KAJIAN GAYA PRATEGANG PRECAST DOUBLE TEE PADA KONSTRUKSI JEMBATAN BENTANG 40 M George Lumbantobing 1 dan Johannes Tarigan 2 1 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email: georgetobing1994@gmail.com 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email: johannes.tarigan@usu.ac.id ABSTRAK Beton Prategang telah mengalami perkembangan yang sangat pesat misalnya dalam jembatan. Gelagar jembatan beton prategang dewasa ini terdiri beberapa jenis bentuk penampang dengan spesifikasi yang sesuai standard seperti U Girder, Box Girder, I Girder, dan Precast Double Tee Beam. Precast Double Tee Beam (PDT) adalah inovasi terbaru dalam dunia konstruksi jembatan yang didesain sebagai gelagar utama. Pada tugas akhir ini penulis akan mengkaji kelayakan pemakaian Precast Double Tee pada konstruksi jembatan bentang menengah statis tak tentu secara khusus dalam analisa gaya prategangnya dengan metode pratarik (pretension method) sehingga didapat informasi mengenai besarnya kabel prategang yang digunakan, analisa lendutan, dan kehilangan gaya prategangnya kemudian kontrol dan analisa tegangan dilakukan sesuai persyaratan building code. Sebagai pembanding penulis akan membandingkan kajian Precast Double Tee dengan Precast I Girder sebagai profil gelagar yang telah lazim digunakan di Indonesia dengan ruang lingkup analisis yang sama sehingga didapat juga informasi mengenai tingkat keekonomisan dari segi struktural diantara kedua gelagar tersebut. Adapun dasar-dasar dalam analisis dan perencanaan ini mengacu pada Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan (SNI-T-12-2004), Standar Pembebanan Jembatan (RSNI-T-02-2005), Standar Penampang dari PCI. Hasil dari pengkajian ini adalah bentuk desain Precast Double Tee yang layak pakai sebagai gelagar jembatan sesuai persyaratan jembatan yang ada di Indonesia dan diperoleh nilai perbandingan tingkat keekonomisan dari segi struktural antara Precast Double Tee dan Precast I Girder. Kata kunci : precast double tee, metode pratarik, analisa tegangan, statis tak tentu. ABSTRACT Prestressed concrete has been progressed very rapidly, for example in the bridge. Prestressed concrete girder bridge is currently comprised some kind of cross-sectional shape with the appropriate standard specifications such as U Girder, Box Girder, I Girder and Double Tee Precast Beam. Precast Beam Double Tee (PDT) is a recent innovation in the world of bridge construction which is designed as a main girder. In this thesis the author will study the feasibility of the use of Precast Double Tee in the construction of the bridge span middlestatically indeterminate specifically in the analysis of prestressing force with Pretension method in order to get information about the amount of cables prestressed used, analysis of deflection, and the loss of prestress force then control and analysis of stressing according the requirements of the building code. As a comparring, the authors will compare Precast Double Tee with Precast I Girder as a profile girder that has been commonly used in Indonesia with the scope of the analysis are the same so obtained is also information on the levels of economy in terms of the structural between the two girders. As for the fundamentals in the analysis and planning refers to Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan (SNI-T-12-2004), Standar Pembebanan Jembatan (RSNI-T-02-2005), a cross-section of the PCI Standard. The results of this calcuations is a form of design Precast Double Tee is suitable to be used as a bridge girder according to the requirements of bridges construction in Indonesia and obtained the economy rate comparison values in terms of the structural between Double Tee Precast and Precast I Girder.
Keywords: precast double tee, Pretension method, stress analysis, statically indeterminate I. PENDAHULUAN Beton prategang adalah adalah salah inovasi di dalam dunia konstruksi yang telah banyak mengalami perkembangan dan telah digunakan untuk berbagai elemen struktur termasuk diantaranya konstruksi jembatan. Dalam perencanaan jembatan telah ditetapkan beberapa standar bentuk penampang yang digunakan terkhusus untuk gelagarnya diantaranya I Girder, Box Girder, U Girder, dan inovasi yang baru diterapkan yaitu Precast Double Tee. Precast Double Tee adalah Struktur beton yang menyerupai dua balok T yang terhubung tepat dibagian flange. Struktur gelagar ini dikembangkan tahun 2010 dan telah diterapkan pertama sekali pada jembatan New Bridge in York (Lauren Gardner, 2013).Ada banyak keuntungan ekonomis dalam menggunakan Precast Double Tee sebagai gelagar diantaranya waktu konstruksi di lapangan yang cepat, kenyamanan dan keamanan instalasi, tidak menggunakan diafragma dalam perencanaan (Rita Seraderian, 2012). Selain keuntungan ekonomis, struktur Precast Double Tee beam juga memberikan keuntungan secara struktural diantaranya kapasitas lentur, transfer beban, dan kapasitas geser horizontal dan vertikal yang baik (Marc Maguire, 2013), selain itu penampang juga dapat didesain dengan sistem struktur statis tak tentu dengan menganalisa kompleksitas momen yang terjadi seperti momen lentur, sekunder, dan torsi dengan menggunakan prinsip iterasi computer sehingga didapat penampang yang memenuhi persyaratan struktur (MTR Jayasinghe, 2000). Dalam hal ini precast double tee beam belum diterapkan dalam struktur gelagar jembatan yang ada di Indonesia, oleh karena itu penulis akan membuat tugas akhir tentang precast double tee terkhusus dalam hal pengkajian gaya prategang sehingga didapat desain strands, kehilangan lendutan untuk bentang menengah dengan standard pembebanan yang berlaku di Indonesia. II. TINJAUAN PUSTAKA Beton adalah struktur yang kuat terhadap beban tekan tetapi lemah terhadap beban tarik, sedangkan baja adalah struktur yang kuat terhadap beban tarik.beton prategang adalah struktur gabungan dari beton mutu tinggi dan baja mutu tinggi yang dikombinasikan secara aktif dengan cara menarik baja dan menahannya ke beton dalam keadaan tertekan, karena penampang beton telah tertekan sebelum beban bekerja maka bila beban bekerja, tegangan tarik yang terjadi dapat dieliminir oleh tegangan tekan yang diberikan pada penampang sebelum bekerja. Baja mutu tinggi yang biasanya direncakan untuk struktur beton prategang adalah wire, strand dan bar dengan spresifikasi yang telah memenuhi persyaratan struktur sesuai dengan kebutuhan perencanaan. Di dalam perencanaan struktur jembatan beton prategang dikenal dua sistem prategang yaitu Sistem Pratarik (Pretension System) dimana kabel ditarik terlebih dahulu kemudian beton dicor, dan Sistem Pascatarik (Posttension System) dimana beton dicor terlebih dahulu kemudian kabel ditarik melalui selongsong (duct). Untuk struktur jembatan beton prategang yang panjang struktur sistem statis tak tentu adalah pilihan yang baik untuk mereduksi momen dan tegangan di tengah bentang.kontinuitas dalam sistem statis tak tentu juga tergantung sistem prategang yang dipilih dalam perencanaan.kehilangan gayaprategang yang direncanakan tergantung dari sistem prategang yang dipilih, untuk Sistem Pratarik kehilangan gaya prategang meliputi deformasi elastisitas beton, relaksasi tegangan pada baja, penyusutan dan rangkak beton. Konsep analisa tegangan yang terjadi didasarkan pada perencanaan dengan sistem komposit yang dihasilkan akibat penambahan pelat komposit pada perencanaan struktur.analisa Struktur yang dilakukan berdasarkan pembebanan yang mengacu pada RSNI T-02-2005 tentang Persyaratan Pembebanan Struktur Jembatan yang meliputi aksi tetap, aksi lalu lintas, dan aksi lingkungan.
III. METODE ANALISA Dalam penulisan Tugas Akhir ini sesuai dengan bagan alir analisa diatas, dalam pemilihan sistem beton prategang yang dipakai adalah Sistem Pratarik ( Pretension System). Untuk penampang Precast Double Tee yang digunakan adalah standard yang telah ditetapkan oleh PCI, dimana untuk bentang 20 m jenis Precast Double Tee beam yang digunakan adalah tipe NEXT Beam 36 F, sedangkan untuk Precast I Girder sebagai pembanding, perencanaan penampang dilakukan secara manual sesuai persyaratan struktur. Analisa struktur dilakukan dengan menggunakan SAP 2000 V.14 untuk mencari momen lentur sesuai pembebanan yang mengacu pada RSNI T-02-2005.Kemudian kehilangan gaya prategang direncanakan sesuai dengan sistem pratarik yang meliputi deformasi elastisitas beton, relaksasi tegangan baja, penyusutan dan rangkak beton. Untuk pengontrolan tegangan dan lendutan didasarkan pada acuan RSNI T-12-2004 Perencanaan Struktur Jembatan Beton. IV. APLIKASI DAN PEMBAHASAN Gambar 3.1 Bagan Alir Penelitian Bentang jembatan yang direncanakan sesuai dengan beban-bena yang bekerja, dan untuk bentang > 25 m biasanya tidak lagi menggunakan 2 perletakan sederhana namun dengan perletakan statis tak tentu seperti gambar 4. 1 dibawah Gambar 4.1 Tampak samping jembatan
Gambar 4.2 Potongan A-A jembatan (Precast Double Tee) Gambar 4.3 Potongan A-A jembatan (Precast I Girder) IV.1 Preliminary Design Penampang Precast Double Tee dipakai NEXT Beam type 36 F seperti pada gambar 4.4 direncakan sesuai standar yang ditetapkan oleh PCI, dan Penampang Precast I Girder Beam direncanakan secara manual sesuai spesifikasi struktur gelagar jembatan seperti pada gambar 4.5 Gambar 4.4. NEXT Beam type 36 F Gambar 4.5 Penampang Profil I Girder
Setelah didapat bentuk penampang yang sesuai dengan beban rencana seperti pada gambar 4.4 dan 4.5, kemudian dianalisis mechanical properties dari setiap penampang seperti pada tabel 4. 1 dibawah sebagai prasyarat analisis perhitungan selanjutnya jenis properties penampang non komposit Tabel 4.1 Analisa Penampang Precast Double tee penampang komposit penampang non komposit Precast I Girder penampang komposit I 6693301.36 cm4 11870174.1 cm4 5411551.03 cm4 12102442.37 cm4 Zt 181456.9 cm3 288184.56 cm3 91074.904 cm3 240909.9361 cm3 Zb 121446.1 cm3 172505.24 cm3 97362.774 cm3 146229.0065 cm3 yt 36.887 cm 41.189 cm 59.418 cm 50.236 cm yb 55.113 cm 68.810 cm 55.581 cm 82.746 cm IV.2 Analisa Struktur Analisa Struktur Untuk Precast Double Tee dan Precast I Girder dilakukan dengan menggunakan program SAP 2000 V14 untuk menghitug gaya dalam struktur (momen lentur).tabel 4.2 menunjukkan hasil dari analisa struktur berdasarkan pembebanan yang direncanakan yang mengacu kepada RSNI T-02-2005 seperti akibat beban sendiri, beban mati tambahan, beban lajur D dan beban sekunder. Hasil analisa struktur untuk Prrecast Double Tee dan Precast I Girder jenis beban Tabel 4.2 Hasil Analisa Struktur Gelagar Precast Double Tee Momen (knm) Precast I Girder tumpuan lapangan tumpuan lapangan beban sendiri -1269.33 714.58-563.32 317.08 beban mati tambahan -1097.55 617.79-878.24 494.35 beban lajur D -1387.68 1208.6-954.34 831.28 beban sekunder 60.381 30.19 72.262 36.131 IV.3 Perencanaan eksentrisitas, dan Gaya prategang Tabel 4.3 menunjukkan hasil perencanaan eksentrisitas yang dilakukan berdasarkan 2 wilayah yaitu tumpuan dan lapangan untuk mengetahui tata letak dari kabel prategang yang direncanakan. jenis gelagar Tabel 4.3 Analisa Eksentrisitas Profil Kabel eksentrisitas (mm) tumpuan lapangan Precast Double Tee 243.87 220 Precast I Girder 465 430
Tabel 4.4.menunjukkan hasil dari perencanaan gaya prategang yang dilakukan berdasarkan 2 wilayah yaitu tumpuan dan lapangan untuk mengetahui gaya prategang terbesar sehingga didapat jumlah kabel prategang yang memenuhi persyaratan dengan menggunakan rumus berikut : jenis gelagar P = [ A(f infz b f sup Z t ) ] (Z b + Z t ) Tabel 4.4 Analisa Gaya Prategang gaya prategang (kn) tumpuan lapangan Precast Double Tee 1275.208 4739.93 Precast I Girder 2207.732 2267.071 IV.4 Perencanaan Kehilangan Gaya Prategang Nilai kehilangan beton prategang tergantung dari jenis sistem prategang yang digunakan.untuk kehilangan prategang sistem pratarik (pretension system) terdiri atas deformasi elastisitas beton (ES), susut beton (SH), rangkak beton (CR), dan relaksasi baja (RE). Tabel 4.5 menunjukkan besarnya kehilangan gaya prategang untuk kedua penampang dengan prinsip kehilangan gaya prategang sistem pratarik jenis kehilangan Tabel 4.5 Analisa Kehilangan Gaya Prategang Precast Double Tee kehilangan (Mpa) Precast I Girder deformasi elastisitas beton (ES) 39.905 65.41 relaksasi baja (RE) 28.974 26.901 penyusutan beton (SH) 60 60 rangkak beton (CR) 50.729 77.044 total 179.608 229.355 IV.5 Perencanaan Jumlah Kabel Prategang Kabel prategang yang direncanakan menggunakan kabel jenis uncoated7 wires stress relieved dengan luas 140 mm 2 mutu 1860 Mpa. Tabel 4.6 menunjukkan besarnya jumlah kabel prategang untuk kedua penampang berdasarkan gaya prategang sesuai dengan tabel 4. 4 Tabel 4.6 Analisa Jumlah Kabel Prategang jenis gelagar Precast Double Tee 28 Precast I Girder 13 n kabel prategang IV.6 Analisa Tegangan Analisa tegangan dilakukan pada dua keadaan yaitu kondisi transfer dan kondisi service - Kondisi transfer, yaitu kondisi dimana beban yang bekerja hanya beban sendiri dan gaya prategang, beban luar (terpasang) beluum bekerja (momen minimum)
- Kondisi service, yaitu kondisi dimana beban yang bekerja adalah berat sendiri, gaya prategang dan beban luar (momen maksimum) Analisa tegangan ijin juga direncanakan berdasarkan keadaan transfer dan service, dimana : Saat transfer : teg. tekan = f ct = 0,6 f ci dan teg. tarik f tt = 0,25 f ci Saat service : teg. tekan = f cw = 0,45 f c dan teg. tarikf tw = 0.5 f c Tabel 4.7 memberikan batasan-batasan tegangan ijin yang berlaku untuk tegangan tarik dan tekan pada kedua gelagar yakni Precast Double Tee dan Precast I Girder untuk keadaan transfer dan service berdasarkan rumusan diatas jenis gelagar Tabel 4.7 Analisa Tegangan Ijin transfer tegangan ijin (Mpa) service teg. tekan teg. tarik teg. tekan teg. tarik Precast Double Tee 33.6 1.87 31.5 4.183 Precast I Girder 33.6 1.87 31.5 4.183 Berdasarkan gambar diagram kontrol tegangan dibawah ditunjukkan bahwa penampang Precast Double Tee beam untuk keadaan transfer (gambar 4.6 dan gambar 4.8) dan service (gambar 4.7 dan gambar 4.9) memenuhi persyaratan tegangan, dimana semua tegangan untuk tiap keadaan pada wilayah tumpuan dan lapangan megalami tegangan tekan dan memenuhi persyaratan tegangan ijin. Pada penampang Precast I Girder untuk kondisi tumpuan baik tegangan transfer (gambar 4.10) maupun service (gambar 4.11) keduanya mengalami tegangan tekan pada serat atas dan bawah dan masih memenuhi persyaratan tegangan ijin, pada kondisi lapangan baik keadaan transfer (gambar 4.12) maupun service (gambar 4.13) untuk serat atas mengalami tekan dan bawah mengalami tarik namun masih tetap memenuhi persyaratan tegangan ijin. Gambar 4.6 Diagram Kontrol Tegangan keadaan transfer (tumpuan) Precast Double Tee Gambar 4.7 Diagram Kontrol Tegangan keadaan service (tumpuan) Precast Double Tee
Gambar 4.8 Diagram Kontrol Tegangan keadaan transfer (lapangan) Precast Double Tee Gambar 4.9 Diagram Kontrol Tegangan keadaan service (lapangan) Precast Double Tee Gambar 4.10 Diagram Kontrol Tegangan keadaan transfer (tumpuan) Precast I Girder Gambar 4.11 Diagram Kontrol Tegangan keadaan service(tumpuan) Precast I Girder Gambar 4.12 Diagram Kontrol Tegangan keadaan transfer (lapangan) Precast I Girder
Gambar 4.13 Diagram Kontrol Tegangan keadaan service (lapangan) Precast I Girder IV.7 Analisis lendutan balok Balok prategang mengalami lendutan akibat gaya prategang, beban mati, dan beban terpasang dan di kontrol melalui persyaratan lendutan dalam RSNI-T-12-2004 tentang Perencanaan Struktur Jembatan Beton. Tabel 4.8 menunjukkan besarnya lendutan yang terjadi akibat pembebanan untuk Precast I Double Tee dan Precast I Girder. Tabel 4.8 Analisa Lendutan Gelagar jenis gelagar lendutan (mm) lendutan maksimum (mm) Precast Double Tee 32.031 80 OK Precast I Girder 13.921 80 OK V. KESIMPULAN DAN SARAN Dari hasil perhitungan diperoleh : a. Luas penampang Precast I Girder lebih ekonomis 33.43 % dari Precast Double Tee b. Jumlah kabel prategang Precast I Girder lebih ekonomis 30.35 % dari Precast Double Tee c. Lendutan Precast I Girder lebih baik sebesar 56.53% dari Precast Double Tee d. Kehilangan gaya prategang Precast Double Tee lebih baik 21.68% dari Precast I Girder Dari hasil perhitungan ini perlu dilakukan preliminary design penampang Precast Double Tee secara manual, perlu dibuat variasi-variasi beban terkhusus beban dinamis untuk mengetahui pengaruhnya terhadap gaya prategang, dan dari sisi keekonomisan di luar analisa struktur perlu dilakukan analisa metode pelaksanaan konstruksi Precast Double Tee dibandingkan dengan Precast I Girder terkhusus dalam penggunaan perancah karena dalam penerapannya struktur Precast Double Tee lebih hemat dalam penggunaan perancah dibandingkan Precast I Girder DAFTAR PUSTAKA Nawy, Edgard G, 2001. Beton Prategang : Suatu pendekatan mendasar. Jakarta: Erlangga Sitorus, Elwis, 2015. Analisis Efisiensi Kabel Balok Beton Prategang Pada Jembatan Terhadap Kapasitas Lentur dengan Penampang Yang Berbeda. Tugas Akhir Departemen Teknik Sipil USU, tidak diterbitkan. Rita Sedarian, dkk, 2012. Guidlines for Northeast Extreme Tee Beam (NEXT Beam).USA : Precast Concrete Institute. Maguire, March. Dkk, 2013. Structural Performance of Precast/Prestressed Bridge Welded Wire Reinforcement, and 18 Diameter Strands. Journal of Bridge Engineering ASCE.18, 1053-1061.
Gardner, Lauren dan Hogdgon, Steven M, 2013. The First Next Beam Bridge.Journal of Precast institute, 55-62. Budiadi, Andri, 2008. Desain Praktis Beton Prategang. Yogyakarta: Penerbit Andi. Raju, N Krishna, 1988.Beton Prategang. Jakarta : Erlangga Jayasinghe, MTR, dan Ranasinghe, WMDN, 2000. Design of Double Tee Continuous Prismatic Prestressed Concrete Beam Bridge. Journal of University of Moratuwa. 20-33 https://en.wikipedia.org/wiki/double_tee