SUBDIT
TEKNIK
JEMBATAN
DIREKTORAT BINA TEKNIK
DIREKTORAT JENDERAL BINA MARGA
PERENCANAAN BANGUNAN BAWAH JEMBATAN
Makassar, 6 Mei 2013
1
MATERI BAHASAN 1.
ACUAN
2.
UMUR RENCANA D AN BAHAN
3.
KONSEP PERANCANGAN
4.
LANGKAH – LANGKAH PERANCANGAN
5.
GEOMETRI STR BAWAH JEMBATAN
6.
KEPALA JEMBATAN
7.
PILAR JEMBATAN
8.
PEMBEBANAN
9.
KOMBINASI BEBAN
1. ACUAN Perancangan Bangunan bawah jembatan harus didasarkan pada peraturan dan ketentuan yang berlaku: •
Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan, BMS, 1992.
•
Pembebanan Untuk Jembatan (SK.SNI T-02-2005),
•
Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan (SK.SNI T-122004),
•
Perencanaan struktur baja untuk jembatan (SK.SNI T-032005),
•
Perencanaan Beban Gempa Untuk Jembatan, (Pd.T-04-2004-B ).
2. UMUR RENCANA DAN BAHAN Bangunan Bawah Jembatan Umur rencana Umur rencana jembatan disyarankan tidak kurang dari 50 tahun. Umur rencana dipengaruhi oleh material/bahan jembatan dan aksi lingkungan yang mempengaruhi jembatan. Jembatan dengan umur rencana lebih panjang harus direncanakan untuk aksi yang mempunyai periode ulang lebih panjang.
Bahan Jembatan Bahan utama kepala dan pilar jembatan ditentukan berdasarkan bentuk dan tinggi pilar/kepala jembatan, lokasi, dan umur rencana jembatan. Penggunaan bahan khusus harus melalui uji material untuk mengetahui karakteristik dan sifat-sifat fisiknya. Secara umum kepala dan pilar jembatan dapat menggunakan bahan: Beton bertulang dan Baja Mutu Beton (
fc’
) ( Mpa)
Kuat Tekan (kg/cm2)
25
30
40
50
60
250
300
400
500
600
Jenis Baja
Tegangan putus min., f u [MPa]
Tegangan leleh min, f y [MPa]
BJ 37
370
240
BJ 41
410
250
BJ 50
500
290
3. KONSEP PERANCANGAN 1.
Memiliki dimensi yang ekonomis
2.
Terletak pada posisi yang Arus Aman, terhindar dari kerusakan akibat :Kikisan air, penurunan tanah, longsoran global dan gempa
3.
Kuat menahan beban berat struktur atas , beban lalu lintas ,beban angin dan beban gempa.
4.
Kuat menahan tekanan air mengalir, tumbukan benda hanyutan, tumbukan kapal, dan tumbukan kendaraan
4. LANGKAH – LANGKAH PERANCANGAN 1. Menentukan letak Kepala jembatan dan pilar, berdasarkan Bentuk penampang sungai, permukaan air banjir, jenis aliran sungai, dan statigrafi tanah. 2. Menetukan bentuk dan dimensi awal kepala dan pilar jembatan yang sesuai dengan ketinggian dan kondisi sungai. 3. Menentukan bentuk pondasi yang sesuai dengan kondisi tanah dibawah kepala dan pilar jembatan 4. Menentukan beban-beban yang bekerja pada kepala dan pilar jembatan. 5. Melakukan perhitungan mekanika teknik untuk mendapatkan gayagaya dalam. 6. Menentukan dimensi akhir dan penulangan berdasarkan gaya-gaya dalam tersebut.
Diagram alir disain Bangunan Bawah Jembatan
SURVEY PENGUMPULAN DATA a. Penampang sungai b. Permukaan air banjir dan normal c. Data sondir, boring dan NSPT
EVALUASI DATA
PRADESAIN a. Type/model struktur b Lebar jembatan c. Bentang jembatan d. Posisi / letak Pilar/pylon dan kepala jembatan e. Bentuk Pilar/Pylon dan kepala jembatan f. Posisi struktur atas terhadap MAB/HWS/bangunan lain yang ada dibawahnya g. Bahan Pilar/Pylon dan dan kepala jembatan h. Ukuran pilar/Pylon dan kepala jembatan
PENENTUAN BEBAN-BEBAN YANG BEKERJA a. Beban mati dan bean lalu lintas pada struktur atas b. Beban angin dan beban gempa pada struktur atas c. Beban air dan tumbukan pada Pilar jemabatan
Desain akhir Gambar kostruksi
Perhitunga n struktur
Modifikasi
5. GEOMETRI STRK. BAWAH JEMBATAN 5.1 Penentuan Letak Jembatan Peletakan jembatan didasarkan kepada : • Aliran air dan alur sungai yang stabil ( tidak berpindah-pindah) • Tegak lurus terhadap sungai • Bentang terpendek ( lebar sungai terkecil) Bentuk Jembatan: • Tergantung bentang dan jenis sungai • Material yang digunakan
Bentang lebih pendek Bentang lebih panjang
5.2 Bidang Datar, Tanjakan dan Clereance
Bidang Datar : min. 5 m Tanjakan / Turunan :
Clearence / jagaan untuk banjir rencana 50 tahun 0,5 m ; Sungai pengairan
1:30 1:20 untuk untuk V V> 60100 s/d km/jam 100 km/jam 1:10 untuk V< 60 km/jam
1,0 membawa hanyutan 1,5 m m ;; Sungai Sungai alam alam yang yang tidak membawa hanyutan 2,5 m ; sungai alam yang tidak diketahui kondisinya
Clereance Jembatan di atas laut atau diatas sungai yang dilewati kapal
Jembatan di atas jalan atau jalan layang
6. KEPALA JEMBATAN Kepala jembatan adalah struktur penghubung antara jalan dengan jembatan dan sekaligus sebagai penopang struktur atas jembatan.
Penentuan Letak Kepala Jembatan Kepala jembatan sedapat mungkin diletakkan pada : a. Pada lereng/dinding sungai yang stabil b. Pada alur sungai yang lurus c. Pada bentang yang pendek
Penentuan Bentang/jarak antar Kepala Jembatan Penentuan jarak antara dua kepala jembatan (L) didasarkan kepada jenis sungainya. L Kepala Jembatan
l
ab 2
Kepala Jembatan
MAB MAN
a b
l
b
Untuk Kondisi: • Bukan sungai limpasan banjir • Air banjir tidak membawa hanyutan
Untuk Kondisi: • sungai limpasan banjir • Air banjir membawa hanyutan
6.1 Kriteria Desain Kepala Jembatan
•
Tidak ditempatkan pada belokan luar sungai
•
Tidak ditempatkan pada aliran air sungai
•
•
•
Tidak ditempatkan diatas bidang gelincir lereng sungai. Tidak ditempatkan pada lereng sungai jika digunakan pondasi dangkal Pondasai kepala jembatan diupayakan untuk ditanam sampai kedalaman pengaruh penggerusan aliran air sungai
6.2 Dimensi Kepala Jembatan Bahan Kepala Jembatan Pasangan batu kali : Type Gravitasi Beton bertulang: Type T dan Type T dengan penopang
6.3 Detail kepala jembatan
Struktur kepala jembatan yang diperkuat dengan penopang
6.4 Gaya –gaya yang bekerja pada kepala jembatan
6.5 Masalah Pada Kepala Jembatan Fungsi : - Penahan beban struktur atas - Struktur pembatas antara jalan dengan sungai Penempatan: diusahakan untuk tidak ditempatkan pada belokan sungai untuk menghindari scouring Jika terpaksa harus dilakukan perbaikan dinding sungai dan Dasar sungai pada bagian yang akan terkena scouring
Perbaikan Dinding dan dasar sungai Perbaikan pada dinding sungai
Perbaikan pada dasar sungai
Perbaikan Perbaikan dinding sungai - Turap baja - bronjong ( Pas. Batu kosong dengan ikatan kawat ) - dinding penahan ( pas. batu kali , beton ) - dinding pelindung ( pas. batukali ,lempengan plat beton)
Perbaikan Dasar sungai - Pasangan batu kali - Beton - Pas. Batu kosong dengan tiang cerucuk
7. PILAR JEMBATAN •
Fungsi :
- Penopang struktur atas - menyalurkan berat struktur atas ke tanah
•
Jenis :
- Pilar tunggal - Pilar masif - Pilar Perancah
Bahan : Pasangan batu kali, Beton dan Baja
Pilar Perancah / Portal
Pilar tunggal Pemakaian h : 5 ~ 15m
Pilar masif h : 5 s/d 25 m
h : 5 s/d 15 m
h : 15 s/d 25 m
7.1 Jenis – Jenis Pilar Jembatan
Pilar tunggal pada jembatan jalan raya
Pilar Masif
Pilar tunggal pada jembatan KA
Pilar Perancah
7.2 Kriteria Desain Kepala Jembatan • Tidak ditempatkan ditengah aliran air sungai • Jika pilar ditempatkan pada aliran sungai maka pilar dibuat sepipih mungkin dan sejajar dengan arah aliran air • Bentuk disarankan bulat atau lancip • Untuk daerah rawan gempa diupayakan untuk tidak menggunaka pilar tunggal. • Jika menggunakan pondasi dangkal, pondasi ditanam dibawah dasar sungai sampai batas pengaruh gerusan aliran air sungai.
7.3 Pilar Jembatan Pasangan Batu Kali
d = 0,8 ( 0,8 + 0,12 h + 0,025 w ) 0,5m
Permukaan air banjir
d = tebal dinding bagian atas pilar Dinding semakin kebawah semakin tebal dengan kemiringan 1:20 h = tinggi pilar dari dasar sungai sampai tumpuan girder.
Lebar Jembatan
d
w = jarak dua tumpuan antara pilar dengan kepal jembatan atau antara pilar dengan pilar.
7.4 Pilar Jembatan Beton Bertulang
Pilar Perancah
Pilar Tunggal
7.5 Pilar Jembatan Baja Pilar dari baja digunakan dengan pertimbangan: -Aliran air sungai cukup deras -Mengurangi hambatan aliran air -Mudah dikerjakan
7.6 Masalah Pada pilar Jembatan
Gaya aliran air pada pilar
Pilar tidak sejajar dengan arah aliran air , menyebabkan local scouring
Kerusakan akibat scuoring
7.7 Perbaikan dan Pencegahan
7.8 Perbaikan dan Pencegahan
8. PEMBEBANAN
Pada Kepala dan pilar Jembatan Kepala dan Pilar Jembatan harus diperhitungkan terhadap semua beban yang mungkin terjadi pada jembatan tersebut, termasuk tumbukan kapal pada pilar jembatan bila jembatan tersebut berada diatas selat atau laut. A. Beban tetap - Berat mati dan beban mati tambahan - Beban hidup atau beban Lalu lintas termasuk beban Rem B. Aksi Lingkungan - Beban Angin - Beban Tumbukan Kendaraan - Beban Tumbukan Kapal - Beban Air Mengalir - Beban Tumbukan Benda Hanyutan - Beban Gempa C. Beban Khusus - Beban Sentripugal
8.1 BEBAN TETAP
Beban Tetap
Beban Mati
Berat sendiri konstruksi, sesuai dengan Berat Jenis material pembentuk konstruksi:
Beban Mati Tambahan
Beban yang selalu ada yang tidak termasuk struktur penahan beban kendaraan , pipa drainasi, sandaran , tiang lampu, ornamen
Beban Hidup
Beban lalu lintas yang bekerja jembatan: orang dan kendaraan
diatas
8.1.1 Beban Lalu lintas Orang : q = 0,5 ton/m2 Bekerja pada Trotoar
Beban Lalu lintas Kendaraan
Beban lajur lalu lintas (D) Beban merata : Kendaraan kecil Banyak diatas Lantai jembatan q = 0,9 ton/m2
Beban garis: Kendaraan besar ( Truk Trailler) Diatas lantai jembatan P = 4,9 ton/m
8.1.2 Beban lajur lalu lintas (D)
8.1.3 Beban Terbagi Rata (q)
Untuk : L 30m : q = 0,9 t/m 15t/m Ubtuk : L 30m : q = 0,9 0,5+ L
8.1.4 Penempatan Beban Lajur ( D )
8.1.5 Peninjauan Beban P dan q Pada Kepala dan Pilar Jembatan 0,5(L1+L2)
P
q
Kepala Jembatan Pilar
L2
L1
L1
Beban P dan q pada Pilar 0,5. L1
q Kepala Jembatan Pilar
L1
L2
L1
Beban P dan q pada Kepala Jembatan
P
8.1.6 Beban Rem - Bekerja pada permukaan lantai /lajur lau lintas searah . - Bekerja arah horizontal pada permukaan lantai jembatan , yang selanjudnya beban didistribusikan ke struktur penahan ( pilar dan kepala jembatan ). - Peninjauannya harus disertakan dengan pengaruh beban lalu lintas. - Besarnya beban rem tergantung pada bentang jembatan SK.SNI T-02-2005 / Lajur (2.75m)
Sendi
q
P
Rol
Sendi
q
P
Gaya Rem
Gaya Rem Kepala Jembatan
Pilar
L1
L2
L1
= 0.15
Rol
8.2 AKSI LINGKUNGAN 8.2.1 . Beban Angin (WL) TEW 0,0006. CV dW .(
W
)2 .
(KN/m) ( bekerja pada jembatan )
TEW 0, 0012.CW .(VW )2 . (KN/m) ( bekerja pada kendaraan) CW untuk kendaraan = 1,2 CW untuk jembatan tergantung perbandingan antara b dan d b/d = 1,0 b/d = 2,0 b/d ≥ 6,0
: Cw = 2,10 : Cw = 1,50 : Cw = 1,25
Jika tidak dilakukan pengukuran Kecepatan angin (Vw) Maka Vw dapat diambil: •
V= 30 m/dt ; dekat dengan laut ≤ 5 km
•
V= 25 m/dt ; jauh dari laut > 5 km.
• •
V= 35 m/dt ; dekat dengan laut ≤ 5 km V= 30 m/dt ; jauh dari laut > 5 km.
ASD
LRFD an UD
Kerja Gaya Angin pada Girder (TEW) TEW
TEW
Keadaan Dengan Beban Hidup Keadaan Tanpa Beban Hidup
Kerja Gaya Angin pada Rangka (T EW)
TEW
TEW
Gaya Angin Bekerja Pada Pilar Jembatan
8.2.2. Beban Tumbukan benda hanyutan (T EF):
TEF
Permukaan air banjir
TEF
M .(Va )2
(KN)
d
M = massa batang kayu = 2 ton Va = Kecep air permukaan Va = 1,4 Vs Jika tidak diketahui ; Va = 3 m/dt d = lendutan statis : pilar beton masif
= 0,075 m
pilar perancah pilar beton baja/kayu perancah == 0,150 0,300 m m
8.2.3. Beban Tumbukan Kendraan (P): Pada Jalan Layang
Beban akibat tumbukan kendaraan pada pilar jembatan jalan layang Searah jalan : 100 ton ( tertubruk kendaraan ) Tegak luruas jalan : 50 ton ( kendaraan terguling kesamping ) Keduanya bekerja pada tinggi 1,8 m dari permukaan jalan
8.2.4 Beban Tekanan air mengalir (TEFW): TEFW = 0,5 CD (Vs)2 AD (kN) Permukaan air banjir
TEFW h 0,6h
CD = Koefisien seret :
- pilar dinding lancip = 0,8 - Pilar dinding segi empat = 1,4 - Pilar dinding bulat = 0,7 - pilar bulat = 0,7
VS = kecepatan rata-rata = Va :1,4 jika tidak diketahui Va dapat diambil 3 m/dt AD = Luas bagian yang tertekan air Proyeksi tegak lurus terhadap aliran air.
Nilai Cd dab Cl
Luas Area Cd dan Cl
8.2.5 Beban tumbukan kapal •
Jembatan yang menyeberangi laut, selat atau sungai yang besar yang dilewati kapal, pilar dan pylon jembatan harus diperhitungkan terhadap tumbukan kapal dari depan dan dari arah samping pilar dan pylon
tumbukan kapal dari arah samping Untuk menahan dan meruduksi energidapat tumbuk kapal, maka pada pilar dan Pylon dipasang vender. Vender dipasang terpisah dengan pilar/pylon atau menyatu dengan pilar/pylon.
Tumbukan kapal dari depan diperhitungkan ekuivalen dengan gaya tumbukan statis pada obyek yang kaku dengan rumus berikut :
TS DWT ( )1/ 2 (12,xV 5
)
Keterangan : TS = gaya tumbukan kapal sebagai gaya statis ekuivalen (t) DWT = tonase berat mati muatan kapal (t) = berat kargo, bahan V
bakar, air dan persediaan = kecepatan tumbukan kapal (m/s)
Untuk menahan tumbukan ini diperlukan fender terpisah yang dipasang didepan pilar atau pylon jembatan.
Untuk kapal yang membentur pilar atau pylon dari arah samping dapat digunakan rumus sebagai berikut : E
2 CHx 0,W 5 V( )
g
w DWT
E
Wa a
Wa
1 4
2
d L
1.03 t
pp
. a
3
,
m
g = 9.81 m
dt
2
= energi kinetik Tumbuk Kapal (tm)
H C koefisien hidrodinamis masa air yang bersama kapal, d == Tinggi bagian yang terendam dalam airbergerak (Sarat kapal) W = tonase perpindahan kapal (t), berat total kapal pada beban penuh Lpp = Panjang bagian yang terendam dalam air 0.8 0.7 0.6 0.5
C
0.4 0.3 0.2 0.1 0 1
1.05
1.1
1.15
CH
1.2
1.25
1.3
Untuk meredam tumbukan kapal yang membentur pilar/pylon dari arah samping dapat dipergunakan fender dari karet yang terpasang pada pilar.pylon.
E
2 CHx 0,W 5 V( )
g
Keterangan: E sin = Energi kenitik yang diterima oleh fender R = Gaya statis yang didustribusikan oleh fender ke pilar atau pylon
TEBEL FENDER KARET TYPE V
8.2.6 Beban Gempa (TEQ):
TEQ K IhW . .
T
TEQ C S. I .W.
TEQ
(kN)
T
(kN)
C = Koefisien geser dasar,yang dipengaruhi oleh : - Wilayah gempa dimana bangunan didirikan - Waktu getar struktur yang ditinjau - Jenis tanah dimana bangunan didirikan I = Faktor kepentingan S = Faktor tipe bangunan WT Beban mati di tambah beban mati tambahan (kN)
Menghitung waktu getar WTP DL + DL tambahan + setengah berat pilar ( kN)
WTP
T 2
g.K p
g percepatan gravitasi bumi = 9,81 (m/dt 2 ) K P = Kekakuan gabungan (kN/m) KP
h
h
n
3
h n = Jumlah kolom dalam satu pilar
KP 3
KP
12EI
12EI
h3
3EI
h3
h2
h
1
K2
n
12EI
h23
12 EI K1 n h13
1 1 Kp K1 K2
1
Menentukan wilayah gempa dimana bangunan didirikan
Menentukan Nilai C ( Koefesien Dasar Gempa )
Menentukan Jenis Tanah dimana bangunan didirikan
JENIS TANAH (a) Tanah Teguh (b) Tanah Sedang (c) Tanah Lunak
KEDALAM SIDIMEN TERHADAP TANAH KERAS ( SPT≥40) 0~3M 3,4 ~ 24,4 M ≥ 25 M
Menentukan Nilai I ( Faktor Kepentingan )
Menentukan Nilai S ( Faktor Tipe Bangunan )
Beban Gempa Pada Pilar Jembantan Yang Tinggi Untuk pilar jembatan yang lebih tinggi dari 10 m, nilai Kh atau nilai C.S Dikalikan dengan faktor seperti diagram dibawah Untuk Pilar jembatan yang lebih tinggi dari 30 m diperlukan perhitungan gempa cara dinamis
8.3 GAYA SENTRIFUGAL ( T TR ) Jembatan yang dibangun melengkung arah horizontal harus diperhitungkan adanya gaya sentrifugal kearah luar lengkung jembatan dan bekerja di permukaan lantai jembatan tanpa faktor beban dinamis. Beban ini bekerja bersam-sama dengan beban D atau T T T R bekerja
kearah luar lingkaran 2
0,006.V TTRT R KN ( ) r dimana : TD . jarak antaraKN pilar ( R
)
V = Kecepatan kendaraan diatas jembatan (Km /jam) = 0,75 kecepatan rencana pada jalan. r = jari-jari lengkung horizontal jembatan.(m)
9. KOMBINASI BEBAN 9.1 Batas Daya Layan (ASD) Perhitungan berdasarkan ASD Tegangan berlebih diperbolehkan
Tegangan berlebihan yang diberikan dalam Tabel dibawah adalah sebagai prosentase dari tegangan kerja yang diizinkan.
9.2 Beban Berfaktor (LRFD) • Untuk perhitungan cara LRFD tegangan yang digunakan adalah tegangan leleh pertama dan bebannya dikalikan dengan faktor beban. • Besarnya faktor beban disesuaikan dengan peraturan beton dan baja yang digunakan 1. 2. 3. 4. 5.
U = 1.2 D + 1.2 C + 1.6 L U = 0.9 D + 1.2 C + 1.2 L±1.2 W U = 0.9 D + 1.2 C ± 1.3 W U = 0.9 D + 1.2 C ± 1.0 E U = 1.2 D + 1,0 T + 1.6 L 1. 2. 3.
D = Beban mati C = Arus dan tumbukan benda hanyutan L = Beban hidup
4. 5. 6.
W =B Beban E = eban gangin e mp a T = Tumbukan kendaraan
9.3 Kekuatan Batas ( UD) • Untuk perhitungan cara UD tegangan yang digunakan adalah tegangan PUTUS dan bebannya dikalikan dengan faktor beban. • Besarnya faktor beban disesuaikan dengan peraturan beton dan baja yang digunakan
