BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum Jembatan merupakan sebuah struktur yang sengaja dibangun untuk menyeberangi jurang atau rintangan seperti sungai, lembah, rel kereta api maupun jalan raya. Struktur jembatan dapat terbuat dari bahan baja, beton bertulang, dan komposit (baja dan beton bertulang). Dalam tugas akhir ini, yang dibahas adalah mengenai jembatan yang terbuat dari baja. Jembatan baja adalah jembatan yang mayoritas bahannya dari baja, sedangkan untuk konstruksinya tergantung pada jenis jembatan yang akan dibuat. Baja telah banyak dikenal dalam dunia konstruksi. Baja merupakan bahan elemen struktur yang memiliki ketahanan terhadap kekuatan tarik tetapi cukup lemah dalam menahan tekan, dimana bahan penyusun umumnya berupa Besi (Fe) dan Carbon (C) dimana memiliki tambahan bahan penyusun seperti mangan, batu kapur, Fosfor, dan Sulfur. Baja yang akan digunakan dalam struktur dapat diklasifikasikan menjadi: 1. Baja karbon, dibagi menjadi 3 kategori tergantung dari persentase karbonnya, yaitu baja karbon rendah (C = 0,03-0,35%), baja karbon medium (C = 0,35 0,50%), dan baja karbon tinggi (C= 0,55 1,70%). Baja yang sering digunakan dalam struktur adalah baja karbon medium, misalnya baja BJ Baja paduan rendah mutu tinggi, atau disebut juga HSLA (high strengthlow alloy stell) dimana memiliki tegangan leleh berkisar antara Mpa dengan tegangan putus Mpa. 6

2 7 3. Baja paduan rendah ( low alloy), umumnya hasil tempaan dengan pemanasan untuk memperoleh tegangan leleh antara Mpa. Gambar 2.1 Hubungan tegangan regangan tipikal (sumber: Buku Perencanaan Struktur Baja-A.Setiawan Hal 18) 2.2 Sifat Sifat Mekanik Baja Agar dapat memahami perilaku suatu struktur baja, maka seorang ahli struktur harus memahami pula sifat-sifat mekanis dari baja. Model pengujian yang paling tepat untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik dari material baja, adalah

3 8 dengan melakukan uji tarik terhadap suatu benda uji baja. Uji tekan tidak dapat memberikan data yang akurat terhadap sifat-sifat mekanik material baja, karena disebabkan adanya kemungkinan terjadinya tekuk pada benda uji, yang mengakibatkan adanya ketidakstabilan dari benda uji tersebut, selain itu perhitungan tegangan yang terjadi pada benda uji lebih mudah dilakukan untuk uji tarik daripada uji tekan. Dan setelah dilakukan uji tekan, maka hasilnya akan dibuat dalam suatu bentuk kurva Tegangan Regangan untuk melihat laju regangannya terhadap pengaruh tegangannya. Nilai tegangan (f) yang terjadi dalam benda uji diplot dalam sumbu vertikal, sedangkan regangan (ε) yang merupakan perbandingan antara pertambahan panjang terhadap panjang mula-mula (ΔL/L) yang diplot dengan sumbu horizontal. Gambar 2.2 Kurva Hubungan Tegangan (f) vs Regangan (ε) (sumber: Buku Perencanaan Struktur Baja-A.Setiawan Hal 19)

4 9 Gambar 2.3 Bagian Kurva Tegangan Regangan yang Diperbesar (sumber: Buku Perencanaan Struktur Baja-A.Setiawan Hal 19) Titik titik penting dalam kurva tegangan regangan antara lain adalah: : batas proporsional : batas elastis : tegangan leleh atas dan bawah : tegangan putus : regangan saat mulai terjadi efek strain-hardening (penguatan regangan) : regangan saat tercapainya tegangan putus Titik titik penting ini membagi kurva tegangan regangan menjadi beberapa daerah sebagai berikut: 1. Daerah linier antara 0 dan, dalam daerah ini berlaku Hukum Hooke, kemiringan dari bagian kurva yang lurus ini disebut sebagai Modulus Elastisitas atau Modulus Young,.

5 10 2. Daerah elastis antara 0 dan pada daerah ini jika beban dihilangkan maka benda uji akan kembali ke bentuk semula atau dikatakan bahwa benda uji tersebut masih bersifat elastis. 3. Daerah plastis yang dibatasi oleh regangan antara 1,2-1,5% hingga 2%, dimana pada bagian ini regangan mengalami kenaikan akibat tegangan konstan sebesar. Daerah ini dapat menunjukkan pula tingkat daktilitas dari material baja tersebut. Perlu diketahui bahwa pada baja mutu tinggi terdapat pula daerah plastis, namun pada daerah ini tegangan masih mengalami kenaikan. Karena itu baja jenis ini tidak mempunyai daerah plastis yang benar-benar datar sehingga tak dapat dipakai dalam analisa plastis. 4. Daerah penguatan regangan (strain-hardening) antara dan. Untuk regangan lebih besar dari kali regangan elastis maksimum, tegangan kembali mengalami kenaikan namun dengan kemiringan yang lebih kecil dari daerah elastis. Daerah ini dinamakan daerah penguatan regangan (strain-hardening), yang berlanjut hingga mencapai tegangan putus. Kemiringan daerah ini dinamakan modulus penguatan regangan ( ). 2.3 Tipe-Tipe Jembatan Ditinjau dari sistem strukturnya maka jembatan dapat dibedakan menjadi sebagai berikut: 1. Jembatan lengkung (arch bridge). Pelengkung adalah bentuk struktur non linier yang mempunyai kemampuan sangat tinggi terhadap respon momen lengkung. Yang membedakan bentuk pelengkung dengan bentuk bentuk lainnya adalah

6 11 bahwa kedua perletakan ujungnya berupa sendi sehingga pada perletakan tidak diijinkan adanya pergerakan kearah horisontal. Bentuk jembatan lengkung hanya bisa dipakai apabila tanah pendukung kuat dan stabil. Jembatan tipe lengkung lebih efisien digunakan untuk jembatan dengan panjang bentang meter. 2. Jembatan gelagar (beam bridge). Jembatan bentuk gelagar terdiri lebih dari satu gelagar tunggal yang terbuat dari beton, baja atau beton prategang. Jembatan jenis ini dirangkai dengan menggunakan diafragma, dan umumnya menyatu secara kaku dengan pelat yang merupakan lantai lalu lintas. Jembatan ini digunakan untuk variasi panjang bentang 5 40 meter. 3. Jembatan cable-stayed Jembatan cable-stayed menggunakan kabel sebagai elemen pemikul lantai lalu lintas. Pada cable-stayed kabel langsung ditumpu oleh tower. Jembatan cable-stayed merupakan gelagar menerus dengan tower satu atau lebih yang terpasang diatas pilar pilar jembatan ditengah bentang. Jembatan cable-stayed memiliki titik pusat massa yang relatif rendah posisinya sehingga jembatan tipe ini sangat baik digunakan pada daerah dengan resiko gempa dan digunakan untuk variasi panjang bentang meter. 4. Jembatan gantung (suspension bridge) Sistem struktur dasar jembatan gantung berupa kabel utama (main cable) yang memikul kabel gantung (suspension bridge). Lantai lalu lintas jembatan biasanya tidak terhubungkan langsung dengan pilar, karena

7 12 prinsip pemikulan gelagar terletak pada kabel. Apabila terjadi beban angin dengan intensitas tinggi jembatan dapat ditutup dan arus lalu lintas dihentikan. Hal ini untuk mencegah sulitnya mengemudi kendaraan dalam goyangan yang tinggi. Pemasangan gelagar jembatan gantung dilaksanakan setelah sistem kabel terpasang, dan kabel sekaligus merupakan bagian dari struktur launching jembatan. Jembatan ini umumnya digunakan untuk panjang bentang sampai 1400 meter. 5. Jembatan beton prategang (prestressed concrete bridge) Jembatan beton prategang merupakan suatu perkembangan mutakhir dari bahan beton. Pada Jembatan beton prategang diberikan gaya prategang awal yang dimaksudkan untuk mengimbangi tegangan yang terjadi akibat beban. Jembatan beton prategang dapat dilaksanakan dengan dua sistem yaitu post tensioning dan pre tensioning. Pada sistem post tensioning tendon prategang ditempatkan di dalam duct setelah beton mengeras dan transfer gaya prategang dari tendon pada beton dilakukan dengan penjangkaran di ujung gelagar. Pada pre tensioning beton dituang mengelilingi tendon prategang yang sudah ditegangkan terlebih dahulu dan transfer gaya prategang terlaksana karena adanya ikatan antara beton dengan tendon. Jembatan beton prategang sangat efisien karena analisa penampang berdasarkan penampang utuh. Jembatan jenis ini digunakan untuk variasi bentang jembatan meter.

8 13 6. Jembatan rangka (truss bridge) Jembatan rangka umumnya terbuat dari baja, dengan bentuk dasar berupa segitiga. Elemen rangka dianggap bersendi pada kedua ujungnya sehingga setiap batang hanya menerima gaya aksial tekan atau tarik saja. Jembatan rangka merupakan salah satu jembatan tertua dan dapat dibuat dalam beragam variasi bentuk, sebagai gelagar sederhana, lengkung atau kantilever. Jembatan ini digunakan untuk variasi panjang bentang meter. 7. Jembatan box girder Jembatan box girder umumnya terbuat dari baja atau beton konvensional maupun prategang. box girder terutama digunakan sebagai gelagar jembatan, dan dapat dikombinasikan dengan sistem jembatan gantung, cable-stayed maupun bentuk pelengkung. Manfaat utama dari box girder adalah momen inersia yang tinggi dalam kombinasi dengan berat sendiri yang relatif ringan karena adanya rongga ditengah penampang. box girder dapat diproduksi dalam berbagai bentuk, tetapi bentuk trapesium adalah yang paling banyak digunakan. Rongga di tengah box memungkinkan pemasangan tendon prategang diluar penampang beton. Jenis gelagar ini biasanya dipakai sebagai bagian dari gelagar segmental, yang kemudian disatukan dengan sistem prategang post tensioning. Analisa full prestressing suatu desain dimana pada penampang tidak diperkenankan adanya gaya tarik, menjamin kontinuitas dari gelagar pada pertemuan segmen. Jembatan ini digunakan untuk variasi panjang bentang meter.

9 Jenis Gelagar Gelagar atau balok ada 2 jenis: 1. Gelagar Tunggal Gelagar tunggal merupakan komponen struktur yang memikul bebanbeban gravitasi, seperti beban mati dan beban hidup. Komponen struktur gelagar merupakan kombinasi dari elemen tekan dan tarik. Dengan kata lain gelagar tunggal merupakan profil baja gilas panas dengan dimensi terbesar yang mampu memikul beban yang bekerja. Gambar 2.4 Penampang Gelagar Tunggal sumber: Setiawan, A. (2008) 2. Gelagar Tersusun Gelagar tersusun atau yang sering disebut dengan balok girder merupakan komponen struktur lentur yang tersusun dari beberapa elemen pelat. Balok girder pada dasarnya adalah sebuah balok dengan ukuran penampang melintang yang besar serta bentang yang panjang. Penampang melintang yang besar tersebut merupakan konsekuensi dari panjang bentang balok. Jika profil baja yang terbesar masih kurang cukup untuk memikul beban yang bekerja akibat panjangnya bentang, maka langkah awal yang dilakukan adalah dengan menambahkan elemen pelat pada salah satu atau kedua flens profil. Jika masih belum mampu memberikan tahanan momen

10 15 yang mencukupi, maka akan dibuat elemen pelat pada bagian web profil. (Setiawan, A. (2008) Gambar 2.5 Penampang Gelagar Tersusun (Balok Girder) sumber: Setiawan, A. (2008) 2.5 Balok Pelat Berdinding Penuh (Balok Girder) Pada dasarnya balok pelat berdinding penuh adalah merupakan sebuah balok yang tinggi. Gambar 2.6 menunjukkan kurva hubungan antara kuat momen nominal vs rasio λ. Batasan untuk tekuk torsi lateral (Gambar 2.6.a) hanya berlaku untuk penampang yang kompak.

11 16 Gambar 2.6 Kondisi Batas untuk Balok Terlentur sumber: Setiawan, A. (2008) Kuat momen nominal,, untuk penampang yang tak kompak harus ditentukan berdasarkan ketiga macam kondisi batas, yaitu tekuk torsi lateral, tekuk local flens serta tekuk local web. Nilai yang terkecil

12 17 dari ketiganya adalah nilai yang menentukan besarnya kuat momen nominal dari suatu komponen struktur terlentur. Profil baja dengan web yang langsing, ( ), dikategorikan sebagai balok pelat berdinding penuh. Penampang dengan nilai tidak melebihi akan mampu mencapai tanpa mengalami tekuk elastis. Kuat lentur dan geser dari suatu balok pelat berdinding penuh sangat tergantung dari web profil, web yang langsing akan menimbulkan beberapa hal sebagai berikut : 1. Tekuk akibat lentur pada bidang web, akan mengurangi efisiensi dari web untuk memikul momen lentur 2. Tekuk pada flens tekan dalam arah vertikal akibat kurang kakunya web 3. Tekuk akibat geser Hal khusus yang dijumpai pada komponen struktur balok pelat berdinding penuh ialah adanya pemasangan pengaku melintang (stiffener). Perencanaan pengaku yang tepat dapat meningkatkan kuat geser pasca tekuk (post buckling strength) dari balok pelat berdinding penuh. Pengaku yang dipasang pada balok berdinding penuh akan mengakibatkan balok tersebut memiliki perilaku seperti rangka batang, bagian web akan memikul gaya tarik diagonal sedangkan pengaku akan memikul gaya tekan. Perilaku ini disebut sebagai aksi medan tarik (tensionfield action) (Setiawan, A., 2008) Menurut (Salmon, C.G, dkk) gelagar pelat (plate girder) adalah balok yang dibentuk dari elemen-elemen pelat untuk mencapai penataan bahan yang lebih efisien dibanding dengan yang bisa diperoleh dari balok profil giling (rolled

13 18 shape). Gelagar pelat akan ekonomis bila panjang bentang sedemikian rupa hingga biaya untuk keperluan tertentu bisa dihemat dalam perencanaan. Pengertian yang lebih baik tentang kelakuan gelagar pelat, baja yang berkekuatan lebih tinggi, dan teknik pengelasan yang sudah maju membuat gelagar pelat ekonomis untuk banyak keadaan yang dahulu dianggap ideal untuk rangka batang. Umumnya, bentangan sederhana sepanjang 70 sampai 150 ft (20 sampai 50 m) merupakan jangkauan pemakaian gelagar pelat. Salah satu kriteria perancangan balok baja adalah stabilitas, yaitu tekuk torsi lateral. Momen lentur pada saat terjadi tekuk torsi lateral disebut momen kritis. Besarnya momen kritis digunakan sebagai kriteria disain. Momen kritis dibedakan menjadi momen kritis elastis dan momen kritis inelastis. Bila akibat momen krtiis tegangan yang terjadi pada balok besarnya lebih kecil daripada tegangan leleh maka momen kritis tersebut disebut momen kritis elastis, tetapi bila akibat momen kritis tegangan pada balok sudah ada yang mencapai tegangan leleh, momen kritisnya disebut momen kritis inelastis. Besarnya momen kritis elastis ditentukan oleh parameter besaran elastis (modulus elastisitas dan modulus geser), besaran penampang (momen inersia terhadap sumbu lemah, konstanta torsi, konstanta warping), panjang balok, kondisi batas dan distribusi momen lentur. (Wijaya, 2013) Kegagalan Akibat Tekuk Menurut (Oentoeng, 1999), web buckling adalah suatu distorsi pada badan balok yang keluar dari bidangnya, yang dihasilkan dari suatu kombinasi dari ratio yang besar dan tegangan lentur. Panjang yang tidak dibraced pada sayap yang tertekan dapat juga memberi kontribusi pada web buckling. Web buckling

14 19 dikontrol oleh batasan baik dari ratio maupun dari tegangan yang dapat digunakan bagi ratio yang diketahui. Hal ini diijinkan pada beberapa spesifikasi. Web buckling dilukiskan pada Gambar 2.7 di bawah ini. Gambar 2.7 Kehancuran badan yang dicegah dalam desain Sumber : Oentoeng, (1999) Web crippling dapat terjadi bila tegangan tekan dalam bidang badan cukup besar. Hal ini dapat terjadi jika jarak-jarak reaksi atau pelat-pelat pendukung beban yang dipakai untuk mengalihkan beban-beban kolom ke sayap terlalu sempit. Web crippling dapat pula terjadi jika beban terbagi rata di atas sayap terlalu besar bagi tebal badan Pesyaratan Balok Pelat Berdinding Penuh (Balok Girder) Komponen struktur dapat dikategorikan sebagai balok biasa atau sebagai balok pelat berdinding penuh, tergantung dari rasio kelangsingan web,, dengan h adalah tinggi bersih bagian web dan adalah tebal dari web. Jika, maka komponen struktur tersebut dikategorikan sebagai balok biasa, dan jika nilai, maka dalam perencanaannya harus dikategorikan sebagai balok pelat berdinding penuh. Untuk balok hibrida maka

15 20 nilai diambil dari nilai flens, hal ini disebabkan karena stabilitas dari web untuk menahan tekuk lentur tergantung pada regangan yang terjadi dalam flens. Batas atas dari kelangsingan web, harus ditetapkan untuk mencegah terjadinya tekuk vertikal dari flens. Batas atas dari merupakan fungsi dari perbandingan a/h, dengan a adalah jarak antar pengaku vertikal, dan h adalah tinggi bersih dari web. Gambar 2.8 Tampak Samping dan Potongan Melintang Balok Girder - I sumber : Setiawan, A. (2008) Kuat Momen Nominal Balok Girder Kuat momen nominal dari komponen struktur balok girder, ditentukan dalam SNI pasal : Dimana : adalah tegangan kritis yang besarnya akan ditentukan (2.1) S adalah modulus penampang adalah koefisien balok girder Koefisien balok girder, diambil sebesar :

16 21 * + [ ] (2.2) Dengan adalah perbandingan luas pelat badan terhadap pelat sayap (. Kuat momen nominal dari balok girder diambil dari nilai terkecil keruntuhan tekuk torsi lateral (yang tergantung panjang bentang) dan tekuk lokal flens (yang tergantung pada tebal flens tekan) a Tipe Keruntuhan Tekuk Torsi Lateral Kelangsingan yang diperhitungkan adalah kelangsingan dari bagian balok girder yang mengalami tekan. (2.3) (2.4) (2.5) Dengan L adalah panjang bentang tak terkekang, dan adalah jari-jari girasi daerah pelat sayap ditambah sepertiga bagian web yang mengalami tekan b Tipe Keruntuhan Tekuk Lokal Flens Tekan Faktor kelangsingan yang diperhitungkan adalah berdasarkan perbandingan lebar dengan tebal flens tekan. (2.6) (2.7) (2.8) dengan :

17 22 (2.9) Balok girder dengan kuat leleh yang berbeda antara flens dengan web, sering dinamakan sebagai balok hibrida. Pada umumnya kuat leleh bagian flens lebih tinggi daripada bagian web, sehingga bagian web akan mengalami leleh terlebih dahulu sebelum kuat maksimum flens tercapai. Kuat momen nominal dari balok hibrida adalah: (2.10) Dengan : (2.11) dan : = rasio antara luas penampang melintang web dengan penampang melintang flens = rasio antara kuat leleh web dengan kuat leleh flens Kuat Geser Nominal Kuat geser desain balok girder adalah, dengan = 0,9. Kuat geser balok girder merupakan fungsi dari rasio tinggi dan tebal web ( serta dipengaruhi pula oleh jarak di antara pengaku vertikal yang dipasang. Kuat geser balok girder dapat dibedakan menjadi kuat geser pratekuk dan kuat geser pasca tekuk yang dihasilkan dari aksi medan tarik. Aksi medan tarik hanya terjadi jika balok girder dipasang pengaku vertikal. Jika tak ada pengaku vertikal, atau bila jarak antara pengaku vertikal cukup jauh, maka kuat geser balok girder hanya disumbang oleh kuat geser pratekuk.

18 a Tekuk Elastis Akibat Geser Murni Tegangan tekuk elastis untuk sebuah elemen pelat adalah: (2.12) Untuk kasus geser murni pada balok girder, maka persamaan dapat dituliskan menjadi: (2.13) Nilai merupakan fungsi dari rasio a/h, dalam SNI pasal 8.8.2, ditetapkan: (2.14) Nilai untuk daerah tekuk elastis, dalam SNI pasal 8.8.5, ditetapkan: (2.15) b Tekuk Inelastis Akibat Geser Murni Pada daerah transisi antara tekuk elastis dengan leleh, besarnya adalah: (2.16) Jika persamaan diatas dibagi dengan serta mengambil nilai, maka diperoleh bentuk: (2.17) Dengan mengambil serta v = 0,3 maka diperoleh nilai untuk daerah tekuk inelastis:

19 24 (SNI , pasal 8.8.4) (2.18) Kuat geser nominal dari balok girder ditentukan sebagai berikut: ( ) (2.19) Kuat Geser Nominal Dengan Pengaruh Aksi Medan Tarik Gaya geser yang bekerja pada balok girder dapat menimbulkan tekuk (elastis dan inelastis). Tahanan pasca tekuk yang timbul dari mekanisme rangka batang yang bekerja pada panel balok girder yang dibatasi oleh pengaku-pengaku vertikal. Mekanisme rangka batang ini dinamakn sebagai aksi medan tarik, gayagaya tekan dipikul oleh pengaku vertikal sedangkan gaya-gaya tarik diterima oleh pelat web. Gambar 2.9 Aksi Medan Tarik Balok Girder sumber : Setiawan, A. (2008)

20 25 Kapasitas geser balok pelat berdinding penuh dengan mempertimbangkan tahanan pasca tekuk akibat medan tarik ditunjukkan dalam Gambar Gambar 2.10 Kapasitas Geser dengan Aksi Medan Tarik sumber : Setiawan, A. (2008) Aksi medan tarik boleh disertakan dalam perhitungan kuat geser balok pelat berdinding penuh apabila dan. Selain itu aksi medan tarik tak boleh diperhitungkan untuk balok hibrida serta pada panelpanel ujung (panel A pada Gambar 2.12) balok pelat berdinding penuh. Kuat geser nominal balok pelat berdinding penuh dengan mempertimbangkan aksi medan tarik dapat diekspresikan sebagai:. Dengan ( ) sesuai persamaan Nilai ditentukan dalam persamaan 2.15 dan 2.18 untuk tekuk elastis dan inelastis. merupakan sumbangan dari aksi medan tarik Interaksi Geser Dan Lentur Jika kuat geser balok girder diperhitungkan dengan mempertimbangkan aksi medan tarik, maka kombinasi lentur dan geser harus turut dipertimbangkan

21 26 pula. Hubungan interaksi antara kuat lentur dengan kuat geser ditunjukkan pada gambar dibawah ini. Gambar 2.11 hendak menyatakan: a. Jika, maka b. Jika, maka Gambar 2.11 Interaksi Geser dan Lentur sumber : Setiawan, A. (2008) Dalam desain LRFD kedua kondisi tersebut dapat dituliskan sebagai: 1. Untuk, berlaku (2.20) 2. Untuk, berlaku (2.21) Apabila kedua kondisi di atas tidak terpenuhi maka harus diperhitungkan interaksi lentur dan geser, yang direpresentasikan sebagai garis lurus AB dalam Gambar 2.11 yang memiliki persamaan: (2.22)

22 27 Dalam SNI pasal 8.9.3, persamaan 8.9-2, interaksi geser dan lentur disyaratkan: (2.23) dengan: adalah kuat geser nominal balok pelat berdinding penuh adalah momen lentur nominal balok pelat berdinding penuh adalah gaya geser ultimit yang bekerja adalah momen lentur ultimit yang bekerja Kondisi 1 dan 2 dapat dikombinasikan untuk memperoleh batasan-batasan penggunaan persamaan interaksi geser dan lentur. Asumsikan pertidaksamaan 2.22 dan 2.22 tidak terpenuhi, maka masing-masing akan memberikan sepasang pertidaksamaan baru. (2.24.a) (2.24.b) (2.25.a) (2.25.b) Bagi persamaan 2.24.a dengan 2.24.b serta persamaan 2.25.a dengan 2.25.b sehingga menghasilkan: (2.26.a) Kedua persamaan ini dapat dituliskan kembali menjadi: (2.26.b) (2.27)

23 28 Persamaan 2.27 memberikan batasan-batasan penggunaan persamaan interaksi geser dan lentur (persamaan 2.23) Jenis Jenis Stiffener (Pengaku) Pengaku (stiffener) ada dua jenis yaitu : a. Pengaku memanjang (pengaku horizontal) b. Pengaku melintang (pengaku vertikal) a Pengaku Memanjang (Pengaku Horizontal) Pengaku biasanya diperlukan apabila web realtif tipis. Momen lendut akan menghasilkan gaya tekan dan tarik pada web. Pengaku memanjang (horizontal) mencegah tekukan web akibat lendutan dengan memberi tekanan pada bagian atas web. Karena momen lendut terbesar berada di tengah bentang, pengaku memanjang (horizontal) akan ditempatkan pada bagian ini. Pengaku memanjang (horizontal) tidak disarankan hingga mencapai batas ketahanannya. Pada SNI butir persamaan a, sudah dijelaskan alasan tidak digunakannya pengaku memanjang b Pengaku Melintang (Pengaku Vertikal) Ciri-ciri suatu balok girder adalah adanya pengaku-pengaku vertikal yang dipasang. Dua macam parameter stabilitas balok girder adalah rasio serta a/h. Jika kedua parameter ini diambil serendah mungkin maka tekuk yang diakibatkan oleh geser dapat dihindarkan. Jika pengaku vertikal yang dipasang setiap jarak a sedemikian rupa sehingga nilai a/h cukup kecil maka akan timbul aksi medan tarik yang dapat mengakibatkan kuat geser nominal dari balok girder. Dimensi pengaku vertikal harus direncanakan sedemikian hingga mampu

24 29 menahan gaya tekan yang timbul akibat aksi medan tarik, sehingga mekanisme rangka batang dapat timbul pada panel-panel balok girder. Pengaku vertikal boleh tidak digunakan jika kuat lentur penampang dapat tercapai tanpa terjadinya tekuk akibat geser. Dari Gambar 2.10 pengaku vertikal tak perlu digunakan jika: (2.27) Nilai dapat diambil sama dengan 5, jika pengaku vertikal tak digunakan sehingga persamaan 2.27 menjadi: (2.28) Jika batasan pada persamaan 2.28 tak terlampaui, maka kuat geser nominal maksimum dapat tercapai: (2.29) Jika kuat geser rencana yang diperlukan lebih kecil dari kuat geser maksimum, maka pengaku vertikal tak dibutuhkan bila: (2.30) Persamaan 2.30 tidak berlaku jika rasio melebihi 260, sebab pengaku vertikal harus dipasang bila melebihi 260. Nilai dapat diambil sesuai persamaan 2.15 (untuk tekuk elastis) dan 2.18 (untuk tekuk inelastis) dengan nilai = 5: 1. Jika: (tekuk inelastis) (2.31.a)

25 30 2. Jika: (tekuk elastis) (2.31.b) Secara ringkas, pengaku vertikal tak diperlukan apabila kedua kriteria berikut terpenuhi: 1. (2.32) 2. (2.33) Pengaku vertikal harus mempunyai kekakuan yang cukup untuk mencegah web berdeformasi keluar bidang ketika terjadi tekuk pada web. Oleh karena itu, perlu ditentukan momen inersia minimum yang harus dimiliki oleh pengaku vertiakl, yaitu: (2.34) Dengan: adalah momen inersia pengaku vertikal yang diambil terhadap tengah tebal pelat web untuk sepasang pengaku vertikal, dan diambil terhadap bidang kontak dengan web jika hanya ada sebuah pegaku vertikal. (2.35) Pengaku vertikal harus mempunyai luas yang cukup agar mampu menahan gaya tekan yang timbul akibat aksi medan tarik. Akibat aksi medan tarik, pengaku vertikal memikul gaya tekan sebesar: [ ] (2.36)

26 31 Jika kedua ruas dalam persamaan 2.36 dibagi dengan kuat leleh dari pengaku vertikal ( ), maka akan didapat luas minimum yang dibutuhkan dari pengaku vertikal. [ ] (2.37) Sambungan pengaku vertikal ke web dan ke flens tekan harus diperhitungkan sedemikian rupa sehingga las dapat mentransfer gaya tekan,, dengan baik. Sedangkan antara pengaku vertikal dengan flens tarik tidak perlu dilakukan penyambungan dengan las, sebab konsentrasi dengan tegangan pada flens tarik akan menyebabkan terjadinya keruntuhan akibat lelah (fatigue) dan keruntuhan getas. Tanpa adanya pengelasan antara pengaku vertikal web diharapkan dapat menimbulkan keruntuhan yang daktail. Jarak sambungan las web dan pengaku vertikal dengan sambungan las flens tarik dan web harus diambil sedemikian rupa sehingga tidak lebih dari 6 kali tebal web dan tidak kurang 4 kali tebal web Pengaku Penahan Gaya Tumpu Gambar 2.12 Sambungan Las pada Balok Girder sumber : Setiawan, A. (2008)

27 a Kuat Leleh Web Kuat tumpu terhadap leleh suatu web adalah: a. Bila jarak beban terpusat terhadap ujung balok lebih besar dari tinggi balok: (2.38) b. Bila jarak beban terpusat terhadap ujung balok lebih kecil atau sama dengan tinggi balok: (2.39) Dengan: k adalah tebal flens ditambah jari-jari peralihan N adalah dimensi longitudinal pelat perletakan atau tumpuan (minimal = k) b Kuat Tekuk Dukung Web Kuat web terhadap tekuk di sekitar flens yang dibebani adalah: a. Bila beban terpusat dikenakan pada jarak lebih d/2 dari ujung balok [ ( ) ( ) ] (2.40) b. Bila beban terpusat dikenakan pada jarak kurang dari d/2 dari ujung balok Untuk : [ ( ) ( ) ] (2.41) Untuk : [, ( ) - ( ) ] (2.42) Dengan:

28 33 d adalah tinggi total balok pelat berdinding penuh c Kuat Tekuk Lateral Web adalah tebal flens balok pelat berdinding penuh Kuat tekuk lateral web adalah: a. Untuk flens yang dikekang terhadap rotasi dan hanya dihitung bila : [ ] (2.43) b. Untuk flens yang tidak dikekang terhadap rotasi dan hanya dihitung bila : [ ] (2.44) Dengan: jika L adalah panjang bentang tak terkekang dari flens yang terbesar d Kuat Tekuk Lentur Web Kuat tekuk lentur web adalah: (2.45) Jika pada tiap lokasi beban terpusat telah dipasang pengaku penahan gaya tumpu, maka tidak perlu lagi dilakukan pemeriksaan kuat web terhadap leleh, tekuk dukung, tekuk lateral dan tekuk lentur. Lebar pengaku pada setiap sisi web harus diambil lebih besar dari sepertiga lebar flens dikurangi setengah tebal web, sedangkan tebal pengaku harus diambil lebih tebal dari setengah tebal flens serta memenuhi syarat kelangsingan:

29 34 (2.46) dengan adalah lebar pengaku dan adalah tebal pengaku. Tahanan tumpu dari sebuah pengaku penahan gaya tumpu diambiul sebesar: (2.47) Dengan adalah luas penampang dari pengaku penahan gaya tumpu. Selanjutnya pengaku ini harus diperiksa seperti halnya sebuah batang tekan dengan persyaratan: 1. Pengaku harus dipasang sepasang setinggi pelat web 2. Penampang yang dihitung sebagai batang tekan adalah penampang melintang dari pengaku ditambah dengan 12. (untuk panel ujung) atau 25. (untuk panel dalam). 3. Panjang tekuk diambil sebesar 0,75.h 2.6 Desain Balok Pelat Berdinding Penuh (Pelat Girder) Tujuan dari proses desain sebuah balok girder adalah menentukan ukuranukuran dari flens ataupun web, disamping itu perlu juga diputuskan terlebih dahulu pemakaian pengaku-pengaku vertikal serta pengaku-pengaku penahan gaya tumpu. Proses akhir desain adalah menyambungkan bagian-bagian dari suatu balok girder dengan menggunakan alat sambung las. Secara umum proses desain suatu balok girder adalah sebagai berikut: 1. Tentukan tinggi dari balok girder, secara praktis seperti halnya pada desain balok biasa, maka tinggi dari balok girder dapat diambil 1/10 1/12 dari panjang bentang.

30 35 2. Tentukan ukuran web, tinggi web dapat ditentukan dengan cara mengurangi tinggi total balok girder dengan dua kali tebal felns, tentunya tebal flens harus ditentukan terlebih dahulu. Selanjutnya tebal web ditentukan dari batasan-batasan berikut: Untuk a/h > 1,5 : 3. Tentukan ukuran dari flens, ukuran dari flens dapat ditentukan berdasarkan momen yang bekerja pada balok girder. Prosedur penentuan ukuran flens dilakukan dengan menghitung dahulu nilai momen inersia balok girder: Dengan adalah luas satu buah flens. Selanjutnya modulus penampang dapat dihitung: Dari persamaan kuat momen nominal: Samakan dengan nilai S yang diperoleh sebelumnya:

31 36 Atau Jika diambil nilai dan, maka: Dengan adalah luas web. Selanjutnya ukuran flens dapat ditentukan, dan perhitungan berat sendiri balok juga dapat ditentukan, sehingga besar momen dan gaya lintang dapat dihitung ulang. 4. Periksa kuat momen nominal dari penampang yang sudah ada. 5. Periksa kuat gesernya, juga tentukan jarak antar pengaku vertikal. 6. Periksa interaksi geser-lentur. 7. Periksa kekuatan web tehadap gaya tumpu yang bekerja, rencanakn pula pengaku penahan gaya tumpu jika diperlukan. 8. Rencanakan sambungan-sambungan yang diperlukan. Sumber : Setiawan, A. (2008) 2.7 Peraturan Pembebanan Sebelum melakukan analisis perhitungan struktur jembatan seorang perencana harus mencermati beban-beban yang akan bekerja yang disesuaikan dengan peraturan yang berlaku. Pada tugas akhir ini peraturan pembebanan yang digunakan sebagai acuan adalah peraturan RSNI Beban yang bekerja pada jembatan merupakan kombinasi dari beberapa macam aksi rencana pembebanan. Aksi rencana pembebanan digolongkan kedalam aksi tetap dan transien.

32 37 Tabel 2.1 Berat isi untuk beban mati (kn/m 3 ) No. Bahan Berat/satuan isi (kn/m 3 ) Kerapatan masa (kg/m 3 ) 1 Campuran aluminium Lapisan permukaan beraspal Besi tuang Timbunan tanah dipadatkan Kerikil dipadatkan Aspal beton Beton ringan Beton Beton prategang Beton bertulang Timbal Lempung lepas Batu pasangan Neoprin Pasir kering Pasir basah Lumpur lunak Baja Kayu (ringan) Kayu (keras)

33 38 21 Air murni Air garam Besi tempa (sumber : Peraturan Pembebanan Untuk Jembatan, RSNI T ) Aksi tetap Menurut RSNI 2005, aksi tetap adalah semua beban tetap yang berasal dari berat sendiri jembatan atau bagian jembatan yang ditinjau, termasuk segala unsur tambahan yang dianggap merupakan satu kesatuan tetap dengannya. Pembebanan akibat aksi tetap terdiri dari : a Berat Sendiri Berat sendiri adalah berat dari bagian tersebut dan elemen-elemen struktural lain yang dipikulnya. Termasuk dalam hal ini adalah berat bahan dan bagian jembatan yang merupakan elemen struktural, ditambah dengan elemen nonstruktural yang dianggap tetap. Tabel 2.2 Faktor beban untuk berat sendiri Faktor beban Jangka waktu K K Biasa Terkurangi Tetap Baja, aluminium 1,0 Beton pracetak 1,0 Beton dicor di tempat 1,0 Kayu 1,0 1,1 0,9 1,2 0,85 1,3 0,75 1,4 0,7 (sumber : Peraturan Pembebanan Untuk Jembatan, RSNI T )

34 b Beban Mati Tambahan Beban mati tambahan adalah berat seluruh bahan yang membentuk suatu beban pada jembatan yang merupakan elemen non struktural, dan besarnya dapat berubah selama umur jembatan. Semua jembatan harus direncanakan untuk bisa memikul beban tambahan yang berupa aspal beton setebal 50 mm untuk pelapisa kembali dikemudian hari. Lapisan ini harus ditembahkan pada lapisan permuakaan yang tercantum dalam gambar. Pengaruh dari alat pelengkap dan sarana umum yang ditempatkan pada jembatan harus dihitung setepat mungkin. Berat dari pipa untuk saluran air bersih, saluran air kotor dan lain-lainnya harus ditinjau pada keadaan kosong dan penuh sehingga kondisi yang paling membahayakan dapat diperhitungkan. Tabel 2.3 Faktor Beban Untuk Beban Mati Tambahan Faktor beban Jangka waktu K K Biasa Terkurangi Tetap Keadaan umum 1,0 (1) Keadaan khusus 1,0 2,0 0,7 1,4 0,8 CATATAN (1) Faktor beban daya layan 1.3 digunakan untuk berat utilitas (sumber : Peraturan Pembebanan Untuk Jembatan, RSNI T ) Aksi Transien Aksi transien adalah aksi akibat pembebanan sementara dan bersifat berulang ulang seperti beban lalu lintas (beban lajur D atau beban T ), beban rem, aliran air (banjir), dan lain sebagainya.

35 40 Secara umum, yang menjadi penentu dalam perhitungan jembatan dengan bentang sedang sampai panjang adalah beban D, sedangkan beban T digunakan untuk bentang pendek a Lajur Lalu Lintas Rencana Lajur lalu lintas rencana harus mempunyai lebar 2,75 m. jumlah maksimum lajur lalu lintas yang digunakan untuk berbagai lebar jembatan bisa dilihat pada tabel berikut, lajur lalu lintas rencana harus disusun sejajar dengan sumbu memanjang jembatan. Tabel 2.4 Jumlah Lajur Lalu Lintas Rencana Tipe jembatan (1) Lebar jalur kendaraan (m) (2) Jumlah lajur lalu lintas rencana (n 1 ) Satu lajur 4,0 5,0 1 Dua arah, tanpa median 5,5-8,25 11,3 15,0 Banyak arah 8,25 11,25 11,3 15,0 15,1 18,75 18,8 22,5 2 (3) CATATAN (1) unruk jembatan tipe lain, jumlah lajur lalu lintas rencana harus ditentukan oleh instansi yang berwenang CATATAN (2) lebar lajur kendaraan adalah jarak minimum antara kerb atau rintangan untuk satu arah atau jarak antara kerb / rintangan / median dengan median untuk banyak arah CATATAN (3) lebar minimum yang aman untuk dua lajur kendaraan

36 41 adalah 6.0 m. lebar jembatan antara 5.0 m sampai 6.0 m harus dihindari oleh karena hal ini akan memberikan kesan kepada pengemudi seolah olah memungkinkan untuk menyiap. (sumber : Peraturan Pembebanan Untuk Jembatan, RSNI T ) b Beban lajur D Beban lajur D merupakan beban yang bekerja pada seluruh lebar lajur kendaraan dan menimbulkan pengaruh pada jembatan yang ekivalen dengan suatu iring-iringan kendaraan yang sebenarnya. Besarnya beban lajur bergantung pada besarnya lebar jalur kendaraan rencana. Beban lajur D terdiri atas 2 jenis yaitu beban terbagi rata (BTR) dan beban garis (BGT). 1. Beban Terbagi Rata (BTR) Beban ini dilambangkan q kpa dengan intensitas beban bergantung pada panjang bentang total yang dibebani, besarnya beban yaitu sebagai berikut : L 30 m ; q = 9,0 kpa L > 30 m ; q dapat dilihat pada grafik dibawah Dengan : Q adalah intensitas beban terbagi rata dalam arah memanjang jembatan (kpa) L adalah panjang total jembatan yang dibebani (meter)

37 42 Gambar 2.13 Beban D : beban terbagi rata vs panjang bentang dibebani. (sumber : Peraturan Pembebanan Untuk Jembatan, RSNI T ) 2. Beban Garis (BGT) Beban garis ini dilambangkan dengan ρ kn/m dengan arah yang tegak lurus terhadap arus lalu lintas pada jembatan. Besar beban garis yaitu 49 kn/m. Faktor beban dinamik (FBD) untuk beban lajur garis D dapat dilihat dalam gambar berikut : Gambar 2.14 Faktor beban dinamis untuk beban garis untuk pembebanan lajur D (sumber : Peraturan Pembebanan Untuk Jembatan, RSNI T )

38 43 Sistem pembebanan beban terbagi rata dan beban garis dapat dilihat pada gambar berikut : Gambar 2.15 Beban Lajur D (sumber : Peraturan Pembebanan Untuk Jembatan, RSNI T ) Beban D harus disusun pada arah melintang sedemikian rupa sehingga menimbulkan momen maksimum. Penyusunan komponen-komponen BTR dan BGT dari beban D pada arah melintang harus sama. Penempatan beban ini dilakukan dengan ketentuan sebagai berikut : 1. Bila lebar jalur kendaraan jembatan kurang atau sama dengan 5,5 m, maka beban D harus ditempatkan pada seluruh jalur dengan intensitas 100 %. 2. Apabila lebar jalur lebih besar dari 5,5 m, beban D harus ditempatkan pada jumlah lajur lalu lintas rencana (n 1 ) yang berdekatan (tabel 2.3), dengan intensitas 100 %. Hasilnya adalah beban garis ekuivalen sebesar n 1 x 2,75 q kn/m dan beban terpusat ekuivalen sebesar n 1 x 2,75 ρ kn, kedua-duanya bekerja berupa strip pada jalur selebar n 1 x 2,75 m.

39 44 3. Lajur lalu lintas rencana yang membentuk strip ini bisa ditempatkan dimana saja pada jalur jembatan. Beban D tambahan harus ditempatkan pada seluruh lebar sisa dari jalur dengan intensitas sebesar 50 %. Susunan pembebanan ini bisa dilihat dalam gambar berikut : Gambar 2.16 Penyebaran Pembebanan Pada Arah Melintang (sumber : Peraturan Pembebanan Untuk Jembatan, RSNI T ) c Beban truk T Beban truk T adalah satu kendaraan berat dengan 3 as yang ditempatkan pada beberapa posisi dalam lajur lalu lintas rencana (RSNI 2005). Dalam perencanaan hanya diterapkan satu truk tiap lajur rencana. Jarak antara 2 as truk tersebut bisa diubah-ubah antara 4,0 m sampai 9,0 m agar diperoleh pembebanan maksimum pada arah memanjang jembatan. Besar pembebanan dapat dilihat pada gambar berikut :

40 45 Gambar 2.17 Pembebanan Truk T (500 kn) (sumber : Peraturan Pembebanan Untuk Jembatan, RSNI T )