Desain Balok Jembatan Konvensional Dengan Penulangan Fiber Reinforced Polymer (FRP)

Abstrak— Beton sebagai salah satu bahan

bangunan yang banyak digunakan untuk pembangunan gedung memiliki kelemahan dalam menahan gaya tarik, oleh karena itu beton harus diperkuat dengan suatu material lain yang mampu menahan gaya tarik. Baja merupakan material campuran pada beton sehingga menghasilkan komponen struktur beton bertulang yang mampu menahan gaya tarik maupun gaya tekan dengan baik.

Tulangan baja merupakan material yang mudah korosi terutama pada lingkungan yang extreme sehingga memerlukan perawatan untuk menjaga kekuatan beton bertulang terhadap gaya tarik, Dengan adanya kemajuan teknologi di bidang konstruksi khususnya teknologi bahan kini telah ditemukan metode baru dalam mempertahanan ketahanan beton bertulang, dengan ide dasarnya mengganti tulangan pada beton dengan material yang kuat, ringan dan tahan korosi, seperti menggunakan Fiber Reinforced Polymer (FRP).

FRP merupakan bahan yang ringan, memiliki kuat tarik yang tinggi, anti magnetic dan tahan terhadap korosi. Bahan ini dapat digunakan sebagai alternatife pengganti material baja tulangan pada konstruksi beton bertulang atau sebagai material untuk menambah kekuatan konstruksi yang sudah ada.

Penggunaan FRP lebih populer mengingat banyaknya keuntungan yang dapat diperoleh seperti bobot unit yang kecil, mudah diaplikasikan dan ditangani, biaya instalasi dan pemeliharaan yang rendah. Kerugian yang paling prinsip penggunaan FRP sebagai sistim perkuatan adalah harga material yang relatif lebih mahal. Pada situasi tertentu, bagaimanapun, FRP memberikan jalan keluar yang paling ekonomis dalam masalah perkuatan karena secara dramatis dapat menekan biaya tenaga kerja

Dalam Tugas Akhir ini, penulis berusaha untuk mendesain balok jembatan konvensional bentang pendek menggunakan beton bertulangan FRP mengikuti peraturan ACI 440.1R-06.

Kata Kunci: Balok Jembatan Konvensional, FRP, ACI 440.1R-06.

I. PENDAHULUAN

embatan adalah salah satu sarana transportasi yang berfungsi untuk menghubungkan dua bagian jalan yang terputus oleh adanya rintangan-rintangan seperti lembah yang dalam, alur sungai saluran irigasi, selat dan laut. Berdasarkan panjang bentangnya, jembatan dibagi menjadi dua macam yaitu jembatan bentang pendek dan jembatan bentang panjang, dimana bentang pendek disini didefinisikan sebagai jembatan dengan panjang bentang lebih kecil dari 120 meter dan bentang panjang adalah jembatan dengan panjang bentang lebih dari 120 meter.

Jembatan Ciayu merupakan salah satu jembatan yang menghubungkan desa Ranca Buaya dengan desa Pameungpeuk yaitu ruas Jalan Pameungpeuk dan Jalan Cidaun yang terletak pada wilayah Garut selatan. Jembatan yang melintas di atas sungai Cihideung ini memiliki lebar kurang lebih empat meter dengan struktur bangunan atas berupa rangka baja dengan pelat kayu dan abutment jembatan berupa beton bertulang. Jembatan ini dibangun pada tahun 1971, dengan bentang jembatan ± 14 m, maka jembatan ini diklasifikasikan sebagai jembatan bentang pendek.

Dengan perkembangan ekonomi desa Pameungpeuk serta kondisi jembatan Ciayu yang usianya mencapai 42 tahun, Jembatan Ciayu membutuhkan banyak perbaikan dan perawatan untuk mempertahankan kekuatan strukturnya. Saat ini kondisi lantai jembatan sudah kurang layak untuk dilalui kendaraan roda empat dan lebar yang hanya 4 meter dirasa tidak efektif untuk melayani kebutuhan transportasi masyarakat, sehingga perlunya dibangun suatu jembatan baru untuk memenuhi kebutuhan masyarakat yang perkembangan ekonominya semakin meningkat.

Untuk itu akan dicoba mendesain konstruksi jembatan Ciayu baru, lebar sungai yang pendek dan meningkatnya kebutuhan transportasi masyarakat maka dipilih jembatan dengan menggunakan sistem gelagar balok bertulang. Jembatan ini direncanakan memiliki bentang total ± 15 m dan lebar 7,5 meter. Karena lokasi jembatan yang berada < 5KM dari pantai maka

Desain Balok Jembatan Konvensional Dengan

Penulangan Fiber Reinforced Polymer (FRP)

Alfred Lesmana, Prof Tavio ST, MT, Ph.D dan Hidayat Soegihardjo Ir, Dr, MS.

Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

E-mail:

alfredlesman@gmail.com

,

tavio_w@yahoo.com, dekan_ftsp@its.ac.id.

Gambar 2.1 Bentuk Tulangan FRP Baja GFRP CFRP AFRP 7,90 1,25-2,10 1,15-1,60 1,25-1,40 Baja GFRP CFRP AFRP Memanjang, α L 11,7 6,0 s/d 10,0 -9,0 s/d 0,0 -6,0 s/d -2,0 Melintang, α T 11,7 21,0 s/d 23,0 41,0 s/d 58,0 60,0 s/d 80,0

Arah Koefisien termal ekspansi, x 10-6/ºc

*nilai khusus untuk volume fiber kisaran 0.5 s/d 0.7

Baja GFRP CFRP AFRP Kuat tekan nominal (MPa) 276 s /d 517 N /A N /A N /A Kuat tarik (MPa) 483 s /d 690 483 s /d 1600 600 s /d 3690 1720 s /d 2540 Modulus Elastisitas (GPa) 200 35 s/d 51 120 s /d 580 41 s /d 125

*nilai khusus untuk volume fiber kisaran 0,5 s/d 0,7

penulangan balok berton tidak menggunakan baja untuk menambah kekuatan struktur, tetapi menggunakan material yang kuat, ringan dan tahan korosi, seperti menggunakan Fiber Reinforced Polymer (FRP).

II.TINJAUAN PUSTAKA

FRP merupakan bahan yang ringan, memiliki kuat tarik yang tinggi, anti magnetic dan tahan terhadap korosi. Bahan ini dapat digunakan sebagai tulangan pada konstruksi beton ber-tulang, FRP cukup baik untuk pengganti tulangan baja pada beton bertulang dan terbukti kuat digunakan sebagai material untuk me-ningkatkan ketahanan struktur balok, kolom, joint balok kolom dan berbagai struktur lainnya terhadap gempa bumi. FRP mem-punyai kekuatan ultimate yang lebih tinggi dan bobot yang lebih rendah dibandingkan dengan baja sehingga penanganannya secara signifikan menjadi lebih mudah.

FRP yang dijual dipasaran terbuat dari bahan dasar aramid FRP (AFRP), carbon FRP (CFRP), dan glass FRP (GFRP) (ACI 440R). type perkuatan FRP diproduksi dalam bentuk jaring, batang tulangan, lembaran tipis dan tali. Bentuk batang memiliki type yang bervariasi bentuk penampang (kotak, longkaran pejal, dan berongga) dan system deformation (exterior wound fibers, sand coatings, dan separately formed deformations).

A. Sifat fisik

Tabel Perbandingan Densitas Tulangan (ton/m3)

Tabel Koefisien Termal Ekspansi Tulangan

B. Sifat mekanik dan perilaku

Tabel Sifat Tarik Tulangan

III..METODOLOGI

Metodologi Tugas Akhir ini dapat dilihat pada Gambar 1.

1

DIAFRAGMA

2

DIAFRAGMA

3

DIAFRAGMA

4

DIAFRAGMA

5

VOID VOID VOID VOID

PERK. ASPAL 5cm PELAT BETON 20cm BERM 20 cm X 75cm RAILING

500

1500

7500

b.eff t h1 bw H

Gambar 4.1 Penampang Balok Jembatan Ciayu

Tulangan ø (mm) f*fu (Mpa) Ef (GPa) e*fu

Lentur 25,4 597 49,1 0,014

Geser 9,525 765 43,2 0,019

Gambar 4.2 Penampang Balok Jembatan

IV.HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam perencanaan jembatan konvensional ini, gelagar utama dan pelat lantai akan dicor menjadi satu kesatuan (monolid), sehingga balok jembatan akan bersifat sebagai balok T.

Dengan : beff = 1500 mm bw = 500 mm H = 1200 mm t = 200 mm h1 = 1000 mm A. Spesifikasi Bahan Tabel Spesifikasi Beton

Konstruksi Mutu beton fc (Mpa)

Balok

30

Plat lantai

30

Diafragma

25

Sandaran

25

Tabel Spesifasi Tulangan Balok

B. Pembebanan

Berdasarkan buku ―Batan Standar Nasional–RSNI-T02-2005‖ pembebanan yang direncanakan akan berpengaruh besar terhadap desain balok jembatan Ciayu, terdiri dari :

1) Beban berat sendiri (berat mati) dan beban mati tambahan

2) Beban lajur ―D‖ dan beban garis ―KEL‖ 3) Beban pejalan kaki dan beban terpusat ternak

MD ML MD+L VU kN-m kN-m kN-m kN berfaktor 760,10625 1378,0125 2138,11875 94,17 non-faktor 595,40625 765,5625 1360,96875 52,65 Beban Jarak Mu d ɸMn (mm) (kN-m) (mm) (kN-m) 7500 2138.1188 1080 28 2619.0552 0.013 0.0263 O 7000 2084.67 1120 25 2663.0018 0.013 0.0226 O 6500 2018.4938 1120 25 2663.0018 0.013 0.0226 O 6000 1939.59 1080 24 2472.0075 0.013 0.0225 O 5500 1847.9588 1090 22 2427.1955 0.013 0.0205 O 5000 1743.6 1100 20 2361.65 0.013 0.0184 O 4500 1626.5138 1130 17 2098.9649 0.013 0.0152 O 4000 1496.7 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O 3500 1354.1588 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O 3000 1198.89 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O 2500 1030.8938 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O 2000 850.17 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O 1500 656.7188 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O 1000 450.54 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O 500 231.6338 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O 0 0 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O 2_{O: Over-Reinforced} 2 S ta tu s P en u la n g an ∑ bar

Jarak d Vu Vf S (mm) (mm) (kN) (kN) (kN) (mm) 7500 0.25 1080 94.17 112.37 - T 540 7000 0.25 1090 119.625 110.92 - Pmin 440 6500 0.24 1090 145.08 108.82 - Pmin 440 6000 0.23 1100 170.535 104.97 - Pmin 440 5500 0.23 1100 195.99 102.25 - Pmin 440 5000 0.21 1130 221.445 99.26 22.93 P 3794 4500 0.2 1130 246.9 94.66 57.57 P 1511 4000 0.2 1130 272.355 94.66 83.03 P 1048 3500 0.2 1130 297.81 94.66 108.48 P 802 3000 0.2 1130 323.265 94.66 133.94 P 649 2500 0.2 1130 348.72 94.66 159.39 P 546 2000 0.2 1130 374.175 94.66 184.85 P 471 1500 0.2 1130 399.63 94.66 210.30 P 414 1000 0.2 1130 425.085 94.66 235.76 P 369 500 0.2 1130 450.54 94.66 261.21 P 333 0 0.2 1130 475.995 94.66 286.67 P 303 5

P: perlu tulangan geser

Afv= 143 mm2

ffv = 0,7 × 769 = 538,3 M Pa

T: Tidak memerlukan tulangan geser

k

Pmin: perlu tulangan geser minimum

5 K o n d is i

Tabel Momen dan Gaya Geser Tengah Bentang

C. Perhitungan Kontrol Balok Lentur

Menghitung rasio kondisi seimbang tulangan FRP ρ_fb = 0.85β₁

(ACI 440.1R;8-3) rasio tulangan pakai

=

Tegangan FRP saat terjadi kegagalan terhadap beton

[√( ) ]

( ) (ACI 440.1R;8-4a) ( ) = 4029,316 kN-m

Tabel Tulangan Lentur Pakai Pada Balok

Geser

Gaya geser ultimate tengah bentang VU = 94,17 kN

Perlawanan gaya geser dari beton VC = √

= √ = 319919,334 N

Tulangan geser diperlukan untuk menahan gaya geser yang terjadi dan untuk tulangan praktis pengikat tulangan lentur dengan jarak minimum menurut ACI 318-05 nilai terkecil antara d/2 dan 600mm.

Kontrol

= 119969,75 N

Maka tidak diperlukan tulangan untuk menahan gaya geser, pakai tulangan geser tulangan praktis pengikat tulangan lentur dengan jarak terkecil yaitu .

Gambar Penulangan Balok Jembatan

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

PROGAM STUDI S1 TEKNIK SIPIL

NAMA GAMBAR SKALA DOSEN PEMBIMBING

Prof Tavio, ST., MT., Ph.D Hidayat Soegihardjo, Ir. MS, Dr.

NO. GAMBAR MAHASISWA

Alfred Lesmana 3108100129 UKURAN TULANGAN BAWAH SENGKANG TULANGAN ATAS POTONGAN 2, 3, dan 4 h t beff bw 1200 200 1500 500 28 Ø25,4 Ø9,5 - 440 2 Ø25,4 1200 200 1500 500 15 Ø25,4 Ø9,5 - 300 2 Ø25,4

POTONGAN MELINTANG BALOK TENGAH

POTONGAN MELINTANG BALOK TENGAH 1 : 20 _{5 5}

No.

LAPANGAN TUMPUAN D. Hasil Perhitungan

Hasil dari perhitungan diatas menunjukan

perbedaan ke-butuhan tulangan untuk balok tengah, sebagai berikut :

E. Pembanding tulangan lentur baja

Apabila menggunakan baja konvensional mutu fy=400 MPa, kebutuhan tulangan lentur untuk menahan beban yang bekerja pada balok tengah dengan Mu =2138,11875 kN-m dengan penampang b=500mm, d=1000mm, maka memerlukan:

18 ɸ25, Mn = 2839,667 kN-m – under-reinforced; tetapi

35 ɸ25, Mn = 5668,785 kN-m – over-reinforced.

V. KESIMPULAN

Kesimpulan yang didapat setelah dilakukan analisa desain balok jembatan menggunakan tulangan fiber reinforced polymer (FRP) adalah sebagai berikut :

 Dengan kekuatan tarik FRP yang besar, maka rasio kondisi seimbang penulangan menggunakan FRP akan selalu lebih kecil bila dibandingkan dengan rasio penulangan menggu-nakan baja konvensional pada ondisi seimbang.

 Penulangan yang menggunakan tulangan FRP mengharus-kan penampang didesain over-reinforced, sehingga jumlah tulangan pakai akan sama atau lebih banyak dari perkuatan menggunakan tulangan baja yang didesain under-reinforced.

 Desain penulangan menggunakan FRP harus bersifat over-reinforced karena FRP tidak memiliki batas leleh saat mencapai beban ultimate.

Berat struktur menggunakan penulangan FRP akan lebih ringan, karena berat jenis FRP yang hanya sebesar ± berat jenis baja, sehingga secara signifikan berat struktur akan bertambah ringan

VI DAFTAR PUSTAKA

Alami, Fikri. 2010 Perkuatan Lentur Balok Beton

Bertulang Dengan Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP). Prosiding Seminar dan Pameran

Haki 2010 - ― Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia‖

American Concrete Institute, 2005. BUILDING CODE

REQUIREMENTS FOR STRUCTURAL

CONCRETE AND COMMENTARY, ACI 318M-05.

Badan Standard Nasional. 2005. PEMBEBANAN

Badan Standard Nasional. 2004. PERENCANAAN

STRUKTUR BETON UNTUK

JEMBATAN (RSNI T-12-2004).

Bank, Lawrece C. 2006. Composites for Construcrion:

Structural Design with FRP Material, Canada:

John Wiley & Sons, Inc.

Chair, John P B. 2006. Guide for the Design and

Construction of Structural

Concrete

Reinforced with FRP Bars , America: ACI

Cimmittee 440

Kader, Suardana. 2012. KINERJA BALOK BETON

BERTULANG DENGAN PERKUATAN LENTUR LEMBAR CFRP YANG DIVARIASI MENURUT MUTU BETON DAN DALAM JUMLAH LAPIS LEMBAR CFRP, Bali: Jurusan

Teknik Sipil Politeknik Negeri Bali

Pandia, Andreas. 2010. Perilaku Balok Bertulang Yang

Diberi Perkuatan Geser Menggunakan Lembaran Woven Carbon Fiber. Sumatra Utara: Jurusan

Teknik Sipil USU

Victor, D. Johnson. 1980. ESSENTIALS OF

BRIDGE ENGINEERING.

Azwarudin.blogspot.com/2008/02/pengertian-jembatan.html?m=1