PERHITUNGAN STRUKTUR JEMBATAN LENGKUNG RANGKA BAJA DUA TUMPUAN BENTANG 120 METER Razi Faisal 1 ) Bambang Soewarto 2 ) M.

Transkripsi

1 Perhitungan Struktur Jembatan Lengkung Rangka Baja Dua Tumpuan Bentang 10 eter PERHITUNGAN STRUKTUR JEBATAN LENGKUNG RANGKA BAJA DUA TUPUAN BENTANG 10 ETER Razi Faisal 1 ) Bambang Soewarto ). Yusuf ) Abstrak Jembatan merupakan suatu struktur bangunan yang berfungsi untuk menyatukan jalan yang terputus oleh rintangan, misalnya sungai, rawa, dll. Dalam penyusunan Tugas akhir ini di rencanakan jembatan rangka busur dengan bentang 10 meter. Peraturan pembebanan yang dipakai untuk merencanakan jembatan ini mengacu pada RSNI 005 yang merupakan pedoman peraturan untuk merencanakan sebuah jembatan. Adanya peraturan pembebanan dimaksudkan untuk memberikan saran dalam perencanaan jembatan di Indonesia yang dapat menjamin tingkat keamanan, dan tingkat penghematan yang dapat diterima struktur jembatan. Sedangkan perencanaan struktur atas jembatan mengacu pada peraturan AISC LRFD. Tahap awal perencanaan adalah perhitungan lantai kendaraan dan trotoar. Kemudian dilakukan perencanaan gelagar memanjang dan melintang, sekaligus perhitungan shear connector. emasuki tahap konstruksi pemikul utama, dilakukan perhitungan beban beban yang bekerja, kemudian dianalisa dengan menggunakan program SAP 000. Setelah didapatkan gaya gaya dalam yang bekerja dilakukan perhitungan kontrol tegangan dan perhitungan sambungan. Bersamaan dilakukan perhitungan konstruksi pemikul utama juga dilakukan perhitungan konstruksi sekunder yang meliputi ikatan angin atas, bawah, dan portal akhir. Kemudian memasuki tahap akhir dari perencanaan struktur atas dilakukan perhitungan dimensi perletakan. Kata kunci : Jembatan rangka, Baja, Gelegar, Sambungan 1

2 Perhitungan Struktur Jembatan Lengkung Rangka Baja Dua Tumpuan Bentang 10 eter 1. PENDAHULUAN Latar Belakang Jalan merupakan alat perhubungan antar daerah yang sangat penting sekali dalam penyelenggaraan pemerintahan serta untuk menunjang dan mempercepat pelaksanaan pembangunan di segala bidang, baik bidang ekonomi, sosial, budaya, maupun pertahanan dan keamanan. Oleh karena itu maka pelaksanaan pembangunan khususnya di sektor perhubungan sangat perlu diperhatikan. 1. Permasalahan Dalam penulisan proposal tugas akhir ini akan dipilih perhitungan struktur jembatan busur. Konstruksi jembatan ini menggunakan penampang rangka yang memiliki nilai lebih pada kemudahan pelaksanaan karena baja bisa dibuat terlebih dahulu melalui proses pabrikasi tanpa harus dibuat langsung di lapangan. 1.3 Pembatasan asalah engingat permasalahan yang cukup luas, maka perlu adanya pembatasan masalah, antara lain : 1. Analisa struktur jembatan menggunakan metode Perencanaan Beban dan Kekuatan Terfaktor (PBKT) atau Load and Resistance Factor Design (LRFD). enganalisa sistem lantai kendaraan, rangka baja, sambungan dan perletakan. 3. Perhitungan gaya dalam struktur menggunakan program bantu komputer.. TINJAUAN PUSTAKA.1 Definisi Jembatan Jembatan adalah suatu bangunan yang memungkinkan suatu jalan menyilang saluran air, lembah, atau menyilang jalan lainnya yang tidak sama tinggi permukaannya dan lalu-lintas jalan itu tidak terputus karenanya (Imam Subarkah, 1979).. Pembebanan Pada Jembatan Standar acuan yang dipakai pada perencanaan adalah RSNI T Pembebanan Jembatan, beban dan gaya yang digunakan dalam perhitungan tegangan tegangan dalam konstruksi adalah beban primer, beban sekunder dan beban khusus...1 Beban ati Beban mati terdiri dari dua jenis beban, yaitu : a. Berat Sendiri Berat bahan dan bagian jembatan yang merupakan elemen struktural ditambah dengan elemen non struktural yang dianggap tetap. b. Beban mati tambahan (Superimposed Dead Load) Beban ati Tambahan adalah berat seluruh bahan, yang merupakan elemen non struktural dan merupakan beban pada jembatan, seperti : i. Beban aspal ii. Beban air hujan.. Beban Hidup Yang dimaksud dengan beban hidup dalam hal ini adalah beban lalu lintas. Beban lalu lintas untuk perencanaan jembatan terdiri dari beban "D" dan beban truk "T". a. Beban lajur "D"

3 Perhitungan Struktur Jembatan Lengkung Rangka Baja Dua Tumpuan Bentang 10 eter Beban lajur D terdiri dari beban terbagi rata Uniformly Distributed Load (UDL) yang digabung dengan beban garis Knife Edge Load (KEL). L E L...(.1) Dengan : L ev ev L max = panjang bentang rata-rata L max = panjang bentang maksimum Gambar.1 Beban Lajur D b. Pembebanan Truk "T" Pembebanan truk "T" terdiri dari kendaraan truk semi trailer yang mempunyai susunan dan berat as seperti yang terlihat pada Gambar.5. Gambar. Beban Truk T..3 Beban Kejut Faktor Beban Dinamis merupakan interaksi antara kendaraan yang bergerak dengan jembatan. Untuk bentang menerus panjang bentang ekuivalen L E diberikan dengan rumus: Gambar.3 Faktor Beban Dinamis untuk KEL pada Beban Lajur D..4 Beban Angin Gaya angin nominal ultimit pada jembatan tergantung pada kecepatan angin rencana sebagai berikut: T ew 0,0006C ( V ) Ab (kn)...(.) Dimana : W w V w = kecepatan angin rencana (m/det) C w = koefisien seret Ab = luas ekuivalen bagian samping jembatan (m ) Tew 0,001CW ( Vw) (kn)...(.3) Dengan : C w = 1,..5 Gaya Rem Pengaruh percepatan dan pengereman dari lalu lintas harus diperhitungkan sebagai gaya dalam arah memanjang dan dianggap bekerja pada permukaan lantai jembatan. 3

4 Perhitungan Struktur Jembatan Lengkung Rangka Baja Dua Tumpuan Bentang 10 eter 3. Perhitungan Lantai Kendaraan, Pipa Sandaran, dan Trotoar 3..1 Perhitungan Lantai Kendaraan Gambar.4 Gaya Rem.3 etode Perencanaan ULAI PERHITUNGAN PEBEBANAN a. omen akibat beban mati dan beban mati tambahan Nilai momen total akibat beban mati dan beban mati tambahan adalah sebagai berikut : lx ly tx ty = , Nmm = 15144,13 Nmm = ,61 Nmm = ,13 Nmm TIDAK PERHITUNGAN PLAT LANTAI KENDARAAN, TROTOAR, SANDARAN PERENCANAAN DIENSI GELEGAR EANJANG, ELINTANG, RANGKA BATANG PERENCANAAN IKATAN ANGIN PERHITUNGAN SABUNGAN b. omen akibat beban hidup (Truk) 35 cm PERHITUNGAN PERLETAKAN KONTROL YA GABAR RENCANA b 5 cm 18 cm SELESAI Gambar.5 Diagram Alir Perencanaan Struktur Jembatan 14 cm a 5 cm 18 cm 3. PERHITUNGAN STRUKTUR ATAS Data Struktur 1. Kelas jalan = Kelas I. Panjang total jembatan = 10 m 3. Lebar total jembatan = 9 m 4. Lebar lantai kendaraan = x 3,5 m 5. Lebar trotoar = x 1 m 6. Tipe jembatan = Jembatan Pelengkung Rangka Baja 7. Tinggi rangka jembatan = 0 meter 8. Jarak antar g. memanjang = 1,75 m 9. Jarak antar g.melintang = 5 m Gambar 3.1 Lebar bidang kontak antara kendaraan dengan lantai kendaraan lx S 0l ,71 ly a lx 4a 1 3 l ,06 x ,5 0,753 Nmm ,71 4 0,4 1 31,75 Nmm 4

5 Perhitungan Struktur Jembatan Lengkung Rangka Baja Dua Tumpuan Bentang 10 eter tx S 0T ,75 ty b 0,1 S ,38 0,4 0T ,9 a Nmm ,38 0,4 Nmm c. omen akibat beban angin omen dihitung dengan menggunakan program komputer didapatkan ,8 Nmm lx = 67719, , ,8 = ,71 Nmm ly = , ,06= ,18 Nmm ty = ,61 + ( ,75) = ,36 Nmm ty = ,13 + ( ,4) = ,4 Nmm d. Penulangan Plat Lantai Kendaraan Penulangan lapangan arah x u = ,71 Nmm u ,71 n 0, ,14 Nmm Jarak antar tulangan = 1000 / 13 = 76,9 75 mm. Jadi tulangan yang dipakai adalah Ø18 75 Penulangan tumpuan arah x Jarak antar tulangan = 1000 / 7 = 14, mm. Jadi tulangan yang dipakai adalah Ø Penulangan lapangan arah y Jarak antar tulangan = 1000 / 9 = 111, mm. Jadi tulangan yang dipakai adalah Ø Penulangan tumpuan arah y Jarak antar tulangan = 1000 / 4 = 50 mm. Jadi tulangan yang dipakai adalah Ø Perhitungan Pipa Sandaran dan Trotoar Perhitungan pipa sandaran dan trotoar harus diperhitungkan sedemikian rupa sehingga mampu memikul beban beban yang bekerja terutama beban akibat lalu lintas dari pejalan kaki serta akibat beban sendiri trotoar. a. Perhitungan Pipa Sandaran Data pipa sandaran : = ,51 Nmm ϕ n = Nmm ϕ n > Pipa sandaran aman Kontrol lendutan L 5000mm f 10mm f OK 4,8310 4,5910 6,8310 mm f mm fh fv 10 b. Perhitungan Trotoar u = Nmm Penulangan trotoar Jarak antar tulangan = 1000 / 10 = 100 mm. Jadi tulangan yang dipakai adalah Ø

6 1.75 m 1.75 m Perhitungan Struktur Jembatan Lengkung Rangka Baja Dua Tumpuan Bentang 10 eter 3.3 Perhitungan Gelegar emanjang Gelegar elintang Gambar 3. Jarak gelegar memanjang dan gelegar melintang Data Gelegar emanjang Jarak antara g. memanjang (l x ) = 1,75 m Jarak antara g. melintang (l y ) = 5,00 m utu baja Konstruksi BJ 55 (f y ) = 410 Pa odulus elastisitas baja (E) = Pa 3.3. Perhitungan Profil Gelegar emanjang Untuk perencanaan gelegar memanjang dicoba menggunakan profil WF dengan dimensi Data profil WF adalah sebagai berikut : tw = 11 mm 5.00 m b = 300 mm Gelegar emanjang tf = 18 mm d = 440 mm Gambar 3.3 Penampang profil WF Perhitungan omen Nominal a. enghitung momen nominal penampang komposit n = 1545,799 knm ϕ b n > u u = 36, , , , ,65 = 447,146 knm 0,9 1545,799 knm > 447,146 knm 1391,19 knm > 447,146 knm Profil Aman Lendutan Gelegar emanjang L 5000 mm 5 mm Δ = 4,05 mm 4,05 mm < 5 mm Profil Aman Perencanaan Penghubung Geser (Shear Connector) Diperlukan 33 buah stud untuk setengah bentang, pada satu posisi digunakan dua buah stud sehingga untuk setengah bentang memerlukan 33/ =16, Perhitungan Gelegar elintang Data Gelegar elintang Jarak antara gelegar memanjang (l x )= 1,75 m Jarak antara gelegar melintang (l y ) = 5,00 m utu baja Konstruksi BJ 55 (f y )= 410 Pa odulus elastisitas baja (E)= Pa 3.4. Perhitungan Profil Gelegar elintang Untuk perencanaan gelegar memanjang dicoba menggunakan

7 Perhitungan Struktur Jembatan Lengkung Rangka Baja Dua Tumpuan Bentang 10 eter profil WF dengan dimensi Data profil WF adalah sebagai berikut : Perhitungan omen Nominal omen total = 1875,313 knm a. enghitung momen nominal penampang Z x (91 34) 18(91 34) mm 3 n = Z x f y = mm Pa = 5, Nmm = 5010,5 knm b n tw = 18 mm R8 mm 30 mm u tf = 34 mm d = 91 mm 0,9 5010,5 knm > 1875,313 knm 4509,48 knm > 1875,313 knm Profil aman Lendutan Gelegar elintang L 9000 mm 9 mm Lendutan total yang terjadi pada gelegar melintang : Δ = 0, ,7 + 0, , , ,7 + 1,35 + 1, ,35 + 1,796 Δ = 8,58 mm < 9 mm Profil aman 3.5 Perhitungan Konstruksi Rangka Jembatan Gaya Aksial Pada Konstruksi Rangka Baja Tabel 3.1 Hasil Perhitungan Gaya Aksial Tarik/ Aksial Posisi Tekan (kn) Tarik Angin Bawah 41,479 Angin Tepi Atas 13,475 Angin Tepi Bawah 175,708 Diagonal 6013,601 Penggantung 474,663 Tegak 44,7 Tepi Bawah 050 Tekan Angin Bawah 191,783 Angin Tepi Atas 344,991 Angin Tepi Bawah 158,443 Tegak 6340,616 Tepi Atas 11017,754 Tepi Bawah 5613,389 Batang Diagonal Batang Tepi Bawah Batang Tegak Batang Tepi Atas Gelegar elintang Gelegar emanjang Batang Penggantung Gambar 3.4 Rangka Jembatan Gambar 3.5 Diagram gaya aksial dari hasil SAP 000 7

8 Perhitungan Struktur Jembatan Lengkung Rangka Baja Dua Tumpuan Bentang 10 eter Perencanaan Batang Tepi Atas Tekan tf = 18 mm tf = 4.70 mm tw = 11 mm d = 440 mm tw = 4 mm 933 mm b = 300 mm Dari hasil analisa program komputer SAP 000 didapat gaya aksial tekan terbesar yaitu pada batang S 137, N u = 11017,754 kn Dimensi batang dicoba menggunakan profil 36 WF 36 16½ A g = 588,8 cm I x = cm 4 I y = cm 4 i x = 38,53 cm i y = 9,47 cm S x = 1811,6 cm 3 S y = 410,9 cm 3 f y = 410 Pa = 550 Pa f u aka : N n 0,85 379,6kN 03, 7kN N R5.90 mm u N n 43 mm 11017,754 kn 03, 7kN Profil aman 3.5. Perencanaan Batang Tepi Bawah Dari hasil analisa program komputer SAP 000 didapat gaya aksial tarik terbesar yaitu pada batang S 10, N u = 050 kn Dimensi batang dicoba menggunakan profil WF A g = 157,4 cm I x = cm 4 I y = 8110 cm 4 i x = 18,88 cm i y = 7,18 cm S x = 440 cm 3 S y = 541 cm 3 f y = 410 Pa = 550 Pa f u Dipakai nilai ϕnn yang terkecil, maka ϕnn = 5495,985 kn N u N n 050kN 5495, 985kN Profil aman. 4. PERHITUNGAN SABUNGAN Sambungan Gelegar emanjang Dengan Gelegar elintang Tarik 8

9 Perhitungan Struktur Jembatan Lengkung Rangka Baja Dua Tumpuan Bentang 10 eter Besarnya gaya lintang yang bekerja pada gelegar memanjang adalah : 66,03 kn + 63,5 kn = 39,81 kn Diambil nilai ϕr n terkecil yaitu 4,74 kn. 1. enghitung Jumlah Baut Pu n R aka : buah n 39,81kN n 4,74 kn 7, PERHITUNGAN PERLETAKAN Perhitungan Perletakan Beban beban yang bekerja : R v = 6356,861 kn R d = 551,89 kn H agn = 5/4 3,00 kn/m 10 m = 450 kn H rem = 16,738 kn H gsk = 0,01 R d = 0,01 551,89 kn = 5,519 kn Data-data bantalan karet : Tegangan tekan (σ b ) = 7,00 Pa Regangan tekan = 1,5 Pa odulus geser (G) = 0,8 Pa Penurunan yang diizinkan = 15% tebal landasan Pergeseran horizontal yang diizinkan = 50% tebal landasan Dimensi bantalan Luas perlu : Rv 6356,861kN A 90813mm b 7,0 Pa Lebar bantalan (b) = 900 mm Panjang bantalan (L) = A 90813mm 1009,06 mm, b 900mm digunakan L = 1100 mm Tebal bantalan = 3,0 cm Luas Aktual = L b = 1100 mm 900 mm = mm > A perlu Aman. 5. Perhitungan Baut Angkur Pada Perletakan Data-data perencanaan : utu baut yang digunakan adalah Diameter baut 4 mm H ldn = 4,57 kn H ltr = 70 kn A s = ¼ π d = ¼ π (4) = 45,571 mm Diambil nilai 145,615 kn. Rn terkecil yaitu 1. enghitung Jumlah Baut Pu n R n Jumlah baut 71,39kN n 4,953 8 baut 145,615kN 9

10 Perhitungan Struktur Jembatan Lengkung Rangka Baja Dua Tumpuan Bentang 10 eter BAUT d =1" Gambar 5.1 Elastomeric bearing 6. PENUTUP 6 UPPER BEARING POT BOTTO BEARING POT Kesimpulan BANTALAN KARET Dari hasil perhitungan yang diperoleh dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Hasil perhitungan berupa konstruksi busur rangka dengan bentang 10 m dan fokus tertinggi 0 m. Dimensi melintang lantai kendaraan dengan trotoar adalah 9 m untuk jalan jalur arah. Lantai kendaraan berupa pelat beton bertulang dengan tebal 180 mm 3. Berdasarkan program SAP 000, total berat rangka jembatan adalah sebesar 303,948 kn atau 34,857 ton 4. Berdasarkan program SAP 000, total lendutan rangka jembatan adalah sebesar 0,55 m 5. Dimensi profil untuk gelegar melintang berupa WF dengan menggunakan mutu baja BJ Struktur utama rangka baja batang tepi atas dengan profil WF dan 36 WF ½ dengan menggunakan mutu baja BJ Struktur utama rangka baja berupa batang tepi bawah dengan profil WF dan 36 WF ½ dengan menggunakan mutu baja BJ Struktur utama rangka baja berupa batang tegak dengan profil WF 50 50, WF dan WF dengan menggunakan mutu baja BJ Struktur utama rangka baja berupa batang diagonal dengan profil WF , WF dan WF dengan menggunakan mutu baja BJ Struktur utama rangka baja berupa batang penggantung dengan profil WF dan WF dengan menggunakan mutu baja BJ Struktur sekunder rangka baja berupa ikatan angin tepi atas dengan profil WF dan WF dengan menggunakan mutu baja BJ Struktur sekunder rangka baja berupa ikatan angin tepi bawah dengan profil WF dengan menggunakan mutu baja BJ Struktur sekunder rangka baja berupa ikatan angin bawah dengan profil WF dengan menggunakan mutu baja BJ Perletakan yang digunakan adalah Elastomeric Bearing dengan dimensi 110 cm 900 cm 3 cm 10 Daftar Pustaka Pembebanan untuk Jembatan, RSNI T Badan Standardisasi Nasional Perencanaan Struktur Baja untuk Jembatan, RSNI T Badan Standardisasi Nasional Tata Cara Perhitungan Struktur Beton, SNI Bandung: Yayasan LPB. Aristadi, Dien Analisis Sistem Rangka Baja Pada Stuktur Jembatan Busur Rangka Baja. Chen, Ed. Wai-Fah, dan Lian Dan " ngineering0handbook/." Diakses 6 Juli 013.

11 Perhitungan Struktur Jembatan Lengkung Rangka Baja Dua Tumpuan Bentang 10 eter Gunawan, Rudy Pengantar Teknik Pondasi. Yogyakarya: Penerbit Kanisius. Hadihardaja, Joetata Rekayasa Pondasi II Pondasi Dangkal dan Pondasi Dalam. Jakarta: Universitas Gunadarma. Learning, ILT Aplikasi Rekayasa Konstruksi D dengan SAP 000. Jakrta: PT. Elex edia Komputindo. Learning, ILT Belajar Sendiri SAP 000 Versi 10. Jakarta: PT. Elex edia Komputindo. ccormac, Jack C Desain Beton Bertulang. Jakarta: Erlangga. Salmon, Charles G., dan John E. Johnson STRUKTUR BAJA. Desain dan Perilaku. Edisi Kedua. Jilid 1. Jakarta: PENERBIT ERLANGGA. Subarkah, Imam Jembatan Baja. Bandung: Idea Dharma. Supriyadi, Bambang, dan Agus Setyo untohar Jembatan. Yogyakarta: Beta Offset. T., Gunawan, dan argaret S Diktat Teori Soal dan Penyelesaian Konstruksi Baja II Jilid 1. Jakarta: Delta Teknik Group. 11