JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 1 Modifikasi Jembatan Lemah Ireng-1 Ruas Tol Semarang-Bawen dengan Girder Pratekan Menerus Parsial Ahmad Basshofi Habieb dan I Gusti Putu Raka Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: raka@ce.its.ac.id Abstrak Untuk menghubungkan akses antar kota besar di Jawa Tengah, direncanakan pembangunan tol Semarang-Solo sepanjang 72,64 km. Jalan tol tersebut dibagi menjadi dua ruas besar yaitu Semarang-Bawen da n Bawen-Solo. Dalam perencanaannya, tol tersebut membutuhkan beberapa konstruksi jembatan salah satunya jembatan Lemah Ireng-1 di ruas Semarang-Bawen. Jembatan Lemah Ireng-1 ini direncanakan menggunakan struktur beton pratekan dengan perletakan sederhana (simple beam). Desain simple beam tersebut dinilai kurang baik karena akan membutuhkan penampang gelagar yang besar dan menyebabkan ketidaknyamanan akibat sambungan antar bentang. Oleh karena itu penulis tertarik untuk merencanakan ulang jembatan tersebut dengan struktur balok pratekan menerus parsial dengan menggunakan kombinasi tendon simple beam dan tendon menerus. Hasil dari modifikasi ini adalah didapatkannya volume beton yang lebih sedikit daripada rencana eksisting. Besar penghematan volume beton adalah sebesar 16,67%. Kata Kunci balok pratekan, pratekan menerus parsial, simple beam. D I. PENDAHULUAN ALAM tugas akhir ini, objek yang dikaji oleh penulis adalah perencanaan Jembatan Lemah Ireng-1 yang terletak pada ruas jalan tol Semarang-Bawen. Berdasarkan studi yang telah dilakukan, jembatan Lemah Ireng-1 perlu dibangun dengan lebar 2 x 12.6 m (2 x 2 lane). Jembatan Lemah Ireng-1 ini direncanakan menggunakan struktur beton pratekan. Struktur beton pratekan merupakan struktur yang sering digunakan pada balok yang memiliki bentang panjang. Prinsip dasar dari beton pratekan adalah memberikan tegangan internal dengan besar dan distribusi tertentu sehingga dapat mengimbangi tegangan yang terjadi akibat beban eksternal sampai batas tertentu (T. Y Lin dan Ned H. Burn, 1981). Tipe struktur beton pratekan juga dibedakan menjadi struktur balok partekan sederhana (simple beam) dan struktur balok pratekan menerus (continuous beam). Menurut gambar rencana, jembatan Lemah Ireng 1 ini didesain menggunakan tipe simple beam. Desain tersebut dinilai kurang efektif karena akan menghasilkan dimensi balok dan lendutan yang lebih besar dibandingkan tipe continuous beam mengingat bentang balok yang cukup panjang, yaitu 40 meter. Oleh karena itu, penulis akan merencanakan ulang jembatan ini menggunakan struktur beton pratekan menerus (continuous beam). Agar pelaksanaan lebih mudah, penulis memilih tipe balok pratekan menerus parsial. Untuk mendapatkan struktur balok menerus parsial, empat tendon debagi menjadi dua tendon simple beam, dan dua tendon yang lain adalah menerus. Profil penampang yang digunakan dalam perencanaan ini adalah profil balok I pracetak karena dianggap efisien dengan badan yang tipis dibandingkan tingginya sehingga didapatkan berat profil yang minimal. Pemilihan tipe konstruksi yang digunakan juga disesuaikan dengan panjang bentang jembatan. Untuk bentang kurang dari 60 meter pemakaian balok I lebih ekonomis (T. Y Lin dan Ned H. Burn, 1981). II. TINJAUAN PUSTAKA Beton pratekan adalah jenis beton dimana tulangan bajanya diterik/ditegangkan terhadap betonnya. Penarikan ini menghasilkan system keseimbangan pada tegangan dalam (tarik pada baja dan tekan pada beton) yang akan meningkatkan kemampuan beton menahan beban luar. Karena beton cukup kuat dan daktail terhadap tekanan dan sebaliknya lemah terhadap tarikan maka kemampuan menahan beban luar dapat ditingkatkan dengan pemberian pratekanan (Collins & Mitchell, 1991) Gaya prategang efektif ( gaya prategang rencana ) adalah gaya prategang awal pada baja dikurangi semua kehilangan gaya pratekan. Kehilangan gaya pratekan yang terjadi adalah : 1. Kehilangan langsung ( Immedietly Loss), yaitu kehilangan gaya pratekan yang terjadi setelah peralihan gaya pratekan 2. Kehilangan tak langsung/ Time Dependent Loss, yaitu kehilangan pratekan yang bergantung pada fungsi waktu Dalam pemilihan struktur jembatan perlu diperhatikan beberapa aspek yang nantinya akan sangat diperlukan dalam merencanakan suatu jembatan, antara lain : - aspek kekuatan struktur - aspek ekonomis - aspek estetika - aspek kondisi setempat Sebagai acuan perencanaan, penulis mengacu beberapa peraturan berikut: 1. SNI T-12-2004: Perencanaan Struktur Beton Untuk Jembatan
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 2 2. SNI T-02-2005: Pembebanan Jembatan SNI 2833:2008 Gempa untuk Jembatan III. METODOLOGI IV. PEMBAHASAN Preleminery Preleminery desain gelagar Pratekan menggunakan tabel WIKA Gambar 4.1 Dimensi Penampang Girder tengah bentang dan tumpuan Modifikasi detail hubungan antar gelagar pada perencanaan jembatan ini adalah sebagai berikut : Gambar 4.2 Sketsa hubungan antar gelagar simple beam (eksisting) finish Data data Bahan Berikut adalah data mutu beton dan mutu baja yang akan digunakan dalam perencanaan jembatan Lemah ireng 1 Kolom Pier : f c = 35 MPa Pierhead : f c = 35 MPa Pelat : f c = 40 MPa Girder : f c = 45 MPa Bored Pile : f c = 35 MPa Kebel Prestress Jenis : strand seven wires relieved Diameter kabel : 12.7 mm Ultimate Strength : f pu = 1860 MPa
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 3 Pembebanan Gelagar Pratekan - Beban Mati qd= 43,31 kn/m - Beban Hidup Terbagi Rata (BTR) L > 30 m, q = 9 x(0,5 + 15/L ) kpa ql= q x b1 x K u = 7,5 x 2,3 x 1,8 = 31,05 kn/m dimana b1 adalah jarak antar gelagar - Beban Hidup Garis (BGT) P = 49 kn/m P BGT = P ( 1+ DLA ) b1. K u = 49 ( 1+ 40%) 2,3. 1,8 = 284,004 kn Perencanaan Gaya Pratekan (preleminery) Preliminery gaya pratekan dilakukan dengan merencanakan tendon tunggal sepanjang balok dan merencanakan eksentrisitas untuk kemudian menghasilkan nilai gaya pratekan (F). Tegangan ijin beton ( SNI T-12-2004): - Saat Jacking : tekan = 0,6. fci = 0,6. 33,7 = 20,2 MPa - Saat Layan : tekan = 0,45. fc = 0,45.45 = 20,2 MPa - Tarik : balok pratekan segmental sama sekali tidak boleh mengalami tegangan tarik. Berikut merupakan diagram dan perhitungan tegangan penampang di tengah bentang. Saat Kondisi Sesaat Setelah Jacking Gambar 4.5 Sketsa pemasangan tendon Tahapan Kondisi Girder Pratekan yang Harus Dikontrol 1. Saat pengangkatan girder (2 tendon simple beam terpasang) 2. Sesaat setelah pengecoran pelat(non komposit) 3. Struktur menerus (3 tendon simple beam, 2 tendon menerus, komposit) ANALISA PERPINDAHAN TITIK TANGKAP GAYA PRATEKAN Dalam perencanaan pratekan menerus, perlu diperhitungkan perpindahan garis tangkap gaya akibat adanya momen sekunder. Berikut merupakan tahapan cara mendapatkan titik tangkap gaya yang baru pada tendon menerus. Tendon 1 a. Sketsa pemasangan tendon b. Menentukan beban merata akibat lengkung tendon q = gambar 4.6 Koordinat pemasangan tendon menerus 1 dimana F adalah gaya tendon, f adalah tinggi kurva dan L adalah panjang kurva. Besar beban merata akibat lengkung tendon dapat dilihat pada tabel berikut Saat Kondisi Beban Layan gambar 4.7 Permodelan pembebanan akibat lengkungan tendon menerus 1 Gambar 4.4 analisa penampang setelah jacking dan saat beban layan dari analisa kedua kondisi tersebut maka dipilih gaya prategang yang terkecil yaitu Fo = 9493 kn. F tiap tendon = 9493 kn / 4 2350 kn setiap tendon direncanakan dengan gaya berikut Tendon Simple Beam : T = 2200 kn Tendon Menerus : T = 2500 kn c. Mendapatkan gaya dalam Momen Dengan melakukan analisa struktur pada pembebanan tersebut maka didapatkan bidang momen dan nilai e yang baru (e = M/F). gambar 4.8 Perubahan Eksentrisitas tendon 1
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 4 c.g.s = koordinat tendon aktual (garis biru) c.g.f = kordinat gaya tangkap tendon (garis merah) 6. Akibat Relaksasi Baja RE = [Kre - J(SH + CR + ES) ]C Kehilangan Gaya Prategang 1. Akibat Perpendekan Elastis Beton Jika dijumlahkan masing-masing tendon rata-rata mengalami kehilangan pratekan sebesar 20% Kontrol Struktur Pratekan Kontrol Momen Nominal Tengah Bentang Penyederhanaan penampang tendon 2. Akibat Gesekan dan Wooble Effect 3. Kehilangan Akibat selip Angkur VSL memberikan ketentuan kehilangan akibat slip angker sebesar 3 % 4. Akibat Rangkak Beton 5. Akibat Susut sebesar 0,54 %
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 5 Kontrol Momen Retak Kontrol momen retak bertujuan untuk menjamin terjadinya keretakan sebelum keruntuhan yang dibatasi oleh SNI dengan 1,2 Mcr. Kontrol Tengah Bentang 3. Lendutan ke bawah akibat beban hidup layan penuh Dari analisa struktur dengan Sap didapatkan lendutan pada bentang x=20 m adalah sebesar ΔL = 33,693 mm 4. Lendutan ke atas akibat tendon menerus Tendon 1 Pembebanan akibat lengkung tendon menerus 1 Dari analisa struktur didapatkan lendutan pada bentang x=20 m adalah sebesar ΔT1 = 9.584 mm Tendon 2 Pembebanan akibat lengkung tendon menerus 2 Dari analisa struktur didapatkan lendutan pada bentang x=20 m adalah sebesar ΔT2 = 11.245 mm Maka, Total Lendutan ke bawah pada x=20 m adalah Δtot = Δd - - + ΔL - ΔT1 ΔT2 = 56,3 16,185 9,28 + 33,693 9,584 11,245 = 43,699 mm < L/800 = 40000/800 = 50 mm (OK) Kontrol Lendutan Pada gelagar pratekan, didapatkan keuntungan dari lengkungan tendon yang menyebabkan lendutan ke atas sehingga dapat mengurangi lendutan dari beban kerja. Berikut adalah perhitungan lendutan pada bentang x=20m secara bertahap dari keadaan simple beam hinggan beban layan (menerus). 1. Lendutan ke bawah akibat beban mati (simple beam) q = 34.46 N/mm I.girder = 5,6.10 11 mm 4 E = 36406 MPa L = 40000 mm Δd 5 x Wg x L⁴ = 56.33684 mm 384 x E x Ipra 2. Lendutan ke atas akibat lengkung tendon (simple beam) Tendon 3 F = 2200000 N f = 750 mm Tendon 4 F = 2200000 N f = 430 mm 16.185 mm 9.28 mm Pemilihan Spesifikasi Tendon Tendon Simple Beam Tendon 3&4 F= 2200 kn VSL Tendon unit 5-19 nominal diameter 12.7 mm jumlah strand 17 luas penampang strand 100.1 mm2 min. breaking load 3130 kn 0.74 breaking Load 2316.2 kn (OK) nominal luas penampang 1701.7 mm2 tegangan Penarikan 1292.8248 MPa Tendon Menerus Tendon 1&2 F= 2500 kn VSL Tendon unit 5-19 nominal diameter 12.7 mm jumlah strand 19 luas penampang strand 100.1 mm2 min. breaking load 3500 kn 0.74 breaking Load 2590 kn (OK) nominal luas penampang 1901.9 mm2 Tegangan Penarikan 1314.475 MPa
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 6 Pemilihan Spesifikasi Angkur V. KESIMPULAN Analisa pada struktur dengan tendon menerus harus memperhitungkan momen sekunder yang menyebabkan perpindahan titik tangkap gaya pratekan. Pada tugas akhir ini, dengan merencanakan struktur menjadi struktur menerus parsial didapatkan penghematan volume beton untuk girder sebesar 16,67%. Penghematan tersebut didapatkan dengan membuat jarak antar girder lebih lebar dari rencana eksisting. DAFTAR PUSTAKA [1] Badan Standarisasi Nasional Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Jembatan (SNI 2833:2008) [2] Badan Standarisasi Nasional Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Jembatan (SNI T-12-2004) [3] Badan Standarisasi Nasional Tata Cara Pembebanan Jembatan (SNI T-02-2005) [4] Lin, T.Y., dan Burns, 1996. N.H., Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta. Pemilihan Spesifikasi Perletakan Pot bearing merupakan perletakan yang berlaku sebagai sendi yaitu dapat menahan deformasi vertikal dan horizontal. Pada perencanaan ini, pemilihan pot bearing berdasarkan brosur produsen bearing CCL Bridge Bearing. Pembebanan pada perletakan: Beban Horizontal Ultimate : 250 kn Beban Vertikal Ultimate : 1448 kn [5] Nawy, Edward G, 1996. Prestressed Concrete : A Fundamental Approach, 2nd Edition, Prentice Hall, New Jersey. [6] Purnowo, Rahmat., 2005. Perencanaan Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa, Surabaya: ITS Press. [7] Wahyudi, Herman. 1999., Daya Dukung Pondasi Dalam, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Berdasarkan tabel CCL, dipilih pot bearing type PF 150 dengan tahanan beban vertikal 2000 kn, dan 300 kn untuk beban horizontal. Berikut adalah dimensi pot bearing tipe PF 150. Data dimensi : a = 84 mm b = 300 mm d = 255 mm f = 300 mm