TUGAS
PERENCANAAN STRUKTUR JEMBATAN “Jembatan Cable Stayed”
OLEH:
NAMA
: MUHAMAD FADLI
NIM
: E1A1 14 013
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI 2018
JEMBATAN CABLE STAYED
A. GAMBARAN SINGKAT
Jembatan cable-stayed adalah salah satu jembatan yang memliki struktur lantai kendaraan pada satu atau beberapa titik digantung secara elastik pada kabel. Jembatan ini menggunakan sistem kabel sebagai salah satu tumpuannya. Jembatan ini semakin populer seiring kemampuannya mengatasi bentang yang panjang. Kekhususan jembatan ini ditandai dengan daya tarik estetika, penggunaan material struktur secara lebih efisien dan kecepatan cara konsruksinya dan elemen stuktural yang dimensinya relatif semakin kecil. Elemen struktur jembatan-jembatan cable-stayed yang penting adalah kabel, menara/pylon dan dek.
Gambar 1. Gambaran umum jembatan cable-stayed
Jembatan cable stayed sudah dikenal sejak lebih dari 200 tahun yang lalu (Walther, 1988) yang pada awal era tersebut umumnya dibangun dengan menggunakan kabel vertical dan miring seperti di Skotlandia yang dibangun tahun 1817. Pada umumnya jembatan cable stayed menggunakan gelagar baja, rangka, beton, atau beton pratekan sabagai gelagar utama (Zarkasi & Rosliansjah, 1995) Kelebihan dan Kekurangan Jembatan Cable-stayed
Menurut Fadly Sutrisno (2010), kelebihan dan kekurangan jembatan cablestayed adalah :
a. Kelebihan Kabel lurus memberikan kekakuan yang lebih besar dari kabel melengkung. Disamping itu, analisis non-linier tidak perlu dilakukan untuk geometri kabel lurus. Kabel diangkur pada lantai jembatan dan menimbulkan gaya aksial tekan yang menguntungkan secara ekonomis dan teknis. Tiap – tiap kabel penggantung lebih pendek dari panjang jembatan secara keseluruhan dan dapat diganti satu persatu. b. Kekurangan Diperlukan metode pelaksanaan yang cukup teliti jika jembatan cablestayed dibangun dengan bentang yang lebih panjang, bagian yang terkantilever sangat rentan terhadap getaran akibat angin sela ma masa konstruksinya. Diperlukan perawatan yang intensif untuk melindungi dari karat. B. TIPE DAN BENTUK JEMBATAN CABLE STAYED
Dalam jembatan cable stayed ini memiliki tipe dan bentuk baik tipe pada dek, menara/pylon, kabel maupun pada blok angkur. a. Gelagar (Dek)
Menurut Podolny dan Scalzi, (1976), Bentuk gelagar jembatan Cable Stayed sangat bervariasi namun yang paling sering digunakan ada dua jenis yaitu stiffening truss dan solid web. Pada awal perkembangan jembatan Cable Stayed modern, stiffening truss banyak digunakan tetapi sekarang sudah mulai ditinggalkan dan jarang digunakan dalam desain, karena mempunyai banyak kekurangan. Kekurangannya adalah membutuhkan pabrikasi yang besar, perawatan yang relatif sulit, dan kurang menarik dari segi estetika. Meskipun demikian dapat digunakan sebagai gelagar dengan alasan yang memiliki sifat aero dinamik yang baik. Dalam keadaan jembatan jalan raya disatukan dengan jembatan jalan rel dan biasanya menggunakan deck ganda yang bertingkat, stiffening truss dapat dipertimbangkan sebagai elemen utama deck (Supriyadi dan Muntohar, 2007:205). Berikut adalah contoh gambar stiffeningtruss:
Sumber:
Gambar 2. Gelagar stiffening truss (Troitsky, 1977) buku “Jembatan” Cetakan ke -4 oleh Supriyadi dan Muntohar (2007)
Gelagar yang tersusun dari solid web yang terbuat dari baja atau beton cenderung terbagi atas dua tipe yaitu: a) Gelagar pelat (plate girder), dapat terdiri atas dua atau banyak gelagar, b) Gelagar box (box girder), dapat terdiri atas satu atau susunan box yang dapat berbentuk persegi panjang atau trapesium. Susunan dek yang tersusun dari gelagar pelat tidak memiliki kekakuan torsi yang besar sehingga tidak dapat digunakan untuk jembatan yang bentangnya panjang dan lebar atau jembatan yang direncanakan hanya menggunakan satu bidang kabel penggantung. Dek jembatan yang menggunakan satu atau susunan box akan memiliki kekakuan torsi yang sangat besar sehingga sangat cocok untuk jembatan yang mengalami torsi sangat besar. Jembatan yang menggunakan satu bidang kabel penggantung biasanya menggunakan gelagar box tunggal, sedangkan jembatan yang lebar menggunakan susunan gelagar box. Gelagar pelat atau box mempunyai masalah seperti pada truss berupa perawatan terhadap korosi yang relatif mahal meskipun biaya konstruksinya lebih murah. Perkembangan teknologi beton yang sangat cepat membuat baja mulai ditinggalkan dan beralih ke gelagar beton yang dapat berupa beton precast atau cetak setempat. Gelagar beton umumnya berupa gelagar box tunggal yang diberi pengaku lateral pada jarak tertentu (Supriyadi dan Muntohar, 2007:206). Berikut adalah gambar gelagar solid web:
Gambar 3. Gelagar solid web Sumber: buku “Jembatan” Cetakan k e-4 oleh Supriyadi dan Muntohar (2007)
Solid web yang terbuat dari beton precast mempunyai banyak keuntungan (Zarkasi dan Rosliansjah, 1995) antara lain: a) Struktur dek beton cenderung untuk tidak bergetar dan dapat berbentuk aerodinamis yang menguntungkan, b) Komponen gaya horizontal pada kabel akan mengaktifkan gaya tekan pada sistem dek dimana beton sangat cocok untuk menahan gaya desak, c) Beton mempunyai berat yang sangat besar sehingga perbandingan beban hidup dan beban mati menjadi kecil, sehingga perbandingan lendutan akibat beban hidup dan beban mati tidak terlalu besar, d) Pemasangan bangunan atas dan kabel yang relatif mudah dengan teknik prestressing masa kini, prefabrikasi, segmental dan mempunyai kandungan lokal yang tinggi, e) Pemeliharaan lebih mudah karena beton tidak berkarat seperti baja. Pengalaman dalam perancangan jembatan Cable Stayed (Troitsky, 1977) menunjukkan bahwa tinggi gelagar dapat digunakan antara panjang panel atau
1 100
-
1 200
1 15
-
1 18
panjang bentang utama. Sedangkan menurut
Leonart (dalam Zarkasi dan Rosliansjah, 1995), perbandingan antara tinggi
gelagar dengan bentang utama jembatan sangat tergantung pada rasio lendutan maksimum akibat beban hidup dan beban mati, dan memberikan nilai yang ekonomis jika nilainya berkisar antara
1 10
-
1 90
. Khusus untuk jembatan Cable
Stayed beton dengan sistem kabel dua bidang, pada kolom ujung tidak menunjukkan gejala aerodinamis yang mengkhawatirkan bila memenuhi persyaratan: B ≥ 10H atau B ≥ Dengan:
30
B = lebar jembatan H = tinggi gelagar L = panjang bentang
Untuk jembatan baja yang relatif ringan dan bentang diatas 400 meter sehingga cenderung mudah bergetar, persyaratan diatas masih berlaku namun sebaiknya digantung ke menara bentuk A dan har us mempunyai B ≥
1
.
25
. b. Kabel
Sistem kabel merupakan salah satu hal mendasar dalam perencanaan jembatan Cable Stayed. Kabel digunakan untuk menopang gelagar diantara dua tumpuan dan memindahkan beban tersebut ke menara/pylon. Sistem kabel terbagi menjadi empat bentuk dasar, yaitu: a) sistem radiating; b) sistem harp; c) sistem fan; d) sistem star.
Sumber: buku
Gambar 4. Sistem Kabel (Troitsky, 1977) “Jembatan” Cetakan ke -4 oleh Supriyadi dan Muntohar (2007)
Dari gambar di atas, dapat dilihat perbedaan dari setiap sistem kabel. Pada sistem kabel radiating, kabel dipusatkan pada ujung atas menara dan disebar sepanjang bentang pada gelagar. Pada sistem harp, kabel-kabel penggantung dipasang sejajar dan disambungkan ke menara dengan ketinggian yang berbeda pada satu kabel dengan kabel lainnya. Sistem kabel fan merupakan kombinasi antara sistem radiating dan sistem harp, dimana kabel disebar pada bagian atas menara dan pada dek sepanjang bentang, sehingga kabel tidak sejajar. Sedangkan pada sistem kabel star, bentuknya berlawanan dengan sistem radiating dimana kabel terpusat pada gelagar. Pada perencanaan struktur jembatan cable-stayed memiliki beberapa bentuk penampang kabel yang biasa digunakan. Adapun Bentuk-bentuk penampang kabel pada jembatan cable-stayed dapat diihat pada gambar di bawah ini:
Gambar 5. penampang kabel untuk jembatan cable stayed c. Menara (Pylon)
Pemilihan menara sangat dipengaruhi oleh konfigurasi kabel, estetika, dan kebutuhan perencanaan serta pertimbangan biaya. Bentuk-bentuk menara dapat berupa rangka portal trapezoid, menara kembar, menara A, atau menara tunggal (Supriyadi dan Muntohar, 2007:204).
Gambar 6. Jenis-jenis Pylon/Menara Sumber: buku “Jembatan” Cetakan ke -4 oleh Supriyadi dan Muntohar (2007)
Menurut Troitsky (1977:33), tinggi pylon adalah:
Dengan:
L = bentang jembatan n = jumlah kabel a = jarak kabel antar gelagar H = tinggi pylon Sedangkan menurut Gimsing (2012:353):
Menurut podolny (1976), tinggi menara ditentukan dari beberapa hal seperti tipe sistem kabel, jumlah kabel dan perbandingan estetika dalam tinggi menara dan panjang bentang, untuk itu direkomendasikan perbandingan antara bentang terpanjang dan tinggi menara antara 0,19 – 0,25.
d. Blok Angkur
Angkur pada jembatan kabel berfungsi sebagai dudukan vertikal bagi gelagar sehingga berfungsi menerima hampir semua beban vertikal yang bekerja. Karena itu tegangan yang diijinkan terjadi pada angkur jembatan beruji kabel adalah relatif kecil. Angkur ruji kabel standar mampu memfasilitasi penggunaan 9 – 108 untaian kabel. Tipe angkur dibagi menjadi dua yaitu: a) Angkur hidup : terletak di ujung kabel ketika dilakukan pemberian tegangan, biasanya pada pylon. b) Angkur mati : terletak di ujung kabel ketika tidak dilakukan pemberian tegangan, biasanya di dek jembatan.
Gambar 7. Angkur mati (atas) dan angkur hidup (bawah) Sumber SEM PUP R 2015 “Pedoman Pelaksanaan Teknis Jembatan Beruji Kabel”
Dari pylon, ruji kabel akan memancar ke arah bentang utama jembatan (main span) pada masing-masing sisi jembatan dan jumlah yang sama ke arah bentang samping jembatan ( side span). Ruji kabel tersebut dipasang dengan angkur di sisi atas di kepala menara dan di s isi bawah di balok tepi lantai kendaraan. Penarikan kabel dilakukan pada angkur hidup yang terletak pada pylon. Bagian dari kabel yang masuk ke dalam pylon ditempatkan di dalam suatu pipa pengarah ( guide pipe) dari konstruksi baja menembus dari sisi main span ke sisi side span dan sebaliknya. Berikut adalah beberapa alternatif pengangkuran pada pylon:
Gambar 8. Alternatif Pengangkuran pada Pylon ((a), (b), (c), (d), (e), (f)) Sumber : SEM PUPR 2015 “Pedoman Pelaksanaan Teknis Jembatan Beruji Kabel”
Berikut adalah lokasi angkur pada dek jembatan:
Gambar 9. Alternatif lokasi angkur pada dek jembatan Sumber : SEM PUPR 2015 “Pedoman Pelaksanaan Teknis Jembatan Beruji Kabel”
C. METODE KONSTRUKSI JEMBATAN CABLE STAYED
1. Pelaksanaan Pekerjaan Platform Platform merupakan konstruksi pendukung sementara yang berfungsi sebagai tempat untuk menginstalasi batching plan, menyimpan material seperti tiang pancang serta sebagai tempat bagi berbagai aktivitas di tengah laut selama kegiatan konstruksi berlangsung.
Gambar 10. Penyimpanan Tiang pancang sementara
Sumber: Wikipedia 2. Pelaksanaan Pekerjaan Bored Pile
Pemasangan Casing Baja. Pengeboran sampai kedelaman yang diinginkan.
Pemasangan tulangan Pengecoran lubang bored pile dengan beton.
Gambar 11. Pelaksanaan BordPile Sumber: Wikipedia 3. Pelaksanaan Pekerjaan Pile Cap
Setelah pekerjaan bored pile selesai dikerjakan, semua komponen platform yang menumpu ke steel casing di bongkar. Caisson baja yang berfungsi sebagai bekisting bawah pile cap kemudian dipasang. Pengecoran lapisan sealing concrete untuk menahan masukkan air laut ke pile cap Pemasangan tulangan pile cap. Pengecoran beton pile cap yang dilakukan tiga lapis.
Gambar 12. Pengerjaan Pile Cap Sumber: Wikipedia
4. Pelaksanaan Pekerjaan Pylon
Konstruksi dasar pylon dan lengan bawah dari pylon.
Instalasi elevator pada pylon.
Konstruksi balok pengikat pylon bagian bawah.
Konstruksi lengah pylon di tengah.
Konstruksi balok pengikat tengah.
Konstruksi lengan atas pylon.
Konstruksi balok pengikat atas.
5. Pelaksanaan Pekerjaan Struktur Atas
Pemasangan struktur bantu sementara di atas pile cap. Pemasangan segmen girder baja pertama dengan crane barge, hubungan antara segmen dengan pylon dibuat tetap (fix) untuk sementara. Pemasangan cantilever crane pada lantai jembatan untuk mengakat segmen berikutnya. Pemasangan girder baja dengan mneggunakan cantilever crane diikiti dengan penenganan kabel. Pemasangan pelat lantai jembatan pada segmen pertama dan kedua dilanjutkan dengan pengecoran sambungan. Pemasangan girder baja selanjutnya dengan menggunakan cantilever crane diikuti dengan peregangan kabel. Pada saat bersamaan dipasang pilar sementara di dekat pilar V.
Gambar 13. Pengerjaan Pemasangan Gelagar Atau Dek Jembatan Sumber: Wikipedia
D. SISTEM STRUKTUR JEMBATAN CABLE STAYED Kabel Transversal
Tatanan kabel transversal terhadap arah sumbu longitudinal jembatan dapat dibuat satu atau dua bidang dan sebaliknya ditempatkan secara simetri. Ada juga perencana yang menggunakan tiga bidang kabel sampai sekarang belum diterapkan di lapangan. Secara tatanan kabel transversal dapat dilihat pada gambar berikut. a. Sistem satu bidang
Sistem ini sangat menguntungkan dari segi estetika karena tidak terjadi kabel bersilangan yang terlihat oleh pandangan sehingga terlihat penampilan struktur yang indah. Kabel ditempatkan ditengah-tengah dek dan membatasi dua arah jalur lalulintas. Untuk jembatan bentang panjang biasanya memerlukan menara yang tinggi menyebabkan lebar menara di bawah dek sangat besar. Secara umum jembatan yang sangat panjang atau sangat lebar tidak cocok dengan penggantung kabel satu bidang.
Gambar Sunshine Skyway Bridge, St. Petersburg and Bradenton, Florida
b. Sistem dua bidang
Penggantung dengan dua bidang dapat berupa dua bidang vertikal sejajar atau dua bidang miring yang pada sisi atas lebih sempit.
Gambar suspension bridge over savannah georgia usa c. Sistem tiga bidang
Pada perencanaan jembatan yang sangat lebar atau membutuhkan jalur lalulintas yang banyak, akan ditemui torsi yang sangat besar bila menggunakan sistem kabel satu bidang dan momen lentur yang besar pada tengah balok melintang bila menggunakan sistem dua bidang. Kejadian ini menyebabkan gelagar sangat besar dan menjadi tidak ekonomis lagi. Penggunaan penggantung tiga bidang dapat mengurangi torsi, momen lentur, dan gaya geser yang berlebihan. Penggunaan penggantung tiga bidang sampai saat ini masih berupa inovasi dan baru sampai pada tahap desain (Walther,1988) Kabel Longitudinal
Tatanan kabel longitudinal jembatan mempunyai banyak variasi tergantung pada pengalaman perencana menentukan perbandingan antara bentang dengan tinggi menara. Untuk bentang yang lebih pendek kabel tunggal mungkin sudah cukup untuk menahan beban rencana. Untuk bentang utama yang panjang dan bentang tidak simetris yang menggunakan angker, variasi tatanan kabel tidak cukup dengan kebutuhan secara teknis tetapi harus menghasilkan konfigurasi dasar tatanan kabel longitudinal yaitu radiating, harp, fan dan star (Podolny dan Scalzi, 1976)
Gambar tatanan kabel longitudinal, a) radiating, b) harp, c) fan dan star (sumber: Troisky, 1977)
a)
b)
c)
d)
Tipe Radiating Merupakan sebuah susunan dimana kabel dipusatkan pada ujung atas menara dan disebar sepanjang bentang pada gelagar. Kelebihan tipe ini adalah kemiringan rata-rata kabel cukup besar sehingga komponen gaya horizontal tidak terlalu besar kabel yang terkumpul di atas kepala menara menyulitkan dalam perencanaan dan pendetailan sambungan. Tipe Harp Terdiri atas kabel-kebel pengantung yang dipasang sejajar dan disambungkan ke menara dengan ketinggian yang berbeda-beda satu terhadap yang lainnya. Susunan kabel yang sejajar memberikan efek estetika yang sangat indah namun terjadi lentur yang besar pada menara. Tipe fan Merupakan solusi tengah antara tipe radiating dengan tipe harp. Kabel disebar pada bagian atas menara dan pada dek sepanjang bentang, menghasilkan kabel tidak sejajar. Penyebaran kabel pada menara akan memudahkan pendetailan tulangan. Tipe Star Memiliki bentuk yang berlawanan dengan tipe radiating dimana kabel terpusat pada gelagar. Bentuk ini memberikan efek estetika yang baik namun menyulitkan pendetailan sambungan pada gelagar. Dukungan antara dua tumpuan tetap jembatan hanya ada pada pertemuan kabel sehingga momen lentur yang akan terjadi menjadi lebih besar.
E. MATERIAL DAN PROPERTIS JEMBATAN CABLE STAYED
Dalam perencanaan perencanaan jembatan cable stayed mepunyai beberapa komponen penyusun material maupun propertisnya. Adapun komponenkomponennya adalah sebagai berikut: 1. Beton Mutu beton sesuai dengan SNI 03-1974-1990 seperti t ampak pada Tabel. Tabel Mutu beton dan pedoman proporsi takaran campuran
2. Baja Baja yang digunakan sebagai bagian struktur baja harus mempunyai sifat mekanis baja struktural seperti dalam tabel berikut:
Tabel - Sifat mekanis baja structural
3. Kabel
Kabel utama yang digunakan berupa untaian (strand). Jenis-jenis kabel ditunjukkan dalam Gambar kabel dibawah.
Kabel dengan inti yang lunak tidak diizinkan digunakan pada jembatan cable stayed ini.
Kabel harus memiliki tegangan leleh minimal sebesar 1500 Mpa.
Table Spesifikasi kabel jembatan cable stayed
