REDESAIN PRESTRESS (POST-TENSION) BETON PRACETAK I GIRDER ANTARA PIER 4 DAN PIER 5, RAMP 3 JUNCTION KUALANAMU “Studi Kasus pada Jembatan Fly-Over Jalan Toll Medan-Kualanamu” TUGAS AKHIR Adriansyah Pami Rahman Siregar 110404057
REDESAIN PRESTRESS (POST-TENSION)
BETON PRACETAK I GIRDER ANTARA PIER 4 DAN PIER 5,
RAMP 3 JUNCTION KUALANAMU
“Studi Kasus pada Jembatan Fly-Over Jalan Toll Medan-Kualanamu”
Adriansyah Pami Rahman Siregar
110404057
Pembimbing Ir. Besman Surbakti, M.T.
Nip.195410121980031001
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK USU
2014
ABSTRAK
Pekerjaan Struktural pembuatn Fly-over Toll Medan-Kualanamu, junction kualanamu, merupakan pekerjaan struktur yang menggunakan balok I sebagai balok girdernya. Girder pada fly-over toll Meda-Kualanamu merupakan balok precast segmental yang selanjutnya akan disatukan menggunakan sistem kabel prategang Dengan adanya revisi clearance height, sehingga pier 5 pada ramp 3, Junction Kualanamu, mengalami peninggian, maka hal ini akan menyebabkan balok di atasnya mengalami modifikasi pada ujung-ujungnya. Bentuk yang dipilih untuk permasalahan ini yaitu dapped-end. Dengan diberi model dapped-end ini pada ujung balok (perletakan) maka elevasi jalan rencana di atasnya tidak akan berubah. Dari hasil modifikasi PCI girder diperoleh bentuk tulangan pada perletakan yang berbeda dengan bentuk tulangan balok sebelumnya. Model keruntuhan pada jenis balok inilah yang memerlukan penyusunan tulangan khusus sehingga balok ini mampu memikul beban di atasnya tanpa mengalami keruntuhan.
Kata kunci: Beton prategang, PCI girder, pratekan penuh, losses, end-block, dapped-end.
DAFTAR ISI
ABSTRAK....................................................................................................... i DAFTAR ISI ................................................................................................... ii DAFTAR TABEL........................................................................................... viDAFTAR GAMBAR ...................................................................................... viii
DAFTAR NOTASI ......................................................................................... xi KATA PENGAN TAR .................................................................................... xivBAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah ....................................................................
1 I.2 Perumusan Masalah ...........................................................................
3 I.3 Tujuan ................................................................................................
4 I.4 Manfaat ..............................................................................................
4 I.5 Pembatasan Masalah ..........................................................................
5 I.6 Metodologi Penelitian .......................................................................
6 I.7 Sistematika Penulisan ........................................................................
6 BAB II STUDI PUSTAKA II.1 Umum ...............................................................................................
8 II.2 Proses Pencetakan Beton ..................................................................
11 II.3 Proses Penarikan Kabel (Stressing) ..................................................
13 II.3.1 Pratarik.....................................................................................
13 II.3.2 Pascatarik .................................................................................
14 II.4 Jenis Balok Girder ............................................................................
15 II.4.1 PCI Girder................................................................................
15 II.4.2 PCU Girder ..............................................................................
15 II.4.3 Box Girder ...............................................................................
16 II.5 Peraturan Pembebanan .....................................................................
16
II.5.1 Beban mati ...............................................................................
17 II.5.2 Beban hidup .............................................................................
19 II.5.2.1 Lajur lalu lintas rencana ..............................................
19 II.5.2.2 Beban truk “T”.............................................................
19 II.5.2.3 Beban lajur “D” ...........................................................
21 II.6 Kombinasi Pembebanan ...................................................................
25 II.7 Kabel prategang ................................................................................
27 II.7.1 Daerah aman kabel ..................................................................
27 II.7.2 Kehilangan gaya prategang .....................................................
29
a. Kehilangan akibat gesekan ...................................... 29
b. Kehilangan akibat slip pengangkuran...................... 31
c. Kehilangan akibat pemendekan elastis .................... 32 II.7.2.2 Long term .......................................................................
33
a. Kehilangan akibat penyusutan ............................... 33
b. Kehilangan akibat rangkak ..................................... 34
c. Kehilangan akibat relaksasi baja ............................ 35 II.8 Tegangan dan lendutan .....................................................................
36 II.9 Desain Dapped End ..........................................................................
38 II.9.1 Lentur dan aksial tarik pada ujung yang diperpanjang............
39 II.9.2 Geser langsung ........................................................................
40 II.9.3 Tarik diagonal sudut ................................................................
40 II.9.4 Tarik diagonal pada ujung yang diperpanjang ........................
41 II.10 Kontrol tegangan pada angkur........................................................
41 BAB III APLIKASI DAN PEMBAHASAN III.1 Karakteristik Beton prategang.........................................................
43 III.2 Spesifikasi Balok .............................................................................
43 III.3 Pembebanan ....................................................................................
45 III.3.1 Beban Mati .............................................................................
45 III.3.2 Beban Hidup...........................................................................
51 III.4 Section Properties............................................................................
53
III.4.1 Penentuan lebar efektif plat lantai ..........................................
53 III.4.2 Section analysis pada tengah bentang ....................................
55 III.4.2.1 Precast beam..................................................................
55 III.4.2.2 Composite beam ............................................................
56 III.4.2.3 Rangkuman....................................................................
57 III.4.3 Section analysis pada tumpuan ..............................................
58 III.4.3.1 Precast beam..................................................................
58 III.4.3.2 Composite beam ............................................................
59 III.4.3.3 Rangkuman....................................................................
60 III.6 Analisa Momen dan Geser ..............................................................
60 III.6.1 Analisa Balok A .....................................................................
61 III.6.1.1 Analisa momen ultimate................................................
61 III.6.1.2 Analisa geser ultimate ...................................................
62 III.6.2 Analisa Balok C .....................................................................
62 III.6.2.1 Analisa momen ultimate................................................
63 III.6.2.2 Analisa geser ultimate ...................................................
63 III.7 Perencanaan gaya prategang ...........................................................
64 III.7.1 Asumsi Losses........................................................................
64 III.7.2 Asumsi letak tendon ekivalen ................................................
64 III.7.3 Perhitungan kebutuhan prategang ..........................................
66 III.7.4 Karakteristik kabel prategang.................................................
67 III.7.5 Cek terhadap daerah aman kabel............................................
68 III.7.6 Cable setting...........................................................................
70 III.8 Losses actual....................................................................................
73 III.8.1 Kehilangan akibat gesekan .....................................................
73 III.8.2 Kehilangan akibat slip pengangkuran ....................................
74 III.8.3 Kehilangan akibat pemendekan elastis ..................................
76 III.8.4 Kehilangan akibat penyusutan ...............................................
80 III.8.5 Kehilangan akibat rangkak .....................................................
82 III.8.6 Kehilangan akibat relaksasi baja ............................................
84 III.9 Tegangan efektif kabel ....................................................................
85
III.10 Analisa tegangan dan lendutan......................................................
86 III.10.1 Tegangan awal................................................................
86 III.10.2 Lendutan awal ................................................................
88 III.10.3 Tegangan layan ..............................................................
89 III.10.4 Lendutan layan ...............................................................
91 III.11 Desain Dapped End.......................................................................
93 III.12 End Block ......................................................................................
97 BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN
IV.2 Saran................................................................................................ 100
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... xvi
DAFTAR TABEL
Tabel Judul42 Tabel 3.1 Panjang tiap-tiap segmen balok
61 Tabel 3.12 Geser ultimate balok A
60 Tabel 3.11 Momen ultimate balok A
59 Tabel 3.10 Resume section properties balok pada tumpuan
58 Tabel 3.9 Section properties balok komposit I pada tumpuan
57 Tabel 3.8 Section properties balok pracetak I pada tumpuan
56 Tabel 3.7 Resume Section properties balok lapangan
55 Tabel 3.6 Section properties balok komposit lapangan
53 Tabel 3.5 Section properties balok pracetak I lapangan
51 Tabel 3.4 Resume beban hidup
51 Tabel 3.3 Pembebanan truk “T”
44 Tabel 3.2 Beban akibat berat sendiri pada balok A dan C
40 Tabel 2.10 Faktor reduksi kekuatan ϕ
Halaman
38 Tabel 2.9 Koefisien shear-friction yang disyaratkan
34 Tabel 2.8 Tabel batasan defleksi berdasarkan BMS (l=panjang bentang)
untuk pasca-tarik
sh
26 Tabel 2.7 Tabel K
26 Tabel 2.6 Faktor Beban Untuk Beban Mati Tambahan
25 Tabel 2.5 Faktor Beban Untuk Berat Sendiri
20 Tabel 2.4 Faktor Pembebanan
19 Tabel 2.3 Faktor Distribusi Untuk Pembebanan Truk “T”
17 Tabel 2.2 Jumlah Lajur Lalu Lintas Rencana
Tabel 2.1 Berat Isi Untuk Beban Mati62
Tabel 3.13 Momen ultimate balok C63 Tabel 3.14 Geser ultimate balok C
63 Tabel 3.15 Cable setting
70 Tabel 3.16 Losses akibat friksi
74 Tabel 3.17 Losses akibat slip pengangkuran
76 Tabel 3.18 Losses akibat pemendekan elastis
80 Tabel 3.19 Losses akibat penyusutan beton
81 Tabel 3.20 Losses akibat rangkak beton
83 Tabel 3.21 Losses akibat relaksasi baja
84 Tabel 3.22 Resume gaya pratekan setelah kehilangan losses
85 Tabel 3.23 Resume losses taksiran vs losses aktual
86 Tabel 3.24 Tegangan inisial aktual
86 Tabel 3.25 Tegangan layan aktual
89 Tabel 3.26 Dimensi end block
97 Tabel 3.27 Kontrol end block
98
DAFTAR GAMBAR Tabel Judul Halaman
20 Gambar 2.11 Beban “D”: beban terbagi rata vs panjang bentang
39 Gambar 3.1 Potongan melintang balok
36 Gambar 2.19 Model keruntuhan pada dapped end
32 Gambar 2.18 Diagram Tegangan pada Balok Beton Prategang
28 Gambar 2.17 Slip angkur
28 Gambar 2.16 Bentuk tipikal daerah aman kabel
24 Gambar 2.15 Hubungan limit kern dan daerah aman kabel
23 Gambar 2.14 Penyebaran pembebanan arah melintang
23 Gambar 2.13 Beban lajur “D”
Gambar 2.12 Faktor beban dinamis untuk beban garis terbagi rata “D”22 yang dibebani
16 Gambar 2.10 Pembebanan truk “T”
Gambar 1.1 Balok I Girder16 Gambar 2.9 Bentuk tampang balok girder Box Girder
15 Gambar 2.8 Bentuk tampang balok girder PCU Girder
14 Gambar 2.7 Bentuk tampang balok girder PCI Girder
13 Gambar 2.6 Metode Penarikan Kabel Pasca Tarik
12 Gambar 2.5 Metode Penarikan Kabel Pratarik
11 Gambar 2.4 Pencetakan Balok di Pabrik
9 Gambar 2.3 Pencetakan Beton di lapangan
9 Gambar 2.2 Struktur Beton Pratekan Pertama oleh Jackson, 1886
3 Gambar 2.1 Retak pada Struktur Beton Bertulang
2 Gambar 1.2 Balok sebelum dan setelah revisi
44
Gambar 3.2 Potongan melintang jembatan58 Gambar 3.15 Model analisa balok A
81 Gambar 3.25 Losses akibat rangkak
80 Gambar 3.24 Losses akibat penyusutan
76 Gambar 3.23 Losses akibat pemendekan elastis
74 Gambar 3.22 Losses akibat slip pengangkuran
73 Gambar 3.21 Losses akibat gesekan
70 Gambar 3.20 Tata letak tendon
66 Gambar 3.19 Daerah aman kabel
66 Gambar 3.18 Diagram tegangan pratekan penuh
62 Gambar 3.17 Letak kabel ekivalen
61 Gambar 3.16 Model analisa balok C
55 Gambar 3.14 Section analysis penampang balok tumpuan
45 Gambar 3.3 Potongan melintang deck slab
53 Gambar 3.13 Section analysis penampang balok lapangan
53 Gambar 3.12 Hasil reaksi tumpuan beban “D” dengan SAP 2000
52 Gambar 3.11 Penempatan beban “D” dengan SAP 2000
52 Gambar 3.10 Hasil reaksi tumpuan beban “T” dengan SAP 2000
52 Gambar 3.9 Penempatan beban “T” dengan SAP 2000
51 Gambar 3.8 Pemodelan melintang jembatan dengan SAP 2000
50 Gambar 3.7 Beban T
49 Gambar 3.6 Diaphragma tengah
48 Gambar 3.5 Diaphragma ujung
46 Gambar 3.4 Penampang parapet
83
Gambar 3.26 Losses akibat relaksasi baja85 Gambar 3.27 Tegangan initial balok prategang
87 Gambar 3.28 Tegangan layan balok prategang
90 Gambar 3.29 Detail penulangan dapped-end
96 Gambar 3.30 Detail penulangan balok sebelum revisi
97