OPTIMALISASI STRUKTUR RANGKA JEMBATAN RANGKA BATANG BAJA TIPE WARREN

OPTIMALISASI STRUKTUR RANGKA

JEMBATAN RANGKA BATANG BAJA TIPE WARREN

Mahasiswa

Risman Widiantoro

NRP 3110 040 609

Dosen Pembimbing I

DR. Ridho Bayuaji, S.T., M.T

NIP 19730710 199802 1 002

Dosen Pembimbing II

Ir. M. Sigit Darmawan, M.Eng.Sc., Ph.D

NIP 19630726 198903 1 003

TUGAS AKHIR

ABSTRAK

Pada laporan ini akan dilakukan optimalisasi struktur rangka jembatan

rangka batang tertutup tipe warren. Analisis efisiensi perlu dilakukan dalam

merencanakan suatu jembatan agar jembatan yang akan dibangun menjadi

ekonomis dengan tidak mengabaikan peraturan yang berlaku. Jembatan yang

dianalisis adalah jembatan rangka batang tertutup tipe warren dengan lebar

jembatan 9,4m. Dengan memvariasikan variabel yang ada seperti panjang

jembatan dan tinggi jembatan. Dimana panjang jembatan (L) yang digunakan

adalah antara 30m, 35m, 40m, 45m, 50m, 55m, 60m, 65m, 70m, 75m dan

80m, tinggi jembatan (H) yang digunakan adalah 6m, 7m, 8m, dan interval (λ)

yang digunakan adalah 5m. Proses analisis dilakukan dengan cara membuat

model jembatan dengan variasi panjang jembatan. Kemudian melakukan

pembebanan pada jembatan sesuai dengan peraturan yang berlaku. Setelah

itu akan didapatkan model jembatan yang efisien dimana jembatan tersebut

memiliki berat yang paling ringan namun elemen-elemen dari jembatan juga

mampu memikul beban-beban yang telah direncanakan.

ABSTRAK (Lanjutan)

Peraturan yang digunakan dalam studi ini adalah RSNI T-02-2005

tentang “Standard Pembebanan Untuk Jembatan”, RSNI T-12-2004 tentang

“Perencanaan Struktur Beton Untuk Jembatan”, dan RSNI T-03-2004 tentang

“Perencanaan Struktur Baja Untuk Jembatan”.

Dari hasil studi ini diharapkan diperoleh data berupa grafik rasio berat

total rangka jembatan dengan bentang. Sehingga dari hasil grafik tersebut

dapat diketahui model jembatan rangka batang tertutup tipe warren yang

efektif.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

1.2 RUMUSAN MASALAH

1.3 BATASAN MASALAH

1.1 LATAR BELAKANG

Jembatan rangka batang tipe warren muncul pada tahun 1848 yang dipatenkan oleh James Warren dan Willooughby Theobald Monzani di Britania Raya. Tipe jembatan ini tidak memiliki batang vertikal pada bentuk rangkanya melainkan bentuk segitiga sama kaki atau sama sisi. Struktur rangkanya terdiri dari batang horizontal atas, batang horizontal bawah dan batang diagonal. Untuk batang horizontal atas mengalami gaya tekan, batang horizontal bawah mengalami gaya tarik, sedangkan batang diagonalnya sebagian mengalami gaya tekan dan sebagiannya lagi mengalami gaya tarik.

Berdasarkan “ Trusses A Study By The Historic American Engineering Record” tahun 1976 disebutkan bahwa jembatan rangka batang dengan tipe warren mampu bekerja maksimal dengan range bentang 15m - 120m.

1.1 LATAR BELAKANG (Lanjutan)

Dari permasalahan itu semua, dalam studi ini akan dilakukan optimalisasi struktur rangka tipe warren dengan memvariasikan bentang yaitu 30m sampai 80m dengan interval 5m dan tinggi rangka adalah 6m, 7m dan 8m, hal ini bertujuan untuk mencari berat optimum dari struktur rangka warren.

Sebagai perwujudan dari itu semua dalam studi ini diharapkan diperoleh data berupa grafik rasio berat total rangka jembatan dengan bentang. Sehingga dari hasil grafik tersebut dapat diketahui model jembatan rangka batang tertutup tipe warren yang efektif.

1.2 RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan permasalahan utama diatas, maka perlu perincian masalah

secara mendetail supaya dapat diketahui skala prioritas dan urutan kerjanya,

yang meliputi :

• Bagaimana cara melakukan pra desain, memodelkan serta menganalisis

struktur atas jembatan rangka batang tertutup tipe warren.

• Bagaimana optimalisasi struktur rangka jembatan rangka batang tipe

warren.

• Bagaimana menghitung berat total struktur atas jembatan.

• Bagaimana membuat grafik rasio berat total struktur rangka jembatan

dengan bentang.

1.3 BATASAN MASALAH

Dalam penyusunan laporan ini terdapat batasan masalah dikarenakan keterbatasan kemampuan dan waktu pengerjaan, yaitu sebagai berikut :

• Jembatan yang digunakan jembatan rangka baja tertutup dengan tipe warren dengan lebar jembatan 9,4m, dimana lebar lantai kendaraan adalan 7m dan lebar trotoar 2x1m.

• Variasi bentang (L) yang digunakan adalah 30m, 35m, 40m, 45m, 50m, 55m, 60m, 65m, 70m, 75m dan 80m.

• Tinggi jembatan (H) yang digunakan adalah 6m, 7m dan 8m. Interval (λ) yang digunakan adalah 5m.

• Untuk portal akhir dan ikatan angin akan dilakukan pengecekan dengan progam bantu SAP2000 dengan melihat rasio kapasitas penampang.

• Tidak meninjau sambungan jembatan rangka.

• Tidak meninjau analisis biaya dan metode pelaksanaan.

1.4 TUJUAN DAN MANFAAT

• Adapun tujuan dari studi ini adalah mencari berat optimum dari struktur

jembatan rangka tipe warren dari hasil grafik rasio berat struktur rangka

jembatan dengan bentang.

• Manfaat dari analisis diatas akan diperoleh data berupa grafik rasio berat

struktur rangka jembatan dengan bentang. Sehingga dari hasil grafik

tersebut dapat diketahui model jembatan rangka batang tertutup tipe

warren yang memiliki berat optimum.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Jembatan

2.2

Jembatan Rangka Batang Tipe Warren

2.3

Pembebanan pada Jembatan

2.4

Kombinasi Pembebanan

BAB III METODOLOGI

3.1 Data Jembatan

– Tipe jembatan yang dihitung pada studi ini adalah jembatan rangka

batang tertutup dengan tipe warren.

– Lebar jembatan yang digunakan (B) adalah 9,4m. Dimana 7m lebar lantai

kendaraan dan 2x1m lebar trotoar.

– Variasi bentang yang digunakan (L), yaitu:

30m, 35m, 40m, 45m, 50m, 55m, 60m,

65m, 70m, 75m dan 80m

– Variasi tinggi yang digunakan (H), yaitu:

6m, 7m dan 8m

– Interval yang digunakan (λ), yaitu:

5m

BAB III METODOLOGI (Lanjutan)

3.2.2 Data Bahan

Mutu bahan yang digunakan adalah :

• Mutu Beton K300

• Mutu Baja BJ 41

Tegangan putus (f

_u

)

= 410 Mpa

BAGAN ALIR

MULAI

STUDI LITERATUR

PRA DESAIN ELEMEN JEMBATAN

ANALISIS PEMBEBANAN : • BEBAN MATI TAMBAHAN • BEBAN HIDUP

• BEBAN ANGIN

A B

BAGAN ALIR (Lanjutan)

SELESAI

ANALISIS GAYA DALAM PERHITUNGAN PROFIL RANGKA

A B

REAKSI ADA < φ KAPASITAS PENAMPANG

BERAT STRUKTUR ATAS JEMBATAN GRAFIK OPTIMALISASI JEMBATAN WARREN

MEMENUHI

TIDAK MEMENUHI

PERMODELAN JEMBATAN

Model Rangka Jembatan

Model Ikatan Angin Atas Jembatan

PERMODELAN JEMBATAN (Lanjutan)

Model Portal Jembatan

Model 3D Jembatan

PEMBEBANAN JEMBATAN

1. BEBAN MATI

Faktor beban ultimit : K_MS = 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 elemen struktural yang dimodelkan seperti lantai kendaraan, gelagar, rangka utama, serta ikatan angin dihitung secara otomatis oleh program bantu SAP 2000.

PEMBEBANAN JEMBATAN

B. BEBAN MATI TAMBAHAN

Faktor beban ultimit : K_MA = 2.0. Beban mati tambahan ( superimposed

dead load ), adalah berat seluruh bahan yang menimbulkan suatu beban

pada jembatan yang merupakan elemen non-struktural, dan besarnya bisa berubah selama umur jembatan.

No Beban t (m) x ϒ (KN/m3)

q_MA (KN/m2) 1 Aspal 0.05 x 22 1.10 2 Genangan air _hujan 0.05 x 9.8 0.49 3 Trotoar 0.2 x 24 4.80

PEMBEBANAN JEMBATAN

2. BEBAN LALU LINTAS

A. BEBAN LAJUR “D”

Faktor beban ultimit : K_TD = 1.8. Beban lalu – lintas untuk perencanaan jembatan terdiri dari beban lajur ”D” dan beban truck ”T”.

BEBAN TERBAGI RATA (BTR)

No Bentang (m) q_TTD(BTR) (KN/m2) 1 30 9,00 2 35 8,36 3 40 7,88 4 45 7,50 5 50 7,20 6 55 6,95 7 60 6,75 8 65 6,58 9 70 6,43 10 75 6,30

PEMBEBANAN JEMBATAN

BEBAN GARIS (BGT)

Dengan intensitas p kN/m harus ditempatkan tegak lurus dari arah lalu–lintas pada jembatan. Besarnya intensitas p adalah 49.0 kN/m.

PEMBEBANAN JEMBATAN

PEMBEBANAN JEMBATAN

3. BEBAN AKIBAT GAYA REM

Faktor beban ultimit : K_TB = 1,8. Pengaruh percepatan dan pengereman dari lalu

– lintas harus diperhtungkan sebagai gaya dalam arah memanjang, dan dianggap bekerja pada permukaan lantai kendaraan

No Bentang (m) Gaya rem (KN) 5%xBeban "D" (KN) PTTB (KN) 1 30 76,00 111,65 3,19 2 35 87,00 119,53 2,99 3 40 98,00 127,40 2,83 4 45 109,00 135,28 2,71 5 50 120,00 143,15 2,60 6 55 131,00 151,03 2,52 7 60 142,00 158,90 2,44 8 65 153,00 166,78 2,38 9 70 164,00 174,65 2,33 10 75 175,00 182,53 2,28 11 80 186,00 190,40 2,24

PEMBEBANAN JEMBATAN

4. BEBAN PEJALAN KAKI

Faktor beban ultimit : K_TP = 1,8. Jembatan pejalan kaki dan trotoar pada

jembatan jalan raya harus direncanakan untuk memikul beban per m2 _{dari luas}

yang dibebani No Bentang (m) q_TTP (KN/m2) 1 30 4,34 2 35 4,18 3 40 4,01 4 45 3,85 5 50 3,68 6 55 3,52 7 60 3,35 8 65 3,19 9 70 3,02 10 75 2,86 11 80 2,69

PEMBEBANAN JEMBATAN

5. BEBAN ANGIN

Beban angin harus dianggap bekerja secara merata pada seluruh bangunan atas. Dan apabila suatu kendaraan sedang berada diatas jembatan, beban garis merata tambahan arah horizontal harus diterapkan pada permukaan lantai. Untuk jembatan rangka luas ekivalen ini dinggap 30% dari luas yang dibatasi oleh batang – batang bagian luar.

T_EW2

PEMBEBANAN JEMBATAN

5. BEBAN ANGIN

No L (m) H (m) Ab

(m2) TEW1 (KN) TEW2 (KN/m) Top Joint (KN)

Bottom Joint (KN) 1 30 6 49,50 43,66 1,76 3,36 12,18 7 57,75 50,94 1,76 3,92 12,74 8 66,00 58,21 1,76 4,48 13,30 2 35 6 58,50 51,60 1,76 3,44 12,26 7 68,25 60,20 1,76 4,01 12,83 8 78,00 68,80 1,76 4,59 13,41 3 40 6 67,50 59,54 1,76 3,50 12,32 7 78,75 69,46 1,76 4,09 12,91 8 90,00 79,38 1,76 4,67 13,49 4 45 6 76,50 67,47 1,76 3,55 12,37 7 89,25 78,72 1,76 4,14 12,96 8 102,00 89,96 1,76 4,73 13,55 5 50 6 85,50 75,41 1,76 3,59 12,41 7 99,75 87,98 1,76 4,19 13,01 8 114,00 100,55 1,76 4,79 13,61 6 55 6 94,50 83,35 1,76 3,62 12,44 7 110,25 97,24 1,76 4,23 13,05 8 126,00 111,13 1,76 4,83 13,65 7 60 6 103,50 91,29 1,76 3,65 12,47 7 120,75 106,50 1,76 4,26 13,08 8 138,00 121,72 1,76 4,87 13,69 8 65 6 112,50 99,23 1,76 3,68 12,50 7 131,25 115,76 1,76 4,29 13,11 8 150,00 132,30 1,76 4,90 13,72 9 70 6 121,50 107,16 1,76 3,70 12,52 7 141,75 125,02 1,76 4,31 13,13 8 162,00 142,88 1,76 4,93 13,75 10 75 6 130,50 115,10 1,76 3,71 12,53 7 152,25 134,28 1,76 4,33 13,15 8 174,00 153,47 1,76 4,95 13,77

KOMBINASI PEMBEBANAN JEMBATAN

No Nama Aksi Simbol Lama

Waktu Faktor Beban Daya Layan K_S Ultimit K_U Normal Terkurangi

1 Berat Sendiri P_MS Tetap 1,0 1,3 0,9

2 Berat Tambahan P_MA Tetap 1,0 2,0 0,7

3 Beban Lajur 'D' T_TD Trasien 1,0 1,8

-4 Beban Truck 'T' T_TT Trasien 1,0 1,8 -

5 Beban Pejalan Kaki T_TP Trasien 1,0 1,8

-6 Gaya Rem T_TB Trasien 1,0 1,8 -

-KOMBINASI PEMBEBANAN JEMBATAN

Kombinasi 1 : 1,3 P_MS + 2,0 P_MA + 1,8 T_TD + 1,8 T_TB + 1,0 T_EW Kombinasi 2 : 1,3 P_MS + 2,0 P_MA + 1,8 T_TT + 1,8 T_TB + 1,0 T_EW Kombinasi 3 : 1,3 P_MS + 2,0 P_MA + 1,2 T_EW + 1,0 T_TD + 1,0 T_TB Kombinasi 4 : 1,3 P_MS + 2,0 P_MA + 1,2 T_EW + 1,0 T_TT + 1,0 T_TB Kombinasi 5 : 1,3 P_MS + 2,0 P_MA + 1,8 T_TP + 1,0 T_TD + 1,0 T_TB Kombinasi 6 : 1,3 P_MS + 2,0 P_MA + 1,8 T_TP + 1,0 T_TT + 1,0 T_TB

KOMBINASI PEMBEBANAN JEMBATAN

KOMBINASI BEBAN LAYAN

Kombinasi 1 : 1,0 P_MS + 1,0 P_MA + 1,0 T_TD + 1,0 T_TB Kombinasi 2 : 1,0 P_MS + 1,0 P_MA + 1,0 T_TT + 1,0 T_TB Kombinasi 3 : 1,0 P_MS + 1,0 P_MA + 1,0 T_EW + 1,0 T_TD + 0,7 T_TB Kombinasi 4 : 1,0 P_MS + 1,0 P_MA + 1,0 T_EW + 1,0 T_TT + 0,7 T_TB Kombinasi 5 : 1,0 P_MS + 1,0 P_MA + 1,0 T_TP + 1,0 T_TD + 0,7 T_TB Kombinasi 6 : 1,0 P_MS + 1,0 P_MA + 1,0 T_TP + 1,0 T_TT + 0,7 T_TB

PERENCANAAN GELAGAR

MULAI Pembebanan Pilih Profil Gelagar Memanjang Gelagar Melintang Lebar efektif pelat

Garis netral komposit A

Reaksi yang Terjadi

PERENCANAAN GELAGAR

 Periksa Penampang Lentur

 Mn = Zx.fy                             p L r L b L r L r M p M r M b C Mn .  x L I E λ Q 384 5 4    x 1 I E L P 48 1 3   A  Periksa Penampang Geser Vn = 0,6 x fy x Aw B

Kontrol Design Tidak Memenuhi SELESAI

PERENCANAAN RANGKA TIPE WARREN

MULAI Pembebanan Reaksi yang Terjadi

Pilih Profil C  Periksa penampang  λ= k.L/i  E c fy      ω  Pn = Ag.fy/ω

Batang Tarik Batang Tekan

λmaks < 240

 Pn = Ag.fy

 Pn = Ae.fu A

PERENCANAAN RANGKA TIPE WARREN

A B C

Kontrol Design _Memenuhi Tidak Memenuhi

BERAT RANGKA TIPE WARREN (TON)

Bentang (m)

Berat Rangka (Ton)

H=6m

H=7m

H=8m

30

17,05

18,08

19,82

35

24,52

24,97

27,03

40

32,95

34,11

35,54

45

42,81

41,81

40,25

50

54,86

53,27

55,34

55

61,11

64,66

65,35

60

89,20

75,68

80,08

65

111,19

98,05

94,13

70

126,82

105,52

111,10

75

146,59

147,87

157,30

179,44

181,44

164,95

RASIO BERAT TERHADAP BENTANG (TON)

Bentang (m)

Rasio Berat Rangka

H=6m

H=7m

H=8m

30

0,568

0,603

0,661

35

0,701

0,713

0,772

40

0,824

0,853

0,889

45

0,951

0,929

0,894

50

1,097

1,065

1,107

55

1,111

1,176

1,188

60

1,487

1,261

1,335

65

1,711

1,509

1,448

70

1,812

1,507

1,587

75

1,955

1,972

2,097

80

2,243

2,268

2,062

RASIO BERAT TERHADAP LUASAN RANGKA (TON)

Bentang

(m)

Berat / Luas Rangka

H=6m

H=7m

H=8m

A

Rasio

A

Rasio

A

Rasio

30

90,00

0,189

105,00

0,172

120,00

0,165

35

105,00

0,234

122,50

0,204

140,00

0,193

40

120,00

0,275

140,00

0,244

160,00

0,222

45

135,00

0,317

157,50

0,265

180,00

0,224

50

150,00

0,366

175,00

0,304

200,00

0,277

55

165,00

0,370

192,50

0,336

220,00

0,297

60

180,00

0,496

210,00

0,360

240,00

0,334

65

195,00

0,570

227,50

0,431

260,00

0,362

70

210,00

0,604

245,00

0,431

280,00

0,397

75

225,00

0,652

262,50

0,563

300,00

0,524

80

240,00

0,748

280,00

0,648

320,00

0,515

RASIO BERAT TERHADAP PANJANG RANGKA (TON)

Bentang (m)

Berat/Panjang Rangka

H=6m

H=7m

H=8m

30

0,0641

0,0627

0,0637

35

0,0786

0,0738

0,0741

40

0,0920

0,0879

0,0850

45

0,1060

0,0955

0,0853

50

0,1219

0,1093

0,1054

55

0,1232

0,1204

0,1129

60

0,1646

0,1290

0,1266

65

0,1891

0,1540

0,1372

70

0,2000

0,1538

0,1503

75

0,2156

0,2009

0,1984

80

0,2472

0,2309

0,1949

LENDUTAN

Bentang (m)

Lendutan (cm)

H=6m

H=7m

H=8m

∆ ijin

30

1,5841

1,4954

1,4381

3,75

35

1,8898

1,7855

1,7250

4,375

40

2,3040

2,1695

2,0925

5

45

2,7241

2,5888

2,6298

5,625

50

3,2151

3,0472

2,8736

6,25

55

4,1714

3,5151

3,3197

6,875

60

4,0396

4,3346

3,7993

7,5

65

4,4236

4,4131

4,2753

8,125

70

5,2391

5,5949

4,8455

8,75

75

5,9863

5,9438

4,9584

9,375

80

6,4162

5,4834

5,4828

10

PMM RATIO MAKSIMUM

Bentang (m)

PMM Ratio Maksimum

H=6m

H=7m

H=8m

30

0,950

0,950

0,950

35

0,949

0,949

0,950

40

0,947

0,949

0,948

45

0,946

0,950

0,950

50

0,950

0,950

0,949

55

0,949

0,950

0,949

60

0,949

0,949

0,950

65

0,949

0,950

0,949

70

0,950

0,950

0,950

75

0,950

0,950

0,949

80

0,950

0,936

0,936

PMM RATIO RATA RATA

Bentang (m)

PMM Ratio Rata-rata

H=6m

H=7m

H=8m

30

0,839

0,823

0,814

35

0,839

0,825

0,812

40

0,865

0,840

0,859

45

0,854

0,852

0,837

50

0,886

0,872

0,851

55

0,832

0,859

0,843

60

0,859

0,853

0,857

65

0,851

0,868

0,865

70

0,888

0,878

0,872

75

0,887

0,893

0,886

80

0,900

0,869

0,860

PMM RATIO MINIMUM

Bentang (m)

PMM Ratio Minimum

H=6m

H=7m

H=8m

30

0,372

0,370

0,370

35

0,358

0,293

0,249

40

0,358

0,356

0,354

45

0,415

0,336

0,282

50

0,338

0,337

0,337

55

0,119

0,255

0,119

60

0,267

0,266

0,266

65

0,133

0,280

0,334

70

0,257

0,255

0,256

75

0,239

0,393

0,492

80

0,249

0,216

0,211

KESIMPULAN

Dari hasil grafik berat total rangka jembatan rangka batang tipe warren dapat disimpulkan bahwa model rangka yang memiliki berat optimum diantaranya tinggi = 6m bentang yang efektif adalah 30m, 35m, 40m, 45m, 50m dan 55m. untuk tinggi = 7m bentang yang efektif adalah 60m, 65m, 70m dan 75m. Sedangkan untuk tinggi = 8m bentang efektifnya adalah 80m.

DAFTAR PUSTAKA

Agarwal, Pranab. 2005. Conceptual Design of Long Span Trusses Using Multi Stage Heuristics. The Office of Graduate Studies of Texas A&M University.

Badan Litbang PU Departement Pekerjaan Umum. 2004. Perencanaan Struktur Beton

Jembatan (RSNI T-12-2004). Jakarta : Badan Standardisasi Nasional (BSN).

Badan Litbang PU Departement Pekerjaan Umum. 2005. Perencanaan Struktur Baja

Jembatan (RSNI T-03-2005). Jakarta : Badan Standardisasi Nasional (BSN).

Badan Litbang PU Departement Pekerjaan Umum. 2005. Standar Pembebanan Untuk

Jembatan (RSNI T-02-2005). Jakarta : Badan Standardisasi Nasional (BSN).

Badan Litbang PU Departement Pekerjaan Umum. 2009. Pemeriksaan Jembatan

DAFTAR PUSTAKA (Lanjutan)

Google, Sites . 2012. Five Types of Bridges. Online, (https://sites.google.com /a/wyckoff schools.org /stem-grade-8/2-types-of-bridges)

Gunawan, Rudi. 1987. Tabel Profil Konstruksi Baja. Yogyakarta : Kanisius.

Historical American Engineer Record. 1976. Trusses A Study By The Historical American

Engineering Record. Washington D.C : National Park Service.

O. Hasancebi dan E. Dogan. 2010. Optimizing Single-Span Steel Truss Bridges With

Simulated Annealing. Asian Journal Of Civil Engineering (Building and Housing)

Vol. 11, No. 6 Pages 763-775

Supriyadi, Bambang dan Agus S.M. 2007. Jembatan. Yogyakarta : Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada.

Syauqi, Fian. 2012. Jembatan Rangka Batang, (http://fiancivilian.blogspot. com /2012/07/ jembatan-rangka-batang-truss-bridge)