dinding abutmen hanya digunakan untuk abutmen tipe dinding. Harga yang biasa digunakan adalah 1/10 dari tinggi abutmen

Gambar 3.4 Tebal Dinding Abutmen

h. Koefisien Gempa

Untuk analisis yang memperhitungkan pengaruh gempa diperlukan Ch1 (koefisien

gempa untuk inersia struktur), Ch2 (koefisien gempa untuk tekanan tanah dinamis) dan

Faktor Keutamaan (I). Nilai Ch1 dapat ditentukan berdasarkan Gambar 1.8, Nilai

koefisien Ch2 ditentukan dengan menggunakan Tabel 1.4, sedangkan Faktor Keutamaan

“I” ditentukan berdasarkan Tabel 1.2 Lebar pile cap tebal dinding abutmen Lebar pile cap

Lebar pile cap

(5)

i. Gaya Vertikal dan Horisontal dari Struktur Atas (kN)

Tanda positif menunjukkan arah gaya tersebut ke atas atau kekanan. Karena program/software ini menggunakan kombinasi pembebanan berdasarkan Kombinasi Beban untuk Perencanaan Tegangan Kerja sesuai dengan Tabel 2.2.1 Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan, maka beban vertikal dan horisontal dari struktur atas di uraikan sesuai dengan tipe beban yang bekerja. Tipe beban/aksi tersebut adalah

a. Aksi tetap

b. Beban Lalu lintas c. Pengaruh temperatur

d. Arus/Hanyutan/Hidrolika/Daya Apung e. Beban Angin

f. Pengaruh gempa g. Beban Tumbukan h. Beban Pelaksanaan

k. Lokasi Gaya Vertikal dan Horisontal Struktur Atas (m)

Transfer gaya-gaya dari struktur atas ke abutmen jembatan dilakukan melalui perletakan atau bearing. Parameter ini digunakan untuk menunjukkan titik tangkap gaya-gaya dari struktur atas pada abutmen jembatan tipe gravitasi. Posisi arah x ditentukan dari ujung balok girder, sedangkan posisi gaya-gaya dalam arah y ditentukan dari permukaan balok girder.

Gambar 3.5 Lokasi Gaya Vertikal dan Horisontal Struktur Atas

3.5 CARA PEMAKAIAN PROGRAM

a. Langkah Pertama adalah mengaktifkan program/software dengan meng-klik file program yaitu CABT.EXE. Pada layar monitor akan muncul Form Input Data.

b. Pada Form Input Data masukkan parameter-parameter Input Data. Jika analisis tidak memperhitungkan kondisi gempa, maka nilai Koefisien Gempa dan Faktor Keutamaan dibuat sama dengan 0. Jika ingin menganalisis data yang sudah pernah

disimpan, gunakan tombol BUKA FILE

c. Pada Form Input Data, jika ingin menyimpan data kasus yang sedang dianalisis, klik tombol SIMPANFILE dan tuliskan nama file yang akan digunakan.

Abutmen

Y_h

bearin g V₁₅

(6)

d. Pada Form Input Data untuk melakukan analisis perhitungan gaya-gaya klik tombol HITUNG. Sehingga akan berada pada Lembar Analisis dan Output.

e. Pada Lembar Analisis dan Output ini ditampilkan gaya-gaya yang bekerja pada dasar abutmen jembatan untuk setiap kombinasi pembebanan yang akan digunakan untuk melakukan perencanaan pondasi.

f. Pada Lembar Analisis dan Output juga ditampilkan gaya-gaya dalam pada beberapa potongan kritis untuk setiap kombinasi pembebanan yang akan berguna untuk menentukan kebutuhan penulangan.

g. Pada Lembar Analisis dan Output, jika ingin memodifikasi data input dapat menggunakan tombol KEMBALI untuk menuju ke Form Input Data, sedangkan jika ingin melihat Gambar dan Dimensi keseluruhan dari abutmen jembatan gunakan

tombol GAMBAR.

h. Pada Lembar Analisis dan Output, jika ingin menyimpan file laporan perhitungan gunakan tombol LAPORAN dan masukkan nama file yang akan digunakan untuk menyimpan data laporan yang berbentuk file dengan extension TXT.

3.6 INTERPRETASI HASIL KELUARAN.

3.6.1 NOTASI GAYA GAYA YANG DIGUNAKAN

G_D G_W

Y

h

X_v

V₁₅ _H

16

H

1.00 m 0.25 m

B

T_W surcharge load = q

V₂₇dan H₂₈

V₁₃dan H₁₄

V₁₁dan H₁₂ V

27 dan H28

akibat gempa

V₁₃dan H₁₄ akibat surcharge

V

11 dan H12

akibat tek. tanah

V₁ H

17

X+

V₈ H

24

Y+

(7)

Gambar 3.6 Notasi Gaya-Gaya

Tabel 2.2 Notasi Gaya-Gaya

No Notasi gaya

Keterangan Tipe dinding

Tipe peralihan

Tipe beam cap

1 V1 Berat sendiri elemen 1   

el. 1 el. 3

el. 2

V₁ H17

V₃ V₂

H₁₉

H₁₈ V₁₁

H₁₂

Y_h X_v

G_W

G_D

V₉ V₁₀

H₂₅ H26

el. 9 el. 10

el. 8

0.25 m

el. 7 el. 6

V₄ H₂₂

V₅ H23 _{1.00 m}

B T_W

O

V₆ V7

H₂₀ H₂₁

el. 4

el. 8

el. 5

(8)

11 V11 Komponen ver. dari tek. tanah aktif   

12 H12 Komponen hor. dari tek. tanah aktif   

13 V13 Komponen vertikal dari tekanan akibat_{beban surcharge}   

14 H14 Komponen horizontal dari tekanan _{akibat beban surcharge}   

15 H15 Gaya vertikal dari struktur atas   

16 H16 Gaya horisontal dari struktur atas   

17 H17 Gaya inersia gempa elemen 1   

23 H23 Gaya insrsia gempa elemen 7   

27 V27 Komponen vertikal dari tambahan _{tekanan tanah gempa}   

28 H28 Komponen horisontal dari tambahan _{tekanan tanah gempa}   

Tanda positif untuk gaya menunjukkan arah gaya tersebut ke atas atau ke kanan. Tanda 

menunjukkan bahwa elemen tersebut aktif/digunakan dalam analisis, sedangkan tanda 

menunjukkan elemen tersebut tidak digunakan/tidak aktif dalam analisis.

3.6.2 OPTIMASI DARI PENGGUNAAN PROGRAM.

Setelah didapat hasil analisa gaya-gaya pada dasar dan pada potongan kritis, maka dapat di tentukan kebutuhan pondasi dan juga tulangan abutmen tersebut.

(9)

3.7 CONTOH KASUS

Suatu abutmen jembatan beton setinggi 5 meter dengan lebar 9.7 meter direncanakan untuk dibangun dengan data-data perencanaan sebagai berikut

a. Tanah urugan non-kohesif  = 1.8 t/m3_{= 18 kN/m}3_{, dan}__{= 35}_

b. Tanah dasar  = 1.7 t/m3_{= 17 kN/m}3_{, dan}__{= 35}__{, c = 5 t/m}2_{= 50 kPa}

c. Beban merata pada permukaan tanah = beban lalu lintas = 0.6*1.8 = 0.48 t/m2_{= 4.8 kPa}

d. Perencanaan abutmen beton tersebut terletak di wilayah gempa/zona 6 dengan Koefisien Gempa Ch untuk bangunan penahan = 0.06, Ch untuk tekanan tanah = 0.06, dan Faktor

Keutamaan “I” = 1.0

e. Beban dari struktur atas adalah sebagai berikut (+ = keatas/ke kanan , - = kebawah/ke kiri)

Aksi Vertikal (kN) Horisontal (kN)

Aksi Tetap -597.0 00.0

Beban Lalu Lintas -895.0 0.0

Pengaruh Temperatur 0.0 42.0

Arus/Hanyutan/Hidro/Daya Apung 0.0 0.0

Beban Angin 0.0 0.0

Pengaruh Gempa 0.0 35.0

Beban Tumbukan 0.0 0.0

Beban Pelaksanaan 0.0 0.0

Beban lalu lintas arah horizontal mempunyai arah ke luar dari pangkal, sehingga diambil = 0

f. Data Tumpuan Struktur Atas

Panjang tumpuan minimum 1.1 meter, tinggi balok girder 1.6 meter, posisi gaya dari struktur atas Xv = 0.3 meter, Yh = 1.5 m. Tebal dudukan balok girder = 1.0 meter.

g. Pondasi direncanankan menggunakan tiang pancang dengan lebar pile cap = 3.5

meter dan tebal 1.0 meter. Abutmen

balok girder 1.1 meter

1.6 meter

Abutmen

1.5 m

bearin g V₁₁

H₁₂ 0.3 m

(10)

3.7.1 DIMENSI COBA surcharge load = q

(11)

3.7.2 KOMBINASI BEBAN

Aksi K o m b i n a s i

1 2 3 4 5 6 7

Aksi Tetap X X X X X X X

Beban Lalu Lintas X X X X O O O

Pengaruh Temperatur O X O X O O O

Arus/Hanyutan/Hidro/Daya Apung X X X X X O O

Beban Angin O O X X O O O

Pengaruh Gempa O O O O X O O

Beban Tumbukan O O O O O O X

Beban Pelaksanaan O O O O O X O

Tegangan berlebihan yang

diperbolehkan 0 25% 25% 40% 50% 30% 50%

Besarnya gaya luar vertikal (V15) dan Horisontal (H16) yang bekerja pada abutmen sesuai

dengan Kombinasi Pembebanan tersebut diatas adalah sebagai berikut

Vertikal (kN) Horisontal (kN)

Kombinasi 1 -1492.0 0.0

Kombinasi 2 -1492.0 42.0

Kombinasi 3 -1492.0 0.0

Kombinasi 4 -1492.0 42.0

Kombinasi 5 -597.0 35.0

Kombinasi 6 -597.0 0.0

Kombinasi 7 -1492.0 0.0

3.7.3 DIMENSI, BERAT DAN GAYA GEMPA DARI ELEMEN DINDING

Nomor elemen Lebar (m) Tinggi (meter) Berat=W (kN) Gaya Gempa (kN)

1 1.500 1.000 -363.75 21.83

2 0.200 1.600 -77.60 4.66

3 0.200 1.000 -48.50 2.91

4 3.500 1.000 -848.75 50.93

5 0.500 0.250 -30.31 1.82

6 1.500 0.250 -45.47 2.73

7 1.500 0.250 -45.47 2.73

8 0.500 1.150 -139.44 8.37

9 0.700 0.250 -21.22 1.27

10 0.300 0.250 -9.09 0.55

Gaya Gempa = W*Ch*I, gaya gempa hanya bekerja pada kombinasi beban yang

(12)

3.7.4 TEKANAN TANAH AKTIF COULOMB

Kemiringan dinding penahan  = 0 

Sudut gesek dinding-tanah  = 0 ( pada saat terjadi gempa )

Sudut gesek dinding-tanah  =  = 35 ( pada saat tidak terjadi gempa )

1.7.4.1 Koefisien Tekanan Tanah Aktif

2

3.7.4.2 Koefisien Tekanan Tanah Aktif Gempa

2

Sudut kemiringan tekanan tanah terhadap bidang horizontal

 pada saat tidak terjadi gempa =  +  = 35  pada saat terjadi gempa =  +  = 0

3.7.4.3 Tekanan Tanah Akibat Beban Merata Surcharge

Beban merata merupakan beban lalu lintas yang bekerja pada permukaan tanah. Pada kombinasi beban dimana tidak memperhitungkan beban lalu lintas, besarnya tekanan tanah akibat beban merata = 0. Resultante tekanan tanah akibat beban merata bekerja pada elevasi ½ H dari dasar dengan kemiringan 35

(13)

Resultante tekanan tanah aktif Coulomb bekerja pada elevasi 1_/

3 H dari dasar dengan

kemiringan = 35 (pada saat tidak terjadi gempa) dan 0 (pada saat terjadi gempa).

a. Pada saat tidak terjadi gempa

Pa = ½ Ka H2* Lebar = 545.625 kN

Komponen arah vertikal = V4 = -545.625*sin 35 = -312.96 kN (ke bawah)

Komponen arah horisontal = H5 = 545.625*cos 35 = 446.95 kN (ke kanan)

b. Pada saat terjadi gempa

Pa = ½ Ka H2* Lebar = 591.46 kN

Komponen arah vertikal = V4 = -591.46*sin 0 = 0 kN (ke bawah)

3.7.4.5 Tekanan Tanah Tambahan Akibat Gempa

Resultante tekanan tanah tambahan akibat gempa bekerja pada elevasi 2_/

3 H dari dasar

dengan kemiringan 0

Pa = ½ (KaG-Ka)H2*Lebar = 71.75 kN

Komponen arah vertical = V4 = -71.75*sin 0 = 0 kN (ke bawah)

3.7.5 GAYA-GAYA UNTUK KOMBINASI PEMBEBANAN 5

3.7.5.1 Gaya-Gaya di Dasar Pile-Cap

Gaya-gaya pada abutmen untuk Kombinasi Pembebanan 5 ditabelkan sebagai berikut

Notasi

gaya Keterangan

Gaya (kN)

X thd O (m)

Y thd O (m)

Momen (kN-meter)

V1 Berat sendiri elemen 1 -363.75 -0.200 2.900 -72.75

V4 Berat sendiri elemen 4 -848.75 0.000 0.500 0.00

V11 Tekanan tanah aktif 0.00 0.000 0.000 0.00

H12 Tekanan tanah aktif 591.46 -0.250 1.667 985.77

V13 Tek. akibat surcharge 0.00 0.000 0.000 0.00

(14)

H16 Gaya luar horisontal 35.00 -0.250 3.500 122.50

H17 Gaya gempa elemen 1 21.83 -0.200 2.900 63.29

H20 Gaya gempa elemen 4 50.93 0.000 0.500 25.46

H22 Gaya gempa elemen 6 2.73 -.750 1.083 2.96

H25 Gaya gempa elemen 9 1.27 -.483 2.317 2.95

V27 Tekanan tanah gempa 0.00 0.000 0.000 0.00

H28 Tekanan tanah gempa 71.75 -0.950 3.333 239.17

Gaya yang bekerja pada titik O di dasar pile-cap adalah

a. Gaya vertikal = -2226.60 kN

b. Gaya horisontal = 795.99 kN c. Momen terhadap titik O = 1173.79 kN-meter

3.7.5.2 Gaya Dalam Pada Potongan 1

Potongan 1 mempunyai dimensi potongan 0.4 m x 9.7 meter. Dengan cara yang sama seperti diatas dapat ditentukan tekanan tanah yang terjadi sehingga dapat dihitung besarnya gaya-gaya yang bekerja pada potongan 1. Gaya-gaya yang terjadi ditabelkan sebagai berikut

Notasi

gaya Keterangan

Gaya (kN)

Lengan gaya ke tengah potongan (m)

Momen (kN-meter)

V2 Berat sendiri elemen 2 -77.60 .100 7.76

V3 Berat sendiri elemen 3 -48.50 -.100 -4.85

V11 Tekanan tanah aktif 0.00 -.200 0.00

H12 Tekanan tanah aktif 0.00 .800 0.00

V13 Tekanan akibat surcharge 0.00 -.200 0.00

H14 Tekanan akibat surcharge 60.57 .533 32.30

H18 Gaya gempa elemen 2 4.66 .800 3.72

H19 Gaya gempa elemen 3 2.91 .500 1.45

V27 Tekanan tanah gempa 0.00 -.200 0.00

H28 Tekanan tanah gempa 7.35 1.067 7.84

Gaya yang bekerja di titik pusat penampang pada potongan 1 a. Gaya aksial = -126.10 kN

b. Gaya geser = 75.48 kN

(15)

3.7.5.3 Gaya Dalam Pada Potongan 2

Potongan 2 mempunyai dimensi potongan 0.5 m x 9.7 meter. Dengan cara yang sama seperti diatas dapat ditentukan tekanan tanah yang terjadi sehingga dapat dihitung besarnya gaya-gaya yang bekerja pada potongan 2. Gaya-gaya yang terjadi ditabelkan sebagai berikut.

Notasi

gaya Keterangan Gaya(kN) tengah potongan (m)Lengan gaya ke (kN-meter)Momen

V1 Berat sendiri elemen 1 -363.75 -0.200 -72.75

V8 Berat sendiri elemen 8 -139.44 0.000 0.00

V10 Berat sendiri elemen 10 -9.09 0.350 3.18

V11 Tekanan tanah aktif 0.00 -0.950 0.00

H12 Tekanan tanah aktif 0.00 1.875 0.00

V13 Tekanan akibat surcharge 0.00 -0.950 0.00

H14 Tekanan akibat surcharge 332.70 1.250 415.87

H15 Gaya luar vertikal -597.00 -0.250 -149.25

H16 Gaya luar horisontal 35.00 2.250 78.75

H17 Gaya gempa elemen 1 21.83 1.650 36.01