PERENCANAAN JEMBATAN ARE MANIS MENGGUNAKAN STRUKTUR KOMPOSIT (BAJA-BETON) DENGAN

METODE LRFD

OLEH: SUFRIZAL RAHMATUL GUFRO

LATAR BELAKANG Jembatan adalah struktur yang mempunyai fungsi sederhana

tetapi sangat penting, yaitu untuk menghubungkan dua titik yang dipisahkan oleh lembah yang dalam, sungai, jalan bebas hambatan, atau untuk maksud lain.

Jembatan Are Manis merupakan jembatan tipe pelengkung, Jembatan tersebut mengalami kerusakan pada struktur atasnya yang berupa struktur lengkung yang menggunakan bahan beton (konvensional). Kerusakan tersebut diakibatkan oleh bencana banjir yang terjadi pada saat pemasangan bekisting untuk pengecoran struktur atas jembatan.

Perencanaan struktur komposit banyak memiliki keuntungan, antara lain meningkatnya kapasitas pemikul beban dan kekakuan lantai sehingga mengurangi defleksi beban hidup, serta penghematan berat baja yang memungkinkan menggunakan penampang yang lebih kecil dan ringan. Penghematan berat baja sebesar 20 sampai 30% seringkali diperoleh dengan pemanfaatan sistem komposit.

Adapun metode yang digunakan dalam mendesain jembatan ini yaitu metode keadaan batas atau yang sering disebut dengan Load and Resistance Factor Design (LRFD)

Perumusan MasalahBagaimana menghitung dan merencanakan struktur atas jembatan komposit menggunakan metode LRFD.

Bagaimana menghitung dan merencanakan struktur bawah jembatan

Batasan Masalah Jembatan direncanakan dengan bentang 36 meter. Struktur atas jembatan tipe komposit dan mengikuti standar

jembatan gelagar komposit. Menggunakan rumus dalam perhitungan sesuai dengan

lateral yang ada. Tidak menghitung hidrologi sungai. Tidak menghitung perkerasan. Tidak menghitung rencana angaran biaya konstruksi.

TINJAUAN PUSTAKA Konstruksi komposit adalah sebuah konstruksi yang bahan-

bahannya merupakan perpaduan dari dua jenis material yang berbeda sifat, yang disatukan sedemikian rupa, sehingga bekerja sama dalam memikul beban. Konstruksi seperti ini ditemukan pada struktur jembatan, yaitu gambungan antara pelat lantai dari bahan beton dan gelagar dari bahan baja. Gabungan kedua elemen struktur ini dapat memikul beban lentur (momen) secara bersama-sama ( Nasution, 2012 ).

Menurut Pujianto (2010), metode Load and Resistance Factor Design (LRFD) adalah suatu metode perencanaan struktur baja yang mendasarkan perencaannya dengan membandingkan kekuatan struktur yang telah diberi suatu faktor resistensi (ϕ) terhadap kombinasi beban terfaktor yang direncanakan bekerja pada struktur tersebut ( γi.Qi𝛴 ). Faktor resistensi diperlukan untuk

METODE PERENCANAAN

Perumusan Masalah

Pengumpulan data dan literatur :1. Data primer

2. Data sekunder

Mendesain lay out awal jembatan

Mulai

A

METODE PERENCANAAN

Merencanakan asumsi awal dimensi jembatan

Analisa data dan menghitung struktur jembatan secara keseluruhan

kontrol terhadap

kekuatan dan kestabilan

B

A

YES

NO

METODE PERENCANAAN

Kesimpulan dan Saran

Selesai

Penggambaran hasil desain

B

Desain Layout Rencana Jembatan

STRUKTUR ATAS1. Sandaran2. Slab lantai trotoar3. Slab lantai kendaraan4. Gelagar memanjang5. Gelagar melintang

SandaranPipa sandaran

Pipa baja Ø 76,3 mm Mutu baja BJ 37, fy : 240 Mpa

Tiang sandaran

Mutu beton K-250, (f’c) : 18,675 MpaMutu Baja tulangan BJTP24, (fy) : 240 MpaØ tulangan utama 10 mmØ tulangan sengkang 6 mmDimensi tiang sandaran ; a = 15 cm ; b = 15 cm

Slab lantai trotoarMutu beton K-350, (f’c) : 29,05 MpaBaja tulangan U40, (fy) : 400 MpaTebal slab lantai troroar : 200 mm

Diameter tulangan lentur 16 mmJarak antar tulangan 200 mm

Diameter tulangan bagi 13 mmJarak antar tulangan 250 mm

Slab lantai kendaraanBeban yang bekerja pada lantai kendaraan antara lain sebagai berikut :

Dengan menggunakan SAP 2000 V14 didapatkanMomen ultimit lapangan (Mu+) = 49,475 KN.mMomen ultimit tumpuan (Mu-) = 48,678 KN.m

Penulangan slab lantai kendaraan

Mutu beton K-350, (f’c) : 29,05 MpaMutu Baja tulangan U40, (fy) : 400 MpaTebal slab lantai kendaraan : 200 mmDiameter tulangan lentur 16 mmDiameter tulangan bagi 13 mm

Tulangan lapangan tul. lentur D16-200 tul. bagi D13-250

Tulangan tumpuan tul. lentur D16-200 tul. bagi D13-250

Slab lantai kendaraan

Gelagar memanjangPenampang : I 1400 x 500 x 20 x 35 Mutu baja BJ 37.

Kontrol kekuatan sebelum komposit

Momen ultimit (Mu) = 2453,099 KN.mϕMn > MuфMn : фZx.fy

: 0,9 x 32732000 x 240 = 7070112000 N.mm : 7070,112 KN.m > 2453,099 KN.m….(OK)

Kontrol kekuatan setelah komposit

Momen ultimit (Mu) = 8329,340 KN.mGaya geser ultimit (Vu) = 794,232 KNKontrol tahanan lenturMn = (CC x d’) + (CS x d”)

= (6173125 x 1071,206) + (4305437,500 x 953,668)= 10718734905 N.mm = 10718,735 KN.m

ϕMn ≥ Mu0,85 x 10718,735 ≥ 8329,340 KN.m9110,925 KN.m > 8329,340 KN.m ..(OK)

Gelagar memanjang

Kontrol gaya geser

ϕVn ≥ VuϕVn = 0,9 x 0,6 x fy x h x tw

= 0,9 x 0,6 x 240 x 1330 x 20= 3447360 N= 3447,360 KN > 794,232 KN ……..(OK)

Kontrol lendutan

Lendutan yang terjadi akibat beban hidupΔ = 44,360 mmLendutan maksimumΔmax = L/800 = 36000/800 = 45 mm > Δ ....(OK)

Gelagar memanjang

Shear ConnectorDipakai stud connector 3/4" x 100 mm

Gaya geser horizontal akibat aksi komposit Vh = Cc = 6173125 N

Gaya geser rencana (Vh*)Vh* = Vh/ϕ = 6173125/ 0,85 = 7262500 N

Kuat geser satu buah stud connector (Qn)Qn = Asc x fu = 283,385 x 370 = 104852,450 N

Jumlah stud yang diperlukan dalam satu barisN = Vh*/Qn = 7262500/104852,450 = 69,264 ≈ 70 buah

Jarak terjauh antar studS = L/N = 36000/70 = 514,285 mm ≈ 500 mm

SAMBUNGAN GELAGAR MEMANJANG

Sambungan antara pelat badan dengan pelat sayap

Mutu las E70, fuw = 490 Mpatebal las 8 mmAliran geser pada pertemuan antara badan dengan sayapRu = 456,983 N/mmTahanan nominal lasфRnw = 2494,296 N/mm > Ru ………..(OK)

Sambungan pada bagian badanDigunakan baut tipe A325, (fub) = 825 MpaDiameter baut (db) = 1” = 25,4 mmTahanan geser baut dengan 2 bidang geserϕRn = 250,693 KNjumlah baut (n) = Vu/ϕRn

= 780,660/250,693 = 3,114 ≈ 4 buah

Sambungan pada bagian sayap

Digunakan baut tipe A490, (fub) = 1035 MpaDiameter baut (db) = 1½” = 38,1 mmTahanan geser baut dengan 1 bidang geserфRn = 353819,050 N = 353,819 KNGaya tarik pada sayap profilTu = Mu/d = 8177,446/1,4 = 5949,529 KNjumlah baut (n) = Tu/ϕRn

= 5949,529 / 353,819 = 16,185 ≈ 20 buah

SAMBUNGAN GELAGAR MEMANJANG

Profil WF 350 x 175 x 7 x 11 Mutu baja BJ 37Momen ultimit (Mu) = 0,071 KN.mKontrol kekuatan terhadap lentur

ϕMn > MuфMn = фZx.fy

= 0,9 x 840847 x 240=181622952 N.mm = 181,623 KN.m > 0,071 KN.m ….(OK)

Gelagar melintang (Diafragma)

Sambungan gelagar melintang dengan gelagar memanjang

Baut tipe A325, (fub) : 825 MpaDiameter baut (db) : 3/4“ = 19 mmLuas baut (Ab) = 1/4.π.192 = 283,385 mm2

Tahanan geser baut dengan 1 bidang geserϕRn = 70137,787 N = 70,138 KNJumlah baut (n) = Vu/ϕRn

= 0,341/70,138 = 0,0048 ≈ 2 buah

STRUKTUR BAWAH Abutment Fondasi

AbutmentNotasi (m) Notasi (m)

h1 0,5 b1 0,3

h2 1,05 b2 0,5

h3 0,5 b3 0,65

h4 0,5    

h5 0,4 b5 0,4

h6 0,5    

h7 2,8 b7 0,9

h8 0,25 b8 1,45

h9 0,25 b9 1,65

h10 0,6 b0 0,5

h11 0,6    

c 1,1 Bx 4

d 0,7    

Panjang abutment By 6

Tebal wing wall hw 0,5

Berat sendiri str. atas + str. bawah

Beban mati tambahan Tekanan tanah

Beban lajur DBeban pedestrian

Gaya rem Beban angin

Beban gempa Tekanan tanah dinamis Gesekan pada perletakan

Beban Pada Abutment

NO Aksi / Beban P Tx Ty Mx My

    (KN) (KN) (KN) (KN.m) (KN.m)

1 Berat sendiri 2736,807     -1144,645

2 Beb. mati tambahan 245,077     -24,508

3 Tekanan tanah 514,857   853,579

4 Beban lajur "D" 914   -91,400

5 Beban pedestrian 63   -6,300

6 Gaya rem 86,500   389,250

7 Beban angin 26,661 85,840 -2,666 372,565

8 Beban gempa   438,337 438,337 1372,337 1372,337

9 Tek. Tanah dinamis   279,490   838,469

10 Gesekan   222,495   622,986

Rekapitulasi Beban, Momen Layan Pada Abutment

NO Aksi / Beban Faktor P Tx Ty Mx My

  Beban (KN) (KN) (KN) (KN.m) (KN.m)

1 Berat sendiri 1,3 3557,849 -1488,039

2 Beb. mati tambahan 2 490,154 -49,015

3 Tekanan tanah 1,25 643,571 1066,974

4 Beban lajur "D" 1,8 1645,200 -164,520

5 Beban pedestrian 1,8 113,400 -11,340

6 Gaya rem   155,700 700,650  

7 Beban angin 1,2 31,993 103,008 -3,199 447,077

8 Beban gempa 1 438,337 438,337 1372,337 1372,337

9 Tek. Tanah dinamis 1 279,490 838,469

10 Gesekan   1,3 289,244 809,882  

Rekapitulasi Beban, Momen Ultimit Pada Abutment

Beban dan Momen Maksimum Pada Abutment

P = 5719,864 KNTx = 1361,398 KNTy = 438,337 KNMx = 1649,325 KN.mMy = 1372,337 KN.m

Kontrol stabilitasStabilitas guling

Arah xMomen penahan guling arah XMpx = P x Bx/2

= 5719,864 x 2= 11439,728 KN.m

SF = Mpx/Mx = 11439,728/1649,325 = 6,936 > 2 ……(OK)

Arah YMomen penahan guling arah YMpy = P x By/2

= 5719,864 x 3= 17159,592 KN.m

SF = Mpy/My = 17159,592 /1372,337 = 12,504 > 2 …..(OK)

Stabilitas geser

Gaya penahan geser H = ( C.Bx.By )+ ( P.tanϕ )

= ( 1,4 x 4 x 6 ) + (5719,864 x tan 20 )= 2115,459 KN.m

Arah XSF = H/Tx = 2115,459/1361,398 = 1,554 > 1,5….(OK)

Arah YSF = H/Ty = 2115,459/438,337 = 4,826 > 1,5 ….(OK)

Kontrol stabilitas

Fondasi sumuranKedalaman pondasi sumuran (Df) = 5 mDiameter pondasi sumuran (B)= 1,2 mPanjang pondasi sumuran (L) = 4 mJumlah pondasi sumuran (n) = 4 buah

Gaya aksial maksimum yang diterima 1 pondasi sumuranPmax = 2071,020 KNNilai qc (perlawanan konus) rata – rata pada titik sondir 2

= 60 Kg/cm2 = 6000 KN/m2

Daya dukung aksial ijin Pijin = (A x qc)/SF

= (1,130 x 6000)/3 = 2260,800 KN > Pmax ……..(OK)

Penulangan AbutmentMutu beton K-350 Mutu baja tulangan U40.

Bagian Tulangan lentur Tulangan bagi Tulangan geser

      arah x arah y

Pile cap D22-100 D19-200 D16-200 D16-200

Breast wall D22-100 D19-150 D13-300 D13-400

Back wall bawah

D16-100 D13-150 - -

Back wall atas D13-100 D13-151 - -

Corbel D22-100 D16-100 D13-200 D13-200

KESIMPULAN Gelagar memanjang mengunakan penampang tersusun berbentuk I

yang dilas dengan ukuran 1400 x 500 x 20 x 35, mutu baja BJ 37, mutu beton K-350 dan jarak antar gelagar memanjang 1,25 meter. Sedangkan untuk penghubung gesernya mengunakan stud Ø19 x 100 mm sebanyak 140 buah.

Abutment (pangkal jembatan) dengan tinggi 4,5 meter menggunakan mutu beton K-350. Sedangkan untuk fondasi menggunakan fondasi sumuran yang berjumlah 4 buah, diameter masing-masing 1,2 meter dengan kedalaman 5 meter dari permukaan tanah.

Dibandingkan dengan jembatan non komposit, struktur komposit lebih kaku dan lebih kuat sehingga banyak memberikan keuntungan diantaranya Berat seluruh konstruksi menjadi lebih ringan, dan dapat menghemat atau meminimalisir untuk pembuatan atau perencanaan struktur bawah jembatan.

SARAN Melakukan studi kelayakan yang teliti sehingga diperoleh

data-data akurat sesuai dengan kondisi dilapangan. Hasil studi ini akan sangat diperlukan dalam perencanaan.

Agar memperkirakan tentang kemungkinan-kemungkinan yang akan terjadi di masa yang akan datang sehingga konstruksi hasil perencanaan tersebut dapat memenuhi standart untuk masa kini dan masa yang akan datang.

TERIMA KASIH