MODIFIKASI STRUKTUR JEMBATAN BOX GIRDER SEGMENTAL DENGAN SISTEM KONSTRUKSI BETON PRATEKAN (STUDI KASUS JEMBATAN Ir. SOEKARNO MANADO SULAWESI UTARA)

Transkripsi

1 MODIFIKASI STRUKTUR JEMBATAN BOX GIRDER SEGMENTAL DENGAN SISTEM KONSTRUKSI BETON PRATEKAN (STUDI KASUS JEMBATAN Ir. SOEKARNO MANADO SULAWESI UTARA) Hafizhuddin Satriyo W, Faimun Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) JL.Arief Rahman Hakim, Surabaya Abstrak-Jembatan Ir. Soekarno-Manado, dibangun melintasi sungai Tandano Provinsi Sulawesi Utara. Jembatan ini dibangun dengan konstruksi box girder segmental dengan bentang jembatan sepanjang 120 m yang terbagi atas satu bentang utama dan dua bentang kantilefer di setiap ujungnya : 32,5m, 55m, 32,5m. Dalam tugas akhir ini direncanakan kembali konstruksi box girder segmental dengan memodifikasi bentang jembatan menjadi 180 m yang terbagi atas satu bentang utama dan dua bentang kantilefer di setiap ujungnya : 45m, 90m, 45m. Perencanaan jembatan ini dimulai dengan pengumpulan data dan literatur yang diperlukan dalam perencanaan. Dalam perencanaannya akan mengacu pada RSNI T dan SNI T Pada tahap awal perencanaan dilakukan preliminary design untuk menentukan dimensi struktur utama penampang box girder akibat perubahan bentang jembatan. Selanjutnya dilakukan perhitungan terhadap struktur sekunder jembatan seperti: pagar pembatas dan trotoar yang nantinya akan berpengaruh terhadap pembebanan struktur utama jembatan. Analisa pembebanan yang terjadi diantaranya akibat: berat sendiri, beban mati tambahan, beban lalu lintas, serta mempertimbangkan pengaruh terhadap waktu seperti creep dan kehilangan gaya prategang. Kemudian dari hasil analisa tersebut dilakukan kontrol tegangan akhir yang terjadi pada struktur utama jembatan, perhitungan penulangan box, serta perhitungan kekuatan dan stabilitas struktur. Output dari perencanaan ini adalah didapatkan bentuk dan dimensi penampang box girder yang sesuai beserta detail penulangannya akibat perpanjangan bentang jembatan. Serta menentukan letak tendon pada penampang yang kemudian digambarkan menggunakan program bantu Autocad. Sehingga struktur utama jembatan mampu menahan beban-beban yang bekerja pada jembatan dan didapatkan suatu struktur jembatan yang aman Kata Kunci : Puncak Bukit Golf, Sistem Drainase Surabaya, Saluran Kupang Jaya I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Jembatan Ir. Soekarno dibangun diatas sungai Tondano di Manado, provinsi Sulawesi Utara. Jembatan beton dibangun dengan menggunakan metode kantilefer yang telah menjadi popular karena banyak keuntungan yang ditawarkan dalam metode konstruksi maupun struktural. Saat ini pelaksanaan jembatan kantilefer dibangun kisaran bentang 30 sampai 300 meter dan pemasangan jembatan beton dengan prinsip kantilefer mengalami perkembangan, khususnya mengenai urutan pemasangan konstruksi dilaksanakan secara segmental. Dari penjelasan di atas maka dilakukan redesign jembatan yang semula panjang 120 m dimodifikasi menjadi 180 m yang terbagi atas satu bentang utama dan dua bentang kantilefer disetiap ujungnya ; 45m, 90m, 45m. Dalam perencanaan kembali jembatan Ir. Soekarno dilakukan dengan menggunakan beton pratekan karena memiliki nilai ekonomis dari segi bahan, serta memiliki kemampulayanan (serviceability) yang tinggi. (T.Y.lin dan Ned H.Burns,1988). B. Rumusan Masalah 1. Berapa perhitungan gaya-gaya yang bekerja akibat pelaksanaan jembatan? 2. Bagaimana melakukan preliminary design jembatan beton pratekan box girder? 3. Bagaimana perhitungan momen statis tak tentu pada jembatan? 4. Bagaimana melakukan analisa penampang untuk dapat menahan lenturan akibat gaya-gaya yang bekerja? 5. Bagaimana melakukan analisa struktur pada balok pratekan akibat kehilangan gaya prategang ( lost of prestress )? 6. Bagaimana metode pelaksanaan pembangunan jembatan dengan beton box girder pratekan? 7. Bagaimana menuangkan hasil analisa struktur ke dalam gambar teknik? C. Tujuan Penelitian 1. Menghitung gaya-gaya yang bekerja akibat pelaksanaan jembatan beton pratekan box girder. 1

2 2. Melakukan preliminary design jembatan beton pratekan box girder. 3. Melakukan perhitungan momen statis tak tentu dengan bantuan program SAP 2000 v Melakukan analisa penampang untuk dapat menahan lenturan akibat gaya-gaya yang bekerja pada jembatan. 5. Melakukan analisa struktur pada balok pratekan akibat kehilangan gaya prategang (loss of prestress). 6. Menentukan tahapan pelaksanaan struktur atas jembatan. 7. Menuangkan hasil analisa struktur ke dalam gambar teknik. D. Batasan Masalah 1. Studi kasus pada penelitian ini menggunakan Jembatan Ir. Soekarno-Manado Sulawesi Utara. 2. Tinjauan penelitian hanya mencakup perencanaan struktur atas jembatan (struktur primer dan sekunder). 3. Tidak merencanakan perkerasan dan desain jalan pendekat (oprit). 4. Tidak meninjau kestabilan profil sungai dan scouring. 5. Tidak meninjau terhadap analisa biaya pelaksanaan jembatan. 6. Mutu beton pratekan fc = 60 Mpa. 7. Mutu baja pratekan digunakan kabel jenis strand seven wires stress relieved (7 kawat untaian) dengan mengacu pada tabel VSL. 8. Metode pelaksanaan hanya dibahas secara umum. E. Manfaat Penelitian Dari penelitian ini diharapkan para perencana jembatan bentang panjang dan atau jembatan yang memiliki elevasi yang cukup tinggi dari tanah mampu mengaplikasikan metode kantilefer dengan perhitungan dan pertimbangan yang telah dibahas dalam tugas akhir ini. II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Beton Pratekan Definisi beton pratekan menurut SNI (pasal 3.17) yaitu beton bertulang yang telah diberikan tegangan tekan untuk mengurangi tegangan tarik potensial dalam beton akibat beban kerja. Sedangkan definisi beton pratekan yang terdapat dalam buku (N. Krishna Raju,1989) yaitu beton dimana tegangan-tegangan internal dengan besar serta distribusi yang sesuai diberikan sedemikian rupa sehingga tegangan-tegangan yang diakibatkan oleh beban-beban luar dilawan sampai suatu tingkat yang diinginkan Gaya Prategang Gaya Prategang dipengaruhi oleh momen total yang terjadi. Gaya prategang yang disalurkan harus memenuhi kontrol batas pada saat kritis. Persamaan berikut menjelaskan hubungan antara momen total dengan gaya prategang (T.Y Lin, 1988). Dimana : MT = Momen Total h = tinggi balok Kehilangan Gaya Pratekan Kehilangan gaya prategang dapat disebabkan oleh beberapa faktor antara lain (Edward G.Nawy): Perpendekan elastis beton. Rangkak. Susut. Relaksasi tendon. Friksi. Pengangkuran 2.2. Balok Pratekan Menerus Statis Tak Tentu Dalam tugas akhir ini direncanakan jembatan dengan konstruksi beton pratekan statis tak tentu. Seperti halnya dengan struktur menerus lainnya, lendutan pada balok menerus akan lebih kecil daripada lendutan pada balok sederhana (diatas dua tumpuan) (T.Y Lin dan Ned H. Burn, 1988). Kontinuitas pada konstruksi beton prategang dicapai dengan memakai kabel-kabel melengkung Metode Konstruksi Dalam buku berjudul Prestressed Concrete Segmental Bridges, untuk pelaksanaan metode kantilever membutuhkan adanya tendon-tendon yang berfungsi sebagai penompang setiap segmen Box Girder. Tendon yang digunakan terdiri dari dua jenis yaitu cantilever tendons dan continuity tendons. Cantilever tendons terletak di area momen negative yang dijacking saat setiap segmen box girder ditempatkan. Cantilever tendons dapat diperpanjang hingga ke bagian bawah dengan melewati badan segmen, atau dapat juga berhenti hanya pada bagian atas segmen. Continuity tendons bekerja untuk menyediakan gaya prestressing di area momen positif. Continuity tendons di tempatkan dan dijacking Metode konstruksi yang dipilih dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah metode Balance Cantilever Using Launching Girder. Pada metode ini membutuhkan rangka batang sebagai penompang utama dalam proses perpindahan dan pemasangan segmental box. 2

3 III. METODOLOGI MULAI Studi Literatur Pengumpulan Data Jembatan Ir. Soekarno Manado Sulawesi Utara (data umum jembatan, data bahan, data gambar, buku-buku referensi, jurnal, peraturan-peraturan yang berkaitan) Preliminary Design : Menentukan dimensi box girder Menentukan panjang segmen box girder Perhitungan momen statis tak 4.2 Perhitungan Trotoar Trotoar direncanakan dengan lebar 80 cm dan tebal 25 cm dan ditempatkan di atas lantai kendaraan. Sesuai dengan RSNI T semua elemen dari trotoar atau jembatan penyebrangan secara langsung memikul beban pejalan kaki. Luas areal yang dibebani pejalan kaki : Berdasarkan gambar 10 pada RSNI T untuk luas trotoar (A) >100 m2, maka beban nominal pejalan kaki sebesar 2 kpa = 2000 N/m2 Karena lebar trotoar 0,8 m 2000 N /m 0,8m 2 = 1600 N/m. Beban tersebut akan dibebankan pada box girder. Merencanakan dimensi struktur sekunder : Merencanakan plat lantai kendaraan Menetapkan desain trotoar dan railing Perhitungan pembebanan jembatan : Mengumpulkan data-data perencanaan jembatan 4.3 Perhitungan Kerb (Balok Trotoar) Kerb merupakan balok trotoar yang terletak di sisi luar dari trotoar. Pada puncak kerb bekerja gaya horizontal sebesar 500 kg. Dimensi kerb direncanakan dengan lebar 20 cm dan tebal 25 cm. Data- data yang dibutuhkan untuk perhitungan Dipakai tulangan D (As = 1326,65 mm2) Not OK Analisa Struktur Utama Jembatan : Analisa tegangan terhadap berat sendiri, beban mati tambahan, dan beban hidup Perhitungan gaya prategang awal Menentukan layout kabel tendon Perhitungan kehilangan gaya prategang Pemodelan jembatan box girder dengan program SAP 2000 A 4.4 Kontrol Terhadap Geser Ponds Berikut adalah tahapan perhitungan kontrol terhadap geser ponds. Gaya geser (V) = 263,25 KN Kemampuan geser (Vu)= 4.016,632 KN Gaya geser < ø Vu 263,25 KN < 0, , ,25 KN < 2.811,64 KN OK Not OK NOT OK OK IV. PERENCANAAN STRUKTUR SEKUNDER 4.1 Perhitungan Tiang Sandaran Beban yang bekerja pada sandaran adalah berupa gaya horisontal sebesar 0.75 KN/m (RSNI T pasal 12.5). Beban ini bekerja pada ketinggian 100 cm terhitung dari lantai trotoar. Dipakai tulangan 2 D 13 ( As = 265,33 mm2 ) As = 2 D 13 (As = 265,33 mm2) Sengkang praktis Ø ( 334,93 mm2 ) A Kontrol terhadap kekuatan dan kestabilan : Kontrol analisa tegangan akhir Kontrol momen retak Kontrol momen batas Kontrol torsi Kontrol geser pada sambungan antar segmen SELESAI V. PERENCANAAN STRUKTUR ATAS Dalam Tugas Akhir ini akan direncanakan Jembatan Ir. Soekarno, Manado Sulawesi Utara, dengan konstruksi box girder pratekan struktur statis tak tentu. Jembatan Ir. Soekarno ini melintasi sungai Tondano yang memiliki bentang total 120 m. Pada pembahasan sebelumnya telah disebutkan bahwa jembatan tersebut dimodifikasi menjadi bentang total 180 m dan akan dibagi menjadi tiga jembatan dengan panjang total masing-masing 45 m, 90 m, dan 45 m. Diantara masing-masing jembatan dihubungkan dengan sebuah pelat penghubung dengan panjang 8m. Penulis mengambil batasan bahwa dalam tugas akhir ini hanya menganalisa struktur jembatan pada bagian tengah. Sebagai hasil akhir dari Tugas Akhir ini nantinya dimensi penampang struktur jembatan akan dituangkan ke dalam bentuk gambar teknik. 3

4 Gambar 5.1 Potongan memanjang Jembatan Ir. Soekarno Nama jembatan : Jembatan Ir. Soekarno Lokasi jembatan : Melintasi sungai Tondano, provinsi Sulawesi Utara. Tipe jembatan : Precast segmental box girder struktur beton pratekan tipe single box. Panjang total : 180 m, terdiri dari 3 bentang dengan panjang bentang masing-masing 45m, 90m, dan 45m. Metode : Balance Cantilever pelaksanaan Using Launching Gantry Lebar total : 17 m. Lebar lantai : 15 m. Lebar Trotoar : 2 1 m. Jumlah lajur : 4 lajur, 2 arah (UD) Tiap lajur : 3,75 m Tegangan Ijin Bahan Beton Prategang (Pasal ) Pada saat transfer Kuat tekan beton yang direncanakan pada umur saat dilakukan transfer f ' ), dinyatakan dalam ( ci satuan MPa. - f ci ' 65% f c ' = 65 % 60 = 39 MPa Berdasarkan SNI T pasal untuk komponen beton prategang pada saat transfer, tegangan tekan dalam penampang beton tidak boleh melampaui nilai sebagai berikut : -,6 f ' tekan 0 ci 0,6 39 = 23,4 MPa Berdasarkan SNI T pasal 8.3 untuk struktur jembatan segmental pracetak tidak ada tegangan tarik yang diijinkan pada setiap sambungan antara segmen-segmen selama pelaksanaan. - tarik 0 MPa Pada saat service Berdasarkan SNI T pasal untuk komponen beton prategang pada saat transfer, tegangan tekan dalam penampang beton tidak boleh melampaui nilai sebagai berikut : -,45 f ' tekan 0 c 0,4560 = 27 MPa Berdasarkan SNI T pasal 8.3 untuk struktur jembatan segmental pracetak tidak ada tegangan tarik yang diijinkan pada kondisi batas layan. - tarik 0 MPa Modulus Elastisitas (E) Untuk beton normal dengan massa jenis sekitar 2400 kg/m 3, E c boleh diambil sebesar 4700 f c'. - E = 4700 f c' = = 36406,043 MPa Baja Prategang (Pasal 4.4.3) a. Modulus Elastisitas (E s ) = MPa b. Tegangan Putus kabel (f pu ) = 1745 MPa c. Tegangan leleh kabel (f py ) = 0,85 f pu = 0, = 1483,25 MPa d. Tegangan tarik ijin kabel (jacking) = 0,94 f py = 0, ,25 = 1394,255 MPa b. Tegangan tarik ijin kabel (setelah pengangkuran) = 0,7 f pu = 0, = 1221,5 MPa 5.2. Preliminari Design Perencanaan Dimensi Profil Box Girder Langkah awal dalam menentukan dimensi box girder adalah dengan menentukan tinggi tafsiran ( h tafsiran ) penampang box girder. H tafsiran diperoleh dari rasio tinggi (h) terhadap bentang (L) yang telah disebutkan pada pembahasan sebelumnya yaitu 1/20 L (dalam buku Prestressed Concrete Segmental Bridges). Pada perencanaan jembatan menerus ini penampang box girder dibuat sama untuk mempermudah dalam pelaksanaannya. Mengingat metode pelaksanaannya adalah metode Balance cantilever sehingga memerlukan keseimbangan pada setiap pemasangan segmen-segmen box girder pracetak. Desain awal menentukan tinggi pada masing-masing segmen digunakan persamaan parabola. Untuk yang pertama yaitu menentukan acuan awal tinggi penampang pada area tumpuan dan area lapangan jembatan. H tafsiran area tengah bentang : 1/50L : 1/50 x 90 = 1,8 m 2 m 4

5 H tafsiran area tumpuan : 1/20L : 1/20 x 90 = 4,5 m Direncanakan menggunakan dimensi box girder sebagai berikut : Data penampang : A = 17,38 m 2 ( A x y ) yb = = 54,6495 = 3,144 m A 17,38 ya = 4,50 3,144 = 1,356 m I = 5.98 m4 q = 270,412 KN/m 5.4 Perhitungan Momen dan Perencanaan Tendon Prategang Perencanaan Tendon Kantilefer (Tahap 1) Analisa perhitungan momen pemasangan segmen akibat berat sendiri dan beban pelat ujung pada saat kantilefer menggunakan program SAP 2000, didapatkan momen maksimum sebesar : M 15 (x=45 m) = - 4, Nmm Diambil contoh untuk perhitungan pada joint 14 : Direncanakan menggunakan tendon / kabel jenis strand seven wires stress relieved (7 kawat untaian). Dengan mengacu pada tabel VSL, berikut adalah jenis dan karakteristik tendon yang digunakan : Diameter = 15,2 mm Luas nominal (As) = 143,3 mm2 Minimum breaking load = 250 KN Modulus elastisitas (Es) = MPa fpu = 1.216,27 MPa Data penampang box girder : H = 4500 mm A = 3, mm 2 y a = 1865 mm y b = 2635 mm I = 6, mm 4 M 15 = 4, Nmm w a = 3, mm 3 kb = 1.146,09 mm Perencanaan Tendon Bentang Menerus (Tahap 2) Pada tahap 2 ini tendon tengah dipasang dan di jacking setelah box girder pada tengah bentang telah dicor dan mengeras sehingga struktur telah menjadi statis taktentu. a. Perhitungan beban mati Beban mati tambahan - Berat lapisan aspal = 24,64 KN/m - Berat air hujan = 6,86 KN/m - Berat trotoar + kerb = 9,6 KN/m - Berat tiang sandaran = 0,54 KN/m + q 1 = 41,64 KN/m Beban segmen tengah bentang (q2) - Berat segmen (q 2 ) = 390,425 KN/m q = 41,64 N/mm q = 41,64 N/mm q = 41,64 N/mm Gambar 5.2 Pembebanan beban mati tambahan. b. Beban lalu lintas UDL 45meter = 99 KN/m = 99 N/mm UDL 90meter = 66 KN/m = 66 N/mm KEL = 539 KN = N Beban truk = 263,25 KN = N 5.3. Perhitungan Kehilangan Gaya prategang Kehilangan gaya prategang langsung. tendon ES WE SLIP total loss Kehilangan gaya prategang akibat fungsi waktu. joint CR SH RE Total loss Perhitungan Penulangan Box Girder Momen maximum yang terjadi pada box girder adalah : M. pelat atas = N.mm dipasang tulangan utama sejarak 150 mm (D dengan A s = 2532,933 mm 2 ) dan tulangan pembagi sejarak 150 (D22-150) M. pelat badan = N.mm dipasang tulangan utama sejarak 100 mm (D dengan A s = mm 2 ) dan tulangan pembagi sejarak 100 (D25-100) M. pelat bawah = N.mm

6 dipasang tulangan utama sejarak 100 mm (D dengan A s = 4906,25 mm 2 ) dan tulangan pembagi sejarak 100 (D25-100) 5.5. Kontrol kekuatan dan stabilitas struktur Kontrol momen retak. Berikut adalah hasil perhitungan kontrol momen retak : Dari tabel diatas didapatkan total Mcr = 7,548 x Nmm Syarat: M cr > M u 7,548 x Nmm > 3,936 x Nmm (Ok) Kontrol Lendutan Lendutan yang tejadi pada kombinasi jembatan L tidak boleh lebih dari y = dimana L adalah panjang 800 bentang jembatan yang ditinjau. Dari hasill analisa dengan program SAP didapat lendutan maximum pada saat service yaitu sebesar 7 mm. < service ijin L < service 800 VI. 7 mm 45000mm < mm < 56,25 mm. OK PENUTUP 11.1 Kesimpulan Tegangan yang terjadi dikontrol sesuai urutan erection yaitu kontrol tegangan akibat tendon kantilefer yang semuanya sesuai dengan syarat tegangan saat transfer yaitu tekan 23,4 MPa dan tarik 0 MPa. Kemudian dilakukan control tegangan akibat beban mati tambahan dan beban lalu lintas pada semua kombinasi pembebanan, serta akibat kehilangan pratekan, yang semuanya sesuai dengan syarat tegangan saat service yaitu tekan 27 MPa dan tarik 0 MPa. Momen yang terjadi akibat beban luar dibandingkan dengan momen kapasitas/tahanan akibat tendon pratekan di setiap joint dengan menuangkannya dalam bentuk grafik. Dari semua kombinasi pembebanan di setiap tahap pelaksanaan menunjukkan bahwa momen yang terjadi akibat beban luar masih lebih kecil dari momen kapasitas/tahanan yang dapat dipikul oleh penampang. Perhitungan kekuatan dan stabilitas yaitu kontrol momen retak dan kontrol momen batas telah memenuhi persyaratan yang ditetapkan, kontrol gaya membelah diperlukan tulangan membelah, dan untuk kontrol torsi tidak diperlukan tulangan torsi. Perhitungan geser didasarkan pada retak geser badan (Vcw) dan retak geser miring (Vci). Hasil perhitungan Vcw dan Vci dibandingkan yang paling menentukan untuk perencanaan tulangan geser. Lendutan yang terjadi dikontrol pada dua kondisi yaitu saat transfer pada saat beban yang berpengaruh adalah beban mati dan gaya pratekan tendon kantilefer, serta pada saat service yaitu saat beban yang berpengaruh adalah beban mati tambahan, beban hidup, dan gaya pratekan tendon kantilefer dan tendon menerus, serta kehilangan pratekan telah terjadi pada struktur jembatan. VII. DAFAR PUSTAKA Badan Litbang PU Departemen Pekerjaan Umum. RSNI T Standar Pembebanan untuk Jembatan. Lin, T.Y., dan Ned H.Burns Desain Struktur Beton Prategang. Edisi ke 3. Jilid 1. Diterjemahkan oleh : Daniel Indrawan M.C.E. Jakarta : Erlangga. Podolny JR, Walter, dan Muller, Jean.M Construction and Design of Prestressed Concrete Segmental Bridges. United States : John Wiley and Sons, Inc. Raju, N. Krishna Beton Prategang. Edisi ke 2. Diterjemahkan oleh : Ir. Suryadi. Jakarta: Erlangga. Rombach, Prof. Dr.-Ing. G Precast segmental box girder bridges with external prestressing: Design and Construction. Technical Bishara, A. G., Papakonstantinou, N. G. (1990). Analysis of Cast-in-Place Concrete Segmental Cantilever Bridges. Journal of Structural Engineering, ASCE. Casas, J. R. (1997). Reliability-Based Partial Safety Factors in Cantilever Construction of Concrete Bridges. Journal of Structural Engineering, ASCE Levintov, B. (1995). Construction Equipment for Concrete Box Girder Bridges. Concrete International Mathivat, J. (1983). The Cantilever Construction of Prestressed Concrete Bridges. A Wiley-Interscience Publication, John Wiley & Sons, Inc, New York, NY. Podolny, W., Muller, J. M. (1982). Construction and Design of Prestressed Concrete Segmental Bridges. A Wiley-Interscience Publication, John Wiley & Sons, Inc., New York, NY. 6