PERENCANAAN JEMBATAN ARE MANIS MENGGUNAKAN STRUKTUR KOMPOSIT (BAJA-BETON) DENGAN METODE LRFD OLEH: SUFRIZAL RAHMATUL GUFRO
LATAR BELAKANG
Jembatan adalah struktur yang mempunyai fungsi sederhana tetapi sangat penting, yaitu untuk menghubungkan dua titik yang dipisahkan oleh lembah yang dalam, sungai, jalan bebas hambatan, atau untuk maksud lain. Jembatan Are Manis merupakan jembatan tipe pelengkung, Jembatan tersebut mengalami kerusakan pada struktur atasnya yang berupa struktur lengkung yang menggunakan bahan beton (konvensional). Kerusakan tersebut diakibatkan oleh bencana banjir yang terjadi pada saat pemasangan bekisting untuk pengecoran struktur atas jembatan. Perencanaan struktur komposit banyak memiliki keuntungan, antara lain meningkatnya kapasitas pemikul beban dan kekakuan lantai sehingga mengurangi defleksi beban hidup, serta penghematan berat baja yang memungkinkan menggunakan penampang yang lebih kecil dan ringan. Penghematan berat baja sebesar 20 sampai 30% seringkali diperoleh dengan pemanfaatan sistem komposit. Adapun metode yang digunakan dalam mendesain jembatan ini yaitu metode keadaan batas atau yang sering disebut dengan Load and Resistance Factor Design (LRFD)
Perumusan Masalah Bagaimana menghitung dan merencanakan struktur atas jembatan komposit menggunakan metode LRFD. Bagaimana menghitung dan merencanakan struktur bawah jembatan
Batasan Masalah
Jembatan direncanakan dengan bentang 36 meter. Struktur atas jembatan tipe komposit dan mengikuti standar jembatan gelagar komposit. Menggunakan rumus dalam perhitungan sesuai dengan lateral yang ada. Tidak menghitung hidrologi sungai. Tidak menghitung perkerasan. Tidak menghitung rencana angaran biaya konstruksi.
TINJAUAN PUSTAKA
Konstruksi komposit adalah sebuah konstruksi yang bahanbahannya merupakan perpaduan dari dua jenis material yang berbeda sifat, yang disatukan sedemikian rupa, sehingga bekerja sama dalam memikul beban. Konstruksi seperti ini ditemukan pada struktur jembatan, yaitu gambungan antara pelat lantai dari bahan beton dan gelagar dari bahan baja. Gabungan kedua elemen struktur ini dapat memikul beban lentur (momen) secara bersama-sama ( Nasution, 2012 ).
Menurut Pujianto (2010), metode Load and Resistance Factor Design (LRFD) adalah suatu metode perencanaan struktur baja yang mendasarkan perencaannya dengan membandingkan kekuatan struktur yang telah diberi suatu faktor resistensi (ϕ) terhadap kombinasi beban terfaktor yang direncanakan bekerja pada struktur tersebut ( �γi.Qi). Faktor resistensi diperlukan untuk
METODE PERENCANAAN Mulai
Perumusan Masalah
Pengumpulan data dan literatur : 1. Data primer 2. Data sekunder
Mendesain lay out awal jembatan
A
METODE PERENCANAAN A Merencanakan asumsi awal dimensi jembatan Analisa data dan menghitung struktur jembatan secara keseluruhan
kontrol terhadap kekuatan dan kestabilan
YES B
NO
METODE PERENCANAAN B
Penggambaran hasil desain
Kesimpulan dan Saran
Selesai
Desain Layout Rencana Jembatan
STRUKTUR ATAS 1. 2. 3. 4. 5.
Sandaran Slab lantai trotoar Slab lantai kendaraan Gelagar memanjang Gelagar melintang
Sandaran Pipa sandaran Pipa baja Ø 76,3 mm Mutu baja BJ 37, fy : 240 Mpa
Tiang sandaran Mutu beton K-250, (f’c) : 18,675 Mpa Mutu Baja tulangan BJTP24, (fy) : 240 Mpa Ø tulangan utama 10 mm Ø tulangan sengkang 6 mm Dimensi tiang sandaran ; a = 15 cm ; b = 15 cm
Slab lantai trotoar Mutu beton K-350, (f’c) : 29,05 Mpa Baja tulangan U40, (fy) : 400 Mpa Tebal slab lantai troroar : 200 mm Diameter tulangan lentur 16 mm Jarak antar tulangan 200 mm Diameter tulangan bagi 13 mm Jarak antar tulangan 250 mm
Slab lantai kendaraan Beban yang bekerja pada lantai kendaraan antara lain sebagai berikut :
Dengan menggunakan SAP 2000 V14 didapatkan Momen ultimit lapangan (Mu+) = 49,475 KN.m Momen ultimit tumpuan (Mu-) = 48,678 KN.m
Slab lantai kendaraan Penulangan slab lantai kendaraan Mutu beton K-350, (f’c) : 29,05 Mpa Mutu Baja tulangan U40, (fy) : 400 Mpa Tebal slab lantai kendaraan : 200 mm Diameter tulangan lentur 16 mm Diameter tulangan bagi 13 mm Tulangan lapangan tul. lentur D16-200 tul. bagi D13-250 Tulangan tumpuan tul. lentur D16-200 tul. bagi D13-250
Gelagar memanjang Penampang : I 1400 x 500 x 20 x 35 Mutu baja BJ 37.
Kontrol kekuatan sebelum komposit Momen ultimit (Mu) = 2453,099 KN.m ϕMn > Mu фMn : фZx.fy : 0,9 x 32732000 x 240 = 7070112000 N.mm : 7070,112 KN.m > 2453,099 KN.m….(OK)
Gelagar memanjang Kontrol kekuatan setelah komposit Momen ultimit (Mu) = 8329,340 KN.m Gaya geser ultimit (Vu) = 794,232 KN Kontrol tahanan lentur Mn = (CC x d’) + (CS x d”) = (6173125 x 1071,206) + (4305437,500 x 953,668) = 10718734905 N.mm = 10718,735 KN.m ϕMn ≥ Mu 0,85 x 10718,735 ≥ 8329,340 KN.m 9110,925 KN.m > 8329,340 KN.m ..(OK)
Gelagar memanjang Kontrol gaya geser ϕVn ≥ Vu ϕVn = 0,9 x 0,6 x fy x h x tw = 0,9 x 0,6 x 240 x 1330 x 20 = 3447360 N = 3447,360 KN > 794,232 KN ……..(OK)
Kontrol lendutan Lendutan yang terjadi akibat beban hidup Δ = 44,360 mm Lendutan maksimum Δmax = L/800 = 36000/800 = 45 mm > Δ ....(OK)
Shear Connector Dipakai stud connector 3/4" x 100 mm Gaya geser horizontal akibat aksi komposit Vh = Cc = 6173125 N Gaya geser rencana (Vh*) Vh* = Vh/ϕ = 6173125/ 0,85 = 7262500 N Kuat geser satu buah stud connector (Qn) Qn = Asc x fu = 283,385 x 370 = 104852,450 N Jumlah stud yang diperlukan dalam satu baris N = Vh*/Qn = 7262500/104852,450 = 69,264 ≈ 70 buah Jarak terjauh antar stud S = L/N = 36000/70 = 514,285 mm ≈ 500 mm
SAMBUNGAN GELAGAR MEMANJANG Sambungan antara pelat badan dengan pelat sayap Mutu las E70, fuw = 490 Mpa tebal las 8 mm Aliran geser pada pertemuan antara badan dengan sayap Ru = 456,983 N/mm Tahanan nominal las фRnw = 2494,296 N/mm > Ru ………..(OK)
Sambungan pada bagian badan Digunakan baut tipe A325, (fub) = 825 Mpa Diameter baut (db) = 1” = 25,4 mm Tahanan geser baut dengan 2 bidang geser ϕRn = 250,693 KN jumlah baut (n) = Vu/ϕRn = 780,660/250,693 = 3,114 ≈ 4 buah
SAMBUNGAN GELAGAR MEMANJANG Sambungan pada bagian sayap Digunakan baut tipe A490, (fub) = 1035 Mpa Diameter baut (db) = 1½” = 38,1 mm Tahanan geser baut dengan 1 bidang geser фRn = 353819,050 N = 353,819 KN Gaya tarik pada sayap profil Tu = Mu/d = 8177,446/1,4 = 5949,529 KN jumlah baut (n) = Tu/ϕRn = 5949,529 / 353,819 = 16,185 ≈ 20 buah
Gelagar melintang (Diafragma) Profil WF 350 x 175 x 7 x 11 Mutu baja BJ 37 Momen ultimit (Mu) = 0,071 KN.m Kontrol kekuatan terhadap lentur ϕMn > Mu фMn = фZx.fy = 0,9 x 840847 x 240 =181622952 N.mm = 181,623 KN.m > 0,071 KN.m ….(OK)
Sambungan gelagar melintang dengan gelagar memanjang Baut tipe A325, (fub) : 825 Mpa Diameter baut (db) : 3/4“ = 19 mm Luas baut (Ab) = 1/4.π.192 = 283,385 mm2 Tahanan geser baut dengan 1 bidang geser ϕRn = 70137,787 N = 70,138 KN Jumlah baut (n) = Vu/ϕRn = 0,341/70,138 = 0,0048 ≈ 2 buah
STRUKTUR BAWAH
Abutment Fondasi
Abutment Notasi
(m)
Notasi
(m)
h1
0,5
b1
0,3
h2
1,05
b2
0,5
h3
0,5
b3
0,65
h4
0,5
h5
0,4
b5
0,4
h6
0,5
h7
2,8
b7
0,9
h8
0,25
b8
1,45
h9
0,25
b9
1,65
h10
0,6
b0
0,5
h11
0,6
c
1,1
Bx
4
d
0,7
Panjang abutment
By
6
Tebal wing wall
hw
0,5
Beban Pada Abutment
Berat sendiri str. atas + str. bawah
Beban lajur D
Beban pedestrian
Beban gempa
Beban mati tambahan
Gaya rem
Tekanan tanah dinamis
Tekanan tanah
Beban angin
Gesekan pada perletakan
Rekapitulasi Beban, Momen Layan Pada Abutment NO
Aksi / Beban
P
Tx
Ty
Mx
My
(KN)
(KN)
(KN)
(KN.m)
(KN.m)
2736,807
-1144,645
245,077
-24,508
514,857
853,579
914
-91,400
63
-6,300
389,250
85,840
-2,666
372,565 1372,337
1
Berat sendiri
2
Beb. mati tambahan
3
Tekanan tanah
4
Beban lajur "D"
5
Beban pedestrian
6
Gaya rem
7
Beban angin
8
Beban gempa
438,337
438,337
1372,337
9
Tek. Tanah dinamis
279,490
838,469
Gesekan
222,495
622,986
10
86,500 26,661
Rekapitulasi Beban, Momen Ultimit Pada Abutment NO
Aksi / Beban
Faktor
P
Tx
Ty
Mx
My
Beban
(KN)
(KN)
(KN)
(KN.m)
(KN.m)
1,3
3557,849
-1488,039
2
490,154
-49,015
1
Berat sendiri
2
Beb. mati tambahan
3
Tekanan tanah
1,25
4
Beban lajur "D"
1,8
1645,200
-164,520
5
Beban pedestrian
1,8
113,400
-11,340
6
Gaya rem
7
Beban angin
8
Beban gempa
1
438,337
9
Tek. Tanah dinamis
1
279,490
838,469
1,3
289,244
809,882
10
Gesekan
1,2
643,571
1066,974
155,700
700,650
31,993
103,008
-3,199
447,077
438,337
1372,337
1372,337
Beban dan Momen Maksimum Pada Abutment P Tx Ty Mx My
= = = = =
5719,864 KN 1361,398 KN 438,337 KN 1649,325 KN.m 1372,337 KN.m
Kontrol stabilitas Stabilitas guling Arah x Momen penahan guling arah X Mpx = P x Bx/2 = 5719,864 x 2 = 11439,728 KN.m SF = Mpx/Mx = 11439,728/1649,325 = 6,936 > 2 ……(OK) Arah Y Momen penahan guling arah Y Mpy = P x By/2 = 5719,864 x 3 = 17159,592 KN.m SF = Mpy/My = 17159,592 /1372,337 = 12,504 > 2 …..(OK)
Kontrol stabilitas Stabilitas geser Gaya penahan geser H = ( C.Bx.By )+ ( P.tanϕ ) = ( 1,4 x 4 x 6 ) + (5719,864 x tan 20 ) = 2115,459 KN.m Arah X SF = H/Tx = 2115,459/1361,398 = 1,554 > 1,5….(OK) Arah Y SF = H/Ty = 2115,459/438,337 = 4,826 > 1,5 ….(OK)
Fondasi sumuran Kedalaman pondasi sumuran (Df) = 5 m Diameter pondasi sumuran (B)= 1,2 m Panjang pondasi sumuran (L) = 4 m Jumlah pondasi sumuran (n) = 4 buah Gaya aksial maksimum yang diterima 1 pondasi sumuran Pmax = 2071,020 KN Nilai qc (perlawanan konus) rata – rata pada titik sondir 2 = 60 Kg/cm2 = 6000 KN/m2 Daya dukung aksial ijin Pijin = (A x qc)/SF = (1,130 x 6000)/3 = 2260,800 KN > Pmax ……..(OK)
Penulangan Abutment Mutu beton K-350 Mutu baja tulangan U40.
Bagian
Tulangan lentur
Tulangan bagi
Tulangan geser
arah x
arah y
Pile cap
D22-100
D19-200
D16-200
D16-200
Breast wall
D22-100
D19-150
D13-300
D13-400
Back wall bawah
D16-100
D13-150
-
-
Back wall atas
D13-100
D13-151
-
-
Corbel
D22-100
D16-100
D13-200
D13-200
KESIMPULAN
Gelagar memanjang mengunakan penampang tersusun berbentuk I yang dilas dengan ukuran 1400 x 500 x 20 x 35, mutu baja BJ 37, mutu beton K-350 dan jarak antar gelagar memanjang 1,25 meter. Sedangkan untuk penghubung gesernya mengunakan stud Ø19 x 100 mm sebanyak 140 buah.
Abutment (pangkal jembatan) dengan tinggi 4,5 meter menggunakan mutu beton K-350. Sedangkan untuk fondasi menggunakan fondasi sumuran yang berjumlah 4 buah, diameter masing-masing 1,2 meter dengan kedalaman 5 meter dari permukaan tanah.
Dibandingkan dengan jembatan non komposit, struktur komposit lebih kaku dan lebih kuat sehingga banyak memberikan keuntungan diantaranya Berat seluruh konstruksi menjadi lebih ringan, dan dapat menghemat atau meminimalisir untuk pembuatan atau perencanaan struktur bawah jembatan.
SARAN
Melakukan studi kelayakan yang teliti sehingga diperoleh data-data akurat sesuai dengan kondisi dilapangan. Hasil studi ini akan sangat diperlukan dalam perencanaan.
Agar memperkirakan tentang kemungkinan-kemungkinan yang akan terjadi di masa yang akan datang sehingga konstruksi hasil perencanaan tersebut dapat memenuhi standart untuk masa kini dan masa yang akan datang.
TERIMA KASIH