ABSTRAK
Mubarokah, Lailatul. 2015. Study Perencanaan Struktur Atas Jembatan Menggunakan Gelagar Beton Menerus Pratekan Tipe I Girder Pada Jembatan Deng Padeng Kecamatan Sreseh Kabupaten Sampang. Skripsi, Fakultas Teknik. Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Jember.
Pembimbing : (1) Ir. Pujo Priyono, MT. (2) Arief Alihudien, ST., MT. Kata kunci : Beton, prategang, pembesian, perhitungan, girder.
Along with technological advances the world of construction continue to strive to create a strong structure and can reduce the cost and without ignoring the elements of cost, quality, time. Today has been known prestressed concrete, the concrete is given emphasis in advance by stressing process before burdened. It turns out that the technique is effective enough because in addition to the concrete can bear a greater burden than before and can reduce the weight and size of the cross-section itself. This is very advantageous because the volume of the material construction of the world can be reduced so that the profile becomes lighter weight and load on the dipikulkan structure to the foundation also becomes smaller. In addition prestressed concrete can be used in a longer span of reinforced concrete and stronger withstand sudden load and shock loads. In the world of technology prestressed concrete bridge is very obvious benefits. For that the bridge construction Padeng Deng is used constantly prestressed concrete girder span Type I 80 m and a width of 20 m. In the planning of this bridge used concrete quality K-400 and U-39 quality steel for the calculation of the vehicle floor, while for the calculation of prestressed beams (I girder) used concrete quality K-500 and and use this type of strands (7 wire uncoated grade super ASTM- 416 270 ) with the type of jack used VSL 19. The need for reinforcement of negative flexural D 14-100, flexural positive D 13-150, 16-150 D pembesian slab pavement, trailing pole pembesian 2 D 13, pembesian tread plate transverse direction D 13-150 and the tread plate longitudinal direction D14-100 with the first high prestressed concrete girder is 2.1 m and the total height of 2.30 m composite prestressed beams with an area looks 0.7523 m2 while the weight of 844.08 kN prestressed beam itself. Planning shear connector using reinforcement 2 D 13 with a total area of 0.0003 m2 connectornya shear
PENDAHULUAN Latar Belakang
Beton sudah banyak dikenal di dunia konstruksi, karena selain perawatannya yang mudah beton juga dapat menahan beban yang cukup besar bila dibandingkan dengan material lainnya. Seiring dengan kemajuan teknologi dunia konstruksi terus berupaya menciptakan suatu struktur yang kuat dan dapat menekan biaya serta tanpa mengabaikan unsur biaya, mutu, waktu. Dewasa ini telah dikenal beton pratekan, yakni beton yang diberi penekanan terlebih dahulu melalui proses stressing sebelum
dibebani. Ternyata teknik tersebut cukup efektif karena selain beton dapat memikul beban yang lebih besar dari sebelumnya dan dapat memperkecil berat sendirinya dan ukuran penampangnya. Hal ini sangat menguntungkan dunia konstruksi karena volume bahan dapat dikurangi sehingga berat profil menjadi lebih ringan dan beban struktur atas yang dipikulkan ke pondasi juga menjadi lebih kecil. Selain itu beton prategang dapat dipakai pada bentang yang lebih panjang dari beton bertulang dan lebih kuat menahan beban tiba-tiba maupun beban kejut. Dalam dunia
jembatan teknologi beton pratekan sangat jelas sekali manfaatnya. Untuk itu pada pembangunan jembatan Deng Padeng ini digunakan beton pratekan.
Dalam tugas akhir ini penulis akan merencanakan jembatan dengan menggunakan struktur beton pratekan tipe I girder. Penggunaan struktur beton pratekan lebih ekonomis, karena pada beban dan bentang yang sama dapat digunakan profil girder yang lebih kecil. Hal ini karena pada beton pratekan memanfaatkan momen sekunder akibat gaya prategang untuk mengimbangi momen yang ditimbulkan akibat beban luar. I girder merupakan bentuk yang paling banyak digunakan untuk pekerjaan balok jembatan. Profil I girder berbentuk penampang I dengan penampang bagian tengah lebih langsing dari bagian pinggirnya.
Rumusan Masalah
Dari latar belakang yang telah diuraikan diatas maka rumusan masalah yang ditinjau antara lain:
1. Bagaimana merencanakan desain slab lantai kendaraan dan plat injak?
2. Bagaimana merencanakan desain tiang sandaran?
3. Bagaimana merencanakan pendimensian profil I girder prestress? 4. Bagaimana perhitungan shear connector pada perencanaan struktur atas jembatan menggunakan gelagar beton menerus prategang tipe I girder pada jembatan Deng Padeng Kecamatan Sreseh Kabupaten Sampang?
Maksud dan Tujuan
Maksud dan tujuan dari penulisan Tugas Akhir dengan judul ”Study Perencanaan Struktur Atas Jembatan Menggunakan Gelagar Beton Menerus Prategang Tipe I Girder Pada Jembatan Deng Padeng Kecamatan Sreseh Kabupaten Sampang” ini adalah :
1. Merencanakan desain slab lantai kendaraan, plat injak dan tiang sandara.
2. Merencanakan pendimensian profil I girder prestress dan perhitungan shear connector pada perencanaan struktur atas jembatan menggunakan gelagar beton menerus prategang tipe I girder pada jembatan Deng Padeng Kecamatan Sreseh Kabupaten Sampang.
3. Memberikan tingkat pelayanan transportasi yang optimal bagi penggunanya.
4. Pemenuhan syarat kelulusan progam S1 Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Jember.
Manfaat
Manfaat dari penyusunan Tugas Akhir ini antara lain:
1. Dapat merencanakan struktur jembatan dengan profil I girder prestress sesuai dengan
persyaratan struktur yang aman. 2. Dapat memahami konsep
perencanaan struktur jembatan yang menggunakan profil I girder prestress.
3. Sebagai alternatif lain dalam teknik perencanaan jembatan dengan bentang yang cukup panjang.
Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada proposal ini, sebagai berikut:
1. Hanya merencanakan struktur atas jembatan prategang dengan balok I girder menggunakan pembebanan untuk jembatan RSNI T-02-2005 dan perencanaan struktur beton untuk jembatan RSNI T-12-2004. 2. Tidak membahas perencanaan dan
analisa perhitungan struktur bangunan bawah jembatan.
3. Tidak merencanakan perkerasan jalan diatasnya.
4. Tidak meninjau profil sungai. 5. Perencanaaan girder dengan tipe I
menggunakan beton prategang. TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi Jembatan
Seiring dengan perkembangan teknologi dunia konstruksi, telah banyak permodelan konstruksi jembatan yang bertujuan untuk menciptakan suatu konstruksi yang aman, nyaman, ekonomis, dan mudah pelaksanaannya. Berikut adalah beberapa permodelan konstruksi jembatan yang umum dipakai. Ditinjau dari berbagai aspek, maka jembatan diklasifikasikan atas :
1. Ditinjau dari material yang digunakan
2. Ditinjau dari statika konstruksi. 3. Ditinjau dari fungsi atau
kegunaannya.
4. Ditinjau menurut sifat-sifatnya 5. Ditinjau dari bentuk struktur
konstruksi. Konsep Prategang
Keuntungan penggunaan beton prategang adalah :
1. Dapat memikul beban lentur yang lebih besar dari beton bertulang 2. Dapat dipakai pada bentang yang
lebih panjang dengan mengatur defleksinya.
3. Ketahanan geser dan puntirnya bertambah dengan adanya penegangan
4. Berbagai kelebihan lain pada penggunaan struktur khusus,seperti struktur pelat dan cangkang, struktur tangki,struktur pracetak,dan lain-lain.
5. Struktur beton pratekan lebih ekonomis, karena pada beban dan bentang yang sama dapat digunakan profil girder yang lebih kecil
Kekurangan struktur beton prategang
relative lebih sedikit dibandingkan berbagai keuntungannya, diantaranya :
1. Memerlukan peralatan khusus seperti tendon, angkur, mesin penarik kabel,dll
2. Memerlukan keahlian khusus baik didalam perencanaan maupun pelaksanaanya
Ada tiga konsep yang dapat dipakai untuk menjelaskan dan menganalisis sifat-sifat dasar dari beton prategang. Hal ini dapat diterangkan sebagai berikut :
Konsep pertama, Sistem Prategang Untuk Mengubah Beton Menjadi Bahan Yang Elastis. Konsep ini memperlakukan beton sebagai bahan yang elastis. Ini merupakan sebuah pemikiran dari Eugene Freyssnet yang memvisualisasikan beton prategang yang pada dasarnya adalah beton dari bahan yang getas menjadi bhan yang elastis dengan memberikan tekanan (desakan) terlebih dahulu (pratekan) pada bahan tersebut. Beban yang tidak mampu menahan tarikan dana kuat memikul tekanan (umumnya dengan baja mutu tinggi yang ditarik) sedemikiaan sehingga beton yang getas dapat memikul tegangan tarik. Dari konsep inilah lahir kriteria “tidak ada tegangan tarik” pada beton. Umumnya telah diketahui bahwa jika tidak ada tegangan tarik pada beton, berarti tidak akan terjadi retak, dan beton tidak merupakan bahan yang getas lagi melainkan bahan yang elastis. Dalam bentuk yang sederhana, ditinjau sebuah balok persegi panjang yang diberi gaya prategang oleh sebuah tendon melalui sumbu yang melalui titik berat dan dibebani oleh gaya eksternal,
Gaya diberi prategang dan dibebani Analisa Prategang
Tegangan yang disebabkan oleh prategang umumnya merupakan tegangan kombinasi yang disebabkan oleh beban langsung dan
lenturan yang dihasilkan oleh beban yang ditempatkan secara eksentris
Tedon Konsentris
Sebuah beton prategangan tanpa eksentrisitas, tendon berada pada garis berat beton (cental grafity of concrete,c.g.c). Prategang seragam pada beton = F/A yang berupa tekan pada seluruh tinggi balok. Pada umumnya beban-beban yang dipakai dan beban mati balok menimbulkan tegangan tarik terhadap bidang bagian bawah dan ini diimbangi lebih efektif dengan memakai tendon eksentris
Tedon Eksentris
Sebuah balok yang mengalami suatu gaya prategang eksentris sebesar P yang ditempatkan dengan eksentrisitas e. Tendon ditempatkan secara eksentris terhadap titik berat penampang beton. Eksentrisitas tendon akan menambah kemampuan untuk memikul beban eksternal.
Kehilangan Prategang
Gaya prategang akan mengalami pengurangan/reduksi saat transfer (jangka pendek) atau saat service (jangka panjang). Kehilangan prategangan saat transfer terjadi sesaat setelah penarikan tendon, sedangkan kehilangan saat service terjadi perlahan-lahan pada saat umur pelayanan dan karena pengaruh waktu.
1. Kehilangan gaya prategang langsung yaitu kehilangan gaya prategang yang terjadi segera setelah peralihan gaya prategang (waktu jangka pendek) yang meliputi:
Perpendekan elastis
Gesekan kabel
Slip angkur
2. Kehilangan prategang berdasarkan fungsi waktu yaitu kehilangan gaya prategang yang tergantung pada waktu (jangka waktu tertentu) yang meliputi:
Rangkak beton (creep)
Susut beton (shrinkage)
Relaksasi baja (relaxation)
Penghubung Geser (shear connector). Gaya geser horisontal yang timbul antara slab beton dan balok prategang setelah pembebanan harus ditahan agar penampang komposit bekerja secara monolit, atau dengan kata lain agar terjadi interaksi antara slab beton dan balok prategang. Untuk menjamin adanya lekatan antara slab dan beton prategang maka harus dipasang alat penyambung geser mekanis (shear connector) diatas balok yang berhubungan dengan slab beton. Disamping itu fungsi dari pada shear connector adalah untuk menahan atau menghindari terangkatnya slab beton setelah dibebani.
Penghubung geser
Tegangan geser horisontal akibat gaya lintang pada penampang yang ditinjau dihitung dengan rumus : fv = Vi Sx/
(bv Ixc)
Vi = gaya lintang pada penampang yang ditinjau
Sx = momen statis luasan plat terhadap titik berat penampang komposit
Sx = Beff h0 (yac – h0/2)
bv = lebar bidang gesek (lebar bidang kontak antara plat dan balok) beef = lebar efektif plat
h0 = tebal plat
Ixc = inersia penampang balok komposit Luas total shear connector,
Ast = ns As
ns = jumlah shear connector As = luas satu shear connector
Jarak antara shear connector, dihitung dengan rumus: as = fs Ast kt/
(fv by)
kf = koefisien gesek pada bidang kontak ( 1- 1,4) = 1,0
fs = tegangan ijin baja shear connector, fs = 0,578 fy
fci = tegangan ijin baja shear connector jika fv > 0,2 fci maka penampang harus
diperbesar
berikut contoh perletakan shear connector (penghubung geser) pada girder I beton prategang.
Perletakan Shear Connector
Perhitungan Lantai Kendaraan Dan Beton Menerus I Girder
Tebal slab lantai jembatan (ts) =0,20 m Tebal aspal + overlab (tB) = 0,10 m Tebal genangan air hujan (th) = 0,05 m Jumlah gelagar (n) = 12 buah Jarak antara balok utama (s) = 1,62 m Lebar jalur lalu lintas (b1) = 8,00 m Lebar trotoar (b2) = 1,10 m
Lebar median/ pemisah jalur (b3)=1,80 m Lebar total jembatan (b) = 20,00 m Panjang bentang jembatan (L) =2x 40 m Mutu beton K- 400
Kuat tekan beton (f’c) = 33,2 Mpa
Modulus elastisitas (Ec) =27081,137 Mpa Angka poison (μ) = 0,15
Modulus geser (G)=11283,807Mpa Koefisien muai panjang (α)= 0,00001
Pembesian Slab
Tulangan Lentur Negatif Rasio Tulangan diperlukan
ρ = 0,00874
Rasio tulangan minimum (ρmin):0,00090 Rasio tulangan yang digunakan (ρ) = 0,00879
As = 1450,294 mm2 D = 14
Jarak tulangan yang diperlukan (s): s = 0,25 3,14 D2
106,09 mm digunakan tulangan D = 14- 100 As = 0,25 3,14 D2 1538,60 mm2 Tulangan bagi/ susut arah memanjang
diambil 50 % tulangan pokok As’ = 725,147 mm2
Tulangan bagi/ susut, D= 13 Jarak tulangan yang digunakan s = 0,25 3,14 D2 183,95 mm digunakan tulangan D 13 - 150 As = 0,25 3,14 D2 884,433 mm2 Tulangan Lentur Positif
rasio tulangan yang digunakan = 0,00768 As = 1273,806 mm2
D = 14
Jarak tulangan yang diperlukan (s): s =120,788 mm
digunakan tulangan D = 14 - 100 As = 0,25 3,14 D2 1538,60 mm2 Tulangan bagi/ susut arah memanjang
diambil 50 % tulangan pokok As’ = 636,90 mm2
Tulangan bagi/ susut, D= 13 Jarak tulangan yang digunakan s = 0,25 3,14 D2 208,297 mm digunakan tulangan D 13- 150
As = 0,25 3,14 D2 884,433 mm2 Pembesian Slab Trotoar
Luas tulangan yang diperlukan (As) = As = ρ b d 1237,64 mm2
Diameter tulangan, D = 16 Jarak tulangan yang diperlukan (s):
s = 0,25 3,14 D2 162,4 mm2 digunakan tulangan D = 16- 150
As = 0,25 3,14 D2 1339,73 mm2 Tulangan bagi/ susut arah memanjang
diambil 50 % tulangan pokok As’ = 618,822 mm2
Tulangan bagi/ susut, D= 13 Jarak tulangan yang digunakan
s = 0,25 3,14 D2 214,383 mm digunakan tulangan D 13- 200
As = 0,25 3,14 D2 663,325 mm2 PERHITUNGAN TIANG RAILING Beban Tiang Railing
Jarak antar tiang railing (L) = 20 m H1 = 0,8 kN
Gaya horisontal pada tiang railing (HTP): HTP = H1 L 1,5 kNm
Lengan terhadap sisi bawah tiang railing (y) = 0,8 m
Momen pada posisi sisi bawah railing (MTP):
MTP = HTP y 1,2 kNm Faktor beban ultimit (KTP) = 1,8 Momen ultimit (Mu):
Mu = KTP MTP 2,2 kNm Gaya geser ultimit (Vu):
Vu = KTP HTP 2,7 kN Pembesian Tiang Railing
Tulangan Lentur
Luas tulangan yang diperlukan (As) = As = ρ b d 61,7269 mm2 Diameter tulangan, D = 13
Jumlah tulangan yang digunakan (n) : n = 0,47 buah digunakan tulangan 2 D 13 As = π/4 D2
265,33 mm2 Tulangan Geser
Gaya geser ultimit rencana (Vu) : Vu = Vu 1000 2700 N Vc = d b 16565,59
ϕVc = 0,6 Vc 9939,354 ϕVc > Vu ; tidak perlu tulangan geser Gunakan tulangan geser praktis
2 ϕ 6 – 15
PERHITUNGAN PLAT INJAK
Pembesian Plat Injak Arah Melintang Jembatan
As = 644,899 mm2
Diameter tulanga, D 13 mm Jarak tulangan yang diperlukan,
s = π/4 D2
b/As = 205,714 mm Digunakan tulangan, D 13 - 150
As = π/4 D2
b/s = 884,43 mm2 Pembesian Plat Injak Arah Memanjang Jembatan
As = ρ b d= 1075,276 mm2 Diameter tulangan, D 14 mm Jarak tulangan yang diperlukan,
s = π/4 D2
b/As = 143,088 mm Digunakan tulangan, D 14 - 100
Kode Lebar(m) Kode Tebal(m)
b1 0,64 h1 0,07 b2 0,8 h2 0,13 b3 0,3 h3 0,12 b4 0,2 h4 1,65 b5 0,25 h5 0,25 b6 0,7 h6 0,25 h 2,1
Pembebanan Balok Prategang Berat Sendiri (MS)
Faktor beban ultimit (KMS) = 1,3 Berat Diafragma Ukuran diafragma (W ) = 12,024 kN (n) = 11 bh (Wdiafragma ) = 132,264 kN Jarak diafragma (x4) = 20 m Momen maks ditengah bentang L
(Mmax = 889,776 kN Berat diafragma ekivalen
(Qdiafragma) = 4,448 kN/m
Berat balok prategang
Berat balok prategang +10 % Wbalok = A L Wc 844,08 kN Qbalok = Wbalok / L 21,102 kN/m Beban angin (EW)
Faktor beban ultimit (KEW) = 1,2 Beban garis merata tambahan arah
horisontal pada permukaan lantai jembatan akibat angin yang meniup kendaraan diatas jembatan dihitung dengan;
TEW = 0,0012 Cw Vw2 Ab
Dengan :
Cw = koefisien seret (1,2)
Vw = kecepatan angin rencana (35 m/det) Ab = Eqivalen bagian samping jembatan
(m2) (2x 80 =160) TEW = 282,24 kN
Bidang vertikal yang tertiup angin merupakan bidang samping
kendaraan dengan tinggi 2 m diatas lantai jembatan (h) = 2 m
Jarak antar roda kendaraan (x) = 1,75 m Transfer beban angin kelantai jembatan, PEW = (½ (h/x) TEW )/ L = 2,016 kN Gaya geser dan momen akibat beban angin
VEW=1/2*QEW*L = 40,32 kN MEW=1/8*QEW*L2= 403,2 kNm Beban gempa (EQ)
Gaya gempa vertikal pada balok prategang dihitung dengan menggunakan percepatan vertikal kebawah minimal sebesar 0,10 gr atau dapat diambil 50% koefisien gempa horisontal statik ekivalen
berat total yang berupa berat sendiri dan berat mati tambahan ,
Wt = PMS + PMA
Berat sendiri , QMS = 34,96151 kN/m Beban mati tambahan , QMA = 4,35 kN/m Panjang gelagar, L = 40 m
Wt = (QMA + QMS) L = 1572,577 kN Untuk lokasi wilayah 2 diatas tanah
sedang, dari kurva diperoleh geser dasar, C = 0,125.
Untuk struktur jembatan dengan daerah sendi plastis beton prategang penuh, S = 1,3F dengan F = 1,25 – 0,025 n dan F
harus diambil 1 F = faktor perangkaan
n = jumlah sendi plastis yang menahan deformasi arah lateral
Pembesian Balok Prategang
Tulangan arah memanjang digunakan besi diameter, D =13 mm
As = ¼ π D2
= 0,00013 m2
Abawah = 0,2375 m2
Asbawah = 0,5% (Abawah) = 0,00118 m2 Jumlah tulangan = As/(π/4 D2
Digunakan 10 D 13 Aatas = 0,1848 m2
Asatas = 0,5% (Aatas) = 0,000924 m2 Jumlah tulangan = As/(π/4 D2
) = 6,964 Digunakan 8 D 13
Abadan = 0,33 m2
Asbadan = 0,5% (Abadan) = 0,00165 m2 Jumlah tulangan = As/(π/4 D2
) = 12,44 Digunakan 14 D 13
Posisi tendon
Lintasan Inti Tendon Panjang balok = 40 m,
eksentrisitas (es) = 0,850 m Pesamaan lintasan tendon, Y = 4 fi (x/L2) (L-x), dengan f = es
Pembesian End Block
Gaya prategang akibat jacking pada masing-masing cable:
Pj = p0 ns Pbs
Jumlah Sengkang Yang Digunakan Untuk Bursting Force
Shear connector Muru beton K- 500
Kuat tekan beton, f’c = 41500 kPa
Tegangan ijin beton, fci = 12450 kPa Tegangan ijin geser, fvi = 2490 kPa
Mutu baja U- 32
Tegangan leleh, fy = 320000 kPa Tegangan ijin, fs = 184960 kPa
Untuk shear connector digunakan tulangan D- 13
Jumlah besi tulangan, ns = 2 As = π/4 D2 = 0,0001 m2 Ast = ns As = 0,0003 m2
Sx = beff h0 (yac- h0/2) = 0,2148 m3
Kesimpulan
Berdasarkan dari hasil perhitungan pada pembahasan Tugas Akhir tentang “Study Perencanaan Struktur Atas Jembatan Menggunakan Gelagar Beton Menerus Prategang Tipe I Girder Pada Jembatan Deng Padeng Kecamatan Sreseh Kabupaten Sampang” diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Pada perencanaan lantai kendaraan digunakan mutu beton K-400 dan mutu baja U- 39.
No Elemen Struktur Kebutuha n Tulangan 1. Pembesian Slab lantai jembatan tulangan lentur negatif D 14- 100 tulangan bagi/susut D 13- 150 tulangan lentur positif D 13- 150 2. pembesian slab trotoar D 16- 150 tulangan bagi/susut D 13-200 3. pembesian tiang trailing tulangan lentur 2 D 13 tulangan geser 2 φ 6 – 150 4. pembesian plat injak arah melintang D 13 - 150 arah memanjang D 14- 100 2. Perencanaan beton prategang I
girder menggunakan K- 500 dan menggunakan jenis strands (uncoated 7 wire super ASTM- 416 grade 270) dengan tipe dongkrak VSL 19.
3. Tinggi beton prategang I girder adalah 2,1 m dan tinggi total balok prategang komposit 2,30 m dengan luas tampang 0,7523 m2 sedangkan berat balok prategang sendiri 844,08 kN.
4. Perencanaan shear connector menggunakan tulangan 2 D 13 dengan luas total shear connectornya 0,0003 m2
DAFTAR PUSTAKA
Ned H. Burns dan T.Y. LIN., “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1,” Berkeley, California dan Austin, Texas. 1982.
Ned H. Burns dan T.Y. LIN., “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 2,” Berkeley, California dan Austin, Texas. 1982.
Nasution Amrinsyah., “Analisa dan Desain Struktur Beton Bertulang”. Bandung. 2009.
Departemen Pekerjaan Umum. 2005. Pembebanan untuk Jembatan.
Departemen Pekerjaan Umum. 2004. Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan.
Retno masnul. 2009. Analisa Prestress pada Precast Concrete U Girder. Februari. Halaman 30-37.
