JEMBATAN BENTANG PANJANG: KONSEP DAN KEBIJAKAN PERENCANAAN
Oleh: Dr. Ir. Mustazir Ir. Herry Vaza, MEngSc. Ir. Bambang Wikanta Ir. Hari Samudra
1
1.
Perkembangan Peraturan Perencanaan
Pada awal tahun 1970an, peraturan perencanaan untuk perencanaan teknik jembatan dirasakan sangat kurang. Pada saat itu hanya ada pegangan perencanaan yaitu Peraturan Muatan Indonesia, PMI 1970. Peraturan muatan ini, tidak secara khusus diperuntukkan dalam perencanaan jembatan dan oleh karena itu, untuk merencanakan suatu jembatan umumnya para perencana masih menggunakan peraturan-peraturan dari negara lain seperti dari Amerika Serikat (AASHTO), Inggris (British Standard), Jepang (Japan Road Association) dan dari negara lainnya termasuk juga peraturan peninggalan zaman kolonial dan pada tahun 1971 dikeluarkan Peraturan Beton Indonesia yang dikenal dengan PBI 71 yang dipakai untuk perencanaan konstruksi gedung dan pada saat itu, secara terbatas dipakai juga untuk merencanakan konstruksi jembatan.
Perkembangan peraturan perencanaan khususnya untuk konstruksi jembatan selama kurun waktu 1971 sampai dengan dekade 90an belum banyak berarti dan masih terbatas pada usaha penyempurnaan-penyempurnaan seperti penyempurnaan Peraturan Muatan Jalan Raya dan pengembangan peraturan-peraturan Perencanaan Gempa untuk Jalan Raya dan Jembatan. Dan dalam aplikasinya pembebanan (loading) di Indonesia dari tahun ke tahun mengalami kemajuan dan peningkatan yang cukup pesat sejalan dengan kebutuhan prasarana transportasi darat dan air yang kian berkembang. Hal ini dapat dilihat dengan adanya peningkatan kelas beban rencana jembatan yang pada dekade 80-an ini kelas beban rencana jembatan hanya dikenal satu kelas yaitu BM 100% untuk jembatan permanen dan BM 70% untuk jembatan semi-permanen.
Secara umum, peraturan perencanaan yang dibuat sejak awal pelita, belum secara khusus diperuntukkan untuk perencanaan konstruksi jembatan. Upaya pembuatan peraturan perencanaan jembatan secara lengkap baru terlaksana pada tahun 1989 melalui kerjasama dengan Pemerintah Australia selama kurang lebih 3 tahun. Selama kurun waktu ini tidak kurang dari 17 modul yang dihasilkan. Keseluruhan modul tersebut diperuntukan untuk mencakup semua kegiatan penanganan jembatan mulai dari kegiatan manajemen dan operasional jembatan termasuk juga Peraturan Perencanaan Jembatan.
Walaupun sampai saat ini untuk modul peraturan ini masih bersifat draft, namum substansi dan cakupan bahasan yang sangat luas, telah memudahkan perencana dalam melaksanakan untuk kegiatan perencanaan jembatan khususnya untuk perencaaan jembatan dengan panjang bentang sampai dengan 100 meter. Disamping itu tersedia juga manual penggunaannya, yang akan memberikan petunjuk-petunjuk praktis dalam memilih dan menentukan tipe konstruksi, sehingga dapat mempermudah dalam melakukan perencanaan awal (preliminary design).
2
Peraturan perencanaan jembatan ini –dikenal dengan Bridge Manajemen System, BMS ‘92– menggunakan pendekatan analisa kekuatan batas (limit state). Pendekatan analisa ini sangat berbeda dengan yang umumnya digunakan selama ini yaitu analisa tegangan batas (Working Stress Design) yang pendekatannya menurut terori elastis. Pendekatan limit state ini sedikit lebih kompleks dibandingkan dengan cara tegangan batas, namun demikian cara ini lebih realitis dan rasionil sehingga lebih ekonomis. Penggunaan cara limit state ini telah diterapkan di Australia sejak 1992 dengan Austroads-nya, di negara Eropa dengan Eurocode dan negara Amerika Serikat beberapa tahun yang lalu.
2.
Konstruksi Jembatan Di Indonesia
a.
Perkembangan Konstruksi Jembatan
Pembangunan jembatan di Indonesia sejak awal era Order Baru sampai saat ini lebih didominasi dengan penggunaan teknologi bangunan atas standar diantaranya: konstruksi Rangka Baja, 35m s/d 100m; Gelagar Komposit 20m s/d 30m; Balok T, 6m s/d 25m; Balok Beton Pratekan 16m s/d 40m; Voided Slab (Balok Beton Berongga), 5 s/d 16m dan lain sebagainya. Kebijaksanan dibidang jembatan dalam menggunakan konstruksi bangunan atas standar pada saat itu merupakan pilihan yang tepat karena kebutuhan akan pembangunan jembatan yang komprehensip sangat mendesak mengingat masih banyak bagian-bagian daerah di Indonesia yang perlu dihubungkan dengan prasarana jalan darat yang handal.
Walaupun penggunaan konstruksi bangunan atas standar begitu banyak dalam program pembangunan prasarana jalan di Indonesia. Namun demikian, bukan berarti penggunaan jenis bangunan atas non-standar ditinggalkan. Teknologi bangunan atas jembatan juga mengalami perkembangan dari tahun ke tahun khususnya untuk melintasi sungai-sungai yang lebar yang tidak dimungkinkan menggunakan jembatan tipe bangunan atas standar. Seperti konstruksi gelagar box beton pratekan yang dilaksanakan dengan sistem cantilever cast-in-place.
Penggunaan konstruksi ini tidak luput dari perkembangan teknologi beton pratekan di Indonesia dan pemilihan bentuk konstruksi yang umumnya menerus di atas empat tumpuan sehingga dapat dilaksanakan mulai dari pilar. Keuntungan lain dari pelaksanaan sistem cantilever ini adalah adanya redistribusi momen dari konstruksi tiga bentang sehingga penampang jembatan lebih optimal. Tercatat jembatan Maas River di Belgia (1949) merupakan jembatan beton pratekan sistem menerus yang pertama kali dibuat di dunia.
Di Indonesia jembatan tipe ini pertama kali dibangun adalah jembatan Rantau Berangin di provinsi Riau pada tahun 1972 dan sejak itu tidak kurang ada 3 jembatan sejenis lainnya yang
3
dibangun dengan panjang bentangan yang bervariasi yaitu: • Jembatan Rantau Berangin (198m). Provinsi Riau dengan bentang utama 121m dan bentang sisi simetris 38,5m yang dibangun pada kurun waktu 1972 - 1974. • Jembatan Rajamandala (222m). Provinsi Jawa Barat dengan bentang utama 132m dan bentang sisi simetris 45m yang dibangun pada kurun waktu 1972 -1979. • Jembatan Serayu Kesugihan (274m). Provinsi Jawa Tengah dengan bentang utama 128m dan bentang sisi masing-masing 62m dan 84m yang dibangun pada tahun 1978 - 1985. • Jembatan Mojokerto (230m) Provinsi
Jawa
Timur
dengan
bentang
utama
62m.
Konfigurasi
jembatan
22+62+62+62+22m dibangun pada kurun waktu 1975 – 1977. • Jembatan Arakundo (210). Provinsi Aceh dengan bentang utama 96m dan bentang sisi simetris 57m yang dibangun pada tahun 1987 - 1990.
Khusus untuk tiga jembatan pertama di atas, telah direncanakan oleh Putra-Putra Indonesia. Jembatan Rajamandala direncanakan oleh Prof. Rosseno dan Prof. Wiratman. Sedangkan untuk jembatan Rantau Berangin direncanakan oleh Ir. Lutfi dan untuk jembatan Kesugihan direncanakan oleh Direktorat Espran (sekarang Direktorat Bina Teknik, Ditjen Bina Marga) dan pihak PT Hutama Karya.
Dilihat dari konfigurasi bangunan atas jembatan tipe ini, tampak bahwa besarnya bentangan ini memang tidak bisa dijangkau lagi oleh konstruksi bangunan atas dari standar rangka baja yang umum digunakan di Indonesia maksimum berkisar 60m sampai dengan 100m, disamping ditunjang dengan kondisi sungai dan kebutuhan bentangan yang memungkinkan untuk dibuat dengan konfigurasi tiga bentangan. Umumnya jembatan tipe ini dibuat dengan bentangan utama berkisar 70 sampai lebih dari 250m. Sedangkan untuk konfigurasi bentangan yang lebih besar dimana sistem ini tidak optimal lagi, penggunaan konstruksi yang menggunakan kabel sebagai elemen utama yang akan menjadi pilihan.
Sejarah penggunaan metode konstruksi cantilever pada gelagar box pratekan ini sebenarnya sudah lama digunakan pada konstruksi baja dan Brazil merupakan negara pertama yang menggunakan metode konstruksi cantilever untuk jembatan gelagar beton yaitu pada jembatan Rio do Peixe, Herval dengan bentang utama 68,5m. Sedangkan, jembatan pertama dibangun
4
dengan menggunakan metode konstruksi balance cantilever adalah jembatan Lahn, Jerman (1951) dengan bentang utama 62m dan dua tahun kemudian disusul oleh jembatan Nibelungen, Jerman dengan bentangan 101,65m + 114,2m + 104,2m.
b.
Tantangan Ke Depan
Dilihat dari statistik jumlah jembatan yang ada di Indonnesia baik pada ruas jalan Nasional dan jalan Provinsi kondisi umum rata-rata jembatan dapat dikatakan 95% jembatan dalam kondisi mantap. Pembangunan maupun penggantian jembatan di Indonesia khususnya untuk ruas jalan nasional dan provinsi sudah dapat dikatakan hampir selesai. Pada saat ini program pemeliharaan dan rehabilitasi jembatan terus dipacu untuk menjamin jaringan jalan yang sudah dibangun tetap operasional sedangkan program penggantian dan pembangunan baru semakin berkurang pada dasawarsa mendatang ini.
Disamping itu, tantangan ke depan yang akan dihadapi dalam bidang jembatan di Indonesia adalah pembangunan jembatan-jembatan yang melintasi sungai-sungai besar dan jembatanjembatan yang dapat menghubungkan pulau-pulau di tanah air ini. Keadaan ini menuntut jembatan-jembatan dengan bentang panjang mutlak diperlukan terutamanya untuk melintasi sungai-sungai besar dan teluk-teluk yang ada di Indonesia yang umumnya digunakan pula sebagai prasarana transportasi hasil tambang/hutan dan pelayaran ocean-going yang melayani kebutuhan expor-impor komoditi.
Khusus di Pulau Kalimantan dimana sungai-sungai yang ada umumnya berbentuk palung yang dalam, dari keseluruhan ruas trans-Kalimantan masih ada segmen jalan yang belum bisa dihubungkan secara langsung lewat prasarana darat, seperti untuk melintasi sungai Kapuas di Kota Tayan di Provinsi Kalimantan Barat dan untuk lintasan di Teluk Balikpapan. Kedua lintasan ini memiliki bentangan yang relatif cukup besar, kurang lebih 1000 sampai 2000 meter.
Sedangkan beberapa lintasan yang lain yang sudah ada (di Pulau Kalimantan ini) dapat dikatagorikan cukup besar di Indonesia sudah diselesaikan seperti Jembatan Kapuas Landak, Jembatan Semuntai, Jembatan Kapuas Murung, Jembatan Mahakam-1 dan Jembatan Sungai Barito. Menyusul Jembatan Mahakam-2, 50 km di hulu jembatan Mahakam-1. Terakhir ini akan dibuka untuk umum pada tahun 2001 mendatang dan menjadi jembatan gantung dengan bentang terpanjang di Indonesia (270 meter) dengan panjang total 705 meter.
Pembangunan jembatan dengan bentang besar harus didasarkan pada aspek teknis dan ekonomis serta aspek lingkungan terutama keserasian terhadap daerah sekelilingnya. Pertimbangan untuk mendapatkan opening-span yang ditentukan sebesar 240 meter seperti
5
pada jembatan Barito tidak dapat lagi menggunakan teknologi jembatan rangka baja standar, yang umumnya digunakan untuk bentang pendek sampai dengan bentang 100 meter. Karena diperkirakan berat per meter struktur bangunan atas menjadi kurang lebih 9,9 ton/m. Ini jauh lebih besar dari berat rata-rata untuk bentangan 100 m yang kurang lebih 3,5 ton/m. Oleh karena itu, teknologi jembatan alternatif sangatlah diperlukan khususnya lintasan teluk seperti Teluk Balikpapan dan Teluk Ambon.
3.
Jembatan dengan Teknologi Kabel
Penguasaan teknologi pembangunan jembatan bentang panjang baik dari aspek peralatan, material maupun perencanaannnya mutlak dibutuhkan. Pembangunan jembatan di daerah perkotaan dengan kondisi lahan yang terbatas dan volume lalu-lintas yang harus tetap operasional, menuntut diperlukannya peralatan dan metode konstruksi yamg tepat serta material yang baik, disamping teknologi yang menunjangnya. Penggunaan dan penguasaan teknologi material yang kuat dan ringan juga sangat diperlukan untuk pembangunan jembatan berbentang panjang.
Material yang kuat dan ringan yang sering dipakai pada konstruksi jembatan umumnya berupa komponen kabel baja atau strand. Kabel sebagai komponen utama jembatan, pertama kali dipakai pada jembatan gantung yang dibuat pada abad 19 masih menggunakan baja cor biasa. Perkembangan teknologi material kabel ini semakin hari semakin berkembang.
Penggunaan kabel sebagai elemen utama jembatan umumnya dipakai dalam bentuk konfigurasi suspension (gantung) dan cable-stayed atau kombinasi kedua sistem tersebut. Konsep jembatan gantung (Gambar no. 1) sendiri sudah lama dikenal dan Jembatan Menai (177m) di Inggris yang dibangun pada tahun 1826 merupakan jembatan gantung pertama. Umumnya konsep jembatan ini digunakan untuk bentangan yang cukup panjang yang tidak memungkinkan menggunakan konsep cable-stayed.
Gambar no. 1 Jembatan Gantung
6
Penggunaan konfigurasi ini pada pembangunan jembatan bentang panjang sudah banyak digunakan sejak awal abad 20-an diantaranya adalah Jembatan Golden Gate di San Francisco, USA dengan bentangan 1280 meter dan jembatan gantung Akasi-Kaikyo yang menghubungkan 2 pulau besar di Jepang yaitu pulau Honshu dan Shikoku, JEPANG yang selesai pada tahun 1998 merupakan jembatan gantung terpanjang di dunia dengan bentangan bersih pylon ke pylon adalah 1991 meter.
Sedangkan jembatan dengan konfigurasi cable-stayed, dimana sistem deck jembatan didukung oleh kabel yang dihubungkan langsung dengan pylon (Gambar no. 2) umumnya di pakai untuk jembatan dengan bentangan sedang sampai 450 meter. Teknologi jembatan ini dikembangkan oleh Jerman setelah Perang Dunia II dimana pada saat itu pemerintah Jerman dihadapkan pada pembangunan jembatan dalam jumlah yang besar akibat perang dengan waktu dan biaya yang murah. Teknologi jembatan cable-stayed ini sebenarnya sudah dikenal sejak zaman dahulu bahkan sebelum teknologi jembatan gantung. Pada saat ini jembatan dengan konfigurasi cable-stayed terpanjang yang pernah dibangun adalah Jembatan Normandi di Perancis dengan bentang utama pylon ke pylon adalah 856 meter dan merupakan rekor dunia untuk sistem ini.
Gambar no. 2 Jembatan Cable-Stayed
Penggunaan sistem cable-stayed pada jembatan bentang yang lebih panjang akan memerlukan pylon yang cukup tinggi sehingga tidak ekonomis bila digunakan. Perkembangan baru untuk mendapatkan bentangan yang relatif lebih besar dari sistem ini yaitu dengan memberikan gaya tarik pada sistem gelagar jembatan untuk mengurangi gaya tekan yang terjadi sistem cablestayed. Gaya tarik ini diberikan dengan cara menghubungkan satu kabel stay yang langsung dihubungkan dengan angker-blok. Sistem ini diperkenalkan oleh JMI Consultan, PERANCIS yang diberi nama BI System.
Konsep gabungan antara suspension dan cable-stayed merupakan sinergi yang memungkinkan sebagai alternatif untuk mendapatkan bentangan ultra panjang dimana sistem cable-stayed yang ada mencapai batas kemampuan maksimunnya sedangkan konsep gantung tidak
7
kompetitif untuk bentangan pendek. Teknologi jembatan yang menggabungkan konsep-konsep jembatan kabel yang sudah ada, dikenal dengan nama Sistem Hibrida (Gambar no. 3) yang merupakan rekayasa untuk mendapatkan jembatan dengan bentangan ultra panjang.
Gambar no. 3 Jembatan Sistem Hibrida
4.
Perkembangan Teknologi Kabel Baja Jembatan
Untuk mendukung konstruksi yang besar, umumnya dipilih material kuat dan ringan. Pada konstruksi jembatan yang sering dipakai berupa komponen kabel baja atau strand. Kabel sebagai komponen utama jembatan pertama kali dipakai pada jembatan gantung yang dibuat pada abad 19 masih menggunakan baja biasa. Teknologi material kabel ini semakin hari semakin baik dan saat ini sudah banyak digunakan pada jembatan gantung atau jembatan cable-stayed.
Kualitas kabel baja yang digunakan pada jembatan gantung umumnya memiliki tegangan ultimate 1570MPa seperti yang digunakan pada Jembatan BARITO di Kalimantan Selatan. Namun pada saat ini sudah dapat dibuat kabel dengan tegangan ultimate 1770MPa seperti yang dipakai untuk jembatan gantung MAHAKAM-2 di Tenggarong, Kalimantan Timur. Kabel pada jembatan ini disusun dalam bentuk spiral strand dengan diameter 57,9 ± 0,5mm yang terbuat dari 115 wire yang berdiamter antara 3,810 – 4,826 mm yang umumnya dibuar dipabrik yang kemudian diangkut ke lokasi jembatan. Modulus Elastisitas dari kabel tersebut, kurang lebih 160000MPa (modulus elastisitas mild steel 200000MPa). Diameter terbesar yang dapat dibuat adalah 110mm.
Untuk jembatan gantung yang relatif lebih panjang kabel penggantung umumnya disusun dilokasi atau sering disebut dengan Aerial Spinning baik dalam bentuk paralel wire ataupun long lay wire. Pada jembatan gantung Akashi-Kaikyo kabel penggantung dibuat dalam bentuk paralel wire atau dikenal dengan Aeral Spining Paralel Wire Strand.
Sedangkan, kabel yang dipakai pada jembatan sistem cable-stayed, lebih sering digunakan 7 wire strand (strand) dengan diameter 0,5 inch atau 0,6 inch. Kabel ini, umumnya yang memiliki
8
modulus elastisitas berkisar 200000MPa, dan akhir-akhir ini sudah bisa dibuat dengan tegangan ultimate 2000MPa. Masing-masing strand umumnya dibungkus dengan High Density Polyethelen (HDPE) untuk melindungi terhadap bahaya korosi sedangkan untuk masing-masing wire dapat diberi perlindungan hot dip galvanized. Dalam penggunaannya pada sistem jembatan cable-stayed, strand tersebut dapat dibundel sampai sebanyak 87 strand tergantung pada sistem angker blok yang ada dan kemudian dapat dibungkus dengan HDPE sebagai proteksi terakhir.
5.
Bentang Maksimum
Berapa panjang bentang jembatan yang maksimum dapat dipakai untuk melintasi teluk ataupun selat adalah sangat tergantung pada tingkat penguasaan teknologi jembatan dari perencana. Penguasaan teknologi tersebut yang harus dikuasai oleh para perencana meliputi: • Penguasaan teknologi bahan khususnya baja. • Penguasaan dalam pemilihaan konfigurasi struktur termasuk teknologi. • Penguasaan dalam permodelan struktur dan dalam melakukan analisis. • Penguasaan pembuatan model dan pengujian. Seperti dijelaskan sebelumnya, teknologi Jembatan berkembang terus dari tahun ke tahun tercerminkan dengan semakin panjangnya bentang jembatan yang berhasil dibangun. Hal ini ditunjukan juga dengan beberapa buku rujukan dimana tidak sedikit buku-buku rujukan tentang jembatan masih menyatakan bahwa jembatan kabel dengan konfigurasi cable-stayed ekonomis untuk bentangan pendek sampai menengah (450meter) tetapi dengan perkembangan teknologi sekarang sudah ada yang dibangun dengan bentang tengah 856meter. Perkembangan ini terlihat semakin mencolok pada awal abad ke-21 ini. Tabel 1 berikut ini menunjukan trend perkembangan panjang bentang tengah jembatan gantung sejak pembangunan jembatan gantung “modern” pertama di Menai pada tahun 1826 sampai sekarang.
9
Tabel 1. Jembatan Gantung Bentang Panjang Nama Jembatan
Panjang Bentang (m)
Selesai Bangun
Negara
Menai
177
Thn 1826
Inggris
Brooklyn
486
Thn 1883
Amerika Serikat
Golden Gate
1.280
Thn 1937
Amerika Serikat
Selat Messina
3.300
Design
Italia
Selat Gibraltar
5.000
Design
Spanyol/Marocco
Apabila data tersebut diplot dengan “panjang bentang” sebagai fungsi “tahun bangun”, maka akan didapatkan suatu kurva eksponensial seperti Gambar no. 4. Kurva ini menunjukkan batas panjang bentang tengah jembatan gantung maksimum yang dapat dicapai dengan dukungan kemampuan teknologi ultimit pada suatu kurun waktu tertentu.
Gambar 4. Perkembangan Teknologi Jembatan (after Wiratman)
Mengingat bentuk kurva di atas adalah eksponensial, maka hal ini berarti bahwa perkembangan Teknologi Jembatan di masa lampau terjadi relatif lambat dan bergerak semakin cepat di masa datang. Namun, mengingat kemampuan/kekuatan bahan (khususnya baja) ada batasnya, maka dapat diperkirakan bahwa di abad ke-21 nanti kurva tersebut akan mencapai suatu titik belok,
10
dimana kurva tersebut beralih dari cekung menjadi cembung. Jadi, sampai kapanpun kita tidak akan mungkin dapat membuat jembatan gantung dengan bentang tengah misalnya sampai 10.000 meter. Dengan adanya kurva ini, maka di tahun 2000-an seperti sekarang ini kita ketahui bahwa panjang bentang maksimum dapat dipakai untuk menyeberangi selat atau teluk berkisar antara 3.000 sampai 3.500 meter. Sudah barang tentu panjang bentang maksimum ini tidak harus diterapkan bila dengan bentang yang lebih pendek diperoleh hasil yang lebih menguntungkan.
Tabel 2 adalah beberapa jembatan gantung yang sudah dibangun dan apabila diplot pada Gambar no. 1 di atas, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa: (1) Perencana tidak selalu memanfaatkan secara optimal kemampuan teknologi yang ada; (2) Tidak diperlukan penggunaan panjang bentang maksimum, dimana dengan bentang lebih pendek diperoleh hasil yang ekonomis.
Tabel 2. Pembangunan Jembatan Gantung Bentang Panjang
6.
Nama Jembatan
Panjang Bentang (m)
Tahun Bangun
Negara
Verrazano Narrow
1.298
1964
Amerika Serikat
Tsing Ma
1.377
1997
Hongkong
Jiangsu
1.385
1998
Cina
Humber
1.410
1981
Inggris
Great Belt-East
1.624
1998
Denmark
Akashi Kaikyo
1.991
1998
Jepang
Perkembangan Jembatan Bentang Panjang
Inovasi dan perkembangan teknologi bahan khususnya baja saat ini dapat dianggap sudah mencapai ultimitnya, oleh karena itu kehandalan (performance) suatu jembatan gantung dengan bentang panjang menjadi sangat bergantung pada pemilihan konfigurasi strukturnya serta tingkat ketelitian dan kecanggihan dalam melakukan analisis dan design-nya.
Ada 3
faktor yang mempengaruhi tingkat kehandalan struktur jembatan gantung, yaitu: • Keseimbangan kekakuan antara pilon dan dek yang akan menentukan karakteristik vibrasi struktur dalam respon beban angin dan beban gempa. • Bentuk penampang dek yang akan menentukan besarnya tahanan jembatan terhadap hembusan angin. • Kepekaan terhadap instabilitas dinamik yang disebut ‘flutter’ akibat angin.
11
Perkembangan
kemampuan
untuk
memiliki
bentang
yang
panjang
sesungguhnya
dilatarbelakangi oleh perkembangan kemampuan para perencananya dalam menangani faktorfaktor di atas. Dalam perjalanan waktu perkembangan teknologi jembatan dapat dibagi dalam 3 generasi. a.
Generasi Pertama
Jembatan gantung generasi pertama profil kabel gantung penggantung berupa catenary klasik atau konvensional, seperti yang ditunjukkan oleh Jembatan Golden Gate, dimana pilon dan dek jembatan relatif kaku dengan tinggi dek 8 meter. Bentuk penampang melintang dek berupa rangka baja prismatik, tahanan terhadap angin relatif besar dan tidak aerodinamis. Akibat gempa jembatan gantung Generasi Pertama akan mengalami getaran kuat pada pilon dan deknya, sedangkan akibat angin akan mengalami ‘drag’ yang besar yang harus dilawan oleh inersia dan kekakuan lateral dek. Pada umumnya jembatan gantung Generasi Pertama menunjukkan kondisi ‘flutter’ pada kecepatan angin yang relatif rendah. Panjang bentang tengah maksimum yang dapat dicapai oleh generasi ini hanya sekitar 2.000 meter, seperti pada Jembatan Akashi Kaikyo, tinggi dek 14 meter (Gambar no. 5).
1 4 ,0 m
3 5 ,5 0 m
Gambar 6. Cross-Section Jembatan Akashi Kaikyo
b.
Generasi Kedua
Jembatan Humber merupakan jembatan dari generasi Kedua dimana pylon yang relatif kaku tetapi dek yang lebih fleksibel dengan penampang melintang berupa single box yang lebih aerodinamis. Akibat gempa jembatan gantung dari Generasi Kedua akan mengalami getaran yang relatif kuat pada pylon tetapi relatif kecil pada dek. Sedangkan akibat angin akan memberikan tahanan yang relatif kecil sehinga dapat dilawan oleh kekakuan lateral dek yang tidak terlalu besar. Pada umumnya jembatan dari Generasi Kedua menunjukkan kondisi ‘flutter’ pada kecepatan angin relatif lebih besar dari jembatan Generasi Pertama. Panjang bentang tengah maksimum yang dapat dicapai oleh jembatan generasi ini adalah juga sekitar 2.000 meter. Jembatan Great Belt-East dengan bentang tengah 1.624 meter dan tinggi dek 4,35 meter merupakan salah satu jembatan dari Generasi Kedua yang sudah hampir mencapai batas panjang bentangnya (Gambar no. 6).
12
2 4 ,5 m
4 ,5 m
Gambar 6. Penampang melintang Jembatan Great Belt-East
c.
Generasi Ketiga
Untuk mendapatkan jarak lebih dari 2.000 meter, diperlukan penyempurnaan lebih lanjut dari konsep Generasi Kedua baik pada pylon maupun pada dek. Jembatan Selat Messina (1994) dengan bentang tengah 3.300 meter merupakan contoh pertama jembatan gantung Generasi Ketiga. Disini baik pylon maupun dek jembatan relatif lebih fleksibel dari generasi-generasi sebelumnya. Penampang melintang dek terdiri dari 3 box yang disebut ‘elemen sayap’ (wing element), masing-masing dengan bentuk yang sangat aerodinamis dengan tinggi tidak lebih dari 3 meter. Ketiga box ini digabungkan dengan balok-balok melintang (cross beam) dengan tinggi tidak lebih dari 4,5 meter berjarak antara 30 meter dengan celah udara di antara masingmasing box (Gambar no. 7).
Akibat gempa jembatan gantung ini hanya mengalami getaran kuat pada pylonnya, yang karena fleksibilitasnya yang relatif tinggi berfungsi sebagai ‘base isolator’ meredam perambatan getaran lebih lanjut, sehingga deknya tetap relatif ‘tenang’.
Akibat angin jembatan ini
memberikan tahanan relatif sangat kecil karena bentuk dek yang sangat aerodinamis dan adanya celah-celah udara di antara masing-masing box yang dapat meloloskan angin. Jembatan ini menunjukkan kondisi ‘flutter’ pada kecepatan angin yang relatif tinggi. Panjang bentang maksimum yang dapat dicapai oleh jembatan Generasi Ketiga ini diperkirakan sekitar 5.000 meter, yang ditunjukan oleh rencana Jembatan Gibratar (2016) dengan bentang tengah 5000 meter itu. Di sini diterapkan sistem hibrida. 52,0 m
4,6 m
60,0 m
Gambar 7. Penampang melintang Jembatan Selat Messina
13
7.
Arah Perkembangan Jembatan Bentang Panjang Di Indonesia
Jembatan-jembatan gantung yang sudah atau sedang dibangun di Indonesia dewasa ini baru berbentang ratusan meter. Seperti ditunjukkan dalam Tabel 3, tiga jembatan gantung pertama yang sudah atau sedang dibangun di Indonesia dewasa ini adalah berturut-turut Jembatan Membramo (1996) dengan bentang tengah 235 meter, Jembatan Barito (1997) dengan bentang tengah 240 meter dan Jembatan Mahakam II (1998) dengan bentang tengah 270 meter. Ketiga jembatan ini masih menganut konsep Generasi Pertama. Tabel 3. Jembatan Panjang di Indonesia Nama
Konfigurasi Kabel
Jembatan
Panjang Bentang
Tahun
(m)
Bangun
Generasi
Membramo
Double Catenary
235
1996
Pertama
Barito
Double Catenary
240
1997
Pertama
Classical
270
2001
Pertama
Cable-Stayed
350
1998
Kedua
Mahakam II Batam-Tonton
Jembatan antara Pulau Batam dan Pulau Tonton (1998), salah satu dari 6 jembatan Barelang, sebenarnya bukan merupakan jembatan gantung tetapi jembatan cable stayed. Untuk jenis jembatan cable stayed, bentang tengah sepanjang 350 meter tergolong cukup panjang. Dengan penampang melintang dari deknya berupa single box berbentuk aerodinamik, maka konsepnya adalah ekuivalen dengan konsep Generasi Kedua dari jembatan gantung.
8.
Konstruksi Jembatan Versus Bentang Ekonomis
Untuk jembatan bentang panjang, kabel umumnya dipakai sebagai elemen utama bangunan atas mengingat bahan konstruksi lainnya biasanya tidak lagi efektif digunakan. Batas maksimum suatu jenis bangunan atas jembatan yang masih efektif, dapat dilihat pada Gambar no. 8 di bawah. Gambar ini menunjukan skematik berbagai jenis bangunan atas jembatan sebagai fungsi dari panjang bentang maksimum yang dapat dicapai dilihat dari segi teknis perencanaan dan pelaksanaan maupun dari segi efisiensi.
Untuk bentangan jembatan lebih besar 200 meter terlihat jembatan yang didukung dengan sistem kabel lebih ekomonis. Sedangkan untuk bentang lebih kecil, bangunan atas berupa rangka baja pelengkung atau jembatan balok pelengkung menjadi pilihan. Sedangkan untuk bentangan yang lebih pandek biasanya digunakan rangka baja tipe warren atau beton pratekan.
14
Lebih lanjut, untuk jembatan dengan sistem kabel pada bentangan yang lebih dari 1000 meter, tipe cable-stayed tidak lagi ekonomis dan tipe gantung akan menjadi pilihan. Disamping itu, pemilihan tipe cable-stayed atau gantung juga sangat dipengaruhi oleh lebar jembatan dan
Cable Stayed
Gantung
Rangka Baja
Balok T
Pratekan
TIPE BANGUNAN
Gantung
jenis rangka pengaku yang digunakan.
Pratekan U
Balok T Modi
Cable Stayed
Bentang Ekonomis
Rangka Baja Pratekan U Pratekan Balok T Modifikasi Balok T
10 16
25
40
120 200 300
500 1000
2000
BENTANG (M)
Gambar 8. Bentang Ekonomis Jembatan
Sistem
konfigurasi
kabel
sebagai
elemen
utama
bangunan
atas
jembatan
dalam
penggunaannya biasanya dalam bentuk cable-stayed ataupun dalam bentuk gantung atau gabungan kedua konfigurasi tersebut. Kabel sebagai elemen struktural jembatan disini hanya dapat menerima dan kuat terhadap beban aksial tarik saja dan tidak dapat menerima atau menahan beban momen maupun beban geser serta puntir.
9.
Prosedur Pengadaan Jembatan Bentang Panjang
Pengadaan jembatan bentang panjang seperti Jembatan Teluk Balikpapan maupun jembatan Teluk Ambon harus melalui tahapan-tahapan studi yang komprehensip dan mendetail studi sosial ekonomi dan budaya, Pra-FS, FS, Preliminary Design, Design Development, Detail Engineering dan seterusnya seperti digambarkan pada flow-chart berikut ini.
15
Studi Sosial Ekonomi & PraStudi Kelayakan (1 Th)
Final Engineering (2 Th)
Studi Kelayakan (1 Th)
Preliminary/ Design Development (1 Th)
Konstruksi dan Supervisi (3 Th)
Operasional Dan Pemeliharaan
Flow-Chart 1 Tahapan Pekerjaan Proyek
10.
Evaluasi Kebijakan Perencanaan Pembebanan
Peraturan perencanaan jembatan Bina Marga (BMS ’92) merupakan pegangan dalam perencanaan jembatan di Indonesia. Peraturan ini memberikan saran perencanaan jembatan yang dapat menjamin tingkat keamaan, kegunaan dan tingkat penghematan yang masih dapat diterima dalam perencanaan struktur jembatan atau dengan kata lain merupakan standar minimum yang menjamin keamanan, kegunaan dan penghematan dalam perencanaan jembatan (yang masih dapat diterima).
Peraturan Bina Marga ini, mencakup perencanaan jembatan jalan raya dan pejalan kaki. Untuk jembatan bentang panjang (lebih dari 100 meter) dan penggunaan struktur yang tidak umum atau yang menggunakan material dan metode baru harus diperlakukan sebagai jembatan khusus.
Prinsip umum perencanaan yang diatur dalam peraturan ini, harus didasarkan pada prosedur yang memberikan kemungkinan-kemungkinan yang dapat diterima, untuk mencapai suatu kondisi batas selama umur rencana jembatan. Dengan asumsi jembatan dibangun memenuhi persyaratan perencanaan dan dipelihara dengan baik selama umur rencana (umur rencana peraturan ini adalah 50 tahun).
Perlu dicatat bahwa jembatan-jembatan tidak direncanakan untuk dapat mendukung semua kemungkinan beban, seperti beban yang ditimbulkan akibat perang. Namun demikian setiap aksi atau pengaruh yang terjadinya yang dapat diramalkan sebelumnya, harus dipertimbangkan dalam perencanaan.
16
a.
Ultimate Limit States
Aksi-aksi yang dapat menyebabkan suatu jembatan menjadi tidak aman, merupakan aksi-aksi batas (ultimate actions) dan respon jembatan yang disebabkannya merupakan keadaan batas puncak (Ultimate limit state, ULS).
Keadaan batas puncak adalah: (1) Kehilangan keseimbangan statis akibat sliding, overturning atau terangkat baik sebagian maupun keseluruhan jembatan; (2) Kerusakan bagian jembatan akibat fatik dan atau korosi yang menyebabkan keruntuhan dapat terjadi. (3) Keadaan purna elastis atau tekuk, dimana keruntuhan dapat terjadi pada satu atau lebih bagian jembatan; dan (4) Keruntuhan fondasi yang menyebabkan pergerakan yang berlebihan, atau keruntuhan bagian-bagian penting jembatan. Aksi ultimate didifinisikan, adanya kemungkinan 5% keadaan untuk dilampaui selama umur rencana jembatan.
b.
Seviceability Limit States
Keadaan batas daya layan (serviceability Limit States, SLS) dicapai apabila reaksi jembatan tidak layak pakai atau menyebabkan kehawatiran umum (masyarakat) terhadap keamanan jembatan atau kekuatan, atau umur layan jembatan berkurang secara signifikan.
Keadaan batas daya layan ditandai dengan: (1) Perubahan bentuk permanen dari fondasi atau elemen utama jembatan; (2) Kerusakan permanen akibat korosi, retak dan fatik; (3) Vibrasi; dan (4) Banjir pada jaringan jalan dan daerah sekitarnya, dan scouring yang merusak alur sungai, tebing dan embankment jalan. Aksi-aksi yang menyebabkan keadaan batas daya layan adalah aksi-aksi daya layan. Aksi daya layan didifinisikan, kemungkinan 5% dilampaui per tahun.
c.
Umur Rencana Jembatan Vs Periode Ulang Kejadian
Umur rencana jembatan diasumsikan 50 tahun (peraturan Bina Marga), kecuali untuk jembatan sementara dan moduler dapat diambil lebih kecil yaitu 20 tahun. Sedangkan untuk jembatan yang memiliki nilai stategis dan ekonomi yang dikatagorikan sebagai jembatan khusus (yang ditetapkan oleh yang berwenang), harus direncanakan dengan umur rencana 100 tahun atau lebih. Jembatan Teluk BALIKPAPAN dan Jembatan Teluk Ambon termasuk kelompok jembatan khusus oleh karenanya harus memenuhi kriteria tersebut.
Perkiraan umur rencana tidak berarti jembatan tidak dapat berfungsi lagi pada akhir umur rencana. Dan tidak juga berarti bahwa jembatan masih bisa dipakai selama umur rencana tanpa dilakukan pemeriksaan dan perbaikan yang cukup.
17
Dengan umur rencana 50 tahun, periode ulang pada prinsip perencanan ULS adalah 1000 tahun, mengingat kemungkinan terjadinya aksi dengan periode ulang tersebut, dibatasi sebesar 5%. Sedangkan pada perencanaan SLS, periode ulang aksi adalah 20 tahun. Hubungan antara periode ulang dan umur rencana jembatan adalah sebagai berikut:
D
⎡ 1⎤ Pr = 1 − ⎢1 − ⎥ LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL[1] ⎣ R⎦ Dimana: Pr = kemungkinan terjadi selama umur rencana (%) R = umur rencana jembatan (tahun) D = periode ulang (tahun)
Periode ulang kejadian untuk prinsip perencanaan ULS untuk umur rencana jembatan 100 tahun yang dihitung dengan rumus [1] di atas adalah 2000 tahun.
d.
Jembatan Bentang Panjang
Mengingat peraturan perencanaan yang berlaku (Bina Marga) untuk umur rencana 50 tahun, maka perlu dilakukan koreksi atas peraturan ini, agar dapat digunakan pada perencanaan Jembatan Teluk BALIKPAPAN dan Teluk Ambon. Faktor koreksi umur tersebut hanya digunakan pada perencanaan Ultimate Limit States.
Faktor koreksi ini dapat ditentukan dengan asumsi bahwa frekuensi terjadi kejadian acak mengikuti distribusi eksponensial dan ini dianggap cukup tepat untuk kasus banjir, angin topan dan temperatur (tinggi). Distribusi ini diasumsikan juga cukup akurat untuk beban lalu-lintas (ekstrim), tetapi tidak dapat dipakai untuk pengaruh gempa.
Dengan menggunakan distribusi eksponensial, maka hubungan antara besarnya aksi dan periode ulang rata-ratanya dapat ditentukan sebagai berikut:
M 1 Ln ( Ri ) = LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL[2] M 0 Ln( R0 ) Dimana: Mo = besaran yang diketahui Ro = periode ulang dari Mo M1 = besaran dari periode ulang R1
18
R1 = periode ulang dari M1 Dari rumus [2] di atas faktor koreksi umur rencana jembatan 100 tahun dari umur rencana 50 tahun adalah 1.1x, atau dengan kata lain besar aksi yang ada pada peraturan perencanaan Bina Marga harus dikalikan dengan faktor sebesar 1.1, terutama untuk beban lalu-lintas, angin, temperatur dan banjir.
Aplikasi dari faktor koreksi umur dari peraturan Bina Marga pada beban lalu-lintas UDL (D-Lane load) sebagai berikut:
15 ⎤ ⎡ q = 1,10 x 8 ⎢0,5 + ⎥ LLLLLLLLLLLLLLLLL[3] L⎦ ⎣ Dimana: L = panjang bentang (m) q = intensitas beban dalam kPa.
Umumnya, jembatan yang termasuk kelompok jembatan khusus, memiliki panjang bentang lebih besar dari 100 meter, yang merupakan batas atas dari jembatan standar yang diatur peraturan Bina Marga tersebut, maka standar beban lalu-lintas, perlu ditinjau. Biasanya besarnya, L harus ditentukan dari konfigurasi beban lalu-lintas yang menyebabkan konstruksi menjadi kritis. Untuk mendapatkan panjang bentang yang menyebabkan kondisi kritis, dapat dilakukan dengan menggunakan garis pengaruh.
11.
Pengembangan Konsep Analisis
a.
Perilaku Kabel Jembatan
Untuk dapat mendukung beban yang bekerja pada lantai jembatan khususnya pada jembatan sistem cable-stayed, maka kabel penggantung harus diberi gaya pratekan. Untuk memberikan gaya pratekan pada kabel, maka perlu dihitung panjang kabel yang diperlukan sehingga didapatkan gaya pratekan yang diinginkan. Rumus catenary dibawah ini dapat digunakan untuk menentukan panjang kabel yang diperlukan untuk mendapatkan gaya pratekan yang diinginkan. 2 4h ⎞ L⎡ L ⎛ ζ = ⎢ 1+ ⎜ sinh ⎟ + L ⎠ 2 ⎢ 4h ⎝ ⎣
−1
⎛ 4 h ⎞ ⎤⎥ ⎜ ⎟ ⎝ L ⎠ ⎥⎦
L L L L L L L [4]
19
P=
ωL2 8h
LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL[5]
dimana: ζ = panjang kabel L = jarak lurus kabel h = sag kabel ω = berat sendiri kabel P = gaya axial pada kabel Dalam aplikasi perencanaan jembatan dengan sistem cable-stayed, dimana umumnya gaya axial kabel (P), berat sendiri kabel (ω), dan jarak lurus kabel diketahui, dengan menggunakan rumus-rumus catenary di atas, maka panjang kabel yang diperlukan dapat ditentukan. Rumus lain yang dapat dipakai untuk menentukan panjang kabel adalah
⎡
8⎛ h ⎞ 3⎝ L ⎠
2
ζ = L ⎢1 + ⎜ ⎟ − ⎢⎣
4 ⎤ 32 ⎛ h ⎞ ⎜ ⎟ + L⎥ LLLLLLLLLLLLL[6] 5 ⎝L⎠ ⎥⎦
Panjang kabel yang dihitung dengan rumus [6] ini, akan sama dengan yang dihitung dengan rumus [4] di atas.
b.
Jembatan Cable-Stayed
Dalam pelaksanaan konstruksi jembatan, setiap tahapan konstruksi, besarnya gaya-gaya dalam, tidak boleh melampaui kapasitas penampang dan pada tahap akhir pembeban, perpindahan titik puncak tower dan lendutan lantai jembatan harus memenuhi yang disyaratkan dalam perencanaan.
Pada kasus jembatan sistem cable-stayed, pada tahap akhir dari pembebanan (beban konstruksi), displacement dari puncak tower harus sekecil mungkin dan masih dalam toleransi. Demikian pula dengan lendutan pada lantai jembatan. Sebagai syarat, bahwa displacement dari lantai pada posisi “kabel” (stay support) akibat beban konstruksi bekerja harus sekecil mungkin.
Dengan dicapainya lendutan pada posisi “kabel” yang kecil, bidang momen dari lantai jembatan menjadi optimun dan bahkan dapat dicapai kondisi momen positif hampir sama dengan momen negatif pada setiap peralihan antar tumpuan stay.
20
Untuk mendapatkan kondisi tersebut di atas dapat dilakukan dengan mengaplikasikan gaya pratekan (gaya axial) pada kabel. Dengan cara demikian, setiap tahapan pelaksanaan konstruksi jembatan besarnya gaya pratekan dapat ditentukan.
Analisa struktur jembatan sistem cable-stayed, metode konstruksi akan menentukan tahapan analisa. Untuk maksud tersebut dalam melakukan analisa struktur jembatan cable-stayed, paket software yang memilki kemampuan menganalisa elemen kabel dapat digunakan dengan memanfaatkan metode konstruksi yang dijelaskan berikut ini.
Metode konstruksi jembatan ditentukan dengan sistem kantilever dengan menggunakan traveller. Analisa 2-D digunakan untuk menentukan gaya pratekan pada kabel untuk mendukung berat sendiri konstruksi dan perkiraan beban lalu-lintas yang akan bekerja serta beban akibat peralatan konstruksi.
Pada tahapan analisa 2-D ini, akibat berat sendiri dan akibat beban tambahan, profile cable (gaya pratekan) ditentukan sehingga demikian lantai jembatan tidak mengalami sag (diukur dari kondisi awal analisa) dan tower jembatan tidak mengalami overstress, yang umumnya diukur dimana puncak tower dikontrol sehingga pada saat awal service tidak mengalami perpindahan (offset) dari kondisi awal analisa atau sebelum beban lantai bekerja. Untuk mendapatkan kondisi demikian, maka gaya pratekan pada masing-masing kabel harus ditentukan secara iterasi, agar didapatkan kondisi yang optimun.
Mengingat dalam mendapatkan profile kabel yang optimun diperlukan iterasi, maka kondisi simetris jembatan dapat dimanfaatkan, agar experimental dapat lebih mudah dan mengurangi waktu kerja.
Setelah profile kabel ditentukan, analisa 3-D diperlukan untuk mendapatkan perilaku konstruksi terhadap konfigurasi beban lalu-lintas. Perilaku jembatan terhadap beban angin, gempa juga akan ditentukan dari analisa 3-D. Namun demikian dalam tahap analisa 2-D beban-beban tersebut harus juga dipertimbangkan mengingat selama pelaksanaan jembatan, pengaruh beban tersebut tidak bisa diabaikan.
21
Panjang kabel dan Sag
Gambar no. 9 Gaya Pratekan Pada Jembatan Cable-Stayed
c.
Jembatan Gantung
Seperti pada analisa struktur jembatan cable-stayed, profil atau geometri kabel ditentukan untuk sesuai tahapan pembebanan konstruksi. Geometri kabel umumnya ditentukan dengan menetapkan panjang kabel penggantung sehingga setelah beban mati beserta beban mati tambahan bekerja displacement puncak tower jembatan tidak mengalami over-stress.
Apabila program komputer digunakan, panjang kabel dapat ditentukan secara coba-coba seluruh beban mati yang diperkirakan akan bekerja pada sistem konstruksi/jembatan dan umumnya dapat dicapai dengan relatif lebih mudah dibandingkan dengan sistem cable-stayed dan analisa struktur demikian dapat dilakukan dalam 2-D.
Dengan melakukan tahapan analisa seperti dijelaskan di atas
secara teknis sistem lantai
jembatan gantung tidak mengalami tegangan awal akibat beban mati kecuali gelagar melintas yang meneruskan beban mati yang bekerja pada lantai ke titik simpul dimana hanger berada. Tahapan selanjutnya adalah melakukan analisa konstruksi akibat beban lalu-lintas dan harus dilakukan secara 3-D. Selanjutnya mengingat beban mati struktur diteruskan atau dibebankan langsung ke kabel utama jembatan dalam analisa maka tahapan pelaksanaan harus diusahakan memenuhi prosedur ini.
Gambar no. 10 Tahapan Konstruksi Sistem Gantung
22
d.
Jembatan Sistem Hibrida
Tahapan analisa bangunan atas sistem ini dapat dilakukan dengan menggabungkan tahapan analisa sistem cable-stayed dan jembatan gantung. Dek jembatan pada daerah dekat dengan tower dapat dilakukan pelaksanaan konstruksi lebih awal bersamaan dengan pelaksanaan tower. Setelah itu dilanjutkan dengan penyelesaian bagian akhir tower dan kemudian dilanjutkan dengan pemasangan kabel utama jembatan gantung dan perakitan lantai jembatan bagian tengah jembatan yang didukung oleh sistem gantung.
Gambar no. 11 Tahapan Konstruksi Sistem Hibrida
12.
Perencanaan Kabel Jembatan
Prinsip perencanaan ULS seperti dijelaskan pada bagian 6.4.2, digunakan untuk perencanaan kekuatan jembatan. Sedangkan prinsip perencanaan SLS hanya digunakan untuk pembatasan lendutan, vibrasi dan besarnya keretakan beton. Khusus untuk perencanaan kabel jembatan baik untuk cable-stayed ataupun untuk jembatan gantung harus dipertimbangkan pengaruh fatik. Besarnya pengaruh fatik ini kalau tidak ditentukan oleh peratruran perencanaan jembatan yang berlaku, dapat diambil terbesar dari yang berikut ini: •
Breaking Load Kabel = 1,75 x gaya ULS.
•
Breaking Load Kabel = 2,25 x gaya SLS.
13.
Aspek Aerodinamis Dalam Perencanaan Jembatan Bentang Panjang
Penentuan panjang bentangan tunggal dari jembatan dengan sistem kabel ini disamping ditentukan oleh konfigurasi kabel yang dipilih; gantung atau cable-stayed atau kombinasinya, juga ditentukan faktor kelansingan sistem dek jembatan. Untuk tujuan perencanaan awal, panjang bentangan tunggal jembatan biasanya diambil 40 x lebar jembatan. Sehingga jembatan untuk 2 jalur lalu-lintas, bentangan maksimum yang dapat dicapai kurang-lebih 400 meter. Jembatan suspension yang masuk kelas ini yang sudah dibangun adalah Jembatan Barito (240m), Memberamo (235m) dan Mahakam-2 (270m).
23
Dari aspek perencanaan, jembatan dengan kabel sebagai elemen utama umumnya, tidak lagi ditentukan oleh kemampuan batas kekuatan dan daya layan struktur saja, persyaratan kehandalan aerodinamik biasanya lebih menentukan seperti kehandalan terhadap: • Bangkitan Vortex/Pusaran (limited amplitude response) • Turbulance (limited amplitude response) • Galloping dan Staal Flutter (divergent amplitude response)
Pentingnya kehandalan aerodinamik dapat dilihat dari runtuhnya jembatan Tacoma Narrows, USA pada tanggal 7 November 1940 akibat angin dengan kecepatan sekitar 60 sampai 70 km/jam saja (kecepatan angin rencana berkisar 90-126 km/jam, BMS ’92). Keruntuhan ini disebabkan oleh dilampauinya kecepatan kritis yang bisa ditahan oleh konstruksi jembatan agar tetap stabil.
Sesungguhnya, setiap jembatan memiliki frekuensi-alami (fundamental frequency) dan setiap jembatan akibat bentuk dan panjang bentangannya (sifat aerodinamis) memiliki kemampuan dalam menahan angin dan memiliki kehandalan terhadap pengaruh angin seperti tersebut di atas pada kecepatan tertentu agar tetap stabil. Kecepatan angin tertentu yang menyebabkan jembatan tidak stabil tersebut disebut kecepatan angin kritis.
Standar perencanaan Inggris mensyaratkan bahwa jembatan dengan bentangan kurang dari 200 meter dan lebih dari 50 meter harus dipertimbangkan efek bangkitan aerodinamis tersebut dan untuk struktur yang memiliki frekuensi-alami lebih besar dari 5 Hz dapat dianggap stabil terhadap bangkitan vortex. Sedangkan untuk struktur jembatan yang memiliki bentangan lebih besar dari 200 meter harus dilakukan uji model (wind tunnel test).
Tabel 4 menunjukan perbedaan karakteristik dinamik dan kepekaan terhadap gajala flutter dari jembatan gantung bentang panjang dari ketiga generasi. Rasio frekuensi-alami pertama ragam torsi dan ragam lentur merupakan indikator bagi kepekaan jembatan terhadap kondisi ‘flutter’. Rasio ini harus selalu lebih besar dari 1. Bila rasio tersebut tepat sama dengan 1 maka ragam lentur dan ragam torsional menjadi berimpit, suatu kondisi yang sangat rawan terhadap gejala ‘flutter’. Kondisi seperti inilah yang terjadi pada Jembatan Tacoma Narrows yang runtuh akibat ‘flutter’ pada tanggal 7 Nopember 1940, hanya 4 bulan setelah dibuka.
24
Tabel 4. Fundamental Frekuensi dan Kecapatan Angin Kritis (after Wiratman) Frekuensi Panjang
JEMBATAN
Frekuensi
Rasio
Kecepatan
Alami
Alami
Frekuensi
Angin Kritis
Bentang
Jenis
Pertama
Pertama
Pertama
Penyebab
Tengah
Dek
Ragam
Ragam
Ragam
Flutter
Lentur
Torsi
Torsional dan Lentur
(m)
(Hz)
(Hz)
(m/detik)
Generasi Pertama Innoshima (Jpn)
770
Rangka
0.178
0.374
2,1
66
Minami-Bisan Seto (jpn)
1.100
Rangka
0.126
0.324
2.57
80
Akashi Kaikyo (jpn)
1.991
Rangka
0.064
0.142
2.22
78
Humber (Inggris)
1.410
Single Box
0.100
0.280
2.80
60
Great Belt-East
1.624
Single Box
0.099
0.272
2.75
70
Selat Messina (Italia)
3.300
Multi Box
0.060
0.080
1.33
90
Selat Gibraltar
5.000
Multi Box
-
-
-
Generasi Kedua
(Denmark)
Generasi Ketiga
(Spanyol/Marocco)
Dari Tabel 4 terlihat bahwa jembatan gantung dari Generasi Ketiga memiliki kecepatan angin kritis yang menyebabkan ‘flutter’ relatif tinggi. Karena struktur deknya relatif sangat ringan, maka dari segi penggunaan bahan jembatan-jembatan dari Generasi Ketiga ini adalah yang paling ekonomis.
Dari uraian di atas jelas kiranya bahwa dalam merencanakan jembatan bentang panjang baik jenis gantung maupun cable-stayed untuk menyeberangi selat atau teluk dewasa ini, sudah meninggalkan konsep Generasi Pertama. Sedangkan untuk bentang super-panjang harus sudah menerapkan konsep-konsep Generasi Ketiga. Selanjutnya penguasaan teknologi jembatan ini sudah sewajarnya dikuasai oleh bangsa Indonesia, bukankah Indonesia memiliki banyak sungai besar dan pulau yang perlu dihubungan dengan jalan darat.
25
DAFTAR RUJUKAN: 1.
Dr. Ir. Mustazir, Perkembangan Jembatan di Indonesia, Seminar Unbraw, 1998.
2.
Prof. Dr. Ir. Wiratman Wangsadinata, Jembatan Selat Sunda dan Kelayakannya Sebagai Penghubung Jawa dan Sumatera, 1997.
3.
Christian Men (1990), Prestressed Concrete Bridges, Birkhauser Verlag, Basel.
4.
Soehartono Martakim and Mustazir, Bridge Policy in Indonesia, Kualalumpur 1996.
5.
Herry Vaza dan Yayan Suryana, Gagasan Pembangunan Jembatan Selat Sunda & Bali Sebagai Bagian Dari Trans-Asian Highway, KRTJ-5, Yogyakarta, Sepetember 1997.
6.
Lanny Hidayat dan Herry Vaza, The Design and Construction of the Kahayan Bridge in Central Kalimantan – Steel Arch Box Girder, International Conference on long-span Bridges – Towards Fixed Links in Major Indonesian Strait, Surabaya, September 1997.
7.
Herry Vaza dan Bachruddin Noor, Ciri-ciri Khusus Konsepsi Jembatan Mahakam-2 (Suspension), KRTJ-4, Padang, Juli 1995.
8.
Mustazir dan Lanny Hidayat, Demand and The Development of Long Span Bridge in Indonesia, International Conference on long-span Bridges – Towards Fixed Links in Major Indonesian Strait, Jakarta, September 1997.
9.
Mustazir dan Herry Vaza, Jembatan Cable-Stayed Teluk Balikpapan Sebagai Land Mark Kalimantan Timur Dalam Menyambut Abad Ke-21, Samarinda, Desember, 1997.
10. Direktorat Jenderal Bina Marga, Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan, Bagian 1,2 dan Penjelasan, Jakarta 1992. 11. MICROSTRAN V5.5, Reference Manual, Engineering Systems, Sydney 1995.
12. SPACEGASS V8.00a, Reference Manual, Integrated Technical Software, Melbourne 1997.
26
