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

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS 1 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 alfredlesman@gmail.com, tavio_w@yahoo.com, dekan_ftsp@its.ac.id. 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 Jembatan 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

2 JURNAL TEKNIK POMITS 2 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 meningkatkan 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). B. Sifat mekanik dan perilaku Tabel Sifat Tarik Tulangan Kuat tekan nominal (MPa) Kuat tarik (MPa) Modulus Elastisitas (GPa) Baja GFRP CFRP AFRP 276 s / d 517 N / A N / A N / A 483 s / d s / d s / d s / d s / d s / d s / d 125 *nilai khusus untuk volume fiber kisaran 0,5 s / d 0,7 III.. METODOLOGI Metodologi Tugas Akhir ini dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 2.1 Bentuk Tulangan FRP A. Sifat fisik Tabel Perbandingan Densitas Tulangan (ton/m 3 ) Baja GFRP CFRP AFRP 7,90 1,25-2,10 1,15-1,60 1,25-1,40 Gambar 3.1 Metodologi Tugas Akhir Tabel Koefisien Termal Ekspansi Tulangan Koefisien termal ekspansi, x 10-6/ºc Arah 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 *nilai khusus untuk volume fiber kisaran 0.5 s / d 0.7

3 JURNAL TEKNIK POMITS 3 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. t b.eff A. Spesifikasi Bahan Tabel Spesifikasi Beton Konstruksi Mutu beton fc (Mpa) Balok 30 Plat lantai 30 Diafragma 25 Sandaran 25 h1 H Tabel Spesifasi Tulangan Balok Tulangan ø (mm) f* fu (Mpa) Ef (GPa) e* fu Lentur 25, ,1 0,014 Geser 9, ,2 0,019 Dengan : bw Gambar 4.1 Penampang Balok Jembatan Ciayu b eff = 1500 mm bw = 500 mm H = 1200 mm t = 200 mm h1 = 1000 mm B. Pembebanan Berdasarkan buku Batan Standar Nasional RSNI- T 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 RAILING BERM 20 cm X 75cm PELAT BETON 20cm PERK. ASPAL 5cm VOID VOID VOID VOID Gambar 4.2 Penampang Balok Jembatan

4 JURNAL TEKNIK POMITS 4 Tabel Momen dan Gaya Geser Tengah Bentang M D M L M D+L V U Beban kn-m kn-m kn-m kn berfaktor 760, , , ,17 non-faktor 595, , , ,65 C. Perhitungan Kontrol Balok Lentur Menghitung rasio kondisi seimbang tulangan FRP ρ fb = 0.85β 1 rasio tulangan pakai = (ACI 440.1R;8-3) Tegangan FRP saat terjadi kegagalan terhadap beton Geser Gaya geser ultimate tengah bentang V U = 94,17 kn Perlawanan gaya geser dari beton V C = = = ,334 N Tulangan geser diperlukan untuk menahan gaya geser yang terjadi dan untuk tulangan praktis pengikat tulangan lentur dengan jarak minimum menurut ACI nilai terkecil antara d/2 dan 600mm. Kontrol [ ( ) ] Jarak Mu d ɸMn bar (mm) (kn-m) (mm) (kn-m) O O O O O O O O O O O O O O O O 2 O: Over-Reinforced ( ) (ACI 440.1R;8-4a) = 4029,316 kn-m ( ) Tabel Tulangan Lentur Pakai Pada Balok 2 Status Penulangan = ,75 N Maka tidak diperlukan tulangan untuk menahan gaya geser, pakai tulangan geser tulangan praktis pengikat tulangan lentur dengan jarak terkecil yaitu. Tabel Kebutuhan Penulangan Geser Balok Jarak d Vu V f S k (mm) (mm) (kn) (kn) (kn) (mm) T P min P min P min P min P P P P P P P P P P P T: Tidak memerlukan tulangan geser P: perlu tulangan geser P min : perlu tulangan geser minimum A fv = 143 mm 2 ffv = 0,7 769 = 538,3 MPa 5 Kondisi

5 JURNAL TEKNIK POMITS 5 D. Hasil Perhitungan Hasil dari perhitungan diatas menunjukan perbedaan ke-butuhan tulangan untuk balok tengah, sebagai berikut : 2, 3, dan 4 No. TUMPUAN POTONGAN LAPANGAN h UKURAN t beff bw TULANGAN ATAS 2 Ø25,4 2 Ø25,4 TULANGAN BAWAH SENGKANG 28 Ø25,4 Ø9, Ø25,4 Ø9,5-300 POTONGAN MELINTANG BALOK TENGAH NAMA GAMBAR FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA PROGAM STUDI S1 TEKNIK SIPIL POTONGAN MELINTANG BALOK TENGAH SKALA 1 : 20 DOSEN PEMBIMBING NO. GAMBAR Prof Tavio, ST., MT., Ph.D 5 5 Hidayat Soegihardjo, Ir. MS, Dr. MAHASISWA Alfred Lesmana Gambar Penulangan Balok Jembatan 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 overreinforced, sehingga jumlah tulangan pakai akan sama atau lebih banyak dari perkuatan menggunakan tulangan baja yang didesain underreinforced. 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 Perkuatan Lentur Balok Beton Bertulang Dengan Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP). Prosiding Seminar dan Pameran Haki Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia American Concrete Institute, BUILDING CODE REQUIREMENTS FOR STRUCTURAL CONCRETE AND COMMENTARY, ACI 318M05. Badan Standard Nasional PEMBEBANAN UNTUK JEMBATAN (RSNI T ).

6 JURNAL TEKNIK POMITS 6 Badan Standard Nasional PERENCANAAN STRUKTUR BETON UNTUK JEMBATAN (RSNI T ). Bank, Lawrece C Composites for Construcrion: Structural Design with FRP Material, Canada: John Wiley & Sons, Inc. Chair, John P B Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars, America: ACI Cimmittee 440 Kader, Suardana 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 Perilaku Balok Bertulang Yang Diberi Perkuatan Geser Menggunakan Lembaran Woven Carbon Fiber. Sumatra Utara: Jurusan Teknik Sipil USU Victor, D. Johnson ESSENTIALS OF BRIDGE ENGINEERING. Azwarudin.blogspot.com/2008/02/pengertianjembatan.html?m=1