DESAIN JEMBATAN DENGAN MENGGUNAKAN PROFIL SINGLE TWIN CELLULAR BOX GIRDER PRESTRESS Ramot David Siallagan 1 dan Johannes Tarigan 2 DepartemenTeknik Sipil, Universitas Sumatera Utara,Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan Email: mamoth_got_blues@yahoo.com Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email: johannes.tarigan@usu.ac.id ABSTRAK Gelagar jembatan berfungsi untuk menahan beban yang dipikul oleh lantai jembatan untuk kemudian ditransfer kepada pondasi jembatan. Salah satu jenis gelagar jembatan berupa gelagar box dengan menggunakan sistem prategang. Dalam tugas akhir ini akan direncanakan profil box yang akan diaplikasikan pada bentang 120 m dengan lebar 9 m. Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk membandingkan efisiensi dari profil Single Twin Cellular Box Girder dengan profil Single Trapezoidal Box Girder dimana kedua profil menggunakan volume beton yang identik dan pembebanan yang sama. Perencanaan kedua profil box ini berdasar pada peraturan-peraturan Standar Nasional Indonesia (SNI) yang berlaku. Analisa struktur akan disimulasikan dengan bantuan program komputer. Pada kesimpulan dari tugas akhir ini akan diperoleh hasil bahwa profil Single Twin Cellular Box Girder menggunakan 480 strands sedangkan profil Single Trapezoidal Box Girder menggunakan 496 strands. Untuk perbandingan kehilangan gaya prategang, profil twin box mengalami kehilangan gaya prategang sebesar 22,124% sedangkan profil single box mengalami kehilangan gaya prategang sebesar 24,624% dari gaya prategang awal. Sedangkan untuk penulangan, profil single box menggunakan tulangan lebih banyak 34,89 % daripada profil twin box. Kata kunci: Jembatan, Prestress, Box Girder. ABSTRACT Girder bridge serves to hold the load that borne by the bridge deck of the bridge and then transferred to the foundation. One type of a box girder bridge using prestressed system. In this final project, will be planned a box girder bridge that will be applied to spans of 120 m with a width of 9 m. The purpose of this thesis is to compare the efficiency of profiles Cellular Single Twin Box Girder with Single Trapezoidal Box Girder profile where both profile using an identical volume of concrete and the same loading. Both of these box girder profile are designed with the regulations of Standar Nasional Indonesia (SNI). The structure analysis will be simulated with the help of a computer program. At the conclusion of this thesis the result will show that the Single Twin CellularBox Girder uses 480 strands while the Single Trapezoidal Box Girder using 496 strands. For the losses of prestress comparison, the twin box girder experience loss of prestress force of 22.124% while single box girder experience loss of prestress force at 24.624% of the initial prestress force. While for the reinforcement, the reinforcement for single box girder using 34,89% more than twin box profile. Keyword : Bridge, Prestress, Box Girder.
1. PENDAHULUAN Banyak hal yang harus dipertimbangkan dalam merencanakan sebuah konstruksi. Segala sesuatunya harus dipertimbangkan dari segi ekonomis, efisien, dan daya tahan dari suatu material yg digunakan dalam sebuah konstruksi. Perkembangan teknologi di dunia konstruksi membawa dampak positif, seperti misalnya perkembangan dalam pemilihan material dan profil dari suatu gelagar jembatan. Jembatan merupakan suatu struktur konstruksi yang memungkinkan route transportasi melalui sungai, danau, kali, jalan raya, jalan kereta api dan lain-lain. Jembatan adalah suatu struktu konstruksi yang berfungsi untuk menghubungkan dua bagian jalan yg terputus oleh adanya rintangan-rintangan seperti lembah, alur sungai, atau bahkan menghubungkan antar pulau. Dengan seiring perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, jembatan mulai berkembang dari yang dahulu hanya dibuat dengan kayu sekarang berubah menggunakan material beton ataupun baja. Kemudian seiring berkembangnya teknologi tentang beton, mulailah orang membuat jembatan dengan teknologi beton prategang. Beton dewasa ini sudah banyak digunakan di dunia konstruksi, selain perawatan yang mudah, beton juga dapat menahan beban yang cukup besar bila dibanding dengan material lainnya. Sekarang, telah dikenal beton prategang, yakni beton yang terlebih dahulu diberi penekanan atau stressing sebelum diberikan beban luar. Teknik beton pratekan ini ternyata cukup efektif untuk memikul beban yang lebih besar dibanding dengan beton bertulang biasa dan dapat memperkecil berat sendiri dan ukuran dari penampangnya. Tinggi komponen struktur beton prategang berkisar antara 65-80% dari tinggi komponen beton bertulang pada bentang dan beban yang sama (Edward G. Nawy, 2000). Hal ini jelas sangat menguntungkan dunia konstruksi karena dapat mengurangi volume dari material yang digunakan dan mengurangi beban struktur itu sendiri. Dalam dunia jembatan teknologi beton prategang sangat jelas sekali manfaatnya. Dalam tugas akhir ini penulis akan merencanakan jembatan dengan menggunakan struktur box girder prestressed segmental. Pemilihan digunakannya profil box girder ini karena profil ini mempunyai beberapa kelebihan antara lain : 1. Box girder lebih ekonomis untuk bentang yang panjang dan besar 2. Box girder selain untuk menopang beban luar, interiornya dapat digunakan untuk penggunaan lain seperti jalur pipa gas atau pipa air 3. Bentuk box girder memiliki nilai estetika yang dapat menambah keindahan struktur itu sendiri Profil box girder juga terdapat beberapa jenisnya. Tetapi, bentuk box girder yang akan dibahas di dalam makalah ini adalah single twin celullar box girder dan akan dibandingkan dengan profil box girder dengan tipe single trapezoidal box girder. Tujuan Merencanakan pendimensian profil box girder prestress, menganalisa pembebanan terhadap struktur jembatan, menganalisa kehilangan gaya prategang yang terjadi pada box girder prestress, menganalisa ketahanan profil box girder prestress terhadap momen lentur dan geser.
Hasil dari desain ini diharapkan bisa membandingkan keekonomisan dari kedua profil box yang akan di desain. Tinjauan Pustaka Beton adalah bahan yang mempunyai kekuatan tekan yang tinggi, tetapi kekuatan tariknya relatif rendah. Kuat tariknya bervariasi dari 8% sampai 14% dari kuat tekannya (Nawy, EG. 2001). Sedangkan baja adalah suatu material yang mempunyai kekuatan tarik yang tinggi. Dengan mengkombinasikan beton dan baja sebagai bahan struktur maka tegangan tekan akan dipikul pada beton sedangkan tegangan tarik akan dipikul kepada baja. Konsep inilah yang digunakan pada struktur beton bertulang biasa yang menjadi dasar dari konsep Beton Prategang. Pada struktur dengan bentang yang panjang, struktur bertulang biasa tidak cukup untuk menahan tegangan lentur sehingga terjadi retak-retak di daerah yang mempunyai tegangan lentur, geser atau puntir yang tinggi. Timbulnya retak-retak awal pada beton bertulang yang disebabkan oleh ketidakcocokan (non compatibility) dalam regangan-regangan baja dan beton barangkali merupakan titik awal dikembangkannya suatu material baru seperti beton prategang (Khrisna Raju, 1988). Penerapan tegangan tekan permanen pada suatu material seperti beton, yang kuat menahan tekanan tetapi lemah dalam menahan tarikan, akan meningkatkan kekuatan tarik yang nyata dari material tersebut, sebab penerapan tegangan tarik yang berikutnya pertama-tama harus meniadakan prategang tekanan. Kelebihan daripada penggunaan sistem prategang (Budiadi, A., 2008) adalah sebagai berikut antara lain; dapat memikul beban lentur yang lebih besar dari beton bertulang, dapat dipakai pada bentang yang lebih panjang dengan mengatur defleksinya, ketahanan geser dan puntirnya bertambah dengan adanya penegangan, dapat dipakai pada rekayasa konstruksi tertentu, misalnya pada konstruksi jembatan segmen, berbagai kelebihan lain pada penggunaan struktur khusus, seperti struktur pelat dan cangkang, struktur tangki, struktur pracetak, dan lain-lain, Pada penampang yang diberi penegangan, tegangan tarik dapat dieliminasi karena besarnya gaya tekan disesuaikan dengan beban yang akan diterima. 2. METODE Struktur jembatan yang akan direncanakan mempunyai panjang total 120 m dengan pier di tengah bentang yang membagi dua bentang sama panjang masing-masing 60 m. Lebar profil box direncanakan 9 m. Profil memanjang struktur jembatan dapat digambarkan secara sederhana seperti gambar di bawah ini: Gambar 1. Profil memanjang jembatan yang direncanakan
Struktur jembatan di atas akan didesain dengan menggunakan dua profil gelagar yaitu : 1. Profil box jenis single twin cellular box girder Gambar 2. Penampang profil single twin cellular box girder yang akan direncanakan 2. Profil box jenis single trapezoidal box girder Gambar 3 Penampang profil single trapezoidal box girder yang akan direncanakan Kombinasi beban untuk pembebanan jembatan didasarkan pada RSNI T-02-2005 (Anonim 1, 2005) yakni sebagai berikut : 1. (P MS + P MA ) + (BTR + BGT) 2. (P MS + P MA ) + (BTR + BGT) + (Q TP ) 3. (P MS + P MA ) + (BTR + BGT) + (Q EW ) 4. (P MS + P MA ) + (Q EQ ) Dengan bantuan program komputer, maka akan didapat gaya-gaya dalam yang timbul pada gelagar jembatan. Untuk merencanakan besar gaya prategang yang dibutuhkan, digunakan persyaratan tegangan ijin bahan menurut RSNI T-12-2004 (Anonim 3, 2004) dimana tegangan bahan pada saat transfer prategang tidak boleh melampaui 0,60 f ci untuk tekan dan untuk tarik tidak boleh melampaui 0,25. Preliminary design dibutuhkan untuk menentukan dimensi awal profil box girder yang akan digunakan yang nantinya dimensi ini akan dikontrol apakah semuanya memnuhi syarat batas tegangan ijin bahan seperti tertera diatas. Adapun pedoman preliminary design tampang melintang profil box menurut (Podolny, W., dan Muller, J.M., 1982) adalah sebagai berikut :
Lebar jembatan dan jarak web untuk gelagar kotak ganda, lebar jembatan tidak lebih dari 12 m, jarak web : 4 7,5 m dan panjang bagian kantilever sampai dengan ¼ lebar gelagar. Sedangkan untuk tebal sayap atas, tebal minimum untuk sayap atas yang didasarkan pada panjang bentang antar web. Dapat dilihat pada tabel berikut di bawah ini: Tabel 1 Ketentuan tebal sayap atas minimum profil box Bentang antar web Tebal minimum sayap atas Kurang dari 3 m 175 mm Antara 3 4,5 m 200 mm Antara 4,5 7,5 m 250 mm Lebih dari 7,5 m Digunakan sistem rib atau hollow slab Untuk tebal web, jika pada web terdapat tendon maka tebal web minimum adalah 200 mm, jika terdapat duct baik vertikal maupun longitudinal pada web maka tebal minimum web adalah 250 mm, jika gelagar menggunakan strand 12,5 mm maka tebal minimum web adalah 300 mm, sedangkan jika pada web diangkurkan tendon maka tebal minimum web adalah 350 mm. Sedangkan untuk ketentuan tebal sayap bawah profil box, jika pada sayap tidak diletakkan duct maka tebal sayap bawah minimum adalah 175 mm sedangkan jika terdapat duct pada sayap bawah maka tebal minimumnya adalah 200-250 mm. Untuk strand kawat atau wires yang digunakan pada profil adalah strand ASTM A-416 produksi Freyssinet Prestressing System grade 270. Dengan spesifikasi sebagai berikut : Diameter mm (in.) Tabel 2. Spesifikasi Strand Berdasarkan ASTM A-416 Min. Breaking Strength, kn (lbf) Strand Steel Area mm 2 (in 2 ) Weight Kg/1000m (lb/1000ft) Grade 1725 (250) 6.40 (0.250) 40.0 (9,000) 23.2 (0.036) 182 (122) 7.90 (0.313) 64.5 (14,500) 37.4 (0.058) 294 (197) 9.50 (9.50) 89.0 (20,000) 51.6 (0.080) 405 (272) 11.10 (0.438) 120.1 (27,000) 69.7 (0.108) 548 (367) 12.70 (0.500) 160.1 (36,000) 92.9 (0.144) 730 (490) 15.20 (0.600) 240.2 (54,000) 139.4 (0.216) 1,094 (737) Grade 1860 (270) 9.53 (0.375) 102.3 (23,000) 54.80 (0.085) 432 (290) 11.11 (0.438) 137.9 (31,000) 74.2 (0.115) 582 (390) 12.70 (0.500) 183.7 (41,300) 98.70 (0.153) 775 (520) 15.24 (0.600) 260.7 (58,600) 140.0 (0.217) 1,102 (740) (Sumber: Freyssinet Prestressing System brochure)
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari hasil perhitungan analisa struktur, didapat hasil sebagai berikut : a. Gelagar Single Twin Cellular Box Girder Gambar 4. Dimensi dan penulangan gelagar single twin cellular box girder b. Gelagar Single Trapezoidal Box Girder Gambar 5. Dimensi dan penulangan gelgagar single trapezoidal box girder
Tabel 3. Keterangan dimensi profil twin box dan single box girder Dimensi Profil Single Box Girder Dimensi Profil Twin Box Girder Slab bagian atas t 1 = 0,4 m B 1 = 7 m Slab atas bagian tengah B 1 = 7 m t 1 = 0,4 m Slab bagian tepi B 2 = 1 m t 2 = 0,3 m Slab bagian tepi B 2 = 1 m t 2 = 0,3 m Tinggi profil box girder H = 2,7 m Tinggi box girder Dinding tengah H = 2,6 m t 3 = 0,4 m Slab bagian bawah Dinding bagian tepi B 3 = 5 m Dinding tepi t 4 = 0,4 m t 3 = 0,4 m B 3 = 5 m Slab bawah t 4 = 0,45974 m t 5 = 0,3 m Penebalan pada pertemuan slab dan dinding x = 0,3 m y = 0,3 m Penebalan pada pertemuan slab dan dinding x = 0,2 m y = 0,2 m 4. KESIMPULAN DAN SARAN Dengan perencanaan kedua profil box yang menggunakan volume beton dan pembebanan yang sama, profil Single Twin Cellular Box Girder menggunakan strands sebanyak 480 untaian kawat sedangkan profil Single Trapezoidal Box Girder menggunakan 496 buah strands. Untuk perbandingan kehilangan gaya prategang, profil twin box mengalami kehilangan gaya prategang sebesar 22,124% sedangkan profil single box mengalami kehilangan gaya prategang sebesar 24,624% dari gaya prategang awal. Sedangkan untuk penulangan, profil single box menggunakan tulangan lebih banyak 34,89 % daripada profil twin box. Jadi, dapat disimpulkan Profil Single Twin Cellular Box Girder lebih ekonomis daripada profil Single Trapezoidal Box Girder. Agar hasil yang didapatkan lebih akurat untuk menentukan keekonomisan antara kedua profil box, maka diperlukan pengkajian lebih mendalam seperti perhitungan harga bahan untuk struktur agar didapatkan hasil yang lebih jelas dari biaya perencanaan jembatan dengan menggunakan kedua profil box yang dibandingkan.
5. DAFTAR PUSTAKA Anonim 1, 2005, Standar Pembebanan Untuk Jembatan RSNI T-02-2005, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta. Anonim 2, 2002. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung SNI-3-2847-2002. Badan Standardisasi Nasional, Bandung Anonim 3, 2004. Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan RSNI T-12-2004. Badan Standardisasi Nasional, Jakarta. Budiadi, A., 2008, Desain Praktis Beton Prategang, Andi, Yogyakarta. Freyssinet Prestressing System, Freyssinet Prestressing System Brochure, Perancis. Nawy, E. G., 2001, Beton Prategang : Suatu Pendekatan Mendasar Jilid I Edisi III:Erlangga. Podolny, W., dan Muller, J.M., 1982, Construction and Design of Prestressed Concrete Segmental Bridges, John Wiley & Sons, Paris, 165-170. Raju, K.N., 1998, Beton Prategang: Erlangga.