4.4 URAIAN MATERI IV: MERENCANA PONDASI JEMBATAN TYPE ABUTMEN BETON

Transkripsi

1 4.4 URAIAN MATERI IV: MERENCANA PONDASI JEMBATAN TYPE ABUTMEN BETON Pada bahasan pondasi jembatan tipy abutmen dari bahan beton dan jenis bentuk pondasi jembatan dengan konstruksi ramping terbentuk dari komponen pondasi telapak, tiang abutment dan kepala jembatan. Bahasan ini mengunakan data yang hanya digunakan untuk menuntun dalam pembahasan proses perhitungan pondasi jembatan agar dapat memahami melalui proses tahapan pemecahan masalah Spesifikasi Bangunan Abutmen Perencanaan abutmen jembatan (Abutment), dengan misal data teknis yang direcanakan adalah sebagai berikut : Tipe jembatan : Beton Klasifikasi jalan : kelas III Lebar jembatan : 5,5meter Panjang jembatan : 16 meter Jumlah Gelagar utama : 4 buah Jarak antar gelagar utama : 1,5 meter

2 4.4.2 Spesifikasi Konstruksi Tabel 4. 1 Spesifikasi Konstruksi No. URAIAN DIMENSI DIMENSI SATUAN 1. Lebar jalan (jalur lalu-lintas) 3.50 M 2. Lebar trotoar (pejalan kaki) 0.75 M 3. Tebal trotoar 0.12 M 4. Tebal slab lantai jembatan 0.20 M 5. Tebal lapisan aspal 0.05 M 6. Tebal genangan air hujan 0.05 M 7. Lebar girder 0.35 M 8. Tinggi balok 0.65 M 9. Jarak balok diafragma 2.00 M 10. Tebal balok diafragma 0.15 M 11. Tinggi tiang sandaran 1.00 M Gambar 4. 1 Posisi Denah Jembatan

3 Gambar 4. 2 Potongan Melintang Jembatan (Pot A-A) Gambar 4. 3 Tampak Samping Jembatan

4 Gambar 4. 4 Rencana Dimensi Abutment Jembatan Penyebaran gaya gravitasi dan horisontak berupa gaya luar pada abutmen jembatan Gambar 4. 5 Gaya Titik Berat Bahan Pondasi Terhadap Titik Ujung Pondasi A

5 4.4.3 Pembebanan Abutmen Jembatan Dalam perhitungan beban meliputi: 1. Gaya vertical : Reaksi dari bangunan atas dapat diperoleh melalui gaya yang bekerja pada struktur jembatan bagain atas terdiri dari: a) Reaksi dari bangunan atas. b) Gaya akibat beban sendiri abutment dan tanah c) Gaya akibat beban hidup. 1. Gaya horizontal : Beban yang bekerja sebagai beban khusus dari pengaruh antara lain: a) Gaya horisontal akibat gaya rem dan traksi b) Gaya horisontal akibat gempa bumi c) Gaya horisontal akibat tekanan tanah aktif d) Gaya gesek pada tumpuan e) Gaya turberlin air pada pangkal jembatan Perhitungan Berat Konstruksi Perhitungan untuk mendapatkan berat konstruksi upper jembatan terhadap abutmen sesuai model dari rencana dengan materil dan dimensi serta bagian lainnya yang menyatu dalam konstruksi dan membebani bagian abutmen 1) Diperoleh beban total bagian atas jembatan sehingga masing masing tumpuan (kanan dan kiri) Tabel 4. 2 Berat Konstruksi No. Keterangan P L T BJ Jumlah TOTAL (t) 1 Lantai kendaraan 25 5,5 0,20 2, Air Hujan 25 5,5 0,03 1 4,1 3 Aspal + overley ,1 2, Trotoar 25 0,75 0,1 2, Gelagar 25 0, ,4 4 69,9 6 Tiang Sandaran 0,15 0,1 1,0 2,4 26 0,936 7 Pipa sandaran 25 0, ,79 4 0,798 8 Diafragma 1,13 0,15 0,65 2,4 18 4,759 Wba 177,493

6 Beban tumpuan kanan dan kiri Wba = 177,493 / 2 Wba = 88,7465 ton Wba = 887,465 kn Posisi jarak titik berat gaya terhadap titik kern ( x) dari sisi tepi bidang abutmen arah melintang, diperoleh 2) Gaya akibat beban sendiri abutment dan tanah Dengan : Lebar abutment : 6 m BJ beton : 2,4 ton BJ tanah : 1,8 ton Tabel 4. 3 Perhitungan Gaya Dan Titik Berat Dari Konstruksi Abutmen Terhadap Titik Berat Konstruksi No. Ukuran W X (m) W.X Y (m) W.Y 1 0,4 x 0,6 x 6 x 24 34,56 3,2 110,592 7,15 247, ,6 x 0,65 x 6 x 24 56,16 3,3 185,328 6,52 366, ,7 x 1,1 x 6 x ,68 3, ,22 3,6 2965, ,5 x 0,5 x 2,5 x 6 x ,66 149,4 1,16 104,4 5 0,5 x 1,35 x 0,5 x 6 x 24 48,6 4,05 196,83 1,16 56, x 4,95 x 6 x ,8 2, ,616 0,5 356,4 Jumlah 1765,8 4914, ,69 9 1,35 x 5,35 x 6 x ,03 4, ,7281 4, , ,5 x 1,35 x 0,5 x 6 x ,5 164,025 1,3 47,385 Jumlah 816,5 3494, ,1101 3) Letak titik berat abutment dari titik A : X = = = 2,78 m Y = = = 2,31 m

7 4) Letak titik berat tanah dari titik A : X = = = 4,28m Y = = = 4,04 m 5) Gaya akibat beban hidup - Beban merata q = 2,2 t/m - L =25 m q = ( ) = 115 ton 6). Beban merata untuk abutment = 0, ton = 57,5 ton - Beban garis P = 12 ton k = 1 + = 1 + = 1,333 p =( ) = 33,444 ton =334,44 kn Beban hidup total pada abutment = 57,5 + 33,444 = 90,944 ton = 909,44 kn X = 2,75 m 7). Gaya Horisontal Gaya horisontal akibat gaya rem dan reraksi pada kepala abutmen atau pangkal atas jembatan. Dapat digambarkan dibawah ini Gambar 4. 6 Gaya Rem Dan Traksi

8 Reaksi dapat diperoleh melalui beban hidup dari atas jembatan yang bekerja sebagai berikut (reaksi Traksi) Rt = 5 % dari beban hidup = 5 % * (57,5) = 2,875 ton = 28,75 kn Jarak terhadap titik A, y = 6,20 m Gaya horisontal akibat gempa bumi, besarnya dipengaruhi akibat beban mati dari kosntruksi yang bekerja pada abutmen Besar gaya gempa, diperoleh sebagai berikut Gh = C * W Dimana : Gh = Gaya horisontal akibat gempa C = 0,15 ( koefisien gempa untuk daerah Jawa Timur ) W = Beban mati dari konstruksi yang ditinjau Gaya gempa terhadap abutment : Wa = 1765,8kN Gha = 0,15 * 1765,8 = 264,87 kn jarak dihitung dari titik A. Y = 2,31m Gaya gempa terhadap bangunan atas : Wba = 887,465kN Gba = 0,15 * 887,465 = 133,11 kn Jarak dihitung dari titik A maka y = 6,2 m Gaya gempa terhadap tanah di atas abutment Wt = 816,5 kn Gt = 0,15 * 816,5 = 122,475kN Jarak dihitung dari titik A maka y = 4,04m

9 8) Gaya horisontal akibat tekanan tanah aktif Gambar 4. 7 Tekan Tanah Aktif Dari Samping Abutmen Karakteristik material yang ditimbunkan dari sisi dalam abutmen, sbb Berat jenis tanah urugan (γ) = 1,8 t/m 3 Sudut geser tanah urugan (Ø) = 30ᵒ Menurut PPJJR 1987 ps 1.4 akibat muatan lalu lintas diperhitungkan sebagai beban merata senilai dengan tekanan tanah setinggi 60 cm, sehingga beban merata di atas abutment, dapat diperoleh: q1 = 0.6 * 1,8 = 1,08 t/m 2 = 10,8 kn/m 2 Akibat berat pelat injak, aspal, dan lapis pondasi : q2 = (0,2 * 2,4) + (0,05 * 2,2) + (0,30 * 2) = 1,19 t/m 2 = 11,9 kn/m 2 Beban merata total : q = q1 + q2 = 1,08 + 1,19 = 2,27 t/m 2 = 22,7 kn/m 2 Koefisien tekanan tanah : Ka = tg 2 [ ]= tg 2 [ ]= 0,33

10 Gaya yang bekerja per meter lebar tekanan tanah aktif : Ta1 = q x Ka x H = 22,7 x 0,33 x 7,45 = 55,807 kn/m Ta2 = 0,5 x γ x Ka x H 2 = 0,5 x 18 x 0,33 x 7,45 2 = 164,842 kn/m Ta tot = 220,649 kn/m Berat total tekanan tanah sepanjang 6 m = 220,649x 6 = 1323,894kN Titik berat dari titik A, (y) = =2,8 m Gaya gesek pada tumpuan Gaya gesek pada tumpuan akibat bahan beton dan bahan tumpuan dapat dirumuskan : Gg = fs * Wba Dimana : Gg = gaya gesek antara tumpuan dengan beton/baja fs = koefisien gesek ( f = 0,15 0,18 ) Wba = berat konstruksi atas = 887,465kN Gambar 4. 8 Gaya Gesek Pada Tumpuan Dari rumusan diatas diperoleh besarnya gaya gesek pada tumpuan : Gg = 0,15 * 887,465= 133,11 kn Jarak terhadap titik A, sejauh y = 6,2 m

11 4.4.5 Kombinasi Pembebanan Kestabilan konstruksi harus ditinjau berdasarkan komposisi pembebanandan gaya yang mungkin akan terjadi. Menurut PPJJR SKBI 1987, tegangan atau gaya yang digunakan dalam pemeriksaan kekuatan konstruksi yang bersangkutan dikalikan terhadap tegangan ijin atau tegangan batas yang telah ditentukan dalam satuan prosen. Kombinasi pembebanan pada perencanaan abutment sesuai dengan aturan yang tercantum dalam PPJJR hal. 21 adalah sebagai berikut : Tabel 4. 4 Kombinasi Pembebanan No. Kombinasi pembebanan Tegangan yang dipakai terhadap tegangan ijin 1 M + H + Ta 100 % 2 M + Ta + Gg 125 % 3 Kombi I + Gg 140 % 4 Mh +Gh + Gg 150 % Keterangan : Gg = gaya gesek tumpuan bergerak Gh = gaya horizontal akibat gempa bumi H = beban hidup dengan koefisien kejut M = beban mati Rt = gaya rem dan traksi Ta = gaya tekanan tanah Jika dilakukan formulasi sesuai dengan kelompok pembebanan, maka masing kondisi dapat diperoleh sebagai berikut Tabel 4. 5 Kombinasi Pembebanan Kondisi I Beban Gaya (kn) Jarakketitik A Momen Jenis Bagian V H X y MV MH M Wa 1765,8 2, ,924 Wt 816,5 4, ,62 Wba 887,465 2, ,529 H 909,44 2, ,96 Ta 1323,89 2,8 3706,89 Beban Nominal 4379, , , ,89 BebanIjin 4379, , , ,89

12 Tabel 4. 6 Kombinasi Pembebanan Kondisi II Beban Gaya (kn) Jarakketitik A Momen Jenis Bagian V H X y MV MH M Wa 1765,8 2, ,924 Wt 816,5 4, ,62 Wba 887,465 2, ,529 Gg 133,11 6,2 825,28 Ta 1323,89 2,8 3706,89 Beban Nominal 3469, , ,17 BebanIjin 4337, , , ,22 Tabel 4. 7 Kombinasi Pembebanan Kondisi III Beban Gaya (kn) Jarakketitik A Momen Jenis Bagian V X y MV MH Komb I 4379, , , ,892 Gg 133,11 6,2 825,282 Beban Nominal 4379, , ,17 BebanIjin 6130, , , ,04 Tabel 4. 8 Kombinasi Pembebanan Kondisi IV Beban Gaya (kn) Jarakketitik A Momen Jenis Bagian V H X y MV MH M Wa 1765,8 2, ,924 Wt 816,5 4, ,62 Wba 887,465 2, ,529 Gg 133,11 6,2 825,28 Gh Ga 264,87 2,31 611,85 Gt 122,48 4,04 494,82 Gba 133,11 6,2 825,28 Beban Nominal 3469, , , ,23 BebanIjin 5204, , , ,849

13 Perencanaan Pondasi Jembatan Tipy Abutmen Direncanakan menggunakan pondasi bagian bawah dari tipy plat telapak dengan kedalaman 2 meter dari elevasi dasar sungai karena dari hasil penyelidikan boring yang dilakukan sampai mencapai kedalaman 7 meter, mulai kedalaman 2 meter sudah dijumpai tanah keras dengan nilai SPT > 60. Kestabilan konstruksi diperiksa terhadap kombinasi pembebanan yang paling maksimum pada tiap kombinasi. Dari empat kombinasi pembebanan paling maksium yaitu pada kombinasi pembebanan kondisi III, diperoleh beban sebb : V = 6130,887kN H = 2039,8kN Mv = 18683,05kNm Mh = 6345,04Nm Perhitungan kapasitas plat Abutment. Kapasitas pondasi plat telapak dapat dihitung dengan rumusan: σmak = ( )+( ) + ( ) Gambar 4. 9 Dimensi Pondasi Telapak Abutmen Gaya luar akan bekerja pada titik berat pondasi, dengan melakukan pengecekan terhadap momen tahan dan inersia dari penampang pondasi telapak V = 6130,887kN Mh = 6345,04kNm A = 6 x 4,95 = 29,7 m 2 I x = 1/12 x 6 3 x 4,95 = 89,1m 4 Iy = 1/12 x 6 x 4,65 3 = 60,64 m 4 Tegangan yang timbul

14 σmak = ( )+( ) + ( ) = 206, , ,50 = 1186,72 kn/m 2 σmin = 206,42-627,8-352,5 = kn/m2 Perhitungan daya dukung tanah : Dari data tanah diperoleh dari sempel tanah di loksi pondasi abutmen, nilai N SPT = 60 Geser dari tanah φ= 35 o, dicoba dengan formula diperoleh Menurut Mayerhoeff : σ ult = 40 x 60 = 2400 t/m 2 σ safe = 2400/3 n angka keamanan dari = 800 t/m 2 = 8000 kn/m 2 σ safe > σ maks = 1186,72kN/m 2.(Aman) Kestabilan terhadap guling SF = = = 2,94> 2... (Aman ) Kesetabilan Terhadap Geser Nilai adhesi bahan pondasi beton dengan kepadatan tanah Kenyal, C = kn/m 2 SF = = = 2,77> 2...( Aman ) Kestabilan terhadap eksentrisitas (e) dan daya dukung tanah Tegangan tanah yang terjadi : e = B/2 - = 4,95/2 - e = 0,46< B/6 = 0,83...( Aman ) σ = - ( ) - ( ) = 206,42 * (1 ± 0,55 ) Tegangan dari sisi bawah tanah terhadap kemampuan luasn pondasi diperoleh sbb: σ mak = 1186, ,95 = 1506,67 kn/m 2 < 8000kN/m 2...(Aman)

15 σ min = 1186,72-319,95= 866,77 kn/m 2 < 8000 kn/m 2...(Aman) Hasil tegangan yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut Gambar Rencana Gaya Pada Pondasi Penulangan Jembatan Abutment Penulangan kepala abutment Gambar Titik Berat Terhadap O Tabel 4. 9 Perhitungan Momen Kepala Abutment No. Ukuran dan Gaya W (ton) Lengan terhadap Momen terhadap O O (m) (tm) 1 Beban roda 10 0,1 1 ΣML 1 2 0,6 x 0,4 x 6 x 2,4 3,456 0,15 0, ,65 x 0,6x 6 x 2,4 5,616 0,25 1, ΣMD 1,9 Penulangan yang diperlukan pada abutment, didasarkan dari mutu beton dan baja

16 fy = 400 Mpa f`c = 30 Mpa b = 1000 mm diambil per pias panjang h = 800 mm ketebalan abutmen d = 40 mm selimut beton dan setengah tulangan dan beugel d = ,5 = 747,5 mm Perhitungan kombinasi Momen sebagai berikut Mu = 1,2 x MD + 1,6 x ML = 1,2 x 1,9 + 1,6 x 1 = 3,88 tm = 3,88x 10 7 Mn = Mu / Ø = 3,88x 10 7 / 0,8 = 48,5 x 10 6 Rn = = = 0,086 ρ perlu = { ( )} = { ( )} = 0, ρ min = = = 0,0035 ρmin < ρperlu maka digunakan ρ min = 0,0035 Tulangan utama As = ρ minx b x d = 0,0035 x 1000 x 747,5 = 2616,25 mm 2 Digunakan tulangan D ( As = 3041 mm 2 ) Tulangan bagi Tulangan bagi diambil 20% As = 20% 2805 = 561 mm 2

17 Dipakai tulangan Ø (As =565 mm 2 ) Gambar Penulangan Bagian Kepala Abutment Penulangan Badan Jembatan Type Abutment Penulangan badan abutment ditinjau terhadap momen yang terjadi didasar badan abutment. Direncanakan kemampuan material dari bahan terpakai beton dan baja : fy= 400 Mpa f c = 30 Mpa h = 1000 mm b = 1000 mm d = ,5 x = 938 mm Gambar Gaya Terhadap Titik O

18 Tabel Gaya Dan Titik Berat Terhadap O No. Ukuran W X (m) W.X Y (m) W.Y 1 0,4 x 0,6 x 6 x 24 34,56 0,15 5,184 5,65 195, ,6 x 0,65 x 6 x 24 56,16 0,25 14,04 5,02 281, ,7 x 1,1 x 6 x ,68 0 0,00 2, ,2256 Jumlah 914,4 19, ,41 4 5,35 x 1,35 x 6 x ,03 4, ,7281 4, ,7251 Jumlah 780,0 3330, ,7251 Letak titik berat abutment dari titik 0 : Y = X = = = = 2,92 m =0.02 m Letak titik berat tanah dari titik 0 : Y = X = = = = 4,17 m = 4,2 m Berikut ditinjau kembali beberapa kombinasi pembebanan pada abutment Terhadap titik O., dari perhitungan diperoleh : Gg = kN y = 4,7 m H = 909,44Kn x = 0,25 m Rt = 28,75kN y = 4,7 m Gaya gempa terhadap abutment : Wa = 914,4kN Gha = 0,15 * 914,4 = 137,16 kn y = 2,92m Gaya gempa terhadap bangunan atas : Wba = 887,465 kn Gba = 0,15 * 887,465 = 133,11 kn y = 4,7 m

19 Gaya gempa terhadap tanah di atas abutment Wt = 780kN Gt = 0,15 * 780 = 117 kn y = 4,17m Gaya yang bekerja per meter lebar tekanan tanah aktif : Ta1 = q x Ka x H = 22,7 x 0,33 x 6 = 44,946 kn/m Ta2 = 0,5 x γ x Ka x H 2 = 0,5 x 18 x 0,33 x 6 2 = 106,92 kn/m Ta tot = 151,866 kn/m Berat total tekanan tanah sepanjang 6 m = 151,866 x 6 = 911,196kN Titik berat dari titik O, (y) = = 1,35m Ta = 898,296 kn jarak terhadap titik O, y = 1,35 m Tabel Kombinasi Pembeban I Beban Gaya (kn) Jarakketitik O Momen Jenis Bagian V H x y MV MH M Wa 914,4 0,02 18,288 Wt 780 4, Wba 887,465 0, ,0529 H 909,44 0, ,096 Ta 911,196 1, ,11 Beban Nominal 3491, , , ,11 BebanIjin 3491, , , ,11 Tabel Kombinasi Pembeban II Beban Gaya (kn) Jarakketitik O Momen Jenis Bagian V H x y MV MH M Wa 914,4 0,02 18,288 Wt 780 4, Wba 887,465 0, ,0529 Gg 133,11 4,7 625,62 Ta 911,196 1, ,11 Beban Nominal 2581, , , ,73 BebanIjin 3227, , , ,66

20 Tabel Kombinasi Pembeban III Beban Gaya (kn) Jarakketitik O Momen Jenis Bagian V H x y MV MH Komb I 3491, , , ,115 Gg 133,11 4,7 625,617 Beban Nominal 3491, , , ,73 BebanIjin 4887, , , ,02 Tabel Kombinasi Pembebanan IV Beban Gaya (kn) Jarakketitik O Momen Jenis Bagian V H x y MV MH M Wa 914,4 0,02 18,288 Wt 780 4, Wba 887,465 0, ,0529 Gg 133,11 4,7 625,62 Gh Ga 137,16 2,92 400,51 Gt 117 4,17 487,89 Gba 133,11 4,7 625,62 Beban Nominal 2581, , , ,63 BebanIjin 3872, , , ,447 Dari beberapa kombinasi di atas diperoleh Mh maksimal yaitu pada kombinasi pembebanan IV sebesar : Mh = 1462,028kNm = Nm MU = 1,6 x Mh ( SKSNI T ) = 1,6 x = ,8 Nm Mu = = = ,13 Nm = Nmm Kebutuhan penulangan diperoleh Mn = Mu / Ø = / 0,8 = 48,7 x 10 6

21 Rn = = = 0,055 ρ perlu = { ( )} = { ( )} = 0, ρ min = = = 0,0035 ρmin < ρperlu maka digunakan ρ min = 0,0035 Tulangan utama pada badan abutment As = ρ minx b x d = 0,0035 x 1000 x 938 = 3283 mm 2 Digunakan tulangan D ( As = 3801 mm 2 ) Tulangan tekan dipakai sama.simetris Tulangan pembangi arah melintang penampang Tulangan bagi diambil 20% As = 20% 3801= 760,2 mm 2 Dipakai tulangan D (As =885 mm 2 ) Dipakai tulangan praktis Ø ( 646 mm2 ) Gambar Tulangan Bagian Badan Abutmen

22 4.4.9 Penulangan Pondasi Gambar Pembebanan pondasi Dari perhitungan eksentrisitas dan tegangan tanah yang terjadi : Σmak = 1506,67 kn/m 2 σ min = 866,77kN/m 2 W1 = 0,5 x 2,5 x 0,5 x 24 x 6 = 90kN W2 = 2,5 x 1 x 24 x 6 = 360kN Gaya lintang pada potongan A A : Dari diagram kontak PQS TR = 2,5 m PQ = 4,95 m SQ = = 270kN/m2 = SR = x 270 = 136,2kN/m2 RU = ,2= 113,8kN/m2 Gaya lintang : P1 = 2,5 x 6 x 113,8 = 1707kN P2 = 0,5 x 2,5 x 6 x 113,8= 853,5kN Momen pada potongan A A : M = P1 x 0,5 x 2,5 + P2 x 2/3 x 2,5 W1x 0,833 W2 x 1,25 = 1707 x 0,5 x 2, ,5x 2/3 x 2,5 90 x 0, x 1,25 = 3017,055kNm Direncanakan penampang : b = 1000 mm h = 1000 mm d = ,5 x 20 = 950 mm

23 Perhitungan penulangan : u = M/6 = 3017,055 /6 = 502,84kNm = 5,0284x 10 8 Nmm Mn = Mu / Ø = 5,0284 x 10 8 / 0,8 = 62,85 x 10 7 Rn = = = 0,69 ρ perlu = { ( )} = { ( )} = 0,0017 ρ min = = = 0,0035 ρmin < ρperlu maka digunakan ρ min = 0,0035 Tulangan utama A = ρ min.b.d. = 0,0035 x 1000 x 950 = 3325 mm 2 Dipakai tulangan Ø (As = 3801 mm 2 ) Tulangan pembagi Tulangan bagi diambil 20% A = 20% x 3801 = 760,2 mm 2 Dipakai tulangan Ø (As = 804 mm 2 ) Dipakai tulangan geser praktis Ø ( 646 mm 2 )

24 Gambar Penulangan Bagian Pondasi Gambar Penulangan Pondasi Type Abutmen