PERANCANGAN SLAB LANTAI DAN BALOK JEMBATAN BETON PRATEGANG SEI DALU-DALU, KABUPATEN BATU BARA, SUMATERA UTARA TUGAS AKHIR Ditulis Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan oleh CIPUTRA LIMBONG NIM: 0905131006 PROGRAM STUDI TEKNIK PERANCANGAN JALAN DAN JEMBATAN JURUSAN TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013
ABSTRAK PERANCANGAN SLAB LANTAI DAN BALOK JEMBATAN BETON PRATEGANG SEI DALU-DALU, KABUPATEN BATU BARA, SUMATERA UTARA Oleh: Ciputra Limbong (0905131006) Teknologi jembatan telah mengalami perkembangan yang pesat dari tahun ke tahun mulai dari peraturan perencanaan, teknologi bahan, teknologi perencanaan dan pelaksanaan sampai teknologi rehabilitasi dan perkuatan. Sifat beton yaitu kuat terhadap gaya tekan tetapi lemah terhadap gaya tarik. Oleh karena itu, beton dapat mengalami retak jika beban yang dipikulnya menimbulkan tegangan tarik yang melebihi kuat tariknya. Untuk menahan gaya tarik yang cukup besar pada serat-serat balok daerah tarik, maka perlu diberi baja tulangan karena baja bersifat kuat terhadap tarik sehingga disebut dengan beton bertulang. Untuk jembatan teknologi beton prategang dibutuhkan tendon sebagai pendukung kekuatan beton, tendon memberikan dukungan yang baik pada balok dalam mendukung kuat tariknya, jumlah dan posisi tendon ditentukan dari hasil perhitungan. Topik bahasan ini dititikberatkan pada perencanaan kebutuhan tulangan slab lantai jembatan dan kebutuhan tendon pada balok prategang. Tujuan penulisan laporan ini adalah untuk mendapatkan kebutuhan dimensi tulangan yang tepat agar aman terhadap syarat lendutan dan tegangan geser pons yang terjadi pada slab lantai jembatan dan mendapatkan kebutuhan tendon pada balok prategang serta posisinya. Teknik pengumpulan data dilakukan dengan cara: studi kepustakaan dan studi kasus yaitu mencakup pengumpulan buku, teks dan jurnal-jurnal yang membahas masalah jembatan khususnya Perencanaan Struktur Jembatan, kemudian data diolah dan dianalisis. Teknik perhitungan kebutuhan tulangan minimum pada slab lantai jembatan dan perhitungan balok prategang menggunakan RSNI T-12-2004 dan RSNI T-02-2005. Dari hasil pembahasan diperoleh: Kebutuhan tulangan lentur negatif slab lantai jembatan yang dipakai berdimensi D20-150, dan untuk tulangan bagi/susut yang dipakai berdimensi D13-100. Kebutuhan tulangan lentur positif slab lantai jembatan yang dipakai berdimensi D16-100, dan untuk tulangan bagi/susut yang dipakai berdimensi D14-150. Hasil kontrol lendutan yang terjadi pada slab lantai jembatan berada di zona aman, lendutan total yang terjadi sebesar 2,3498 mm. Hasil kontrol tegangan geser pons yang terjadi pada slab lantai jembatan juga berada di zona aman, beban ultimit roda truk pada slab yang terjadi sebesar 263250 N. Jumlah tendon yang diperlukan sebanyak 4 tendon dengan total strand/kawat untaian sebanyak 74 strands. Kata kunci: beton bertulang, beton prategang
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat dan karunia Nya sehingga Laporan Tugas Akhir ini dapat disusun dengan baik dan tepat pada waktunya. Laporan yang berjudul Perencanaan Slab Lantai dan Balok Jembatan Beton Prategang Sei Dalu Dalu, Kabupaten Batu Bara, Sumatera Utara ini merupakan satu syarat yang harus dilaksanakan untuk menyelesaikan mata kuliah semester VIII, pendidikan program studi Teknik Perancangan Jalan dan Jembatan Diploma IV Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Medan. Dalam proses pembuatan laporan ini, penulis telah mendapatkan bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak baik berupa material, spiritual, informasi, maupun administrasi. Oleh karena itu, sudah selayaknya penulis menyampaikan terima kasih banyak kepada: 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Drs. Syaiful Hazmi, M.T., Ketua Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Medan; 3. Ir. Hasnita, MSCE, Kepala Program Studi D IV Teknik Perancangan Jalan dan Jembatan (TPJJ) dan selaku Dosen Pembimbing I; 4. Drs. Kusumadi, M.T., Wali Kelas; 5. Ibu Ernie S.Y. Sitanggang, S.T., M.T., Dosen Pembimbing II; 6. Orang tua dan teman teman yang telah memberikan dukungan untuk menyelesaikan laporan ini. Masih banyak kelemahan dan kekurangan penulisan maupun penyusunan dalam laporan ini, untuk kesempurnaan pada waktu yang akan datang mohon diberikan masukan, kritik, saran dan pendapat yang bersifat membangun guna memperbaiki Laporan Tugas Akhir. Medan, September 2013 Penulis, Ciputra Limbong NIM: 0905131006
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii ABSTRAK... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR LAMPIRAN... xiii BAB I. PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang Penelitian... 1 B. Perumusan Masalah... 3 C. Batasan Masalah... 4 D. Tujuan Pembahasan... 4 E. Manfaat Pembahasan... 4 F. Teknik Pengumpulan dan Pengolahan Data... 5 G. Sistematika Penulisan... 5 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... 6 A. Beton Bertulang... 6 B. Beton Prategang... 11 BAB III. METODOLOGI PERENCANAAN... 19 A. Data Umum Proyek... 19 B. Data Teknis Proyek... 19 C. Alur Perhitungan... 21 BAB IV. ANALISIS PERHITUNGAN... 40 A. Perencanaan Dimensi Tulangan Slab Lantai Jembatan... 40 B. Kontrol Lendutan Slab... 52 C. Kontrol Tegangan Geser Pons... 55 D. Perencanaan Jumlah Tendon Pada Balok Beton Prategang... 57
BAB V. PENUTUP... 83 A. Kesimpulan... 83 B. Saran... 83 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Kawat-kawat untuk beton prategang... 15 Tabel 2.2 Strand strandart tujuh kawat untuk beton prategang... 15 Tabel 3.1 Faktor beban untuk berat sendiri... 22 Tabel 3.2 Faktor beban untuk beban mati tambahan... 23 Tabel 3.3 Faktor beban untuk beban truk... 23 Tabel 3.4 Koefisien beban untuk beban angin... 24 Tabel 3.5 Koefisien seret, Cw... 24 Tabel 3.6 Kecepatan angin rencana... 24 Tabel 3.7 Koefisien beban untuk pengaruh temperatur... 25 Tabel 3.8 Temperatur jembatan rata-rata nominal... 25 Tabel 3.9 Koefisien geser dasar untuk tekanan tanah lateral... 35 Tabel 4.1 Rekap momen slab, faktor beban ultimit, dan daya layan... 46 Tabel 4.2 Total momen ultimit kombinasi-1... 46 Tabel 4.3 Total momen ultimit kombinasi-2... 47 Tabel 4.4 Dimensi Balok Presstress... 57 Tabel 4.5 Analisa penampang sebelum komposit... 59 Tabel 4.6 Analisa penampang setelah komposit... 60 Tabel 4.7 Berat diafragma jembatan... 61 Tabel 4.8 Berat diafragma tepi... 62 Tabel 4.9 Momen akibat berat sendiri... 63
Tabel 4.10 Momen akibat beban mati tambahan... 64 Tabel 4.11 Resume beban pada balok... 69 Tabel 4.12 Persamaan momen dan gaya geser... 70 Tabel 4.13 Kombinasi momen yang terjadi pada balok... 71 Tabel 4.14 Kombinasi gaya geser yang terjadi pada balok... 72 Tabel 4.15 Eksentrisitas tendon... 78 Tabel 4.16 Koordinat lintasan inti tendon... 79 Tabel 4.17 Sudut angkur... 80 Tabel 4.18 Tata letak kabel... 80 Tabel 4.19 Tata letak kabel per-5 meter... 81
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.1 Bentang balok tanpa tulangan... 2 Gambar 2.1 Balok beton tanpa tulangan... 8 Gambar 2.2 Balok beton dengan tulangan... 9 Gambar 2.3 Regangan dan tegangan pada penampang beton bertulang... 10 Gambar 2.4 Teknologi beton prategang pada gelagar... 13 Gambar 2.5 Teknologi beton prategang pada gelagar pada struktur silindris... 13 Gambar 2.6 Strand prategang 7 kawat (a). Strandart dan (b). yang di padatkan... 15 Gambar 2.7 Distribusi tegangan sepanjang penampang beton prategang eksentris... 16 Gambar 2.8 Momen tahanan internal pada balok beton prategang dan beton bertulang.. 17 Gambar 2.9 Balok prategang dengan tendon parabolis... 18 Gambar 3.1 Potongan lantai span 40m... 20 Gambar 3.2 Bagan alur perhitungan... 21 Gambar 3.3 Pembebanan truk T... 23 Gambar 3.4 Koefisien beban untuk beban mati... 26 Gambar 3.5 Grafik momen akibat beban mati tambahan... 26 Gambar 3.6 Grafik momen akibat beban Truk dan beban Angin... 26 Gambar 3.7 Grafik momen akibat beban temperatur... 27 Gambar 3.8 Bidang geser pons pada lantai jembatan... 30 Gambar 3.9 Lebar pengganti beton plat lantai jembatan... 30 Gambar 3.10 Penampang balok prategang... 31
Gambar 3.11 Faktor beban dinamis untuk pembebanan lajur D... 33 Gambar 3.12 Gaya rem per lajur 2,75 m (KBU)... 33 Gambar 3.13 Pengaruh gaya rem pada lantai jembatan... 34 Gambar 3.14 Beban garis merata akibat beban angin pada lantai jembatan... 34 Gambar 3.15 Gaya gempa vertikal akibat beban gempa pada balok prategang... 35 Gambar 3.16 Kondisi awal balok prategang dan eksentrisitas... 36 Gambar 3.17 Posisi tendon... 37 Gambar 3.18 Posisi tendon... 38 Gambar 4.1 Beban roda ganda oleh truk... 41 Gambar 4.2 Luas equivalen bidang samping kendaraan... 42 Gambar 4.3 Formasi pembebanan pada slab lantai jembatan... 44 Gambar 4.4 nilai koefisien momen lapangan dan momen tumpuan... 44 Gambar 4.5 Bidang geser pons pada lantai jembatan... 55 Gambar 4.6 Pembesian Slab Lantai Jembatan... 56 Gambar 4.7 Dimensi Balok Presstress... 57 Gambar 4.8 Lebar efektif plat lantai... 58 Gambar 4.9 Ruas Balok Prategang... 59 Gambar 4.10 Ruas Balok Prategang & Plat... 60 Gambar 4.11 Balok Prategang tepi... 62 Gambar 4.12 Gaya geser akibat berat sendiri... 63 Gambar 4.13 Gaya pada lajur... 64 Gambar 4.14 Beban akibat rem... 65 Gambar 4.15 Beban akibat angin... 66
Gambar 4.16 Beban akibat gempa... 67 Gambar 4.17 bentang balok... 70 Gambar 4.18 Diagram momen balok prategang... 73 Gambar 4.19 Diagram gaya geser balok prategang... 73 Gambar 4.20 Tegangan di serat atas dan bawah... 74 Gambar 4.21 Posisi tendon di tengah bentang dan di tumpuan... 76 Gambar 4.22 Lintasan inti tendon... 79 Gambar 4.23 Tata letak dan trace kabel... 81 Gambar 4.24 Gambar Trace cable... 82
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. RSNI T-02-2005, Pembebanan Untuk Jembatan Lampiran 2. Tabel luas penampang tulangan baja per-meter panjang plat Lampiran 3. Technical data 7 wire strands Lampiran 4. Gambar rencana proyek Lampiran 5. Lembar Formulir Asistens (F2), Berita Acara Seminar Proposal, dan Formulir Persetujuan Dosen Pembimbing (F3)
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang A.1. Latar Belakang Penelitian Indonesia adalah negara kepulauan, sebanyak 13.487 pulau di Indonesia telah didaftarkan ke PBB pada tahun 2012 dan sekitar 6.000 pulau yang dihuni (sumber: VIVAnews.co.id). Begitu banyak pulau, sungai maupun jurang di Indonesia, hal ini menuntut adanya sebuah jembatan sebagai alat penghubung antar daratan. Sesuai UU Nomor 38 Tahun 2004 tentang jalan, dinyatakan bahwa jalan (termasuk jembatan) sebagai bagian dari sistem transportasi nasional mempunyai peranan penting terutama dalam mendukung bidang ekonomi, sosial dan budaya serta lingkungan yang dikembangkan melalui pendekatan pengembangan wilayah agar tercapai keseimbangan dan pemerataan pembangunan antar daerah. Selain itu pembangunan jembatan juga akan membentuk dan memperkokoh kesatuan nasional untuk menetapkan pertahanan dan keamanan nasional, serta membentuk struktur ruang dalam rangka mewujudkan sasaran. Teknologi jembatan telah mengalami perkembangan yang pesat dari tahun ke tahun mulai dari peraturan perencanaan, teknologi bahan (beton, baja, kabel), teknologi perencanaan dan pelaksanaan sampai teknologi rehabilitasi dan perkuatan. Sehingga penguasaan teknologi jembatan tersebut mutlak dibutuhkan untuk pembangunan jembatan pada umumnya dan khususnya jembatan panjang, demikian juga untuk pembangunan jembatan di daerah perkotaan dengan kondisi lahan yang terbatas dan lalu lintas yang harus tetap operasional selama pembangunan. Untuk jembatan teknologi bahan beton dibutuhkan tulangan sebagai bahan pendukung beton. Sifat beton yaitu kuat terhadap gaya tekan tetapi lemah terhadap gaya tarik. Oleh karena itu, beton dapat mengalami retak jika beban yang dipikulnya menimbulkan tegangan tarik yang melebihi kuat tariknya. Jika sebuah balok beton (tanpa tulangan) ditumpu oleh tumpuan sederhana (sendi dan rol), dan di atas balok tersebut bekerja beban terpusat P serta beban merata q, maka akan timbul momen luar sehingga balok akan melengkung ke bawah, seperti pada Gambar 1.1
. Gambar Bentang 1. 1 Bentang balok tanpa balok tulangan tanpa tulangan Untuk menahan gaya tarik yang cukup besar pada serat-serat balok daerah tarik, maka perlu diberi baja tulangan sehingga disebut dengan beton bertulang. Pada balok beton bertulang ini, tulangan ditanam sedemikian rupa, sehingga gaya tarik yang dibutuhkan untuk menahan momen pada penampang retak dapat ditahan oleh baja tulangan. Tulangan begitu berperan pada beton bertulang, untuk jembatan beton, teknologi ini juga dipakai untuk membuat slab lantai jembatan. Dimensi dan jumlah tulangan yang digunakan pada sebuah beton bertulang (slab lantai jembatan) ditentukan berdasarkan sebuah proses perhitungan. Beton memiliki sifat kuat terhadap tekan namun lemah terhadap tarik, beton tidak selamanya efektif didalam penampang struktur beton bertulang, beton efektif bekerja pada bagian yang tertekan sedangkan pada bagian yang tertarik beton tidak bekerja efektif dan hanya merupakan beban mati yang tidak bermanfaat. Hal ini yang menyebabkan tidak diciptakan struktur-struktur beton bertulang dengan bentang yang panjang secara ekonomis karena terlalu banyak beban mati yang tidak efektif. Dengan berbagai kekurangan yang dirasakan pada struktur beton bertulang maka timbul sebuah gagasan untuk menggunakan sebuah kombinasi bahan beton secara lain, yaitu dengan memberikan pratekanan pada beton melalui kabel baja (tendon) yang ditarik disebut beton pratekan. Untuk jembatan teknologi beton prategang dibutuhkan tulangan dan tendon sebagai pendukung kekuatan beton, saat ini jembatan teknologi beton prategang sudah banyak digunakan. Tendon memberikan dukungan yang baik pada balok dalam mendukung kuat tariknya, posisi dan jumlah tendon ditentukan dari suatu perhitungan bertahap.
Untuk itu judul yang dipilih adalah PERANCANGAN SLAB LANTAI DAN BALOK JEMBATAN BETON PRATEGANG SEI DALU-DALU, KABUPATEN BATU BARA, SUMATERA UTARA. A.2. Latar Belakang Proyek PT. JAYA MITRA KONSTRUKSI merupakan perusahaan swasta yang bergerak di bidang jasa konstruksi terutama dalam hal konstruksi teknik pembangunan jalan dan jembatan. Perusahaan ini memberikan layanan jasa konstruksi yang didukung oleh tenaga professional dalam bidangnya masing-masing. Sebagai perusahaan konstruksi, perusahaan ini tidak hanya memberikan pelayanan jasa konstruksi tetapi juga melaksanakan kegiatan pembangunan yang dikelola oleh perusahaan ini sendiri, seperti pembangunan Jembatan Sei dalu dalu, Indrapura yang sedang dilaksanakan saat ini. Nama Perusahaan : Nama : PT. JAYA MITRA KONSTRUKSI Alamat Kantor : Jl. Menteng raya No.9 Medan Adapun latar belakang proyek Pembangunan Jembatan Sei dalu dalu dikarenakan besarnya pertambahan penduduk yang semakin berkembang baik, maka kebutuhan masyarakat juga semakin meningkat, khususnya transportasi, sehingga untuk menunjang kelancaran lalu lintas yang baik juga diperlukan fasilitas atau sarana yang tepat seperti jembatan. Jembatan yang layak pakai dan jalan yang sesuai merupakan salah satu faktor pendorong meningkatnya kegiatan pembangunan khususnya di Indrapura. Pertambahan penduduk semakin pesat sehingga kapasitas jembatan lama tidak dapat lagi menampung jumlah kendaraan yang bertambah. Maka dari itu Pembangunan jembatan Sei dalu dalu ini diharapkan dapat memberikan solusi terhadap masalah kapasitas kendaraan yang semakin bertambah. Dengan adanya jembatan baru ini akan membagi jalan menjadi dua jalur dan empat lajur. B. Perumusan Masalah Adapun perumusan masalah dalam laporan Tugas Akhir ini adalah: 1. Berapakah kebutuhan tulangan yang dibutuhkan pada slab lantai jembatan? 2. Bagaimanakah hasil kontrol lendutan slab lantai jembatan?
3. Bagaimanakah hasil kontrol tegangan geser pons slab lantai jembatan? 4. Berapakah kebutuhan jumlah tendon pada balok prategang? C. Batasan Masalah Adapun batasan masalah dalam laporan Tugas Akhir ini adalah: 1. Perencanaan slab lantai jembatan hanya meliputi kebutuhan tulangan 2. Perencanaan balok girder prategang hanya meliputi perencanaan jumlah dan posisi tendon 3. Perhitungan kebutuhan tulangan slab lantai jembatan, kontrol lendutan, kontrol tegangan geser pons, jumlah dan posisi tendon dihitung berdasarkan data teknis proyek Jembatan Sei Dalu-Dalu STA 108+524.47 STA 108+813.19, Indrapura, Kecamatan Air Putih, Kabupaten Batu Bara, Sumatera Utara 4. Dimensi tulangan yang dihitung hanya pada slab lantai jembatan span 40 meter 5. Metode perhitungan yang dipakai sesuai dengan RSNI T-12-2004 untuk Perencanaan Struktur Beton dan RSNI T-02-2005 untuk Pembebanan Jembatan 6. Pendimensian dilakukan berdasarkan momen ultimit yang dihitung kembali D. Tujuan Pembahasan Adapun tujuan dari tulisan yang berbentuk laporan ini adalah: 1. Memperoleh hasil kebutuhan tulangan yang dibutuhkan pada slab lantai jembatan. 2. Memperoleh hasil kontrol lendutan slab lantai jembatan. 3. Memperoleh hasil kontrol tegangan geser pons pada slab lantai jembatan. 4. Memperoleh jumlah tendon yang diperlukan pada balok prategang. E. Manfaat Pembahasan Adapun manfaat yang diharapkan dari tulisan yang berbentuk laporan ini adalah: 1. Meningkatkan ilmu dan keterampilan dalam perencanaan dimensi tulangan pada slab lantai jembatan dan balok prategang serta perencanaan jumlah tendon yang diperlukan pada jembatan prategang. 2. Menambah wawasan tentang perencanaan struktur jembatan prategang. 3. Dapat menerapkan ilmu dari beberapa mata kuliah yang diperoleh dari Politeknik Negeri Medan jurusan Teknik Sipil Program Studi Teknik Perancangan Jalan dan Jembatan (TPJJ).
F. Teknik Pengumpulan dan Pengolahan Data Teknik pengumpulan dan pengolahan data yang dipakai dalam laporan ini adalah: 1. Studi Kepustakaan Dalam hal ini dilakukan studi kepustakaan mencakup pengumpulan buku-buku, tulisan, studi kasus dan jurnal-jurnal yang membahas masalah Perencanaan Struktur Jembatan Prategang. 2. Studi Kasus Pelaksanaan studi kasus mencakup pengumpulan data-data dari suatu proyek jembatan yaitu Jembatan Sei Dalu-Dalu. Data yang diperoleh kemudian diolah, dianalisis, dibahas dan disimpulkan sehingga dapat dibuat suatu analisis yang sesuai dengan tujuan dari laporan. G. Sistematika Penulisan BAB I: Pendahuluan, berisi latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan pembahasan, manfaat pembahasan, teknik pengumpulan dan pengolahan data, dan sistematika penulisan, BAB II: Tinjauan pustaka, berisi teori dari beberapa sumber yang berhubungan dengan permasalahan, BAB III: Metodologi perencanaan, berisi teori, konsep dan alur perhitungan yang digunakan, BAB IV: Analisis perhitungan, berisi perhitungan beban, pendimensian slab lantai jembatan dan jumlah tendon gelagar prategang, BAB V: Penutup, berisi Kesimpulan dan saran.