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
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
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.
Top Related