Materi Diktat Jembatan Komposit

(1)

SUB POKOK BAHASAN :

5.1. Jenis-jeins Jembatan

5.2. Bagian-bagian Struktur Jembatan

1. Tujuan Pembelajaran Umum :

Mamapu mengenal jenis-jenis Jembatan Balok Komposit dan mengidentifikasi bagian-bagian struktur dari masing-masing Jenis Jembatan baja

2. Tujuan Pembelajaran Khusus :

a. Menjelaskan jenis-jenis struktur Jembatan Balok Komposit

b. Menjelaskan Bentuk Struktur dari masing-masing Jembatan Balok Komposit c. Mengindentifikasi Bagian-bagian Struktur Jembatan

d. Mengidentifikasi perbedaan Bagian Struktur Atas dan Bawah

I L U S T R A S I

Struktur Baja Jembatan

u

Juruan Teknik Sipil Moeljono POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

PENGENALAN JENIS & BAGIAN

STRUKTUR JEMBATAN

BAB

1 1.1. Jenis-jenis Jembatan

(2)

Tampak potongan melintang bentang ) Gambar. 1.1.a. (Jembatan Gelagar) Kayu

Jembatan merupakan suatu bangunan yang dipergunakan untuk melintasi lalulintas dari rintangan yang berupa; sungai ataupun saluran air, lembah, jurang, danau dan jalan raya ataupun jalan KA, harus direncanakan dengan menggunakan jenis struktur dan bahan konstruksi yang tepat sehingga dicapai optimalisasi perencanaan sesuai dengan fungsinya.

Jenis jembatan bermacam-macam dilihat dari bentuk dan fungsi pemakaiannya, namun secara garis besar jenis jembatan dapat dibedakan atas :

1.1.1. Klasifikasi Jembatan menurut Material Material yang digunakan

Klasifikasi jembatan menurut material yang digunakan dibedakan atas bahan yang dominan dipergunakan, terutama bahan sebagai struktur utama Banguan Atas (Gelagar Induk), yaitu :

a) Jembatan Kayu

Jenis jembatan ini bangunan atasnya terbuat dari bahan balok kayu sebagai gelagar jembatan dan papan sebagai struktur lantai kendaraan. Bahan kayu yang digunakan diambil dari kayu jenis kelas awet (A) dan kelas kekuatan (I) yang biasanya dari jenis kayu Jati, kayu Bengkirai, kayu Ulin, dan kayu-kayu jenis lain yang tahan terhadap air dan cuaca.

Bentuk struktur dari jembatan kayu biasanya berupa ; Jembatan Rangka Batang

Kayu dan Jembatan Gelagar biasa yang biasanya digunakan pada jembatan

bentang pendek. Alat sambung yang digunakan untuk sambungan antara elemen jembatan digunakan Baut Biasa dengan pelat simpul dari pelat baja .

b). Jembatan Pasangan Batu

Jembatan jenis ini seluruh struktur baik struktur bawah (Sub structrure) dan struktur atas (Super structure) dibuat dari pasangan batu kali atau bata merah Struktur Baja Jembatan

u

(3)

)))BBBBatu)

Gambar. 1.1.b. (Jembatan Pasangan Batu)_{yang merupakan jenis jembatan dengan struktur sistim grafitasi yang} kekuatannya mengandalkan dari berat struktur. Bentuk dari jembatan ini sebagian besar berbentuk struktur lengkung dibagian bentang yang harus menahan beban utama seperti pada gambar berikut

c). Jembatan Baja

Jembatan dengan material baja merupakan jembatan yang banyak digunakan disamping jembatan dengan material beton. Jembatan jenis ini bermacam-macam tipe dan bentuknya, seperti Jembatan Gelagar Biasa, Jembatan Gelagar Box, Jembatan Gelagar Plat Girder, Jembatan Rangka Batang, Jembatan Gantung yang sangat tergantung dari bentang jembatan, yang akan dijelaskan pada pasal berikut.

d). Jembatan Beton

Jembatan dengan material beton banyak digunakan dan perkembangan teknologi jembatan beton sangat pesat baik teknologi strukturnya maupun cara pelaksanaannya. Jembatan dengan material beton sering dilaksanakan dengan cara cor ditempat atau dengan beton pracetak. Tipe jembatan beton ini antara lain : Jembatan Monolit, jembatan Prategang, Jembatan Komposit, yang akan dijelaskan pada pasal berikut.

1.1.2. Klasifikasi Jembatan menurut kegunaan :

a) Jembatan Jalan Raya :

u

(4)

Jembatan yang digunakan untuk menghubungkan jalan raya yang melintasi rintangan seperti sungai, jalan lain dan sebagainya, untuk dilewati lalu-lintas kendaraan darat.

Gambar. 1.1.c. (Jembatan Jalan Raya)

b) Jembatan Kereta Api :

Jembatan yang digunakan untuk menghubungkan jalan Rel yang melintasi rintangan seperti sungai, jalan lain dan sebagainya, untuk dilewati Kereta Api.

Gambar.1.1.d (Jembatan Kerata Api)

c) Jembatan Penyeberangan Orang (JPO) :

Jembatan yang digunakan untuk penyeberangan orang / pelajan kaki yang melintasi rintangan jalan (seperti jalan raya, jalan KA dsb).

u

(5)

Gambar.

1.1.e. (Jembatan

Penyebrangan Orang )

d) Jembatan Lain-lain :

Jembatan yang digunakan untuk menghubungkan Saluran Air, Pipa gas, Pipa minyak, Kabel Aliran Listrik dan sebagainya yang melintasi rintangan. Dan biasanya jembatan ini didekatkan dengan jembatan lintasan lalu-lintas agar mudah merawatanya dan inspeksi dari sarana yang dilintaskan.

1.1.3. Klasifikasi Jembatan menurut Bentuk Struktur :

Didasarkan pada bentuk atau tipe stuktur jembatan, jembatan dibedakan dari bentuk struktur Gelagar induknya yaitu Gelagar yang menopang seluruh elemen struktur jembatan dan mentransfer seluruh beban struktur yang langsung berhubungan dengan bangunan bawah. Adapun bentuk struktur jembatan terdiri atas :

a) Jembatan Balok Gelagar Biasa

Jembatan ini digunakan pada jembatan dengan bentang pendek sampai sedang dan beban hidup yang lewat relatif kecil (Jembatan Penyeberangan Orang dan sebagainya). Gelagar Induk jembatan ini merupakan struktur balok biasa yang menumpu pada kedua Abutment dengan susunan struktur ; Gelagar Induk-Pelat Lantai Kendaraan, dengan dilengkapi Tiang Sandaran (non struktur), seperti pada jembatan gelagar biasa dengan material kayu atau baja seperti pada gambar berikut.

Gambar. 1.1.f (Jembatan Balok Biasa)

b) Jembatan Balok Pelat Girder.

u

(6)

Jenis jembatan ini sering digunakan pada jembatan jalan KA dengan bentang sedang. Struktur Gelagar Induk jembatan merupakan Balok profil buatan dari pelat baja dengan tebal tertentu disusun sedemikian rupa sehinggga merupakan Balok yang profosional dan efektif untuk menahan beban yang bekerja yang menopang gelagar meintang dan memanjang yang dengan bentuk struktur seperti gambar berikut.

Gambar. 1.1.g. (Jembatan Gelagar Pelat Girder)

c) Jembatan Balok Monolit Beton Bertulang

Merupakan Jembatan Beton bertulang yang antara Gelagar Induk dan Pelat lantai Kendaraan dicor bersamaan dan menyatu sebagai Balok ”T”. Seluruh struktur yang terdiri dari Balok dan pelat lantai, yang juga sering diantara balok dipasang balok diafragma menopang diatas Abutment, seperti gambar berikut.

Gambar. 1.1.h. (Jembatan Balok Beton Monolit))

d) Jembatan Gelagar Komposit

u

(7)

Jembatan ini Gelagar Induknya merupakan paduan dari dua jenis material yaitu Balok profil baja dengan pelat lantai beton bertulang yang dihubungkan dengan penghubung geser (Shear Connector), Jenis jembatan ini sering digunakan ada jembatan dengan bentang relatif panjang, yang efektif adalah dari bentang 15 meter sampai dengan 30 meter dan biasanya digunakan pada struktur dengan balok diatas dua bentang (Simple Beam).

Bentuk dan susunan dari Jembatan komposit seperti gambar berikut.

Gambar 1.1.i. (Jembatan Komposit Baja-Beton)

e) Jembatan Rangka Batang

Struktur jembatan baja rangka batang mempunyai tipe rangka yang banyak jenisnya. Struktur jembatan rangka batang dengan material profil-profil baja digunakan pada jembatan dengan bentang yang relatif panjang. Susunan dari struktur jembatan rangka batang ini terdiri dari; Struktur rangka batang dipasang di bagian kiri-kanan yang merupakan Gelagar Induk, yang menopang Gelagar Melintang dan gelagar memanjang yang bekerja menahan beban kerja dari lantai kendaraan, seperti pada gambar berikut.

u

(8)

Gambar. 1.1.j. (Jembatan Gelagar Rangka Batang)

f) Jembatan Gantung

Jembatan Gantung merupakan struktur jembatan yang terdiri dari struktur penopang yang berupa Tiang (pilar atau Menara), struktur Jembatan berupa Gelagar Induk dan gelagar melintang, Lantai Kendaraan, Penjangkar Kabel dan Kabel Penggantung yang membentang sepanjang bentang sejajar dengan arah memanjang jembatan, dimana kabel sebagai struktur utama yang mentransfer seluruh beban ke bagian bawah jembatan yang berupa Abutmen, penjangkar kabel dan tiang Penopang. Seluruh kabel diikat dan ditopangkan pada penjangkar kabel dan tiang penopang utama, kabel sebagai penopang seluruh bangunan atas, seperti pada gambar berikut :

u

(9)

Gambar. 1.1.k. (Jembatan Gantung )

g) Jembatan Balok Beton Prategang (Pre Strees)

Gelagar Induk dari jembatan ini merupakan balok beton bertulang yang diberi pra tegangan dari kabel yang dipasang sedemikian rupa sehingga seluruh beban hidup jembatan dapat di lawan dengan prategangan yang didapat dari penarikan kabel dalam tendon yang diletakkan di dalam tubuh balok tersebut. Jembatan ini sering digunakan pada jembatan dengan bentang yang relatif panjang, seperti yang terlihat pada gambar Jembatan Layang Mono rell

u

Juruan Teknik Sipil Moeljono POLITEKNIK NEGERI BANDUNG Gambar. 1.1.l (Jembatan Prategang)

(10)

h) Jembatan Tipe Lain

Jembatan tipe dengan jenis struktur yang lain seperti Jembatan Pelengkung tiga sendi Jembatan Kombinasi dari Struktur yang ada, merupakan jembatan dengan struktur utama adalah merupakan jenis struktutr seperti yang dijelaskan pada pasal-pasal diatas.

1.1.4. Klasifikasi Jembatan menurut Kelas Muatan :

Didasarkan pada prosentase muatan hidup yang dapat melewati jembatan dibandingkan dengan kendaraan standar, yaitu terdiri atas :

 Jembatan Kelas Standar (A/I) : Merupakan jembatan kelas standar dengan

perencanaan 100 % muatan “T” dan 100 % muatan “D”. Dalam hal ini lebar jembatan adalah (1,00 + 7,00 + 1,00) meter

 Jembatan Kelas Sub Standar (B/II) : Merupakan jembatan kelas standar

dengan perencanaan 70 % muatan “T” dan 70 % muatan “D”. Dalam hal ini lebar jembatan adalah ( 0,50 + 6,00 + 0,50 ) meter

 Jembatan Kelas Low Standar (C/III) : Merupakan jembatan kelas standar

dengan perencanaan 50 % muatan “T” dan 50 % muatan “D”. Dalam hal ini lebar jembatan adalah (0,50 + 3,50 + 0,50) meter

u

(11)

:

Struktur jembatan terbagi atas Konstruksi Bangunan atas (Superstructure) dan Konstruksi Bangunan Bawah (Substructure), yang terdiri atas bagian-bagian struktur sebagai berikut.

1.2.1

.

Struktur Bangunan Atas (Superstructure) :

Merupakan struktur yang langsung menerima semua beban termasuk beban hidup lalu-lintas dan berat sendiri struktur, bentuk struktur bangunan atas ini menggambarkan tipe atau jenis strukutur jembatan. Bangunan atas terdiri dari bagian-bagian :

a) Pelat Lantai Kendaraan

Merupakan bagian konstruksi jembatan yang langsung menerima beban lalu-lintas yang berjalan di atasnya, yang di dalam perencanaan diperhitungkan terhadap beban hidup/muatan “T” dari tekanan gandar roda kendaraan dan berat konstruksi yang dipikulnya (termasuk berat sendiri lantai). Lantai kendaraan biasanya digunakan balok papan kayu atau yang sering digunakan adalah lantai beton bertulang. Lantai kendaraan diletakkan langsung di atas Gelagar Induk atau gelagar memanjang pada jembatan Rangka Batang.

b) Trotoar

Merupakan bagian layanan jembatan yang digunakan untuk sarana pejalan kaki, yang berada dibagian pinggir kiri-kanan lantai kendaraan. Ketinggian permukaan lantai trotoar dibuat lebih tinggi dari pada ketinggian permukaan lapisan aus lantai kendaraan.

u

(12)

c) Tiang Sandaran :

Tiang sandaran yang dilengkapi dengan pipa sandaran merupakan bagian struktur jembatan yang dipasang dibagian tepi luar lantai trotoar sepanjang bentang jembatan berfungsi sebagai pengaman untuk pejalan kaki yang lewat diatas trotoar, juga merupakan konstruksi pelindung bila terjadi kecelakaan lalu-lintas.

d) Gelagar Memanjang (Balok Lantai)

Merupakan bagian konstruksi jembatan yang berfungsi memikul lantai kendaraan yang kemudian meneruskan beban-beban tersebut kebagian konstruksi di bawahnya.

e) Gelagar Melintang

Adalah bagian konstruksi yang berada di bawah gelagar memanjang untuk memikul gelagar memanjang yang akan diteruskan ke gelagar induk. Gelagar ini akan menahan momen lentur dan momen punteir bila terjadi gaya-gaya arah melintang jembatan seperti angin dan gempa.

f) Gelagar Induk

Merupakan bagian utama konstruksi bangunan atas, yang berfungsi meneruskan seluruh beban yang diterima bangunan atas dan diteruskan ke bangunan bawah. Gelagar induk biasanya biasanya berupa Rangka Batang atau Balok Girder dan Balok Komposit.

g. Tumpuan Jembatan

u

Juruan Teknik Sipil Moeljono POLITEKNIK NEGERI BANDUNG Gambar. 1.2.a. Konstruksi Trotoar dan Tiang Sandaran

(13)

Lantai Kendaraan

Gambar. 1.2.b. Drainase Lantai Kendaraan Lantai Trotoir

Sebagai bagian struktur yang diletakkan diatas Abutmen dan Pilar sebagai landasan Gelagar Induk menumpu di bagian struktur bawah. Bahan yang sering digunakan sebagai Tumpan ini adalah Besi Cor (Berupa Roll dan Engsel), dan Lempengan Super Rubber Elasitic yang dilapisi pelat baja.

h. Drainase

Drainase pada Jembatan berfungsi untuk mengalirkan air yang ada di lantai kendaraan ke saluran pembuang sehingga tidak menggenangi lantai kendaraan jembatan, yang sangat mengganggu jalannya lalu-lintas yang melewatinya. Letak dan susunan dari drainase ini ditunjukkan pada gambar berikut:

Secara keseluruhan susunan dari struktur bangunan atas dari konstruksi jembatan dicontohkan Jembatan Balok Komposit seperti berikut:

Gambar .2.1.c. (Bagian–bagian Struktur Bangunan Atas dari Jembatan Jangka Batang)

u

(14)

Gambar. 2.1.d. (Pelaksanaan Bangunan Atas Jembatan Rangka Bantang Dengan Balok Strenger Komposit)

1.2.2. Struktur Bangunan Bawah (Sub Structure)

Merupakan struktur yang berhubungan langsung dengan tanah pendukung atau pondasi jembatan, yang berfungsi meneruskan beban dari seluruh bangunan atas lewat tumpuan jembatan yang diteruskan ke tanah pendukung /pondasi. Bangunan bawah ini terdis atas :

a) Abutment

Bagian yang memikul kedua pangkal jembatan yang terletak di ujung bentang jembatan (di tepi-tepi lebar lintasan) yang berfungsi untuk meneruskan seluruh beban bangunan atas ke pondasi/tanah pendukung, bagian ini dibangun dari bahan beton bertulang atau pasangan batu kali yang dilengkapi dengan sayap Abutment.

Gambar. 2.1.e. (Abutment)

b. Pilar

u

(15)

Merupakan bagian lain dari bangunan bawah yang terletak di bentang jembatan diantara pangkal jembatan, berfungsi seperti Abutment yang membagi beban dan memperpendek bentang jembatan. Biasanya dibangun dari Beton bertulang atau tiang panjang (beton atau Pipa baja) dan di atasnya terdapat kepala pilar.

Gambar. 2.1.f (Pilar Jembatan Rangka Batang)

Gambar Pelaksanaan Pilar Beton

c) Pondasi

u

(16)

Pondasi berfungsi menyalurkan dan meratakan beban dari abutment ke tanah pendukung. Penggunaan jenis pondasi tergantung dari kondisi tanah pendukung.

u

(17)

A. Jenis Jembatan diklasifikasikan menurut : 1. Material yang digunakan :

a Jembatan Kayu

b Jembatan Pasangan Batu/Bata c Jembatan Beton

d Jembatan Baja

e Jembatan Komposit Baja dan Beton

2. Kegunaan Lalu-lintas yang dilewatkan :

a Jembatan Kereta Api

b Jembatan Lalu-lintas Jalan Raya c Jembatan Penyeberangan Orang (JPO)

d Jembatan Pelintasan Instalasi (Pipa, Saluran Air, Kabel dll)

3. Bentuk Struktur :

a . Jembatan dengan Balok Biasa

u

Juruan Teknik Sipil Moeljono POLITEKNIK NEGERI BANDUNG Gambar. 2.1.g. Struktur Bangunan Bawah (Pilar dan Pondasi Jembatan)

(18)

Terdiri dari : Gelagar Induk (Balok Kayu, beton , Baja ) Pelat Lantai Kendaraan (Pelat Beton, Papan ) Tiang Sandaran (Non Struktur)

b . Jembatan Beton Monolit

Bagian Gelagar Induk dari Balok beton bertulang menyatu dengan Pelat lantai kendaraan dan Tiang sandaran.

c . Jembatan Komposit

u

(19)

Gelagar Induk dari Profil Baja dengan diberi Penghubung Geser (Shear

Connector) Pelat lantai dicor diatasnya, sehingga kekuatan balok dapat dihitung sebagai Balok ”T” komposit baja beton.

d . Jembatan Prategang

Terdiri dari :

Gelagar Induk Balok Beton Bertulang dengan Kabel Prategang Kabel Prategang (Kabel Inti dan Tendon)

Blok Pengunci Kabel (End Block)

Pelat Lantai Kendaraan (biasanya pracetak )

e . Jembatan Balok Pelat Girder (Jalan Kerata Api)

u

Pelat Lantai Kendaraan

Gelagar Induk Balok Beton

Setengah Bentang

Kabel Prategang

Balok Profil Girder (Bisa berbentuk BOX Lantai Kendaraan (Jalan KA) Gelagar Melintang

(20)

Pada Jembatan Jalan Raya . Balok Girder bisa berupa Box Girder (Contoh di Jembatan Layang Tomang Jakarta)

f . Jembatan Rangka Batang

Gelagar Induk merupakan struktur rangka batang yang menahan semua beban kerja melalui Gelagar Melintang (Cross Girder) dan memanjang .

u

(21)

Jembatan Gantung

4. Kelas Muatan

 Jembatan Kelas Standar (A/I) : Merupakan jembatan kelas standar dengan

perencanaan 100 % muatan “T” dan 100 % muatan “D”. Dalam hal ini lebar jembatan adalah (1,00 + 7,00 + 1,00) meter

 Jembatan Kelas Sub Standar (B/II) : Merupakan jembatan kelas standar

dengan perencanaan 70 % muatan “T” dan 70 % muatan “D”. Dalam hal ini lebar jembatan adalah ( 0,50 + 6,00 + 0,50 ) meter

 Jembatan Kelas Low Standar (C/III) : Merupakan jembatan kelas standar

dengan perencanaan 50 % muatan “T” dan 50 % muatan “D”. Dalam hal ini lebar jembatan adalah (0,50 + 3,50 + 0,50) meter

B. Bagian Struktur Jembatan Terdiri dari

1. Struktur Jembatan dibagi menjadi dua (2) bagian :

a Struktur Bagian Atas (Super Structure) b Struktur Bagian Bawah (Sub Structure)

2. Struktur Bagian Atas terdiri :

a Pelat Lantai Kendaraan b Lantai Trotoar c Tiang Sandaran d Gelagar Memanjang e Gelagar Melintang f Gelagar Induk g Tumpuan Jembatan

u

Juruan Teknik Sipil Moeljono POLITEKNIK NEGERI BANDUNG Pilar Utama

Kabel Utama Tali Penggantung

Struktur Atas Jembatan

(22)

h Drainase

3. Struktur Bagian Bawah terdiri dari :

a Abutment b Pilar Jembatan c Pondasi

1.4. Test Formatif

1.4.1. Pre Test

Pertanyaan :

1. Apa yang saudara ketahaui tentang jembatan?

2. Gambarkan Bentuk Jembatan Balok Komposit yang pernah saudara lihat! 3. Sebutkan beberapa bentuk jembatan Balok Komposit yang saudara ketahui? 4. Sebutkan Bagian struktur Jembatan?

Jawaban :

1. ... 2. ... 3. ... 4. ...

1.4.2. Latihan Soal

(Bentuk Tanya jawab langsung saat perkuliahan)

1.4.3. Post Test

1. Ada berapa klasifikasikan Jembatan yang anda ketahui ?

u

(23)

2. Apa maksud dari Klasifikasi Jembatan menurut Kelas muatan ? Jelaskan ada berapa Kelas muatan ?

3. Ditinjau dari bentuk struktur jembatan, ada berapa bentuk struktur ? 4. Jelaskan fungsi masing-masing bagian struktur jembatan ?

5. Gambarkan sket dari struktur jembatan Balok Komposit, jelaskan elemen-elemen strukturnya ?

6. Ada berapa bagian struktur Jembatan ?

7. Sebutkan Bagian-bagian yang termasuk Struktur Atas jembatan ? 8. Sebutkan Bagian-bagian yang termasuk Struktur Bawah jembatan ?

10. Gambarkan Susunan elemen struktur dengan benar dari Struktur Atas jembatan !

11. Apa Fungsi dari Drainase yang ada di bagian Struktur Atas Jembatan ? 12. Apa fungsi dari Abutment Jembatan ?

u

(24)

SUB POKOK BAHASAN :

2.1. Pemahaman Struktur Komposit

2.2. Balok Komposit Baja-Beton

2.3. Teori Dasar Balok Komposit

2.1 Pemahaman Struktur Komposit

2.1.1 Pembahasan Umum Struktur Komposit

Aksi komposit atau konstruksi komposit dalam struktur adalah interaksi dari elemen struktur yang berbeda dan dapat terjadi dengan menggunakan material yang sama atau berlainan. Termasuk dalam konstruksi komposit adalah balok baja-beton, kolom baik terbungkus penuh atau sebagian, atau diikat dengan menggunakan ‘shear connector’ dan balok beton.

Konstruksi komposit yang paling umum dalam bangunan adalah komposit baja-beton dimana baja dan plat beton bertulang (cor ditempat atau prefab) dihubungkan dengan shear connector sehingga bekerja sebagai satu kesatuan.

u

PENGENALAN KOMPOSIT SEBAGAI

BALOK GIRDER JEMBATAN

BAB

(25)

Balok baja dapat terbungkus penuh dalam beton, terbungkus sebagian, atau ditempatkan dibawah plat. Jika selimut beton atau beton pembungkus monolit mempunyai ketebalan minimum tertentu, ikatan dengan balok baja akan memberikan aksi komposit dan akan didapat tambahan kekakuan. Untuk menjamin terjadi aksi komposit maka harus disediakan shear connector berupa stud, tulangan baja, atau bentuk lain yang dilas pada flens atas dari balok baja dan tertanam dalam plat beton.

2.1.2 Tipe Konstruksi Komposit

Beberapa sistem komposit dari material konstruksi yang sama dan berlainan akan dibahas disini.

Sistem komposit dari material yang sama adalah:

1. Struktur monolit, misalnya elemen struktur beton cor ditempat (pondasi, kolom, balok, portal, shear wall, pelat, panel).

2. Struktur komposit, yaitu antara elemen struktur precast dengan elemen beton cor ditempat. Contoh: balok beton cor ditempat dengan plat precast beton bertulang. 3. Struktur orthotropik, terjadi pada balok baja yang berinteraksi dengan plat baja.

2.1.3 Aksi Komposit Vs Non Komposit

Hasil penelitian menunjukan bahwa konstruksi komposit akan kompetitif dibandingkan dengan struktur baja dan beton bertulang pada struktur dengan bentang medium dan panjang. Kelebihan konstruksi komposit dengan non komposit bervariasi tergantung jenis struktur, lokasi, harga material dan pekerja. Namun segara garis besar keuntukngan struktur komposit pada konstruksi jembatan dapat diresumekan sebagai berikut :

1. Tinggi balok baja dapat dikurangi karena berkurangnya beban mati yang diterima oleh baja relatif kecil

2. Kapasitas beban layan dapat ditingkatkan

3. Berat struktur secara keseluruhan semakin ringan, jadi juga akan mengurangi biaya bangunan secara keseluruhan (termasuk Bangunan Bagian Bawah)

2.1.4 Peranan Penting dari Transfer Geser dalam Aksi Komposit (Shear

Connector)

u

(26)

Aksi komposit antara baja dan beton memperlihatkan adanya interaksi antara keduanya dan transfer geser pada sambungan. Balok baja yang terbungkus seluruhnya oleh beton terdapat luas transfer geser yang cukup besar. Pada balok baja yang terbungkus beton, terdapat transfer geser yang lebih kecil akibatnya adanya ikatan dan friksi pada pertemuan baja dan plat lantai. Hal ini tidak dapat diharapkan jika terjadi beban yang dapat menghilangkan ikatan, misalnya beban siklis. Shear connector diperlukan untuk memberikan aksi komposit dengan dua tujuan:

1. Mentransfer gaya geser antara baja dan beton, sehingga membatasi geseran pada sambungan. Hal ini untuk menjamin balok-pelat bekerja sebagai satu kesatuan untuk menahan lentur longitudinal dengan satu garis netral untuk penampang komposit.

2. Untuk mencegah lendutan keatas antara balok baja dengan pelat beton, yaitu untuk menghindari terjadinya pemisahan baja dan beton pada arah tegak lurus permukaan sambungan.

2.1.5 Konsep Perencanaan Elemen Struktur Komposit

Prilaku dan desain elemen struktur komposit untuk berbagai beban dan kondisi lingkungan harus memperhatikan:

1. Kekuatan: lentur, aksial, vertikal, buckling geser dari flens.

2. Sifat layan: defleksi jangka pendek dan jangka panjang, kontrol retak, pergeseran

longitudal, vibrasi, dan pengaruh fisik.

3. Ragam keruntuhan dan daktilitas: batas keamanan pada kondisi batas yang

berbeda.

2.2 Struktur Komposit Baja dan Beton 2.2.1 Material Komposit

Ciri struktur komposit berdasarkan pada sifat interaksi antara struktur elemen baja dan beton yang dirancang untuk memanfaatkan kekuatan maksimum dari tiap material dalam menahan beban. Elemen dan sistem komposit yang dihasilkan secara umum menggambarkan tingkat efisiensi tinggi dalam menahan beban sehingga biaya menjadi efektif lebih ringan.

Karakteristik terpenting dari struktur baja adalah kekuatan yang tinggi, modulus elastisitas tinggi, dan daktilitas yang tinggi, yang menghasilkan dimensi elemen Struktur Baja Jembatan

u

(27)

berukuran kecil, bentang bersih yang panjang, dan sifat adaptif yang baik dalam pembuatan dan penggunaannya. Kelebihan utama lainnya, berhubungan dengan ringannya baja persatuan luas bangunan, stabilitas dimensional bangunan, kemudahan untuk dimodifikasi, dan kecepatan pembangunan yang dihasilkan dari prepabrikasi elemen dan sambungan.

Konstruksi beton memiliki sifat tahan api, baik daya lekat massa yang tinggi dan biaya material yang relatif rendah. Konstruksi Beton ini dapat diubah kedalam bentuk apapun asal dapat menghasilkan konstruksi yang kompleks dan bentuk-bentuk arsitektural, termasuk bentuk pracetak yang dibuat memiliki bentuk struktural yang efisien. Pengguanaan beton dalam konstruksi komposit menguntungkan pada aplikasi berikut :

- Pelat lantai (Floor framing) yang mempunyai sifat isolasi pada beton. Pelat lantai beton membentuk diafragma horizontal yang kaku, memberikan stabilitas pada sistem bangunan ketika mendistribusikan kekuatan gempa pada beban lateral yang menahan elemen.

2.2.2 Pembebanan Pada Struktur Komposit

Desain elemen struktur komposit harus memperhitungkan sambungan antara material baja dan beton, yang ditandai dengan interaksinya bergantung waktu, termasuk pengaruh daya tahan terhadap beban konstruksi sementara, pembagian beban, dan kesesuaian deformasi. Perubahan selanjutnya dalam pembagian beban dikarenakan adanya pemuaian dan penyusutan dari beton.

Beban mati (Dead load) meliputi berat sendiri dari semua elemen tetap meliputi rangka baja, dinding dan kolom beton, selubung beton, plat lantai, lantai baja dan lain sebagainya.

Beban hidup (Live load) meliputi semua beban yang diasumsikan berubah setelah digunakan pada struktur lengkap. Beban hidup pada bangunan jembatan meliputi beban Lalu-lintas yang terdiri dari Muatan “T” dan muatan jalur “D”.

Ada atau tidak adanya penyokong pada saat pemasangan konstruksi mengakibatkan adanya hubungan langsung antara beban mati dan beban hidup dalam material Struktur Baja Jembatan

u

(28)

pelat beton penghubung geser

balok baja

Lembaran baja

tulangan

komposit. Dulu sistem rangka lantai komposit sering didesain sebagai sokongan untuk mencegah tegangan lentur berlebihan akibat beban mati pada elemen konstruksi baja yang disebabkan oleh berat baja dan beton segar. Tetapi, tegangan tinggi seperti itu adalah kekhasan dari konstruksi tanpa sokongan ”unshored”. Percobaan pada balok komposit menunjukkan bahwa redistribusi tegangan berlangsung dalam penampang komposit ketika mendekati batas maksimum. Kekuatan maksimum penampang komposit tidak tergantung pada ada atau tidaknya sokongan pada saat konstruksi. Sebagai hasilnya, seluruh beban yang awalnya diasumsikan, dapat bertindak berdasarkan penampang komposit keseluruhan, juga pada desain tegangan. Selain itu, perkiraan defleksi akibat beban mati dari konstruksi harus berdasarkan pada kekakuan penampang baja itu sendiri.

2.2.3 Sistem Struktur Komposit

Yang termasuk kedalam sistem lantai komposit adalah penyokong balok baja struktural, balok melintang, gelagar, atau rangka yang dihubungkan oleh sambungan geser (shear connector) dengan pelat lantai beton untuk membentuk sebuah balok T efektif yang tahan terhadap beban terutama beban lentur akibat gravitasi. Kemampuan dari sistem ini diakibatkan oleh sifat kuat dari komponen lantai beton itu, kemampuan jarak bentang baja, dan kemampuan elemen baja. Keuntungan dari sistem lantai komposit yaitu efisien dalam biaya material, tenaga kerja dan waktu pekerjaan.

2.2.3.1 Pelat Lantai

Pelat lantai komposit adalah sistem pelat lantai yang terdiri dari lembaran tipis baja berprofil atau bergelombang yang dikombinasikan dengan campuran beton (Gambar 2.1). Lembaran baja tersebut berfungsi untuk bekisting tetap dan sebagai pengganti tulangan tarik.

u

(29)

Yb _Yeff d h t=to N.A.(full) N.A.(Partial) As b b/n (b/n)eff

Gambar 2.1 Pelat Komposit

Menurut SNI-LRFD 13.1, lebar effektif pelat lantai (bE) seperti pada Gambar

2.2 yang membentang pada masing-masing sisi dari sumbu balok adalah : - bE ≤ 8

1

dari bentang balok jarak antara tumpuan ;

- bE ≤ ½ jarak bersih antara sumbu balok-balok yanh bersebelahan;

- bE ≤ jarak ke tepi pelat.

Gambar 2.2 Pelat Komposit

Aksi komposit antara pelat lantai baja gelombang dengan pelat beton dapat terbentuk melalui lekatan kimia dan friksi aktif antara kedua material, kekangan pasif, profil dek dan adanya bentuk geometris yang khas pada lembaran baja serta mampu pula menahan gaya geser yang terjadi.

2.2.3.2 Lembaran Baja Bergelombang (Deck)

Untuk dek baja bergelombang yang menahan beban lentur, SNI 03-1729-2002 [2002:88] seperti yang terlihat pada Gambar 2.3 memberikan persyaratan sebagai berikut :

1. Tinggi nominal gelombang hr ≤ 75 mm (3 in)

u

(30)

2. Lebar rata-rata gelombang wr ≥ 50 mm (2 in)

3. Pelat beton harus disatukan dengan balok baja melalui penghubung geser jenis paku yang dilas, diameter penghubung geser ds ≤ 20 mm

4. Ketebalan pelat beton di atas dek baja ≥ 50 mm

Gambar 2.3 Persyaratan Untuk Dek Baja Bergelombang dan Penghubung Geser Jenis Paku Umumnya pelat beton komposit bekerja sebagai pelat satu arah yang membentang di antara balok-balok penyangga. Pelat dalam konstruksi komposit tidak hanya sebagai pelat untuk menahan beban hidup melainkan juga sebagai bagian dari balok. Dalam hal ini pelat bekerja sebagai pelat penutup untuk flens atau balok baja yang akan menambah kekuatan balok.

Fungsi dari lembaran baja bergelombang (deck) adalah : - Sebagai Platform kerja konstruksi

- Sebagai perancah untuk pelat beton - Sebagai perkuatan pada dasar pelat

Ketebalan lembaran bervariasi dari 0,75 – 1,5 mm (0,0295-0,0591in). Ketinggian deck bervariasi dari 38-80 mm (1,496-3,149 in).

 Pelat Lantai Komposit United Steel Deck (USD)

Perancangan pelat lantai menggunakan bantuan tabel perancangan pelat lantai komposit produksi United Steel Deck (USD) dari PT. Gunung Garuda, tabel tersebut telah memperhitungkan faktor-faktor sebagai berikut:

1. Menggunakan atau tidak menggunakan sokongan sementara (temporary shores) pada proses konstruksi.

2. Digunakan tulangan susut dan suhu wire mesh dengan rasio sebesar 0,00075 x luas beton (0,00075 Ac) di atas dek baja, dipasang sejarak ¾ in hingga 1

in dari atas permukaan beton.

3. Lendutan dan beban terfaktor yang diperhitungkan:

u

(31)

a. Pada saat proses konstruksi, lendutan diakibatkan oleh berat sendiri beton basah, dek baja, dan beban konstruksi 20 psf yang telah dikalikan dengan faktor pembebanan masing-masing sebesar 1,6; 1,2; dan 1,4. besarnya lendutan yang diperhitungkan adalah L/180 atau ¾ in (yang lebih menentukan).

b. Setelah beton mengeras, aksi komposit terjadi, lendutan yang diperhitungkan adalah sebesar L/360. Beban terfaktor sebesar 1,2 untuk beban mati (dead load) dan 1,6 untuk beban hidup (superimposed live load) telah diperhitungkan. 4. Pelat diperlakukan sebagai pelat satu arah dengan tumpuan sederhana, tidak

terdapat momen negatif pada tumpuannya, sehingga tidak diperlukan tulangan negatif.

 Prinsip Perencanaan

Ketika merencanakan pelat komposit, dua keadaan struktur harus diperiksa: pertama, keadaan sementara saat pelaksanaan, ketika hanya lembaran yang menahan beban yang bekerja; kedua, keadaan permanen, setelah beton yang terikat pada baja memberikan aksi komposit.

Keadaan batas dan pembebanan yang relevan harus dipertimbangkan untuk kedua kondisi perencanan tersebut.

a. Lembaran berprofil sebagai acuan

Diperlukan verifikasi pada keadaan batas (ultimate) dan keadaan beban layan dengan memperhatikan keamanan dan sifat layan dari lembaran berprofil sebagai perancah untuk beton basah. Efek dari semua sokongan pertama yang digunakan selama pelaksanaan, harus disertakan dalam perhitungan pada kondisi perancangan ini.

b. Pelat Komposit

Diperlukan verifikasi pada keadaan batas dan keadaan beban layan dengan memperhatikan keamanan dan sifat layan dari pelat beton setelah perilaku komposit bekerja dan semua sokongan dilepaskan.

2.2.3.3 Sambungan Baja Beton

u

(32)

Ikatan antara pelat beton dan lembaran berprofil harus mampu menyebarkan geser longitudinal pada permukaan baja dengan beton. Pada Gambar 2.4, sambungan ini bisa dibuat dalam satu cara atau lebih seperti berikut :

 Dengan menyertakan bentuk rusuk yang menghasilkan ikatan melalui friksi (lihat Gambar 2.4 (a,b)).

 Dengan tarikan pada flens atau rusuk lembaran baja tersebut (Gambar 2.4 (c)).

 Dengan memberi angkur pada ujung pelat, yang terdiri dari sambungan stud yang dilas sepanjang lembaran (Gambar 2.4 (d)), sambungan geser shot-fired (Gambar 2.4 (e)), atau oleh deformasi rusuk (Gambar 2.4 (f)).

Gambar 2.4 Bentuk Umum Kuncian Pada Pelat Komposit

2.2.3.4 Pembebanan Pada Struktur Pelat Komposit

Beban dan gaya-gaya yang harus ditinjau untuk keadaan ultimate dan layan, diberikan dalam SNI 02 –2003.

Untuk keadaan dimana lembaran berprofil sebagai perancah, beban-beban berikut harus diperhitungkan dengan mempertimbangkan semua efek sokongan:

u

(f) (e)

(33)

Balok komposit dengan web terbuka

o Berat sendiri lembaran berprofil o Berat beton basah

o Beban selama pelaksanaan o Beban penyimpanan sementara

Beban pelaksanaan menunjukkan berat pekerja, semua beban yang terjadi pada saat pengecoran beton. Untuk keadaan dimana baja dan beton beraksi komposit, beban yang beraksi pada pelat harus mengikuti SNI 02 –2003.

- Berat sendiri pelat (lembaran berprofil dan beton) - Berat finishing lantai

- Beban hidup yang berupa beban “D” dan beban “T”

Untuk keadaan beban layan, nilai beban dengan durasi yang panjang diperlukan untuk perhitungan deformasi yang menyertakan perhitungan rangkak dan susut beton.

2.3 Teori Dasar Balok Komposit 2.3.1 Sistem dan Komponen

Balok komposit telah lama dikenal sebagai elemen struktur yang paling ekonomis untuk bangunan sistem lantai yang terbuat dari pelat beton dan profil baja pendukung. Konstruksinya yang aman, kekuatannya yang luar biasa dan perbandingan kekakuan dengan bebannya yang tidak ada duanya, serta karakteristik tahan terhadap api yang menguntungkan membuat balok komposit menjadi komponen sistem yang istimewa dalam penggunaannya

Tiga balok komposit yang tradisional telah dikembangkan selama bertahun-tahun untuk menemukan batasan maksimum dan untuk memenuhi kompleksitas instalasi mekanikal, elektrikal dan komunikasi seperti balok komposit dengan web terbuka, komposit joists dan truss serta balok stub (Gambar 2.5). Sistem ini bertujuan untuk mendapatkan perbandingan tinggi dan lebar penampang yang besar pada saat menahan beban lentur yang diterima oleh struktur.

Ketiga komponen pada sistem lantai komposit terdiri dari balok, pelat dan sambungan yang masing-masing mempunyai karakteristik material berbeda.

u

(34)

Balok komposit joist dan truss

Balok komposit dengan stub girder system

Sambungan Stud

Gambar 2.5 Balok Komposit

Beton yang digunakan untuk lantai sangat bervariasi dari beton ringan sampai beton normal. Karakteristik dari struktur beton normal sudah banyak dikenal dan tidak dibahas disini. Karena membutuhkan batasan berat sendiri, beton ringan memenuhi spesifikasi untuk dapat digunakan pada lantai komposit. Beton ringan mempunyai batas kekuatan yang sama yaitu 21-35 MPa (3-5 ksi) dan mempunyai karakteristik tegangan tekan yang sama dengan beton normal. Meskipun beberapa beton ringan mempunyai kapasitas tahanan geser yang lebih rendah, batas kapasitas lentur pada elemen ini mempunyai kesamaan dengan kekuatan beton normal. Walaupun tulangan rapat dan pelat tipis, pada pelat harus diperiksa gaya geser longitudinal, ketika retak terjadi sepanjang tulangan atas.

Karakteristik daya layan pada beton ringan dan beton normal sangat dipengaruhi oleh rangkak dan susut, perkembangan terakhir dibuat berpori, agregat kasar yang mempunyai daya serap tinggi dan modulus elastisitas yang rendah, keduanya dapat mempunyai pengaruh yang penting terhadap daya layan dalam jangka panjang.

Elemen baja dan pelat beton secara mekanis sering kali dihubungkan dengan menggunakan stud baja yang di las pada bagian atas flens pada balok baja (Gambar 2.6)

u

(35)

Tulangan baja Shear connector

Balok komposit

Gambar 2.6 Tipe Sambungan Geser

Tipe lain dari sambungan geser antara lain baja kanal, tulangan yang dibengkokan dan pelat yang dilas langsung pada bagian atas balok baja. Kebanyakan lantai komposit dibuat dengan pelat beton yang di cor pada lembaran baja yang digunakan sebagai acuan dan perancah.

2.3.2 Aksi Komposit

Pada balok komposit, penampang IWF dihubungkan dengan pelat beton. Pada umumnya, diasumsikan bahwa balok komposit mendapatkan beban lentur dimana balok baja menahan gaya tarik dan pelat beton menahan gaya tekan. Untuk menyalurkan geser horizontal pada permukaan (interface) antara balok baja dan pelat beton dapat melalui adhesi, gesekan dan tahanan. Kecuali untuk penampang baja yang diselimuti oleh beton, adhesi dan gesekan pada umumnya diabaikan dikarenakan kurang tahan uji. Diasumsikan bahwa untuk kebanyakan balok komposit, sambungan gesernya diperoleh dari elemen baja yang dilas pada balok baja dan tertanam dalam beton gambar 2.7. Elemen ini mentransfer gaya antara balok baja dengan sambungan geser dan antara sambungan tersebut dengan pelat beton melalui daya dukung.

Gambar 2.7 Aksi Komposit

u

(36)

Bebas bergerak secara vertikal Bebas untuk bergeser

Bentuk deformasi Distribusi tegangan

Tingkatan sambungan yang diberikan pada permukaan (interface) pelat beton dengan balok baja menghasilkan serangkaian peningkatan perilaku.

1 Pada suatu kondisi ekstrim dapat diasumsikan bahwa tidak ada sambungan sama sekali. Respon pelat beton dan balok baja terhadap pembebanan secara independen dan kekuatan luar biasa yang dapat diandalkan diberikan oleh kapasitas plastis dari balok itu sendiri (Gambar 2.8). Hal ini juga terjadi pada struktur baja yang tidak mendapatkan sambungan mekanis antara balok dan pelatnya. Pada kenyataannya kebanyakan struktur ini cenderung menerima beban sebagai komposit pada tingkat layan karena gaya friksi dan adhesi. Tipe konstruksi ini jarang digunakan saat ini karena biaya untuk pemasangan sambungan mekanis biasanya lebih rendah daripada biaya pemasangan penampang balok baja yang lebih besar yang mampu menerima berat sendiri.

Gambar 2.8 Balok Tanpa Aksi Komposit

2. Pada kondisi ekstrim yang lain kita dapat mengasumsikan terjadi aksi komposit penuh (Gambar 2.9). Balok baja dan pelat beton merespon sebagai satu kesatuan karena tidak adanya pemutusan tegangan pada permukaan (interface). Aksi komposit penuh memerlukan sambungan yang mempunyai gaya geser, lentur dan kekakuan axial yang tak terbatas. Karena tidak ada sambungan geser mekanis yang mampu memberikan tingkat kekakuan sambungan sempurna ini menjadi tidak praktis. Tetapi, sebagian kecil pergeseran (slip) pada permukaan (interface) dan pelat beton tidak akan memberikan pengaruh yang berarti pada kapasitas penampang sehingga sambungan dapat mentransfer geser maksimum yang diperlukan. Desain paling ekonomis untuk sistem ini adalah satu-satunya yang mampu mentransfer sambungan sebagai gaya geser yang lebih kecil daripada kapasitas tarik pada balok baja AsFy atau kapasitas tekan pada beton 0,85 AcFc.

u

(37)

Bentuk deformasi Distribusi tegangan Tidak bergeser

Bentuk deformasi Distribusi tegangan Bergeser sebagian Minimum Interaksi (25%) Eksak Interpolasi linier Tingkatan Interaksi (%) M komposit M baja Momen

Gambar 2.9 Balok Dengan Aksi Komposit Penuh

3. Pada Gambar 2.10, kondisi antara tanpa aksi komposit dengan aksi komposit penuh terdapat kondisi aksi komposit parsial.

Gambar 2.10 Balok Dengan Aksi Komposit Parsial

Pada kasus ini jumlah sambungan yang diberikan lebih kecil dari AsFy dan 0.85

AcFc. Kekuatan yang diberikan oleh interaksi parsial dapat diambil sebagai

interpolasi linear antara tanpa aksi komposit dengan aksi komposit penuh.

Gambar 2.11 Kapasitas vs Tingkatan Interaksi

u

(38)

Aksi komposit parsial banyak digunakan karena pada beberapa kasus penampang balok baja lebih besar daripada batas minimum yang diperlukan untuk aksi komposit penuh sedangkan untuk jumlah sambungan geser dapat disesuaikan dengan batas keperluan minimum yang diperlukan. Karena tingkatan daktilitas diperlukan setelah penampang mencapai kapasitas desainnya seperti pada gambar 2.11, maka peraturan membatasi jumlah minimum interaksi sampai dengan antara 25 -50 % sebagai aksi komposit penuh dan merupakan persentasi interaksi yang sangat rendah untuk bisa menghasilkan kegagalan geser tiba-tiba pada sambungan.

2.3.3 Sambungan Geser (Shear Connection)

Sambungan geser pada permukaan baja-beton merupakan elemen yang sangat penting untuk terjadinya aksi komposit pada struktur. Analisis yang akurat menjelaskan bahwa kekuatan sambungan geser diperlukan untuk perhitungan kekuatan yang presisi pada balok komposit. Berbagai macam sambungan geser telah banyak digunakan, tetapi jenis sambungan dengan stud paling banyak digunakan pada dunia konstruksi saat ini. Pada dasarnya semua sambungan geser dirancang untuk dapat menahan gaya geser horizontal yang terjadi pada permukaan antara balok baja dengan plat beton.

Beberapa tipe shear connector telah digunakan untuk menahan gaya geser longitudinal dan pergeseran vertikal, diantaranya adalah jenis penghubung geser yang kaku, fleksibel, tipe pengikat, dan baut friksi kekuatan tinggi. Secara garis besar, connector dapat dibagi dua yaitu: kaku dan fleksibel. Tipe penghubung kaku dan kanal (Gambar 2.12 a,b) terbatas pada transfer geser satu arah, sedangkan connector jenis las stud (Gambar 2.12 c) dapat menahan dan mentransfer gaya geser dalam kedua arah tegak lurusnya.

u

(39)

Gambar 2.12 Tipe – tipe Penghubung Geser

Gaya geser horizontal yang terjadi diantara pelat beton dan balok baja selama pembebanan harus ditahan sedemikian rupa sehingga gelincir dapat dikekang. Penampang yang sepenuhnya komposit tidak akan mengalami gelincir pada permukaan antara beton dan bajanya. Meskipun lekatan dapat terjadi antara baja dan betonnya, namun tidak dapat diperkirakan dengan pasti kekuatan geser pada bidang pertemuan tersebut. Demikian pula gesekan diantara pelat beton dan balok baja juga tidak menghasilkan kekuatan yang sedemikian. (Salmon, Charles G.,1996:593).

Seluruh gaya geser horizontal pada bidang kontak antara balok baja dan pelat beton harus disalurkan oleh penghubung-penghubung geser. Untuk aksi komposit dimana beton mengalami gaya tekan akibat lentur, gaya geser horisontal total yang bekerja pada daerah yang dibatasi oleh titik-titik momen positif maksimum dan momen nol yang berdekatan harus diambil sebagai nilai terkecil dari: (SNI 03-1729-2002:91) 1. 0.85 f’c Ac

2. AsFy

3. ΣQn

Kekuatan nominal sambungan geser dengan stud (Gambar 2.12.c) yang ditanam di dalam pelat beton masif adalah :

Qn = 0.5 Asc f 'cEc ≤ Asc fusc (Pers 2.1)

u

d. penghubung geser dengan baut friksi c.. penghubung geser flexible dengan stud

b. penghubung geser flexibel dengan profil

Channel

(40)

Dengan:

Asc : Luas penampang sambungan geser jenis paku (mm2)

fusc : Tegangan putus penghubung geser jenis paku (Mpa)

Qn : Kekuatan nominal sambungan geser (N)

Untuk penghubung geser jenis paku yang ditanam didalam pelat beton yang berada diatas dek baja bergelombang, nilai Qn = 0.5 Asc f 'c Ec harus dikalikan dengan

faktor reduksi Rs sebesar (SNI 03-1729-2002:92)

a. Gelombang dek yang arahnya tegak lurus terhadap balok baja penumpu

Rs = 0 . 1 0 . 1 85 . 0                 r s r r r h H h w N _{(Pers 2.2)}

b. Gelombang dek yang arahnya sejajar terhadap balok baja penumpu

Rs = 0 . 1 0 . 1 6 . 0 _                r s r r h H h w (Pers 2.3) Dengan: Rs : Faktor reduksi

Nr : Jumlah sambungan geser pada setiap gelombang pelat berprofil di perpotongan

dengan balok

Hs : Tinggi sambungan geser ≤ (hr + 75 mm)

hr : Tinggi nominal gelombang pelat baja berprofil

wr : Lebar efektif gelombang pelat baja berprofil

Jumlah penghubung geser yang diperlukan pada daerah yang dibatasi oleh titik momen lentur maksimum, positif atau negatif dan momen nol yang berdekatan adalah sama dengan gaya geser horizontal total Vh yang bekerja dibagi dengan kuat nominal satu

sambungan geser Qn. n h Q V N  (Pers 2.4)

2.3.4 Preliminary Design Balok

u

(41)

Perencanaan awal balok (preliminary design balok) dihitung dengan suatu ukuran dan syarat sehingga didapatkan suatu dimensi awal sebagai acuan. Ukuran atau syarat tersebut adalah :

1. Menghitung beban yang bekerja pada balok, wu

2. Menghitung momen yang terjadi pada balok akibat beban

2 . 8 1 L w M_u  _u (Pers 2.5) 3. Menghitung modulus plastis balok Zxada

y u u ada F M Zx   (Pers 2.6)

4. Dengan menggunakan grafik momen dan panjang bentang balok (Lb) pada

SNI-LRFD, maka akan didapat profil balok. Syarat yang harus ditentukan pada profil tersebut adalah modulus plastis profil Zx lebih besar dari modulus plastis yang ada

Zx > Zx ada (Pers 2.7)

2.3.5 Perancangan Balok Komposit

Pada perancangan struktur balok komposit, terlebih dahulu mengetahui ketentuan umum untuk perancangan balok komposit dan batang lentur, menentukan balok kompak atau tidak kompak, momen nominal balok, kuat lentur balok, dan kuat geser balok.

2.3.6 Ketentuan Umum Balok Komposit

Ketentuan balok komposit adalah sebagai berikut :

1. Pada balok tanpa penyokong sementara, beban yang bekerja sebelum beton mengeras hanya ditahan oleh balok baja saja sehingga baja harus memiliki kekuatan yang cukup. Setelah beton mengeras, beban ditahan oleh penampang komposit. Beton dianggap mampu menahan beban bila telah mengeras dan mencapai 75% dari kuat tekannya (f’c).

2. Balok yang disokong selama proses konstruksi, beban yang bekerja ditahan oleh penyokong, setelah penyokong dibongkar maka penampang bekerja secara komposit dalam menahan beban.

u

(42)

3. Pada analisis plastis, semua beban yang bekerja ditahan oleh penampang komposit, dimulai ketika kekuatan plastis tercapai sampai terjadi kelelehan pada lokasi sendi plastis.

4. Balok komposit dengan shear connectors, analisis plastis dapat digunakan apabila penampang baja pada daerah momen positif adalah kompak. Ketika penampang baja pada lokasi momen negatif, beban ditahan oleh baja saja, kekuatan penampang komposit tidak bekerja.

5. Untuk balok komposit penuh, jumlah penghubung geser (shear connector) harus memadai agar balok mencapai kuat lentur maksimum.

6. Balok komposit parsial, kuat lentur yang ditahan oleh balok komposit tidak mencapai kekuatan penuh sebab tergantung dari jumlah shear connector yang terpasang.

2.3.7 Ketentuan Batang Lentur

Ketentuan batang lentur adalah sebagai berikut :

1. Lebar efektif pelat beton, lebar efektif yang membentang pada kedua sisi dari sumbu balok tidak boleh lebih dari:

a. Seperdelapan dari bentang balok (jarak antar tumpuan) b. Setengah jarak bersih antara sumbu balok yang bersebelahan c. Jarak ke tepi pelat

2. Kuat lentur positif rencana balok (bMn), ditentukan sebagai berikut:

Kuat lentur positif rencana Mn balok komposit dengan penghubung geser

ditentukan sebagai berikut Charles G. Salmon, John E. Johnson [1996, hal. 588]:

a. Untuk h/tw < (1680/ yf

f

) (2.8)

Maka Mn berdasarkan distribusi tegangan plastis pada penampang komposit dan

b = 0,85

b. Untuk h/tw > (1680/ fyf ) (2.9)

Mn berdasarkan superposisi tegangan-tegangan elastis yang memperhitungkan

pengaruh tumpuan sementara (perancah) dan b = 0,90

u

(43)

dengan :

h = tinggi bersih badan profil baja (mm) tw = tebal pelat badan profil baja (mm)

fyf = tegangan leleh bagian pelat sayap profil baja (MPa)

3. Kuat lentur negatif rencana balok (bMn), dihitung untuk penampang baja saja,

dengan ketentuan seperti dalam perencanaan balok baja secara plastis (LRFD). 4. Lendutan pada balok terjadi pada saat proses konstruksi dan setelah aksi

komposit terjadi beton mengeras.

a. Pada saat proses konstruksi, beton belum mengeras, beban-beban yang diperhitungkan untuk menghitung lendutan pada balok adalah berat sendiri balok baja, berat beton basah, dan beban hidup konstruksi.

b. Sedangkan pada saat setelah beton mengeras, beban-beban yang diperhitungkan adalah beban mati (berat sendiri pelat, balok, dan beban superimposed dead load seperti: partisi, utilitas, plafon, finishing lantai, dan sebagainya) dan beban hidup (sesuai dengan fungsi bangunannya).

2.3.8 Menentukan Apakah Balok Kompak atau Tidak Kompak

Definisi balok kompak dan tidak kompak adalah: 1. Penampang kompak

Penampang kompak adalah penampang yang mampu mengembangkan distribusi tegangan plastis secara penuh sebelum terjadi tekuk. Yang dimaksud plastis disini adalah tegangan yang terjadi seluruhnya sebesar tegangan leleh. Supaya batang tekan dapat dikelompokkan sebagai kompak maka flens harus tersambung secara

menerus pada salah satu atau kedua webnya dan rasio lebar dan tebal t

b

dari elemen tekan tidak boleh lebih besar dari nilai rasio batas p_{(Tabel 2.2)}

2. Penampang non kompak

Penampang non kompak adalah penampang yang dapat mencapai tegangan leleh pada sebagian penampangnya tetapi tidak pada semua elemen tekannya sebelum terjadi tekuk. Artinya, pada penampang non-kompak tidak terjadi distribusi

u

(44)

tegangan secara penuh. Penampang non kompak mempunyai rasio lebar-tebal lebih besar dari p_{tetapi lebih kecil dari}_r_{(Tabel 2.2)}

Tabel 2.2 Rasio Penampang Batang Tekan pada Profil I

Uraian Rasio

()

Batas rasio lebar terhadap ketebalan

p (kompak) r (tidak kompak) Pelat sayap profil I dan kanal

dalam lentur bf 2tf 65 Fy 141 Fy10

Pelat sayap profil I hybrid atau

tersusun dengan las akibat lentur bf 2tf

c yf k F 16,5) ( 162 

Bagian pelat badan dalam

kombinasi tekan dan lentur h tw untuk Pu φbPy 0,125

      _ y b u y P P F 1 0,74 970       _ y b u y P P F  75 , 2 1 640 125 , 0 untuk Pu φbPy  y y b u y P F P F 253 33 , 2 191          Sumber AISC - LRFD keterangan: bf = lebar flens

Fy = kuat leleh profil

Fyf = kuat leleh pelat sayap

h = tinggi web kc = 763 , 0 35 , 0 tetapi , 4   c w k t h

Pu = gaya aksial yang bekerja

tf = tebal flens

tw = tebal web

bPy = gaya aksial desain

2.3.9 Kekuatan Lentur Positif

Kuat lentur positif berdasarkan distribusi tegangan plastis dapat dibagi menjadi dua kategori umum, yaitu :

1. Sumbu netral plastis (PNA) terjadi pada beton (slab)

dengan asumsi nilai a<ts.

2. Sumbu netral plastis terletak pada penampang baja.

Bila PNA terletak pada penampang baja, perhitungan kuat lentur positif Mn akan

u

(45)

berbeda tergantung pada apakah PNA itu terdapat pada pelat sayap atau pada pelat badan. dengan asumsi nilai a>ts.

1. Sumbu Netral Plastis (PNA) di Daerah Beton

d1 C a tc d d/2 d/2 T bE 0,85 fc PNA c Fy Sumbu netral plastis terletak di daerah beton ditunjukkan pada Gambar 2.13 sebagai berikut:

Gambar 2.13 Garis Netral Plastis di Daerah Beton

Untuk kuat lentur positif dihitung berdasarkan distribusi tegangan plastis, gaya tekan beton C dihitung berdasarkan nilai terkecil dari (SNI-LRFD)

C = As fy = T (Pers 2.10)

C = 0,85f’cAc (Pers 2.11)

C = Qn (Pers 2.12)

dengan :

As = luas penampang profil baja

fy = tegangan leleh profil baja

f’c = kuat tekan karakteristik beton

Ac = luas penampang beton

Qn = jumlah kekuatan penghubung-penghubung geser yang dibatasi oleh momen

maksimum dan momen nol

u

(46)

Pada balok komposit penuh, besarnya gaya tekan beton C ditentukan oleh nilai terkecil dari Asfy dan 0,85f’cAc. [Charles G salmon (hal.589 )] Hal ini menyatakan

bahwa nilai C seringkali dibatasi oleh kekuatan dari balok bajanya sendiri. Karena itu, nilai C hanya ditentukan oleh besarnya Asfy. Sehingga nilai gaya tekan beton dapat

dirumuskan sebagai berikut :

C = Asfy = 0,85f’cbE a (Pers 2.13)

Dari rumus kuat lentur tersebut dapat ditentukan nilai a, dengan rumus sebagai berikut:

E c y s b f f A a ' 85 , 0  (Pers 2.14) Pada balok komposit parsial, nilai Qn membatasi besarnya gaya tekan beton C.

Sehingga nilai gaya tekan beton dapat dirumuskan sebagai berikut:

C = Qn = 0,85f’cbEa (Pers 2.15) E c n b f Q a ' 85 , 0   (Pers 2.16) Sehingga, perhitungan kuat lentur nominalnya yaitu :

Mn = Mp = C d1 = T d 1= As fy       _ _ 2 2 a t d c (Pers 2.17) Kuat lentur (positif) rencana : Øb Mn (Pers 2.18)

2. Sumbu Netral Plastis Terletak di Bagian Sayap Atas Profil Baja

d2'' d2' d fy T tc 0,85 fc CsCs CcCc bE bf PNA y fy a y ' Sumbu netral plastis terletak di bagian sayap atas profil baja ditunjukkan pada Gambar 2.14 sebagai berikut:

u

(47)

Gambar 2.14 Garis Netral Plastis Terletak Dibagian Sayap Atas Profil Kasus ini terjadi bila : Co > To

dengan:

Co = 0,85 f’c. bE .a + Af .fy (Pers 2.19)

To = fy ( As – Af ) (Pers 2.20)

Af = luas pelat sayap atas

Jarak dari garis netral plastis ke serat atas pelat sayap atas baja, y, dapat dihitung melalui persamaan keseimbangan gaya C dan T :

C = T = Cc + Cs (Pers 2.21) = 0,85 f’c. bE. a + bf. .y’. fy Maka, y’ = bf fy a b c f fy As E . ) . . ' 85 , 0 (  (Pers 2.22) Kuat lentur nominal dihitung sebagai momen lentur yang dihitung terhadap garis netral plastis : Mn = Mp =Cc.d2’+Cs.d2” dengan: 2 / ' ' 2 d y y d    _{(Pers 2.23)} 2 / " 2 d y t a d    _c  _{(Pers 2.24)} ' ) 2 / ' ( ' 2 / y b A y d y b d As y f s f     (Pers 2.25) Kuat lentur (positif) rencana : Øb Mn (Pers 2.26)

3. Garis Netral Plastis Terletak di Bagian Badan Profil Baja

Sumbu netral plastis terletak di bagian badan profil baja ditunjukkan pada Gambar 2.15 sebagai berikut:

u

(48)

fy 0,85 fc d tc Cs Cc fy T d2" d2' y y ' bE PNA

Gambar 2.15 Garis Netral Plastis Terletak Di Bagian Badan Profil Baja

Pada gambar bekerja gaya tekan Cc (pada slab beton) dan Cs (pada profil baja), dengan

rumus sebagai berikut :

Cc = 0,85 f’c beff a (Pers 2.27)

Cs = Asc fy = ( As – Ast ) fy (Pers 2.28)

dengan :

Asc = luas profil baja yang tertekan

Ast = luas profil baja yang tertarik.

Dengan prinsip keseimbangan, diperoleh rumus:

T’ = T – Cs = As fy – Asc fy (Pers 2.29)

atau

T’ = Cc + Cs (Pers 2.30)

Maka gaya tekan pada baja Cs dirumuskan sebagai berikut :

Cs = As fy – T’ = As fy – Cc – Cs (Pers 2.31) Cs = 2 c y s f C A  = 2 ' 85 , 0 f b t f A_s _y _c _E (Pers 2.32) Kuat tarik nominal dapat dihitung sebagai momen terhadap garis kerja gaya tarik, T :

Mn = Mp= Cc d2’ + Cs d2” (Pers 2.33) dengan : 1 ' 2 d y y d    _{(Pers 2.34)}

u

(49)

2 / " 2 d y t a d    s  _{(Pers 2.35)} ) ' ( )] 2 / ' ( ' ) 2 / ( [ 2 / w f s f w f f t Y A A y t d t y t d A d As y         (Pers 2.36) w f f w f f f t y A Y t t y t t A y ' ) 2 / ' ( ' ) 2 / ( 1 _     (Pers 2.37) f f f b t A  _{(Pers 2.38)}

Kuat lentur (positif) rencana : Øb Mn (Pers 2.39)

2.3.10 Kekuatan Lentur Negatif

Pada balok komposit tumpuan sederhana, nilai titik momen nol terletak pada tumpuannya. Sedangkan pada daerah tumpuan interior balok komposit menerus terjadi momen negatif yang mengakibatkan pelat beton dalam kondisi tarik. Dengan asumsi pelat beton tidak dapat menahan tarik, maka pada daerah momen negatif ditahan oleh balok baja dan tulangan longitudinal yang dipasang di sepanjang daerah lebar efektif pelat beton bE.

Kuat lentur negatif dapat dihitung dengan dua cara sebagai berikut :

1. Kuat lentur sepenuhnya disumbangkan dari kuat lentur penampang baja saja dengan mengabaikan aksi komposit (beton tidak diperhitungkan). Cara ini adalah konservatif. Kuat lentur ditentukan dengan prosedur perhitungan kuat lentur balok baja, dengan nilai b = 0,90.

2. Kuat lentur negatif rencana bMn dapat dihitung dengan mengambil b= 0,85 dan

Mn yang besarnya ditentukan berdasarkan distribusi tegangan plastis pada

penampang komposit, (Gambar 2.16) selama hal-hal berikut dipenuhi (LRFD-SNI) :

a. Balok baja mempunyai penampang kompak

dan diberi pengaku yang memadai

b. Pelat beton dan balok baja di daerah momen

negatif harus disatukan dengan shear connector (penghubung geser).

u

(50)

c. PNA Cs Tsr fyr fy fy tc d tc/2 bE y d3' d3" y3 Ts

Tulangan pelat yang sejajar dengan balok baja di sepanjang daerah lebar efektif pelat beton harus diangkur dengan baik.

Gambar 2.16 Penampang Yang Mengalami Kuat Lentur (Momen) Negatif Dengan menggunakan prinsip kesetimbangan :

Tsr (tarik-tulangan) + Ts (tarik-profil baja) = Cs (tekan-profil baja)

Nilai Tsr diambil sebagai nilai yang terkecil diantara :

u

(51)

 Ar fyr, dan (Pers

2.40)

 ∑ Qn (Pers 2.41)

Gaya tekan nominal maksimum dalam penampang balok baja

y sf

A

Cmax  _{(Pers 2.42)}

Dari persamaan kesetimbangan:

s sr s T T C   _{, dan} _{(Pers 2.43)} s s C T C  max  (Pers 2.44) Maka diperoleh: 2 max sr s T C T   (Pers 2.45) dimana Tsr  Asrfyr _{(Pers 2.46)}

Letak garis netral penampang (PNA) ditentukan dengan asumsi bila nilai Cmax lebih

besar dari Tsr, maka PNA terletak di dalam baja.

Diasumsikan PNA berada di flens atas penampang baja, maka dapat ditentukan :

Jarak serat atas pelat sayap ke PNA = Y3 = f y s f b T (Pers 2.47) 3 3 3( /2) ) 2 / ( y b A y d Y b d A y f s f s     (Pers 2.48) Kuat lentur nominal negatif ditentukan dengan rumus sebagai berikut :

b Mn = Mn1 + Mn2 (Pers 2.49) dimana: Mn1 = Tsr.d3’ = Asrfyr(d yts ts/2) (Pers 2.50) Mn2 = Ts.d3” = ) 2 / ( 2 d y Y3 f A f A_s _y _sr _yr    (Pers 2.51)

2.3.11 Balok Komposit Tanpa Sokongan Sementara

Balok komposit tanpa sokongan sementara terlihat pada Gambar 2.17 berikut ini :

u