PERENCANAAN ULANG JEMBATAN RANGKA BAJA Jl. Ir. SUTAMI JURUG DENGAN PEMBEBANAN MENURUT RSNI T-02-2005
Tugas Akhir
untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Sipil
diajukan oleh : UMI LATHIEFAH NIM : D 100 120 119 NIRM :111111111111111
Kepada
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
iv PRAKATA
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillah, segala puji syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, taufik dan hidayah-Nya sehingga penyusunan Tugas Akhir dapat diselesaikan. Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi persyaratan untuk menyelesaikan program studi S-1 pada Fakultas Teknik Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta. Bersama ini penyusun mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan dukungan sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Kemudian dengan selesainya Tugas Akhir ini penyusun mengucapkan banyak terima kasih kepada :
1). Bapak Ir. Sri Sunaryono, MT.PhD., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2). Bapak Dr. Mochamad Solikhin, selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3). Bapak Ir. Abdul Rochman, M.T., selaku Dosen Pembimbing Utama yang telah memberikan pengarahan, bimbingan dan bantuannya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
4). Bapak M. Ujianto, ST.M.T., selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran, motifasi serta bimbingan kepada penulis dalam rangka menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5). Ibu Yenny Nurchasanah, ST.MT., selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan bimbingan serta saran kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
6). Bapak Ir.Agus Riyanto, MT., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
7). Seluruh Dosen Pengajar pada Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta dengan segala pengorbanannya membimbing penulis dalam menuntut ilmu agar menjadi manusia yang berguna di dunia dan akhirat.
v
8). Kedua orang tuaku dan segenap keluarga, yang dengan segala ketulusan kasih sayang, doa serta pengorbanan sehingga penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
9). Sahabat-sahabatku, yang selalu memberikan bantuan moral dan spiritual. 10). Seluruh teman-temanku di Jurusan Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah
Surakarta
Harapan penulis semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis khususnya dan para pembaca pada umumnya. Amiin.
Wassalamu'alaikum Wr.Wb.
Surakarta, September 2017
vi
Motto
“Maka nikmat Tuhan kamu yang manakah yang kamu dustakan.” (Qs Ar Rahman : 13) “Bila kau tak tahan lelahnya belajar, maka kau harus tahan lelahnya kebodohan.”
(Imam Syafi’i) “If I have seen further it is by standing on the shoulders of Giants.” (Isaac Newton) “Mayoritas tidak pernah dapat menggantikan sang manusia, seperti halnya seperti halnya seratus orang bodoh tidak akan dapat menggantikan satu orang bijaksana, dan satu putusan yang heroik tidak mungkin datang dari seratus orang pengecut.
Siapapun bisa menangani kemenangan, hanya yang kuat yang tahan kekalahan.”
(Adolf Hitler) “All our dream can came true, if we have the courage to pursue them.”
(Walt Disney) “When the world shove you around, you’ve just gotta stand up and shove back.”
(Roronoa Zoro - One Piece) “We don’t know how strong we are, until being strong is only
vii
PERSEMBAHAN
Teruntuk : Ayah dan Bunda
Masih tersimpan dalam memoriku setiap nasehatmu, sebagai moivasi dan inspirasi buat
saya. Setiap petuahmu akan kuingat selalu seiring detak jantungku. Atas do’a kalianlah
saya dapat menghadapi rintangan ini. Maafkan saya hanya bisa mengucapkan terima
kasih.
Teruntuk : Kedua adikku
Terimakasih untuk do’a dan semangat yang selalu kalian berikan hingga
terselesaikannya tugas akhir ini.
Teruntuk : Teman-teman sipil 2012
Untuk semua pihak dan teman-teman yang membantu dan selalu memberikan
dukungan, do’a, dan semangat hingga terselesainya tugas akhir ini.
Teruntuk : Muhammad Yogi Prasetyo (sweet heart)
Terima kasih atas semua do’a, dukungan, dan motivasimu. Kamulah yang selalu ada
diperjalananku, menjadi semangat bagiku hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini.
Terima kasih atas semua waktumu, engkau selalu menemaniku.
Special thanks to :
viii DAFTAR ISI
COVER ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
PERNYATAAN KEABSAHAN ... iii
PRAKATA ... iv
MOTTO ... vi
PERSEMBAHAN ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
DAFTAR NOTASI ... xv
ABSTRAKSI ... xviii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Lokasi Jembatan ... 3
C. Tujuan Tugas Akhir dan Manfaat Perencanaan ... 3
D. Batasan Masalah ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7
A. Umum ... 7
B. Perencanaan Pembebanan ... 7
1. Beban primer ... 7
2. Beban sekunder ... 9
3. Beban khusus ... 11
C. Komponen Struktur Rangka Baja ... 12
1. Komponen struktur tarik ... 12
2. Komponen struktur tekan ... 13
3. Komponen struktur lentur ... 13
ix
BAB III LANDASAN TEORI... 17
A. Perencanaan Pembebanan ... 17
1. Beban mati ... 17
2. Beban mati tambahan ... 18
3. Beban hidup (beban lalu lintas) ... 18
3a). Lajur lalu lintas rencana... 18
3b). Beban ‘D’ ... 19
3c). Beban truk ‘T’ ... 21
4. Gaya rem ... 22
5. Aksi lingkungan ... 22
5a). Pengaruh temperatur ... 22
5b). Beban angin ... 23
5c). Pengaruh gempa ... 25
6. Aksi-aksi lain ... 25
6a). Gesekan pada perletakan ... 25
6b). Pengaruh getaran ... 25
B. Perencanaan Struktur Atas ... 27
1. Perencanaan plat lantai kendaraan ... 27
1a). Tebal minimum plat lantai ... 27
1b). Tulangan minimum ... 27
1c). Langkah perencanaan tulangan plat lantai ... 27
2. Perencanaan struktur komposit ... 29
2a). Lebar efektif ... 29
2b). Tegangan lentur komposit ... 30
2c). Perencanaan shear connector ... 31
3. Perencanaan struktur baja ... 32
3a). Batang tarik ... 33
3b). Batang tekan ... 34
3c). Batang lentur (balok) ... 35
x
C. Perencanaan Struktur Bawah ... 40
1. Perhitungan tulangan dengan diagram desain ... 40
1a). Diagram interaksi kolom tanpa satuan ... 40
1b). Hitung nilai Qd ... 40
1c). Hitung nilai R ... 40
1d). Titik T ... 41
1e). Perhitungan ... 41
1f). Luas tulangan total perlu ... 41
1g). Jumlah tulangan kolom ... 41
2. Perhitungan tulangan dengan cara analisis ... 42
3. Perhitungan tulangan geser ... 42
D. Perencanaan Pondasi ... 44
1. Daya dukung tiang bor individu ... 44
1a). Kekuatan bahan tiang ... 44
1b). Terhadap kekuatan bahan tanah ... 44
2. Perhitungan jumlah tiang dan daya dukung kelompok tiang ... 45
2a). Perhitungan jumlah tiang ... 45
2b). Perhitungan daya dukun kelompok tiang ... 45
3. Perhitungan pilecap ... 46
3a). Kontrol tegangan geser satu arah ... 47
3b). Kontrol tegangan geser pons ... 47
3c). Penulangan pilecap ... 48
BAB IV METODE PERENCANAAN ... 49
A. Data Perencanaan ... 49
B. Alat Perhitungan ... 50
C. Tahapan Perencanaan ... 51
BAB V PERHITUNGAN STRUKTUR ATAS ... 53
A. Perhitungan Pipa Sandaran ... 54
B. Perhitungan Trotoar ... 55
C. Perhitungan Plat Lantai Kendaraan ... 56
xi
E. Perhitungan Balok Utama ... 104
F. Perhitungan Ikatan Angin... 155
G. Perhitungan Rangka Jembatan ... 181
BAB VI PERENCANAAN STRUKTUR BAWAH ... 208
A. Perencanaan Abutmen ... 208
B. Perencanaan Pilar ... 259
BAB VII KESIMPULAN ... 313
DAFTAR PUSTAKA ... 315 LAMPIRAN
xii
DAFTAR TABEL
Tabel II.1 Penentuan besar ‘q’ menurut bentang jembatan ... 8
Tabel II.2 Besar koeisien gesek pada tumpuan ... 10
Tabel II.3 Koefisien aliran air pada pilar jembatan ... 11
Tabel III.1 Berat isi untuk beban mati ... 17
Tabel III.2 Jumlah lajur lalu lintas rencana ... 19
Tabel III.3 Temperatur jembatan rata-rata nominal ... 23
Tabel III.4 Kecepatan angin rencana ... 23
Tabel V.1 Perhitungan baut terpasang ikatan angin atas jembatan bentang 46 m ... 161
Tabel V.2 Perhitungan plat buhul ikatan angin atas jembatan bentang 46 ... 165
Tabel V.3 Perhitungan baut terpasang ikatan angin bawah jembatan bentang 46 m ... 170
Tabel V.4 Perhitungan plat buhul ikatan angin bawah jembatan bentang 46 m . ... 172
Tabel V.5 Perhitungan baut terpasang ikatan angin bawah jembatan bentang 41 m ... 178
Tabel V.6 Perhitungan plat buhul ikatan angin bawah jembatan bentang 41 m ... 180
Tabel V.7 Hasil perhitungan SAP200 & kombinasi jembatan bentang 46 m ... ... 185
Tabel V.8 Hitungan kecukupan profil rangka jembatan panjang 46 m ... 190
Tabel V.9 Perhitungan baut terpasang rangka jembatan bentang 46 m ... 192
Tabel V.10 Perhitungan plat buhul rangka jembatan bentang 46 m ... 195
Tabel V.11 Hasil perhitungan SAP200 & kombinasi jembatan bentang 41 m ... ... 196
Tabel V.12 Hitungan kecukupan profil rangka jembatan panjang 41 m ... 204
Tabel V.13 Perhitungan baut terpasang rangka jembatan bentang 41 m ... 205
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar I.1 Lokasi jembatan Jurug ... 3
Gambar II.1 Beban D pada perencanaan gelagar jembatan ... 8
Gambar II.2 Keruntuhan geser balok ... 12
Gambar III.1 Beban lajur ‘D’ ... 20
Gambar III.2 Penyebaran beban ‘D’ arah melintang jembatan ... 20
Gambar III.3 Pembebanan truk ... 21
Gambar III.4 Gaya rem dari beban lajur ‘D’ ... 22
Gambar III.5 Bidang jembatan yang diterpa angin ... 24
Gambar III.6 Beban akibat angin yang dipikul lantai jembatan ... 24
Gambar III.7 Beban akibat angin yang dipikul gelagar jembatan ... 24
Gambar III.8 Koefisien geser dasar (C) ... 26
Gambar III.9 Skema hitungan tulangan plat ... 28
Gambar III.10 Tegangan pada penampang komposit ... 30
Gambar III.11 Gaya geser antara plat lantai beton dengan gelagar ... 31
Gambar III.12 Jarak antar baut ... 39
Gambar III.13 Diagram desain kolom ... 40
Gambar III.14 Skema perhitungan tulangan longitudinal dengan cara analisis .... ... 42
Gambar III.15 Skema hitungan tulangan geser ... 43
Gambar III.16 Distribusi gaya pilecap ... 46
Gambar IV.1 Bagan alir pelaksanaan pekerjaan ... 51
Gambar V.1 Posisi pipa sandaran ... 54
xiv
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran I.1 Lembar konsultasi
Lampiran I.2 Diagram desain kolom tanpa satuan Lampiran II.1 Gambar rencana
xv
DAFTAR NOTASI
a = tinggi blok tegangan beton tekan persegi ekuivalen, mm Ab = luas ekuivalen bagian samping jembatan, m2
Abeton = luas penampang tiang bor, cm2 Abr = luas bruto penampang, mm2 Abrt = luas bruto akibat tarik, mm2 Abrv = luas bruto akibat geser, mm2 Ae = luas penampang efektif, mm2 Ag = luas penampang kotor, mm2 Ah = tekanan aliran air, ton/m2 An = luas netto penampang, mm2 Ant = luas netto akibat tarik, mm2 Anv = luas netto akibat geser, mm2 As = luas tulangan terpasang, mm2
As,u = luas tulanga tarik yang diperlukan, mm2 b = lebar penampang plat, mm
B = lebar pilecap, cm
bo = jarak antara gelagar memanjang
C = koefisien geser dasar untu wilayah gempa, waktu getar, dan kondisi tanah Cb = koefisien pengali momen tekuk torsi lateral
CW = koefisien seret untuk gaya angin
d = jarak antara tepi bawah plat terhadap tulangan atas, mm db = diameter baut bagian tidak berulir, mm
E = modulus elastisitas, MPa Ec = modulus elastisitas beton, MPa
Es = modulus elastisitas baja = 200000 MPa f’c = kuat tekan beton, MPa
fu = tegangan tarik putus, Mpa fu,b = kuat tarik putus baut, MPa fy = tegangan leleh baja, MPa g = percepatan grafitasi, 9.8 m/s2
xvi h = tinggi / tebal plat lantai, mm
I = faktor kepentingan untuk beban gempa K = faktor momen pikul pada perencanaan plat, MPa K = faktor panjang tekuk pada perencanaan baja K = koefisien aliran yang tergantung pada bentuk pilar K = koefisien kejut pada beban kejut
Kh = koefisien beban gempa horisontal Kmaks = faktor momen pikul maksimum, MPa
Kp = kekuatan struktur yang merupakan gaya horisontal yg diperlukan untuk menimbulkan satu satuan lendutan
L = panjang komponen struktur, m
Lb = panjang antara dua sokongan samping yang berdekatan, m Lp = batas bagian plat sayap tekan tanpa pengekang lateral, m m = jumlah bidang geser
Mn = momen nominal, kNm
Mp = momen plastis penampang, Nmm Mp = momen plastis penampang, Nmm
Mr = momen akibat tegangan sisa penampang, Nmm Mr = momen akibat tegangan sisa penampang, Nmm Mu = momen perlu yang harus ditahan plat (Nmm) n = jumlah lubang baut pada perencanaan baut n = rasio modulus
P = beban garis terpusat, t/m q = beban terbagi rata, t/m2 r = jari-jari grasi, m
r1 = koefisien bidang geser baut Rn = kuat nominal baut, N
S = bentang plat diukur dari pusat ke pusat tumpuan pada perencanaan sambungan, mm
S = faktor tipe struktur yang berhubungan dengan kapasitas penyerapan energi gempa (daktalitas) dari struktur jembatan
xvii s = jarak antar tulangan, mm
S1 = jarak as baut tepi ke ujung plat, mm t = tebal plat, mm
TEQ = gaya geser dasar total pada arah yang ditinjau, kN Ptiang = kekuatan yang diijinkan pada tiang bor, kg Tn = tahanan nominal, N
tp = tebal plat, mm
U = koefisien reduksi kondisi fraktur dari luas penampang efektif sambungan Va = kecepatan aliran air, m/dt
VW = kecepatan angin rencana, m/s
Wt = berat total jembatan yaitu berat sendiri dan beban mati tambahan, kN Z = modulus plastis penampang, mm3
= faktor reduksi tulangan geser = kelangsingan struktur
= faktor reduksi
1 = faktor pembentuk tegangan beton tekan persegi ekuivalen σbeton = tegangan tekan ijin bahan tiang, kg/m2
xviii
PERENCANAAN ULANG JEMBATAN RANGKA BAJA Jl. Ir. SUTAMI JURUG DENGAN PEMBEBANAN MENURUT RSNI T-02-2005
ABSTRAKSI
Tugas Akhir ini merencanakan ulang jembatan panjang 176 meter yang tersusun dari 4 rangka baja tipe warren, terbagi menjadi 2 jenis rangka dengan panjang tiap rangka yaitu 46 meter dan 41 meter. Perencanaan jembatan terletak pada perbatasan kota Surakarta dan Kabupaten Karanganyar dengan sungai Bengawan Solo sebagai rintangan di bawah jembatan. Masih merupakan daerah rawan gempa dengan faktor gempa dalam wilayah gempa tiga.
Perencanaan pembebanan untuk jembatan menggunakan Pembebanan Untuk Jembatan RSNI T-02-2005 dan Perencanaan Struktur Beton Untuk Jembatan untuk perenanaan plat lantai kendaraan, pilar (pier) dan abutmen. Analisa untuk menghitung momen-momen, gaya aksial, dan gaya geser yang terjadi pada masing-masing batang rangka dan pilar yang ditinjau menggunakan antuan program SAP 2000 dengan tujuan untuk mempercepat perhitungan namun tetap mendapatkan hasil yang akurat. Untuk penggambaran menggunakan program AutoCAD ,dan perhitunan lainnya menggunakan excel.
Perhitungan rangka baja dan ikatan angin menggunakan metode LRFD berdasar SNI 03-1729-2002 Perencanaan Struktur Baja Dengan Metode LRFD. Dengan kekuatan profil baja fy =250 MPa ; fu = 410 MPa. Kekuatan beton bertulang f’c = 24.9 MPa. Baut menggunakan baut mutu tinggi dengan fu,b = 830 MPa.
Hasil yang diperoleh pada perencanaan jembatan adalah sebagai berikut : 1). Tebal plat lantai kendaraan 20 cm dengan tulangan pokok D15-150 dan
tulangan bagi D15-400. Tebal plat trotoar 10 cm dengan tulangan pokok D10-100 dan tulangan bagi D10-200.
2). Balok utama / gelagar melintang menggunakan baja profil IWF dengan dimensi WF.700.300.13.24. Balok anak / gelagar memanjang menggunakan profil WF.300.150.6,5.9.
3). Menggunakan penghubung geser (shear connector) tipe stud dengan diameter 22 mm dan panjang 150 mm.
4). Rangka baja menggunakan profil WF.390.300.10.16 dengan ketebalan yang terlampir pada hitungan.
5). Terdapat 3 pilar dan 2 abutmen yang berupa beton bertulang.
6). Pondasi menggunakan pondasi tiang bor (bore pile) berdiameter 80 cm dengan panjang 20 meter untuk abutmen dan 15 meter untuk pilar.
xix ABSTRACT
This final project is to redesign the 176 meter long bridge composed of 4 warren steel frame, divided into 2 types of frames with each frame length of 46 meters and 41 meters. The planning of the bridge lies on the border of Surakarta and Karanganyar with the Bengawan Solo’s River as an obstacle under the bridge. Still an earthquake prone area with earthquake factors in the quake region of three. Planning loading for bridges using the loading for bridges RSNI T-02-2005 and Planning of Concrete Structures For Bridges for the planning of floor plate of vehicles, piers and abutments. An analysis to calculate the moments, axial forces, and shear forces occurring in each truss and column of piers reviewed using the SAP 2000 program in order to speed up the calculation while still obtaining accurate results. For drawing using AutoCAD program, and other uses using excel. Calculation of steel frame and wind bond using LRFD method based on SNI 03-1729-2002 Planning of Steel Structure With LRFD Method. With steel profile strength fy = 250 MPa; fu = 410 MPa. Reinforced concrete strength f'c = 24.9 MPa. Bolt using high quality bolts with fu, b = 830 MPa.
The results obtained on bridge planning are as follows:
1). The thickness of the floor plate of the vehicle is 20 cm with the base reinforcement D15-150 and the reinforcement for D15-400. Thickness of 10 cm pavement plate with D10-100 base reinforcement and reinforcement for D10-200.
2). Main beam / transverse girder using IWF profile steel with dimensions WF.700.300.13.24. The child's beam / girder extends using the profile WF.300.150.6,5.9.
3). Using a stud shear connector with a diameter of 22 mm and a length of 150 mm.
4). The steel frame uses the profile WF.390.300.10.16 with the thickness attached on the count.
5). There are 3 piers and 2 abutments in the form of reinforced concrete. 6). The foundation uses a bore pile of 80 cm diameter with a length of 20 meters
for abutments and 15 meters for piers. Keywords: abutment, truss bridge, LRFD, piers.
