DESAIN JEMBATAN DENGAN MENGGUNAKAN PROFIL SINGLE TWIN CELLULAR BOX GIRDER PRESTRESS TUGAS AKHIR RAMOT DAVID SIALLAGAN

Transkripsi

1 DESAIN JEMBATAN DENGAN MENGGUNAKAN PROFIL SINGLE TWIN CELLULAR BOX GIRDER PRESTRESS TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas tugas dan memenuhi Syarat untuk menempuh ujian sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : RAMOT DAVID SIALLAGAN BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 ABSTRAK Gelagar jembatan berfungsi untuk menahan beban yang dipikul oleh lantai jembatan untuk kemudian ditransfer kepada pondasi jembatan. Salah satu jenis gelagar jembatan berupa gelagar box dengan menggunakan sistem prategang. Dalam tugas akhir ini akan direncanakan profil box yang akan diaplikasikan pada bentang 120 m dengan lebar 9 m. Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk membandingkan efisiensi dari profil Single Twin Cellular Box Girder dengan profil Single Trapezoidal Box Girder dimana kedua profil menggunakan volume beton yang identik dan pembebanan yang sama. Perencanaan kedua profil box ini berdasar pada peraturan-peraturan Standar Nasional Indonesia (SNI) yang berlaku. Akhir dari tugas akhir ini akan diperoleh hasil bahwa profil Single Twin Cellular Box Girder menggunakan 480 strands sedangkan profil Single Trapezoidal Box Girder menggunakan 496 buah strands. Untuk perbandingan kehilangan gaya prategang, profil twin box mengalami kehilangan gaya prategang sebesar 22,124% sedangkan profil single box mengalami kehilangan gaya prategang sebesar 24,624% dari gaya prategang awal. Sedangkan untuk penulangan, profil single box menggunakan lebih banyak tulangan 34,89 % daripada profil single box. Kata kunci : Jembatan, Prestress, Single Twin Cellular Box, Single Trapezoidal Box Girder.

3 KATA PENGANTAR Puji syukur dipanjatkan kepada Tuhan Maha Pencipta atas segala hikmat dan pertolongan-nya sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana S1 pada Bidang Studi Struktur Jurusan Sipil Fakultas Teknik,, Medan. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah Desain Jembatan Dengan Menggunakan Profil Single Twin Cellular Box Girder Prestress. Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas akhir ini tidak lepas dari pertolongan banyak pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil sekaligus dosen pembimbing yang telah memberi bimbingan dan saran kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Syarizal, MT sebagai Sekretaris Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Medan. 3. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Medan. 4. Orang tua, Ir. P. Siallagan dan T. Batubara, atas dukungan baik dalam doa, nasehat, dan tenaga yang sangat berarti bagi penulis selama proses penyelesaian Tugas Akhir ini. 5. Terima kasih untuk motivasi dan semangat yang diberikan rekan-rekan seperjuangan Teknik Sipil stambuk 2007 untuk Andreas, Daniel TRT, Alfin, Dedy GS, Deddy Gultom, Jefferey, Rustxell, Bekro, Daniel Septian, Doan, Markus,

4 Boyma, Edwin, Sri, Firda, Marlina dan rekan-rekan lain yang tak tersebutkan namanya satu-persatu. 6. Rebecca Paulina Jenny Diah Prameswari untuk bantuan besarnya dalam tugas akhir ini, semangat, motivasi dan cinta kasih kepada penulis. 7. Deasy Siallagan dan Theresia Siallagan, untuk dukungan menyelesaikan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna,oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf pengajar serta rekan-rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat besar bagi kita semua. Medan, April 2013 Hormat Ramot David Siallagan NIM

5 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR NOTASI... vii DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xii BAB 1 : PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Maksud dan Tujuan Manfaat... 5 BAB 2 : TINJAUAN PUSTAKA Jembatan Umum Dasar pemilihan tipe jembatan Bagian struktur jembatan Beton Prategang Konsep dasar beton prategang Sistem Prategang dan Pengangkeran... 16

6 2.2.3 Material beton prategang Analisa Prategang Kehilangan Prategang Pembebanan Jembatan Jembatan Box Girder Umum Jembatan Box Girder dengan ketinggian konstan Jembatan Box Girder dengan ketinggian bervariasi Keuntungan penggunaan box girder Kerugian penggunaan box girder Perencanaan End Block Distribusi tegangan Panjang transfer dan penyaluran pada komponen pratarik dan desain penulangan angkur Daerah angkur pascatarik Tegangan tumpu ijin BAB 3 : APLIKASI DAN PERHITUNGAN Umum Kriteria desain jembatan Analisa struktur jembatan Perencanaan struktur sekunder Perencanaan jembatan dengan profil single twin cellular box girder Preliminary design Pembebanan jembatan...65

7 3.5.3 Gaya prestress, eksentrisitas dan jumlah tendon Analisa Loss of Prestress Tegangan akibat gaya prestress Tegangan profil akibat beban Kontrol tegangan terhadap kombinasi pembebanan Penulangan single twin cellular box girder Perencanaan end block Perencanaan jembatan dengan profil single trapezoidal box girder Perencanaan dimensi profil Perhitungan section properties Pembebanan struktur Gaya prestress, eksentrisitas dan jumlah tendon Analisa kehilangan gaya prategang Tegangan profil akibat gaya prategang Tegangan profil akibat beban Kontrol tegangan ijin profil Penulangan profil Perencanaan end block BAB 4 : KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA... xv

8 DAFTAR NOTASI A = Luas potongan penampang (m 2 ) A ps = Luas total penampang tendon (mm 2 ) A s = Luas ekivalen bagian samping jembatan (m 2 ) C = Faktor relaksasi cf = Koefisien rangkak maksimum C w = koefisien seret e = bilangan natural (2,7183) E c = Modulus elastisitas beton (Mpa) e s = eksentrisitas tendon (m) E s = Modulus elastisitas baja (Mpa) f c = Kuat tekan beton (Mpa) f cc = Tegangan ijin tejan beton (Mpa) f cd = Tegangan beton akibat beban mati tambahan setelah prategang diberikan (Mpa) f cs = Tegangan beton pada level pusat baja segera setelah transfer (Mpa) f ct = Tegangan ijin tarik beton (Mpa) f pu = kuat tarik tendon yang ditetapkan (Mpa)

9 fy = Mutu baja yang digunakan (Mpa) H w = Gaya angin yang diterima struktur (kn) I x = Inersia penampang terhadap sumbu x (m 4 ) I y = Inersia penampang terhadap sumbu y (m 4 ) J = Faktor waktu K = Koefisien Wobble K cr = Koefisien rangkak K RE = Koefisien relaksasi M u = Momen ultimate (kn m) n = rasio Modulus n s = Jumlah strands yang digunakan P bs = beban putus minimal satu strand (kn) P eff = Gaya prategang akhir setelah terjadi kehilangan gaya prategang (kn) P j = Gaya prategang yang terjadi akibat jacking (kn) P o = Gaya prategang awal rencana (kn) V w = kecepatan angin rencana (m/s) W a = Tahanan momen sisi atas penampang (m 3 ) W b = Tahanan momen sisi bawah penampang (m 3 )

10 Y a = Jarak bagian atas terluar penampang dari garis netral penampang (m) Y b = Jarak bagian bawah terluar penampang dari garis netral penampang (m) Δf pcr = Kehilangan tegangan akibat rangkak beton (Mpa) Δf pes = Kehilangan prategang yang terjadi akibat perpendekan elastis (Mpa) Δf pre = Kehilangan gaya prategang akibat relaksasi baja (Mpa) Δf Ps = Kehilangan tegangan akibat gesekan tendon (Mpa) Δf psh = Kehilangan gaya prategang akibat susut beton (Mpa) ε cs = Regangan susut sisa total µ = koefisien friksi

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 : Tipe Jembatan dan aplikasi penjang jembatan... 9 Tabel 2.2 : Spesifikasi strand ASTM A Tabel 2.3 : Tabel nilai koefisien Wobble Tabel 2.4 : Tabel Nilai faktor relaksasi Tabel 2.5 : Jumlah lajur lalu lintas rencana Tabel 2.6 : Kecepatan angin rencana Tabel 2.7 : Koefisien seret C w Tabel 3.1 : Analisa struktur profil memanjang dan melintang jembatan box Tabel 3.2 : Tebal minimum sayap atas minimum profil box Tabel 3.3 : Dimensi profil melintang box girder Tabel 3.4 : Perhitungan section properties profil twin cellular box Tabel 3.5 : Tabel jumlah tendon setiap web Tabel 3.6 : Posisi tendon di tengah bentang dan di tumpuan Tabel 3.7 : Posisi baris tendon di bentang 0 45 m (twin cellular) Tabel 3.8 : Posisi baris tendon di bentang m (twin cellular) Tabel 3.9 : Posisi baris tendon di bentang m (twin cellular) Tabel 3.10 : Kombinasi tegangan

12 Tabel 3.11 : Tegangan kombinasi 1 (twin cellular) Tabel 3.12 : Tegangan kombinasi 2 (twin cellular) Tabel 3.13 : Tegangan kombinasi 3 (twin cellular) Tabel 3.14 : Tegangan kombinasi 4 (twin cellular) Tabel 3.15 : Dimensi profil single trapezoidal box girder Tabel 3.16 : Section properties profil single trapezoidal box girder Tabel 3.17 : Tabel jumlah tendon setiap web (single trapezoidal) Tabel 3.18 : Posisi tendon di tengah bentang dan di tumpuan Tabel 3.19 : Posisi baris tendon di bentang 0 45 m (single trapezoidal) Tabel 3.20 : Posisi baris tendon di bentang m (single trapezoidal) Tabel 3.21 : Posisi baris tendon di bentang m (single trapezoidal) Tabel 3.22 : Tegangan kombinasi 1 (single trapezoidal) Tabel 3.23 : Tegangan kombinasi 2 (single trapezoidal) Tabel 3.24 : Tegangan kombinasi 3 (single trapezoidal) Tabel 3.25 : Tegangan kombinasi 4 (single trapezoidal)

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 : Profil memanjang jembatan yang akan direncanakan... 3 Gambar 1.2 : Profil single twin cellular box girder... 3 Gambar 1.3 : Profil single trapezoidal box girder... 3 Gambar 2.1 : Tipikal struktur jembatan Gambar 2.2 : Distribusi tegangan sepanjang Gambar 2.3 : Momen penahan lateral pada beton prategang dan beton bertulang Gambar 2.4 : Balok beton menggunakan baja mutu tinggi Gambar 2.5 : Balok prategang dengan tendon parabola Gambar 2.6 : Proses pengerjaan beton pratarik Gambar 2.7 : Proses pengerjaan beton pascatarik Gambar 2.8 : Untaian kawat (strand) Gambar 2.9 : Prategang konsentris Gambar 2.10 : Prategang eksentris Gambar 2.11 : Beban Lajur D Gambar 2.12 : Penyebaran pembebanan arah melintang Gambar 2.13 : Pembebanan truk T Gambar 2.14 : Pembebanan pejalan kaki Gambar 2.15 : Koefisien geser dasar Gambar 2.16 : Box girder dengan ketinggian konstan Gambar 2.17 : Box girder dengan ketinggian bervariasi... 42

14 Gambar 2.18 : Zona Angkur ujung untuk tendon terlekat Gambar 3.1 : Penampang melintang profil twin cellular box girder Gambar 3.2 : Potongan melintang gelagar jembatan Gambar 3.3 : Section properties profil twin cellular box Gambar 3.4 : Lintasan tendon pada profil twin cellular Gambar 3.5 : Lintasan tendon pada bentang 0 45 m (twin cellular) Gambar 3.6 : Lintasan tendon pada bentang m (twin cellular) Gambar 3.7 : Lintasan tendon pada bentang m (twin cellular) Gambar 3.8 : Posisi tendon di tengah bentang (twin cellular) Gambar 3.9 : Posisi tendon di tumpuan (twin cellular) Gambar 3.10 : trase tendon bagian 1 (twin cellular) Gambar 3.11 : Trase tendon bagian 2 (twin cellular) Gambar 3.12 : Diagram tegangan akibat beban sendiri Gambar 3.13 : Diagram tegangan akibat beban mati tambahan Gambar 3.14 : Diagram tegangan akibat beban pejalan kaki Gambar 3.15 : Diagram tegangan akibat gaya angin Gambar 3.16 : Diagram tegangan akibat beban gempa Gambar 3.17 : Diagram tegangan akibat susut beton Gambar 3.18 : Diagram tegangan akibat rangkak beton Gambar 3.19 : diagram tegangan akibat gaya prategang Gambar 3.20 : Gambar beban penyeimbang dan momen akibat gaya prategang Gambar 3.21 : Pembesian profil twin cellular box girder

15 Gambar 3.23 : Penampang profil single trapezoidal box girder Gambar 3.24 : Section properties penampang single trapezoidal box Gambar 3.25 : Lintasan tendon profil single trapezoidal box Gambar 3.26 : Lintasan tendon bentang 0 45 m (single trapezoidal) Gambar 3.27 : Lintasan tendon pada m (single trapezoidal) Gambar 3.28 : Lintasan tendon pada m (single trapezoidal) Gambar 3.29 : Posisi tendon di tumpuan Gambar 3.30 : Posisi tendon di tengah bentang Gambar 3.31 : Grafik lintasan tendon 0 45 m (single trapezoidal) Gambar 3.32 : Grafik lintasan tendon m (single trapezoidal) Gambar 3.33 : Diagram tegangan akibat beban sendiri Gambar 3.34 : Diagram tegangan akibat beban mati tambahan Gambar 3.35 : Diagram tegangan akibat beban pejalan kaki Gambar 3.36 : Diagram tegangan akibat beban angin Gambar 3.37 : Diagram tegangan akibat beban gempa Gambar 3.38 : Diagram tegangan akibat susut beton Gambar 3.39 : Diagram tegangan akibat rangkak beton Gambar 3.40 : Diagram tegangan akibat gaya prategang Gambar 3.41 : Gambar beban ekivalen dan momen prategang Gambar 3.42 : Pembesian profil single trapezoidal box girder