ANALISA PENGARUH KOROSI PADA GIRDER TERHADAP PERUBAHAN KAPASITAS PENAMPANG DAN FREKUENSI ALAMIAH JEMBATAN KOMPOSIT (BAJA-BETON) SKRIPSI OLEH Lintang Adi Mahargya 1200997395 UNIVERSITAS BINA NUSANTARA JAKARTA 2012
ANALISA PENGARUH KOROSI PADA GIRDER TERHADAP PERUBAHAN KAPASITAS PENAMPANG DAN FREKUENSI ALAMIAH JEMBATAN KOMPOSIT (BAJA-BETON) SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk gelar kesarjanaan pada Jurusan Teknik Sipil Jenjang Pendidikan Strata-1 OLEH Lintang Adi Mahargya 1200997395 UNIVERSITAS BINA NUSANTARA JAKARTA 2012
ANALISA PENGARUH KOROSI PADA GIRDER TERHADAP PERUBAHAN KAPASITAS PENAMPANG DAN FREKUENSI ALAMIAH JEMBATAN KOMPOSIT (BAJA-BETON) SKRIPSI Oleh Lintang Adi Mahargya 1200997395 Disetujui: Pembimbing Ir Made Suangga MT., D.Eng D2650 UNIVERSITAS BINA NUSANTARA JAKARTA 2012
PERNYATAAN Dengan ini saya, Nama : Lintang Adi Mahargya NIM : 1200997395 Judul skripsi : Analisa Pengaruh Korosi Pada Girder Terhadap Perubahan Kapasitas Penampang Dan Frekuensi Alamiah Jembatan Komposit (Baja-Beton) Memberikan kepada Universitas Bina Nusantara hak non-eksklusif untuk menyimpan, memperbanyak, dan menyebarluaskan skripsi karya saya, secara keseluruhan atau hanya sebagian atau hanya ringkasannya saja, dalam bentuk format tercetak dan atau elektronik. Menyatakan bahwa saya, akan mempertahankan hak exclusive saya, untuk menggunakan seluruh atau sebagian isi skripsi saya, guna pengembangan karya di masa depan, misalnya bentuk artikel, buku, perangkat lunak, ataupun sistem informasi. Jakarta, 15 Juni 2012 Lintang Adi Mahargya
KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkah dan rahmat-nya, sehingga laporan Skripsi ini dapat diselesaikan. Adapun laporan Skripsi ini dibuat dengan judul Analisa Pengaruh Korosi Pada Girder Terhadap Perubahan Kapasitas Penampang Dan Frekuensi Alamiah Jembatan Komposit (Baja-Beton). Laporan Skripsi ini dapat selesai, tidak terlepas dari bantuan dari berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bpk Ir Made Suangga MT., D.Eng sebagai Dosen Pembimbing Skripsi, yang telah membimbing dan memberi masukan yang sangat berarti bagi penulis dalam menyelesaikan laporan Skripsi ini. 2. Bpk. Irpan Hidayat, ST., MT. selaku Kepala Laboratorium Jurusan Teknik Sipil Binus University serta asisten pembibing yang telah membantu dan memberikan arahan dalam penulisan skripsi ini. 3. Ibu Dr. Ho Hwi Chie, S.Pd., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Binus University. 4. Ibu Meilani, ST., MT. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Sipil Binus University. 5. Bpk. Agustinus Agus Setiawan,ST,. MT. selaku Koordinator Kerja Praktek Jurusan Teknik Sipil Binus University. 6. Ibu Tini Kartini selaku Administrator Laboratorium/Studio Teknik Sipil Binus University. 7. Seluruh staf pengajar dan karyawan jurusan Teknik Sipil. 8. Keluarga penulis yang telah sabar dan memberi banyak semangat bagi penulis.
9. Teman-teman Sipil angkatan 2008 khususnya yang telah banyak membantu dalam proses pengerjaan Skripsi ini dan telah bersama-sama berjuang dan saling memberi semangat dalam menyelesaikan skripsi. 10. Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih.akhir kata, semoga laporan ini dapat berguna bagi rekan-rekan sekalian. Atas perhatiannya saya ucapkan terima kasih. Jakarta, Juni 2012 Penulis
DAFTAR ISI HALAMAN COVER DEPAN... i HALAMAN JUDUL DALAM... ii HALAMAN PERSETUJUAN HARD COVER... iii HALAMAN PENYATAAN DEWAN PENGUJI... iv JALAMAN PEMBARIAN HAK CIPTA NON EKSLUSIF DARI MAHASISWA KE UNIVERSITAS BINA NUSANTARA... v ABSTRAK... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1 LatarBelakang... 1 1.2 Identifikasi Masalah... 2 1.3 Tujuan Dan Manfaat Penelitian... 3 1.4 Ruang Lingkup Penelitian... 4 1.5 Sistematika Penulisan... 5 BAB 2 TINJAUAN KEPUSTAKAAN... 7 2.1 Jembatan Komposit... 7 2.1.1 Multi-girder bridges... 8 2.1.2 Ladder Deck Bridges... 13 2.1.3 Plat Lantai... 18 2.2 Sifat Bahan Material Struktur Komposit... 19 2.2.1 Sifat Bahan Material Baja... 19 2.2.2 Sifat Bahan Material Beton... 22 2.3 Konstruksi Komposit Baja-Beton... 24 2.3.1 Latar Belakang Sejarah... 24
2.3.2 Aksi Komposit... 25 2.3.3 Kelebihan dan Kekurangan Struktur Komposit... 26 2.3.4 Lebar Efektif.... 27 2.3.5 Metode Pelaksanaan Stuktur Komposit.... 28 2.3.6 Kekuatan Batas Penampang Komposit... 28 2.3.7 Alat Penyambung Geser (Shear Connector).... 31 2.3.8 Desain dengan LRFD (Load dan Resistance Factor Design)... 33 2.4 Korosi pada Baja Girder... 34 2.4.1 Perkembangan dan Berbagai Bentuk Korosi... 35 2.4.2 Lokasi dan Tingkat Korosi... 36 2.4.3 Efek Destruktif Korosi... 40 2.5 Parameter Dinamis... 41 2.5.1 Frekuensi Alamiah (Natural Frequency)... 42 2.5.2 Analisa Kerusakan Struktur... 46 2.5.3 Evaluasi hasil Analisis... 47 2.6 MIDAS Civil... 49 2.6.1 Eigen Vectors... 50 2.6.2 Ritz Vectors... 53 BAB 3 METODOLOGI... 56 3.1 Tahapan Penelitian... 56 3.2 Objek Penelitian... 58 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 62 4.1 Data-data Umum Jembatan Komposit Bentang 20 Meter... 62 4.2 Pemeriksaan Penampang Girder Jembatan... 64 4.2.1 Aksi pembebanan sebelum komposit... 64 4.2.2 Aksi Pembebanan Setelah Komposit... 66 4.2.3 Kapasitas Lentur Penampang Baja WF (Sebelum Komposit)... 70
4.2.4 Kapasitas Penampang Setelah Komposit... 74 4.3 Menentukan Dimensi Girder Setelah Terjadi Korosi... 75 4.4 Perubahan Frekuensi Alamiah Akibat Korosi... 79 4.4.1 Analisa Perubahan Frekunsi Alamiah Secara Single- Girder... 79 4.4.2 Pemodelan Struktur Secara Struktur Utuh (Multi-Girder )... 91 4.5 Perubahan Kapasitas Penampang Akibat Korosi... 96 4.5.1 Contoh Perhitungan Kapasitas Penampang Sebelum Korosi... 97 4.5.2 Analisa Kapasitas Penampang Setelah Mengalami Korosi... 99 4.6 Analisa Hasil Perhitungan... 102 4.6.1 Hubungan Frekuensi Alamiah dengan Momen Kapasitas... 102 4.6.2 Evaluasi Penurunan Frekuensi Alamiah dan Momen Kapasitas... 104 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 108 5.1 Kesimpulan... 108 5.2 Saran... 109 DAFTAR PUSTAKA... xvi DAFTAR RIWAYAT HIDUP... xvii LAMPIRAN-LAMPIRAN... xviii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Harga tegangan leleh dari baja... 22 Tabel 2.2 Koefisien regresi secara numerik dari data eksperimental... 38 Tabel 2.3 Atmospheric Corrosion Rate menurut NACE International (µm/tahun)... 39 Tabel 4.1 Perhitungan beban mati sebelum aksi komposit... 64 Tabel.4.2 Perhitungan beban mati setelah aksi komposit... 66 Tabel 4.3 Perhitungan kombinasi momen maksimum setelah aksi komposit... 70 Tabel 4.4 Perubahan dimensi girder akibat korosi... 77 Tabel 4.5 Material properties dari jembatan komposit... 80 Tabel 4.6 Dimensi struktur sebelum aksi komposit... 80 Tabel 4.7 Perhitungan momen inersia setelah aksi komposit... 81 Tabel 4.8 Hasil output Eigen Value Analysis dari Midas-Civil... 88 Tabel 4.9 Hasil analisa frekuensi alamiah Single-Girder dengan metode perhitungan manual dan pemodelan Midas-Civil... 89 Tabel 4.10 Perbedaan hasil analisa frekuensi alamiah antara Single-Girder dan Multi- Girder dengan menggunakan software MIDAS-Civil.... 94 Tabel 4.11 Perhitungan pusat berat (center of gravity) dari pelat beton jembatan... 98 Tabel 4.12 Perhitungan pusat berat (center of gravity) dari baja girder jembatan... 98 Tabel 4.13 Hasil perhitungan kapasitas penampang (Momen Nominal) dari struktur komposit setelah kosrosi.... 100 Tabel 4.14 Hasil perhitungan Drel dan penurunan momen kapasitas (M kap )... 102 Tabel 4.15 Evaluasi penurunan Frekuensi Alamiah dan Momen kapasitas... 105 Tabel 4.16 Perbedaan analisa standar Bina Marga dengan hasil analisa penelitian... 107
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Potongan melintang dari multi-girder bridge... 8 Gambar 2.2 Jembatan multi-girder dengan menggunakan plate girder... 9 Gambar 2.3 Detail dari Support Bracing pada ujung perletakan jembatan... 10 Gambar 2.4 Intermediate Bracing sistem rangka segitiga dan system baja chanel... 11 Gambar 2.5 Plan-Cross Bracing pada jembatan komposit... 12 Gambar 2.6 Crosshead girder pada multi-girder bridge... 13 Gambar 2.7 Potongan melintang Ladder deck bridge... 14 Gambar 2.8 Konfigurasi girder yang membentuk tangga pada ladder deck bridge.... 14 Gambar 2.9 Potongan melintang perletakan tengah jembatan ladder-deck... 16 Gambar 2.10 Potongan melintang knee bracing (atas) dan haunched cross-girder... 17 Gambar 2.11 Ladder deck dengan menggunakan cantilever girder... 18 Gambar 2.12 Penurunan tegangan leleh... 21 Gambar 2.13 Berbagai tipe bentuk struktur komposit... 24 Gambar 2.14 Perbedaan lendutan struktur non-komposit dan struktur komposit... 25 Gambar 2.15 Lebar Efektif Struktur Komposit... 27 Gambar 2.16 Distribusi tegangan pada kapasitas momen ultimit... 29 Gambar 2.17 Berbagai jenis Shear Connector dan bentuknya... 32 Gambar 2.18 Korosi seragam pada permukaan baja girder... 36 Gambar 2.19 Penampang balok girder yang mengalami korosi... 36 Gambar 2.20 Contoh bentuk deformasi dari struktur balok dengan 2 tumpuan... 44 Gambar 2.21 Jembatan (a) lurus, Jembatan (b) miring (skew).... 47 Gambar 2.22 Eigenvalue Analysis Control dialog box... 50
Gambar 2.23 Jendela dari eigenvalue analysis menggunakan metode eigen vectors... 52 Gambar 2.24 Jendela dari eigenvalue analysis menggunakan metode Lanczos... 53 Gambar 2.25 Eigenvalue Analysis Control dialog box... 55 Gambar 3.1 Metodologi Penelitian... 57 Gambar 3.2 Potongan Melintang Jembatan... 58 Gambar 3.3 Detail potongan bagian trotoar jalan... 59 Gambar 3.4 Detail potongan bagian tengah jembatan... 59 Gambar 3.5 Potongan Memanjang Jembatan... 60 Gambar 3.6 Tampak Atas Bagian Jembatan... 60 Gambar 4.1 Spesifikasi jembatan komposit bentang 20m... 62 Gambar.4.2 Skema pembebanan jembatan dengan metode unshored... 65 Gambar 4.3 Skema pembebanan akibat beban sendiri setelah komposit... 66 Gambar 4.4 Skema Pembebanan beban lajur setelah komposit... 67 Gambar 4.5 Sekema pengaruh gaya rem terhadap strutktur jembatan.... 68 Gambar 4.6 Skema pengaruh beban angin terhadap struktur jembatan... 69 Gambar 4.7 Modulus penampang profil simetris... 71 Gambar 4.8 Dimensi Girder Sebelum Korosi (satuan dalam mm)... 76 Gambar 4.9 Sketsa Pengurangan permukaan girder akibat korosi... 78 Gambar 4.10 Potongan melintang dan menanjang bagian tengah struktur jembatan... 79 Gambar 4.11 Input data material dari baja dan beton dalam Midas-Civil... 84 Gambar 4.12 Input data penampang komposit dalam Midas-Civil... 85 Gambar 4.13 Desain geometri dari Singlei-Girder jembatan komposit... 85 Gambar 4.14 Pengaturan perletakan Sendi (kiri) dan perletakan Rol (kanan)... 86 Gambar 4.15 Penambahan beban aspal pada Midas-Civil... 87
Gambar 4.16 Penerapan analisa dinamis dengan Eigen Vector... 87 Gambar 4.17 Tampilan hasil Eigen Value Analysis mode 1... 88 Gambar 4.18 Grafik Penurunan Frekuesi Alamiah terhadap tingkat korosi... 90 Gambar 4.19 Input data penampang girder dalam Midas-Civil... 92 Gambar 4.20 Pemodelan jembatan secara utuh... 92 Gambar 4.21 Pembebanan beban trotoar pada girder tepi... 93 Gambar 4.22 Grafik Perbandingan penurunan frekuensi alamiah secara Single-Girder dan Multi-Girder... 95 Gambar 4.23 Potongan Penampang struktur komposit jembatan... 96 Gambar 4.24 Distribusi tegangan plastis pada kuat momen nominal... 97 Gambar 4.25 Grafik perbandingan tebal terkorosi terhadap momen kapasitas... 101 Gambar 4.26 Grafik perbandingan % Penurunan Frekuensi Alamiah Terhadap % Penurunan Momen Kapasitas... 104 Gambar 4.27Gragik tebal terkorosi terhadap penurunan Dkap dan Drel... 107