Mata Kuliah Struktur Jembatan :
I. Umum :
Jembatan adalah merupakan salah satu bagian dari bangunan sipil yang berfungsi untuk menghubungkan dua wilayah yang terputus karena adanya rintangan seperti lembah yang curam, alur sungai atau rintangan-rintangan lain yang tidak memungkinkan untuk dibuatkan jalan penghubung secara langsung. Berdasarkan penjelasan di atas maka jembatan mempunyai beberapa manfat yaitu :
- Sebagai alat untuk penyeberangan - Sebagai sarana infrastrukrur trasportasi
- Sebagai penghubung dua ruas jalan yang dilalui oleh suatu rintangan
- Meningkatkan perekonomian wilayah karena akses untuk mengangkut barang dan permintaan jasa menjadi lebih mudah.
Jembatan juga dapat dibedakan berdasarkan fungsi dan jenis beban yang bekerja diatasnya yaitu : 1. Jembatan pejalan kaki atau jembatan penyeberangan (pedetrian bridge).
Jembatan pejalan kaki atau jembatan penyeberangan merupakan salah satu fasilitas pejalan kaki yang bertujuan untuk memisahkan secara fisik pejalan kaki yang menyeberang jalan raya dan lalulintas kendaraan
2. Jembatan jalan raya (highway bridge)
Jembatan jalan raya merupakan bagian dari infrastruktur transportasi darat yang berfungsi untuk menghubungkan dua ruas jalan yang terhalang oleh suatu rintangan. Jembatan jalan raya harus dirancang mampu memikul beban hidup lalu lintas kendaraan baik kendaraan ringan maupun kendaraan berat.
3. Jembatan jalan kereta api (railway bridge)
Jembatan kereta api merupakan jembatan yang hanya dukhususkan untuk lalulintas kereta api.
Struktur jembatan harus dirancang untuk menahan beban dinamis yang berasal dari kereta api.
Bagian-bagian jembatan jalan raya dan fungsinya :
Struktur bangunan pada jembatan dibagi menjadi dua bagian yaitu struktur bagian atas dan struktur bagian bawah.
a. Struktur bangunan atas :
- Sandaran : berfungsi untuk pengamanan pejalan kaki yang melintasi jembatan
- Trotoar jembatan : trotoar adalah bagian dari lantai jembatan yang berfungsi untuk pejalan kaki yang melintasi jembatan
- Plat lantai kendaraan : plat lantai kendaraan terbuat dari beton bertulang dan berfungsi untuk menerima beban hidup roda kendaraan secara langsung ( beban T)
- Gelagar melintang jembatan : struktur balok arah melintang jembatan, yang dipasang pada jarak- jarak tertentu pada arah memanjang jembatan dan berfungsi sebagai balok pengaku gelagar memanjang jembatan. Pada jembatan beton bertulang dan jembatan rangka batang, penempatan gelagar melintang jadi satu kesatuan dengan plat lantai kendaraan sehingga disamping sebagai pengaku gelagar memanjang , gelagar melintang berfungsi menerima beban hidup kendaraan (beban “T” atau beban “D”)
- Gelagar memanjang jembatan : gelagar memanjang merupajan struktur utama dari bangunan atas jembatan. Fungsi gelagar memanjang adalah untuk menerima seluruh beban dari bangunan atas jembatan, baik beban mati dan beban hidup yang bekerja pada bangunan atas (termasuk beban hidup kendaraan) dan meneruskan beban tersebut ke bangunan bawah jembatan.
- Tumpuan gelagar memanjang : komponen struktur yang menerima reaksi dari gelagar memanjang dan meneruskan beban tersebut ke bangunan bawah yaitu abutment atau pilar jembatan
b. Struktur bangunan bawah
- Struktur abutment : abutment adalah struktur bangunan bawah yang terletak di sebelah kiri dan kanan jembatan dan merupakan tumpuan dari gelagar memanjang jembatan. Abutment berfungsi untuk merima beban dari gelagar memanjang dan meneruskannya ke pondasi jembatan. Diamping itu abutment berfungsi sebagai dinding penahan yang menahan tanah dibelakang abutment
- Pilar jembatan : Apabila jembatan lebih dari satu bentang maka untuk menghubungkan kedua bangunan atas tersebut diperlukan struktur penghubung yang disebut dengan pilar jembatan.
Fungsi lain dari pilar jembatan adalah untuk meneruskan kedua beban bangunan atas tersebut ke pondasi jembatan
- Pondasi jembatan :pondasi adalah merupakan bagian paling bawah dari jembatan yang berhubungan langsung dengan tanah. Pondasi berfungsi untuk meneruskan beban dari seluruh beban yang bekerja pada jembatan ke tanah dibawah pondasi. Jenis-jenis pondasi pada jembatan dapat bermacam-macam tergantung dari daya dukung tanag dibawah pondasi.
-
gelagar jembatan tanah
urug padat
Gambar potongan memanjang jembatan
tanah urug padat pagar jembatan pagar jembatan
oprate bt. bertulang sandaran
jembatan
abutment abutment
pile cap tinggi ruang bebas
MAN MBB
pile cap
sumuran tiang pancang
lantai kendaraan tumpuan
Gambar denah struktur bangunan atas jembatan Plat lantai kendaraan Gelagar memanjang
gelagar melintang trotoar
Gambar potongan melintang jembatan baja
Gambar penampang balok T bt. bertulang
Gambar potongan melintang jembatan beton prategang non komposit
Gambar penampang baja komposit Plat beton bertulang
Profil baja Shear conector
Plat beton bertulang
Gambar penmpang komposit bt. prategang Beton prategang Shear conector
Gambar penmpang komposit bt. prategang non komposit
Beton prategang
Trotoar
b b b b
lajur kendaraan (1 lajur = 2,75 m)
gelagar melintang Plat lantai kendaraan
tiang sandaran
gelagar utama
lebar lantai kendaraan = nb
Gambar potongan melintang jembatan beton bertulang Trotoar
Gambar potongan melintang jembatan beton prategang komposit
Data-data yang diperlukan untuk perencanaan jembatan : Profil sungai :
- Profil sungai adalah penampang melintang sungai yang dipakai untuk menentukan bentang jembatan.
- Bentuk profil sungai dapat berupa sungai dengan profil sungai curam, landai, lebar, sempit atau dapat berupa kombinasi dari profil sungai yang sudah disebutkan diatas.
- Profil sungai dipakai untuk menentukan pemilihan jenis struktur dan bahan yang dipakai pada saat perancangan jembatan.
Data muka air
- Muka air normal (MAN) ( muka air normal) : permukaan air sungai kondisi normal - Muka air banjir (MAB) ( muka air banjir) :
Permukaan air sungai kondisi banjir, dihitung berdasarkan perhitungan hidrologi kala ulang 50 tahun atau 100 tahun tegantung dari luas DAS yang mempengaruhi debit air sungai dilokasi dimana jembatan akan dibangun.
Tinggi ruang bebas :
Tinggi ruang bebas diukur dari bagian bawah gelagar jembatan sampai dengan muka air banjir dan mempunyai beberapa fungsi diantaranya :
- menjaga supaya tepi bawah gelagar tidak terendam air pada saat terjadi banjir
- menghindari hanyutan yang terbawa saat terjadi banjir tidak menabrak gelagar jembatan yang dapat menyebabkan kerusakan jembatan.
- untuk menentukan tinggi elevasi antara muka air banjir pada sungai dan tepi bawah gelagar jembatan untuk menghidari tumbukan antara hanyutan dan balok jembatan.
- Untuk ruang bebas lalu lintas air atau lalulintas darat yang lewat dibawah jembatan tersebut.
Data tanah :
Data tanah berupa data tanah laboratorium dan data tanah lapangan yang berfungsi untuk menentukan jenis pondasi dan kedalaman pondasinya untuk mendukung seluruhbeban yang bekerja pada jembatan.
Pemilihan struktur utama berdasarkan profil sungai : Gambar potongan melintang jembatan box baja atau
box beton prategang
MAB MAN
Bila profil sungai curam, pemilihan struktur utama jembatan dapat berupa balok/girder dari str. beton bertulang, struktur baja atau struktur beton prategang tergantung lebar sungai
Gambar penmpang box baja atau beton prategang
MAN MAB
bila profil sungai landai/dangkal , pemilihan struktur utama jembatan dapat berupa struktur rangka batang baja
MAB MAN
bila profil sungai lebar dan curam dengan aliran sungai tenang/lambat , pemilihan struktur utama jembatan dapat berupa balok/girder dari str beton bertulang, beton prategang atau struktur baja
MAB MAN
Bila profil sungai lebar dan curam dengan aliran sungai deras , penempatan abutment diletakkan di tepi sungai untuk menghindari tekanan aliran air pada saat terjadi banjir
MAN MAB
Bila profil sungai lebar dan dipakai untuk lalu lintas kendaraan, struktur utama jembatan dapat berupa busur rangka baja atau busur beton prategang
q KN/m
II. Pembebanan Bangunan Atas Jembatan : a. Beban mati :
Beban dapat berasal dari berat struktur atau komponen non struktur Macam-macam beban mati :
- Berat gelagar utama : berupa beban merata (qD)
- Berat pelat lantai kendaraan : berupa beban merata (qD) - Berat gelagar lintang : berupa beban titik (PD)
- berat aspal (qD) b. Beban hidup :
1. Beban hidup air hujan : berupa beban merata (qh) 2. Beban hidup lalu lintas : (SNI 1725 : 2016)
Beban lalu lintas terdiri dari beban lajur “D” dan beban truk “T”. beban lajur D bekerja pada seluruh lebar lajur kendaraan dan menimbulkan pengaruh pada jembatan yang ekuivalen dengan suatu iring-iringan kendaraan yang sebenarnya.
q KN/m
P P P P P q KN/m
MAB MAN
Bila profil sungai sangat lebar atau diperlukan jembatan untuk menghubungkan antar pulau dan dipakai untuk lalu lintas kendaraan, struktur utama jembatan dapat berupa jembatan gantung atau jembatan kabel
MAN MAB
Jembatan kabel
Beban truk “T” adalah satu kendaraan berat dengan 3 gandar yang ditempatkan pada beberapa posisi dalam lajur lalu lintas rencana.
- Beban “D” : dipakai dalam pehitungan yang mempunyai bentang sedang dan panjang (gelagar jembatan).
- Beban “T” : digunakan untuk bentang pendek dan lantai kendaraan.
c. Lajur lalu lintas :
Jumlah lajur lalu lintas diambil berdasarkan lebar bersih lantai kendaraan (w) dan lebar lajur rencana adalah sebesar 2.75 m.
Tabel lajur lalu ;lintas rencana ( sumber SNI 1725 : 2016)
Tipe jembatan Lebar bersih jembatan (mm) Jumlah lajur lalu lintas rencana (n)
Satu lajur 3000 ≤ w < 5250 1
Dua arah, tanpa median 5250 ≤ w < 7500 7500 ≤ w < 10.000 10.000 ≤ w < 12.250 12.500 ≤ w < 15.250
w ≥ 15.250
2 3 4 5 6 Dua arah dengan median 5500 ≤ w < 8000
8250 ≤ w < 10.750 11.000 ≤ w < 13.500 13.750 ≤ w < 16.250
w ≥ 16.500
2 3 4 5 6
Beban lajur “D” (TD) :
beban lajur D terdiri dari beban terbagi rata (BTR) dan beban garis (BGT) Tabel faktor beban untuk beban laur “D”
Tipe beban jembatan Factor beban
Keadaan batas layan Keadaan batas ultimate
Transien beton 1,0 1,8
Boks ,girder baja 1,0 2,0
Intensitas beban “D” :
Beban terbagi rata (BTR) adalah sebesar q kPa (q KN/m2) dalam arah memanjang jembatan dengan besaran q tergantung panjang total gelagar yang dibebani (L) dalam meter.
Jika L ≤ 30 m : q = 9.0 kPa
Jika L > 30 m : q = 9.0 (0.5 + 15/L) kPa
keterangan :
q = beban terbagi rata (BTR) dalam arah memanjang jembatan L = panjang
Untuk gelagar berupa balok menerus, penempatan beban D harus divariasikan untuk mendapatkan momen yang paling maksimum.
Beban BTR dab BGT untuk satu gelagar : Jika L ≤ 30 m :
q = 9.0 kPa
= 9.0(b) KN/m (untuk tiap gelagar) Jika L > 30 m :
q = 9.0 (0.5 + 15/L) kPa
q = 9.0(b)(0.5 + 15/L) KN/m (untuk tiap gelagar)
Beban garis P (BGT) : P = 49xb KN (untuk tiap gelagar) 1. Balok tumpuan sederhana :
beban bergerak
900
q kPa = q KN/m2
b arah lalu lintas (memanjang jembatan)
BTR = q kPa = q KN/m2
BGT P = 49.0 KN/m (berupa beban bergerak) melebar jembatan
P KN/m
b
Pxb KN qxb KN/m
A B
Beban P bergerak dari A ke B
untuk mendapatkan Mmak , P ditempatkan ditengah bentang
2. gelagar menerus
Untuk mendapatkan momen maksimum dan gaya geser maksimum dilakukan dengan menggunakan beberapa variasi beban
A B
Pxb (KN) q KN/m
untuk mendapatkan Dmak (gaya geser mak.), P ditempatkan ditengah benttang
P (KN) q KN/m P (KN)
q KN/m
variasi beban 1 untuk momen
q KN/m q KN/m
variasi beban 2 untuk momen q KN/m
q KN/m
variasi beban 1 untuk gaya lintang
P (KN) P (KN)
P (KN) P (KN) P (KN)
q KN/m
variasi beban 3 untuk momen q KN/m
q KN/m variasi beban 2 untuk
gaya lintang
P (KN) P (KN) P (KN)
P (KN) P (KN)
q KN/m
variasi beban 3 untuk gaya lintang
P (KN) P (KN)
Beban truk “T” (TT) :
Beban truk T dipakai untuk merencanakan plat lantai kendaraan atau balok belagar dengan bentang pendek.
beban T tidak dapat digunakan bersamaan dengan beban D.
Tabel faktor beban untuk beban T
Tipe beban jembatan Factor beban
Keadaan batas layan Keadaan batas ultimate
Transien beton 1,0 1,8
Boks, girder baja 1,0 2,0
beban gandar truk sebagai beban garis
beban roda truk sebagai beban garis
luasan bidang kontak roda yang menumpu plat lantai dan pembagian beban roda pada truk (total beban 500 KN) beban gandar : 50 KN 225 KN 225 KN
5 m (4 – 9) m
5 m
beban roda: 112.5 KN 112.5 KN
0.5 m 0.5 m 1.75 m
2.75 m Satu lajur kendaraan
25 KN 25 KN
250 mm
112.5 KN 750 mm
112.5 KN 750 mm
250 mm
112.5 KN 750 mm
112.5 KN 750 mm
750 mm 750 mm
250 mm 2.75 m
5 m (4 – 9) m
Pembebanan Pelat lantai kendaraan :
Variasi beban :
Variasi beban T: bertujuan untuk mendapatkan momen maksimum untuk perencanaan pelat lantai kendaraan.
Pelat lantai kendaraan 2 lajur :
Pelat lantai kendaraan 3 lajur :
1.75 m 112.5 KN 112.5 KN
112.5 KN
1.75 m 1.75 m
112.5 KN 112.5 KN 112.5 KN
1.75 m 1.75 m
112.5 KN 112.5 KN 112.5 KN 112.5 KN
1.75 m 1.75 m
112.5 KN 112.5 KN 112.5 KN 112.5 KN
1.75 m 1.75 m
1.75 m
112.5 KN 112.5 KN 112.5 KN 112.5 KN 112.5 KN 112.5 KN
variasi beban 1 : beban satu kendaraan salah satu roda harus ditempatkan di tengah bentang diantara tumpuan plat
variasi beban 2 : beban 2 kedaraan salah satu roda dari 2 kendaraan harus ditempatkan di tengah bentang diantara tumpuan plat
Variasi beban 1
Variasi beban 2
Variasi beban 3
Pembebanan gelagar jembatan untuk bentang pendek menggunakan beban “T”:
Pembebanan trotoar (pejalan kaki) :
Trotoar dengan lebar > 600 mm harus direncanakan beban pejalan kaki sebesar 5 kPa atau 5 KN/m2 dan dianggap bekerja secara bersamaan dengan beban kendaraan masing-masing lajur kendaraan.
Jika trotoar dalam perkembangannya yang akan dating difungsikan sebagai lantai kendaraan/ lajur kendaraan, maka beban hidup kendaraan harus diterapkan pada jarak 250 mm dari parapet/tepi trotoar.
(4 – 9) m 5 m
50 KN 225 KN 225 KN
(4 – 9) m 5 m
50 KN 225 KN 225 KN
gelagar dengan bentang L < panjang truk
Penempatan beban untuk mendapatkan momen maksimum, salah satu beban gandar terbesar harus ditempatkan di tengah bentang gelagar.
Penempatan beban untuk mendapatkan gaya lintang/gaya geser maksimum, salah satu beban gandar terbesar harus ditempatkan di tumpuan gelagar.
(4 – 9) m 5 m
50 KN 225 KN 225 KN
gelagar dengan bentang L > panjang truk
Penempatan beban untuk mendapatkan momen maksimum, salah satu beban gandar terbesar harus ditempatkan di tengah bentang gelagar.
(4 – 9) m 5 m
50 KN 225 KN 225 KN
Penempatan beban untuk mendapatkan gaya lintang/gaya geser maksimum, salah satu beban gandar terbesar harus ditempatkan di tumpuan gelagar.
beban gergerak
1.75 m 112.5 KN 112.5 KN
q = 5 KN/m2 = 5(b) KN/m ; b = 1 m
112.5 KN
1.75 m 1.75 m
112.5 KN 112.5 KN 112.5 KN
q = 5 KN/m2 = 5(b) KN/m ; b = 1 m
Variasi beban 1 :
Variasi beban 2 :
Faktor Beban Dinamis (FBD) :
penambahan beban akibat pengaruh interaksi kendaraan yang bergerak dan jembatan harus diberikan pada beban truk “T” dan beban gais BGT pada beban “D”. sedang beban merata BTR pada beban “D” tidak perlu diperhitungkan terhadap beban dinamis.
Beban gaya rem (TB)
Gaya rem harus diambil terbesar dari :
• 25% dari berat gandar truk desain atau
• 5% dari berat truk rencana ditambah beban lajur terbagi rata BTR (pergelagar)
• gaya rem diasumsikan bekerja secara horizontal dengan tinggi 1800 mm diatas permukaan jalan.
• factor kepadatan lalu lintas berlaku untuk menghitung gaya rem.
tabel faktor kepadatan lalu lintas Jumlah lajur yang
dibebani
Faktor kepadatan lalu lintas
1 1.2
≥ 2 1
P =112.5 KN P =112.5 KN
1.75 m 112.5 KN 112.5 KN
250 mm
112.5 KN
1.75 m 1.75 m
112.5 KN 112.5 KN 112.5 KN
250 mm
50 40 30 20 10 0
0 50 100 150 200 Bentang (m)
% FBD
Variasi beban 1 :
Variasi beban 2 :
beban angin pada kendaraan :
pengaruh tekanan angin pada kendaraan diasumsikan sebagai tekanan menerus sebesar 1.46 N/mm, tegak lurus dan bekerja 1800 mm diatas permukaan jalan (lantai kendaraan )
M = P x h 1800 mm h = 1800 mm
P = 25% berat gandar atau 5% [(berat truk + q(BTR)]
RA 1.75 m 1800 m
qw = 1.46 N/mm beban angin RA = 1.8/1.75 (qw)
= 1.0286 qw = 1.5 KN/m
( merata sepanjang bentang jembatan) 1800 mm
qw = 1.46 N/mm = 1.46 KN/m RA
