ANALISA BALOK PRATEGANG JEMBATAN
JL. SUDIRMAN DAN DIBANDINGKAN MENGGUNAKAN
BALOK KOMPOSIT BAJA- BETON
(Studi Kasus)
TUGAS AKHI R
Andre Bachtiar Sihaloho 110404088
Dosen Pembimbing : Ir. S anci Barus, M.T. 19520901 198112 1 001
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNI K SIPIL
FAKULTAS TEKNI K
UNIVERSI TAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Jembatan Sudirman merupakan bagian jalan guna memberikan pelayanan pemakai jalan dan demi kelancaran perekonomian masyarakat di kota M edan. Konstruksi jembatan ini terdiri dari konstruksi beton dengan bentang 35 m dan lebar 2 x 7,5 m, dengan konstruksi balok presstress, lantai beton konvensional. Balok ini berupa tampang bentuk I. Balok ini terdiri beberapa segmen yang disatukan dengan kabel prategang(tendon). Dimensi balok precast dengan H= 1700 mm, tebal slab = 250 mm, tegangan balok fc’= 41,50 M Pa, fc’ slab = 29,05 Mpa. Setelah dianalisa ulang didapat, gaya prategang awal (Pi)= 810 722 kg, gaya prategang akhir (Pe) = 629 985 kg. Pada kondisi awal, tegangan balok sisi atas = 11,38 kg/cm2, tegangan sisi balok bawah = 205,70 kg/cm2. Pada kondisi akhir, tegangan balok sisi atas = 11,38 kg/cm2, tegangan pada slab = 57,04 kg/cm2, tegangan pada sisi atas balok = 145,64 kg/cm2. Lendutan pada balok bagian tengah bentang = 37,80 mm < lendutan izin = 43,80 mm. Bila dibandingkan menggunakan tipe struktur komposit baja-beton, dengan metode ASD (elastis) jembatan tersebut dapat menggunakan profil I 1460x300x20x30 dengan plat perkuatan sayap (300x30) mm sepanjang 23,56 m, luas total profil 550 cm2, dan berat total baja 15733,32 kg. Bila dihitung dengan metode LRFD, dapat digunakan profil I 1560x300x20x30, luas total profil 480 cm2, dan berat profil 14506,8 kg. Dari hasil perhitungan biaya balok jembatan, terbukti bahwa struktur komposit lebih hemat dibandingkan struktur prategang. Dari perhitungan komposit metode ASD dan LRFD, dapat dibuktikan dari berat profil , metode LRFD lebih hemat dibandingkan metode ASD.
DAFTAR ISI
ABS TRAK ... i
DAFTAR IS I ...ii
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR...viii
DAFTAR NOTAS I... xi
KATA PENGANTAR... xiv
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang M asalah ... 1
1.2. Perumusan M asalah... 2 1.3. Tujuan ... 2 1.4. M anfaat ... 2 1.5. Pembatasan M asalah ... 3 1.6. M etodologi Penulisan ... 4 1.7. Sistematika Penulisan ... 7
BAB II. S TUDI PUS TAKA ... 8
2.1.Umum ... 8
2.2. Proses Pencetakan Beton... 11
2.3.Proses Penarikan Kabel ... 12
2.3.1. Pratarik ... 13
2.3.2. Pascatarik ... 14
2.4.Jenis Balok Girder ... 14
2.4.1. PCI girder ... 14 2.4.2. PCU girder ... 15 2.4.3. Box girder ... 16 2.5.Peraturan Pembebanan ... 16 2.5.1. Beban mati ... 17 2.5.2. Beban hidup ... 18
2.5.2.1. Lajur lalu lintas rencana ... 19
2.5.2.2. Beban truk “T” ... 20
2.5.2.3. Beban lajur “D” ... 22
2.7.Kabel Prategang ... 28
2.7.1. Daerah aman kabel ... 28
2.7.2. Kehilangan gaya prategang ... 30
2.7.2.1. Short Term ... 30
2.7.2.1.1. Kehilangan akibat gesekan ... 30
2.7.2.1.2. Kehilangan akibat slip pengangkuran ... 32
2.7.2.1.3. Kehilangan akibat pemendekan elastis ... 33
2.7.2.2. Long Term ... 35
2.7.2.2.1. Kehilangan akibat penyusutan ... 35
2.7.2.2.2. Kehilangan akibat rangkak ... 36
2.7.2.2.3. Kehilangan akibat relaksasi baja ... 36
2.8.Tegangan dan Lendutan ... 37
2.9.Sistem Komposit ... 40
2.9.1. Pengertian ... 40
2.9.2. Aksi komposit ... 41
2.9.3. Pra dimensi ... 42
2.9.4. Lebar efektif ... 42
2.9.5. Konstruksi komposit (ASD) ... 42
2.9.5.1.Tanpa perancah ... 42
2.9.5.2.Dengan perancah ... 43
2.9.6. Shear Connector (Alat Penyambung Geser) ... 45
2.9.6.1.Perencanaan ... 45
2.9.6.2.Syarat ... 48
2.9.7. Lendutan ... 48
2.9.8. Teori LRFD ... 49
2.9.8.1.Komponen M emikul Lentur ... 49
2.9.8.2.Komponen M emikul Geser ... 53
2.9.8.3.Kuat lentur nominal ... 54
2.9.8.4. Konsep Dasar LRFD ... 56
2.9.8.4.1.Desain LRFD struktur baja ... 57
2.9.8.4.2.Faktor tahanan ... 57
3.1. Karakteristik Beton Prategang ... 59 3.2. Spesifikasi Balok ... 59 3.3. Pembebanan... 63 3.3.1. Beban mati ... 63 3.3.2. Beban hidup ... 67 3.3. Section Propertis ... 68
3.3.1. Penentuan lebar efektif pelat lantai ... 68
3.3.2. Section analysis pada tengah bentang ... 69
3.3.2.1.Balok precast ... 69
3.3.2.2.Balok komposit ... 71
3.3.3. Section analysis pada tumpuan ... 72
3.3.3.1.Balok precast ... 72
3.3.3.2.Balok komposit ... 73
3.4. Tegangan ... 74
3.4.1. Reaksi balok pendukung ... 75
3.4.2. Kontrol tegangan balok ... 76
3.5. Kontrol lendutan balok ... 76
3.6. M omen kapasitas balok... 76
3.6.1. Kabel prategang ... 77
3.6.1.1.Profil kabel ... 77
3.6.1.2.Gaya tarik awal ... 78
3.6.2. Kehilangan prategang ... 79
3.6.2.1.Jangka pendek ... 79
3.6.2.1.1. Gesekan ... 79
3.6.2.1.2. Anchorslip ... 80
3.6.2.1.3. Penyusutan elastic (ES) ... 81
3.6.2.2.Jangka panjang ... 81
3.6.2.2.1. Penyusutan (SH) ... 81
3.6.2.2.2. Creep (CR) ... 81
3.6.2.2.3. Relaksasi baja (RE) ... 82
3.6.3. Gaya prategang efektif ... 84
3.7.1 Tegangan awal ... 85
3.7.2 Tegangan layan ... 85
3.7.3 Lendutan ... 87
3.8. Kapasitas Momen... 88
3.9. Analisa Geser ... 90
3.9.1 Perhitungan tulangan geser ... 90
3.9.2 Konektor geser ... 92
3.10 Perencanaan sistem komposit (ASD) ... 93
3.10.1 Rencana penampang melintang ... 93
3.10.2 Pra dimensi... 93
3.10.3 Lebar efektif ... 94
3.10.4 Perhitungan beban-beban ... 96
3.10.5 Perhitungan momen ... 98
3.10.6 Kontrol tegangan... 98
3.10.7 Rencana pemutusan plat perkuatan sayap... 99
3.10.8 Perencanaan shear connector ... 105
3.10.9 Kontrol lendutan... 108
3.11 Perencanaan sistem komposit (LRFD)... 109
3.11.1 Rencana penampang melintang ... 109
3.11.2 Pra dimensi... 109
3.11.3 Lebar efektif ... 110
3.11.4 Perhitungan beban-beban ... 112
3.11.5 Perhitungan momen dan lintang ... 114
3.11.6 Kontrol kuat momen lentur ... 115
3.11.6.1 Sebelum komposit ... 115
3.11.6.2 Sesudah komposit... 118
3.11.7 Kontrol geser... 120
3.11.8 Perencanaan shear connector ... 121
3.11.9 Kontrol lendutan... 125
3.12 Perbandingan dimensi komposit ... 126
3.13 Perbandingan estimasi biaya struktur... 126
4.1. Kesimpulan ... 127
4.2. Saran ... 127
DAFTAR PUS TAKA ... 129
DAFTAR TABEL
Tabe l Judul Halaman
2.1 Berat Isi Untuk Beban M ati 17
2.2 Jumlah Lajur Lalu Lintas Rencana 19
2.3 Faktor Distribus i Untuk Pembebanan Truk “T” 21
2.4 Faktor Pembebanan 26
2.5 Faktor Beban Untuk Berat Sendiri 27
2.6 Faktor Beban Untuk Beban M ati Tambahan 28
2.7 Tabel Ksh untuk pasca-tarik 36
2.8 Tabel batasan defleksi berdasarkan BM S (l=panjang bentang) 39
2.9 Faktor reduksi (Ф) untuk keadaan kekuatan batas 57
3.1 Panjang tiap-tiap segmen balok 60
3.2 Berat Balok 61
3.3 Penampang balok precast 62
3.4 Penampang balok komposit 62
3.5 Penampang balok precast dan komposit 62
3.6 Beban akibat berat sendiri pada balok 66
3.7 Pembebanan truk “T” 67
3.8 Beban terbagi rata dan beban titik 68
3.9 Penampang di tengah bentang 70
3.10 Perhitungan momen dan inersia balok 71
3.11 Rangkuman balok precast dan komposit 72
3.13 M ome n inersia balok komposit 73
3.14 Rangkuman momen tahanan 74
3.15 Konfiguras i kabel strand 74
3.16 Gaya prategang 77
3.17 Tegangan kabel 84
3.18 Tegangan awal 85
3.19 Tegangan layan 85
3.20 Beban prategang 87
3.21 Defleksi pada balok 88
3.22 Penulangan geser balok 91
3.23 Beban Ultimit akibat berat sendiri balok 113
3.24 Perbandingan tampang profil cara ASD dan LRFD 98
Judul
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1 2
Gambar 1.1 Potongan melintang jembatan sudirman 2
Gambar 2.1 Retak pada struktur beton bertulang 9
Gambar 2.2 Struktur beton pratekan pertama oleh jackson, 1886 9
Gambar 2.3 Pencetakan beton di lapangan 11
Gambar 2.4 Pencetakan balok di pabrik 12
Gambar 2.5 M etode penarikan kabel pratarik 13
Gambar 2.6 M etode penarikan kabel pasca tarik 14
Gambar 2.7 Bentuk tampang balok girder pci girder 15
Gambar 2.8 Bentuk tampang balok girder pcu girder 15
Gambar 2.9 Bentuk tampang balok girder box girder 16
Gambar 2.10 Pembebanan truk “t” 20
Gambar 2.11 Beban “d”: beban terbagi rata vs panjang bentang yang dibebani
23
Gambar 2.12 Faktor beban dinamis untuk beban garis terbagi rata “d” 23
Gambar 2.13 Beban lajur “d” 24
Gambar 2.14 Penyebaran pembebanan arah melintang 25
Gambar 2.15 Hubungan limit kern dan daerah aman kabel 29
Gambar 2.16 Bentuk tipikal daerah aman kabel 30
Gambar 2.17 Slip angkur 33
Gambar 2.18 Diagram tegangan pada balok beton prategang 38
Gambar 2.19 Skema aksi komposit 41
Gambar 2.20 Kondisi batas tekuk lentur torsi pada balok lentur 51
Gambar 3.1 Panjang tiap-tiap segmen balok 60
Gambar 3.2 Penampang balok dan diafragma 61
Gambar 3.3 Penampang balok 62
Gambar 3.4 Potongan melintang jembatan 63
Gambar 3.5 Potongan melintang deck slab 64
Gambar 3.6 Diaphragma ujung 65
Gambar 3.7 Diaphragma tengah 66
Gambar 3.8 Beban T 67
Gambar 3.9 Penampang di tengah bentang 69
Gambar 3.10 Penampang balok di tengah bentang 72
Gambar 3.11 Penampang balok pada tumpuan 61
Gambar 3.12 Grafik tahapan kehilangan prategang 83
Gambar 3.13 Diagram tegangan balok kondisi awal 86
Gambar 3.14 Diagram tegangan balok kondisi layan 86
Gambar 3.15 Lendutan pada balok 87
Gambar 3.16 Penampang balok 88
Gambar 3.17 Rencana penampang komposit baja-beton (ASD) 93
Gambar 3.18 Profil+plat perkuatan sayap 93
Gambar 3.19 Titik berat komposit 96
Gambar 3.20 Penampang melintang 97
Gambar 3.21 Garis Pengaruh Momen 101
Gambar 3.22 Penambahan panjang plat perkuatan 105
Gambar 3.23 Titik berat komposit 105
Gambar 3.25 Garis pengaruh lintang 106
Gambar 3.26 Rencana penampang komposit baja-beton (LRFD) 109
Gambar 3.27 Profil rencana (LRFD) 109
Gambar 3.28 Penampang melintang 112
Gambar 3.29 Diagram momen 117
Gambar 3.30 Titik berat komposit 122
Gambar 3.31 Profil baut 122
DAFTAR NOTASI
A = Luas penampang
be = Lebar efektif
E = Elastis itas bahan
e = Eksentris itas kabel
eoa = Batas atas aman kabel
eob = Batas bawah aman kabel
fy = Tegangan leleh baja
f’c = Kuat tekan beton kondisi layan
f’ci = Kuat tekan beton kondisi awal penegangan kabel
Ic = Inersia komposit
Io = Inersia penampang
Ix = Inersia arah x
K = Koefisien wobble
Ka = Jarak dari pusat berat ke batas atas kern
Kb = Jarak dari pusat berat ke batas bawah kern
K’a = Limit kern atas
K’b = Limit kern bawah
Ksh = Konstanta penyusutan
Ld = Panjang penyaluran tulangan
Mu = M omen ultimit
P = Gaya prategang kondisi layan
Pi = Gaya prategang kondisi awal penegangan kabel
Rh = Kelembaban relatif
S = Jarak rata-rata antara balok memanjang
Vu = Gaya lintang ultimit
Wa = M omen tahanan sisi atas penampang
Wb = M omen tahanan sisi bawah penampang
ya = Jarak dari pusat berat balok ke atas balok
yb = Jarak dari pusat berat balok ke bawah balok
ya’ = Jarak dari pusat berat komposit ke atas komposit
yb’ = Jarak dari pusat berat komposit ke bawah balok
ya” = Jarak dari pusat berat komposit ke atas balok
= Faktor reduksi kekuatan
µ = Koefisien friksi
σci = Tegangan tekan kondisi awal penegangan
σcs = Tegangan tekan kondisi layan
σg = Tegangan normal kabel kondisi layan
σgi = Tegangan normal kabel kondisi awal penegangan
σti = Tegangan tarik kondisi awal penegangan
σts = Tegangan tarik kondisi layan
∆pi = Lendutan kondisi awal penegangan akibat kabel
∆bs = Lendutan akibat berat sendiri
∆i = Lendutan total kondisi awal penegangan
∆p = Lendutan akibat kabel kondisi layan
∆c = Lendutan akibat deck slab + slab
∆ll = Ledutan akibat beban hidup
∆l = Lendutan total kondisi layan
̅ = Tegangan leleh izin
l = Panjang bentang
Fpr = Luas profil
tb = Tebal slab beton
Fp = Luas pelat
Feq = Luas ekivalen
Za’ = Jarak pusat berat komposit ke tepi atas beton
Za = Jarak pusat berat komposit ke tepi atas flens baja
Zb = Jarak pusat berat komposit ke tepi bawah flens baja
qbaja = Berat baja
qbs = Berat sendiri
qbt = Beban tambahan
M bs = M omen akibat berat sendiri
M bt = M omen akibat beban tambahan
M bs = M omen akibat beban bergerak
= Tegangan yang terjadi pada serat atas komposit
= Tegangan yang terjadi pada serat bawah komposit
Ixc = Inersia arah x komposit
= Tegangan yang terjadi pada slab beton
H = Tinggi paku/baut
∅ = Diameter baut
Qa = Kuat Shear Connector
a = Jarak baut
Dx = Gaya lintang
Sxc = Statis momen
M n = Tahanan momen nominal
M u = M omen lentur akibat beban terfaktor
fr = Tegangan sisa
ry = Jari-jari girasi penampang
Iy = M omen inersia arah sumbu y
G = M odulus geser bahan
J = M omen inersia polar
Cw = M omen inersia pilin (warping)
Cb = Faktor pengali momen lentur nominal
Фv = Faktor reduksi kuat geser
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur peneliti panjatkan kehadirat Tuhan Yang M aha Esa, atas rahmat dan berkat-Nya peneliti dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Analisa Balok Prategang Jembatan Jl. Sudirman dan Dibandingkan M enggunakan Balok Komposit Baja-Beton”.
Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan bantuan, bimbingan, arahan dan dukungan yang berharga dari berbagai pihak. Untuk semua itu, peneliti menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya dan ucapan terimakasih yang tulus kepada :
1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai segenap langkah di dalam hidup
penulis.
2. Bapak Ir. Sanci Barus, M .T., selaku Dosen Pembimbing yang telah sabar memberi bimbingan, arahan, saran serta motivasi kepada peneliti untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir. Besman Surbakti, M .T. dan bapak Ir. Robert Panjaitan, M .T. selaku Dosen Pembanding saya yang telah memberikan waktu dan tenaga didalam penyusunan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan,selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Syahrizal, M .T, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
6. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Pegawai administrasi dan pegawai-pegawai Departemen Teknik Sipil USU lainnya.
8. Ayahanda Drs. Ir. Eliner H. Sihaloho, M .T. dan Ibunda tercinta Dina R. Rajagukguk, Amd, orang tua hebat yang selalu ada buat penulis dalam memberikan cinta kasih sayang, pengajaran, doa, nasehat dan selalu ada disetiap hari penulis.
9. Adik-adik saya Dessy, Yohanna, dan Welly yang tidak lupa untuk
menyemangati penulis.
10. Untuk saudara/i seperjuangan, Hendra, Arifin, bg Jannes, Stefano, Andrew, Nikson, Her Afriyandi, Daniel, Tatano, Saka, Alvin, Gege, Jo, Tommy, Triboy, dan seluruh teman-teman stambuk 2011.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
M edan, M aret 2016
Andre Bachtiar Sihaloho 11 0404 088
