TEORI DASAR PERANCANGAN JEMBATAN RANGKA BAJA Pengertian umum - Defenisi Rangka Baja Suatu konstruksi rangka didefenisikan sebagai sebuah struktur datar yang terdiri dari sejumlah batang batang yang disambung sambung atau dengan yang lain pada ujung ujungnya dengan pen pen licin sehingga membuat suatu rangka kokoh, gaya gaya luar serta reaksi reaksinya dianggap terletak didalam bidang yang sama dan hanya bekerja pada tempat tempat pen. Konstruksi rangka baja dapat diklafikasikan dengan susunan sebgai sederhana gabungan dan kompleks. 1. Konstruksi rangka sederhana, suatu konstruksi rangka datar dan kokoh selalu dapat dibentuk dengan memulainya tiga batang yang dijepitkan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain dalam bentuk segitiga dan kemudian menambahkan dua batang baru untuk setiap sambungan baru. 2. Konstruksi Rangka Gabungan, jika dua atau lebih konstruksi rangka sederhana dihubungkan satu dengan lainnya untuk membentuk suatu konstruksi rangka kokoh. 3. Konstruksi rangka yang kompleks, konstruksi rangka yang tidak dapat diklasifikasikan baik sebagai sederhana atau gabungan. Kalau jembatan dipasang di bawah lantai atau geladak, maka jembatan dinamakan jembatan geladak. Kalau kendaraan kendaraan melewati di antara rangka rangka tetapi kedalamannya tidak cukup untuk dapat menggunakan system perkuatan batang tepi atas, maka jembatan dinamakan dengan lalu lintas setengah langsung. Penempatan permukaan jalan pada balok balok (Gelegar) menunjang yang pendek yang dinamakan balok lantai memanjang, yang ianggap dipikul secara sederhanaoleh kedua rangka utama. Beban bergerak diatas jembatan diteruskan pada rangka utama melalui system penghubung permukaan jalan balok lantai memanjang, dan balok lantai melintang. Rangkaian bagian atas dari batang batang rangka yang sejajar dengan balok lantai memanjang dinamakan balok lantai atas,sedangkan rangkaian batng batang bagian bawah yang searah dengannya dinamakn batang tepi bawah. Batang batang yang menghubungkan batang batang tepi atas dan bawah membentuk system. Jaringan badan dinding dikenal sebagai batang batang diagonal. Diagonal pada ujung dinamakan tonggak ujung. Titik Supina Gaus (0723 07 056) Page 1
dimana batang batang dinding disambung dengan batang tepi dinamakantitik pertemuan panil, dan panjang antara dua titik pertemuan panil yang berdekatanpada tepi yang sama disebut panjang panil. Sekur sekur yang melintang pada titik titik pertemuan batang batang atas yang bersamaan, bersama sama dengan batang diagonal atas yang menghubungkan sekur sekur yang berdekatan, membangun jaringan lateral tepi atas. Tipe tipe jembatan Rangka Baja Batang batang suatu konstruksi rangka umum dapat disusun dengan bermacam macam cara. Namun jenis jenis yang umum dijumpai didalam jembatan jembatan adalah sebagai berikut : a. Rangka Pratt Lalu lintas bawah (langsung) b. Rangka Pratt Lalu lintas atas (geladak) c. Rangka Parker d. Rangka Waren e. Rangka Waren dengan batang Vertikal f. Rangka Baltimore g. Rangka petit h. Rangka Howe i. Rangka K j. Rangka Double Warren k. Rangka Warren ( dengan batang batang sisipan ) l. Rangka Parabdie m. Rangka Whipple n. Rangka Warren (dengan batang vertical dan batang tipe melengkung) o. Rangka Warren (batang tepi melengkung dengan batang batang sisipan) p. Rangka Pratt (Batang tepi melengkung dengan batang batang sisipan) q. Rangka Z r. Rangka Vierendeel s. Rangka Pratt dengan (Baltimore) Supina Gaus (0723 07 056) Page 2
Gambar 15 Tahanan lateral oleh portal U Beban Beban Pada Jembatan - Beban yang bekerja pada Jembatan Sebelum mendimensi bagian bagian dari jembatan terlebih dahulu menghitung beban beban yang dapat mempengaruhi jembatan selama umur rencana berdasarkan system pembebanan jembatan selama umur rencana berdasarkan Pembebanan Jembatan Jalan Raya Yang dikeluarkan oleh Direktorat Bina Program Jalan. A. Beban Mati Muatan permanen atau muatan tetap, disebabkan oleh berat sendiri konstruksi. B. Beban Hidup Dasar beban hidup pada perencanaan jembatan adalah beban roda Trek. Plat beton menyebabkan menyebarkan beban roda secara melintang ke balok balok, sehingga daam satu balok berbentuk T bisa mnerima lebih atau kurang dari satu beban roda. Beban hidup yang harus ditinjau ada dua macam yaitu; beban T yang merupakan beban terpusat digunakan untuk perhitungan lantai kendaraan dan lantai D yang merupakan beban jalur untuk perhitungan kekuatan gelagar gelagar. a. Beban T adalah beban kendaraan truk yang mempunyai beban roda ganda (dual wheel load) sebesar 10 ton, dengan ukuran ukuran serta kedudukan. Supina Gaus (0723 07 056) Page 3
a1 = a2 = 30 cm b1 = 12,5 cm b2 = 50 cm ws = muatan rencana sumbu = 20 ton b. Beban D atau beban jalur adalah susunan beban pada setiap jalur lalu lintas yang terdiri dari beban terbagi rata sebesar q ton per meter panjang per jalur, dan beban garis p ton perjalur lalu lintas tersebut. Besarnya nilai q ditentukan sebagai berikut : q = 2,2 t/m untuk L < 30 m q = 2,2 t/m 1,1/60 x (L-30) t/m untuk 30 m < L < 60m q = 1,1 (1+30/L) t/m untuk L > 60m dengan L = panjang dalam meter ditentukan oleh tipe konstruksi jembatan t/m = ton per meter, panjang per jalur. C. Koefisien Kejut Koefisien kejut ditentukan melalui rumus : K = L + 20 / (50 + L) Dengan : K = Koefisien Kejut L = panjang bentang dalam meter ditentukan oleh tipe konstruksi jembatan (keadaan statis) dan kedudukan muatan garis p Untuk memperhitungkan pengaruh pengaruh geteran dan pengaruh dinamis lainnya, tegangan tegangan akibat beban garis p harus dikalikan koefiien kejut yang akan memberikan hasil maksimum, sedangkan beban terbagi rata q dan beban T tidak dikalikan dengan koefisien kejut. D. Beban Angin Beban angin sebesar 150 kg/m 2 bekerja horizontal dan terbagi rata pada luas bidang vertiakal dalam arah tegak lurus sumbu memanjang jembatan. Jumlah luas bidang vertical, jembatan yang dianggap terkena angin pada bagian atas bangunanan. Jembatan Supina Gaus (0723 07 056) Page 4
ditetapkan sebagai suatu persentase dari luas sisi jembatan dan luas bidang vertical. Beban hidup yang mempunyai tinggi menerus sebesar 2 meter diatas lantai kendaraan. Dalam memperhitungkan jumlah luas bidang yang terkena angin digunakan ketentuan sebagai berikut : a. Keadaan tanpa beban hidup - Untuk jembatan gelagar penuh diambil sebesar (100%) luas sisi bidang jembatan yang langsung terkena angin ditambah (50%) luas sisi bidang lain. - Untuk jembatan rangka baja diambil (30%) luas sisi bidang jembatan yang langsung terkena angin ditambah (15%) luas bidang sisi lainnya. b. Keadaan dengan beban hidup - Untuk jembatan diambil (50%) luas bidang yang langsung terkena angin ditambah (50%) luas bidang lainnya ditambah (100%) luas bidang sisi beban hidup yang langsung terkena angin. - Untuk jembatan menerus diatas lebih dari dua perletakan beban angin dalam arah longitudinal dan arah lateral yang terjadi bersama sama ditambah beban angin sebesar (40%) terhadap luas bidang pada keadaan beban hidup dan tanpa beban hidup. Pada jembatan yang memerlukan perhitungan pengaruh angin yang diteliti, harus diadakan peneitian khusus. E. Gaya Rangkak dan Susut Pengaruh rangkak dan susut pada bahan beton dan baja terhadap konstruksi harus ditinjau, bila tidak ada ketentuan lain maka besarnya pengaruh tersebut dapat dianggap senilai dengan gaya yang timbul akibat turunnya suhu sebesar 15 0 c F. Gaya Rem Pengaruh gaya dalam arah memanjang jembatan yang diperhitungkan sebesar 5% dari beban D ton tanpa koefisien kejut yang memenuhi semua jalur jalan lalu lintas yang ada dan dalam satu jurusan, yang bekerja pada arah sumbu jembatan dengan titik tangkap setinggi 1,2 m diatas permukaan lantai kendaraan. Gaya rem tersebut dapat berlaku untuk kedua jurusan. G. Gya akibat Gesekan pada Tumpuan Supina Gaus (0723 07 056) Page 5
Perlunya jembtan ditinjau terhadap gaya yang ditimbulkan akibat gesekan pada tumpuan bergerak, karena adanya pemuaian dan penyusutan pada jembatan akibat perbedaan suhu dan pengaruh lainnya. Gaya gesek tersebut hanya ditinjau akibat beban mati yang besarnya berdasarkan koefisien gesek pada tumpuan bersangkutan dengan nilai sebagai berikut : a. Tumpuan Rol Baja - Dengan satu atau dua rol..0,01 - Dengan tiga atau lebih rol.0,05 b. Tumpuan Gesekan - Antara baja dan campuran tembaga keras dan baja..0,15 - Antara baja dengan baja atau besi tuang..0,25 - Antara karet dengan baj / beton.0,15 s/d 0,18 H. Gaya Gempa Pengaruh pengaruh gempa bumi pada jembatan diperhitungkan sebesar suatu gaya horizontal yang bekerja pada titik berat konstruksi / bagian konstruksi yang ditinjau dari arah paling berbahaya. Gaya horizontal tersebut dapay dihitung dengan rumus: K = E x G Dimana : G = muatan mati dari konstruksi / bagian yang ditinjau K = gaya horizontal E = koefisien gempa bumi I. Gaya Akibat Tekanan Tanah Bangunan jembatan yang menahan tanah, harus direncanakan sesuai dengan rumus rumus tekanan tanah. Bila lalulintas jalan raya dapat mendekati ujung atas bangunan penahan tanah sampai suatu jarak horizontal sebesar setengah dari tingginya maka muatan lalu lintas tersebut diperhitungkan sebesar muatan setinggi 60 cm. Kombinasi Beban Bangunan jembatan beserta bagian bagiannya harus ditinjau terhadap kombinasi akibat beberapa muatan dan atau gaya gaya yang mungkin bekerja terhadap jembatan Supina Gaus (0723 07 056) Page 6
tersebut. Sesuai dengan sifat sifat serta kemungkinan kemungkinan dari muatan dan atau gaya gaya dari setiap kombinasi, tegangan tegangan yang digunakan dalam pemeriksaan kekuatan konstruksi yang bersangkutan dinaikkan terhadap tegangan yang diizinkan. Adapun kombinasi muatan yang dimaksudkan dapat dilihat dalam tabel berikut Tabel kombinasi pembebanan No Kombinasi Muatan / Gaya Tegangan yang digunakan dalam prosen terhadap tegangan yang diizinkan I II III IV M +H + K +TA + KA M + TA + AH + F + A + SR + T Komb. (I) + R + F + A + SR + T M + TA + AH + GB 100% 125% 140% 150% Dimana : M = muatan Mati H = Muatan Hidup K = Kejut TA = Tekanan Tanah A = Muatan Angin R = Gaya Rem SR = Susut dan Rangkak T = Suhu F = Tekanan Geser dari tumpuan bergerak GP = gempa Bumi P = Gaya pada waktu pelaksanaan AH = Aliran arus dari hanyutan Batang Tarik, Batang Tekan, dan Balok (Gelagar) Rangka Baja Batang Tarik Pada percobaan tarik, sifat dari baja dapat dengan jelas terlihat pada stress Strain Curve, kalau P = gaya aksial tarik yang consentris F = luas penampang batang Supina Gaus (0723 07 056) Page 7
L = panjang batang semula L = perpanjangan batang Maka akan didapatkan : Tegangan (Stress) PERANCANGAN JEMBATAN Regangan (Strain) Regangan yang terjadi sebanding dengan perbandingan antara tegangan yang terjadi dengan modulus elastisitas bahan, atau : Regangan (Strain) Sehingga dari persamaan diperoleh : Dimana : E = modulus elastisitas bahan E = 2,1 x 10 6 kg/cm 2, untuk baja Hubungan antara tegangan (stress) dan regangan (strain) ini disebut stress Strain Curve Bentuk umum dari stress Starin Curve Dimana : OA = Daerah elastis AB = Daerah plastis BCD = Daerah pengerasan Y = Tegangan Leleh U = Ultimate Stress Apabila tegangan yang terjadi telah mencapai Yield Point (A), maka akan terjadi perpanjangan yang besar. Meskipun perpanjangan ini belum menimbulkan putusnya batang tersebut, tapi dalam prakteknya akan mempengaruhi bagian bagian konstruksi lain yang berhubungan dengan batang tersebut. Oleh karena itu perlu diduga tegangan yang terjadi pada setiap bagian konstruksi tidak melebihi tegangan leleh. Berhubung dengan itu, maka tegangan yang diizinkan ( ), untuk batang tarik yang itdak berlubang, tidak boleh lebih besar dari tegangan dasar, sedang untuk batang tarik yang berlubang, maka tegangannya tidak boleh lebih besar dari 0,75 kali tegangan dasar. Supina Gaus (0723 07 056) Page 8
Didalam perencanaan batang tarik, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah 1. Penampang Batang Tarik Batang tarik adalah suatu bagian dari konstruksi yang mengalami gaya aksial tarik. Untuk itu maka penampangnya harus kuat menahan gaya tarik yang bekerja padanya. Bentuk bentuk profil batang tarik adalah : a. Profil baja bundar atau bulat (red) Bentuk ini sering dipakai sebagai pengaku (bracing) pada bangunan gedung gedung. b. Kabel Terdiri dari sejumlah kawat yang dijalin menjadi sat. dipakai mulai dari pemikul beban yang kecil sampai pada beban yang sangat besar seperti pada jembatan gantung. c. Plat Baja (bar) Biasa dipakai sebagai penggantung pada jembatan gantung d. Baja siku (Angles) 1. Atap, dan dngan menempatkan plat pertemuan antara kedua baja tersebut. Baja siku tunggal dipakai untuk beban yang relative kecil, seperti pada rangka atap suatu bangunan gedung atau pada menara menara transmisi. Sambungan biasa dilakukan pada satu sisi saja sehingga terjadi eksentrisitas gaya yang menimbulkan tegangan tegangan sekunder. 2. Baja siku rangkap (doubles Angles) umum dipakai pada rangka eksentritas gaya menjadi kecil sehingga dapat diabaikan. e. Baja profil T Bentuk ini biasanya dipilih untuk batang tepi atas bawah suatu rangka atap apabila sambungan sambungnnya dilakukan dengan las. Ini disebabkan karena batang dinding (vertical dan diagonal) dapat langsung disambungkan pada bagian vertical dari profil tersebut tanpa memerlukan plat pertemuan. 2. Kelangsingan Batang Suatu faktor lain yang harus diperhatikan dalam perencanaan batang tarik adalah kekakuannya. Kalau batang itu terlalu langsing maka mungkin akan bergetar, terutama oleh beban bergerak. Supina Gaus (0723 07 056) Page 9
Untuk menghindari hal tersebut, maka kelangsingannya yang didefenisikan sebagai perbandingan antara panjang dan jari jari (radius of gyration) tidak boleh melebihi: Konstruksi utama = 240 Konstruksi sekunder = 300 Pembatasan ini tidak berlaku apabila batang tarik itu sendiri dari baja bulat (rod). Untuk itu diameter batang yang dipakai setidak tidaknya sama dengan V500 kali panjangnya: 3. Tampang Bersih Pada prinsipnya perhitungan kekuatan dari batang tarik hanya didasarkan pada persamaan yaitu: Tegangan yang timbul harus lebih kecil dari tegangan dasar, dari persamaan luas penampang (F) dapat ditentukan. Problem yang harus diperhatikan hanyalah penetuan luas penampang efektif pada sambungan sambungan, serta pemilihan profil yang tept sehubungan dengan kekakuan mudah tidaknya disambungkan pada bagian bagian konstruksi yang lain. Bila suatu penampang terdapat lubang lubang maka luas penampang efektif sama dengan luas seluruh penampang dikurangi dengan lua lubang yang terdapat pada potongan penampang tersebut. Dimana : F= luas penampang seluruhnya = Luas tiap lubang n = jumlah lubang Apabila garis potongan itu tidak lurus (219 249), maka lebar efektif menurut Cochrane yang dicantumkan dalam American Spesifikation dihitung sebagai berikut : Supina Gaus (0723 07 056) Page 10
Dimana : L = lebar pada potongan vertical n1 = jumlah lubang pada garis potongan d = diameter lubang n2 = jumlah garis potongan yang miring antara dua lubang s = jarak lubang dalam arah gaya (longitudinal spacing) g = jarak lubang tegak lurus pada gaya (transverse spacing) tampang bersih dari pat tersebut diatas dengan garis potong tidak lurus (219 249) adalah lebar efektif dikali dengan tebal plat. Supina Gaus (0723 07 056) Page 11