MODIFIKASI STRUKTUR ATAS JEMBATAN CISUDAJAYA KABUPATEN SUKABUMI JAWA BARAT DENGAN SISTEM RANGKA BATANG MENGGUNAKAN MATERIAL FIBER REINFORCED POLYMER (FRP) TUBAGUS KAMALUDIN 3110100076 DOSEN PEMBIMBING : Prof. Tavio, ST., MT., Ph.D. Dr. Ir. Hidayat Soegihardjo, M.S. JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014
CURICULUM VITAE NAMA : TUBAGUS KAMALUDIN NRP : 3110100076 TTL : SURABAYA, 24 OKTOBER 1992 NO.HP : 085640492823 Email : tubaguskamaludin@gmail.com tubagus.kamaludin@yahoo.com ORGANISASI : 2011 2012 : Staff Dept.Khusus LE HMS FTSP ITS 2012 2013 : Ketua Dept.Khusus LE HMS FTSP ITS KEPANITIAAN : Panitia CIVIL EXPO 2011 Wakil Ketua CIVIL EXPO 2012 Ketua CIVIL EXPO 2013 2
PENDAHULUAN LATAR BELAKANG Jembatan di Indonesia kebanyakan terbuat dari Kayu, Baja, dan Beton. Butuh inovasi baru untuk mendesain sebuah jembatan agar lebih ekonomis dan efisien. Fiber Reinforced Polymer (FRP) merupakan material baru yang jarang kita jumpai di Indonesia untuk mendesain sebuah Jembatan. Baru diproduksi dalam jumlah besar dan digunakan untuk mendesain sebuah jembatan di negara Jerman, Amerika, dan China. FRP merupakan material yang ringan dan tahan terhadap korosi. 3
PENDAHULUAN BATASAN MASALAH Material yang digunakan adalah Fiber Reinforced Polymer (FRP) Tipe jembatan yang digunakan adalah jembatan rangka batang. Tidak membahas tentang metode pelaksanaan di lapangan dan Rencana Anggaran Biaya (RAB). Perhitungan sambungan dibatasi pada bagian tertentu yang dianggap mewakili keseluruhan. Tidak meninjau perhitungan saluran drainase jembatan, instalasi listrik, perawatan jembatan, finishing, dsb. Penggambaran hasil perencanaan struktur jembatan. Tidak membandingkan dengan jembatan aslinya. Beban hidup yang bekerja hanya 50% dari beban UDL, KEL, dan beban Truck 4
PENDAHULUAN TUJUAN Mendesain Jembatan Rangka Batang dengan menggunakan material Fiber Reinforced Polymer (FRP) yang layak dan kokoh untuk direalisasikan dengan beban yang ada Ada inovasi baru untuk mendesain sebuah jembatan di Indonesia, terutama dalam hal inovasi material. Dapat merencanakan beban yang bekerja serta profil yang digunakan pada desain jembatan yang menggunakan material FRP. Dapat mengontrol profil terhadap gaya gaya dalam yang terjadi serta kstabilan pada struktur jembatan ini. Dapat merencanakan perletakan dan pondasi yang sesuai dengan jembatan tersebut. Dapat membuat gambar teknik dari hasil desain dan analisis yang sudah dilakukan. 5
KAJIAN PUSTAKA PERKEMBANGAN FRP TULANGAN FRP LEMBARAN FRP PROFIL FRP 6
KAJIAN PUSTAKA SPESIFIKASI FRP Berikut contoh spesifikasi profil Fiber Reinforced Polymer (FRP) yang akan digunakan: 7
KAJIAN PUSTAKA Spesifikasi Material : Profil yang digunakan adalah I beam (untuk rangka utama) dan Siku L (untuk ikatan angin) Material Jembatan : Fiber Reinforced Polymer (FRP) Mutu Material : Kuat tekan FRP Modulus Elastisitas FRP Modulus Geser FRP (fy = 206,84 Mpa) (E = 19306 Mpa) (G = 2931 Mpa) Beton (f c = 25 Mpa) untuk lantai kendaraan dan abutmen Tulangan Baja (fy = 390 Mpa) Gambar Stress Strain Diagram FRP : 8
KAJIAN PUSTAKA KEUNTUNGAN & KERUGIAN PROFIL FRP No. Keuntungan Kerugian 1. Tahan terhadap korosi 2. Berat profil lebih ringan 3. 4. 5. Metode pelaksanaan di lapangan lebih mudah Perawatan jembatan lebih mudah karena tahan terhadap suhu panas atau dingin Dari segi biaya pelaksanaan dan perawatan jembatan lebih ekonomis Modulus Elastisitas (E) lebih kecil jika dibandingkan dengan material baja dan beton Lendutan yang terjadi akibat beban yang bekerja relatif lebih besar karena modulusnya yang kecil dan berat profil yang lebih ringan Profil FRP susah dijumpai di negara Indonesia Spesifikasi profil yang ada lebih sedikit jika dibandingkan profil baja Beban yang bekerja pada jembatan lebih kecil dari standard yang ada 9
DESAIN JEMBATAN SEBELUM MODIFIKASI (SITE PLAN) BANDUNG SUKABUMI 10
DESAIN JEMBATAN SEBELUM MODIFIKASI (TAMPAK MELINTANG JEMBATAN) 11
DESAIN JEMBATAN SEBELUM MODIFIKASI (TAMPAK MEMANJANG JEMBATAN) 12
DESAIN JEMBATAN SEBELUM MODIFIKASI (ABUTMEN JEMBATAN) 13
METODOLOGI BAGAN ALIR Pengumpulan data untuk modifikasi Jembatan Cisudajaya meliputi : Gambar teknik (gambar site plan, potongan memanjang dan melintang jembatan, detail abutmen) Data tanah diperoleh dari laboratorium mekanika tanah Teknik Sipil ITS Studi literatur yang digunakan untuk mendesain ulang Jembatan Cisudajaya antara lain : Bridge Design Manual System (BMS, 1992) RSNI T-02-2005 : untuk pembebanan pada jembatan SNI T-12-2004 : untuk perencanaan struktur beton pada jembatan AISC LRFD : untuk gaya gaya yang bekerja www.strongwell.com (spesifikasi profil yang digunakan dari pabrik) dll 14
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS Data Umum Jembatan : PRELIMINARY DESAIN BANGUNAN ATAS Nama jembatan : Jembatan Cisudajaya Lokasi : Kabupaten Sukabumi, Jawa Barat Bentang Jembatan : 30 m Lebar Jembatan : 7,5 m (sudah termasuk trotoar 2 x 0,6 meter dengan tinggi 25 cm) Struktur Jembatan : Jembatan Rangka Batang Tertutup (ada ikatan angin atas) Tinggi Jembatan : 6 m (Tinggi bebas jembatan 5,4 m) Lantai Kendaraan : Di bawah (terbuat dari pelat beton bertulang 20 cm dan aspal 5 cm) Sambungan : Pelat baja dan baut (Tidak menggunakan las) Jarak Antar Gelagar Melintang 3 meter & Jarak Antar Gelagar Memanjang 1 meter Pembebanan : Beban Mati Beban Hidup : Berat sendiri jembatn, lantai kendaraan, trotoar : Hanya 50% dari beban UDL, KEL, dan beban truck 15
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN LANTAI KENDARAAN Direncanakan Lantai Kendaraan terbuat dari pelat beton bertulang dan aspal Menurut RSNI T 12 2004 pada pasal 5.5.2 tebal pelat lantai kendaraan minimum : ts > 200 mm ts > 100 + 40 b 1 = 100 + 40 (1) = 140 mm 5 cm 20 cm b 1 = 1 m Balok Memanjang Pada lanta kendaraan beban yang bekerja antara lain : Beban Mati : Berat sendiri pelat beton bertulang dan aspal Beban Hidup : Beban Truck Untuk kerb (trotoar) direncanakan menggunakan pelat beton dengan dimensi Tebal : 25 cm Lebar : 2 x 60 cm 16
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN GELAGAR MEMANJANG Balok memanjang pada Jembatan Cisudajaya direncanakan terbuat dari profil I Beam 610 x 190 x 9,6 x 19 (mm). Profil tersebut dari FRP, dengan jarak antar gelagar melintang (λ) = 3 meter b 1 = 1 m Beban yang bekerja : Beban Mati : Berat profil : 7,3 kg/m Aspal (5 cm) : 110 kg/m Beton (20 cm) : 480 kg/m Bekisting : 25 kg/m + (diperkirakan) q D : 622,3 kg/m Balok Memanjang Momen akibat beban mati : M D = = = 910,125 kgm 17
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN GELAGAR MEMANJANG Beban yang bekerja : Beban Hidup UDL Bentang 30 meter maka, q = 9 kpa q L = q x b1 x 50% = 450 kg/m M L(1) = = 506,25 kgm Beban Hidup KEL P = 49 kn/m dengan DLA = 30% P L = (1 + DLA) x P x b1 x 50% = 31,85 kn M L(2) = = 23,89 knm = 2389 kgm Maka, besarnya momen total akibat beban hidup UDL dan KEL : M total = M L(1) + M L(2) = 506,25 + 2388,75 = 2895 kgm 18
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN GELAGAR MEMANJANG Beban yang bekerja : Beban Truck T = 112,5 kn ; DLA = 30% faktor = 0,588 T L = (1 + DLA) x T x b1 x 50% = 73,125 kn Maka, besarnya momen yang bekerja akibat beban truck adalah : M TL = = 32,25 knm = 3225 kgm (Menentukan!) Kombinasi beban : Dari perhitungan sebelumnya, maka didapatkan kombinasi beban terbesar adalah beban mati dan beban hidup truck. Momen kombinasi yang bekerja adalah : M total = M D + M TL = 910,25 + 3225 = 4135,25 kgm 19
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS Kontrol Lendutan : Lendutan ijin (Δ) : Δ = = 1,25 cm PERENCANAAN GELAGAR MEMANJANG Lendutan yang terjadi : Δ = = 1,171 cm Dari perhitngan diatas, maka lendutan yang terjadi memenuhi dari syarat yang berlaku : Δ < Δ 1,171 cm < 1,25 cm (OK!) JADI, PROFIL I BEAM 610 x 190 x 9,6 x 19 (mm) BISA DIGUNAKAN UNTUK GELAGAR MEMANJANG Kontrol Geser : Dari perhitungan reaksi disamping didapatkan nilai Va = 4793,45 kg θ Vn = θ x 0,6 x fy x Aw = 65407,77 kg maka, θ Vn > Va 65407,77 kg > 4793,45 kg (OK!) 20
DESAIN JEMBATAN SETELAH MODIFIKASI (TAMPAK MEMANJANG JEMBATAN) 21
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN GELAGAR MELINTANG Balok melintang direncanakan komposit dengan lantai kendaraan : Profil I Beam 610 x 190 x 9,6 x 19 (mm) Jarak antar gelagar melintang (λ) = 3 meter Lebar jembatan (B) = 7,5 meter. Beban mati yang bekerja : 1. Beban mati sebelum komposit (qd1) = 1544,2 kg/m Profil memanjang & melintang Berat pelat beton (20 cm) Berat bekisting Besarnya momen yang bekerja pada beban (qd1) adalah 10857,7 kgm 2. Beban mati setelah komposit (qd2) = 1775 kg/m Berat kerb (20 cm) Berat aspal (5 cm) Berat bekisting Besarnya momen yang bekerja pada beban (qd2) adalah 2616,3 kgm Maka, Besarnya momen total akibat beban mati adalah : M D = M qd1 + M qd2 = 13474 kgm = 134,74 knm 22
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN GELAGAR MELINTANG Beban hidup yang bekerja : Beban Hidup UDL Bentang 30 meter maka, q = 9 kpa q L = q x λ x 50% = 13,5 kn/m Beban Hidup KEL P = 49 kn/m dengan DLA = 30% P L = (1 + DLA) x P x 50% = 31,85 Kn Besarnya beban hidup (D) akibat UDL dan KEL : D = P L + q L = 45,35 kn/m Maka, momen beban hidup UDL dan KEL : M (p+q) = 301,152 knm 23
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN GELAGAR MELINTANG Beban hidup yang bekerja : Beban Truck T = 112,5 kn ; DLA = 30% T L = (1 + DLA) x T x 50% = 73,125 kn Maka, nilai R = 4 x T L = 292,5 kn Va = = 146,25 kn Besarnya momen yang bekerja akibat beban truck : M TL = = 347,35 knm (Menentukan!) Kombinasi beban : Dari perhitungan sebelumnya, didapatkan kombinasi beban terbesar adalah beban mati dan beban hidup truck. Momen kombinasi yang bekerja adalah : M total = M D + M TL = 134,74 + 347,35 = 482,09 knm 24
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN GELAGAR MELINTANG Gelagar melintang direncanakan komposit. Dari perhitungan didapatkan nilai berikut ini : be = 187,5 cm Ac = 3750 cm 2 C = C1 = 2567918,6 N a = 64,45 mm d1 = 167,78 mm d2 = 0 d3 = 305 mm Py = As x fy = 2567918,6 N Dari data data diatas, maka besarnya momen nominal dari gelagar melintang : θ Mn = 0,85 x Mn = 1031,941 knm Maka, θ Mn > M total 1031,941 knm > 482,09 knm (OK!) 25
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS Perhitungan Shear Connector : Direncanakan shear connector D = 22 mm Asc = 381 mm 2 PERENCANAAN GELAGAR MELINTANG Fu = 4100 Mpa kuat geser baut = Asc x Fu = 156210 N Vh = C Dari perhitungan diatas didapatkan : Jumlah Stud yang digunakan : 36 buah (dengan jarak 210 mm) JADI, PROFIL I BEAM 610 x 190 x 9,6 x 19 (mm) BISA DIGUNAKAN UNTUK GELAGAR MELINTANG Kontrol Geser : Dari perhitungan reaksi disamping didapatkan nilai Va = 211 kn θ Vn = θ x 0,6 x fy x Aw = 654,08 kn maka, θ Vn > Va 654,08 kn > 211 kn (OK!) 26
DESAIN JEMBATAN SETELAH MODIFIKASI (TAMPAK MELINTANG JEMBATAN) 27
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN RANGKA BATANG UTAMA Rangka Batang utama didesain seperti gambar di bawah ini : 6 m 30 meter Gambar Permodelan Jembatan Rangka Batang Pembebanan pada rangka utama diambil dari gelagar melintang setelah komposit : Akibat beban mati : q rangka = (20 + 3L) = 110 kg/m 2 P rangka = q x λ x (B / 2) = 1237,5 kg P total = V qd1 + V qd2 + P rangka = 8882,25 kg Akibat beban hidup : Beban UDL = q L x B = 10125 kg Beban Kel = P L = 3185 kg 28
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN RANGKA BATANG UTAMA Rangka Batang utama didesain seperti gambar di bawah ini : 6 m 30 meter Gambar Permodelan Jembatan Rangka Batang Berikut ini direncanakan profil pada rangka batang utama : No. Profil Keterangan Dimensi (m) 1. I Beam 610 x 190 x 9,6 x 19 (mm) Rangka Horizontal Atas 3 2. I Beam 610 x 190 x 9,6 x 19 (mm) Rangka Horizontal Bawah 3 3. I Beam 610 x 190 x 9,6 x 19 (mm) Rangka Diagonal 6,7 4. I Beam 610 x 190 x 9,6 x 19 (mm) Rangka Vertikal 6 29
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN RANGKA BATANG UTAMA Distribusi beban dan gaya aksial pada jembatan rangka batang : Gambar Distribusi Beban Mati Gambar Distribusi Beban Hidup UDL dan KEL Gambar Gaya aksial dengan program bantu SAP2000 30
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS Gaya aksial yang bekerja pada rangka batang utama : PERENCANAAN RANGKA BATANG UTAMA 31
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN RANGKA BATANG UTAMA Garis pengaruh pada jembatan rangka batang : 32
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN RANGKA BATANG UTAMA Garis pengaruh pada jembatan rangka batang : 33
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN RANGKA BATANG UTAMA Kontrol gaya batang pada rangka utama jembatan mengacu pada peraturan ASD Dari spesifikasi produk profil FRP, rumus kontrol batang tekan adalah sebagai berikut : Dari perhitungan diatas didapatkan gaya batang tekan pada profil FRP sebesar (P) = 269,47 kn Untuk perbandingan gaya batang, diambil gaya batang terbesar dari perhitungan garis pengaruh yaitu batang B5 sebesar 146,3625 kn P B4 > B 4 269,47 kn > 146,3625 kn (OK!) 34
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN STRUKTUR SEKUNDER Ikatan angin atas direncanakan profil siku L 153 x 153 x 12,7 (mm) dimensi : L = 480 cm Ikatan angin bawah direncanakan profil siku L 153 x 153 x 12,7 (mm) Dimensi : L = 670 cm 35
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN STRUKTUR SEKUNDER Portal Akhir (Batang CD) Direncanakan menggunakan profil : I beam 457,2 x 114,3 x 9,6 x 12,7 (mm) Dari perhitungan reaksi didapatkan : Gaya Normal = Gaya batang CD = 0,7 kn (tekan) Gaya Lintang = V E = 4,48 (tekan) Gaya Momen = Mc = M D = 29,4 kn.m Dari profil I beam 457,2 x 114,3 x 9,6 x 12,7 (mm) didapatkan gaya batang tekan berikut : P CD > CD 10,4 kn > 0,7 kn (OK!) 36
DESAIN JEMBATAN SETELAH MODIFIKASI (IKATAN ANGIN ATAS) 37
DESAIN JEMBATAN SETELAH MODIFIKASI (IKATAN ANGIN BAWAH) 38
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN SAMBUNGAN Pada sambungan jembatan rangka batang, alat sambung yang digunakan adalah : Pelat sambung baja Baut Tidak boleh ada las Berikut ini adalah spesifikasi baut yang digunakan untuk profil FRP : 39
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN SAMBUNGAN Jumlah baut pada tiap titik sambungan dapat dilihat pada tabel berikut : 40
DESAIN JEMBATAN SETELAH MODIFIKASI (DETAIL GAMBAR SAMBUNGAN) 41
DESAIN JEMBATAN SETELAH MODIFIKASI (DETAIL GAMBAR SAMBUNGAN) 42
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN ATAS PERENCANAAN PERLETAKAN Pada jembatan rangka batang cisudajaya menggunakan perletakan : ELASTOMER (4 buah) Durameter Hardness IRHD = 70 MPa Shear Modulus (G) = 1,2 MPa Bulk Modulus (B) = 2000 MPa Panjang Perletakan (b) = 175 mm Lebar Perletakan (L) = 350 mm Tebal Selimut (tc) = 8 mm Tebal Lapis Dalam (t1) = 10 mm Tebal Pelat Baja (ts) = 3 mm (n = 4 lapis) Tebal Total Elastomer (t) = 58 mm Beban yang bekerja pada elastomer antara lain : Beban mati Beban hidup Beban gempa Beban angin 43
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN BAWAH PERENCANAAN ABUTMEN Bangunan bawah direncanakan berdasarkan analisa data tanah yang didapatkan. Pada jembatan rangka batang ini digunakan abutmen dan tiang pancang sebagai pondasi yang terbuat dari beton. Dari analisa bangunan bawah didapatkan gaya gaya yang bekerja pada abutmen antara lain : Beban V Hy Hx lengan My Mx (ton) (ton) (ton) (m) (ton m) (ton m) M 457,93 - - - -794,01 - H 63,12 - - - - - Ta - 18,13 - - 197,28 - Gg - 24,68-6,29 155,22 - Rem - 14,73-6,29 92,61 - A - - 1,64 6,29-10,31 Hgba - 22,22 22,22 6,29 139,69 139,69 Hgbb - 27,99 27,99 3,50 98,06 98,06 Tag - 308-3,19 983,07 - Lebar abutmen 8 meter 44
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN BAWAH PERENCANAAN TIANG PANCANG Pondasi yang digunakan pada jembatan rangka batang terbuat dari tiang pancang beton. Berikut ini beban beban yang bekerja pada tiang pancang : No. kombinasi beban Tx (ton) Ty (ton) Tmax (ton) Hmax 1 kombinasi I 0 18,13 18,13 1,208 2 kombinasi II 1,6394 32,85 32,893 2,193 3 kombinasi III 1,6394 57,54 57,56 3,84 4 kombinasi IV 1,6394 57,54 57,56 3,94 5 kombinasi V 50,21 358,2 361,71 24,114 45
ANALISA STRUKTUR BANGUNAN BAWAH PERENCANAAN TIANG PANCANG Pondasi yang digunakan pada jembatan rangka batang terbuat dari tiang pancang beton dengan diameter 60 cm. Letak tiang pancang pada abutmen bisa dilihat gambar beikut ini : Berikut ini spesifikasi tiang pancang yang didapatkan dari pabrik : D = 60 cm I = 10182857 cm 4 Jumlah = 15 buah B = 60 cm kedalaman= 10 m > 5,32 m (titik jepit tiang) E = 29725,41 Mpa f c = 40 Mpa k1 = 4,05 kg/cm 3 (stiff to very stiff) U = 40 Mpa K = 2,7 kg/cm 3 Z = 17482,8 cm 3 Zf = 517,6052 cm Mu = M x Z = 6993120 Kg.cm R = 369,718 cm e = 0 46
TUBAGUS KAMALUDIN (3110100076) 47