BAB II DASAR TEORI 2.1 Umum Underpass merupakan bangunan transportasi jalan yang dibuat sebagai salah satu solusi untuk menyelesaikan masalah tranportasi khususnya masalah kemacetan. Underpass dibangun di jalan utama atau di atas perlintasan kereta api. Konstruksi underpass dapat dibuat dalam beberapa bentuk, diantaranya berbentuk box atau kotak, lingkaran, dan setengah lingkaran. Bentuk underpass di Indonesia umumnya berbentuk kotak atau box seperti underpass Cububur di Jakarta, Hyper Square di Bandung. Umumnya underpass dibuat dari konstruksi beton bertulang. Gambar 2.1 Underpass berbentuk kotak Sumber: www.consta.it Gambar 2.2 Underpass berbentuk setengah lingkaran Sumber: www.redjacket.co.nz Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 5
2.2 Beton Bertulang Beton merupakan campuran antara semen portland atau semen hidraulik yang lain, agregat halus, agregat kasar dan air, dengan atau tanpa bahan tambahan yang membentuk massa padat. Sedangkan pengertian beton bertulang, adalah beton yang ditulangi dengan luas dan jumlah tulangan yang tidak kurang dari nilai minimum, yang disyaratkan dengan atau tanpa prategang, dan direncanakan berdasarkan asumsi bahwa kedua material bekerja bersama-sama dalam menahan gaya yang bekerja. 2.2.1 Modulus Elastisitas Modulus elastisitas beton, E c, nilainya tergantung pada mutu beton, yang terutama dipengaruhi oleh material dan proporsi campuran beton. Namun untuk analisis perencanaan struktur beton yang menggunakan beton normal dengan kuat tekan yang tidak melampaui 60 MPa, atau beton ringan dengan berat jenis yang tidak kurang dari 2000 kg/m 3 dan kuat tekan yang tidak melampaui 40 MPa, nilai E c bisa diambil sebagai: Ec = Wc 1,5 (0,043 fc ) dengan pertimbangan bahwa kenyataannya harga ini bisa bervariasi 20%. Untuk beton normal dengan massa jenis sekitar 2400 kg/m 3, E c boleh diambil sebesar: Ec = 4700 f c Keterangan: Wc = berat jenis beton dalam satuan kg/m 3, f c = kuat tekan beton dalam satuan MPa, Ec dinyatakan dalam satuan MPa. 2.3 Pembebanan Struktur Analisis pembebanan dalam perhitungan struktur box underpass pada tugas akhir ini seluruh ketentuan dan besar pembebanannya disesuaikan dengan peraturan pembebanan jembatan RSNI T-02-2005. Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 6
Beban-beban yang bekerja pada struktur box underpass Cibubur adalah: 1. Aksi dan Beban Tetap - Berat sendiri - Beban mati tambahan - Tekanan tanah 2. Beban Lalu Lintas - Beban lajur D - Beban truk T - Gaya rem 3. Aksi Lingkungan - Tekanan tanah akibat gempa 2.3.1 Aksi dan Beban Tetap 1) Berat Sendiri Berat sendiri (self weight) dari bagian bangunan yang dimaksud adalah berat dari bagian tersebut dan elemen-elemen struktural yang dipikulnya, atau berat sendiri adalah berat dari bagian jembatan yang merupakan elemen struktural ditambah dengan elemen non struktural yang dianggap tetap. Berat isi dari berbagai bahan adalah sebagai berikut: Tabel 2.1 Berat isi untuk berat mati No. Bahan Berat/Satuan Isi (kn/m3) Kecepatan Masa (kg/m3) 1 Campuran aluminium 26.7 2720 2 Lapisan permukaan beraspal 22.0 2240 3 Besi tuang 71.0 7200 4 Timbunan tanah dipadatkan 17.2 1760 5 Kerikil dipadatkan 18.8-22.7 1920-2320 6 Aspal beton 22.0 2240 7 Beton ringan 12.25-19.6 1250-2000 8 Beton 22.0-25.0 2240-2560 9 Beton prategang 25.0-26.0 2560-2640 Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 7
10 Beton bertulang 23.5-25.5 2400-2600 11 Timbal 111 11 400 12 Lempung lepas 12.5 1280 13 Batu pasangan 23.5 2400 14 Neoprin 11.3 1150 15 Pasir kering 15.7-17.2 1600-1760 16 Pasir basah 18.0-18.8 1840-1920 17 Lumpur lunak 17.2 1760 18 Baja 77.0 7850 19 Kayu (ringan) 7.8 800 20 Kayu (keras) 11.0 1120 21 Air murni 9.8 1000 22 Air garam 10.0 1025 23 Besi tempa 75.5 7680 Sumber: SNI T-02-2005 2) Beban Mati Tambahan Beban mati tambahan adalah berat seluruh bahan yang membentuk suatu beban pada jembatan yang merupakan elemen non struktural dan mungkin besarnya berubah selama umur rencana. Berat masing-masing bagian struktur dan elemen non struktur dihitung sebesar berat per satuan volume bagian struktur dan elemen non struktur yang ditetakan dalam SNI T-02-2005 dikalikan dengan besar volume yang membebaninya, semua beban mati harus dikalikan dengan faktor beban (Ri) masing-masing. 3) Tekanan Tanah Dalam teori Rankine beranggapan bahwa tekanan tanah pada bidang vertikal bersama-sama tanahnya yang berdekatan/berbatasan dengan tembok penahan bersatu. Permukaan bidang tegak dianggap merata. Arah gaya tekanan sejajar dengan bidang permukaan tanah. Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 8
Gambar 2.3 Diagram tekanan tanah aktif pada dinding box - Koefisien tekanan tanah aktif, K a = tan 2 ( 45 - ϕ/2 ) - Tekanan tanah aktif, Pa = Ka. γ. H 2c Ka Dimana: Pa = Tekanan tanah aktif, kn/m γ = Berat isi tanah, kn/m 3 H = Kedalaman, m Φ = Sudut geser dalam c = Nilai kohesi tanah, kn/m 2 2.3.2 Beban Lalu Lintas 1) Beban Lajur D Beban lajur D terdiri dari: a. Beban terbagi rata (UDL) Beban terbagi rata memunyai intensitas q kpa, dengan q tergantung pada panjang yang dibebani total (L) sebagai berikut: L 30 m : q = 9,0 kpa L 30 m : q = 9,0 (0,5 + ) kpa Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 9
b. Beban garis (KEL) Beban garis (KEL) dengan intensitas p kn/m harus ditempatkan tegak lurus terhadap arah lalu lintas pada jembatan. Besarnya intensitas p adalah 49,0 kn/m. Pada bentang menerus, KEL ditempatkan dalam kedudukan lateral sama yaitu tegak lurus arah lalu lintas pada dua bentang agar momen lentur negatif menjadi maksimum. Gambar 2.4 Penyebaran pembebanan pada arah melintang 2) Beban Truk T Beban hidup pada lantai jembatan berupa beban roda ganda truk (Beban T). Hanya satu truk yang harus ditempatkan dalam tiap lajur lalu lintas rencana untuk panjang penuh dari jembatan. Truk T harus ditempatkan di tengah lajur lalu lintas. Beban tekanan roda truk T adalah suatu beban suatu kendaraan berat sengan as roda yang ditempatkan ada beberapa posisi dalam lajur lalu lintas rencana. Untuk lebih jelasnya lihat gambar berikut: Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 10
Gambar 2.5 Beban truk T Distribusi beban hidup dalam arah melintang digunakan untuk memperoleh momen dan geser dalam arah longitudinal pada gelagar jembatan dengan: - menyebar beban truk tunggal T pada balok memanjang sesuai dengan faktor yang diberikan dalam Tabel 2.2; Jenis bangunan atas Tabel 2.2 Faktor distribusi untuk pembebanan truk T Jembatan jalur tunggal Jembatan jalur majemuk Pelat beton di atas: lantai balok baja I atau balok beton pratekan balok beton bertulang T balok kayu S/4,2 (bila S > 3,0 m lihat Catatan 1) S/4,0 (bila S > 1,8 m lihat Catatan 1) S/4,8 (bila S > 3,7 m lihat Catatan 1) S/3,4 (bila S > 4,3 m lihat Catatan 1) S/3,6 (bila S > 3,0 m lihat Catatan 1) S/4,2 (bila S > 4,9 m lihat Catatan 1) Lantai papan kayu S/2,4 S/2,2 Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 11
Lantai gelombang baja tebal 50 mm atau lebih Kisi-kisi baja: kurang dari tebal 100 mm tebal 100 mm atau lebih S/3,3 S/2,6 S/3,6 (bila S > 3,6 m lihat Catatan 1) S/2,7 S/2,4 S/3,0 (bila S > 3,2 m lihat Catatan 1) CATATAN 1 CATATAN 2 CATATAN 3 Dalam hal ini, beban pada tiap balok memanjang adalah reaksi beban roda dengan menganggap lantai antara gelagar sebagai balok sederhana. Geser balok dihitung untuk beban roda dengan reaksi 2S yang disebarkan oleh S/faktor 0,5. S adalah jarak rata-rata antara balok memanjang (m). - momen lentur ultimit rencana akibat pembebanan truk T yang diberikan dapat digunakan untuk pelat lantai yang membentangi gelagar atau balok dalam arah melintang dengan bentang antara 0,6 dan 7,4 m; Faktor beban dinamis (DLA) berlaku pada lajur D dan truk T untuk simulasi kejut dari kendaraan bergerak pada struktur jembatan. Faktor beban dinamik adalah untuk S.L.S dan U.L.S dan untuk semua bagian struktursampai pondasi. Untuk truk T nilai DLA adalah 0,3, untuk KEL nilai DLA adalah sebagai berikut: DLA = 0,4 untuk L 50 m DLA = 0,4 0,0025 x (L-50) untuk 50 < L < 90 m DLA = 0,3 untuk L 90 m Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 12
3) Gaya Rem Pengaruh gaya rem dan percepatan lalu lintas harus dipertimbangkan sebagai gaya memanjang, gaya ini tidak tergantung pada lebar jembatan sesuai dengan tabel berikut untuk panjang struktur yang tertahan. Gambar 2.6 Gaya rem per lajur 2,75 m 2.3.2 Aksi Lingkungan 1) Tekanan Tanah Dinamis Akibat Gempa Pengaruh gempa rencana hanya ditinjau pada keadaan batas ultimate. Beban gempa direncanakan sesuai SNI 2833:2008 Standar Peraturan Ketahanan Gempa Untuk Jembatan. Beban rencana gempa minimum dihitung dengan persamaan berikut: T EQ = K h I W T K h = C S Keterangan : T EQ K h I C S W T = Gaya geser dasar total dalam arah yang ditinjau (KN) = Koefisien beban gempa horisontal = Faktor Kepentingan = Koefisien geser dasar untuk daerah, waktu dan kondisi setempat sesuai = Faktor tipe bangunan = Berat total nominal bangunan yang mempengaruhi percepatan gempa, diambil sebagai beban mati ditambah beban mati tambahan (kn) Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 13
Untuk mencari koefisien geser dasar C sesuai dengan daerah gempa diperoleh dari tabel, gambar grafik dan peta pada lampiran atau pada BMS 1992. Waktu dasar getaran jembatan yang digunakan untuk menghitung geser dasar harus dihitung dari analisa yang meninjau seluruh elemen bangunan yang memberikan kelakuan dan fleksibilitas dari sistem pondasi. Waktu getar struktur dihitung dengan persamaan: T = 2π (W tp /(g.k p )) Keterangan : T = Waktu getar dalam detik g = Percepatan gravitasi (m/s 2 ) W TP K p = Berat total nominal bangunan atas termasuk beban mati tambahan ditambah setengah berat dari pilar (bila perlu dipertimbangkan) (kn) = Kekakuan struktur yang merupakan gaya horisontal yang diperlukan untuk menimbulkan satu satuan ledakan (KN/m) Gambar 2.7 Waktu getar struktur 2.3.4 Kombinasi Beban Kombinasi pembebanan adalah penjumlahan dari besarnya beban mati, beban hidup, dan beban lain yang diambil pada kondisi yang paling besar yang menyebabkan struktur mengalami beban maksimum. Kombinasi pembebanan ini ditetapkan dalam RSNI T-02-2005, dengan susunan kombinasi pembebanan terfaktor ultimit sebagai berikut: Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 14
Tabel 2.3 Kombinasi beban umum untuk keadaan ultimite Sumber: RSNI T-02-2005 2.4 Dasar Umum Perencanaan Box Underpass Dalam merencanakan struktur beton bertulang untuk box underpass Cibubur ini disesuaikan berdasarkan peraturan perencanaan struktur beton untuk jembatan RSNI T-12-2004. 2.4.1 Perencanaan Pelat Lantai Pelat lantai yang berfungsi sebagai lantai kendaraan harus mempunyai tebal minimum (t s ) memenuhi kedua ketentuan: t s > 200 mm t s > (100 + 40 l ) mm dengan : l = bentang pelat diukur dari pusat ke pusat tumpuan (m) Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 15
2.4.1.1 Perencanaan Pelat Terhadap Lentur Berdasarkan RSNI T 12-2004, kekuatan pelat lantai tehadap lentur harus ditentukan sesuai dengan perencanaan kekuatan balok terhadap lentur dan direncanakan dengan menggunakan Perencanaan berdasarkan Beban dan Kekuatan Terfaktor (PBKT). Gambar 2.8 Diagram regangan dan tegangan penampang tulangan rangkap Faktor 1 harus diambil sebesar: = untuk f c < 30 MPa 1 = 0,85 0,008 (f c 30 ) untuk f c > 30 Mpa 1 tidak boleh diambil kurang dari 0,65. Untuk perencanaan kekuatan pada penampang struktur beton terhadap semua pembebanan dan gaya dalam, yaitu momen lentur, geser, aksial, dan torsi, harus berdasarkan pada kekuatan rencana penampang, yang bisa dihitung dari kekuatan nominal (Mn) dikalikan dengan faktor reduksi kekuatan (ϕ). Mu = ϕ Mn Keterangan Mu = Momen ultimit rencana Mn = Momen nominal rencana ϕ = Faktor reduksi kekuatan Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 16
Adapun faktor reduksi kekuatan menurut SNI T 12-2004 sebagai berikut: - Lentur 0,80 - Geser dan Torsi 0,70 - Aksial tekan * dengan tulangan spiral 0,70 * dengan sengkang biasa. 0,65 - Tumpuan beton 0,70 a. Tulangan Tekan Sudah Leleh Apabila tulangan tekan sudah leleh, maka : f s = f y ε s = ε y f s = f y ε s = ε y Dari keseimbangan gaya horizontal pada diagram ( iii ) tegangan: Σ H = 0 C C + Cs = Ts 0,85.fc.a.b + As. fs = As.fs 0,85.fc.a.b + As. fy = As.fy Dengan nilai Dari diagram regangan: a) ε c /c = εs /(c-d ) a = ((As As ).fy)/0,85.fc.b c = a/β1 ε s = [(c-d )/c]. ε c = 0,003. [(c-d )/c] ε y = fy/ ε s sudah leleh b) = - ε s = [(d-c)/c] ε c = 0,003.(d-c)/c ε y = fy/εs Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 17
Besar momen nominal (Mn) Mn = Cc (d a/2) + Cs (d d ) Besar momen ultimate (Mu) Mu = ϕmn b. Tulangan Tekan Belum Leleh Untuk kondisi tulangan tekan belum leleh: f s f y, atau ε s ε y Dari diagram (iii) tegangan : Keseimbangan gaya horizontal Σ H = 0 C C + Cs = Ts 0,85.fc.a.b + As. fs = As.fy f s = ε s.es ε c/c = ε s /(c-d ) ε s = [(c-d )/c].ε c f s = ε s.es = [(c-d )/c]. ε c.es = [(c-d )/c]. 0,003. 200000 Keseimbangan gaya horizontal Σ H = 0 C C + Cs = Ts 0,85.fc.a.b + As. fs = As.fy 0,85.fc.b.c.β1 + As Es [(c-d )/c].0,003 As fy = 0, mengalikan pers. dengan nilai c (0,85.fc.b.β1) c 2 + (0,003.As.Es As fy) c 0,003.As.Es.d = 0 Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 18
Nilai c akan didapatkan hasilnya. Besar momen nominal (Mn) Mn = Cc (d - ) + Cs (d d ) Besar momen ultimate (Mu) Mu = ϕmn Kontrol daktilitas untuk tulangan ganda (ρ min < ρ < ρ max ) a.rasio penulangan minimum (ρ min) ρ min = 1,0/fy b.rasio penulangan maksimum (ρ max) Untuk komponen struktur beton dengan tulangan tekan, bagian ρ b untuk tulangan tekan tidak perlu direduksi dengan faktor 0,75. ρ max = 0,75 ρb ρb = 0,75.[(0,85.fc.β1.600)/((600+fy).fy)] + ρ.(fs /fy) dengan catatan, bila : a) fs < fy, maka digunakan nilai fs b) fs fy, maka digunakan nilai fy Tulangan pokok yang diperlukan As = ρ x b x d Keterangan: As = Luas tulangan tarik (mm 2 ) b = Lebar slab beton (mm) d = Tebal selimut beton (mm) Penyebaran tulangan pelat lantai (tulangan bagi) - Tulangan harus dipasang pada bagian bawah dengan arah menyilang terhadap tulangan pokok. Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 19
- Kecuali bila analisis yang lebih teliti dilakukan,jumlah tulangan diambil sebagai persentase dari tulang pokok yang diperlukan untuk momen positif sebagai berikut: Tulangan pokok sejajar arah lalu lintas: Persentase = 55 (max.55%, min.30%) l Tulangan pokok tegak lurus arah lalu lintas: 110 Persentase = (max.67%, min.30%) l 2.4.1.2 Perencanaan Pelat Terhadap Geser a. Perencanaan penampang geser harus didasarkan kepada: V u dimana Vu adalah kuat geser terfaktor penampang yang ditinjau, dan Vc adalah kuat geser nominal yang dihitung dari: Vc = ( fc /6)/ b.d b. Syarat tulangan geser - Apabila 0,5 V c < V u < V c, harus dipasang tulangan minimum. - Bila V u < 0.5 V c, tulangan minimum dapat tidak dipasang. - Apabila V u > V c, tulangan geser harus dipasang. V c Kuat geser yang disumbangkan oleh tulangan geser (V s ) dapat dihitung dengan menggunakan rumus: ϕ.vs = Vu ϕ.vc c. Luas tulangan geser Asv = π/4.d 2.b/Sy 2.4.1.3 Kuat Geser Akibat Pons Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 20
Gambar 2.9 Bidang penyebaran tekanan roda Kuat geser pons yang disyaratkan, f cv = 1/6.(1 + 2/βh). fc' Luas bidang geser pons, A v = u x v Dengan : u = a + 2 x ta + h v = b + 2 x ta + h Syarat yamg harus dipenuhi : Pu < ϕ.pn Gaya geser pons nominal (Pn) Pn = A v.f cv.10 3 Kekuatan slab terhadap geser pons = ϕ.pn Beban ultimit roda truk pada slab (Pu) Pu = K TT.P TT. 10 3 Keterangan : P TT = Beban roda truk pada slab K TT = Faktor beban ultimit 0,34. fc' Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 21
2.4.2 Perencanaan Pelat Dinding 2.4.2.1 Perencanaan Tulangan Dinding Terhadap Gaya Vertikal Pada perencanaan dinding yang menerima gaya vertikal dan momen direncanakan seperti pada penampang kolom. Sedangkan yang dimaksud kolom adalah batang tekan vertikal dari rangka struktur yang memikul beban dari balok atau dari pelat. Kolom meneruskan beban ke tanah melalui pondasi, oleh karena itu keruntuhan suatu kolom dapat menyebabkan runtuhnya lantai yang didukungnya dan keruntuhan total dari strukturnya. Apabila gaya vertikal rencana Nu tidak melampaui 0,05 f c Ag dan harus direncanakan sebagai pelat lantai sesuai dengan syarat tulangan dinding kecuali bahwa perbandingan antara tinggi efektif dengan ketebalan tidak melebihi 50. 2.4.2.2 Perencanaan Tulangan Dinding Terhadap Gaya Horizontal Dalam SNI T-12-2004 pada perencanaan dinding untuk gaya horizontal sebidang, dinding yang menerima geser bidang harus diambil sebesar V n, dimana : V n = V c + V s Nilai V n harus diambil tidak lebih besar dari: V n max = 0,2 f c (0,8 l w t w ) Sedangkan kekuatan geser nominal dari beton tanpa tulangan geser V c harus diambil sebesar: Apabila h l w w 1, V c = 0,66 h w f ' - 0,21 f ' c c l w (0,8 l w t w ) h Apabila l dan dari: w w > 1, diambil yang terkecil dari harga yang dihitung dari rumus di atas V c = 0,05 f ' + c 0,1 h l w w f c 1 ' (0,8 l w t w ) Tetapi harus diperhatikan bahwa nilai V c Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 22
1 V c 6 f ' (0,8 l w t w ) c Sumbangan kekuatan geser nominal dinding oleh tulangan geser V s harus ditentukan dari persamaan berikut: V s = w f y (0,8 l w t w ) Di mana w ditentukan seperti berikut: - Untuk dinding dimana h w /l w 1, w diambil yang terkecil dari perbandingan luas tulangan vertikal atau luas tulangan horisontal, terhadap luas penampang dinding pada arah yang berurutan. - Untuk dinding dimana h w /l w > 1, w diambil sebagai perbandingan luas tulangan horisontal dengan luas penampang dinding per meter vertikal. 2.5 Program SAP2000 Proses analisis mekanika struktur dilakukan dengan menggunakan bantuan program komputer yaitu SAP2000. Program SAP2000 mempunyai banyak fungsi salah satunya adalah digunakan untuk menganalisa struktur secara 3 dimensi. Kelebihan dari program SAP2000 ini adalah secara otomatis dapat memproses input-input yang diberikan berupa kriteria material dan nilai pembebanan untuk selanjutnya diolah sehingga didapatkan nilai gaya-gaya dalam yaitu nilai momen, lintang, dan normal. Besaran gaya yang didapatkan akan diolah pada perhitungan tulangan. Input yang diperlukan adalah: Pemodelan struktur Pemodelan struktur yang disajikan oleh SAP2000 dapat berupa template ataupun secara manual dengan menginput koordinat mapun grid. Beban-beban yang bekerja Beban-beban yang bekerja pada box underpass ini yaitu: Beban mati (berat sendir, beban mati tambahan, tekanan tanah) Beban hidup (beban lajur, beban truk, gaya rem) Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 23
Gambar 2.10 Tampilan jendela SAP2000 v14 Gambar 2.11 Template SAP2000 Bayu Eko Prasetyo Wibowo, Perancangan Ulang Box.. 24