Cable Stayed-riau

GAMBARAN UMUM,

GAMBARAN UMUM,

KONSEP PERANCANGAN DAN

KONSEP PERANCANGAN DAN

ANALISIS STRUKTUR JEMBATAN

ANALISIS STRUKTUR JEMBATAN

CABLE STAYED

CABLE STAYED

Bambang Supriyadi Bambang Supriyadi T. Sipil FT UGM T. Sipil FT UGM

Jembatan cable stayed

Jembatan cable stayed

•• Sudah dikenal sejak lebih dari 2 tahun yang laluSudah dikenal sejak lebih dari 2 tahun yang lalu

!"alther# $%&&' yang pada a(al era tersebut umumnya !"alther# $%&&' yang pada a(al era tersebut umumnya dibangun dengan menggunakan kabel )ertikal dan miring dibangun dengan menggunakan kabel )ertikal dan miring seperti

seperti Dryburgh Abbey FootbridgeDryburgh Abbey Footbridge di Sk*tlandia yang di Sk*tlandia yang dibangun tahun $&$+.

dibangun tahun $&$+.

•• Sejak saat itu jembatanSejak saat itu jembatan cable stayed cable stayed  mengalami banyak mengalami banyak perkembangan dan mempunyai bentuk yang ber)ariasi perkembangan dan mempunyai bentuk yang ber)ariasi baik dari segi jenis material yang digunakan maupun segi baik dari segi jenis material yang digunakan maupun segi estetika.

estetika.

•• ,ada umumnya jembatan cable stayed menggunakan,ada umumnya jembatan cable stayed menggunakan rangka baja# rangka bet*n atau bet*n pratekan sebagai rangka baja# rangka bet*n atau bet*n pratekan sebagai gelagar utama !-arkasi

gelagar utama !-arkasi dan *sliansjah# $%%/'.dan *sliansjah# $%%/'.

•• ,emilihan bahan gelagar tergantung pada ketersediaan,emilihan bahan gelagar tergantung pada ketersediaan bahan# met*de pelakasanaan# harga k*nstruksi dan

bahan# met*de pelakasanaan# harga k*nstruksi dan

estetika. 0ecendrungan sekarang lebih banyak digunakan estetika. 0ecendrungan sekarang lebih banyak digunakan gelagar bet*n#

Jembatan cable stayed

Jembatan cable stayed

•• Sudah dikenal sejak lebih dari 2 tahun yang laluSudah dikenal sejak lebih dari 2 tahun yang lalu

!"alther# $%&&' yang pada a(al era tersebut umumnya !"alther# $%&&' yang pada a(al era tersebut umumnya dibangun dengan menggunakan kabel )ertikal dan miring dibangun dengan menggunakan kabel )ertikal dan miring seperti

seperti Dryburgh Abbey FootbridgeDryburgh Abbey Footbridge di Sk*tlandia yang di Sk*tlandia yang dibangun tahun $&$+.

dibangun tahun $&$+.

•• Sejak saat itu jembatanSejak saat itu jembatan cable stayed cable stayed  mengalami banyak mengalami banyak perkembangan dan mempunyai bentuk yang ber)ariasi perkembangan dan mempunyai bentuk yang ber)ariasi baik dari segi jenis material yang digunakan maupun segi baik dari segi jenis material yang digunakan maupun segi estetika.

estetika.

•• ,ada umumnya jembatan cable stayed menggunakan,ada umumnya jembatan cable stayed menggunakan rangka baja# rangka bet*n atau bet*n pratekan sebagai rangka baja# rangka bet*n atau bet*n pratekan sebagai gelagar utama !-arkasi

gelagar utama !-arkasi dan *sliansjah# $%%/'.dan *sliansjah# $%%/'.

•• ,emilihan bahan gelagar tergantung pada ketersediaan,emilihan bahan gelagar tergantung pada ketersediaan bahan# met*de pelakasanaan# harga k*nstruksi dan

bahan# met*de pelakasanaan# harga k*nstruksi dan

estetika. 0ecendrungan sekarang lebih banyak digunakan estetika. 0ecendrungan sekarang lebih banyak digunakan gelagar bet*n#

Dryburgh A

0*mp*nen Utama

Jembatan Cable Stayed 

0abel Menara

Sistem 0abel

• 0abel digunakan untuk men*pang gelagar di

antara dua tumpuan dan memindahkan beban

tersebut ke menara. Secara umum sistem kabel

dapat dilihat sebagai tatanan kabel trans)ersal

dan tatanan kabel l*ngitudinal.

• ,emilihan tatanan kabel tersebut didasarkan atas

berbagai hal karena akan memberikan pengaruh

yang berlainan terhadap perilaku struktur terutama

pada bentuk menara dan tampang gelagar. Selain

itu akan berpengaruh pula pada met*de

pelaksanaan# biaya dan arsitektur jembatan

• Sebagian besar struktur yang sudah dibangun

terdiri atas dua bidang kabel dan diangkerkan

pada sisisisi gelagar !"alther# $%&&'.

Sistem Satu Bidang

• Sistem ini sangat menguntungkan dari segi estetika karena tidak terjadi kabel bersilangan yang terlihat *leh pandangan sehingga

terlihat penampilan struktur yang indah. 0abel ditempatkan ditengah tengah dek dan membatasi dua arah jalur lalulintas.

• ,enempatan kabel ditengahtengah dek menyebabkan t*rsi pada dek menjadi besar akibat beban lalulintas yang tidak simetri dan tiupan angin.

• 0elemahan tersebut dapat diatasi dengan menggunakan dek kaku berupa gelagar k*tak !box girder ' yang mempunyai kekakuan t*rsi yang sangat besar.

• ,enempatan menara yang mengikuti bidang kabel di tengah dek mengurangi lebar lantai kendaraan sehingga perlu dilakukan

penambahan lebar sampai batas minimum yang dibutuhkan.

• Untuk jembatan bentang panjang biasanya memerlukan menara yang tinggi menyebabkan lebar menara di ba(ah dek sangat besar.

,enyebaran kaki ke sisisisi dek dapat mengatasi hal tersebut dengan tidak mengurangi lebar lantai kendaraan yang dibutuhkan.

• Secara umum jembatan yang sangat panjang atau sangat lebar tidak c*c*k dengan penggantung kabel satu bidang

Sistem 1ua Bidang

• ,enggantung dengan dua bidang dapat berupa

dua bidang )ertikal sejajar atau dua bidang miring

yang pada sisi atas lebih sempit.

• ,enggunaan bidang miring dapat menimbulkan

masalah pada lalulintas yang le(at diantara dua

bidang kabel# terlebih bila jembatan mempunyai

bentang yang relati3 pendek atau menengah.

0emiringan kabel akan sangat curam sehingga

mungkin diperlukan pelebaran dek jembatan.

• ,ada ujung bal*k melintang dimana akan

dipasang angker kabel# mungkin akan terjadi

kesulitan pada pendetailan struktur# khususnya

bila menggunakan bet*n pratekan. ,engangkeran

kabel dapat bertentangan dengan kabel prategang

bal*k melintang

Tatanan 0abel 4*ngitudinal

• Tatanan kabel l*ngitudinal jembatan mempunyai

banyak )ariasi tergantung pada pengalaman

perencana menentukan perbandingan antara

bentang dengan tinggi menara.

• Untuk bentang yang lebih pendek kabel tunggal

mungkin sudah cukup untuk menahan beban

rencana.

• Untuk bentang utama yang panjang dan bentang

tidak simetris# )ariasi tatanan kabel tidak cukup

dengan kebutuhan secara teknis saja tetapi dapat

memilih k*n3igurasi dasar tatanan kabel

l*ngitudinal seperti radiating # harp# fan# dan star 

!Podolny dan Scalzi, 197 '

Tatanan kabel l*ngitudinal

!a' radiating # !b' harp# !c' fan# !d' star 

!a' !b'

Tipe radiating.

• Merupakan sebuah susunan dimana kabel dipusatkan pada ujung atas menara dan disebar sepanjang bentang pada gelagar. 0elebihan tipe ini adalah kemiringan rata rata kabel cukup besar sehingga k*mp*nen gaya

h*ris*ntal tidak terlalu besar. 5amun kabel yang terkumpul di ujung atas menara menyulitkan dalam perencanaan dan pendetailan sambungan.

Tipe harp.

• Terdiri atas kabelkabel penggantung yang dipasang

sejajar dan disambungkan ke menara dengan ketinggian yang berbedabeda satu terhadap yang lainnya. Susunan kabel yang sejajar memberikan e3ek estetika yang indah namun terjadi lentur yang besar pada menara

Tipe fan.

• Merupakan s*lusi tengah antara tipe radiating dengan tipe harp. 0abel disebar pada bagian atas menara dan pada dek sepanjang bentang# menghasilkan kabel tidak sejajar. ,enyebaran kabel pada menara akan memudahkan

pendetailan tulangan. Tipe star.

• Memiliki bentuk yang berla(anan dengan tipe radiating dimana kabel terpusat pada gelagar. Bentuk ini

memberikan e3ek estetika yang baik namun menyulitkan pendetailan sambungan pada gelagar. 1ukungan antara dua tumpuan tetap jembatan hanya ada pada pertemuan kabel sehingga m*men lentur yang akan terjadi menjadi lebih besar

,emilihan tatanan dan jumlah kabel

• Tergantung pada panjang bentang# jenis beban# jumlah  jalur atau lebar jembatan# tinggi menara# biaya# dan

estetika perencana. Biaya merupakan 3akt*r utama dalam menentukan tatanan kabel dan jumlah kabel yang akan digunakan# karena kabel akan mempengaruhi semua bentuk elemen struktur.

• Sudut kemiringan kabel berhubungan dengan kekakuan gelagar yang meningkat# tegangan dalam kabel

berkurang# dan dibutuhkan tampang menara yang berkurang pula.

•  6kan tetapi bila tinggi menara bertambah# kabel

penggantung akan bertambah dan panjang de3*rmasi aksial akan semakin besar yang berakibat pada

bertambahnya m*men lentur pada gelagar akibat beban hidup.

0emiringan kabel *ptimum

• Sudut kemiringan *ptimum kabel terluar adalah 7/*

namun masih dapat di)ariasikan dalam batasbatas yang dapat diterima !reasonable li!its' yaitu antara 2/* 8 9/*

!Tr*itsky# $%++'.

• Sudut kemiringan terkecil terjadi pada kabel terluar

sedangkan sudut paling besar terdapat pada kabel yang terdekat dengan menara.

• 5ilai batas di atas diper*leh dari hasil analisis dengan mengadakan penyederhanaan pada pertemuan kabel dengan gelagar. ,enyerdehanaan tersebut menganggap  "oint  berupa sendi.

• 0emiringan kabel *ptimum tidak selalu digunakan dalam perencanaan karena pemilihan sudut masih ditentukan *leh bentuk arsitektur struktur. Selain itu pengaruh lain berupa panjang kabel# kemudahan pelaksanaan dan berbagai k*ndisi l*kal dapat menjadi pertimbangan berikutnya

M*del a(al Jembatan cable stayed

• ,ada mulanya hanya menggunakan kabel dalam

 jumlah terbatas yang digunakan untuk mendukung

gelagar yang kaku.

• ,enggunaan kabel dalam jumlah kecil akan

menyebabkan gaya pada kabel sangat besar

sehingga dibutuhkan diameter kabel yang besar#

penjangkaran yang kuat dan rumit# dan area yang

luas pada gelagar untuk mendistribusikan gaya

gaya kabel tersebut.

• Selain itu dibutuhkan gelagar yang tinggi.

• Bentuk ini tidak kurang ek*n*mis

Jembatan :able Stayed M*dern

• ,ada jembatan cable stayed m*dern jumlah

kabel yang digunakan cukup banyak dan jarak

antar kabel atau panjang panel akan menjadi

lebih kecil.

• :ara ini akan memudahkan penjangkaran dan

memungkinkan untuk menggunakan gelagar

yang lebih ramping.

• Tinggi gelagar yang kecil akan memberikan

stabilitas aer*dinamik yang baik dan

pelaksanaan pembangunan lebih mudah

!#roits$y, 1977 '

0euntungan jembatan cable stayed

dengan jumlah kabel banyak

•  jumlah dukungan elastik yang besar;banyak

menyebabkan lentur yang sedang pada arah

l*ngitudinal dek# baik selama pelaksanaan

maupun dalam peng*perasian# membuat met*de

pelaksanaan sederhana dan ek*n*mis#

• kabel indi)idual lebih kecil dibandingkan sebuah

struktur kabel penggantung yang terk*nsentrasi#

sederhana dalam pemasangan dan

pengangkerannya#

• penggantian kabel relati3 mudah bila diperlukan#

meskipun kabel telah diberi pelindung terhadap

k*r*si

Jarak 6ntar 0abel

• Jarak antar kabel maksimum tergantung pada beberapa parameter# khususnya lebar dan bentuk dek.

• Jika dek dari baja atau bet*n k*mp*sit# pelaksanaan

k*nstruksi dapat diselesaikan dengan corbeling out # jarak kabel yang sangat rapat tidak memberikan keuntungan yang besar. Sebagai ketentuan umum# jarak antara $/ m dan 2/ m dapat digunakan. ,enggunaan jarak yang lebih besar masih dapat dimungkinkan dengan alasan tertentu. • Jika dek dari bet*n# desain dengan banyak kabel

penggantung terpisah / m 8 $ m memberikan banyak keuntungan dan mungkin sangat penting untuk struktur dengan bentang panjang !%alther, 19&& '

,erbandingan panjang panel dan

bentang jembatan

,erbandingan jarak antar kabel atau panjang panel

yang diper*leh dari struktur yang sudah ada

!#roits$y, 1977 ' memberikan nilai *ptimum sebagai

berikut ini.

• untuk bentang tengah 7/ 3t 8 7% 3t !$< m 8 $/

m'# direk*mendasikan panjang panel 9/ 3t !2 m'#

• untuk bentang tengah yang lebih kecil# panjang

panel antara / 3t 8 // 3t !$/ m 8 $+ m'#

• untuk bentang tengah yang lebih dari // 3t !$+ m'

panjang panel seharusnya $ 3t !< m'

,anjang ,anel tengah

• ,anel tengah berbeda dengan panel lainnya

karena tidak tertekan *leh k*mp*nen

h*ris*ntal gaya kabel dan dimungkinkan

menggunakan panjang panel tengah yang

lebih besar.

• ,engalaman memberikan bah(a panjang

panel tengah 2 =  < = lebih panjang dari

panel lainnya

Menara

,emilihan bentuk menara sangat

dipengaruhi *leh

• k*n3igurasi kabel#

• estetika# dan

• kebutuhan perencanaan serta

• pertimbangan biaya.

Bentukbentuk menara dapat berupa>

rangka p*rtal trapezoidal # menara kembar#

(

n 1 ,3

)

a a 4  , 1  L  H  + =

Tinggi Menara

• Tinggi menara merupakan 3ungsi dari panjang

panel !#roits$y, 1977 ' yang dapat ditulis >

' ( n)a) tan *+ 

o

 ( ,-+ n)a

dengan n dan a masingmasing jumlah kabel dan

panjang panel.

• Misalnya menggunakan tiga kabel pada tiap sisi

menara maka tinggi menara yang diperlukan

? @ #79/ A < A a @ $#7 a.

• Biasanya panel tengah lebih panjang dari panel lain

dan b*leh diambil sebesar $#<a sehingga

Tinggi Menara

• Menurut ,*d*lny !$%+9'# tinggi menara

ditentukan dari beberapa hal seperti>

•  tipe sistem kabel# jumlah kabel dan

perbandingan estetika dalam tinggi

menara dan panjang bentang#

• untuk itu direk*mendasikan perbandingan

antara bentang terpanjang dan tinggi

Gelagar 

• Bentuk gelagar jembatan cable stayed sangat ber)ariasi namun yang paling sering digunakan ada dua yaitu sti33ening truss dan s*lid (eb !,*d*lny and Scali# $%+9'.

• Sti33ening truss digunakan untuk struktur baja dan s*lid (eb digunakan untuk struktur baja atau bet*n baik bet*n bertulang maupun bet*n

prategang.

• ,ada a(al perkembangan jembatan cable stayed# sti33ening truss

banyak digunakan tetapi sekarang sudah mulai ditinggalkan dan jarang digunakan dalam desain# karena mempunyai banyak kekurangan.

• 0ekurangannya adalah membutuhkan 3abrikasi yang besar# pera(atan yang relati3 sulit# dan kurang menarik dari segi estetika. Meskipun

demikian dapat digunakan sebagai gelagar dengan alasan memiliki si3at aer*dinamik yang baik.

• 1alam keadaan jembatan jalan raya disatukan dengan jembatan jalan rel dan biasanya menggunakan dek ganda yang bertingkat# truss dapat dipertimbangkan sebagai elemen utama dek

Tipikal ,*t*ngan Jembatan

Tipe Jembatan

Tipikal ,*t*ngan Jembatan

Jalan aya

Jalan raya dan

 jalan rel

Jalan raya dan

 jalan rel

S*lid "eb

Gelagar yang tersusun dari solid .eb

yang terbuat dari baja atau bet*n

cenderung terbagi atas dua tipe yaitu>

• gelagar pelat ! plate girder '# dapat terdiri

atas dua atau banyak gelagar#

• gelagar b*A !box girder '# dapat terdiri atas

satu atau susunan box yang dapat

Susunan 1eck

• Susunan dek yang tersusun dari gelagar pelat tidak

memiliki kekakuan t*rsi yang besar sehingga tidak dapat digunakan untuk jembatan yang bentangnya panjang dan lebar atau jembatan yang direncanakan hanya

menggunakan satu bidang kabel pengantung.

• 1ek jembatan yang menggunakan satu atau susunan b*A akan memiliki kekakuan t*rsi yang sangat besar sehingga c*c*k untuk jembatan yang mengalami t*rsi yang sangat besar. Jembatan yang menggunakan satu bidang kabel penggantung biasanya menggunakan gelagar box

tunggal# sedangkan jembatan yang lebar menggunakan susunan gelagar b*A.

• Gelagar pelat atau box yang terbuat dari baja mempunyai masalah# seperti pada truss berupa pera(atan terhadap k*r*si yang relati3 mahal meskipun biaya k*nstruksi lebih murah

Tipikal potongan melintang

Susunan Gelagar Utama Tipikal potongan melintang

Gelagar I Kembar  Gelagar box persegi

Kombinasi gelagar box – gelagar I individual (tepi)

Kombinasi gelagar box seluler kembar individual dan  sloping  struts

Gelagar box trapezoidal

individual

S*lid "eb dari Bet*n

• ,erkembangan tekn*l*gi bet*n yang sangat cepat membuat baja mulai ditinggalkan dan beralih ke gelagar bet*n yang dapat berupa bet*n

precast atau cetak setempat. Gelagar bet*n umumnya berupa gelagar b*A tunggal yang diberi pengaku lateral pada jarak tertentu.

• Solid .eb yang terbuat dari bet*n precast mempunyai banyak keuntungan !/ar$asi dan 0olians"ah, 199+ ' antara lain >

$. struktur dek bet*n cenderung untuk tidak bergetar dan dapat berbentuk aer*dinamis yang menguntungkan#

2. k*mp*nen gaya h*ris*ntal pada kabel akan mengakti3kan gaya tekan pada sistem dek dimana bet*n sangat c*c*k untuk menahan gaya desak#

<. bet*n mempunyai berat yang sangat besar sehingga perbandingan beban hidup dan beban mati menjadi kecil# sehingga perbandingan lendutan akibat beban hidup dan beban mati tidak besar#

7. pemasangan bangunan atas dan kabel yang relati3 mudah dengan

teknik prestressing masa kini# pre3abrikasi# segmental# dan mempunyai kandungan l*kal yang tinggi#

/. pemeliharan yang lebih mudah karena bet*n tidak berkarat seperti pada baja

,erilaku Gelagar 

• ,erilaku gelagar sebagai bagian yang terintegral dari sebuah jembatan cable stayed  mirip dengan perilaku gelagar menerus di atas perletakan elastis. 6kan tetapi selama tahap a(al pembangunan dan prapenegangan kabel akibat beban mati# dukungan kabel dapat dianggap sebagai perletakan tetap.

• ,ada tahap kedua pembebanan termasuk beban mati dan hidup t*tal# tempat dimana terdapat dukungan kabel akan terde3*rmasi secara elastis tergantung pada pertambahan panjang kabel dan lendutan pada ujung menara. 1e3leksi akhir pertemuan kabel dengan gelagar mereduksi

kekakuan dan m*men lentur yang terjadi pada gelagar. • ,enelitian eksperimen ireen$o, 197  !dalam #roits$y,

1977 ' menunjukkan bah(a gelagar dengan kekakuan tampang yang berbedabeda terpengaruh pada m*men lentur secara tidak linear !lihat Gambar &.$'

,engaruh 0ekakuan

• ,engaruh kekakuan gelagar pada de3leksi pertemuan kabel dan gelagar dapat diabaikan karena perubahannya sangat kecil. Jika m*men inersia gelagar digandakan# de3leksi pada sambungan tersebut akibat beban maksimum hanya

berkurang sekitar #& =  2#< =. Berlainan dengan pertemuan antara kabel dengan menara# pengaruh

kekakuan gelagar berde3*rmasi akibat pembebanan lebih besar. 6kan tetapi de3*rmasi pada gelagar ditentukan *leh de3leksi pada bagian tengah bentang# sehingga pengaruh kekakuan gelagar pada de3leksi dapat dianggap kecil dan dapat diterima agar perancangan gelagar mempunyai

m*men inersia yang seminimum mungkin.

• ,engalaman dalam perancangan jembatan cable stayed !Tr*itsky# $%++' menunjukkan bah(a tinggi gelagar dapat digunakan antara $;$/ 8 $;$& panjang panel atau

•• ?asil sur)ai yang telah dilakukan terhadap 2 jembatan cable stayed di?asil sur)ai yang telah dilakukan terhadap 2 jembatan cable stayed di dunia memberikan perbandingan antara tinggi gelagar

dunia memberikan perbandingan antara tinggi gelagar dengan bentangdengan bentang  jembatan yang ber)ar

 jembatan yang ber)ariasi mulai dari $;7 8 iasi mulai dari $;7 8 $;$ !,*d*lny$;$ !,*d*lny# $# $%+9'.%+9'.

•• Sedangkan menurut 4e*nhardt !dalam -arkasi dan Sedangkan menurut 4e*nhardt !dalam -arkasi dan *liansjah# $%%/'#*liansjah# $%%/'# perbandingan antara tinggi gelagar dengan b

perbandingan antara tinggi gelagar dengan bentang utama jembatanentang utama jembatan sangat tergantung pada rasi* lendutan maksimum akibat beban hidup sangat tergantung pada rasi* lendutan maksimum akibat beban hidup dan beban mati# dan memberikan nilai yang ek*n*mis bila nilainya dan beban mati# dan memberikan nilai yang ek*n*mis bila nilainya berkisar antara $;9 8 $;%.

berkisar antara $;9 8 $;%.

•• 0husus untuk jembatan cable stayed bet*n dengan sistem kabel dua0husus untuk jembatan cable stayed bet*n dengan sistem kabel dua bidang# pada kedua ujung tidak menunjukkan gejala aer*dinamis yang bidang# pada kedua ujung tidak menunjukkan gejala aer*dinamis yang mengkha(atirkan bila memenuhi persyaratan >

mengkha(atirkan bila memenuhi persyaratan > 2

2 ≥ ≥  1 ' 1 ' atau atau BB ≥ ≥  345  345  dengan B adalah lebar

dengan B adalah lebar jembatan# ? adalah tinggi gelagar#dan 4jembatan# ? adalah tinggi gelagar#dan 4 menyatakan panjang bentang utama.

menyatakan panjang bentang utama.

•• Untuk jembatan baja yang relati3 ringan dan bentang di atas 7 Untuk jembatan baja yang relati3 ringan dan bentang di atas 7 mm

sehingga cenderung mudah bergetar# persyaratan di atas masih berlaku sehingga cenderung mudah bergetar# persyaratan di atas masih berlaku namun sebaiknya digantung ke menara bentuk

namun sebaiknya digantung ke menara bentuk AA dan harus mempunyaidan harus mempunyai 2

Susunan Bentang

Susunan Bentang

•• Susunan bentang sangat berpengaruh pada

Susunan bentang sangat berpengaruh pada

bentuk arsitektur dan terlebih pada struktur

bentuk arsitektur dan terlebih pada struktur

 jembatannya sendi

 jembatannya sendiri.

ri.

•• Susunan bentang terdiri atas tiga jenis

Susunan bentang terdiri atas tiga jenis seperti

seperti

ditunjukkan pada Gambar &.$$# yaitu > dua

ditunjukkan pada Gambar &.$$# yaitu > dua

bentang simetri# dua bentang tidak simetri# dan

bentang simetri# dua bentang tidak simetri# dan

tiga bentang

tiga bentang

•• Untuk jenis dua bentang asimetri#

Untuk jenis dua bentang asimetri# bentang utama

bentang utama

biasanya sekitar 9 =  + =

biasanya sekitar 9 =  + = dari t*tal bentang

dari t*tal bentang

 jembatan dan jenis

 jembatan dan jenis tiga bentang biasa

tiga bentang biasanya

nya

bentang utama

Bentang asimetri

• Bentang asimetri tidak dapat dihindari karena

berbagai k*ndisi l*kal yang berpengaruh seperti

tidak memungkinkan manara pada tengah

bentang sehingga panjang salah satu bentang

harus dikurangi.

• ,engurangan panjang bentang dapat dibarengi

dengan pengurangan jumlah kabel dan gelagar

sehingga menjadi lebih kaku.

• 0elemahan bentang asimetri adalah pada ujung

bentang yang lebih pendek akan terjadi reaksi

negati3 yang besar# karena itu dibutuhkan

susunan kabel yang khusus agar k*ndisi tersebut

dapat diminimalkan !#roits$y, 1977 '

Multi Bentang

• Selain ketiga bentuk di atas# pada beberapa jembatan yang sudah dibangun berupa multi bentang !Gambar &.$$d' yang terdiri atas beberapa susunan jembatan dua bentang

simetri.

• Bentang ini terjadi jika panjang bentang t*tal jembatan

sangat besar dan tidak memungkinkan lagi untuk membuat  jembatan dengan jumlah bentang yan lebih sedikit. Selain

alasan terebut mungkin juga karena alasan arsitektural. • Masalah utama bentuk ini adalah bagaimana memper*leh

stabilitas l*ngitudinal yang memadai akibat beban asimetri yang ditimbulkan lalulintas. Secara umum gelagar tidak

dapat memberikan stabilitas yang memadai sehingga digunakan menara yang kaku

Efek non-linier paa Ele!en

S"r#k"#r 

• Struktur jembatan cable stayed merupakan

struktur yang mempunyai e3ek n*nlinier yang

cukup berpengaruh. Meskipun struktur memiliki

e3ek n*nlinier# perhitungan gayagaya dalam

dengan mengabaikan si3at n*nlinier dapat

dilakukan dengan memberikan anggapan

anggapan tertentu.

• Tiga penyebab si3at n*nlinier adalah

5*nlinier pada 0abel

•  6kibat berat sendiri kabel# dapat

menyebabkan terjadinya de3*rmasi

sepanjang kabel yang cukup besar sehingga

mengurangi kekakuan kabel.

• 0etidaklinieran kabel terjadi ketika beban

yang didukung bertambah dan sag pada

kabel berkurang sehingga panjang kabel

akan bertambah.

• Untuk menempatkan kabel sebagai

k*mp*nen yang linier maka m*dulus kabel

harus diidealisasikan

M*dulus Clastis idealisasi

( )

{

}

[

e

]

3 2 e i

 E 

12

 / 

l 

l 

 E 

 E 

σ 

γ 

+ = dengan#

Ci > m*dulus elastisitas idealisasi# Ce > m*dulus elstisitas#

γ  > berat jenis kabel#

σ > tegangan ijin kabel#

l  > jarak antara dukungan kabel# 4 > panjang aktual kabel

Ci;Cc

• ,ada umumnya 3akt*r reduksi kabel atau

perbandingan antara m*dulus elastitas

idealisasi dan m*dulus elastisitas kabel

yang dipakai pada jembatan cable stayed 

ber)ariasi dari $ untuk kabel pendek dan

#%&& untuk kabel terpanjang

C3ek ,delta

• C3ek n*nlinier ini disebabkan *leh gayagaya aksial tekan dan m*men lentur yang bekerja secara simultan pada

struktur !gelagar dan menara' sehingga terjadi beban yang eksentris. 6kibat lendutan yang terjadi pada struktur maka gaya aksial tekan yang bekerja memberikan m*men

tambahan.

• Tingkat ketidaklinieran tergantung pada besarnya beban aksial tekan dibandingkan dengan beban 6uler dan besar lendutan yang dihasilkan akibat beban lentur.

• Secara umum pengaruh ketidaklinieran akibat e3ek ,delta dapat dianggap kecil. 6nggapan ini tetap dapat digunakan untuk gelagar yang tipis atau menara yang mempunyai m*men inersia kecil.

5*nlinier pada si3at material

• Bahan struktur yang menderita suatu beban aksial tertentu akan mengalami penegangan dan disertai

pertambahan atau pengurangan panjang sesuai dengan arah beban.

• Selama beban tersebut masih kecil# pertambahan atau pengurangan panjang akan berbanding lurus dengan tegangan yang terjadi.

• Bila beban bertambah terus batas perbandingan akan dilampaui dan kur)a perbandingan tidak sebanding atau perbandingan antara tegangan dan regangan bahan

sudah tidak linier lagi.

• Si3at n*nlinier ini dapat diabaikan karena secara umum pembebanan yang terjadi tidak akan menimbulkan

Ddealisasi Struktur

• ,em*delan elemen struktur dilakukan agar

perilaku jembatan dapat dianalisis dan masih

dalam ketepatan yang cukup dan perhitungan

pada kepentingan struktur dan tingkat

perencanaan yang diinginkan.

• ,em*delan ini dapat berupa sistem bidang

! plane fra!e !odel ' atau ruang !space fra!e

!odel '# meliputi seluruh struktur atau sebagian

dan dapat melibatkan sejumlah besar elemen

tergantung kerumitan struktur !%alther, 19&& '

Ddealisasi Menara

• Menara dapat dim*delkan sebagai fra!e

<1 atau elemen solid bila diperlukan untuk

dilakukan analisis lebih lanjut untuk

mempelajari masalah l*kal# misalnya

untuk perencanaan dudukan kabel

!/ar$asi dan 0oslians"ah, 199+ '

Ddealisasi Gelagar 

• Gelagar bisa dim*delkan sebagai elemen batang pada bal*k memanjang dan melintang dengan menganggap perilakunya sebagai elemen bal*k dan plat lantai

kendaraan sebagai shell type ele!ent .

• Untuk gelagar berbentuk box kaku dengan elemen

)ertikal# dan dianggap dengan perubahan bentuk yang kecil dapat dim*delkan sebagai elemen batang.

• M*delisasi sebagai elemen membran dapat juga

dilakukan jika perilakunya mempunyai perubahan bentuk yang besar misalnya pada jembatan yang menggunakan single plane type.

• Untuk mempelajari masalah l*kal dengan pem*delan sebagian !tidak semua elemen' dapat dim*delkan

,em*delan 0abel

• 0abel dapat dim*delkan sebagai elemen batang

yang hanya dapat menerima gaya tarik saja

dengan memberikan m*men inersia lentur yang

kecil sekali dan m*dulus elastis idealisasi

!6rnsts 8odulus' yang sudah memperhitungkan

sag pada kabel.

• ,em*delan kabel seperti ini mungkin hanya

berlaku pada struktur dimana kabel tertarik

dengan gaya yang cukup besar akibat beban

mati# dan timbul tekanan akibat beban hidup

yang menyebabkan pengurangan beban tarik

a(al dalam kabel

,em*delan dengan sistem bidang

• 1igunakan untuk menggambarkan perilaku jembatan cable stayed akibat beban hidup secara sederhana.

• Sistem ini digunakan pada tahap a(al perencanaan dimana seluruh elemen digambarkan sebagai batang.

• Salah satu kesulitan terletak pada penggambaran hubungan antara menara dengan gelagar. ,enggunaan data yang disederhanakan dan penyelesaian analisis yang dapat dilakukan dengan cepat menyebabkan m*del ini sangat penting sebagai dasar pemilihan

dimensi struktur dan sebagai sarana untuk menguji k*nsep rencana. • ,ada kasus tertentu !2rottone 2ridge dan Pasco enne.ic$ 2ridge'

dimana menara tidak mengalami lentur trans)ersal akibat beban mati dan beban hidup berupa lalu lintas# dapat digunakan untuk menentukan dimensi akhir. Beban trans)ersal ditentukan dengan met*de tradisi*nal dan gaya kabel diperkirakan seperti pada bal*k dengan dukungan sederhana. 4entur trans)ersal tidak terjadi pada struktur yang menggunakan penggantung sistem satu bidang atau pada struktur yang menggunakan sistem dua bidang dengan diberi pengaku pada ujung atas menara

,em*delan dengan sistem ruang

• ,ada kasus penting dan khusus untuk jembatan yang memiliki nilai ek*n*mi yang sangat tinggi pem*delan

dengan sistem ruang perlu dilakukan agar banyak analisis yang dapat diselesaikan dan meliputi berbagai aspek.

• C3ek angin# gradien temperatur# e3ek trans)ersal pada menara# pengaruh beban yang tidak simetri pada

 jembatan tertentu dapat dianalisis dengan sistem ruang. • Masalah khusus atau l*kal pada bagian tertentu struktur

perlu diketahui secara pasti karena dapat menjadi kegagalan struktur secara keseluruhan.

• ,eninjauan secara khusus bagianbagian tertentu dari suatu struktur menggunakan pem*delan sebagian.

 6nalisis 1inamik

•  6nalisis dinamik pada jembatan cable stayed

sangat penting dan dapat menjadi suatu tahap

analisis yang paling menentukan terutama untuk

 jembatan yang sangat panjang. 6nalisis dinamik

digunakan untuk mengetahui 3rekuensi alami dan

m*de getar struktur.

• Beban yang berpengaruh pada struktur jembatan

dan berperilaku sebagai beban dinamik adalah

beban angin# beban gempa dan beban dinamik

akibat lalu lintas. ,engaruh beban dinamis akibat

lalu lintas sulit ditentukan karena tergantung pada

3rekuensi dasar dari suspensi kendaraan dan

Tiga jenis permasalahan

•  6da tiga jenis permasalahan dinamika struktur !%alther, 19&& ' yaitu>

$. aspek stabilitas aer*dinamis# 2. aspek struktur tahan gempa# <. aspek e3ek psik*l*gis.

• ,ermasalahan stabilitas aer*dinamik dan struktur anti

sesmik sangat penting untuk keamanan dan keselamatan struktur# berlaku secara umum namun tetap disesuaikan dengan k*ndisi lingkungan dan besar kecilnya beban. • Sedangkan e3ek psik*l*gis lebih berpengaruh pada

pelayanan dan kenyamanan pemakai yang tergantung pada peraturanperaturan yang berlaku di suatu tempat atau negara

,ersamaan Gerak Struktur 

EM HI  E0 uI @ I

• ,enyelesaian persamaan di3erensial di atas adalah > u!t'I @ 6I sin !ωt  α'

atau

H !t'I @ 6Iω2 sin !ωt  α' dengan#

• 6I > matrik karakteristik de3*rmasi# • 0I > matriks kekakuan struktur#

• EM > matriks massa#

∀ ω > 3rekuensi sudut#

∀ α > sudut 3ase#

• _{uI > matriks de3*rmasi}

,ersamaan Cigen)alue

Frekuensi ,endekatan

2 / 1 max

2

1



1

 

 

 

 



 

 

=

v

 g 

  f  

_b π  

Untuk penentuan 3rekuensi lentur 3undamental dapat  juga dilakukan dengan nilai pendekatan sesuai dengan

persamaan !"alther# $%&&'

dimana )maA adalah lendutan maksimum akibat berat sendiri dan g adalah percepatan gra)itasi

 6nalisis Beban 6ngin

• 1imensi jembatan cable stayed  umumnya cukup besar sehingga pengaruh angin perlu untuk diperhitungkan.

•  6liran udara cenderung untuk mempengaruhi *silasi t*rsi*nal dan lentur struktur dan perubahan sudut datang terhadap gelagar akan mengubah besarnya gaya angkat.

• C3ek yang timbul akibat aliran angin tersebut diketahui sebagai 3lutter yang telah menyebabkan runtuhnya #oca!o arro. 2ridge di 6merika pada tahun $%7. 6kibat adanya flutter  maka timbul gaya yang bekerja pada gelagar dan bersi3at peri*dik.

• ,engalaman pada berbagai jembatan yang sudah dibangun

menunjukkan bah(a 3rekuensi *silasi t*rsi*nal dan 3rekuensi *silasi lentur harus mempunyai nilai yang cukup jauh berbeda.

• 8athi:at  telah menunjukkan bah(a perbandingan kedua nilai tersebut cukup memuaskan bila berada diantara 2#/ dan 2#.

• ,ertimbangan secara kualitati3 ini hanya :alid  untuk jembatan yang mempunyai dimensi relati3 kecil dan untuk perencanaan a(al.

• Untuk sebuah struktur yang aktual dan penting harus diuji dalam ter*(*ngan angin !%alther, 19&& '

•  6nalisis beban angin dapat dilakukan secara relati3 sederhana dengan menjabarkan gayagaya yang bekerja pada struktur jembatan berupa>

$. 0*mp*nen gaya h*ri*ntal !T'# 2. 0*mp*nen gaya )ertikal !5'# <. M*men t*rsi !M'.

yang besarnya tergantung pada 3akt*r> $. Dntensitas angin !K'#

2. Bentuk penampang struktur lantai jembatan !k*e3isien :T# :5# dan :M'#

<. Sudut singgung angin terhadap lantai jembatan !α'. • Beban yang bekerja pada dek jembatan akan seperti

h

B 5

M

T

Gambar $7. ,endekatan aksi beban angin pada dek jembatan !"alther# $%&&'

• ,enentuan besarnya nilai k*e3isien :

T

# :

5

#

:

M

 dilakukan dengan mengadakan

pengujian terhadap beberapa bentuk

tampang dengan menggunakan (ind

tunnel.

• Besar beban pada struktur menjadi

T @ :

T

 Khl

5 @ :

5

 Khl

Mekanisme Dnteraksi

• Mekanisme interaksi antara angin dengan

struktur akan menghasilkan getaran pada

struktur.

• Getaran tersebut timbul karena adanya gaya

angin yang memaksa struktur bergetar.

• Mekanisme penting dalam perencanaan struktur

adalah :ortex;shedding # 3lutter# dan turbulensi

• Flutter dapat dipengaruhi *leh pusaran angin

!:ortex;shedding ' seperti yang terlihat pada

Gambar &.$9. Bentuk tampang yang tidak

aer*dinamis akan menyebabkan pengaruh ini

semakin besar dan dapat membahayakan

• Fen*mena pusaran pada gelagar jembatan telah dipelajari *leh <on ar!an !%alther, 19&& ' dengan menggunakan angka 0eynolds !0e' dan angka

Strouhal !S'. 6ngka 0eynolds !0e' dan angka

Strouhal  !S' dapat dide3inisikan dengan persamaan sebagai berikut>

dengan#

• L > kecepatan angin# • B > lebar dek#

∀ ν > )isk*sitas kinematik udara !≈ #$/ cm2;s'# • 3 > 3rekuensi pusaran !:ortices'#

• h > kedalaman dek

 6ngka 0eynolds !0e' dan angka Strouhal  !S'

ν 

VB  R e =

V 

 fh

 

=

• Frekuensi pusaran tergantung pada besarnya kecepatan angin L. Jika 3rekuensinya dekat dengan salah satu

3rekuensi alami struktur khususnya lentur# ada bahaya res*nansi yang membuat getaran semakin besar dan struktur akan runtuh.

•  6ngka Strouhal  !S' mempunyai nilai ratarata #2 untuk sebuah silinder dengan diameter h dan #$  #2 untuk dek jembatan dengan kedalaman h !#$ jika udara

mengalir hanya dari satu sisi'.

• 5ilai ratarata S dapat digunakan untuk menghitung kecepatan angin kritis dengan persamaan &.$9.

• Secara umum untuk menghitung kecepatan angin kritis digunakan angka 0eynolds !0e dengan *rder $/  $+'

yang merupakan 3ungsi dari kecepatan angin L dan lebar dek B

Dntensitas gaya peri*dik

• Dntensitas gaya peri*dik yang ditimbulkan *leh

flutter  merupakan 3ungsi dari kecepatan angin

dan bentuk tampang. Untuk menge)aluasi gaya

peri*dik yang berhubungan dengan resp*n

dinamik digunakan !"alther# $%&&'>

F!t' @ F* sin

ϖ

t

dengan#

∀ ϖ

> 3rekuensi pusaran !e#S'

• F* > !

ρ

L

2

;2':h

∀ ρ

> massa udara !

≈

 $#< kg;m<'

• : > k*e3isien karakteristik gaya angkat#

tergantung L dan 3 

 6mplitud* silasi

 stat  o V   B  !  "  #h V  "B

δ 

π 

δ 

π 

 ρ 

δ 

π 

ν 

= = = 1 2 1 2 ! 2 2

2

 

h

#f 

 B

 B

 ! 

"V 

o

ρ 

δ 

π 

δ 

π 

=

=

yang menunjukkan bah(a aplitud* getaran bertambah bila> $. 4ebar dek berkurang#

2. Frekuensi 3 bertambah#

<. 0edalaman dek h bertambah atau

Fen*mena pusaran angin

Fen*mena pusaran angin !:ortex;

shedding ' dapat memberikan batas yang

aman bila>

$. bentuk dek yang digunakan berupa slab

!strea!lined ' dengan ujung tepi runcing

yang dapat mengurangi intensitas

pusaran#

2. menyusun de3lekt*r untuk aliran udara

sekitar sudut pada tampang

Mekanisme Flutter pada tampang tanpa dan

dengan de3lekt*r 

Mekanisme Flutter 

• Mekanisme 3lutter secara sederhana dapat

dilihat pada Gambar &.$% yang

memberikan gambaran lentur dan t*rsi

pada k*ndisi beda 3ase

π

;2.

• Untuk mengurangi bahaya flutter

sebaiknya menggunakan dek sekaku

mungkin terhadap t*rsi dan menggunakan

dua bidang kabel lateral yang digantung

Turbulensi

• ,engaruh turbulensi  angin perlu diperiksa karena dapat terjadi tanpa dapat diperkirakan sebelumnya. #urbulensi  yang timbul menyebabkan 3luktuasi kecepatan dalam arah )ertikal dan h*ris*ntal. Fluktuasi kecepatan tersebut bersi3at rand*m karena tidak terjadi pada 3rekuensi tertentu tetapi disebar atas gabungan 3rekuensi. Jika 3luktuasi rand*m yang terjadi mempunyai 3rekuensi yang dekat dengan 3rekuensi alami struktur maka struktur akan meresp*n 3luktuasi tersebut.

•  6ksi angin pada struktur juga memiliki )ariasi ruang# yaitu mendistribusikan gaya sepanjang tinggi dan bentang

struktur secara tidak merata !Podolny dan Scalzi, 197 '. •  0*nsekuensi dari adanya turbulensi adalah pengaruh

)*rteAshedding semakin sulit untuk ditentukan dibanding pada aliran rata

Ter*(*ngan 6ngin

• Untuk mengetahui e3ek dinamis dari tekanan

angin# dilakukan uji m*del dari jembatan di

lab*rat*rium yang menggunakan l*r*ng angin.

,engujian ini sangat penting untuk mengetahui

terjadi tidaknya res*nansi yang secara analitis

hanya ditentukan dengan nilai pendekatan.

•  6nalisis dinamik beban angin yang bekerja pada

struktur sama dengan analisis dinamik struktur

forced :ibration

 6nalisis Gempa

• Sampai saat ini arah gempa yang berbahaya adalah gempa h*ri*ntal sejajar sumbu l*ngitudinal dan tegak lurus sumbu

l*ngitudinal jembatan. Gempa arah )ertikal biasanya lebih kecil dan dapat diabaikan kecuali pada kasuskasus struktur tertentu.

• ,ada saat terjadi gempa gerakan tanah dapat terjadi pada ketiga arah secara simultan.

• 0ekuatan jembatan cable stayed terhadap beban gempa terletak pada bentuk strukturnya. Bentuk struktur jembatan cable stayed yang digantung di atas sebuah titik dukungan memiliki e3ek getaran yang paling kecil dan dapat menyerap energi akibat perpindahan selama terjadi gempa.

•  6kibat perbedaan ge*l*gi dan ge*gra3is tanah# penyerapan

gel*mbang gempa tidak merata# yang menyebabkan perpindahan suatu titik dukungan dapat berbeda dengan perpindahan titik

dukungan lainnya.

• ,erbedaan gerakan pada dukungan dapat menyebabkan bahaya pada struktur khususnya jika aksi gempa searah sumbu l*ngitudinal dan;atau trans)ersal

• ,erencanaan tahan gempa pada jembatan cable stayed tidak berbeda dengan k*nsep perencanaan tahan gempa pada struktur pada

umumnya# yang bisa didekati dengan analisa statik eKui)alen dan dinamis secara lengkap. Secara umum kedua analisa tersebut diatas dapat dilakukan berdasarkan peraturan manual perencanaan jembatan dari Bina Marga.

•  6nalisa statik eKui)alen hanya dipakai pada struktur jembatan yang

tidak terlalu panjang dilakukan dengan mensubstitusi beban secara hati hati.

• Gambaran untuk mengganti beban statik eKui)alen pada e3ek dinamik maksimum atau memberikan pengaruh paling merugikan struktur

diambil bentuk.

? @ λG

• dimana λ merupakan sebuah k*e3isien bilangan yang ber)ariasi dari #/  #2.# sedang G beban tetap

• Gaya ? dianggap aksi secara h*ris*ntal didistribusikan pada struktur sesuai dengan hukum dinamik. ,endekatan analisa statik eKui)alen yang sederhana dapat dilihat pada Gambar &.2

 6564DSDS GCM,6 1D56MD0

•  6nalisis dinamik secara lengkap

memberikan gambaran yang lebih jelas

tentang pengaruh gempa pada struktur.

• ,erilaku struktur selama terjadi gempa

dapat diketahui dengan menyelesaikan

persamaan gerak.

•  6nalisis ini dapat memasukkan interaksi

antara pier# dek dan 3*ndasi.

• 0arena besarnya derajat kebebasan

struktur# analisa dinamik memerlukan

k*mputer sebagai alat bantu.