BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2016

Transkripsi

1 PERENCANAAN JEMBATAN KOMPOSIT METODE LRFD (LOAD AND RESISTANCE FACTOR DESIGN) TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil Disusun oleh : HER AFRIYANDI Pembimbing : Ir. TORANG SITORUS, M.T NIP BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2016

2 ABSTRAK Jembatan adalah suatu struktur yang berfungsi sebagai lintasan untuk memperpendek jarak dengan menyeberangi suatu rintangan tanpa menutup rintangan itu sendiri. Perencanaan jembatan komposit mengasumsi bahwa baja dan beton bekerja sama. Dalam perencanaan struktur baja dikenal dua macam filosofi desain yang sering digunakan, yaitu desain tegangan kerja (Allowable Stress Design, ASD) dan desain keadaan batas (Load and Resitance Factor Design, LRFD). Metode LRFD sebenarnya merupakan suatu metode yang baru, namun di Indonesia relatif masih jarang disentuh oleh kalangan akademisi maupun praktisi di lapangan. Beban-beban yang dipakai untuk merencanakan jembatan ini akan mengacu pada peraturan RSNI T RSNI T merupakan peraturan pembaruan dari BMS 1992 karena besar beban lalu lintas yang terjadi di lapangan semakin lama semakin meningkat. Dari hasil analisa dan perhitungan jembatan komposit ini akan diperoleh beban ultimit yang dapat ditahan oleh balok komposit, momen ultimit yang terjadi akibat adanya beban ultimit, dan juga untuk mengetahui besarnya lendutan sehingga jembatan aman digunakan. Kata kunci: Komposit baja beton,asd, LRFD,RSNI T , BMS i

3 DAFTAR ISI ABSTRAK... i DAFTAR ISI... ii DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR NOTASI... x KATA PENGANTAR... xiii BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang... 1 I.2 Perumusan Masalah... 3 I.3 Tujuan... 3 I.4 Pembatasan Masalah... 4 I.5 Metodologi Penelitian... 4 I.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II STUDI PUSTAKA II.1 Umum... 6 II.2 Komponen Jembatan... 6 II.2.1 Komponen struktur atas... 6 II.2.2 Komponen struktur bawah... 7 II.2.3 Komponen pelengkap... 8 II.3 Alternatif Pemilihan Jenis Struktur... 9 II.3.1 Struktur atas jembatan... 9 II.3.2 Struktur bawah jembatan... 9 II Pangkal jembatan (abutment)... 9 II Pondasi ii

4 II.4 Sifat Bahan Baja II.5 Sifat Bahan Beton II.6 Pembebanan Jembatan II.6.1 Aksi tetap II.6.2 Aksi transien II.6.3 Aksi lingkungan II.6.4 Aksi khusus (Beban gempa) II.7 Kombinasi Pembebanan II.8 Komponen Struktur Komposit (Beton dan Baja) II.9 Lebar Efektif Balok Komposit II.10 Desain LRFD Struktur Komposit II.10.1 Pengertian II.10.2 Faktor tahanan II.10.3 Kuat lentur nominal II.10.4 Komponen memikul geser II.10.5 Penghubung geser II.11 Lendutan II.12 Sambungan II.13 Teori momen maksimum beban gandar BAB III METODOLOGI PENELITIAN III.1 Bagan Alir III.2 Studi literatur III.3 Spesifikasi jembatan III.1.4 Desain BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Data Konstruksi IV.2 Perencanaan Pelat Lantai IV.2.1 Perhitungan beban dan momen IV.2.2 Penulangan iii

5 IV.2.3 Pemeriksaan momen nominal pelat lantai IV Tulangan satu lapis IV Tulangan rangkap IV.2.4 Lendutan pelat lantai IV.2.5 Pemeriksaan geser pons pelat lantai IV.3 Perencanaan Trotoar IV.3.1 Perhitungan beban dan momen IV.3.2 Penulangan IV.4 Perencanaan sandaran IV.4.1 Perhitungan beban dan momen IV.4.2 Penulangan IV.5 Penampang Kompak IV.5.1 Pembebanan IV Aksi tetap IV Aksi transien IV Aksi lingkungan IV Aksi khusus (beban gempa) IV.5.2 Kombinasi pembebanan IV.6 Sebelum Komposit IV.6.1 Penampang kompak IV Analisa tegangan lentur IV Analisa tegangan geser IV.6.2 Penampang tidak kompak IV Analisa tegangan lentur IV Analisa tegangan geser IV.6.3 Penampang langsing IV Analisa tegangan lentur IV Analisa tegangan geser IV.7 Sesudah Komposit IV.7.1 Analisa tegangan lentur IV.7.2 Analisa tegangan geser iv

6 IV.7.3 Analisa lendutaan IV.8 Shear connector IV.9 Sambungan IV.9.1 Sambungan jarak 4 meter IV Sambungan sayap (flens) IV Sambungan badan (web) IV.9.2 Sambungan jarak 16 meter IV Sambungan sayap (flens) IV Sambungan badan (web) IV.9.3 Sambungan jarak 28 meter IV Sambungan sayap (flens) IV Sambungan badan (web) BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan V.1 Saran DAFTAR PUSTAKA... xv v

7 DAFTAR TABEL Tabel Judul Halaman Tabel 2.1 Jenis tipe jembatan 9 Tabel 2.2 Jenis abutment jembatan 9 Tabel 2.3 Jenis-jenis pondasi 10 Tabel 2.4 Sifat mekanis baja struktural 11 Tabel 2.5 Berat isi untuk beban mati 14 Tabel 2.6 Faktor beban untuk berat sendiri 15 Tabel 2.7 Faktor beban mati tambahan 15 Tabel 2.8 Faktor beban akibat beban lajur D 16 Tabel 2.9 Jumlah lajur lalu lintas rencana 17 Tabel 2.10 Faktor beban akibat pembebanan truk T 20 Tabel 2.11 Faktor distribusi untuk pembebanan truk T 22 Tabel 2.12 Faktor beban akibat gaya rem 23 Tabel 2.13 Faktor beban akibat pejalan kaki 24 Tabel 2.14 Faktor beban akibat pengaruh temperatur/suhu 24 Tabel 2.15 Temperatur jembatan rata-rata nominal 25 Tabel 2.16 Sifat bahan rata-rata akibat pengaruh temperatur 25 Tabel 2.17 Faktor beban akibat beban angin 26 Tabel 2.18 Koefisien seret 27 Tabel 2.19 Kecepatan angin rencana 27 Tabel 2.20 Faktor beban akibat gesekan pada perletakan 27 Tabel 2.21 Koefisien gesekan perletakan 28 vi

8 Tabel 2.22 Faktor beban akibat aliran air, benda hanyutan 28 dan tumbukan dengan batang kayu Tabel 2.23 Periode ulang banjir untuk kecepatan air 29 Tabel 2.24 Lendutan ekuivalen untuk tumbukan batang kayu 32 Tabel 2.25 Kategori kinerja seismik 34 Tabel 2.26 Prosedur analisis berdasarkan kategori 34 perilaku seismik (A-D) Tabel 2.27 Faktor tipe bangunan 34 Tabel 2.28 Koefisien profil tanah 35 Tabel 2.29 Akselerasi PGA di batuan dasar 36 Tabel 2.30 Kombinasi beban umum untuk keadaan batas ultimit 37 Tabel 2.31 Faktor reduksi (Ф) untuk keadaan kekuatan batas 42 Tabel 2.32 Batasan defleksi berdasarkan BMS (l=panjang bentang) 59 Tabel 2.33 Tipe-tipe baut 60 Tabel 4.1 Momen inersia pelat lantai dengan floor deck 83 Tabel 4.2 Menghitung inersia gelagar 105 Tabel 4.3 Kombinasi gaya momen penampang kompak 111 Tabel 4.4 Kombinasi gaya geser penampang kompak 111 Tabel 4.5 Menentukan letak garis netral 127 Tabel 4.6 Perhitungan momen inersia 127 vii

9 DAFTAR GAMBAR Tabel Judul Halaman Gambar 2.1 Beban lajur D 18 Gambar 2.2 Beban D : beban terbagi rata vs panjang bentang 18 yang dibebani Gambar 2.3 Faktor beban dinamis untuk beban garis untuk 19 Pembebanan lajur D Gambar 2.4 Penyebaran pembebanan pada arah melintang 20 Gambar 2.5 Pembebanan truk T 21 Gambar 2.6 Koefisien seret dan angkat untuk bermacam-macam 30 bentuk pilar Gambar 2.7 Luas proyeksi pilar untuk gaya-gaya aliran 30 Gambar 2.8 Prosedur analisis tahan gempa 33 Gambar 2.9 Struktur balok tidak komposit 39 Gambar 2.10 Struktur balok Komposit 40 Gambar 2.11 Lebar efektif balok komposit 41 Gambar 2.12 Kuat lentur nominal berdasarkan distribusi 49 tegangan plastis Gambar 2.13 Penampang melintang dek baja gelombang 58 Gambar 2.14 Tata letak baut 61 Gambar 2.15 Beban gandar 62 Gambar 2.16 Penempatan beban gandar 62 Gambar 4.1 Tampak melintang 73 Gambar 4.2 Berat sendiri 74 Gambar 4.3 Kendaraan truk yang mempunyai beban roda ganda 76 viii

10 Gambar 4.4 Penempatan beban truk T 77 Gambar 4.5 Dimensi floor deck 79 Gambar 4.6 Diagrama regangan dan tegangan tulangan satu lapis 80 Gambar 4.7 Diagram regangan dan tegangan tulangan rangkap 81 Gambar 4.8 Bidang penyebaran tekanan roda 86 Gambar 4.9 trotoar 87 Gambar 4.10 Sandaran 90 Gambar 4.11 Penampang pipa 90 Gambar 4.12 Beban pada pipa 90 Gambar 4.13 Pembebanan perbalok 93 Gambar 4.14 Penyebaran gaya rem 103 Gambar 4.15 Penyebaran angin 106 Gambar 4.16 Tegangan geser pada badan tampang gelagar 113 Gambar 4.17 Balok komposit 127 Gambar 4.18 Pemasangan shear connector 136 Gambar 4.19 Sambungan sayap pada titik 16 meter 141 Gambar 4.20 Sambungan badan pada titik 4 meter 141 ix

11 DAFTAR NOTASI A A c A s A w A sc A tr C C b C w E E c G I s I o I x Itr J M A M B M C = Luas penampang = Luas pelat beton = Luas profil baja = Luas kotor pelat badan = Luas stud connector = Luas transformasi = Gaya tekan pada beton = Faktor pengali momen lentur nominal = Momen inersia pilin = Modulus elastisitas baja = Modulus elastisitas beton = Modulus geser = Inersia profil baja = Inersia penampang = Inersia arah sumbu x = Inersia transformasi = Konstanta puntir torsi = momen pada ¼ bentang tak terkekang = momen pada tengah bentang tak terkekang = momen pada ¾ bentang tak terkekang x

12 M n M p M u M max N Q n R n S x T V c V h V n V u Z x a b E b o d d 1 f r f u = Momen nominal = Momen plastis = Momen ultimit = Momen maksimum pada bentang yang ditinjau = Jumlah penghubung geser = Kekuatan stud connector = Tahanan nominal = Modulus penampang elastis = Gaya tarik pada profil baja = Kuat geser nominal yang disumbangkan oleh beton = Gaya geser horizontal = Geser nominal = Gaya geser ultimit = Modulus penampang plastis = Sumbu netral plastis = Lebar efektif balok komposit = Jarak antar balok = Tinggi profil baja = jarak dari pusat berat balok ke pusat berat plastis = Tegangan sisa = Tegangan putus baja xi

13 f y f c l n p ll q u q dl q ll r y t s y y a y b α ϕ = Tegangan leleh baja = Kuat tekan beton = Panjang bentang = Rasio modulus = Beban hidup terpusat = Beban ultimit = Beban mati terbagi rata = Beban hidup terbagi rata = Jari-jari girasi = Tebal slab = Lengan momen = Jarak dari pusat berat komposit ke atas balok = Jarak dari pusat berat komposit ke bawah balok = Koefisien muai panjang = Faktor reduksi µ = Angka poisson δ ijin δ MS δ d δ MA δ ll = Lendutan ijin = Lendutan akibat berat sendiri = Lendutan akibat berat diafragma = Lendutan akibat beban mati tambahan = Lendutan akibat beban hidup xii

14 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir yang berjudul PERENCANAAN JEMBATAN KOMPOSIT METODE LRFD (Load and Resistance Factor Design) ini dimaksudkan untuk memenuhi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana di bidang Sub Jurusan Struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. Sehubungan dengan selesainya tugas akhir ini, penulis menyampaikan terimakasih sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. 2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. 3. Bapak Ir. Sanci Barus,M.T. sebagai koordinator Sub Jurusan Struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 4. Bapak Ir.Torang Sitorus, M.T., sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan masukan dan ilmu dalam penyusunan tugas akhir ini. 5. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, M.T. dan Ibu Nursyamsi, S.T.,M.T. sebagai dosen pembanding dan penguji penulis. 6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik yang telah membimbing dan memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. 7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. 8. Kedua orang tua saya, Ayahanda Herlan, Amd.Kep. dan Ibunda Dewita Murni, yang tak pernah berhenti memberikan doa, dukungan, motivasi, kasih sayang dan segalanya selama ini. xiii

15 9. Adik-adik saya, Febri Heryandani, Marjeli Hertumurni, Aldo Hermayanda dan Aisyah Herdesabila. Serta seluruh keluarga besar saya yang selalu mendukung dan membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 10. Seluruh keluarga saya, sipil 2011, yang telah banyak membantu saya hingga selesainya Tugas Akhir ini. 11. Buat teman-teman saya Zulfuadi Lubis, Adriansyah Pami Rahman Siregar, Ahmad Amanu SS, M. Arief Rizqy, Reza Kurniawan, Aulia Alfahmi, Tommy Diaz Iskandar, Rico Ardiansyah, M. Agus Hanafi Sipahutar, Ahmad Rivaldi Novril dan Surya Darma Lubis terima kasih atas dukungannya selama ini. 12. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Saya menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata saya mengucapkan terimakasih, dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan para pembaca. Medan, Januari 2016 Penulis (Her Afriyandi) xiv