(Studi Kasus) TUGAS AKHIR. Andre Bachtiar Sihaloho Dosen Pembimbing : Ir. Sanci Barus, M.T

Transkripsi

1 ANALISA BALOK PRATEGANG JEMBATAN JL. SUDIRMAN DAN DIBANDINGKAN MENGGUNAKAN BALOK KOMPOSIT BAJA- BETON (Studi Kasus) TUGAS AKHIR Andre Bachtiar Sihaloho Dosen Pembimbing : Ir. Sanci Barus, M.T BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2 ABSTRAK Jembatan Sudirman merupakan bagian jalan guna memberikan pelayanan pemakai jalan dan demi kelancaran perekonomian masyarakat di kota Medan. Konstruksi jembatan ini terdiri dari konstruksi beton dengan bentang 35 m dan lebar 2 x 7,5 m, dengan konstruksi balok presstress, lantai beton konvensional. Balok ini berupa tampang bentuk I. Balok ini terdiri beberapa segmen yang disatukan dengan kabel prategang(tendon). Dimensi balok precast dengan H= 1700 mm, tebal slab = 250 mm, tegangan balok fc = 41,50 MPa, fc slab = 29,05 Mpa. Setelah dianalisa ulang didapat, gaya prategang awal (Pi)= kg, gaya prategang akhir (Pe) = kg. Pada kondisi awal, tegangan balok sisi atas = 11,38 kg/cm2, tegangan sisi balok bawah = 205,70 kg/cm2. Pada kondisi akhir, tegangan balok sisi atas = 11,38 kg/cm2, tegangan pada slab = 57,04 kg/cm2, tegangan pada sisi atas balok = 145,64 kg/cm2. Lendutan pada balok bagian tengah bentang = 37,80 mm < lendutan izin = 43,80 mm. Bila dibandingkan menggunakan tipe struktur komposit baja-beton, dengan metode ASD (elastis) jembatan tersebut dapat menggunakan profil I 1460x300x20x30 dengan plat perkuatan sayap (300x30) mm sepanjang 23,56 m, luas total profil 550 cm 2, dan berat total baja 15733,32 kg. Bila dihitung dengan metode LRFD, dapat digunakan profil I 1560x300x20x30, luas total profil 480 cm 2, dan berat profil 14506,8 kg. Dari hasil perhitungan biaya balok jembatan, terbukti bahwa struktur komposit lebih hemat dibandingkan struktur prategang. Dari perhitungan komposit metode ASD dan LRFD, dapat dibuktikan dari berat profil, metode LRFD lebih hemat dibandingkan metode ASD. Kata kunci: prategang, losses, lendutan, komposit, plat perkuatan sayap. i

3 DAFTAR ISI ABSTRAK... i DAFTAR ISI...ii DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR...viii DAFTAR NOTASI... xi KATA PENGANTAR... xiv BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Perumusan Masalah Tujuan Manfaat Pembatasan Masalah Metodologi Penulisan Sistematika Penulisan... 7 BAB II. STUDI PUSTAKA Umum Proses Pencetakan Beton Proses Penarikan Kabel Pratarik Pascatarik Jenis Balok Girder PCI girder PCU girder Box girder Peraturan Pembebanan Beban mati Beban hidup Lajur lalu lintas rencana Beban truk T Beban lajur D Kombinasi Pembebanan ii

4 2.7.Kabel Prategang Daerah aman kabel Kehilangan gaya prategang Short Term Kehilangan akibat gesekan Kehilangan akibat slip pengangkuran Kehilangan akibat pemendekan elastis Long Term Kehilangan akibat penyusutan Kehilangan akibat rangkak Kehilangan akibat relaksasi baja Tegangan dan Lendutan Sistem Komposit Pengertian Aksi komposit Pra dimensi Lebar efektif Konstruksi komposit (ASD) Tanpa perancah Dengan perancah Shear Connector (Alat Penyambung Geser) Perencanaan Syarat Lendutan Teori LRFD Komponen Memikul Lentur Komponen Memikul Geser Kuat lentur nominal Konsep Dasar LRFD Desain LRFD struktur baja Faktor tahanan BAB III. APLIKASI DATA DAN PEMBAHASAN iii

5 3.1. Karakteristik Beton Prategang Spesifikasi Balok Pembebanan Beban mati Beban hidup Section Propertis Penentuan lebar efektif pelat lantai Section analysis pada tengah bentang Balok precast Balok komposit Section analysis pada tumpuan Balok precast Balok komposit Tegangan Reaksi balok pendukung Kontrol tegangan balok Kontrol lendutan balok Momen kapasitas balok Kabel prategang Profil kabel Gaya tarik awal Kehilangan prategang Jangka pendek Gesekan Anchorslip Penyusutan elastic (ES) Jangka panjang Penyusutan (SH) Creep (CR) Relaksasi baja (RE) Gaya prategang efektif Analisa Tegangan dan Lendutan iv

6 3.7.1 Tegangan awal Tegangan layan Lendutan Kapasitas Momen Analisa Geser Perhitungan tulangan geser Konektor geser Perencanaan sistem komposit (ASD) Rencana penampang melintang Pra dimensi Lebar efektif Perhitungan beban-beban Perhitungan momen Kontrol tegangan Rencana pemutusan plat perkuatan sayap Perencanaan shear connector Kontrol lendutan Perencanaan sistem komposit (LRFD) Rencana penampang melintang Pra dimensi Lebar efektif Perhitungan beban-beban Perhitungan momen dan lintang Kontrol kuat momen lentur Sebelum komposit Sesudah komposit Kontrol geser Perencanaan shear connector Kontrol lendutan Perbandingan dimensi komposit Perbandingan estimasi biaya struktur BAB IV. KESIMPULAN DAN SARAN v

7 4.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA DAFTAR LAMPIRAN vi

8 DAFTAR TABEL Tabe l Judul Halaman 2.1 Berat Isi Untuk Beban Mati Jumlah Lajur Lalu Lintas Rencana Faktor Distribusi Untuk Pembebanan Truk T Faktor Pembebanan Faktor Beban Untuk Berat Sendiri Faktor Beban Untuk Beban Mati Tambahan Tabel Ksh untuk pasca-tarik Tabel batasan defleksi berdasarkan BMS (l=panjang bentang) Faktor reduksi (Ф) untuk keadaan kekuatan batas Panjang tiap-tiap segmen balok Berat Balok Penampang balok precast Penampang balok komposit Penampang balok precast dan komposit Beban akibat berat sendiri pada balok Pembebanan truk T Beban terbagi rata dan beban titik Penampang di tengah bentang Perhitungan momen dan inersia balok Rangkuman balok precast dan komposit Balok Precast 72 vii

9 3.13 M ome n inersia balok komposit Rangkuman momen tahanan Konfigurasi kabel strand Gaya prategang Tegangan kabel Tegangan awal Tegangan layan Beban prategang Defleksi pada balok Penulangan geser balok Beban Ultimit akibat berat sendiri balok Perbandingan tampang profil cara ASD dan LRFD Rekapitulasi biaya balok precast dan komposit 98 viii

10 DAFTAR GAMBAR Judul Halaman Gambar 1.1 Potongan melintang jembatan sudirman 2 Gambar 2.1 Retak pada struktur beton bertulang 9 Gambar 2.2 Struktur beton pratekan pertama oleh jackson, Gambar 2.3 Pencetakan beton di lapangan 11 Gambar 2.4 Pencetakan balok di pabrik 12 Gambar 2.5 Metode penarikan kabel pratarik 13 Gambar 2.6 Metode penarikan kabel pasca tarik 14 Gambar 2.7 Bentuk tampang balok girder pci girder 15 Gambar 2.8 Bentuk tampang balok girder pcu girder 15 Gambar 2.9 Bentuk tampang balok girder box girder 16 Gambar 2.10 Pembebanan truk t 20 Gambar 2.11 Beban d : beban terbagi rata vs panjang bentang yang dibebani 23 Gambar 2.12 Faktor beban dinamis untuk beban garis terbagi rata d 23 Gambar 2.13 Beban lajur d 24 Gambar 2.14 Penyebaran pembebanan arah melintang 25 Gambar 2.15 Hubungan limit kern dan daerah aman kabel 29 Gambar 2.16 Bentuk tipikal daerah aman kabel 30 Gambar 2.17 Slip angkur 33 Gambar 2.18 Diagram tegangan pada balok beton prategang 38 Gambar 2.19 Skema aksi komposit 41 Gambar 2.20 Kondisi batas tekuk lentur torsi pada balok lentur 51 Gambar 2.21 Kuat lentur nominal berdasarkan distribusi tegangan plastis 55 ix

11 Gambar 3.1 Panjang tiap-tiap segmen balok 60 Gambar 3.2 Penampang balok dan diafragma 61 Gambar 3.3 Penampang balok 62 Gambar 3.4 Potongan melintang jembatan 63 Gambar 3.5 Potongan melintang deck slab 64 Gambar 3.6 Diaphragma ujung 65 Gambar 3.7 Diaphragma tengah 66 Gambar 3.8 Beban T 67 Gambar 3.9 Penampang di tengah bentang 69 Gambar 3.10 Penampang balok di tengah bentang 72 Gambar 3.11 Penampang balok pada tumpuan 61 Gambar 3.12 Grafik tahapan kehilangan prategang 83 Gambar 3.13 Diagram tegangan balok kondisi awal 86 Gambar 3.14 Diagram tegangan balok kondisi layan 86 Gambar 3.15 Lendutan pada balok 87 Gambar 3.16 Penampang balok 88 Gambar 3.17 Rencana penampang komposit baja-beton (ASD) 93 Gambar 3.18 Profil+plat perkuatan sayap 93 Gambar 3.19 Titik berat komposit 96 Gambar 3.20 Penampang melintang 97 Gambar 3.21 Garis Pengaruh Momen 101 Gambar 3.22 Penambahan panjang plat perkuatan 105 Gambar 3.23 Titik berat komposit 105 Gambar 3.24 Profil baut 106 xi

12 Gambar 3.25 Garis pengaruh lintang 106 Gambar 3.26 Rencana penampang komposit baja-beton (LRFD) 109 Gambar 3.27 Profil rencana (LRFD) 109 Gambar 3.28 Penampang melintang 112 Gambar 3.29 Diagram momen 117 Gambar 3.30 Titik berat komposit 122 Gambar 3.31 Profil baut 122 Gambar 3.32 Garis pengaruh lintang 123 xii

13 DAFTAR NOTASI A be E e eoa eob fy f c f ci Ic Io Ix K Ka Kb K a K b Ksh Ld Mu P Pi r = Luas penampang = Lebar efektif = Elastisitas bahan = Eksentrisitas kabel = Batas atas aman kabel = Batas bawah aman kabel = Tegangan leleh baja = Kuat tekan beton kondisi layan = Kuat tekan beton kondisi awal penegangan kabel = Inersia komposit = Inersia penampang = Inersia arah x = Koefisien wobble = Jarak dari pusat berat ke batas atas kern = Jarak dari pusat berat ke batas bawah kern = Limit kern atas = Limit kern bawah = Konstanta penyusutan = Panjang penyaluran tulangan = Momen ultimit = Gaya prategang kondisi layan = Gaya prategang kondisi awal penegangan kabel = Jari-jari girasi xiii

14 Rh S Vu Wa Wb ya yb ya yb ya = Kelembaban relatif = Jarak rata-rata antara balok memanjang = Gaya lintang ultimit = Momen tahanan sisi atas penampang = Momen tahanan sisi bawah penampang = Jarak dari pusat berat balok ke atas balok = Jarak dari pusat berat balok ke bawah balok = Jarak dari pusat berat komposit ke atas komposit = Jarak dari pusat berat komposit ke bawah balok = Jarak dari pusat berat komposit ke atas balok = Faktor reduksi kekuatan µ = Koefisien friksi σci σcs σg σgi σti σts pi bs i p c asp = Tegangan tekan kondisi awal penegangan = Tegangan tekan kondisi layan = Tegangan normal kabel kondisi layan = Tegangan normal kabel kondisi awal penegangan = Tegangan tarik kondisi awal penegangan = Tegangan tarik kondisi layan = Lendutan kondisi awal penegangan akibat kabel = Lendutan akibat berat sendiri = Lendutan total kondisi awal penegangan = Lendutan akibat kabel kondisi layan = Lendutan akibat deck slab + slab = Lendutan akibat aspal xiv

15 ll l l Fpr tb Fp Feq Za Za Zb qbaja qbs qbt Mbs Mbt Mbs Ixc H t = Ledutan akibat beban hidup = Lendutan total kondisi layan = Tegangan leleh izin = Panjang bentang = Luas profil = Tebal slab beton = Luas pelat = Luas ekivalen = Jarak pusat berat komposit ke tepi atas beton = Jarak pusat berat komposit ke tepi atas flens baja = Jarak pusat berat komposit ke tepi bawah flens baja = Berat baja = Berat sendiri = Beban tambahan = Momen akibat berat sendiri = Momen akibat beban tambahan = Momen akibat beban bergerak = Tegangan yang terjadi pada serat atas komposit = Tegangan yang terjadi pada serat bawah komposit = Inersia arah x komposit = Tegangan yang terjadi pada slab beton = Tinggi paku/baut = Diameter baut = Tebal las xv

16 Qa a Dx Sxc Mn Mu fr ry Iy G J Cw Cb Ф v Vn = Kuat Shear Connector = Jarak baut = Gaya lintang = Statis momen = Tahanan momen nominal = Momen lentur akibat beban terfaktor = Tegangan sisa = Jari-jari girasi penampang = Momen inersia arah sumbu y = Modulus geser bahan = Momen inersia polar = Momen inersia pilin (warping) = Faktor pengali momen lentur nominal = Faktor reduksi kuat geser = Kuat geser nominal xvi

17 KATA PENGANTAR Puji dan syukur peneliti panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat dan berkat-nya peneliti dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul Analisa Balok Prategang Jembatan Jl. Sudirman dan Dibandingkan Menggunakan Balok Komposit Baja-Beton. Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan bantuan, bimbingan, arahan dan dukungan yang berharga dari berbagai pihak. Untuk semua itu, peneliti menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya dan ucapan terimakasih yang tulus kepada : 1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai segenap langkah di dalam hidup penulis. 2. Bapak Ir. Sanci Barus, M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah sabar memberi bimbingan, arahan, saran serta motivasi kepada peneliti untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Besman Surbakti, M.T. dan bapak Ir. Robert Panjaitan, M.T. selaku Dosen Pembanding saya yang telah memberikan waktu dan tenaga didalam penyusunan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan,selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 5. Bapak Ir. Syahrizal, M.T, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil. xvii

18 6. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik yang telah memberikan masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 7. Pegawai administrasi dan pegawai-pegawai Departemen Teknik Sipil USU lainnya. 8. Ayahanda Drs. Ir. Eliner H. Sihaloho, M.T. dan Ibunda tercinta Dina R. Rajagukguk, Amd, orang tua hebat yang selalu ada buat penulis dalam memberikan cinta kasih sayang, pengajaran, doa, nasehat dan selalu ada disetiap hari penulis. 9. Adik-adik saya Dessy, Yohanna, dan Welly yang tidak lupa untuk menyemangati penulis. 10. Untuk saudara/i seperjuangan, Hendra, Arifin, bg Jannes, Stefano, Andrew, Nikson, Her Afriyandi, Daniel, Tatano, Saka, Alvin, Gege, Jo, Tommy, Triboy, dan seluruh teman-teman stambuk Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, Maret 2016 Andre Bachtiar Sihaloho xviii