“ASESMEN KAPASITAS JEMBATAN RANGKA BAJA PASCA PENGGANTIAN DEK LANTAI KAYU MENJADI LANTAI BETON” Muh. Akbar Zulhijjah Mahasiswa S1 Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl.Perintis Kemerdekaan Km 10 Tamalanrea, Makassar
[email protected]
Ir. H. Ahmad Bakri Muhiddin, MSc.Ph.D.
Dr. Eng. Ardy, ST. M.Eng.Sc
Pembimbing I Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl.Perintis Kemerdekaan Km 10 Tamalanrea Makassar Telp/Faks: 0411-587636
Pembimbing II Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl.Perintis Kemerdekaan Km 10 Tamalanrea Makassar Telp/Faks: 0411-587636
ABSTRAK Jembatan rangka baja merupakan tipe jembatan yang umum digunakan di Indonesia. Namun beberapa dari jembatan tersebut masih berlantaikan balok-balok kayu yang tersusun melintang dan memanjang. Beberapa faktor seperti perawatan dan keamanan membuat beberapa jembatan rangka baja dengan lantai kayu tersebut di rencanakan untuk di-upgrade menjadi jembatan dengan lantai beton. Penggantian lantai jembatan dari lantai kayu menjadi lantai beton dapat memberikan beban tambahan pada jembatan yang mungkin tidak diperhitungkan pada desain eksisting jembatan sebelumnya. Untuk menghindari terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan maka dianggap perlu untuk melakukan studi penelitian terhadap jembatan rangka baja yang dimaksud untuk mengetahui kapasitas struktur jembatan pasca penggantian lantai kayu menjadi lantai beton sehingga tindakan pencegahan berupa perkuatan jembatan bila diperlukan dapat dilakukan sejak dini. Pembebanan yang dilakukan terhadap struktur harus disesuaikan dengan peraturan pembebanan yang terbaru untuk menyesuaikan kondisi desain jembatan dengan standar terbaru yang berlaku. Untuk memudahkan analisa maka digunakan aplikasi komputer rekayasa struktur berbasis finite element yaitu SAP2000. Dari hasil analisa yang dilakukan pada objek jembatan rangka baja sungai pasangkayu diperoleh bahwa penggantian lantai jembatan secara langsung dapat mengakibatkan keruntuhan struktur pada span jembatan bagian tengah sehingga dibutuhkan perkuatan sebelumnya untuk melanjutkan proses penggantin lantai jembatan. Kata kunci: Penggantian lantai kayu jembatan; Jembatan rangka baja; Keandalan Struktur Jembatan; SAP2000; Moving Load; Rating Factor.
0
ABSTRACT Steel truss bridge is generally type of bridge used in indonesia. But some of them still work with wooden deck. Some factors like maintenance and safety make some of them are plant to be uprgaded as the bridges with concrete deck. Upgrade the wooden deck to concrete will give additional dead load to the bridge that maybe didn’t calculated in previous analysis of the design of exsisting bridge. To avoid unpredictable thing to be happened, a study about the capacity of the bridge in carrying load after upgrading the wooden deck to concrete should be done before the wooden deck being upgraded, so an anticipation action like strengthening the structure of the bridge can be taken. The load that will be applied to the bridge must be according to the newest and valid Standard of Bridge Load. SAP2000 as the structure analysis program is used to help analysing process. As the result, upgrading the wooden deck to concrete directly without an asesstmen of the capacity of Pasangkayu Steel Truss Bridge in carrying load can make the middle span of the steel truss bridge of collapse on maximum load condition. So, the strengthening of the structure before upgrading the wooden deck to concrete is needed. Keyword: Wooden Deck Upgrade; Steel Truss Bridge; Bridge Load Capacity; SAP2000; Moving Load; Rating Factor.
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Jembatan didefenisikan sebagai struktur bangunan yang menghubungkan rute atau lintasan yang terputus oleh adanya sungai, danau, selat, saluran, jalan ataupun perlintasan lainnya. Secara geometrik lebar jembatan berfungsi sebagai pengontrol volume arus kendaraan yang dapat dilayani oleh sistem transportasi. Secara umum struktur jembatan dibagi menjadi dua yaitu struktur atas yang menerima beban langsung yang meliputi berat sendiri, beban mati, beban mati tambahan, beban lalu lintas kendaraan, gaya rem, beban pejalan kaki dan sebagainya, struktur bawah yang berfungsi memikul seluruh beban struktur atas dan beban lainnya yang ditimbulkan oleh tekanan tanah, aliran air dan hanyutan, tumbukan, gesekan pada tumpuan dan sebagainya. Struktur atas atau biasa disebut bangunan atas terdiri atas trotoar, pelat lantai kendaraan, balok utama (girder) dan balok diafragma. Adapun bangunan bawah berupa sistem pondasi seperti abutment dan pilar. Kesatuan struktur yang sempurna antara struktur atas dan bawah jembatan akan memberikan pelayanan transportasi yang memadai sesuai dengan nilai desain jembatan itu sendiri. Pada jembatan rangka baja sendiri, struktur atas terdiri dari dua rangka bidang utama yang diikat bersama dengan balok-balok melintang dan pengaku lateral. Jembatan rangka batang ada beberapa tipe. Desain, lokasi, dan bahanbahan peyusunnya menentukan tipe rangka batang apa yang akan dipakai. Pada awal masa revolusi industri, jembatan balok dengan tambahan rangka batang berkembang sangat cepat di Amerika. Salah satu rangka batang yang terkenal adalah rangka batang Howe, yang dipatenkan oleh William pada tahun 1840. Inovasinya merupakan perkembangan dari rangka batang Kingpost, bedanya ditambahkan batang vertikal diantara batang diagonalnya.
1
Kapasitas jembatan menunjukkan kekuatan dan keandalan struktur jembatan terhadap beban aksi yang diberikan. Pada struktur atas jembatan rangka baja, komponen struktur utama yang menahan beban aksi paling dominan berada pada bagian rangka yang berada di samping jembatan. Dengan penggantian lantai kayu menjadi lantai beton, berarti ada penambahan beban pada rangka baja yang dapat diakibatkan oleh beban berat sendiri beton yang dapat mengakibatkan lendutan dan tegangan yang berlebih pada penampang batang rangka baja. Pemeriksaan dan simulasi terhadap kondisi jembatan sesudah pergantian dek dimaksudkan untuk mengidentifikasi dan menganalisa perilaku struktur jembatan rangka baja akibat pertambahan beban yang diakibatkan oleh penggantian struktur atas jembatan sehingga penanganan yang efektif dan efisien dapat dilakukan sesuai dengan kondisi struktur yang terjadi. Berkaitan dengan latar belakang di atas, penulis mencoba melakukan suatu studi dalam sebuah tugas akhir dengan judul : “Asesmen Kapasitas Jembatan Rangka Baja Pasca Penggantian Dek Lantai Kayu Menjadi Lantai Beton” 1.3 Maksud dan Tujuan Maksud dari penulisan Tugas Akhir “Asesmen Kapasitas Jembatan Rangka Baja Pasca Penggantian Dek Lantai Kayu Menjadi Lantai Beton” adalah untuk mengetahui keandalan struktur jembatan rangka baja pasca penggantian lantai jembatan berdasarkan beban-beban aktual yang bekerja. 1.4 Pembatasan Masalah Adapun batasan masalahnya adalah sebagai berikut: 1. Perhitungan dan permodelan struktur hanya untuk bangunan atas saja. 2. Struktur tidak dianalisa terhadap beban angin dengan alasan penurunan kapasitas struktur atas yang terjadi akibat penggantian lantai jembatan tidak mempengaruhi bagian utama struktur yang menahan beban angin yaitu ikatan angin. 3. Struktur tidak dianalisa terhadap beban gempa dengan alasan perhitungan dilakukan untuk bangunan atas saja sedangkan beban gempa erat hubungannya dengan kekuatan struktur bawah jembatan (subsstructure) yaitu bagian abutmen dan tiang jembatan. 4. Lantai jembatan dianggap sempurna dalam mentransfer beban ke gelagar lantai jembatan. 5. Analisa perhitungan struktur baja pada SAP2000 versi 16 mengacu pada metode AISC-LRFD 99. 6. Analisa manual perhitungan struktur baja mengacu pada RSNI T-03-2005 tentang “Perencanaan Struktur Baja untuk Jembatan”. 7. Analisa manual kapasitas struktur atas jembatan mengacu pada Pedoman Bina Marga No.024/BM/2011 tentang “Penentuan Nilai Kapasitas Jembatan”.
2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Umum Jembatan didefenisikan sebagai struktur bangunan yang menghubungkan rute atau lintasan yang terputus oleh adanya sungai, rawa, danau, selat, saluran, jalan atau perlintasan lainnya. Komponen utama jembatan terdiri atas bangunan atas (upper structure / superstructure) dan bangunan bawah (substructure). Bangunan atas terdiri dari lantai jembatan, gelagar atau rangka utama, gelagar memanjang, gelagar melintang, diafragma, pertambatan angin dan lain-lain. Sedangkan bangunan bawah terdiri dari abutment atau pangkal jembatan dan pondasi. Selain itu, terdapat juga bangunan pelengkap seperti tembok samping, tembok muka, dinding penahan tanah, drainase jembatan dan lain-lain. Yang membedakan jembatan rangka baja dengan jembatan lainnya adalah pada susunan struktur atasnya yang terdiri dari dua rangka bidang utama yang diikat bersama dengan balok-balok melintang dan pengaku lateral. Dengan penggantian lantai kayu menjadi lantai beton, berarti ada penambahan beban pada rangka baja yang dapat diakibatkan oleh beban berat sendiri beton yang dapat mengakibatkan lendutan dan maupun tegangan yang berlebih pada penampang dan sambungan batang rangka baja. 2.2 Kriteria Jembatan Rangka Baja di Indonesia Jembatan Rangka yang dipergunakan di Indonesia umumnya menggunakan tipe rangka Warren dimana jumlah rangka baja tersebut dibandingkan dengan jumlah jembatan pada ruas jalan nasional adalah sebagai berikut : 1. Rangka Baja Callender Hamilton (CH )dari Inggris (kode BMS : RBU) – berjumlah sekitar 0,87% 2. Rangka Baja Hollandia Klos (Belanda Baru) dari Belanda (kode BMS : RBB) – berjumlah sekitar 1,07% 3. Rangka Baja Transfield dari Australia (kode BMS : RBA) – berjumlah sekitar 3,32 % 4. Rangka Baja Waagner Biro dari Austria (kode BMS : RBR) – berjumlah sekitar 0,50 % 5. Rangka Baja Bukaka dari Indonesia (kode BMS : RBK) – berjumlah sekitar 0,25 % 6. Rangka Baja Karunia Berca Indonesia (KBI) (kode BMS : RBC) 7. Rangka Baja Centunion dari Spanyol (kode BMS : RBE) 8. dan rangka baja lainnya baik yang ada setelah rangka baja Spanyol atau sebelum rangka baja Callender Hamilton. Sedangkan rangka baja semi-permanen dan jembatan darurat yang dipakai di Indonesia adalah: 1. Rangka Baja Panel Bailey dan Acrow Panel dari Inggris (kode BMS : RBW) – ketersediaan 1,13 % stok jembatan nasional. 2. Rangka Baja Semipermanen Transfield dari Australia (kode BMS : RBS) – ketersediaan 0,22 % stok jembatan nasional.
3
3. Rangka Baja Transpanel Transfield dari Australia (kode BMS : RBT) – ketersediaan 0,12 % stok jembatan nasional. 2.3 Standar Pembebanan untuk Jembatan Di Indonesia peraturan tentang pembebanan jembatan jalan raya telah dikemas dalam peraturan dikeluarkan oleh Badan Standarisasi Nasional dengan nomor RSNI T-02-2005 tentang Pembebanan untuk Jembatan. 2.3.1 Aksi dan Beban Tetap. a) Beban Mati. Beban mati jembatan terdiri dari berat masing-masing bagian struktural dan elemen- elemen non-struktural. Masing-masing berat elemen ini harus dianggap sebagai aksi yang terintegrasi pada waktu menerapkan faktor beban biasa dan yang terkurangi. Berat isi untuk beban mati dapat dilihat pada tabel berikut b) Beban mati tambahan. Beban mati tambahan adalah berat seluruh bahan yang membentuk suatu beban pada jembatan yang merupakan elemen non struktural, dan besarnya dapat berubah selama umur jembatan. c) Pelapisan kembali permukaan jembatan. Semua jembatan harus direncanakan untuk bisa memikul beban tambahan yang berupa aspal beton setebal 50 mm untuk pelapisan kembali dikemudian hari. d) Sarana lain jembatan. Pengaruh dari alat pelengkap dan sarana umum yang ditempatkan pada jembatan harus dihitung setepat mungkin. Berat dari pipa untuk saluran air bersih, saluran air kotor dan lain-lainnya harus ditinjau pada keadaan kosong dan penuh sehingga kondisi yang paling membahayakan dapat diperhitungkan. 2.3.2 Beban Hidup a) Beban lalu litas Beban lalu lintas untuk perencanaan jembatan terdiri atas beban lajur "D" dan beban truk "T". Beban lajur "D" bekerja pada seluruh lebar jalur kendaraan dan menimbulkan pengaruh pada jembatan yang ekuivalen dengan suatu iring-iringan kendaraan yang sebenarnya. Jumlah total beban lajur "D" yang bekerja tergantung pada lebar jalur kendaraan itu sendiri. Beban truk "T" adalah satu kendaraan berat dengan 3 as yang ditempatkan pada beberapa posisi dalam lajur lalu lintas rencana. Tiap as terdiri dari dua bidang kontak pembebanan yang dimaksud sebagai simulasi pengaruh roda kendaraan berat. Hanya satu truk "T" diterapkan per lajur lalu lintas rencana. Secara umum, beban "D" akan menjadi beban penentu dalam perhitungan jembatan yang mempunyai bentang sedang sampai
4
panjang, sedangkan beban "T" digunakan untuk bentang pendek dan lantai kendaraan. b) Lantai Kendaraan dan jalur lalu lintas Jalur lalu lintas mempunyai lebar minimum 2,75 meter dan lebar maksimum 3,75 meter. Lebar jalur minimum ini harus digunakan untuk menentukan beban “D” per jalur. Beban “D” Untuk perhitungan kekuatan gelagar-gelagar harus digunakan beban “D”. Beban “D” atau beban jalur adalah susunan beban pada setiap jalur lalu lintas yang terdiri dari beban terbagi rata (BTR) sebesar “q” ton per meter panjang per jalur, dan beban garis (BGT) “P” ton per jalur lalu lintas tersebut. c) Beban “T” Untuk perhitungan kekuatan lantai kendaraan atau sistem lantai kendaraan jembatan, harus digunakan beban “T”. Pembebanan truk "T" terdiri dari kendaraan truk semi-trailer yang mempunyai susunan dan berat as . Berat dari masing-masing as disebarkan menjadi 2 beban merata sama besar yang merupakan bidang kontak antara roda dengan permukaan lantai. Jarak antara 2 as tersebut bisa diubah-ubah antara 4,0 m sampai 9,0 m untuk mendapatkan pengaruh terbesar pada arah memanjang jembatan 2.4 Analisa Struktur 2.4.1 Pemodelan dan Analisa Struktur a) Pemodelan Jembatan Rangka Sistem struktur dapat dimodelkan secara 2 atau 3 dimensi 1) Rangka batang Pemodelan rangka baja menggunakan truss element. 2) Pelat lantai pemodelan pelat lantai jembatan diasumsikan sebagi plate bending element 3) Ikatan angin Ikatan angin pada rangka truss menggunakan truss element . 4) Tumpuan Tumpuan pada rangka baja diasumsikan sebagai sendi-rol. Apabila menggunakan rubber bearing maka tetap diasumsikan sendi-rol. 5) Titik buhul Titik buhul pada struktur rangka batang baja diasumsikan sebagai hubungan sendi (pin) b) Simulasi pembebanan dan analisa struktur atas dengan menggunakan SAP2000 Structur Analysis Program atau yang lebih dikenal sebagai SAP merupakan program aplikasi adalah software yang digunakan kebanyakan pelaku konstruksi untuk mempermudah dalam
5
perhitngan struktur bangunan. Dengan menggunakan SAP2000, struktur dapat dianalisa secara dua atau tiga dimensi. Salah satu fitur khusus yang bisa digunakan dalam SAP2000 adalah fitur Moving Load, yaitu salah satu fitur untuk menganalisa struktur terhadap beban dinamis/beban berjalan. Pada analisa struktur jembatan, moving load digunakan untuk membuat simulasi pengaruh beban kendaraan (vehicle load) terhadap struktur jembatan. Dengan menggunakan garis pengaruh, posisi pembebanan “D” pada rangka batang dapat dengan mudah diposisikan untuk mencari gaya maksimum pada batang tertentu. Besar gaya-gaya batang akibat garis pengaruh dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: 2.4.2 Pembatasan Terhadap Lendutan 1) Beban Persyaratan dan pembatasan lendutan pada balok adalah dihitung akibat beban layan yaitu beban hidup yang ditambah dengan beban kejut. 2) Balok Balok di atas dua tumpuan atau gelagar menerus, lendutan maksimumnya adalah 1/800xbentang. Kecuali pada jembatan di daerah perkotaan yang sebagian jalur digunakan pejalan kaki, batasan tersebut adalah 1/1.000x bentang. 2.4.3 Analisa Kapasitas dengan Metode Rating Factor. Prosedur perhitungan rating factor secara analitik dilakukan dengan prosedur seperti dibwah ini : a. Mengumpulakan data dan informasi yang kemudian digunakan untuk menetapkan model yang didasarkan pada hasil inspeksi lapangan b. Menganalisis hasil evaluasi lapangan c. Menetapkan pembebanan, melakukan analisis struktur dan analisis kekuatan penampang elemen-elemen. d. Menghitung rating factor. Bila RF > 1 maka struktur jembatan memiliki sisa kapasitas dalam menahan beban rencana. RF =
∅.𝑅𝑛 − ∑(𝛾𝐷 .𝐷𝐿 ) 𝛾𝐿 .𝐿𝐿 (1+𝐼)
dengan : RF = rating factor – nilai banding antara sisa kapasitas elemen struktur (terhadap gaya tarik, tekan, momen, gaya geser) yang ada terhadap gaya-gaya dalam yang dihasilkan dari beban hidup yang dikerjakan (rating vehicle) Rn = Kekuatan nominal elemen struktural ∅ = faktor reduksi kekuatan sesuai dengan tabel 2.6.
6
𝛾𝐷 = faktor beban mati (1,3 untuk inventory dan operating factor) 𝛾𝐿 = faktor beban hidup (2.17 untuk inventory dan 1,3 operating factor) DL = aksi rencana (tarik, tekan, momen, geser) dalam akibat beban mati LL = aksi rencana (tarik, tekan, momen, geser) dalam akibat beban hidup I = faktor kejut/impak BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Lokasi Studi Lokasi objek studi yaitu pada Jembatan Rangka Baja Sungai Pasangkayu, Desa Martasari Mamuang, Kec. Pedongga, Kab. Mamuju Utara.
Gambar 3.1 Lokasi Penelitian 3.2 Metodologi Studi Sebelum melakukan penelitian maka dibuat langkah-langkah pelaksanaan alur kegiatan penelitian agar dapat berjalan secara sistematis dan tepat sasaran tercapainya tujuan penelitian. Langkah awal yang perlu dilakukan adalah studi pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, rumusan masalah dan tujuan penelitian kemudian dikaji dalam kajian pustaka dan berbagai teori dasar. Berdasarkan latar belakang pada penjelasan sebelumnya, maka secara garis besar jalannya kegiatan penelitian ini dibagi menjadi 4 (empat) bagian, yaitu: (1) Kegiatan survey berupa identifikasi kondisi fisik dan geometri jembatan. (2) Pengolahan data hasil survey data untuk proses analisa struktur.
7
(3) Simulasi pembebanan dan analisia struktur dengan bantuan software SAP2000 versi 16. (4) Analisa lendutan jembatan berdasarkan batas lendutan yang diizinkan 3.2.1 Metode Pengumpulan Data Data geometrik jembatan pada struktur atas jembatan diambil dengan mengacu pada Pedoman Bina Marga No. 005/BM/2009 tentang “Pemeriksaan Jembatan Rangka Baja” serta Pedoman Bina Marga No. 024/BM/2011 tentang “Penentuan Nilai Kapasitas Jembatan”. Kondisi geometri yang dimaksud adalah dimensi penampang, jumlah baut pada sambungan, panjang bentang, serta model jembatan rangka. Data tersebut diperoleh dengan peninjauan dan pengukuran langsung dilapangan. Untuk data material bahan baja sendiri diperoleh dari standar fabrikasi mutu baja untuk jembatan pada saat pelaksanaan jembatan sesuai dengan standar yang dikeluarkan oleh Dinas Pekerjaan Umum sesuai yang tercantum dalam Pedoman Bina Marga No. 005/BM/2009 tentang “Pemeriksaan Jembatan Rangka Baja” dan juga Pedoman Bina Marga No. 005/BM/2009 tentang “Gambar Standar Bangunan Atas Jembatan Rangka Baja Kelas A dan B”. 3.2.2 Metode Analisis 1. Penentuan pembebanan Penentuan pembebanan mengacu pada SK. SNI T-02-2005 tentang “Pembebanan untuk Jembatan”. Beban mati dihitung akibat berat sendiri struktur jembatan, sedangkan untuk beban hidup diperoleh dari beban lalu lintas “D” atau beban truk ”T”. Dalam hal ini diambil reaksi maksimum antara beban “D” dan beban “T”. 2. Simulasi Pembebanan dan Analisa Struktur Simulasi dan pembebanan Jembatan dengan bantuan software berbasis finite element method yaitu SAP2000, permodelan dilakukan dengan menginput data-data yang telah diolah dari survei sebelumnya. 3. Analisa Kekuatan Struktur Jembatan Kekuatan struktur jembatan dihitung berdasarkan SK.SNI T-032005 tentang “Perencanaan struktur baja untuk jembatan” dengan menghitung kekuatan penampang dan sambungan struktur jembatan dengan menggunakan metode beban terfaktor (factored load method dan metode kekuatan batas (ultimate strenght method). 4. Analisa Lendutan Lendutan di analisa berdasarkan SK.SNI T-03-2005 tentang “Perencanaan struktur baja untuk jembatan” yaitu pembatasan lendutan berdasarkan beban hidup dengan syarat lendutan yang terjadi tidak melebihi L/800. Hasil lendutan diperoleh otomatis dengan bantuan software SAP2000.
8
Analisa Struktur Jembatan Ramka dengan SAP2000 versi 14 4.1 Interpretasi Hasil Survey Jembatan Rangka Baja Data-data yang digunakan dalam analisis kapasitas Jembatan Rangka Baja Sungai Pasangkayu diambil dari hasil pengamatan kondisi eksisting geometri Jembatan Rangka Baja Pasangkayu dan data perencanaan untuk upgrading lantai jembatan berupa tebal dek baja dan lantai beton, overlay aspal, maupun tinggi trotoar. Evaluasi Kinerja Jembatan pada Kondisi Eksisting Jembatan rangka baja sungai pasangkayu terdiri dari 3 span dengan panjang masing-masing 25 meter untuk span 1, 35 meter untuk span 2, dan 25 meter untuk span 3. Adapun sketsa untuk jembatan adalah sebagai berikut:
Gambar 4.1 Tampak samping jembatan (atas) dan struktur lantai jembatan (bawah) Terletak di jantung Desa Martasari, Kecamatan Pedongga, Kabupaten Mamuju Utara jembatan ini merupakan satu-satunya akses yang menghubungkan lahan Perkebunan pada daerah bagian dalam. Berdasarkan hasil wawancara kepada salah satu pengelola perkebunan mengatakan bahwa kendaraan truk pengangkut hasil sawit bekerja dan melewati jembatan pada jam 8.00 – 16.00 dengan muatan truk maksimum. Dalam keadaan tertentu, kendaraan trailer serta alat berat untuk maintenance jalan juga seringkali melewati jembatan. Adanya beban-beban khusus yang melewati jembatan ini membuat lantai eksisting jembatan (kayu) tidak bisa bertahan lama dan seringkali mengalami kerusakan pada bagian tertentu.
9
Dari segi ekonomi, jembatan tersebut sudah memakan banyak biaya untuk perawatannya, utamanya pada struktur lantainya yang harus menahan bebab maksimum kendaraan berat yang tiap hari kerja. Menurut salah seorang pengelola jembatan tersebut, setidaknya dibutuhkan sekitar ± 30 juta-an rupiah untuk meintenance lantai jembatan tersebut tiap bulannya. Dari segi efektifitas laju kendaraan, lantai kayu ini menghambat laju lalu lintas kendaraan, karena lebar jembatan tidak bisa digunakan sepenuhnya untuk melewati jembatan. Hanya bagian yang memanjang yang dilewati oleh pengendara untuk menjaga keamanan. Jadi untuk melewati jembatan, kendaraan dari arah letawa harus menunggu hingga kendaraan dari arah setelahnya melewati jembatan baru kemudian kendaraan tersebut bisa melewati jembatan. Oleh karena itu, salah satu solusi yang ditawarkan adalah dengan meng-upgrade lantai jembatan tersebut menjadi lantai beton. 4.2 Pembebanan Jembatan 4.2.1 Beban Mati Beban mati terdiri dari beban berat sendiri dari struktur atas jembatan sebelum dan sesudah penggantian dek kayu menjadi lantai beton. Berat sendiri struktur tergantung dari beart isi bahan (𝛾) yang digunakan SNI T-02 -2005 tentang pembebanan jembatan Berat sendiri persatuan volume harus dikonversikan menjadi beban merata persatuan luas. Dari hasil perhitungan diperoleh beban merata untuk lantai beton adalah sebesar 7.075 kN/m2 Untuk beban berat sendiri batang-batang struktur atas jembatan akan dihitung pada pembahasan selanjutnya sesuai penampang gelagar masing-masing yang dihitung dengan mengalikan luas penampang batang atau gelagar dengan berat isi bahan baja. 4.2.2 Beban Hidup Beban hidup terdiri dari beban lalu lintas “D” dan “T”. Namun untuk menghitung kekuatan gelagar maka yang digunakan adalah beban “D”. Beban lajur "D" terdiri dari beban terbagi rata (BTR) dan beban garis (BGT).
Gambar 1 Beban Hidup “D” BGT mempunyai intensitas yang besarnya tergantung pada panjang total L yang dibebani dan dinyatakan dengan rumus sebagai berikut : Untuk span 25 meter: qBTR = 9 kPa. untuk L < 30 m Untuk span 35 meter:
10
qBTR = 9,0 (0,5 + 15/L) = 9,0 (0,5 + 15/35) = 8.357 kN/m2 dengan 1 kPa = 1 kN/m2 BGT bekerja sebagai beban dinamis dengan intensitas PBGT = 49,0 kN/m Karena lebar jalur sebesar 4 m < 5.5 m maka intensitas BGT digunakan sebesar 100%. Faktor beban dinamis (FBD) untuk “D” adalah sebesar 0.4 (L>50m) 4.3 Analisa Struktur dengan SAP2000 versi 14 4.3.1 Modeling Untuk analisa struktur atas jembatan rangka baja dengan software SAP2000, struktur dimodelkan 3D dan membaginya menjadi 2 bagian yaitu untuk span 25 meter dan span 35 meter. Struktur rangka dan gelagar lantai dimodelkan sebagai elemen frame. Sambungan antar rangka di-release terhadap momen untuk mendapatkan sambungan pin antar rangka. Dalam proses modeling batang-batang (frame) diberikan penomoran yang jelas karena batang-batang rangka akan dianalisa satu persatu sesuai dengan beban yang akan diaplikasikan.
Gambar 4.2 Penomoran komponen rangka batang span 25 m
Gambar 4.3 Penomoran komponen rangka batang span 35 m 4.3.2 Pembebanan Untuk memberikan pembebanan pada model struktur dengan SAP2000 maka diperlukan beberapa tahapan, yaitu: 1. Membuat Load Pattern
11
Load Pattern digunakan untuk mengklasifikasikan beban agar memudahkan untuk memberikan faktor beban saat melakukan kombinasi pembebanan. Dalam hal ini, load pattern yang digunakan adalah sebagai berikut: - D1 untuk berat sendiri gelagar - D2 untuk berat lantai jembatan 2. Input Pembebanan a. Berat sendiri gelagar Berat sendiri gelagar dianalisa otomatis oleh software SAP2000 dengan adanaya nilai 1 selfweight multiplier pada load pattern D1. b. Berat lantai jembatan Beban lantai jembatan sebesar 7.075 kN/m2 yang telah dihitung sebelumnya diinput sebagai beban ke gelagar dengan fitur Assign > Area > Uniform to Frame sebagai beban dua arah (two way). c. Beban hidup Untuk analisa terhadap beban hidup maka digunakan Load Case Moving Load. Kelebihan dari load case moving load adalah mengkalkulasi dan mensimulasikan beban sebagai beban berjalan pada struktur atas jembatan untuk mengetahui reaksi maksimum pada bagian tertentu komponen struktur jembatan. Moving load ini sangat efektif utamanya pada batang rangka jembatan untuk mengetahui reaksi batang, apakah ia adalah batang tarik atau tekan dan bisa saja suatu batang tertentu bisa mengalami tarik dan tekan sekaligus. Adapun langkah-langkah untuk membuat load case moving load adalah sebagai berikut: 1) Menentukan jalur (path) untuk tempat berjalannya beban searah lajur jembatan. Untuk beban “D” jalur beban adalah batang-batang gelagar memanjang. Dalam arah tegak lurus lajur, terdapat lima buah batang gelagar memanjang (kode: A,B,C,D dan E) kita anggap sebagai path. Selanjutnya kita buat path A, B, C, D dan E secara berurutan sesuai dengan arah lajur
Gambar 4.4 Jalur Moving Load
12
Gambar 4.5 Define Path SAP2000 versi 16 2) Menginput beban moving load (vehicle load) untuk load case “D”BTR, “D”BGT, dan “T”. Untuk beban “D” harus dikonversi dari beban 2D menjadi beban 3D. Konversinya disesuaikan dengan tribut area gelagar memanjang. Jarak antara gelagar memanjang 0.8 m dijadikan sebagai tribut area untuk beban “D” pada gelagar memanjang sehingga nilai beban “D” detelah dikonversi adalah: Beban terbagi rata (BTR): Untuk span 25 m: q = qBTR*L = 9*0.8 = 7.2 kN/m Untuk span 35 m: q = qBTR*L = 8.375*0.8 = 6.686 kN/m Beban garis (BGT): P = PBGT*L = 49*0.8 = 39.2 kN/m
Gambar 4.6 Input Vehicle Load (VEH1) untuk BGT (atas) Input Vehicle Load (VEH2) untuk BTR (bawah) Beban di atas (VEH1 dan VEH2) kemudian disimulasikan sebagai beban berjalan pada path A, B, C, D, dan E Untuk beban “T” menggunakan HS20-44 dengan konfigurasi sumbu sebagai berikut:
13
Gambar 4.7 Konfigurasi sumbu untuk Trailer HS20-44 Beban di atas diinput sebagai vehicle load pada path B dan D karena dianggap beban truk kemungkinan besar akan di transfer dengan path tersebut.
3. Membuat Load Case Load Case adalah Case yang akan di analisa oleh SAP2000. Oleh karena itu kita harus memisahkan load case menjadi : 1. DL = D1+D2 yaitu load case untuk beban mati. 2. “D”BTR yaitu load case untuk beban terbagi rata yang dianalisa dengan fitur moving load. 3. “D”BGT yaitu load case untuk beban garis yang dianalisa dengan fitur moving load. 4. “T” yaitu beban truk sesuai dengan SNI T-02 2005 tentang pembebanan jembatan yang juga dianalisa dengan fitur moving load 4. Membuat Load Combination Load Combination dibuat untuk memuat kombinasi pembebanan dari berbagai Load Case dan Load Pattern yang digunakan. Dalam hal ini kita akan menggunakan 2 kombinasi pembebanan yaitu: 1) COMB 1: untuk mengetahui aksi rencana maksimum akibat beban mati dan beban hidup “D”: 1.2 DL + 1.8 Mload “D” 2) COMB 2: untuk mengetahui aksi rencana maksimum akibat beban mati dan beban hidup “D”: 1.2 DL + 1.8 “T” 4.3.3 Analisa Kapasitas Struktur Untuk menganalisa kapasitas struktur dengan program SAP2000 maka fitur yang akan digunakan adalah fitur Steel Frame Design. Design
14
Preference yang digunakan adalah AISC LRFD 99. Untuk faktor reduksi pada pengaturan preference, kita masih menggunakan pengaturan default dari SAP2000, karena sesuai dengan faktor reduksi yang terdapat dalam SNI T-03-2005 tentang perencanaan struktur baja untuk jembatan. Dengan standar di atas, SAP2000 akan mengkalkulasi rasio tegangan dari tiap penampang komponen struktur atas jembatan rangka baja. Adapun hasil check of structure dari SAP2000 adalah sebagai berikut: 1. Span 25 m Untuk span 25 meter, hasil yang diperoleh adalah sebagai berikut: Gelagar Lantai
Gambar 4.8 Rasio tegangan pada gelagar lantai jembatan span 25 m
Rangka Batang
Gambar 4.9 rasio tegangan pada rangka batang jembatan span 25 m 2. Span 35 m Untuk span 25 meter, hasil yang diperoleh adalah sebagai berikut: Gelagar Lantai
Gambar 4.10 Rasio tegangan pada gelagar lantai jembatan span 35 m Rangka Batang
15
Gambar 4.11 Rasio tegangan pada rangka batang jembatan span 35 m 4.3.4 Pembahasan Hasil Analisa Struktur dengan SAP2000 versi 16 Setelah melihat hasil diatas, maka dapat ketahui bahwa bagian yang mengalami kelebihan tegangan (overstressed) karena memiliki ratio tegangan, SR>1 adalah gelagar memanjang struktur lantai jembatan dan batang tepi atas nomor 10 dan 11 pada span 35 m. 4.4 Analisa Manual Kapasitas Jembatan dengan Metode Rating Factor 4.4.1 Analisa Kekuatan Nominal Penampang Batang Rangka Baja Terhadap Gaya-Gaya Batang Tabel 4.1 Rekapitulasi kekuatan nominal batang terhadap gaya aksial Kode Batang BTB BDT(+) BTA BDU BDT(-)
No. Batang Bentang 25 m 1-5 11-18 6-9 10 & 19 11-18
Kuat nominal penampang (kN)
Bentang 35 m 1-7 15-26 8-13 14 & 27 15-26
Tarik leleh 3054.87 2708.12
Tarik fraktur 3230.10 2601.68
Tekan
2097.24 1617.86 1486.43
Keterangan: BTB adalah batang tepi bawah yang menahan aksi tarik; BDT(+) adalah batang diagonal tengah yang menahan aksi tarik; BTA adalah batang tepi atas yang menahan aksi tekan; BDU adalah batang diagonal ujung yang menahan aksi tekan; BDT(-) adalah batang diagonal tengah yang menahan aksi tekan. 4.4.2
Analisa Kekuatan Nominal Penampang Gelagar Melintang Dan Memanjang Terhadap Momen dan Geser Adapun hasil analisa penampang struktur gelagar melintang dan memanjang adalah sebagai berikut: Tabel 4.2 Rekapitulasi hasil analisa kekuatan struktur terhadap momen dan geser Tahanan Struktur Elemen struktur
Gelagar memanjang
Momen (kNm)
Geser (kN)
156.578
520.125
16
Gelagar melintang 4.4.3
962.028
1971.0
Analisa Kekuatan Nominal Sambungan Buhul Rekapitulasi hasil analisa sambungan utama struktur atas jembatan adalah sebagai berikut: Tabel 4.3 Rekapitulasi hasil analisa kekuatan sambungan baut No
Item Sambungan
1
Geser baut
2
Tumpu pelat
Tahanan nominal (kN) 276 138.7
4.4.4 Rating Factor Kekuatan Nominal Penampang Batang Rangka Baja Terhadap Gaya-Gaya Batang Dengan metode perhitungan yang sama dengan cara di atas pada batang-batang lainnya, maka adapun rekapitulasi dari analisa rating factor struktur rangka utama jembatan adalah sebagai berikut:
17
4
18
5
19
Dapat disimpulkan bahwa kapasitas batang tepi atas (BTA) pada span 35m yaitu batang no. 10 dan 11 berada pada kondisi kritis dengan rating factor 1.062 pasca penggantian lantai jembatan sehingga harus diperkuat untuk menjaga keamanan dan kestabilan struktur atas. 4.4.5
Rating Factor Kekuatan Nominal Penampang Gelagar Memanjang dan Melintang Terhadap Momen dan Geser Untuk span 25 m Adapun rekapitulasi hasil rating factor penampang gelagar terhadap momen dan geser adalah sebagai berikut: Tabel 4.6 Rekapitulasi hasil rating factor gelagar melintang dan memanjang Rating factor No Elemen Aksi Keterangan Momen Geser 1
Span 25 m
2
Span 35 m
Gel. Memanjang
0.704
5.618
Bahaya
Gel. Melintang
1.123
3.514
Aman
Gel. Memanjang
0.717
5.774
Bahaya
Gel. Melintang 1.155 4.083 Aman Dapat disimpulkan bahwa kapasitas gelagar memanjang (GMM) tidak mampu menahan momen pasca penggantian lantai jembatan sehingga batang tersebut harus diperkuat untuk menjaga keamanan dan kestabilan struktur atas. 4.4.6
Rating Factor Kekuatan Nominal Sambungan Buhul Dengan cara yang sama seperti di atas, maka adapun rekapitulasi hasil rating factor kapasitas sambungan terhadap gaya batang maksimum adalah sebagai berikut: Tabel 4.7 Rekapitulasi hasil rating factor kapasitas sambungan baut Gaya Batang (KN) No. Btg
Beban
Rating Factor
Beban Hidup "D" Tekan
Geser
Rating Min
Ket
Mati
Tarik
Tumpu
1
75.330
104.608
0
16.882
8.228
8.228
aman
2
188.098
255.049
0
6.608
3.059
3.059
aman
3
225.599
299.764
0
5.533
2.513
2.513
aman
4
188.098
255.049
0
6.608
3.059
3.059
aman
5
75.330
104.608
0
16.882
8.228
8.228
aman
6
-152.910
0
-215.324
7.944
7.944
aman
7
-229.449
0
-322.983
5.127
5.127
aman
8
-229.449
0
-322.983
5.127
5.127
aman
Span 25 meter
20
9
-152.910
0
-215.324
7.944
7.944
aman
10
-204.256
0
-279.921
5.980
5.980
aman
11
196.959
279.921
0
5.998
2.764
aman
12
-104.971
33.415
-173.377
10.064
10.064
aman
13
97.458
173.377
-33.415
10.095
4.873
aman
14
-5.471
91.212
-91.212
19.908
19.908
aman
15
-5.471
91.212
-91.212
19.908
19.908
aman
16
97.458
173.377
-33.415
10.095
4.873
aman
17
-104.971
33.415
-173.377
10.064
10.064
aman
18
196.959
279.921
0
5.998
2.764
aman
19
-204.256
0
-279.921
5.980
5.980
aman
2.764 4.873
4.873 2.764
Span 35 m 1
110.182
133.227
0
13.069
6.274
6.274
aman
2
296.117
353.315
0
4.552
1.990
1.990
aman
3
407.224
482.395
0
3.169
1.293
1.293
aman
4
444.187
521.6 22
0
2.880
1.145
1.145
aman
5
407.224
482.395
0
3.169
1.293
1.293
aman
6
296.117
353.315
0
4.552
1.990
1.990
aman
7
110.182
133.227
0
13.069
6.274
6.274
aman
8
-229.449
0
-278.917
5.937
5.937
aman
9
-382.527
0
-464.855
3.327
3.327
aman
10
-459.066
0
-557.819
2.674
2.674
aman
11
-459.066
0
-557.819
2.674
2.674
aman
12
-382.527
0
-464.855
3.327
3.327
aman
13
-229.449
0
-278.917
5.937
5.937
aman
14
-303.757
0
-362.592
4.420
4.420
aman
15
296.459
362.592
0.000
4.435
1.938
aman
16
-204.472
22.707
-264.437
6.329
6.329
aman
17
196.959
264.437
-22.707
6.350
2.926
aman
18
-104.971
60.506
-181.371
9.620
9.620
aman
19
97.458
181.371
-60.506
9.650
4.658
aman
20
-5.471
113.394
-113.394
16.014
16.014
aman
21
-5.471
113.394
-113.394
16.014
16.014
aman
22
97.458
181.371
-60.506
9.650
4.658
aman
23
-104.971
60.506
-181.371
9.620
9.620
aman
24
196.959
264.437
-22.707
6.350
2.926
aman
25
-204.472
22.707
-264.437
6.329
6.329
aman
26
296.459
362.592
0
4.435
1.938
aman
27
-303.757
0
-362.592
4.420
4.420
aman
1.938 2.926 4.658
4.658 2.926 1.938
21
Dapat disimpulkan bahwa kapasitas sambungan baut masih mampu menahan beban pasca penggantian lantai jembatan. 4.5 Analisa Lendutan Lendutan yang diizinkan akibat penggantian beban lantai akibat kombinasi beban mati dan beban hidup tidak boleh melebihi 1/500 panjang bentang untuk jembatan, yaitu izin = L/500 25000mm untuk span 25 m, izin = = 50 mm
untuk span 35 mm, izin =
500 35000mm 500
= 70 mm
(1) Span 25 m Dari hasil pemodelan dan analisa software SAP2000 untuk kombinasi maksimum beban mati dan beban hidup (Combo : COMB”D”) diperoleh lendutan yang terjadi pada span 25m sebesar 22.4933 mm.
Gambar 4.12 Lendutan yang terjadi pada span 25 m = 22.0517 mm < izin = 50 mm ............. memenuhi syarat (2) Span 35 m Dari hasil pemodelan dan analisa software SAP2000 untuk kombinasi maksimum beban mati dan beban hidup (Combo : COMB”D”) diperoleh lendutan yang terjadi pada span 35m sebesar 59.0254 mm.
Gambar 4.13 Lendutan yang terjadi pada span 35 m mm < izin = 70 mm ............. memenuhi syarat
= 59.0254
22
Untuk pembebanan akibat beban dinamis maka digunakan hasil lendutan oleh maksimum akibat beban hidup “D” yaitu load combination Mload “D”. Titik yang ditinjau adalah yang mengalami lendutan maksimum yaitu ditengah bentang. Persyaratan lendutan untuk beban akibat masa layan yaitu akibat beban lalu lintas ditambah dengan beban kejut tidak boleh melebihi 1/800 dari panjang bentang keseluruhan. 25000mm untuk span 25 m, izin = 800 = 31.25 mm
untuk span 35 mm,
izin =
35000mm 800
= 43.75 mm
1) span 25 m Dari hasil pemodelan dan analisa software SAP2000 diperoleh lendutan yang terjadi sebesar 8.516 mm.
Gambar 4.14 Lendutan yang terjadi pada span 25 m mm < izin = 31.25 mm ............. memenuhi syarat
= 8.516
2) untuk span 35 m Dari hasil pemodelan dan analisa software SAP2000 diperoleh lendutan yang terjadi sebesar 21.5649 mm.
Gambar 4.15 Lendutan yang terjadi pada span 35 m mm < izin = 43.75 mm ............. memenuhi syarat
= 21.5649
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari hasil analisa dan perhitungan yang dilakukan maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut. 1. Kapasitas struktur atas jembatan rangka setelah penggantian lantai jembatan menjadi lantai beton tidak mampu menahan beban layan yang
23
bekerja dilihat dengan adanya bagian komponen tertentu yang memiliki nilai Stress Ratio, SR>1 yaitu untuk batang tepi atas (batang no. 10 dan 11) pada span 35 m dan gelagar memanjang pada struktur lantai jembatan. 2. Secara keseluruhan hasil analisa struktur dengan menggunakan aplikasi SAP2000 sesuai dengan hasil perhitungan manual. Adanya perbedaan hasil yang tipis antara hasil analisa SAP2000 dan analisa manual pada batang rangka disebabkan oleh analisa manual yang tidak memperhitungkan pengaruh nilai momen pada analisa rating factor. 5.2 Saran Dari hasil asesmen kapasitas jembatan rangka baja pasca penggantian lantai kayu menjadi lantai beton maka dapat diajukan saran sebagai berikut 1. Perlu dilakukan studi lanjutan untuk perkuatan struktur atas jembatan sebelum penggantian lantai jembatan, utamanya untuk bagian-bagian yang kritis. 2. Perlu dilakukan studi serupa mengenai kapasitas substruktur (bangunan bawah) dari Jembatan Rangka Baja Sungai Pasangkayu.
DAFTAR PUSTAKA Badan Standarisasi Nasional, Perencanaan Struktur Baja untuk Jembatan (RSNI T-03-2005). Badan Standarisasi Nasional, Pedoman Pembebanan Jembatan (RSNI T-022005). Direktorat Jenderal Bina Marga, Gambar Standar Rangka Baja Bangunan Atas Jembatan Kelas A dan B (Pd BM No.007/BM/2005). Direktorat Jenderal Bina Marga, Pemeriksaan Jembatan Rangka Baja (Pd BM No.005/BM/2009). Direktorat Jenderal Bina Marga, Penentuan Nilai Kapasitas Jembatan (Pd BM No.024/BM/2011). Prabowo, & Hary, Sukamto (2008), “Perencanaan Jembatan Kali Kuto Kabupaten Kendal”, Thesis, Universitas Diponegoro, Semarang.
24
