ANALISA PRESTRESS (POST-TENSION)
PADA PRECAST CONCRETE U GIRDER
“Studi Kasus Pada Jembatan Flyover Amplas”
TUGAS AKHIR
Cut Retno Masnul
05 0404 032
Pembimbing
Prof. Dr.-Ing. Johannes Tarigan NIP.130 905 362
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
ABSTRAK
Pekerjaan struktural pembuatan jembatan Flyover Amplas merupakan pekerjaan Flyover kedua dikota Medan dan pekerjaan struktur pertama yang menggunakan balok U sebagai beam atau girder. Girder jembatan Flyover Amplas merupakan balok beton precast segmental yang kemudian disatukan untuk menjadi girder dengan system prategang.
Karena terjadi revisi pada mutu beton pelat jembatan (dari K-300 menjadi K-350), maka perlu dilakukan analisa ulang perhitungan prestress PC U girder FO Amplas. Keterbatasan lahan dan berbagai alasan teknis lainnya juga menjadi kendala pekerjaan PC U girder pada proyek ini sehingga harus dilakukan analisa perbandingan metode kerja stressing dan erection girder yang paling paling efektif dan efisien. Metode kerja stressing post-tension dan erection dengan portal hoist dipilih untuk dilaksanakan dalam pekerjaan proyek FO Amplas.
Dari hasil analisa terhadap PCU girder menunjukkan bahwa girder bentuk U dengan mutu plat yang telah direvisi pada proyek pembangunan Flyover Amplas mampu menerima beban rencana sebesar 1748.28 t/m . Selain itu metode kerja stressing kabel prategang dan erection girder telah disesuaikan dan yang paling efektif dan efisien dengan kondisi actual dilapangan.
DAFTAR ISI
Perhitungan Prategang Girder ……… . 12
2.3.1. Desain Material ... . 12
2.3.2. Analisa Penampang ... . 28
2.3.3. Desain Pembebanan ... . 29
2.3.4. Tegangan-tegangan Izin Maksimum di Betom ... . 32
2.3.5. Sistem Prategang ... . 33
2.3.6. Sistem Penegangan Tendon ... . 33
2.3.7. Besar Gaya Prategang ... . 34
Tahapan Pembebanan ………. . 42
2.4.1. Tahap Awal ... . 42
2.4.2. Tahap Antara ………. . 43
2.4.3. Tahap Akhir ……….. . 44
2.5. Pekerjaan Stressing oleh Vorspann System Losinger ………. . 44
2.5.1. Material Prestressing ……….... . 44
2.5.2. Peralatan Pekerjaan Stressing ... . 45
2.5.3. Alur Kerja Pekerjaan Stressing ... . 48
2.6. Erection PC U Girder dengan Portal Hoise ... . 49
Perhitungan Precast Concrete U Girder ……….. . 57
3.2.1. Material ... . 57
3.2.2. Analisa Penampang ... . 61
3.2.3. Beban-beban yang Berkerja ... . 69
3.2.4. Momen Tengah Bentang ... 73
3.2.5. Kabel Prestress ... . 78
Prosedur Kerja Stressing ……… . 94
3.3.1. Pekerjaan Instalasi ... . 94
3.3.3. Stressing Method ... . 98
3.3.4. Pekerjaan Grouting ... . 99
Prosedur Kerja Erection Girder ……….. . 100
3.4.1. Sistem Erection PC U Girder ... . 100
3.4.2. Pemasangan Portal Hoise ... . 102
3.4.3. Pengangkatan Girder dengan Gantri Crane ... . 102
3.4.4. Menggeser Girder dan Menempatkan ke Posisi Dudukannya .. 103
3.4.5. Finishing dengan Memesang Brussing Pengaman Girder ... . 103
3.4.6. Pemindahan Alat ke Pier/Pilar Selanjutnya ... . 104
Pembahasan ………. . 112
3.5.1. Alasan Pemilihan PC U Girder ... . 113
3.5.2. Stressing Metode Post-Tension oleh VSL ... . 121
3.5.3. Erection Dengan Portal Hise ... . 133
IV. BAB IV Kesimpulan ………. . 146
Saran ………... . 147
DAFTAR TABEL
Tabel Judul Hal
1. Tabel 2.1 Nilai α &β 15
2. Tabel 2.2 Kawat-kawat untuk beton prategang 25
3. Tabel 2.3 Strand standart tujuh kawat untuk beton prategang 25
4. Tabel 2.4 Spesifikasi kabel strand 26
14.Tabel 3.1 Hasil analisa tampang Section I (sebelum & sesudah revisi) 62
15.Tabel 3.2 Hasil analisa tampang Section II (sebelum & sesudah revisi) 63
16.Tabel 3.3a Hasil analisa tampang Section III (sebelum revisi) 64
17.Tabel 3.3b Hasil analisa tampang Section III (setelah revisi) 64
18.Tabel 3.4a Hasil analisa tampang Section IV (sebelum revisi) 65
19.Tabel 3.4b Hasil analisa tampang Section IV (setelah revisi) 65
20.Tabel 3.5a Hasil analisa tampang komposit Section I (sebelum revisi) 66
22.Tabel 3.6a Hasil analisa tampang komposit Section II (sebelum revisi) 66
23.Tabel 3.6b Hasil analisa tampang komposit Section II (setelah revisi) 66
24.Tabel 3.7a Hasil analisa tampang komposit Section III (sebelum revisi) 56
25.Tabel 3.7b Hasil analisa tampang komposit Section III (setelah revisi) 67
26.Tabel 3.8a Hasil analisa tampang komposit Section IV (sebelum revisi) 67
27.Tabel 3.8b Hasil analisa tampang komposit Section IV (setelah revisi) 67
28.Tabel 3.9a Kesimpulan analisa tampang Section I (sebelum revisi) 67
29.Tabel 3.9b Kesimpulan analisa tampang Section I (setelah revisi) 68
30.Tabel 3.10a Kesimpulan analisa tampang Section II (sebelum revisi) 68
31.Tabel 3.10b Kesimpulan analisa tampang Section II (setelah revisi) 68
32.Tabel 3.11a Kesimpulan analisa tampang Section III (sebelum revisi) 68
33.Tabel 3.11b Kesimpulan analisa tampang Section III (setelah revisi) 68
34.Tabel 3.12a Kesimpulan analisa tampang Section IV (sebelum revisi) 69
35.Tabel 3.9b Kesimpulan analisa tampang Section IV (setelah revisi) 69
36.Tabel 3.13a Hasil perhitungan kabel (sebelum revisi) 79
37.Tabel 3.13b Hasil perhitungan kabel (setelah revisi) 79
38.Tabel 3.14 Angker multi strand DSI 124
39.Tabel 3.15 Dead end anchor DSI 125
DAFTAR GAMBAR
Gambar Judul Hal
1. Gambar 1.1 Balok U Girder 2
2. Gambar 2.1 Potongan melintang balok U girder ditengah bentang 7
3. Gambar2.2 Penentuan koordinat titik duct tendon 9
4. Gambar 2.3 Instalasi duct 10
5. Gambar 2.4 Girder siap untuk dicor 11
6. Gambar 2.5 Girder yang telah dicor dan akan dipindahkan 11
7. Gambar 2.6 Penurunan PCU girder dari truk container 12
8. Gambar 2.7 Penegangan post-tension 14
9. Gambar 2.8 Kurva tegangan-regangan tipikal untuk beton 18
10.Gambar2.9 Kurva tegangan-regangan berbagai variasi kekuatan tekan
beton 18
11.Gambar 2.10 Modulus tangent dan modulus sekan pada beton 19
12.Gambar 2.11 Kurva regangan-waktu 21
13.Gambar 2.12 Kurva susut-waktu 22
14.Gambar 2.13 Strand prategang 7 kawat (a). standart dan (b). yang
dipadatkan 24
15.Gambar 2.14 PC Strand ASTM A416/A416M-1998 26
16.Gambar 2.15 Koefisien relaksasi k1 (AS 3600-1988) 27
17.Gambar 2.16 Variasi gaya prategang terhadap draw-in pada angkur 38
18.Gambar 2.17 Duct pembungkus tendon 45
20.Gambar 2.19 Hydraulic Pump PE 550 (1 Phase) 46
21.Gambar 2.20 Hydraulic Jack TCH 46
22.Gambar 2.21 Hydraulic Jack SA 507 / ZPE-7/A (7S) 47
23.Gambar 3.17 Diagram alur kerja stressing 48
24.Gambar 3.24 Diagram alur metode erection PCU Girder dengan Portal
Hoist 89
25.Gambar 3.1 Lay Out Tendon girder L=31.9 m. Proyek pembangunan
Flyover Amplas 53
26.Gambar 3.2 Potongan melintang lay out tendon, Proyek Pembangunan
Flyover Amplas 54
27.Gambar 3.3 Skets bentang girder 55
28.Gambar 3.4 Skets cross section PCU girder ditengah bentang 56
29.Gambar 3.5 Sket cross section girder U 61
30.Gambar 3.6 Section I 62
31.Gambar 3.7 Section II 63
32.Gambar 3.8 Section III 63
33.Gambar 3.9 Section IV 64
34.Gambar 3.10 Cross section balok komposit 65
35.Gambar 3.11 Profil kabel 78
36.Gambar 3.12 Pekerjaan persiapan pra stressing 96
37.Gambar 3.13 Metode stressing 98
38.Gambar 3.14 Proses gouting PC U girder 99
39.Gambar 3.15 Pemotongan kabel strand 100
41.Gambar 3.17 Pengangkatan balok PCU girder 102
42.Gambar 3.18 Proses penggeseran balok PCU girder ketempatnya 103
43.Gambar3.19 Perletakan portal hoise crane sesuai kondisi aktual 104
44.Gambar 3.20 Pengaturan lalu jalur lintas kendaraan 105
45.Gambar 3.21a Pengangkatan U girder tahap I 106
46.Gambar 3.21b Pengangkatan U girder tahap I 107
47.Gambar 3.22a Pengangkatan U girder tahap II 108
48.Gambar 3.22b Pengangkatan U girder tahap II 109
49.Gambar 3.22c Pengangkatan U girder tahap II 110
50.Gambar 3.23 Pemindahan portal hoise ke bentang lain 111
51.Gambar 3.24 Proses erection U girder tampak samping 111
52.Gambar 3.25 Kondisi lokasi kerja proyek Flyover Amplas 112
53.Gambar 3.26 PC Voided slab 115
54.Gambar 3.27 Concrete box girder 117
55.Gambar 3.28 PC I Girder 119
56.Gambar 3.29 Bahan pelapis duct DSI 123
57.Gambar 3.30 Angker multi strand DSI 123
58.Gambar 3.31 Dead end anchor (angker mati) DSI 124
59.Gambar 3.32 Alat pendorong kabel strand DSI 126
60.Gambar 3.33 Proses penarikan baja strand DSI 126
61.Gambar 3.34 Dongkrak hidraulik DSI 127
62.Gambar 3.35 Buttonheads BBR 129
63.Gambar 3.36 Angker hidup VSL 130
65.Gambar 3.38 Dongkrak hidraulik VSL 132
66.Gambar 3.39 Metode erection dengan portal hoise 135
67.Gambar 3.40 Mobile Crane 136
68.Gambar 3.41 Metode erection dengan mobile crane 136
69.Gambar 3.42 Contoh metode erection dengan Launcher Truss 137
70.Gambar 3.43 Letak titik pengangkatan bebrbagai metode erection 138
71.Gambar 3.44 Skets erection PCU girder metode portal hoise 139
72.Gambar 3.45 Skets erection PCU girder metode mobile crane 139
73.Gambar 3.46 Skets erection PCU girder metode luncher truss 140
74.Gambar 3.47a Pengaturan lalu jalur lintas kendaraan saat erection tahap 1 143
75.Gambar 3.47b Pengaturan lalu jalur lintas kendaraan saat erection tahap 1 144
76.Gambar 3.48 Ruang poral hoise 145
DAFTAR NOTASI
e = eksentrisitas
Ec = Elastisitas beton
Es = Elastisitas baja strand
f`c = Kuat tekan beton saat masa pelayanan
f`ci = Kuat tekan beton saat awal penegangan kabel
f`td = kekuatan tarik langsung
f`tf = modulus keruntuhan (kekuatan tarik flexural)
Fr = Modulus repture
Io = Inersia penampang
Ix = Inersia arah x
Po = Gaya jacking force
Pi = Initial prestress force
R = Faktor reduksi dari benda uji kubus ke silinder
w = Berat jenis beton
Yb = Jarak dari pusat titik berat ke bawah balok
Ya = Jarak dari pusat titik berat ke atas balok
bk
σ = Tegangan tekan beton
t
ε = Regangan total
e
ε = Regangan elastis
c
ε = Regangan rangkak
sh
φ = Faktor reduksi kekuatan
σ top = Tegangan pada bagian atas balok
σ bottom = Tegangan pada bagian bawah balok
µ = Koefisien gesekan
α = Pengubah dari sudut kabel dari gaya ke jarak x
β = Deviasi angular wobble terhadap variasi selongsong tendon
A
∆ = Besar nilai draw in yang ditentukan
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan
segala rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas
Akhir ini yang berjudul ANALISA PRESTRESS (POST-TENSION) PADA PRECAST
CONCRETE U GIRDER “Studi Kasus Pada Jembatan Flyover Amplas”
Sehubungan dengan selesainya Tugas Akhir ini, maka penulis menyampaikan terima
1. Dosen pembimbing penulis, Prof.Dr.-Ing. Johannes Tarigan.
2. Dosen penguji penulis, Ir. Mawardi S.
3. Dosen penguji penulis, Ir. M. Aswin, MT.
4. Dosen penguji penulis, Nursyamsi, ST, MT.
5. Mentor lapangan, Santoso WA, ST.
6. Mentor lapangan, Husein, ST, MT.
7. Teman terdekat saya, Halid Zulkarnain Hrp, ST.
8. Seluruh rekan yang telah ikut membantu saya baik secara moril maupun materil
selama proses penulisan Tugas Akhir saya ini.
Penulis menyadari bahwa penulisan atau penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh
dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya
membangun sehingga dapat menyempurnakan penulisan selanjutnya. Semoga Tugas
Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amin.
Medan, Februari 2009
Cut Retno Masnul
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Proyek Pembangunan Fly Over Amplas Kotamadya Medan ini adalah salah
Jembatan Metropolitan Medan yang dilakukan oleh Direktorat Jenderal Bina Marga
Departemen Pekerjaan Umum. Proyek ini direncanakan mulai beroperasi pada Juli
2007 hingga Desember 2008. Posisi Fly Over Amplas (selanjutnya disebut FO
Amplas) tepat berada di simpang empat jalan Sisingamangaraja dan jalan
Pertahanan, dimana terminal amplas berada di jalan pertahanan yang sebagian besar
jalur keluar masuk kendaraannya melewati simpangan tersebut. Tidak adanya jalan
alternatif lain menyebabkan terjadinya penumpukan arus kendaraan di lokasi tersebut
yang menyebabkan kemacetan. Jalan Sisingamangaraja merupakan salah satu pintu
gerbang kendaraan memasuki Kota Medan dari arah Tanjung Morawa, dimana jalur
ini nantinya direncanakan menampung volume kendaraan tersebut.
Konstruksi Fly Over Amplas didesain untuk dapat menanggung beban yang
besar berupa:
1. Beban mati (dead load)
2. Beban mati tambahan (additional dead load)
3. Beban hidup (live load)
Bangunan struktural Fly Over Amplas secara garis besar terdiri dari bore pile,
footing, kolom, pier head, girder, dan slab lantai yang kesemuaan-nya berupa beton
bertulang. Dalam konstruksi-nya digunakan beton bertulang biasa cetak di tempat
(cast in place) dan khusus girder digunakan beton prategang pabrikan (precast).
alasan penggunaan girder beton prategang adalah girder jembatan merupakan
structural yang langsung menerima beban lalu-lintas setalah slab yang kemudian
menyalurkan beban tersebut ke kolom dan diteruskan ke pondasi.
FO Amplas menggunakan Precast Concrete U (PCU) sebagai girder-nya yang
konstruksi beton prategang. Dengan menggunakan konstruksi beton prategang,
girder dapat didesain dengan efektif dan efisien juga ekonomis namun mampu
menanggung beban konstruksi yang telah direncanakan. Penggunaan beton bertulang
biasa akan menyebabkan dimensi beton dan baja tulangan girder sangat besar, yang
mengakibatkan konstruksi tersebut tidak lagi efektif, efisien dan ekonomis. Proyek
ini merupakan proyek pertama di Medan yang menggunakan U Girder sebagai balok
/ beam.
Gambar 1.1 Balok U Girder
Lingkup pekerjaan pada FO Amplas hingga saat ini telah mencapai pekerjaan
super struktur yaitu erection PCU Girder. Pekerjaan Erection PCU Girder merupakan
pekerjaan untuk menempatkan balok-balok U Girder ke Pier Head. Namun sebelum
dilakukannya erection girder, pekerjaan penting yang harus dilakukan pada girder
adalah proses stressing. Stressing girder adalah proses penarikan kabel tendon yang
ada didalam girder untuk menjadikan girder sebagai beton prategang. Pemberian
tegangan pada kabel tendon (stressing) dapat dilakukan dengan dua sistem,
pre-tensioning dan post-pre-tensioning.
Pre-tensioning adalah prinsip cara penegangan dengan tendon ditegangkan
prategang dipertahankan sampai beton cukup keras. Post-tensioning adalah prinsip
cara penegangan dengan kondisi beton yang telah terlebih dahulu dicor dan dibiarkan
mengeras sebelum diberi gaya prategangan, dan sistem inilah yang digunakan dalam
proses stressing U girder pada proyek pembangunan FO Amplas.
Penggunaan sistem post-tensioning dipilih karena pertimbangan:
1. Keterbatasan lahan di proyek FO Amplas untuk menjadi lokasi pencetakan
girder.
2. Dibutuhkan bentuk tendon yang melengkung. Pengerjaan stressing dengan
cara pre-tension akan sulit untuk membentuk tendon yang melengkung.
3. Dengan panjang bentang girder 37,9 m, penggunaaan sistem pre-tension akan
mahal dalam hal begisting.
4. Kemudahan pelaksanaan.
Girder pre-cast pada proyek ini dibuat oleh PT. Wijaya Karya Beton (Witon)
dengan jarak antara proyek dan pabrik ± 30 km. Dengan jarak ini pabrik akan
mengirimkan gider dengan menggunakan container. Panjang container disesuaikan
dengan panjang girder, dan itulah penyebab girder dicetak sebagai beton segmental
yang akan disambung menjadi kesatuan
Metode kerja stressing girder post-tensioning mengutamakan baja dalam posisi
seperti profil yang telah ditentukan, lalu dicor dalam beton (grouting), lekatan
dihindarkan dengan menyelubungi baja dengan membuat saluran/pipa untuk instalasi
kabel. Post-tensioning terdiri atas dua cara, sistem single dan double. Sistem single
adalah sistem stressing kabel strand dengan hanya menarik salah satu ujung kabel
strand saja. Sedang sistem double adalah sistem penarikan kabel strand dengan
Spesifikasi alat dan bahan telah memenuhi kebutuhan stressing girder pada
proyek FO Amplas. Pemilihan spesifikasi tersebut telah sesuai dengan hasil
perhitungan dan analisa yang telah dilakukan oleh VSL Engineering Corp. Ltd.
Namun hasil analisa tersebut perlu dianalisa kembali kebenarannya sebagai bahan
pembelajaran. beranjak dari kondisi ini, penulis tertarik mengangkat judul “Analisa
Prestress Precast Concrete U Girder Studi Kasus Pada Jembatan Flyover Amlpas”
1.2. Tujuan dan Manfaat
Tujuan penulisan makalah ini adalah untuk menganalisa prestress PCU girder
pada proyek pembangunan FO Amplas, baik analisa perhitungan maupun metode
pelaksanaan stressing, juga analisa metode pelaksanaan erection PCU girder.
Manfaat tulisan ini diharapkan dapat menjadi bahan referensi pembelajaran
tentang beton prategang pada girder U.
1.3. Pembatasan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan masalah sebagai
berikut:
1. Penganalisaan hitungan pra stressing PCU Girder cara penegangan
post-tension dari data VSL pada Proyek Pembangunan FO Amplas – Medan. Pada
Tugas Akhir ini dilakukan perhitungan ulang sesuai perhitungan dari VSL
dengan menggunakan mutu beton slab K-350.
2. Metode perhitungan VSL menggunakan batasan teori SNI T-12 2004, Bridge
3. Penganalisaan metode pelaksanaan pekerjaan stressing PCU Girder, pada
Tugas Akhir ini dikhususkan pada metode pelaksanaan sistem VSL.
4. Penganalisaan metode kerja ereksi PCU girder dengan menggunakan portal
hoist.
1.4. Metodologi Pembahasan
Metode penyusunan laporan yang dilakukan adalah:
1. Dengan mengambil data-data yang diperoleh dari lapangan (data dari PT.
Wijaya Karya. Tbk)
2. Pengolahan data PCU girder kedalam bentuk analisis perhitungan
menggunakan metode teori SNI T-12 2004, Bridge Management System,
AASHTO 1992, dan ACI
3. Analisis metode kerja stressing girder metode VSL metode kerja erection
girder metode portal hoist (WIKA) dengan dibantu oleh beberapa sumber lain
sebagai pendukung yang terdapat dalam literature.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Umum
Girder jembatan Flyover Amplas berupa PCU Girder Prategang dengan
(tujuh) segmen, sehingga sebelum proses pemberian tegangan (selanjutnya disebut
stressing) segmental concrete terlebih dahulu disatukan/dilem dan lalu dilakukan
stressing.
Flyover Amplas merupakan bangunan jembatan yang perencanaannya diatur
dalam standart perencanaan jembatan SNI jembatan. Dalam perencanaannya menurut
SNI T-12-2004 umur rencana jembatan pada umumnya disyaratkan 50 tahun.
Namun untuk jembatan penting dan/atau berbentang panjang, atau yang bersifat
khusus, disyaratkan umur rencana 100 tahun.
Perencanaan harus berdasarkan pada suatu prosedur yang memberikan jaminan
keamanan pada tingkat yang wajar, berupa kemungkinan yang dapat diterima untuk
mencapai suatu keadaan batas selama umur rencana jembatan.
Perencanaan kekuatan balok, pelat, kolom beton bertulang sebagai
komponen struktur jembatan yang diperhitungkan terhadap lentur, geser, lentur dan
aksial, geser dan puntir, harus didasarkan pada cara Perencanaan berdasarkan
Beban dan Kekuatan Terfaktor (PBKT). Untuk perencanaan komponen struktur
jembatan yang mengutamakan suatu pembatasan tegangan kerja, seperti untuk
perencanaan terhadap lentur dari komponen struktur beton prategang penuh,
atau komponen struktur lain sesuai kebutuhan perilaku deformasinya, atau
sebagai cara perhitungan alternatif, dapat digunakan cara Perencanaan berdasarkan
Batas Layan (PBL).
Di samping itu, perencanaan harus memperhatikan faktor integriti
komponen-komponen struktur maupun keseluruhan jembatan, dengan
mempertimbangkan faktor-faktor berikut:
- Semua komponen struktur jembatan harus mempunyai ketahanan yang
terjamin terhadap kerusakan dan instabilitas sesuai umur jembatan yang
direncanakan.
- Aspek perlindungan eksternal terhadap kemungkinan adanya beban yang tidak
direncanakan atau beban berlebih.
Jembatan Flyover Amplas termasuk dalam golongan jembatan dengan gelagar
tipe box segmental pracetak. Gelagar jembatan terbuat dari bahan beton dengan mutu
600kg/cm^2 yang dikompositkan terhadap lantai beton bertulang dengan mutu 300
kg/cm^2. Bentuk gelagar adalah U beam dengan bentang variatif.
Gambar 2.1. Potongan melintang balok U girder ditengah bentang
Balok girder dengan bentang lebar menuntut perencanaan teknologi tinggi.
Penggunaan beton bertulang biasa akan menjadikan perencanaan sangat boros dan
tidak ekonomis, dimensi balok girder akan sangat besar. Penggunaan beton
prategang dengan balok precast dianggap mampu memenuhi syarat setelah dilakukan
Ada dua metode dan cara pelaksanaan stressing, yaitu metode satu arah (non
balas) dan dua arah (balas) dan cara pre tension dan post-tension. Pada Proyek FO
Amplas digunakan metode perhitungan dan pelaksanaan VSL dengan alat standart
VSL yang telah di-patenkan. VSL merupakan singkatan dari Voorspan System
Loesinger yang diciptakan oleh Loesinger pada tahun 1917 di Bern, Swiss dan
dipatenkan pada tahun 1954.
Girder beton prategang haruslah menggunakan bahan bermutu tunggi agar
mampu menerima gaya prategang dan gaya eksternal yang besar yang akan berkerja
pada girder. Pada girder FO Amplas tahapan pekerjaan yang harus diselesaikan
hingga mencapai pekerjaan pengangkatan girder (erection) adalah sebagai berikut:
1. Perhitungan prategang girder
2. Pelaksanaan stressing girder dan grouting
3. Erection girder
Untuk tahapan pekerjaan (1) dan (2) dilaksanakan dengan metode VSL,
sedangkan pada tahapan (3) menggunkanan portal hoise yang metodenya
dikembangkan sendiri oleh PT. Wijaya Karya, Tbk.
2.2. Precast Concrete U Girder
Pada proyek pembangunan jembatan Flyover Amplas digunakan girder dengan
bentuk U. Bentuk ini setelah melalui tahap perencanaan dianggap mampu menerima
Balok girder yang merupakan beton precast dibuat oleh PT. Wijaya karya
beton. Beton dicetak dengan mengikuti spesifikasi beton pracetak sesuai spesifikasi
umum proyek. PT. Wijaya Karya Beton mendapat perhitungan dasar yang dibuat
oleh PT.VSL untuk pembuatan balok girder. Berikut merupakan langkah-langkah
prosedur fabrikasi precast concrete U girder:
Tahapan Pekerjaan Fabrikasi :
1. Pemasangan tulangan memanjang dan melintang girder.
2. Menentukan ordinat tendon prestress sesuai gambar kerja. Ordinat diukur dari
bottom rebar girder ke as tendon (Y1) atau bagian bawah tendon (Y2). Titik
ordinat tersebut ditandai (marking) dengan menggunakan cat , spidol atau
sejenisnya.
Gambar2.2. Penentuan koordinat titik duct tendon
3. Memasang Support bar dengan cara mengikat support bar ke tulangan
geser/sengkang berdasarkan posisi yang telah di marking.
4. Menyambung duct sesuai dengan Tipe dan panjang tendon yang
direncanakan dengan menggunakan coupler duct dan masking tape / clotch
tape.
5. Memasukkan duct kedalam tulangan balok, kemudian duct diikat ke suport
6. Memasukkan duct kedalam tulangan girder, kemudian duct diikat ke support
bar dengan menggunakan kawat ikat.
Gambar 2.3. Instalasi duct
7. Memasang Casting pada posisi angkur hidup, sebelumnya casting dipasang
terlebih dahulu pada box casting yang terbuat dari multiplek.
8. Memasang bursting steel pada posisi angkur hidup dan angkur mati. Bursting
steel merupakan tambahan penulangan yang berfungsi sebagai penahan gaya
radial untuk mencegah terjadinya retak / pecah pada saat stressing.
9. Menyambung duct ke casting dengan menggunakan masking tape/ clotch
tape. Masking tape berfungsi untuk mencegah masuknya air semen kedalam
duct.
10.Memasang PE grout untuk lubang inlet/outlet saat grouting.
11.Inspeksi bersama kontraktor dan konsultan untuk memeriksa ordinat tendon
Gambar 2.4. Girder siap untuk dicor
12.Pemasangan formwork girder
13.Pengecoran.
Gambar 2.5. Girder yang telah dicor dan akan dipindahkan
Balok girder yang telah cukup umur kemudian dibawa menuju lokasi
truk container dan setibanya dilokasi proyek girder tersebut diturunkan dengan
menggunakan gentri angkat.
Gambar 2.6. Penurunan PCU girder dari truk container
Balok girder yang berbentuk U memiliki keistimewaan yang terletak pada
susunan tendonnya yang berpasang-pasangan. Susunan ini mengharuskan penarikan
kabel strand pada girder harus menggunakan dua dongkrak sekaligus.
2.3. Perhitungan Prategang Girder
Pada langkah perhitungan besar gaya dongkrak (jacking force) ada beberapa
hal yang harus dipertimbangkan. Adapun hal-hal tersebut adalah:
2.3.1. Disain Material
(1). Beton
Beton yang digunakan untuk konstruksi beton prategang memiliki komposisi
standart yaitu semen, air, agregat dan jika perlu ditambahkan admixture. Besar
perbandingan antar ketiga bahan tersebut tergantung mutu beton yang akan dicapai.
ACI, beton yang boleh mengalami prategang adalah beton yang telah berumur 28
hari dengan kuat tekan beton telah mencapai 30 sampai 40 MPA.
Dalam segala hal, beton dengan kuat tekan (benda uji silinder) yang kurang dari 20
MPa tidak dibenarkan untuk digunakan dalam pekerjaan struktur beton untuk
jembatan, kecuali untuk pembetonan yang tidak dituntut persyaratan kekuatan.
Dalam hal komponen struktur beton prategang, sehubungan dengan pengaruh
gaya prategang pada tegangan dan regangan beton, baik dalam jangka waktu
pendek maupun jangka panjang, maka kuat tekan beton disyaratkan untuk tidak lebih
rendah dari 30 MPa.
Besaran mekanis beton yang telah mengeras dapat dibedakan dalam dua
kategori, besaran sesaat atau jangka pendek dan besaran jangka panjang. Besaran
jangka pendek yaitu kuat tekan, tarik, geser, dan kuat yang diukur dengan modulus
elastisitas. Sedang besaran jangka panjang yaitu rangkak dan susut beton.
a. Kuat tekan
Kuat tekan beton tergantung dari jenis campuran, besaran agregat, waktu dan
kualitas perawatan. Beton dengan kekuatan tinggi jelas jauh lebih menguntungkan.
Kuat tekan beton f`c didasarkan pada pengujian benda uji slinder standart 6in. x 12in.
yang diolah pada kondisi laboratorium standart dan diuji pada laju pembebanan
tertentu selama 28 hari. Spesifikasi standart yang digunakandi Indonesia adalah dari
SNI.
Penggunaan bentuk benda uji beton untuk pengetesan kuat tekan memiliki
perbedaan. Benda uji berupa kubus dengan rusuk 150 mm digunakan di Eropa, dan
Australia. Kuat tekan yang diperoleh dari benda uji kubus akan lebih besar dari
benda uji selinder, dan rasio antara keduanya (R) diberikan pada persamaan berikut
(Bridge Management System):
Nilai f`c desain tidak sama dengan kuat tekan silinder rata-rata, namun kuat
tekan silinder yang dipandang minimum
Gambar 2.7 . Penegangan post-tension [Gilbert,1990]
Ketentuan beton untuk post-tension terlihat pada (Gambar 2.7). Sebagian besar
komponen struktur beton prategang dibebani oleh tegangan yang tinggi. Jika kita
serat-serat atas tertekan kuat akibat beban eksternal yang besar, serat bawah tertekan
pula saat peralihan gaya prategang. Selain itu sementara bagian tengah bentang
menahan momen lentur yang terbesar, bagian tepi/ujung menahan dan
mendistribusikan gaya prategang. Sehingga pada komponen beton prategang lebih
diutamakan keseragaman kekuatan beton.
Untuk menentukan kekuatan beton pada t waktu pada umur beton 28 hari
dengan menggunakan persamaan
)
f`c(28) = kekuatan beton usia 28 hari
Kuat tarik beton relative sangat kecil. Pendekatan yang baik untuk kuat tarik
beton fct adalah 0.10f`c<fct<0.20f`c. Kuat tarik lebih sulit diukur daripada kuat tekan
karena adanya masalah pada penhepitan pada mesin tarik.
Untuk komponen struktur yang mengalami lentur, nilai modulus reptur fr
(bukan kuat belah tarik f`t) digunakan dalam desain. Modulus reptur diukur dengan
cara menguji balok beton polos berpenampang bujursangkar 6 in. hingga gagal
dengan bentang 18 in. dan dibebani dititik-titik sepertiga bentang (ASTM C-78).
Besarnya modulus reptur lebih besar disbanding kuat tarik belah beton. Dari
Pedoman Beton 1988, Chapter 3 besar modulus reptur adalah:
Fr = 0.6 * fc` (2.4)
Kekuatan tarik langsung (direct tensile strength) pada beton menurut peraturan
ACI 318-83 adalah
f`df = 0.4 f `c (2.5)
Dengan :
f`td = kekuatan tarik langsung
Dan dapat menjadi nol jika terjadi retak pada beton. Modulus keruntuhan
(modulus of rupture) beton lebih tinggi dari kekuatan tarik beton yang menurut
peraturan ACI 318-83 (pada berat beton normal) adalah:
f`tf = 0.62 f `c (2.6)
dengan :
f`tf = modulus keruntuhan (kekuatan tarik flexural)
Kuat geser lebih sulit ditentukan dengan cara eksperimental dibandingkan
dengan pengujian-pengujian lainnya dikarenakan sulitnya untuk mengisolasi
tegangan geser dari tegangan lainnya. Hal ini mengakibatkan perbedaan hasil
besarnya kuat geser beton yang dilaporkan diberbagai studi literature, mulai dari
20% hingga 85% dari kuat tekan pada kasus-kasus dimana geser langsung terjadi
bersamaan dengan tekan. Kontrol desain structural jarang didasarkan pada kuat
geser karena besarnya kuat geser itu sendiri dibatasi secara kontiniu pada nilai yang
lebih kecil untuk mencegah beton mengalami tarik diagonal.
Untuk keperluan analisa, Gambar 2.8 dan Gambar 2.9 merupakan grafik
tegangan-regangan beton berbagai variasi kuat tekan beton. Dari grafik dapat
disimpulkan:
1. Semakin rendah kekuatan beton, semakin tinggi regangan gagalnya
2. Panjang bagian yang semula linier akan bertambah untuk kuat tekan beton
yang semakin besar.
3. Ada reduksi yang sangat nyata pada daktalitas untuk kekuatan yang
Gambar 2.8. Kurva tegangan-regangan tipikal untuk beton [Nawy,2001]
Gambar2.9. Kurva tegangan-regangan berbagai variasi kekuatan tekan beton
[Nawy,2001]
d. Modulus elastisitas beton (Ec)
Kurva tegangan-regangan pada Gambar 2.10 berbentuk linier pada tahapan
pembebanan awal, maka modulus elastis young hanya dapat diterapkan pada tangent
kurva dititik asal. Kemiringan awal dari tangent dikurva didefenisikan sebagai
modulus tangent awal. Kemiringan garis lurus yang menghubungkan titik asal
dengan tegangan tertentu (sekitar 0.4 f`c) merupakan modulus elastis sekan beton,
yang nilainya merupakan nilai modulus elastisitas yang digunakan dalam disain.
dasarnya dapat dianggap elastis, dan bahwa regangan selanjutnya akibat beban
disebut rangkak.
Gambar 2.10. Modulus tangent dan modulus sekan pada beton [Nawy,2001]
Modulus elastisitas beton, Ec , nilainya tergantung pada mutu beton, yang
terutama dipengaruhi oleh material dan proporsi campuran beton. Namun untuk
analisis perencanaan struktur beton yang menggunakan beton normal dengan kuat
tekan yang tidak melampaui 60 MPa, atau beton ringan dengan berat jenis yang tidak
kurang dari 2000 kg/m3 dan kuat tekan
Yang tidak melampaui 40 MPa, nilai Ec bisa diambil sebagai:
Ec = w1.5*0.043* σbk (2.7)
Dalam kenyataan nilainya dapat bervariasi ± 20%. wc menyatakan berat jenis
beton dalam satuan kg/m3, fc’ menyatakan kuat tekan beton dalam satuan MPa, dan
Ec dinyatakan dalam satuan MPa. Untuk beton normal dengan massa jenis sekitar
e. Rangkak
Rangkak atau aliran material lateral adalah peningkatan regangan terhadap
waktu akibat beban yang terus menerus berkerja. Deformasi awal akibat beban
adalah regangan elastis, sementara regangan tambahan akibat beban yang sama yang
terus berkerja adalah regangan rangkak.. Asumsi ini karena deformasi awal yang
tercatat hanya berupa sedikit efek yang bergantung pada waktu. Pada Gambar.
terlihat bahwa laju rangkak berkurang seiring bertambah waktu. Rangkak tidak dapat
diamati secara langsung, namun dapat ditentukan dengan mengurangkan regangan
elastis dengan regangan susut dari deformasi total. Meskipun rangkak dan susut
merupakan fenomena yang tidak independent, dapat diasumsikan bahwa superposisi
tegangan berlaku, sehingga
Regangan total (εt) = Regangan elastis(εe) + rangkak(εc) + susut (εsh) (2.8)
Gambar 2.11. Kurva regangan-waktu [Nawy,2001]
Rangkak sangat berkaitan dengan susut, dan sebagai aturan umum bahwa beton
yang menahan susut juga cenderung sedikit mengalami rangkak, karena keduanya
dipengaruhi oleh komposisi beton, kondisi lingkungan dan benda uji, namun secara
prinsip rangkak bergantung pada pembebanan sebagai fungsi waktu.
Rangkak mengakibatkan meningkatnya defleksi balok dan slab, dan
mengakibatkan hilangnya gaya prategang. Untuk jangka waktu yang lebih lama lagi
rangkak dapat mengakibatkan meningkatnya tegangan pada beton yang
mengakibatkan kegagalan pada beton.
f. Susut
Pada dasrnya ada dua jenis susut, susut plastis dan susut pengeringan. Susut
plastis terjadi selama beberapa jam pertama sesudah pengecoran beton segar
dicetakan. Permukaan yang diekspose seperti plat lantai akan lebih dipengeruhi oleh
udara kering karena besarnya permukaan udara kontak.. Susut pengeringan terjadi
sesudah beton mongering dan sebagian besar proses hidrasi kimiawi dipasta semen
telah terjadi.
Susut pengeringan adalah berkurangnya volume elemen apabila terjadi
kehilangan kandungan air akibat penguapan . Penyusutan merupakan fenomena yang
sedikit berbeda dengan rangkak. Jika pada rangkak beton dapat kembali seperti
semula jika beban dilepas, susut pada beton tidak akan membuat beton kembali ke
volume awal jika beton tersebut direndam. Pada Gambar 2.12 dapat terlihat laju
susut terhadap waktu. Dapat terlihat beton dengan umur yang lebih tua mengalami
susut yang lebih kecil karena beton dengan usia lebih tua akan lebih tahan terhadap
Gambar 2.12. Kurva susut-waktu [Nawy,2001]
Faktor-faktor yang mempengaruhi susut pengeringan:
- Agregat. Agregat beraksi menahan susut pada semen. Jadi beton dengan kandungan
agregat lebih banyak akan lebih tahan terhadap susut
- Rasio air/semen. Semakin tinggi rasio air/semen, semakin besar pula efek susut.
- Ukuran elemen beton. Semakin besar elemen beton, maka semakin kecil susutnya
- Kondisi kelembaban disekitar. Pada daerah dengan kelembaban yang tinggi laju
susut akan lebih kecil
- Banyaknya penulangan. Beton bertulang akan lebih sedikit mengalami susut
disbanding dengan beton polos.
- Bahan additive. Penambahan bahan yang bersifat untuk mempercepat pengerasan
beton akan mengakibatkan beton banyak mengalami susut.
- Jenis semen. Semen jenis cepat kering akan mengakibatkan beton banyak
mengalami susut.
- Karbonansi. Susut karbonansi diakibatkan oleh reaksi antara karbondioksida (CO2)
yang ada di atmosfer dan yang ada di pasta semen. Banyaknya susut gabungan
bergantung pada urutan proses karbonasi dan pengeringan. Jika keduanya terjadi
(2). Baja
a. Baja prategang
Baja pada konstruksi beton prategang merupakan penyebab terjadinya
pemendekan pada beton dikarenakan pengaruh rangkak dan susut. Kehilangan gaya
prategang pada baja sesaat setelah penegangan pada baja akibat gesekan disepanjang
tendon atau saat pengangkuran ujung (draw-in) akan mempengaruhi gaya prategang
pada beton dengan angka yang cukup signifikan.
Untuk tujuan ke-efektif-an desain, total kehilangan gaya prategang harus relatif
kecil dibandingkan gaya prategang yang berkerja. Kondisi ini dipengaruhi oleh jenis
baja prategang yang digunakan dalam konstruksi. Pada proyek FO Amplas baja yang
digunakan adalah baja strand sebagai tulangan prategang dan baja tulangan biasa
sebagai tulangan geser.
Baja yang digunakan sebagai tulangan prategang merupakan jenis uncoated
stress relieve seven wire strand low relaxation. Baja strand merupakan jenis yang
paling banyak digunakan untuk penegangan post-tension. Strand yang digunakan
pada proyek ini sesuai spesifikasi ASTM A416. Baja strand difabrikasi dengan
memuntir beberapa kawat secara bersamaan. Seven wire strand terdiri dari 7 (tujuh)
untaian kawat, dengan posisi kawat 1 (satu) untai ditengah dan 6 (enam) sisanya
mengelilingi satu kawat pusat. Strand low relaxation digunakan untuk mencapai
Gambar 2.13. Strand prategang 7 kawat (a). standart dan (b). yang dipadatkan
Kawat-kawat stress-relived adalah kawat tunggal yang ditarik dingin yang
sesuai dengan standart ASTM A421; strss-relived strand mengikuti standart ASTM
A 416. Strand terbuat dari tuju buah kawat dengan memuntir enam diantaranya pada
pitch sebesar 12 sampai 16 kali diameter disekeliling kawat lurus yang sedikit lebih
besar. Pelepasan tegangan dilakukan setelah kawat-kawat dijalin menjadi strand.
Besar geometris kawat dan strand sebagaimana disyaratkan ASTM masing-masing
tercantum dalam Tabel 2.2 dan Tabel 2.3
Tabel 2.3. Strand standart tujuh kawat untuk beton prategang [Nawy,2001]
Pada proyek ini digunakan baja strand dengan spesifikasi PC strand ASTM
A416 / A416M – 1998 Grd 270 Low Relaxation, merek : Kingdom
270 12.70 11.11 +0.66 −0.15 74.19 98.71 582 775 137.9 183.7 165.3 124.1 3.5 3.5 Π:0.025Μαξ Σ:0.025Μαξ
15.24 140.00 1102 260.7 234.6
Tabel 2.4. Spesifikasi kabel strand [Booklet Proyek FOA]
Gambar 2.14. PC Strand ASTM A416/A416M-1998
b. Relaksasi baja
Jika baja prategang ditarik hingga mencapai perpanjangan yang constant dan
dijaga tetap pada selang waktu tertentu maka akan terlihat gaya prategang pada baja
tersebut akan berkurang secara perlahan, besarnya kehilangan tergantung waktu dan
suhu. Kehilangan gaya prategang seperti ini disebut dengan relaksasi baja (R).
Menurut besar nilai relaksasinya, baja prategang terbagi dua jenis yaitu baja
prategang relaksasi normal dan baja prategang relaksasi rendah. Untuk pemakaian
jangka panjang, baja prategang relaksasi rendah lebih sering dipergunakan karena
lebih menguntungkan. Percobaan untuk mengetahui besarnya nilai relaksasi baja
dilakukan dalam waktu 1000 jam pada tegangan konstan pada suhu 20 derajat
Celcius. Tegangan awal bervariasi antara 60-80% dari tegangan tarik ultimate dan
dengan σpi =0.7fp. Maka hasil percobaan dinyatakan sebagai R1000. Untuk baja
Australia nilai R1000 diberikan pada tabel berikut:
Stress –relieved wire 2.0 6.5 Stress-relieved strand2.5 7.0 Alloy steel bars 2.5 7.0
Tabel 2.5. Relaksasi dasar R1000 untuk Australian steel (AS 3600-1988) [Gilbert,1990]
Maka besarnya relaksasi baja (%) setelah waktu t dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan berikut
k1 = tergantung tegangan awal pada tendon (Gambar 2.15)
k2 = tergantung temperature rata-rata, dapat digunakan T/20 nilainya tidk lebih dari
1.0.
Gambar 2.15. Koefisien relaksasi k1 (AS 3600-1988) [Gilbert,1990]
Relaksasi jangka panjang pada baja prategang diajukan oleh CEB-FIP (1987)
adalah pada (Tabel 2.6)
pi/fp 0.6 0.7 0.8
Normal relaxation steel 6 12 25 Low relaxation steel 3 6 10
Tabel 2.6. Relaksasi jangka panjang R~ (%) [Gilbert,1990]
2.3.2. Analisa Penampang
Tampang U balok girder terdiri dari 2 bangun sederhana trapezium dan persegi
panjang. Sehingga dalam penentuan rumus untuk analisa tampang dapat digunakan
rumus-rumus yang sederhana.
a. Luas
Luas bangun dapat dihitung dengan menggunakan rumus luas trapezium:
Luas (Area) = ½ (sisi atas + sisi bawah) x tinggi (2.10)
b. Jarak titik berat
Jarak titik berat yang dihitung dari arah Y dari bagian bawah tampang menurut
bentuk trapezium dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
Jarak titik berat arah Y (Yb) =
(
)
Inersia bangun arah x, Ix untuk bangun seperti tampang haruslah dijumlahkan
dengan inersia tambahan. Inersia awal dapat dihitung sesuai persamaan inersia untuk
bangun trapezium, lalu dijumlahkan dengan inersia tambahannya.
Inersia (Io) =
(
)
d. Modulus section (W)
Besarnya modulus tampang dapat dihitung dengan membagikan Inersia arah x
Wa = Ix / Ya (2.14)
Wb = Ix /Yb (2.15)
(2). Tampang Komposit
Untuk nilai-nilai pada analisa tampang komposit besarnya dapat dihitung
dengan menjumlahkan komponen precast dengan slab-nya.
2.3.3. Desain Pembebanan
Beban-beban yang berkerja pada desain struktur girder pada proyek Flyover
Amplas adalah:
- Beban mati tetap
- Beban mati tambahan
- Beban hidup
a. Beban mati tetap dan beban mati tambahan (Dead load)
Yang termasuk dalam beban mati adalah berat sendiri beton girder, slab lantai,
aspal dan diaphragma. Besarnya beban tergantung pada berat jenis
komponen-komponen tersebut.
b. Beban hidup (Live load)
Yang termasuk dalam beban hidup (live load) adalah beban dinamik izin
(DLA), Knife edge load (KEL), distribution load,dan live load. Dari Bridge
Management System (BMS) Volume 1, Chapter 2.3.2- Traffic Loads ditentukan:
- Dinamik Load Allowance (DLA) (2.16)
Untuk 50 < bentang < 90 m, besar DLA = 1+(0.0025*bentang+0.175)
Untuk bentang >= 90 m, besar DLA = 1+0.3 = 1.3
- Knife Edge Load (KEL) (2.17)
Dari peraturan ini ditetapkan nilainya 4.40 ton/m`
- Distribution Factor (DF) (2.18)
Dari peraturan ini ditetapkan nilainya 1.00
- Distribution load (2.19)
Untuk bentang <= 30 m, q = 0.8 t/m^2
Untuk bentang > 30 m, q = 0.8 * (0.5 + 15/bentang) t/m^2
- Live load
Distribution load
q` = DF * DF * q * s (2.20)
Line load
p` = DF * DLA * KEL * s (2.21)
dengan
s = lebar slab komposit
c. Perhitungan momen ditengah bentang
Momen ditengah bentang dihitung sesuai dengan persamaan untuk mengetahi
momen tengah bentang pada balok diatas dua perletakan.
M = l/L * q * l/2 (2.22)
Dengan:
l = jarak dari pinggir bentang ke titik perhitungan
L = Lebar bentang
d. Perhitungan momen ultimate
Berdasarkan peraturan ridge Management System (BMS) Volume 1- page 2.6,
besarnya momen ultimate total dapat dihitung dengan persamaan (2.23):
Ultimate total = 1.2*beam + 1.3*slab + 2*asphalt + 1.2*diaphragm + 2*live load
Perhitungan menurut ACI 318-83 (1983), pendesainan beban menggunakan
kekuatan batas. Perencanaan kekuatan pada potongan melintang yang menjadi hasil
dari kekuatan batas (kekuatan ultimate Ru ), dan factor reduksi kekuatan (φ). Faktor
reduksi kekuatan merupakan factor keamanan sebagai variable pengontrol kekuatan
bahan, posisi baja, dimensi beton, kesalahan pada prosedur perencanaan maupun
ke-daktail-an bahan tersebut.
φRu ≥ R*
Dengan:
Ru = Beban ultimate
R* = Beban terfaktor rencana
Jenis Aksi (φ)
(a) Flexure (dengan atau tanpa tegangan aksial) dan tegangan aksial 0.9
(b) Kompresi aksial dan kompresi aksial dengan flexure
- Tulangan spiral
- Tulangan biasa
0.75
Untuk kompresi aksial kecil, (φ) dapat membesar secara linier dari nilai (b), dan
untuk kompresi aksial mendekati 0 pdigunakan (a)
(c) Geser dan torsi 0.85
(d) Bearing pada beton 0.7
Tabel 2.7. Faktor reduksi kekuatan φ (ACI 318-83) [Gilbert,1990]
2.3.4. Tegangan-Tegangan Izin Maksimum di Beton
Menurut AASHTO 1992, Chapter 9.15.2.1-Design, besarnya tegangan-tegangan izin
maksimum di beton adalah mengikuti:
- Tegangan beton sebelum kehilangan rangkak dan susut
Tekan
- Komponen struktur pratarik = 0.6 f`ci (2.24)
- Komponen struktur pasca tarik = 0.55 f`ci (2.25)
Tarik
- Daerah tarik yang semula tertekan ………tidak ada tegangan sementara
- Daerah tanpa penulangan lekatan = 0.8* f `ci (2.26)
- Tegangan beton pada kondisi beban kerja
Tekan = 0.40 f`c (2.27)
Tarik pada daerah yang semula tertekan
- Komponen struktur dengan penulangan lekatan = 1.59* f `c (2.28)
- Komponen struktur tanpa penulangan lekatan = 0
- Tegangan tekan beton saat transfer
Besarnya f`ci dapat ditentukan dengan persamaan:
2.3.5. Sistem Prategang
Sistem prategang yang digunakan pada girder FO Amplas adalah sistem
perimbangan beban (balancing). Konsep ini terutama menggunakan prategang
sebagai usaha untuk membuat seimbang gaya-gaya pada sebuah gelagar. Pada
keseluruhan desain struktur beton prategang, pengaruh beton prategang dipandang
sebagai keseimbangan berat sendiri sehingga balok girder yang mengalami lenturan
tidak akan mengalami tegangan lentur pada kondisi terbebani.
Girder didesain dengan sistem prategang penuh yang berarti komponen struktur
didesain pada beban kerja tidak terjadi tegangan tarik. Namun dalam pelaksanaannya
tergantung besar beban yang akan berkerja.
2.3.6. Sistem Penegangan Tendon
Sistem penegangan tendon pada proyek FO Amplas ini adalah sistem
post-tension (pasca tarik) mekanik dengan bantuan dongkrak. Sistem pasca tarik adalah
suatu sistem prategang kabel tendon dimana kabel ditarik setelah beton mengeras.
Jadi sistem prategang hampir selalu dikerjakan pada beton yang telah mengeras, dan
tendon-tendon diangkurkan pada beton tersebut segera setelah gaya prategang
dilakukan.
Pada sistem post-tension mekanis, dongrak digunakan untuk mearik baja strand
dengan reaksi yang berkerja melawan beton yang telah mengeras. Penggunaan
dongkrak hidrolik bertujuan untuk kemudahan pengoperasian alat dan dengan
kapasitas alat yang besar. Pada proyek FO Amplas sistem ini diberikan pada girder
Pada sistem post-tension di proyek ini, untuk mengalihkan gaya prategang ke
beton diperlukan bantuan alat mekanis yaitu angkur ujung (struktur dengan
pengangkuran ujung). Komponen stuktur post-tension menyelubungi tendon-nya
dengan cara peng-grouting-an selongsong. Grouting adalah proses peng-injeksi-an
air semen dan pasir halus yang dilakukan setelah selesai proses stressing. Rekatan
pada tendon sistem penegangan post-tension dicapai dengan pelaksanaan grouting.
2.3.7. Besar Gaya Prategang
a. Jacking force
Gaya prategang yang diberikan pada kabel strand merupakan gaya prategang
initial (jacking force) yang besarnya belum dikurangi oleh besar kehilangan gaya
prategang akibat kehilangan jangka pendek dan jangka panjang.
Dalam perhitungan, besarnya gaya prategang initial (jacking force) adalah
Po = 72% Ultimate Tensile Strength (2.30)
b. Saat awal ditengah bentang
Tegangan dibagian atas
σ top = Pi/Acp – Pi.e/Wa + Mbs/Wa (2.31)
Tegangan dibagian bawah
σ bottom = Pi/Acp – Pi.e/Wb + Mbs/Wb (2.32)
c. Saat servis ditengah bentang
σ top = Pe/Acp – (Pe.e-Mbp)/Wap + Mbp/Wac (2.33)
Tegangan dibagian bawah
σ bottom = Pe/Acp – (Pe.e-Mbp)/Wbp + Mbh/Wbc (2.34)
Dengan :
Pi = Initial prestress force
Wa = Modulus section bagian atas balok precast
Mbs = Momen akibat berat sendiri
e = eksentrisitas
Wb = Modulus section bagian bawah balok precast
Pe = Gaya pratengang efektif
Wac = Modulus section bagian atas balok komposit
Mbp = Momen akibat berat beton (Precast beam + slab + Diaph)
Mbc = Modulus section bagian bawah balok komposit
Wap = Modulus section bagian atas balok precast
Wbp = Modulus section bagian bawah balok precast
Mbp = Momen akibat beban tambahan (aspal + Live load)
2.3.8. Kehilangan Gaya Prategang
Kehilangan gaya prategang adalah hal yang pasti terjadi pada konstruksi beton
prategang. Kehilangan yang terjadi terbagi dalam 2 (dua) tahapan yaitu saat gaya
seketika (Pj), dan kehilangan yang dipengaruhi oleh waktu (kehilangan jangka
panjang).
Kehilangan seketika = Pj – Pi
dengan Pi = kehilangan gaya prategang sesaat setelah transfer
Kehilangan jangka panjang = Pj - Pe
dengan Pe = Total kehilangan gaya prategang pada tendon
Kehilangan gaya prategang seketika dikarenakan hal:
a. Pemendekan elastis pada beton sesaat setelah transfer
b. Gesekan pada selongsong tendon
c. Slip anchorage
Sedang kehilangan jangka panjang dapat dikarenakan banyak hal, namun yang
paling memberikan pengaruh besar adalah:
a. Pengaruh rangkak pada baja
b. Pengaruh susut pada baja
c. Relaksasi pada baja
(1). Kehilangan jangka pendek
a. Pemendekan elastis pada beton (ES)
Pada sistim penarikan post-tension dengan jumlah kabel banyak, pemendekan
elastis pada beton terjadi pada saat proses tendon diangkur-kan. Pemendekan elastis
dengan nilai maximum pada tendon yang pertama kali stressing, dan nilai minimum
pada tendon yang terakhir kali stressing. Besarnya pemendekan elastis pada beton
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dari ACI 318-95, Chapt.18.6 berikut
b. Gesekan di sepanjang tendon (W)
Pada sistim penarikan post-tension, gesekan antara tendon dengan
selongsongnya tentu tidak dapat dihindarkan. Gesekan yang terjadi akan mengurangi
besar gaya prategang yang diterima tendon. Besar kehilangan gaya prategang akibat
hal ini menurut AASHTO 1992, Chapt.9.16.1 dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan:
Px = Po * ( k x)
e−µα+ * (2.36)
Dengan:
Px = Gaya pada tendon ditiap titik x
Po = Gaya pada tendon di ujung dongkrak (jacking force)
µ = Koefisien gesekan
t
α = Pengubah dari sudut kabel dari gaya ke jarak x
p
β = Deviasi angular wobble terhadap variasi selongsong tendon
Adapun nilai µ dan βp adalah:
Jenis Selongsong Tendon (Ducts) µ
For strand in bright and zinc coated metal ducts
For greased and wrapped wire or strand
For strand in an unlined concrete ducts
0.20
0.15
0.50
Tabel 2.8. Nilai µ dengan variasi jenis ducts [Ned,1993]
Selongsong Tendon (Ducts) βp
mm and 140 90 ≤
>
For flat metal ducts
For greased and wrapped bars
016
Tabel 2.9. Nilai βp dengan variasi ukuran ducts [Ned,1993]
c. Slip anchorage (A)
Slip atau draw-in pada tendon terjadi setelah proses stressing dilakukan dan
tendon akan diangkur-kan ke beton. Besar-nya slip tergantung pada jenis angkur.
Untuk jenis angkur wedge yang biasa digunakan pada baja strand, besar slip
( )
∆ sekitar 6 mm. Nilai( )
∆ juga dipengaruhi oleh jarak spasi pada angkurKehilangan gaya prategang pada bagian ini hampir mirip dengan kehilangan
akibat gesekan, bedanya hanya pada nilai µ dan βp yang bernilai sama sehingga
besar
( )
∆ dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.15). Dari persamaantersebut dapat digambarkan grafik hubungan antara gaya prategang dengan jarak dari
angkur seperti pada (Gambar 2.13)
Gambar 2.16. Variasi gaya prategang terhadap draw-in pada angkur [Gilbert,1990]
Untuk mengitung besar kehilangan slip angkur pada yang terjadi di-x m, maka
x = d*As*(Es/m) (2.37)
Dengan :
d = draw in
As = Luasan penampang baja prategang
Es = Elastisitas baja strand
(2). Kehilangan jangka panjang
a. Rangkak pada baja (CR)
Penelitian yang telah dilakukan dan diinformasikan melalui banyak literature
mengindikasikan bahwa aliran pada material terjadi disepanjang waktu apabila ada
beban atau tegangan. Deformasi atau aliran lateral akibat tegangan longitudinal
disebut rangkak. Kehilangan rangkak terjadi hanya pada struktur yang dibebani
secara terus menerus. Besarnya nilai kehilangan gaya prategang yang terjadi akibat
rangkak dapat dihitung melali persamaan (ACI 318-95, Chapt.18.6)
CR = Kcr * (Es/Ec) * (fcir-fcds) (2.39)
Dengan:
Kcr = 2.0 untuk komponen struktur pratarik
= 1.6 untuk komponen struktur pasca tarik
fcds = Tegangan dibeton pada level pusat berat baja akibat semua beban mati
tambahan yang berkerja setelah prategang diberikan
b. Susut pada beton (SH)
Kehilangan gaya prategang akibat susut pada baja dipengaruhi oleh besarnya
regangan susut baja
( )
εc . Regangan susut pada beton dibagian tendon dipengaruhioleh tegangan pada beton pada daerah itu. Tegangan beton bervariasi terhadap
waktu, maka akan sulit ditentukan besarnya. Nilai kehilangan gaya prategang yang
hilang akibat susut pada beton dapat dihitung melalui persamaan berikut (ACI
318-95, Chapt.18.6)
SH = 8.2E-06*Ksh*Es*(1-0.06*V/S)*(100-RH) (3.40)
Dengan nilai Ksh diberikan pada Tabel 2.10
Tabel 2.10. Nilai Ksh untuk komponen struktur pasca tarik [Nawy,2001]
c. Relaksasi pada baja
Kehilangan gaya pada tendon akibat relaksasi dipengaruhi oleh tegangan izin baja
strand. Seperti halnya dengan rangkak dan susut, tegangan pada baja menurun
sejalan dengan waktu. Penurunan-nya akan menjadi semakin cepat jika ditambah lagi
akibat relaksasi baja yang dipengaruhi oleh rangkak dan susut, dapat digunakan
persamaan berikut (ACI 318-95, Chapt.18.6)
RE = (Kre-J*(SH+CR+ES))*C (3.41)
Dengan Kre, J, dan C diberikan pada tabel (2.11), dan (2.12)
Tabel 2.11. Nilai C [Nawy,2001]
Tabel 2.12. Nilai Kre dan J [Nawy,2001]
Salah satu pertimbangan istimewa pada beton prategang adalah banyaknya
tahapan pembebanan saat komponen struktur dibebani. Tahapan pembebanan pada
beton prategang precast yang pada tulisan ini dihususkan pada girder FO Amplas,
sedikitnya ada 3 (tiga) yaitu tahap awal saat pemberian gaya prategang, tahap
pengangkatan dan pengangkutan, lalu tahap akhir saat beton menerima beban
eksternal.
2.4.1. Tahap awal
Pembebanan tahap awal merupakan pemberian gaya prategang terhadap girder
tetapi belum dibebani oleh beban eksternal. Tahap ini dapat dibagi dalam beberapa
tahap:
(1). Sebelum diberi gaya prategang. Pada masa sebelum diberi gaya prategang, beton
girder masih lemah dalam memikul beban, oleh karena itu harus dicegah agar tidak
terjadi kehancuran pada ujung girder. Harus diperhitungkan susut beton, dan retakan
yang timbul akibat sust tersebut. Curing beton harus diperhatikan sebelum peralihan
gaya prategang.
(2). Pada saat diberi gaya prategang. Besarnya gaya prategang yang berkerja pada
tedon saat proses stressing dapat membuat kabel strand putus jika pemberian gaya
melebihi tegangan maksimum strand atau jika strand dalam kondisi rusak. Beton
mermutu rendah atau belum cukup umur juga dapat hancur pada tahapan ini.
Tegangan Tahapan beban Tegangan Izin
2. Segera setelah pengangkuran tendon 0.70fpu Beton 1. Segera setelah peralihan, sebelum kehilangan
2. Setelah terjadi kehilangan
Tekan - 0. 60f`ci
Tarik-0.25 f`ci (kecuali pada
ujung balok diatas dua tumpuan 0.5 f`ci diizinkan)
Tekan - 0.45f`c Tarik - 0.50 f`ci
Tabel 2.13. Tegangan izin untuk batang lentur (Peraturan ACI) [Ned,1993]
(3). Pada saat peralihan gaya prategang. Untuk komponen struktur post-tension
peralihan beban berlangsung secara bertahap, gaya prategang pada tendon dialihkan
ke beton satu-per satu tendon. Pada keadaan ini gaya eksternal belum berkerja
kecuali berat sendirinya. Gaya prategang awal setelah terjadi kehilangan juga ikut
menentukan desain girder. Girder dengan panjang bentang tersebut diatas yang
terletak diatas dua tumpuan, akibat berat sendirinya akan menimbulkan momen
positif ditengah bentang. Oleh karena itu maka gaya yang diberikan pada girder
harus dapat mengimbangi kondisi seperti ini.
2.4.2. Tahap Antara
Pembebanan tahap ini ada karena girder proyek FO Amplas merupakan beton
precast yang mengalami proses perpindahan dari pabrik ke lokasi teakhirnya.
Tahapan antara merupakan tahapan pembebanan selama girder dalam masa
pengangkutan dan pengangkatan, termasuk masa saat girder dalam proses erection.
Cara pengangkatan dan pengangkutan balok girder harus diperhitungkan
dengan baik. Pengangkatan dengan cara yang salah dapat mengakibatkan balok
2.4.3. Tahap akhir
Pembebanan tahap akhir merupakan tahapan dimana beban rencana telah
berkerja pada struktur. Pada beton prategang, ada tiga jenis beban kerja yang
dialami:
(1). Beban kerja tetap. Lendutan ke atas atau kebawah girder akibat beban kerja
tetap konstruksi tersebut merupakan salah satu factor penentu dalam desain, karena
pengaruh dari rangkaian akibat lentur akan memperbesar nilainya. Sehingga
diberikan batasan tertentu besarnya lendutan akibat beban tetap.
(2). Beban kerja. Girder juga didesain berdasarkan beban kerja yang akan
dideritanya. Beban kerja yang berlebihan harus ikut dipertimbangkan.
(3). Beban retak. Retak pada komponen beton prategang berarti perubahan
mendadak pada tegangan rekat dan geser yang sering menjadi parameter bagi
kekuatan lelah.
(4). Beban batas. Beban batas struktur merupakan beban maksimum yang dapat
dipikul struktur tersebut sebelum hancur, atau disebut juga ultimate strength. Beban
batas diperhitungkan melalui factor beban yang dikalikan pada beban kerja.
2.5. Pekerjaan Prestressing oleh Voorspan System Losinger
2.5.1. Material Prestressing
1. Strand
Beberapa Steel wire yang disatukan secara spiral menjadi satuan kabel strand
2. Duct
Pembungkus strand dengan bahan dasar “galvanized zinc” yang dibentuk
Gambar 2.17. Duct pembungkus tendon
3. Angkur-angkur
Terdiri dari dua macam yaitu angkur hidup dan angkur mati.
Angkur Hidup Angkur Mati
Gambar 2.18. Angkur pada girder
4. Non shrink additive untuk grouting
Mixing beton yang digunakan untuk mengisi selongsong / duct setelah
stressing dengan campuran semen, air, additive.
2.5.2. Peralatan pekerjaan prestressing
Untuk Persiapan pekerjaan stressing kabel strand diperlukan kelengkapan alat.
Adapun alat yang digunakan adalah:
1. Hydraulic Pump PE 550 (1 Phase)
Power : 10 A
Voltage : 220 Volt
Max. Pressure : 10.000 Psi
Gambar 2.19. Hydraulic Pump PE 550 (1 Phase)
2. Hydraulic Jack TCH
Capacity : 20 T
Piston area “pull” : 4.248 mm2
Piston area “return” : 3.016 mm2
Weight : 17 kg
Stroke : 300 mm
3. Hydraulic Jack SA 507 / ZPE-7/A (7S)
Capacity : 105 T
Pull : 393 Bar
Pull max : 492 Bar
Return max : 492 Bar
Tensioning press : 690 Bar
Piston area “pull” : 20.360 mm2
Piston area “return” : 9.750 mm2
Weight : 140 kg
Stroke : 160 mm
2.5.3. Alur Kerja Pekerjaan Prestressing
Gambar 2.22. Diagram alur kerja stressing Spesifikasi Gambar Kerja
• Material
• Pabrikasi Strand
• Instalasi Strand
• Instal lifting hook
Pemasangan angkur hidup dan angkur mati
2.6. Erection PC U Girder Dengan Portal Hoise
BSebelum dilakukan pekerjaan erection dengan menggunakan portal dan mesin
hoise, ada beberapa hal yang harus dipersiapkan yaitu:
2.6.1. Survey lapangan
1. Penetapan penempatan stock girder
2. Penetapan jalan portal hoise
3. Penetapan penempatan kaki portal hoise tanah harus keras
4. Membuat metode kerja sistem pelaksanaan erection dengan portal hoise
2.6.2. Persiapan lokasi kerja
1. Persiapan material dan alat pendukung pekerjaan erection
2. Persiapan lokasi kerja penempatan setting portal dan hoise crane
3. Persiapan lokasi penempatan stock girder dan jalan portal harus betul-betul padat
dan rata
4. Lokasi kerja erection kemiringan tanah tidak lebih dari 5%
5. Penempatan stock girder dibawah jembatan dan diatur sesuai rencana
6. Susunan penempatan stock girder harus disesuaikan dengan urutan erection
7. Mengukur jarak bentangan apakah sudah sesuai dengan girder yang akan
dipasang
8. Grouting penempatan bearing pad harus rata dan penempatan bearing pad diberi
tanda yang jelas
9. Mengukur jarak aman portal gantry terhadap jalan lalu lintas kendaraan
2.6.3. Persiapan stock girder
1. Menentukan lokasi stok girder sesuai kondisi aktual ruang yang ada
2. Pengaturan posisi letak girder sebelum diStressing
3. Lokasi penempatan stok girder harus benar-benar padat dan rata.
4. Penempatan stok girder diantara antar pier / pilar sebagian sisi kiri, dan sebagian
sisi kanan.
5. Susunan penempatan girder disesuaikan urutan erection.
6. Stock girder disetting diatas sleeper dengan posisi sejajar dengan jembatan
7. Pondasi stressing bagian ujung harus betul-betul kuat
2.6.1. Proses Erection
1. Pelaksanaan penyetelan portal dilokasi pengangkatan.
2. Pemasangan sabuk angkat pada girder.
3. Tes beban angkat
4. Proses pengangkatan girder.
5. Proses peletakan girder diatas bearing pad
6. Pengangkatan girder selanjutnya
Untuk penjelasan lebih rinci proses erection PC U girder dengan portal hoise
dibahas pada Bab III. Tahapan metode erection portal hoise dapat dilihat dalam
Gambar 2.23. Diagram alur metode erection PCU Girder dengan Portal Hoise Mulai
Survey lapangan
Persiapan lokasi kerja
Pemasangan Portal Hoise
Persiapan Stock PCU Girder
Pengangkatan girder dengan portal hoise
Menggeser girder keatas pier
Finishing memasang brussing
pengaman
Selesai
Pemindahan portal hoise ke pilar
BAB III
APLIKASI DAN PEMBAHASAN U GIRDER
3.1. Umum
Pada FO Amplas, panjang bentang balok girder bervariasi antara 31.9 m
sampai dengan 37.9 m. Dalam tulisan ini bentang yang akan dianalisa adalah betang
dengan panjang L = 31.9 m.
Girder jembatan Flyover Amplas berbentuk U dengan material beton mutu
600kg/cm^2 yang dikompositkan dengan pelat lantai beton mutu 350 kg/cm^2.
Girder jembatan menggunakan konstruksi beton prategang sistem penarikan pasca
tarik pada beton girder precast segmental.
Dalam pekerjaan prategang digunakan baja prategang kabel strand diameter
standart dengan bentuk tendon parabola, Gambar 3.1 menunjukkan lay out tendon
pada girder. Jumlah tendon sebanyak 8 (delapan) buah dengan 12 kabel strand setiap
tendon-nya.
Susunan tendon berpasangan dan sejajar 4 (empat) baris. Setiap baris tendon
memiliki trase kurva parabola yang besarnya berbeda-beda. Hal ini menyebabkan
ada salah satu dari keempatnya memiliki bentuk kurva yang mendekati garis lurus.
Trase tendon yang mendekati garis lurus ini diperlukan untuk menentukan baris
mana yang terlabih dahulu diberi gaya prategang.
Dari Gambar 3.1 dan Gambar 3.2 dapat dilihat bahwa trase tendon yang
parabola-nya mendekati garis lurus adalah C1 & C2, sehingga penarikan dimulai dari
Gambar 3.2: Potongan melintang lay out tendon, Proyek Pembangunan Flyover
Data Awal Perencanaan
Dalam proses perencanaan, perhitungan besar gaya dongkrak (jacking force)
harus dilakukan dengan teliti. Perhitungan awal yang dilakukan oleh Voorspan
System Losinger (VSL) mengalami revisi pada beberapa bagian, sehingga perlu
dilakukan analisa terhadap perhitungan awal tersebut.
Adapun data-data yang ada sebagai bahan analisa perencanaan perhitungan
dasar adalah sebagai berikut:
Panjang bentang = 3110 cm (panjang balok = 3190 cm)
Tinggi balok (H) = 185 cm
Mutu beton :
Balok = K-600
Pelat (awal) = K-300
Plat (revisi) = K-350
Jarak balok ctc (s) awal = 285 cm
Jarak balok ctc (s) revisi = 340 cm
Tebal plat beton = 22 cm
Tebal aspal = 5 cm
Tebal RC flat = 7 cm
Gambar 3.3. Skets bentang girder
Potongan melintang tengah bentang
H = 185 cm
2*A = 100 cm
B = 100 cm
2*tweb = 50 cm
tfl-1 = 7 cm
tfl-2 = 10 cm
tfl-3 = 10 cm
tfl-4 = 33 cm
tfl-5 = 25 cm
Panjang = 2390 cm
H
B tf5
tf1 tf2 tf3
tf4
tw A
![Gambar 2.10. Modulus tangent dan modulus sekan pada beton [Nawy,2001]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/406648.40292/33.595.148.437.138.377/gambar-modulus-tangent-modulus-sekan-pada-beton-nawy.webp)
![Gambar 2.11. Kurva regangan-waktu [Nawy,2001]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/406648.40292/34.595.112.515.331.594/gambar-kurva-regangan-waktu-nawy.webp)
![Tabel 2.3. Strand standart tujuh kawat untuk beton prategang [Nawy,2001]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/406648.40292/39.595.127.515.91.392/tabel-strand-standart-tujuh-kawat-untuk-beton-prategang.webp)
![Tabel 2.10. Nilai Ksh untuk komponen struktur pasca tarik [Nawy,2001]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/406648.40292/54.595.119.526.316.542/tabel-nilai-untuk-komponen-struktur-pasca-tarik-nawy.webp)
![Tabel 2.11. Nilai C [Nawy,2001]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/406648.40292/55.595.129.516.224.660/tabel-nilai-c-nawy.webp)
