ANALISA PERBANDINGAN KELAYAKAN PADA GELAGAR JEMBATAN DENGAN MENGGUNAKAN PRECAST U DAN I

Transkripsi

1 ANALSA PERBANDNGAN KELAYAKAN PADA GELAGAR JEMBATAN DENGAN MENGGUNAKAN PRECAST U DAN Firmansyah Parlindungan Lubis 1 dan Rahmi Karolina 2 1 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan firmansyahpl@gmail.com 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan rahmi.karolina@usu.ac.id ABSTRAK Pekerjaan jembatan pada jalan tol Medan Kualanamu pada umumnya menggunakan balok precast segmental yang selanjutnya disambung menggunakan kabel prategang. Karena banyaknya proyek yang menggunakan balok precast, maka jarang ditemukan proyek yang menggunakan balok precast lainnya. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan perilaku jembatan precast dan U akibat pembebanan yang terjadi pada struktur atas jembatan. Dasar dasar perencanaan mengacu pada Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan (SN T ), Pembebanan untuk Jembatan (SN T ), Bridge Management System (BMS), AASHTO 1992 dan Binamarga Jembatan dengan bentang 40 meter dibebani beberapa pembebanan seperti berat sendiri, beban mati tambahan, beban lajur D, dan beban lajur T. Perhitungan kehilangan gaya prategang dilakukan pada kehilangan jangka pendek dan jangka panjang, Hasil dari analisa menunjukkan jembatan U girder memiliki tingkat kefektifan yang lebih tinggi dibandingkan jembatan girder pada lendutan, reaksi perletakan, gaya dalam, tegangan, dan kehilangan gaya prategang. Tapi volume pekerjaan pada jembatan U girder lebih besar 1,66 % dibandingkan dengan jembatan U girder. Kata kunci : PCU girder, PC girder, Prategang, Post Tension, Losses. ABSTRACT The bridge works on Medan - Kualanamu toll road generally use precast segmental blocks which are then connected using prestressing cables. Because of the large number of projects that use precast blocks, it is rare to find projects that use other precast blocks. This study aims to compare the behavior of precast bridges and U due to the loading that occurs on the structure of the bridge. The basics of planning refers to Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan (SN T ), Pembebanan untuk Jembatan (SN T ), Bridge Management System (BMS), AASHTO 1992 and Binamarga 2011.A 40-meter span bridge is loaded with multiple loads such as own weight, additional dead loads, "D" loads, and a "T" load. The calculation of the loss of the prestressing force is performed on short-term and long-term losses. The results of the analysis show that the girder bridge has a higher level of effectiveness than the girder bridge on deflection, placement reaction, internal force, stress, and loss of prestressing force. But the volume of work on bridge U girder larger 1.66% compared with U girder bridge. Keywords : PCU girder, PC girder, Prestressed, Post Tension, Losses. 1. PENDAHULUAN Penggunaan beton prategang modern pertama kali dikemukakan oleh Freyssinct seorang Perancis (1928), yang mengaplikasikan kawat kawat baja berkualitas tinggi pada balok beton prategang dengan sistem pretension dan post-tension. Kemudian dikembangkan lagi oleh Magnel dengan Magnel System of Belgium. Dimana kuat tarik beton bertulang terbatas, sedangkan kuat tekannya sangat tinggi, sehingga pemberian prategang menjadi penting di dalam banyak penerapan agar dapat mengontrol retak dan defleksi. Jenis Jembatan menggunakan balok girder pratekan megalami pekembangan yang pesat dalam dunia konstruksi. Hal ini dapat diamati dari banyaknya jenis balok pratekan yang dapat digunakan pada berbagai jenis jembatan. Seperti balok girder PC, PCU, dan Box Girder. Untuk mendapatkan jenis girder yang paling efektif maka dilakukan perbandingan pada jenis jenis girder tersebut, perbandingan dilakukan pada struktur atas jembatan yaitu slab lantai jembatan, deck slab, diafragma, Dapped End & End Block. Kemudian didapatkan

2 perubahan pada lendutan, reaksi perletakan, gaya dalam, tegangan, kehilangan gaya prategang, dan volume beton yang digunakan pada jembatan tersebut.. Umumnya pada proyek jalan Tol Medan Kulanamu menggunakan balok pracetak berbentuk. Dalam 1 bentang digunakan 6 buah balok dan disesuaikan panjangnya dengan bentang yang ada pada lapangan. Pada penelitian ini penulis tertarik untuk menganalisa jembatan Sei Batu Gingging yang memililki bentang 40 m yang berada pada sta. (3+432) (3+519) proyek jalan bebas hambatan Medan Kualanamu dengan menggunakan balok PCU. 2. TNJAUAN PUSTAKA Di ndonesia ada banyak tipe jembatan, pada mulanya jembatan dibuat dengan sangat sederhana dengan menggunakan kayu, seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan maka membuat jembatan dengan beton dan kemudian berkembang menjadi beton prategang. Yaitu beton yang mengalami tegangan internal dengan besarnya distribusi sehingga dapat mengimbangi sampai batas tertentu tegangan yang terjadi akibat beban eksternal. Balok jembatan yang sering kita jumpai dapat berupa baja maupun beton bertulang. Balok dengan bahan baja ummnya digunakan pada jembatan komposit, sedangkan balok beton bertulang digunakan pada jembatan yang relatif pendek. Balok beton bertulang memiliki keterbatasan bila digunakan pada bentang panjang, dimana pada bentang panjang menghasilkan beban yang lebih besar sehingga membutuhkan penampang dengan ukuran yang lebih besar, sehingga tidak efisien dalam memikul beban dan biaya konstruksi. Dengan memanfaatkan momen sekunder akibat stressing untuk mengimbangi momen akibat beban luar, kuat tarik beton prategang bervariasi antara 8 sampai 14 %dari kuat tekannya,dan tinggi komponen struktur beton prategang berkisar antara 65 80% dari tinggi komponen beton bertulang pada bentang dan beban yang sama, dengan demikian beton prategang membutuhkan lebih sedikit beton dan sekitar 20% sampai 30% banyaknya tulangan Sehingga pada jembatan bentang panjang lebih sering digunakan beton prategang. [1].Beton pratekan pertama kali ditemukan oleh Eugene Freyssinet, seorang insinyur Perancis. a mengemukakan bahwa untuk mengatasi rangkak, relaksasi dan slip pada jangkar kawat atau pada kabel maka digunakan beton dan baja bermutu tinggi. Beton prategang adalah beton yang mengalami tegangan internal dengan besar (akibat stressing) dan didistribusi sedemikian rupa sehingga dapat mengimbangi sampai batas tertentu tegangan yang terjadi akibat beban eksternal. [2]. 3. METODOLOG PENELTAN Mulai Studi Literatur Tahap Pengumpulan Data Pendimensian Girder Analisa Beban Rencana Perhitungan Momen, Losses, Tegangan dan Lendutan NOT OK Kontrol Tegangan dan Lendutan, Desain Dapped End OK Perbandingan PCU dan PC Girder Kesimpulan dan Saran Selesai Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah study literatur, dengan mengumpulkan bermacammacam teori dan pembahasan melalui buku-buku, peraturan Standar Nasional ndonesia (SN), dan panduan dari American nstitute of Steel Construction (ASC), serta jurnal-jurnal yang berkaitan dengan permasalahan yang

3 dibahas. Penelitian dilakukan dengan mengumpulkan data data yang diperoleh dari lapangan seperti karakteristik beton prategang, spesifikasi balok, dan pembebanan. Kemudian dilakukan perhitungan Section properties penampang girder, kombinasi pembebanan ultimit, analisa momen dan geser, perencanaan gaya prategang, losses aktual, analisa tegangan dan lendutan, desain dapped end & end blok, perbandingan balok PCU dan PC Pendimensian Girder Perencanaan dimensi girder berdasarkan tabel WKA dimana girder yang dibandingkan adalah PC H- 210 dan PCU H Analisa Beban Rencana Besar beban mati terdiri dari balok precast, deck slab, diaphragma, slab, aspal dan parapet. Beban hidup yaitu pembebanan truk T, dan pembebanan lajur D dianalisa dengan perhitungan pada analisa SAP Analisa Momen dan Geser Dibandingkan balok tengah dan tepi yang menghasilkan beban ultimate paling besar, Beban ultimate dirumuskan dengan: Ultimate load = 1.2(balok pracetak + deck slab)+1.3(diafragma+slab)+2 aspal+1.8 LL 3.4. Perencanaan gaya prategang Rumus umum perhitungan tegangan menurut Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan SN T a. Kondisi awal di tengah bentang : σa = Pi + Pi.eo.yt Mmin.yt σti (1) Ac σb = Pi + Pi.eo.yb Mmin.yt σci (2) Ac b. Kondisi layan di tengah bentang : σa = P + P.eo.yt Ac σa = P Ac + P.eo.yt Mmax.yt Mmax.yt σcs (3) σts (4) 3.5. Tata letak Kabel Kabel didesain sesuai gaya konsentris atau eksentris, hal ini bertujuan untuk mencegah berkembangnya retak, yaitu dengan cara mengurangi tegangan tarik di tumpuan dan daerah kritis pada saat kondisi beban kerja, sehingga dapat meningkatkan kapasitas lentur, geser dan torsional penampang struktur. Penampang dapat berprilaku elastis dan hampir semua kapasitas beton yang memikul tekan dapat secara efektif dimanfaatkan di seluruh tinggi penampang beton pada saat semua beban bekerja di struktur Losses Actual Kehilangan elastis : Kehilangan akibat gesek,kehilangan akibat slip angkur, kehilangan akibat pemendekan elastis Kehilangan berdasrkan Waktu : Kehilangan akibat susut, kehilangan akibat rangkak, kehilangan akibat relaksasi baja 3.7. Desain Dapped End & End Block Menurut buku PC design handbook, model keruntuhan pada perletakan non prismatik dikelompokkan menjadi beberapa bagian seperti lentur dan aksial tarik pada ujung yang diperpanjang, geser pada pertemuan tinggi balok yang berbeda, tarik diagonal yang berasal dari sudut antar balok, tarik diagonal pada ujung yang diperpanjang dan tarik diagonal pada ujung yang penuh [3]. Penelitian sebelumnya pada jalan tol tersebut ditemukan analisa ujung balok dapped-end membutuhkan analisa yang berbeda dengan balok prismatik biasa. Pada bentuk ini model-model keruntuhan lebih banyak dibanding balok prismatik. [4]. 4. HASL DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisa Penampang Analisa penampang dibutuhkan untuk mengetahui titik berat, momen inersia dan modulus section pada balok precast dan komposit.

4 Keterangan Tabel 4.1 Analisa Penampang Luas Ya Yb x Wa Wb (mm 2 ) (mm) (mm) (mm 4 ) (mm 3 ) (mm 3 ) Balok Precast E Balok Komposit E Pada balok komposit digunakan plat dengan ketebalan 50 mm sehingga untuk balok komposit jarak titik berat balok terhadap alas balok didapat sebesar mm 4.2. Analisa Pembebanan Balok girder menerima kombinasi terhadap beban mati dan beban hidup, dalam hal ini digunakan pembebanan pada balok tengah : Tabel 4.2. Analisa Pembebanan Beban Jenis Beban Nilai Satuan Mati Hidup Precast kn/m Deck Slab kn/m Diafragma tumpuan kn Diafragma lapangan kn slab kn/m aspal kn/m Terbagi Rata,qudl 24.3 kn/m Beban Garis, KEL kn 4.3. Analisa Momen Perhitungan momen di tengah bentang dihitung menggunakan analisa pada SAP 2000, perencanaan dilakukan pada bentang diatas 2 perletakan sederhana, sehingga momen terbesar terjadi di tengah bentang. Tabel 4.3. Analisa Momen (knm) tipe Deskripsi Tengah bentang BMP Balok BMP Slab BMP Deck Slab BMP Diaphragma BMT Aspal LL Terbagi rata LL beban garis Total Ultimate Profil Kabel Profil kabel yang digunakan adalah Uncoated Relieve Seven Wire Strand, ASTM A 416 Grade 270 Low Relaxation dengan Spesifikasi diameter strand 1.27 cm, modulus elastisitas kg/cm 2 dan AST cm 2

5 Tendon Tabel 4.4. Profil Kabel Jumlah Profil Tegangan Total JF Strand Ujung Tengah Kiri Kanan penegangan (kn) % 0% 75% % 0% 75% % 0% 75% % 0% 75% % 0% 75% % 0% 75% % 0% 75% % 0% 75% % 0% 75% % 0% 75% Kehilangan Gaya Prategang Kehilangan gaya prategang merupakan proses menurunnya tegangan prategang diakibatkan oleh beton maupun tendonnya. Kehilangan gaya akibat gesekan kabel, pemendekan elastis, menggunakan rumus pada buku Raju N. Krishna [5] berdasarkan AASHTO 1992, dan Gilbert [6]. Kehilangan akibat slip angkur, rangkak, susut, dan relaksasi baja berdasarkan pada Binamarga 2011, dan AC yang dapat dilihat pada buku Edward G. Nawy [1] Gambar 1. Kehilangan Gaya Prategang Tabel 4.5. Kehilangan Gaya Aktual Letak titik nitial Taksir Aktual Keterangan perletakan % 20% 17.11% OKE lapangan 69.70% 22% 14.72% OKE perletakan % 18% 7.87% OKE Tabel 4.6. Resume gaya prategang Kondisi % tegangan UTS tegangan Luas kabel P efektif (Mpa) kabel (mm 2 ) (kn) Short Term 69.70% long term 54.98%

6 4.6. Analisa Tegangan a. Tegangan izin saat initial (021/BM/2011) Tekan = 0.6 fc i = Mpa = - 19,2 Mpa Tarik = 0.25 fc i = Mpa = Mpa ( selain perletakan) Tarik = 0.5 fc i = Mpa = 2.83 Mpa (perletakan) Gambar 2. Diagram tengangan saat initial b. Tegangan izin saat Servis (021/BM/2011) Tekan = 0.45 fc = Mpa = -18 Mpa Tarik = 0.5 fc = Mpa = 3.16 Mpa Gambar 3. Diagram tengangan saat servis 4.7. Lendutan Lendutan yang terjadi pada kombinasi jembatan tidak boleh lebih dari = dimana L adalah panjang jembatan yang ditinjau. Kontrol lendutan dilakukan pada saat transfer dimana beban luar belum bekerja dan juga pada saat servis setelah beban luar bekerja. Dalam kasus ini lendutan yang terjadi sebesar cm, dimana lendutan yang diizinkan adalah sebesar 5 cm. Hal ini membuktikan bahwa struktur aman terhadap lendutan yang terjadi Desain Dapped End & End Block Perhitungan desain dapped end didasarkan menurut buku PC design Handbook [3], dimana model keruntuhan yang digunakan merupakan keruntuhan non prismatic. Tarik diagonal pada ujung yang diperpanjang : l d = 3000 d b f c Perhitungan As bars : Fy = 400 MPa = psi ; F c = 40 Mpa = 5801,6 psi - Dari desain Aid untuk diameter 25 mm = inci;l d = , ,6 - Dari desain Aid untuk diameter 19 mm = inci;l d = , ,6 - Dari desain Aid untuk diameter 12 mm = inci;l d = , ,6 (3) = 38,766 inci = cm = 29,463 inci = cm = 18,608 inci = cm

7 4.9. Perbandingan PCU dan PC girder Gambar Profil Gambar Profil U Tabel 4.7. Spesifikasi material jembatan : Elemen Struktur Tipe Spesifikasi Deck Slab Plat lantai Diafragma PC PCU tebal = 70mm lebar = 1750mm tebal = 70mm lebar = 960mm Mutu Beton (Mpa) PC tebal = 250mm 28 PCU tebal = 250mm 28 PC PCU tebal = 0.2mm tinggi = 180 cm panjang = 185 cm tebal = 0.2mm tinggi = 125 cm panjang = 170 cm Tabel 4.8.Gaya yang bekerja pada jembatan : Momen max PC knm di tengah bentang PCU knm Gaya geser max PC kn di tengah bentang PCU kn Loss of prestress di tengah bentang PC 18.40% PCU 14.72% Short term P = kn PC Long term P = kn Short term P = kn PCU Long term P = kn Tegangan bawah layan Tegangan atas layan PC Mpa PCU Mpa PC Mpa PCU Mpa Lendutan PC mm

8 Volume Pekerjaan PCU mm PC m 3 PCU m 3 5. KESMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Dari hasil perhitungan serta analisa diatas dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut : 1. Jembatan U girder ditinjau dari lendutan, tegangan, dan momen mempunyai tingkat keefektifan yang lebih tinggi dibandingkan dengan girder. 2. Penampang U girder membutuhkan jumlah tendon yang lebih banyak yaitu 10 buah, sehingga memiliki gaya prategang yang lebih besar dari girder yang menggunakan 5 buah tendon. 3. Selisih volume pekerjaan pada U girder lebih besar 1.66 % dibandingkan dengan jembatan girder. 4. Pada analisa ini Losses prediksi mendekati losses aktual. 5. Terdapat banyak metode yang dapat digunakan dalam menghitung losses prategang. Perbedaan metode perhitungan losses inilah yang menyebabkan berbedanya hasil yang diperoleh antara analisa pada Tugas Akhir ini (metode Bina Marga 021/BM/2011) dengan analisa yang dilakukan oleh PT Wijaya Karya Beton (metode AASHTO 1992, AC ) Saran 1. Variasi pada kombinasi pembebanan dapat ditambahkan untuk mendapatkan hasil yang lebih efektif. 2. Dengan banyaknya metode dalam menganalisa balok prestress ini, sebaiknya para desainer lebih bijak dalam menentukan metode mana yang akan digunakan. Metode dengan faktor yang lebih aman serta menghasilkan rancangan lebih kuat akan mengurangi biaya pelaksanaan. DAFTAR PUSTAKA [1] Nawy, Edward. G Beton Prategang Suatu Pendekatan Mendasar. Jilid 1Edisi. Terjemahan [2] Lin.T.Y Design of Prestressed Concrete Structures. USA : John Wiley & Sons,nc [3] PC Design Handbook 6th Edition. Prestressed/Precast Concrete nstitute. [4] Siregar, Adriansyah P.R Redesain Prestress (Post Tension) Beton Pracetak Girder antara Pier 4 dan Pier 5, Ramp 3 Junction Kualanamu. Studi Kasus pada Jembatan Fly-Over Jalan Toll Medan- Kualanamu. Universitas Sumatera Utara. [5] Raju, N Krishna Beton Prategang. Edisi. Terjemahan r.suryadi. Jakarta: Erlangga [6] Gilbert, R., dan NC. Mickleborough Design of Prestressed Concrete.London:Unwin Hyman Ltd. [7] Bambang Suryoatmono. Jakarta: Erlangga [8] S. Hardwiyono, et al. Perancangan Ulang Struktur Atas Jembatan Gajah Wong Yogyakarta dengan Menggunakan Box Girder / Semesta Teknika, Vol. 16, No. 1, 10-20, Mei 2013 [9] Heryudiasari, Wanda, A.R. Sjahril Studi Perbandingan Perilaku Jembatan girder dan U girder Akibat Pembebana Jembatan (Studi Kasus : Flyover peterongan,jombang Jawa Timur). FT U [10] Teknik Jembatan. Departemen Pekerjaan Umum, Direktorat Jendral Bina Marga, Direktorat Bina Program Jalan