REDESAIN PRESTRESS (POST-TENSION) BETON PRACETAK I GIRDER ANTARA PIER 4 DAN PIER 5, RAMP 3 JUNCTION KUALANAMU Studi Kasus pada Jembatan Fly-Over Jalan Toll Medan-Kualanamu TUGAS AKHIR Adriansyah Pami Rahman Siregar 110404057 Pembimbing Ir. Besman Surbakti, M.T. Nip.195410121980031001 BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK USU 2014
ABSTRAK Pekerjaan Struktural pembuatn Fly-over Toll Medan-Kualanamu, junction kualanamu, merupakan pekerjaan struktur yang menggunakan balok I sebagai balok girdernya. Girder pada fly-over toll Meda-Kualanamu merupakan balok precast segmental yang selanjutnya akan disatukan menggunakan sistem kabel prategang Dengan adanya revisi clearance height, sehingga pier 5 pada ramp 3, Junction Kualanamu, mengalami peninggian, maka hal ini akan menyebabkan balok di atasnya mengalami modifikasi pada ujung-ujungnya. Bentuk yang dipilih untuk permasalahan ini yaitu dapped-end. Dengan diberi model dapped-end ini pada ujung balok (perletakan) maka elevasi jalan rencana di atasnya tidak akan berubah. Dari hasil modifikasi PCI girder diperoleh bentuk tulangan pada perletakan yang berbeda dengan bentuk tulangan balok sebelumnya. Model keruntuhan pada jenis balok inilah yang memerlukan penyusunan tulangan khusus sehingga balok ini mampu memikul beban di atasnya tanpa mengalami keruntuhan. Kata kunci: Beton prategang, PCI girder, pratekan penuh, losses, end-block, dapped-end. i
DAFTAR ISI ABSTRAK... i DAFTAR ISI... ii DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR NOTASI... xi KATA PENGANTAR... xiv BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah... 1 I.2 Perumusan Masalah... 3 I.3 Tujuan... 4 I.4 Manfaat... 4 I.5 Pembatasan Masalah... 5 I.6 Metodologi Penelitian... 6 I.7 Sistematika Penulisan... 6 BAB II STUDI PUSTAKA II.1 Umum... 8 II.2 Proses Pencetakan Beton... 11 II.3 Proses Penarikan Kabel (Stressing)... 13 II.3.1 Pratarik... 13 II.3.2 Pascatarik... 14 II.4 Jenis Balok Girder... 15 II.4.1 PCI Girder... 15 II.4.2 PCU Girder... 15 II.4.3 Box Girder... 16 II.5 Peraturan Pembebanan... 16 ii
II.5.1 Beban mati... 17 II.5.2 Beban hidup... 19 II.5.2.1 Lajur lalu lintas rencana... 19 II.5.2.2 Beban truk T... 19 II.5.2.3 Beban lajur D... 21 II.6 Kombinasi Pembebanan... 25 II.7 Kabel prategang... 27 II.7.1 Daerah aman kabel... 27 II.7.2 Kehilangan gaya prategang... 29 II.7.2.1 Short term... 29 a. Kehilangan akibat gesekan... 29 b. Kehilangan akibat slip pengangkuran... 31 c. Kehilangan akibat pemendekan elastis... 32 II.7.2.2 Long term... 33 a. Kehilangan akibat penyusutan... 33 b. Kehilangan akibat rangkak... 34 c. Kehilangan akibat relaksasi baja... 35 II.8 Tegangan dan lendutan... 36 II.9 Desain Dapped End... 38 II.9.1 Lentur dan aksial tarik pada ujung yang diperpanjang... 39 II.9.2 Geser langsung... 40 II.9.3 Tarik diagonal sudut... 40 II.9.4 Tarik diagonal pada ujung yang diperpanjang... 41 II.10 Kontrol tegangan pada angkur... 41 BAB III APLIKASI DAN PEMBAHASAN III.1 Karakteristik Beton prategang... 43 III.2 Spesifikasi Balok... 43 III.3 Pembebanan... 45 III.3.1 Beban Mati... 45 III.3.2 Beban Hidup... 51 III.4 Section Properties... 53 iii
III.4.1 Penentuan lebar efektif plat lantai... 53 III.4.2 Section analysis pada tengah bentang... 55 III.4.2.1 Precast beam... 55 III.4.2.2 Composite beam... 56 III.4.2.3 Rangkuman... 57 III.4.3 Section analysis pada tumpuan... 58 III.4.3.1 Precast beam... 58 III.4.3.2 Composite beam... 59 III.4.3.3 Rangkuman... 60 III.5 Kombinasi Pembebanan Ultimit... 60 III.6 Analisa Momen dan Geser... 60 III.6.1 Analisa Balok A... 61 III.6.1.1 Analisa momen ultimate... 61 III.6.1.2 Analisa geser ultimate... 62 III.6.2 Analisa Balok C... 62 III.6.2.1 Analisa momen ultimate... 63 III.6.2.2 Analisa geser ultimate... 63 III.7 Perencanaan gaya prategang... 64 III.7.1 Asumsi Losses... 64 III.7.2 Asumsi letak tendon ekivalen... 64 III.7.3 Perhitungan kebutuhan prategang... 66 III.7.4 Karakteristik kabel prategang... 67 III.7.5 Cek terhadap daerah aman kabel... 68 III.7.6 Cable setting... 70 III.8 Losses actual... 73 III.8.1 Kehilangan akibat gesekan... 73 III.8.2 Kehilangan akibat slip pengangkuran... 74 III.8.3 Kehilangan akibat pemendekan elastis... 76 III.8.4 Kehilangan akibat penyusutan... 80 III.8.5 Kehilangan akibat rangkak... 82 III.8.6 Kehilangan akibat relaksasi baja... 84 III.9 Tegangan efektif kabel... 85 iv
III.10 Analisa tegangan dan lendutan... 86 III.10.1 Tegangan awal... 86 III.10.2 Lendutan awal... 88 III.10.3 Tegangan layan... 89 III.10.4 Lendutan layan... 91 III.11 Desain Dapped End... 93 III.12 End Block... 97 BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN IV.1 Kesimpulan... 99 IV.2 Saran... 100 DAFTAR PUSTAKA... xvi v
DAFTAR TABEL Tabel Judul Halaman Tabel 2.1 Berat Isi Untuk Beban Mati 17 Tabel 2.2 Jumlah Lajur Lalu Lintas Rencana 19 Tabel 2.3 Faktor Distribusi Untuk Pembebanan Truk T 20 Tabel 2.4 Faktor Pembebanan 25 Tabel 2.5 Faktor Beban Untuk Berat Sendiri 26 Tabel 2.6 Faktor Beban Untuk Beban Mati Tambahan 26 Tabel 2.7 Tabel Ksh untuk pasca-tarik 34 Tabel 2.8 Tabel batasan defleksi berdasarkan BMS (l=panjang bentang) 38 Tabel 2.9 Koefisien shear-friction yang disyaratkan 40 Tabel 2.10 Faktor reduksi kekuatan ϕ 42 Tabel 3.1 Panjang tiap-tiap segmen balok 44 Tabel 3.2 Beban akibat berat sendiri pada balok A dan C 51 Tabel 3.3 Pembebanan truk T 51 Tabel 3.4 Resume beban hidup 53 Tabel 3.5 Section properties balok pracetak I lapangan 55 Tabel 3.6 Section properties balok komposit lapangan 56 Tabel 3.7 Resume Section properties balok lapangan 57 Tabel 3.8 Section properties balok pracetak I pada tumpuan 58 Tabel 3.9 Section properties balok komposit I pada tumpuan 59 Tabel 3.10 Resume section properties balok pada tumpuan 60 Tabel 3.11 Momen ultimate balok A 61 Tabel 3.12 Geser ultimate balok A 62 vi
Tabel 3.13 Momen ultimate balok C 63 Tabel 3.14 Geser ultimate balok C 63 Tabel 3.15 Cable setting 70 Tabel 3.16 Losses akibat friksi 74 Tabel 3.17 Losses akibat slip pengangkuran 76 Tabel 3.18 Losses akibat pemendekan elastis 80 Tabel 3.19 Losses akibat penyusutan beton 81 Tabel 3.20 Losses akibat rangkak beton 83 Tabel 3.21 Losses akibat relaksasi baja 84 Tabel 3.22 Resume gaya pratekan setelah kehilangan losses 85 Tabel 3.23 Resume losses taksiran vs losses aktual 86 Tabel 3.24 Tegangan inisial aktual 86 Tabel 3.25 Tegangan layan aktual 89 Tabel 3.26 Dimensi end block 97 Tabel 3.27 Kontrol end block 98 vii
DAFTAR GAMBAR Tabel Judul Halaman Gambar 1.1 Balok I Girder 2 Gambar 1.2 Balok sebelum dan setelah revisi 3 Gambar 2.1 Retak pada Struktur Beton Bertulang 9 Gambar 2.2 Struktur Beton Pratekan Pertama oleh Jackson, 1886 9 Gambar 2.3 Pencetakan Beton di lapangan 11 Gambar 2.4 Pencetakan Balok di Pabrik 12 Gambar 2.5 Metode Penarikan Kabel Pratarik 13 Gambar 2.6 Metode Penarikan Kabel Pasca Tarik 14 Gambar 2.7 Bentuk tampang balok girder PCI Girder 15 Gambar 2.8 Bentuk tampang balok girder PCU Girder 16 Gambar 2.9 Bentuk tampang balok girder Box Girder 16 Gambar 2.10 Pembebanan truk T 20 Gambar 2.11 Beban D : beban terbagi rata vs panjang bentang 22 yang dibebani Gambar 2.12 Faktor beban dinamis untuk beban garis terbagi rata D 23 Gambar 2.13 Beban lajur D 23 Gambar 2.14 Penyebaran pembebanan arah melintang 24 Gambar 2.15 Hubungan limit kern dan daerah aman kabel 28 Gambar 2.16 Bentuk tipikal daerah aman kabel 28 Gambar 2.17 Slip angkur 32 Gambar 2.18 Diagram Tegangan pada Balok Beton Prategang 36 Gambar 2.19 Model keruntuhan pada dapped end 39 Gambar 3.1 Potongan melintang balok 44 viii
Gambar 3.2 Potongan melintang jembatan 45 Gambar 3.3 Potongan melintang deck slab 46 Gambar 3.4 Penampang parapet 48 Gambar 3.5 Diaphragma ujung 49 Gambar 3.6 Diaphragma tengah 50 Gambar 3.7 Beban T 51 Gambar 3.8 Pemodelan melintang jembatan dengan SAP 2000 52 Gambar 3.9 Penempatan beban T dengan SAP 2000 52 Gambar 3.10 Hasil reaksi tumpuan beban T dengan SAP 2000 52 Gambar 3.11 Penempatan beban D dengan SAP 2000 53 Gambar 3.12 Hasil reaksi tumpuan beban D dengan SAP 2000 53 Gambar 3.13 Section analysis penampang balok lapangan 55 Gambar 3.14 Section analysis penampang balok tumpuan 58 Gambar 3.15 Model analisa balok A 61 Gambar 3.16 Model analisa balok C 62 Gambar 3.17 Letak kabel ekivalen 66 Gambar 3.18 Diagram tegangan pratekan penuh 66 Gambar 3.19 Daerah aman kabel 70 Gambar 3.20 Tata letak tendon 73 Gambar 3.21 Losses akibat gesekan 74 Gambar 3.22 Losses akibat slip pengangkuran 76 Gambar 3.23 Losses akibat pemendekan elastis 80 Gambar 3.24 Losses akibat penyusutan 81 Gambar 3.25 Losses akibat rangkak 83 ix
Gambar 3.26 Losses akibat relaksasi baja 85 Gambar 3.27 Tegangan initial balok prategang 87 Gambar 3.28 Tegangan layan balok prategang 90 Gambar 3.29 Detail penulangan dapped-end 96 Gambar 3.30 Detail penulangan balok sebelum revisi 97 x