Perhitungan Box Culvert

(1)

DIMENSI BOX CULVERT

1. Lebar Box

L

=

5,00 M

2. Tinggi Box

H

=

3,00 M

3. Tebal Plat Lantai

h1

=

0,40 M

4. Tebal Plat Dinding

h2

=

0,35 M

5. Tebal Plat Pondasi

h3

=

0,35 M

DIMENSI DINDING SAYAP

1. Panjang Dinding Sayap

c

=

2,00 M

2. Tinggi Dinding Sayap Bagian Ujung

d

=

1,50 M

3. Tebal Dinding Sayap

tw

=

0,25 M

DIMENSI LAIN - LAIN

1. Tebal Plat Injak

ts

=

0,20 M

2. Tebal Lapisan Aspal

ta

=

0,05 M

3. Tinggi Genangan Air Hujan

th

=

0,05 M

H

h2

h1

_c

d

L

ta

ts

h3

(2)

B. BAHAN STRUKTUR

Mutu Beton :

K - 175

Kuat tekan beton

_{f = 0,83}

10 =

14,525

MP

Modulus elastik

_{= 4700}

₌

17912

MP

Angka poisson

ϑ =

0,20

Modulus geser

=

[2 (1 + )]

=

7464

MP

Koefisien muai panjang untuk beton,

α =

1.0E - 05

/

Mutu Baja :

Untuk baja tulangan dengan Ø > 12 mm :

U-

39 Tegangan leleh baja,

f = 10 =

390 MP

Untuk baja tulangan dengan Ø ≤ 12 mm :

U-

24 Tegangan leleh baja,

f = 10 =

240 MP

Berat Jenis Bahan :

Berat beton bertulang,

w =

25 kN

_M

Berat beton tidak bertulang (beton rabat),

w =

24 kN

_M

Berat aspal padat,

w =

22 kN

_M

Berat jenis air,

w =

9,8

kN

_M

Berat tanah dipadatkan

w =

17,20

kN

_M

(3)

C. ANALISIS BEBAN

1. BERAT SENDIRI

Faktor Beban Ultimit (KMS) = 1,3

Berat sendiri ( self weight ) adalah berat bahan dan bagian jembatan yang merupakan elemen struktural, ditambah dengan elemen non-struktural yang dipikulnya dan bersifat tetap. Berat sendiri box culvert dihitung dengan meninjau selebar 1 m (tegak lurus bid. gambar) sebagai berikut :

a.

Berat sendiri plat lantai

(Q

)

ℎ

=

10 kN

_M

b.

Berat sendiri plat dinding,

(P )

ℎ

=

26,25 kN

H

L

P

MS

P

MS

Q

MS

(4)

2. BEBAN MATI TAMBAHAN (MA)

Faktor Beban Ultimit (KMA) = 2,0

Beban mati tambahan ( superimposed dead load ), adalah berat seluruh bahan yang menimbulkan suatu beban pada jembatan yang merupakan elemen non-struktural, dan mungkin besarnya berubah selama umur jembatan. Jembatan dianalisis harus mampu memikul beban tambahan seperti :

1) Penambahan lapisan aspal (overlay) di kemudian hari,

2)

2) Genangan air hujan jika sistim drainase tidak bekerja dengan baik,

NO JENIS TEBAL (M) BERAT (kN/M³) BEBAN (kN/M)

1 Lapisan Aspal 0.05 22.00 1.10

2 Air Hujan 0.05 9.80 0.49

Total Beban Mati Tambahan (QMA) 1.59

H

L

Q

MA

(5)

3. BEBAN LALU - LINTAS

3.1. BEBAN LAJUR "D" (TD)

Faktor Beban Ultimit (KTD) = 2,0

Beban kendaraan yg berupa beban lajur "D" terdiri dari beban terbagi rata (Uniformly Distributed Load), UDL

dan beban garis (Knife Edge Load), KEL seperti pd Gambar 1. UDL mempunyai intensitas q (kPa) yang

besarnya tergantung pada panjang total L yg dibebani lalu-lintas seperti Gambar 2 atau dinyatakan dengan

rumus sebagai berikut :

q = 8.0

kPa

untuk L ≤ 30 m

q = 8.0 *( 0.5 + 15 / L )

kPa

untuk L > 30 m

Gambar 1. Beban lajur "D"

Gambar 2. Intensitas Uniformly Distributed Load (UDL)

Untuk panjang bentang,

L

=

5,00

m

q

=

8,00

kPa

KEL mempunyai intensitas,

p

=

44,00

kN/m

Faktor beban dinamis (Dinamic Load Allowance) untuk KEL diambil sebagai berikut :

DLA = 0.4

untuk L

≤

50 m

DLA = 0.4 - 0.0025*(L - 50)

untuk 50 < L < 90 m

DLA = 0.3

untuk L ≥ 90 m

(6)

Gambar 3. Faktor beban dinamis (DLA)

Untuk harga,

L =

5.50 DLA = 0.4 Beban hidup pada lantai,

Q

=

8,00 kN/m

P

= (1 + DLA) x p =

61,60 kN

H

L

Q

TD

P

TD

(7)

3.2. BEBAN TRUK "T" (TT)

Faktor Beban Ultimit (KTT) = 2,0

Beban hidup pada lantai jembatan berupa beban roda ganda oleh Truk (beban T) yang besarnya, T = 100 kN

Faktor beban dinamis untuk pembebanan truk diambil (DLA)

=

0,40

Beban truk "T" (PTT)

( 1 + DLA ) x T = 140,00 kN

Akibat beban "D"

MTD = {(1/12 x QTD x L2) + (1/8 x PTD x L)}

=

55.17 kNm

Akibat beban "T"

MTT = 1/8 x PTT x L

=

87.5 kNm

Untuk pembebanan lalu-lintas, digunakan beban "T" yang memberikan pengaruh momen lebih besar dibandingkan beban "D".

M

TD <

M

TT

H

L

P

TT

P

TT

(8)

4. GAYA REM (TB)

Faktor Beban Ultimit (KTB) = 2,0

Pengaruh percepatan dan pengereman lalu-lintas diperhitungkan sebagai gaya dalam arah memanjang jembatan dan dianggap bekerja pada permukaan lantai kendaraan. Besar gaya rem diperhitungkan sebesar 5% dari beban "D" tanpa faktor beban dinamis.

Gaya rem per meter lebar (TTB)

5% x {( q x L) + p }

=

4,20 kN

5. TEKANAN TANAH (TA)

Faktor Beban Ultimit (KTA) = 1,25

Pada bagian tanah di belakang dinding abutment yang dibebani lalu-lintas, harus diperhitungkan adanya

beban tambahan yg setara dengan tanah setebal 0.60 m yang berupa beban merata ekivalen beban

kendaraan pada bagian tersebut.

Tekanan tanah lateral dihitung berdasarkan harga nominal dari berat tanah ws, sudut gesek dalam Ø, dan

kohesi c dengan :

ws' = ws

∅ =

(

_∅

∅

)

dengan faktor reduksi untuk ∅

∅

= 0,70

=

_∅

dengan faktor reduksi untuk c'

_∅

= 1,00

H

L

T

TB

T

TB

(9)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Koefisien tekanan tanah aktif,

₌

₍₄₅

∅

2 )

Berat tanah dipadatkan

=

_{17,20 kN M}

Sudut gesek dalam

∅ =

30

Kohesi

=

0 kPa

Faktor reduksi untuk sudut gesek dalam _∅

=

0,70

∅ =

(

_∅

)

=0,70 x 0,50 = 0,35 rad

=

19,29°

Koefisien tekanan tanah aktif

₌

_{( 45 −}

∅

2 )

=

0,335241

Beban tekanan tanah pd plat dinding

= 0,60

=

3.460 kN/m

=

+ (

)

=

22.920 kN/m

6. BEBAN ANGIN (EW)

Faktor Beban Ultimit (KEW) = 1,20

Gaya angin tambahan arah horisontal pada permukaan lantai jembatan akibat beban angin yang meniup kendaraan di atas lantai jembatan dihitung dengan rumus :

= 0,0012

(

) →

,

= 1,20

Kecepatan angin rencana

=

35 ⁄

Beban angin tambahan yang meniup

= 0,0012

(

) =

1,764

⁄

H

Q

TA1

Q

TA1

Q

TA2

_L

Q

TA2

(10)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

bidang samping kendaraan :

Bidang vertikal yang ditiup angin merupakan bidang samping

kendaraan dengan tinggi 2.00 m di atas lantai jembatan.

h =

2,00 m

Jarak antara roda kendaraan

x =

1,75 m

Beban akibat transfer beban angin ke lantai

jembatan,

=

1

2 h

x

=

1,008

⁄

7. PENGARUH TEMPERATUR (ET)

Faktor Beban Ultimit (KET) = 1,20

Untuk memperhitungkan tegangan maupun deformasi struktur yang timbul akibat pengaruh

temperatur, diambil perbedaan temperatur yang besarnya setengah dari selisih antara temperatur maksimum dan temperatur minimum rata-rata pada lantai jembatan.

Temperatur maksimum rata-rata

=

40 °C

QEW QEW h h/2 X TEW

H

L

Q

EW

(11)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Tenaga Ahli Infrastruktur OSP 6 Kalimantan Timur ABDUL ROZAK

Temperatur minimum rata-rata

=

15 °C

Koefisien muai panjang untuk beton

=

1.0E-05

/°C

Modulus elastis beton

=

17912

MP

Perbedaan temperatur pada plat lantai

_{∆ =}

(T

− T

)

2 =

12,50 °C

8. BEBAN GEMPA (EQ)

8.1. BEBAN GEMPA STATIK EKIVALEN

Faktor Beban Ultimit (KET) = 1,20

Beban gempa rencana dihitung dengan rumus :

=

Dimana ……….

=

Gaya geser dasar total pada arah yang ditinjau (kN)

=

Koefisien beban gempa horisontal

=

Faktor kepentingan

=

Berat total struktur yang berupa berat sendiri dan beban mati tambahan

=

Koefisien geser dasar untuk wilayah gempa, waktu getar, dan kondisi tanah

=

Faktor tipe struktur yang berhubungan dengan kapasitas penyerapan energi gempa (daktilitas)

dari struktur jembatan.

Waktu getar struktur dihitung dengan rumus :

= 2

(12)

=

percepatan gra itasi (= 9,80 m det )

⁄

=

kekakuan struktur yang merupakan gaya horisontal yg diperlukan untuk menimbulkan satu

satuan lendutan (kN/m)

Lokasi di wilayah gempa 3.

Kondisi tanah dasar termasuk sedang (medium).

Koefisien geser dasar ( C = 0,18 )

Untuk struktur dg daerah sendi plastis beton bertulang, maka faktor jenis struktur

S = 1.0 x F

dengan,

F = 1.25 - 0.025 x n

dan F harus diambil ≥ 1

F =

faktor perangkaan

n =

jumlah sendi plastis yang menahan deformasi arah lateral. Untuk nilai n = 2 maka

F = 1.25 - 0.025 * n

= 1,200

S = 1.0 * F =

1,200

Koefisien beban gempa horisontal,

K

h

= C x S =

0,216

Untuk jembatan yang memuat > 2000 kendaraan / hari, jembatan pada jalan raya utama atau arteri, dan jembatan dimana terdapat route alternatif, maka diambil factor

kepentingan,

I = 1,00

Gaya gempa

=

Gaya inersia akibat gempa didistribusikan pada joint pertemuan plat lantai dan plat dinding sebagai berikut

=

+

2 +

2 =

42,100 kN

=

9,0936 kN

(13)

8.2. TEKANAN TANAH DINAMIS AKIBAT GEMPA

Gaya gempa arah lateral akibat tekanan tanah dinamis dihitung dengan menggunakan koefisien tekanan tanah dinamis (RKaG) sebagai berikut :

=

(

)

=

(∅ − )

[

1 + (sin ∅ sin(∅ − )

_cos

]

∆

=

−

Tekanan tanah dinamis

=

∆

=

3,00 m

=

0,335241

=

0,216

=

_{17,20 kN M}

∅ =

0,35 rad

=

(

) = 0,21273178

(∅ − ) =

0,98127549

1 + (sin ∅ sin(∅ − )

cos

=

1,02182838

=

(∅ − )

[

1 + (sin ∅ sin(∅ − )

_cos

]

=

0.96031340

∆

=

−

=

0,6250724

=

∆

=

36,285

H

L

T

EQ

T

EQ

(14)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

9. KOMBINASI PEMBEBANAN

NO

JENIS BEBAN

FAKTOR

BEBAN

KOMB -1

KOMB -2

KOMB -3

BEBAN TETAP

1.

Berat sendiri (MS) KMS 1.30 1.30 1.30

2.

Beban mati tambahan (MA) KMA 2.00 2.00 2.00

3.

Tekanan tanah (TA) KTA 1.25 1.25 1.25

BEBAN KENDARAAN

4.

Beban truk "T" (TT) KTT 2.00 1.00

5.

Gaya rem (TB) KTB 2.00 1.00

BEBAN LINGKUNGAN

6.

Beban angin (EW) KEW 1.00 1.20

7.

Pengaruh temperatur (ET) KET 1.00 1.20

8.

Beban gempa statik (EQ) KEQ 1.00

9.

Tekanan tanah dinamis (EQ) KEQ 1.00

10. ANALISIS MEKANIKA STRUKTUR

Analisis mekanika struktur dilakukan dgn komputer menggunakan Program SAP2000 dengan pemodelan

Frame-2D untuk mendapatkan nilai momen, gaya aksial, dan gaya geser. Input data dan hasil analisis struktur

dengan SAP2000 dapat dilihat pada gambar berikut.

Q

EQ

H

Q

EQ

(15)

Beban Mati (MS)

(16)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Beban Truk “T” (TT)

(17)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Tekanan Tanah (TA)

(18)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Pengaruh Temperatus (ET)

(19)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Tekanan Tanah Dinamis Akibat Gempa

(20)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Gambar Bidang Momen Akibat Kombinasi Pembebanan 1 (Komb. 1)

(21)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Gambar Bidang Momen Akibat Kombinasi Pembebanan 3 (Komb. 3)

(22)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Gambar Gaya Gesr Akibat Kombinasi Pembebanan 2 (Komb. 2)

(23)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Gambar Gaya Normal/Aksial Akibat Kombinasi Pembebanan 1 (Komb. 1)

(24)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Gambar Gaya Normal/Aksial Akibat Kombinasi Pembebanan 3 (Komb. 3)

(25)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Jumlah Luas Tulangan Pada Masing – Masing Elemen Box Culvert

(26)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Jumlah Luas Tulangan Lapangan Pada Plat Lantai Box Culvert

(27)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Distribusi Tulangan Di Tiap – Tiap Segmen Plat Dinding Box Culvert

Jumlah Tulangan Dinding Dengan Gaya Geser Terbesar

(28)

KELURAHAN SEMPAJA UTARA, KOTA SAMARINDA

Acuan Normatif :

1. BMS 892 tentang Standar Gorong – Gorong Persegi Beton Bertulang “Departemen Pekerjaan Umum”

2. Pedoman Gambar Standar Pekerjaan Jalan Dan Jembatan “Departemen Pekerjaan Umum”

3. Survai Dan Desain Jembatan (Modul 1) Tentang Beban & Kriteria Perencanaan “Departemen Pekerjaan

Umum”

4. Survai Dan Desain Jembatan (Modul 3) Tentang Desain Geometrik & Bangunan Atas “Departemen Pekerjaan

Umum”

5. Survai Dan Desain Jembatan (Modul 4) Tentang Bangunan Bawah Jembatan “Departemen Pekerjaan Umum”

6. Survai Dan Desain Jembatan (Modul 5) Tentang Oprit & Bangunan Pelengkap “Departemen Pekerjaan

Umum”

7. Survai Dan Desain Jembatan (Modul 6) Tentang Perkiraan Biaya “Departemen Pekerjaan Umum”

8. SK SNI T : 15 – 1991 – 03 Tentang Tata Cara Perhitungan Struktur Untuk Bangunan Gedung

9. N. I. : Perhitungan Struktur Box Culvert