ANALISIS STRUKTUR JEMBATAN SEGMENTAL DENGAN KONSTRUKSI BERTAHAP METODE BALANCE CANTILEVER TUGAS AKHIR SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MENYELESAIKAN PENDIDIKAN SARJANA TEKNIK DI PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL oleh : Bram Azwar Burhani Elliza Natalia Parera 150 01 017 150 01 021 Pembimbing : Dr. Ir. Made Suarjana PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2006
ABSTRAK Pada dasarnya, konsep desain sangat erat kaitannya dengan metode konstruksi. Jembatan beton prategang segmental yang dibangun dengan metoda kantilever ini membutuhkan analisis terpisah yang pada akhirnya akan saling berhubungan yaitu antara struktur yang sudah lengkap (keseluruhan) dengan struktur sementara selama masa konstruksi. Setiap struktur sementara pada setiap tahapan konstruksi akan mempengaruhi tahapan konstruksi selanjutnya. Perilaku struktur seperti defleksi dan redistribusi tegangan terus berubah selama dan setelah tahap konstruksi berlangsung seiring dengan terjadinya perbedaan pada properti yang berubah terhadap waktu (time dependent properties) seperti rangkak, susut, modulus elastisitas (aging) dan relaksasi tendon. Selama konfigurasi struktur terus berubah dengan pembebanan dan kondisi perletakan yang berbeda dimana setiap tahapan konstruksi akan mempengaruhi tahapan selanjutnya, desain pada komponen struktur tertentu mungkin menentukan pada tahap konstruksi. Maka, analisis tahap konstruksi dibutuhkan untuk memeriksa setiap tahapan konstruksi, dan tanpa analisis seperti itu maka analisis struktur setelah konstruksi tidak dapat dipercaya. Pada tugas ini diambil studi kasus jembatan yang dibangun dengan metode kantilever yaitu jembatan dan jalan layang PASUPATI. Analisis struktur dilakukan mulai dari masa konstruksi jembatan sampai saat jembatan menerima beban layan. Analisis struktur dilakukan dengan menggunakan bantuan program MIDAS Civil v 6.3.3. Pada tugas ini dilakukan pula beberapa verifikasi manual untuk pemeriksaan tegangan, kehilangan gaya prategang dan lendutan pada tahap konstruksi sebagai pembanding dari output program. Dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa jembatan PASUPATI memenuhi kriteria kekuatan serta kriteria kemampulayanan yang dijinkan baik pada saat konstruksi maupun pada masa layan sesuai dengan peraturan yang berlaku di Indonesia. Efek dari rangkak menyebabkan redistribusi momen pada jembatan pada saat kedua kantilever mulai dihubungkan. Dari hasil verifikasi terlihat bahwa hasil perhitungan program tidak terlalu jauh berbeda dengan perhitungan manual. Kalaupun terjadi perbedaan hal tersebut dimungkinkan karena terdapat perbedaan asumsi pada saat melakukan perhitungan. ii
KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa sehingga kami dapat menyelesaikan Tugas Akhir kami yang berjudul Analisis Struktur Jembatan Segmental dengan Konstruksi Bertahap Metode Balance Cantilever tepat pada waktunya. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan tahap sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, kami mendapatkan banyak masukan, bimbingan, serta bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, kami ingin menyampaikan terima kasih sebesarbesarnya kepada: Orang tua yang telah memberikan dukungan doa, moril, dan materiil kepada kami selama ini. Dr. Ir. Made Suarjana sebagai dosen pembimbing atas segala bimbingan, perhatian, bantuan, dan kesabarannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Prof. Dr. Amrinsyah Nasution, MSCE sebagai dosen penguji seminar Tugas Akhir. Dr. Ir. Sigit selaku dosen penguji sidang Tugas Akhir. Dr. Ir. Bambang Budiono, ME selaku Koordinator Kelompok Bidang Kepakaran Struktur, serta sebagai dosen penguji kami pada saat seminar dan sidang Tugas Akhir. Dr. Ir. Herlien D. Setio selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung. Dr. Ir. Willy Tumewu selaku Koordinator Tugas Akhir Program Studi Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung. Ir. Arief Witjaksono,Meng.Sc selaku Pimpinan Proyek Pembangunan Jalan dan Jembatan PASUPATI. Bpk Wilan (PU), Bpk. Pino serta Bpk. Chandra (Indec) yang membantu kami dalam penyediaan data untuk Tugas Akhir. Semua dosen Program Studi Teknik Sipil ITB yang telah memberikan dasar-dasar ilmu teknik sipil kepada kami. Bapak-bapak dan Ibu-ibu Tata Usaha dan Perpustakaan Teknik Sipil, atas bantuannya selama kami kuliah. iii
Teman-teman satu bimbingan, Danang Arif W., Hanif Firmansyah, Radhitya Himawan, Insan Arifudin, Sigit Bastian A., Heri, Mahyarudin D., dan Bob Rukman, atas kebersamaannya selama ini. Teman-teman satu angkatan 2001, atas kebersamaannya selama masa kuliah. Semua pihak yang telah banyak membantu dalam penyusunan laporan ini, yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Kami menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih belum sempurna, mengingat keterbatasan pengetahuan dan pengalaman yang kami miliki. Saran dan kritik yang membangun sangat kami harapkan. Meskipun demikian, kami berharap Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kita semua. Bandung, Januari 2006 Penulis iv
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i ABSTRAK... ii KATA PENGANTAR...iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii BAB I PENDAHULUAN...1 1.1. LATAR BELAKANG...1 1.2. TUJUAN PENULISAN...3 1.3. RUANG LINGKUP PEMBAHASAN...3 1.4. SISTEMATIKA PEMBAHASAN...4 BAB II KONSEP DASAR JEMBATAN BETON PRATEGANG...6 2.1. BENTUK DAN UKURAN PENAMPANG MEMANJANG DEK...6 2.2. BENTUK DAN UKURAN PENAMPANG MELINTANG DEK...7 2.2.1. Jumlah dan Bentuk Box Beam...7 2.3. PENGATURAN KABEL PRATEGANG...8 2.4. JENIS PERLETAKAN SUPERSTRUKTUR PADA PIER...9 2.5. PEMILIHAN SISTEM SAMBUNGAN DI TENGAH BENTANG...10 2.6. METODE KONSTRUKSI DENGAN SEGMEN-SEGMEN PRACETAK...12 2.7. SEGMEN-SEGMEN DENGAN GLUED MATCH-CAST JOINT...14 2.7.1. Segmen-Segmen Generasi Pertama...14 2.7.2. Segmen-Segmen Generasi Kedua...16 2.8. METODE PEMASANGAN SEGMEN...17 2.9. REDISTRIBUSI MOMEN DAN TEGANGAN RANGKAK PADA BETON...18 BAB III MATERIAL DAN SISTEM BETON PRATEGANG...21 3.1. BETON...21 3.1.1. Sifat-sifat Beton Keras...21 v
3.1.2. Kekuatan Tekan...21 3.1.3. Kekuatan Tarik...22 3.1.4. Kurva Tegangan-Regangan...22 3.1.5. Modulus Elastisitas...23 3.1.6. Susut...24 3.1.7. Rangkak...27 3.2. BAJA PRATEGANG...30 3.2.1. Jenis-jenis Baja Prategang...30 3.2.2. Relaksasi Baja...31 3.3. TEGANGAN IJIN BETON & BAJA PRATEGANG MENURUT SNI 2003...32 3.3.1. Tegangan Ijin Pada Beton Prategang...32 3.3.2. Tegangan Ijin Pada Baja Prategang...33 3.4. SISTEM BETON PRATEGANG DAN PENGANGKERAN...33 3.4.1. Sistem Pascatarik (Post-tension)...33 3.4.2. Sistem Jacking...34 3.4.3. Penyuntikan (Grouting) Tendon Pascatarik...34 BAB IV STUDI KASUS...35 4.1. DESKRIPSI UMUM...35 4.1.1. Pier...35 4.1.2. Box Girder...36 4.1.3. Properti Material...36 4.2. METODE PELAKSANAAN KONSTRUKSI...37 4.2.1. Erection dan Stressing Segmen...39 4.3. METODE PERENCANAAN STRUKTUR...43 4.3.1. Pemodelan Struktur...43 4.3.2. Pada Saat Konstruksi...43 4.3.3. Pada Masa Layan...47 4.4. PEMBEBANAN STRUKTUR JEMBATAN PASUPATI...47 4.4.1. Beban Tetap...47 4.4.2. Beban Lalu-lintas...48 4.4.3. Beban Gempa...51 4.4.4. Kombinasi Pembebanan...51 4.5. KRITERIA PERENCANAAN...52 vi
BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN...53 5.1. OUTPUT GAYA-GAYA DALAM PADA SUPERSTRUKTUR...53 5.1.1. Pada Saat Konstruksi...53 5.2. PEMERIKSAAN TEGANGAN...70 5.2.1. Pada Saat Konstruksi...70 5.2.2. Pada Masa Layan...74 5.3. VERIFIKASI MANUAL...75 5.3.1. Pemeriksaan Tegangan...75 5.3.2. Kehilangan Gaya Prategang...77 5.3.3. Pemeriksaan lendutan...79 5.4. PEMERIKSAAN SERVICEABILITY JEMBATAN...87 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN...88 6.1. KESIMPULAN...88 6.2. SARAN...88 vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Pengaturan kabel prategang: kabel kantilever (c) dan kabel penyambung (I)...8 Gambar 2.2 Dek menyatu dengan pier...9 Gambar 2.3 Dek yang ditumpu sederhana diatas pier...10 Gambar 2.4 Sistem dengan sambungan sendi...11 Gambar 2.5 Skema prinsip sendi geser...11 Gambar 2.6 Sistem kantilever dengan suspended span...11 Gambar 2.7 Skema suspended span...12 Gambar 2.8 Sistem kantilever menerus...12 Gambar 2.9 Segmen precast generasi pertama...15 Gambar 2.10 Segmen precast generasi kedua...16 Gambar 2.11 Metode pemasangan segmen...17 Gambar 2.12 Ilustrasi gaya akibat beban rangkak...19 Gambar 3.1 Kurva tegangan-regangan tipikal beton...23 Gambar 3.2 Modulus sekan dan modulus tangen beton...23 Gambar 3.3 Kurva susut-waktu...25 Gambar 3.4 Grafik penentuan faktor susut...26 Gambar 3.5 Kurva regangan-waktu...27 Gambar 3.6 Grafik penentuan faktor rangkak...30 Gambar 3.7 Dongkrak strand ganda stresstek 500 ton...34 Gambar 4.1 Skema trase jembatan dan jalan layang Pasupati...35 Gambar 4.2 Bentuk pier tipikal...36 Gambar 4.3 Bentuk tipikal segmen...36 Gambar 4.4 Pier segmen yang telah dipasang...39 Gambar 4.5 Dua buah segmen yang telah tersambung...40 Gambar 4.6 Skema pemasangan temporary tendon dan stressbar...40 Gambar 4.7 Satu pasang segmen yang telah tersambung...41 Gambar 4.8 Stitching beam yang telah terpasang diantara dua kantilever...42 Gambar 4.9 Skema pemasangan continuity tendon...42 Gambar 4.10 Pemodelan struktur pada tahap 1...45 Gambar 4.11 Pemodelan struktur pada tahap 2...45 viii
Gambar 4.12 Pemodelan struktur pada tahap 7...45 Gambar 4.13 Pemodelan struktur pada tahap 8...46 Gambar 4.14 Pemodelan struktur pada tahap 9...46 Gambar 4.15 Pemodelan satu bentang jembatan Pasupati...47 Gambar 4.16 Beban lajur D...49 Gambar 4.17 Beban "D" : UDL vs Panjang yang Dibebani...49 Gambar 4.18 Penyebaran pembebanan pada arah melintang...50 Gambar 4.19 Pembebanan truk T...51 Gambar 5.1 Hasil Program vs Perhitungan Manual Kantilever Kiri...84 Gambar 5.2 Hasil Program vs Perhitungan Manual Kantilever Kanan...86 ix
LAPORAN TUGAS AKHIR BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1. KESIMPULAN Dari hasil analisis dan pembahasan dari bab sebelumnya, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Pada masa konstruksi, terjadi tegangan tarik pada jembatan yang ditinjau. Tegangan tarik yang terjadi pada masa transfer tersebut masih memenuhi tegangan tarik ijin. 2. Efek dari rangkak menyebabkan redistribusi momen pada jembatan pada saat kedua kantilever telah tersambung. 3. Pada masa layan, tegangan tarik dan tegangan tekan yang terjadi pada jembatan yang ditinjau, masih dalam batasan tegangan ijin yang berlaku. 4. Dari hasil verifikasi manual untuk pengecekan tegangan tidak terjadi perbedaan yang signifikan antara perhitungan manual dengan output program. Sedangkan untuk perhitungan losses didapatkan perbedaan sebesar 4.25 % hal tersebut dimungkinkan terjadi akibat perbedaan asumsi yang digunakan antara perhitungan manual dengan perhitungan program. 5. Lawan lendut dapat diberikan pada jembatan ketika masih dalam bentuk balance cantilever agar ketika kedua kantilever dihubungkan akan berada pada level yang sama. 6.2. SARAN Saran dari penulis sebagai bahan pertimbangan dalam konstruksi jembatan segmental dengan metode balance cantilever: 1. Pada proses desain jembatan segmental dengan metode balance cantilever, analisis tahap konstruksi perlu dilakukan, dengan mempertimbangkan kemungkinankemungkinan yang terjadi di lapangan. Hal tersebut dilakukan agar dapat diketahui perilaku struktur pada saat konstruksi dan memastikan tidak ada struktur yang gagal pada tahap konstruksi. ANALISIS STRUKTUR JEMBATAN SEGMENTAL DENGAN KONSTRUKSI BERTAHAP METODE BALANCE CANTILEVER 88
LAPORAN TUGAS AKHIR BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 2. Pada proses desain perlu disertakan analisis dengan mempertimbangkan efek-efek sekunder seperti efek dari rangkak, susut dan akibat gaya prategang selama jangka waktu tertentu. Hal ini perlu dilakukan mengingat efek-efek sekunder tersebut dapat menyebabkan terjadinya redistribusi tegangan yang harus ikut diperhitungkan dalam tahap desain. 3. Penggunaan program semacam MIDAS dapat digunakan untuk membantu memberikan gambaran dari perilaku struktur pada saat konstruksi dan juga dapat memperhitungkan properti yang bergantung terhadap waktu. ANALISIS STRUKTUR JEMBATAN SEGMENTAL DENGAN KONSTRUKSI BERTAHAP METODE BALANCE CANTILEVER 89
DAFTAR PUSTAKA MIDAS Civil Program, Civil Structure Analysis and Design: Analysis for Civil Structure Manual. Departemen Pekerjaan Umum, Standar Pembebanan untuk Jembatan. Departemen Pekerjaan Umum, Pekerjaan Struktur Beton untuk Jembatan. Mathivat, Jacques, The Cantilever Construction of Prestressed Concrete Bridges, John Wiley & Sons Ltd., 1983. Podolny, Walter dan Muller M., Jean. Construction and Design of Prestressed Concrete Segmental Bridges, John Wiley & Sons Ltd., 1982. 90