Analisa Balok Prategang Jembatan Jl. Sudirman dan Dibandingkan Menggunakan Balok Komposit Baja- Beton (Studi Kasus)
ANALISA BALOK PRATEGANG JEMBATAN
JL. SUDIRMAN DAN DIBANDINGKAN MENGGUNAKAN
BALOK KOMPOSIT BAJA- BETON
(Studi Kasus)
TUGAS AKHIR
Andre Bachtiar Sihaloho
110404088
Dosen Pembimbing :
Ir. S anci Barus, M.T.
19520901 198112 1 001
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNI K SIPIL
FAKULTAS TEKNI K
UNIVERSI TAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Jembatan Sudirman merupakan bagian jalan guna memberikan pelayanan
pemakai jalan dan demi kelancaran perekonomian masyarakat di kota M edan.
Konstruksi jembatan ini terdiri dari konstruksi beton dengan bentang 35 m dan
lebar 2 x 7,5 m, dengan konstruksi balok presstress, lantai beton konvensional.
Balok ini berupa tampang bentuk I. Balok ini terdiri beberapa segmen yang
disatukan dengan kabel prategang(tendon). Dimensi balok precast dengan H=
1700 mm, tebal slab = 250 mm, tegangan balok fc’= 41,50 M Pa, fc’ slab = 29,05
Mpa. Setelah dianalisa ulang didapat, gaya prategang awal (Pi)= 810 722 kg, gaya
prategang akhir (Pe) = 629 985 kg. Pada kondisi awal, tegangan balok sisi atas =
11,38 kg/cm2, tegangan sisi balok bawah = 205,70 kg/cm2. Pada kondisi akhir,
tegangan balok sisi atas = 11,38 kg/cm2, tegangan pada slab = 57,04 kg/cm2,
tegangan pada sisi atas balok = 145,64 kg/cm2. Lendutan pada balok bagian
tengah bentang = 37,80 mm < lendutan izin = 43,80 mm. Bila dibandingkan
menggunakan tipe struktur komposit baja-beton, dengan metode ASD (elastis)
jembatan tersebut dapat menggunakan profil I 1460x300x20x30 dengan plat
perkuatan sayap (300x30) mm sepanjang 23,56 m, luas total profil 550 cm2, dan
berat total baja 15733,32 kg. Bila dihitung dengan metode LRFD, dapat
digunakan profil I 1560x300x20x30, luas total profil 480 cm2, dan berat profil
14506,8 kg. Dari hasil perhitungan biaya balok jembatan, terbukti bahwa struktur
komposit lebih hemat dibandingkan struktur prategang. Dari perhitungan
komposit metode ASD dan LRFD, dapat dibuktikan dari berat profil , metode
LRFD lebih hemat dibandingkan metode ASD.
Kata kunci: prategang, losses, lendutan, komposit, plat perkuatan sayap.
i
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABS TRAK ................................................................................................................... i
DAFTAR IS I ................................................................................................................ii
DAFTAR TABEL ....................................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR..................................................................................................viii
DAFTAR NOTAS I....................................................................................................... xi
KATA PENGANTAR................................................................................................ xiv
BAB I. PENDAHULUAN .......................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang M asalah .............................................................................. 1
1.2. Perumusan M asalah...................................................................................... 2
1.3. Tujuan ....................................................................................................... 2
1.4. M anfaat ........................................................................................................ 2
1.5. Pembatasan M asalah ................................................................................... 3
1.6. M etodologi Penulisan .................................................................................. 4
1.7. Sistematika Penulisan .................................................................................. 7
BAB II. S TUDI PUS TAKA ....................................................................................... 8
2.1.Umum ........................................................................................................... 8
2.2. Proses Pencetakan Beton.......................................................................... 11
2.3.Proses Penarikan Kabel ............................................................................ 12
2.3.1. Pratarik ............................................................................................ 13
2.3.2. Pascatarik ........................................................................................ 14
2.4.Jenis Balok Girder .................................................................................... 14
2.4.1. PCI girder ........................................................................................ 14
2.4.2. PCU girder ...................................................................................... 15
2.4.3. Box girder ...................................................................................... 16
2.5.Peraturan Pembebanan
............................................................................. 16
2.5.1. Beban mati ...................................................................................... 17
2.5.2. Beban hidup .................................................................................... 18
2.5.2.1. Lajur lalu lintas rencana ..................................................... 19
2.5.2.2. Beban truk “T” ................................................................... 20
2.5.2.3. Beban lajur “D” .................................................................. 22
2.6.Kombinasi Pembebanan ........................................................................... 25
ii
Universitas Sumatera Utara
2.7.Kabel Prategang ....................................................................................... 28
2.7.1. Daerah aman kabel .......................................................................... 28
2.7.2. Kehilangan gaya prategang ............................................................. 30
2.7.2.1. Short Term ........................................................................ 30
2.7.2.1.1. Kehilangan akibat gesekan ................................. 30
2.7.2.1.2. Kehilangan akibat slip pengangkuran ................ 32
2.7.2.1.3. Kehilangan akibat pemendekan elastis .............. 33
2.7.2.2. Long Term ......................................................................... 35
2.7.2.2.1. Kehilangan akibat penyusutan ........................... 35
2.7.2.2.2. Kehilangan akibat rangkak ................................. 36
2.7.2.2.3. Kehilangan akibat relaksasi baja ........................ 36
2.8.Tegangan dan Lendutan ............................................................................. 37
2.9.Sistem Komposit ........................................................................................ 40
2.9.1. Pengertian ....................................................................................... 40
2.9.2. Aksi komposit ................................................................................ 41
2.9.3. Pra dimensi ..................................................................................... 42
2.9.4. Lebar efektif ................................................................................... 42
2.9.5. Konstruksi komposit (ASD) ........................................................... 42
2.9.5.1.Tanpa perancah .................................................................. 42
2.9.5.2.Dengan perancah ................................................................ 43
2.9.6. Shear Connector (Alat Penyambung Geser) .................................. 45
2.9.6.1.Perencanaan ....................................................................... 45
2.9.6.2.Syarat ................................................................................. 48
2.9.7. Lendutan ......................................................................................... 48
2.9.8. Teori LRFD .................................................................................... 49
2.9.8.1.Komponen M emikul Lentur .............................................. 49
2.9.8.2.Komponen M emikul Geser ............................................... 53
2.9.8.3.Kuat lentur nominal .......................................................... 54
2.9.8.4. Konsep Dasar LRFD ....................................................... 56
2.9.8.4.1.Desain LRFD struktur baja ................................ 57
2.9.8.4.2.Faktor tahanan .................................................... 57
BAB III. APLIKAS I DATA DAN PEMBAHAS AN ............................................. 59
iii
Universitas Sumatera Utara
3.1. Karakteristik Beton Prategang .................................................................. 59
3.2. Spesifikasi Balok ....................................................................................... 59
3.3. Pembebanan............................................................................................... 63
3.3.1. Beban mati ...................................................................................... 63
3.3.2. Beban hidup .................................................................................... 67
3.3. Section Propertis .................................................................................... 68
3.3.1. Penentuan lebar efektif pelat lantai ................................................ 68
3.3.2. Section analysis pada tengah bentang ............................................ 69
3.3.2.1.Balok precast ........................................................................ 69
3.3.2.2.Balok komposit ..................................................................... 71
3.3.3. Section analysis pada tumpuan ...................................................... 72
3.3.3.1.Balok precast ........................................................................ 72
3.3.3.2.Balok komposit ..................................................................... 73
3.4. Tegangan ................................................................................................. 74
3.4.1. Reaksi balok pendukung ............................................................... 75
3.4.2. Kontrol tegangan balok
................................................................. 76
3.5. Kontrol lendutan balok ............................................................................ 76
3.6. M omen kapasitas balok.............................................................................. 76
3.6.1. Kabel prategang ............................................................................ 77
3.6.1.1.Profil kabel ........................................................................... 77
3.6.1.2.Gaya tarik awal ..................................................................... 78
3.6.2. Kehilangan prategang ................................................................... 79
3.6.2.1.Jangka pendek
...................................................................... 79
3.6.2.1.1. Gesekan ................................................................ 79
3.6.2.1.2. Anchorslip ............................................................ 80
3.6.2.1.3. Penyusutan elastic (ES) ........................................ 81
3.6.2.2.Jangka panjang ..................................................................... 81
3.6.2.2.1. Penyusutan (SH) .................................................. 81
3.6.2.2.2. Creep (CR) ............................................................ 81
3.6.2.2.3. Relaksasi baja (RE) .............................................. 82
3.6.3. Gaya prategang efektif .................................................................. 84
3.7. Analisa Tegangan dan Lendutan................................................................ 84
iv
Universitas Sumatera Utara
3.7.1 Tegangan awal ............................................................................... 85
3.7.2 Tegangan layan .............................................................................. 85
3.7.3 Lendutan ........................................................................................ 87
3.8. Kapasitas Momen....................................................................................... 88
3.9. Analisa Geser ............................................................................................. 90
3.9.1 Perhitungan tulangan geser
3.9.2 Konektor geser
........................................................... 90
.............................................................................. 92
3.10 Perencanaan sistem komposit (ASD)....................................................... 93
3.10.1 Rencana penampang melintang ..................................................... 93
3.10.2 Pra dimensi..................................................................................... 93
3.10.3 Lebar efektif ................................................................................... 94
3.10.4 Perhitungan beban-beban ............................................................... 96
3.10.5 Perhitungan momen ....................................................................... 98
3.10.6 Kontrol tegangan............................................................................ 98
3.10.7 Rencana pemutusan plat perkuatan sayap...................................... 99
3.10.8 Perencanaan shear connector ....................................................... 105
3.10.9 Kontrol lendutan.......................................................................... 108
3.11 Perencanaan sistem komposit (LRFD)................................................... 109
3.11.1 Rencana penampang melintang .................................................... 109
3.11.2 Pra dimensi................................................................................... 109
3.11.3 Lebar efektif ................................................................................. 110
3.11.4 Perhitungan beban-beban ............................................................. 112
3.11.5 Perhitungan momen dan lintang .................................................. 114
3.11.6 Kontrol kuat momen lentur .......................................................... 115
3.11.6.1 Sebelum komposit ............................................................... 115
3.11.6.2 Sesudah komposit................................................................ 118
3.11.7 Kontrol geser................................................................................ 120
3.11.8 Perencanaan shear connector ....................................................... 121
3.11.9 Kontrol lendutan.......................................................................... 125
3.12 Perbandingan dimensi komposit ............................................................. 126
3.13 Perbandingan estimasi biaya struktur...................................................... 126
BAB IV. KES IMPULAN DAN S ARAN ............................................................... 127
v
Universitas Sumatera Utara
4.1. Kesimpulan ............................................................................................ 127
4.2. Saran ....................................................................................................... 127
DAFTAR PUS TAKA .............................................................................................. 129
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... 131
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabe l
Judul
Halaman
2.1
Berat Isi Untuk Beban M ati
17
2.2
Jumlah Lajur Lalu Lintas Rencana
19
2.3
Faktor Distribus i Untuk Pembebanan Truk “T”
21
2.4
Faktor Pembebanan
26
2.5
Faktor Beban Untuk Berat Sendiri
27
2.6
Faktor Beban Untuk Beban M ati Tambahan
28
2.7
Tabel Ksh untuk pasca-tarik
36
2.8
Tabel batasan defleksi berdasarkan BM S (l=panjang bentang)
39
2.9
Faktor reduksi (Ф) untuk keadaan kekuatan batas
57
3.1
Panjang tiap-tiap segmen balok
60
3.2
Berat Balok
61
3.3
Penampang balok precast
62
3.4
Penampang balok komposit
62
3.5
Penampang balok precast dan komposit
62
3.6
Beban akibat berat sendiri pada balok
66
3.7
Pembebanan truk “T”
67
3.8
Beban terbagi rata dan beban titik
68
3.9
Penampang di tengah bentang
70
3.10
Perhitungan momen dan inersia balok
71
3.11
Rangkuman balok precast dan komposit
72
3.12
Balok Precast
72
vii
Universitas Sumatera Utara
3.13
M ome n inersia balok komposit
73
3.14
Rangkuman momen tahanan
74
3.15
Konfiguras i kabel strand
74
3.16
Gaya prategang
77
3.17
Tegangan kabel
84
3.18
Tegangan awal
85
3.19
Tegangan layan
85
3.20
Beban prategang
87
3.21
Defleksi pada balok
88
3.22
Penulangan geser balok
91
3.23
Beban Ultimit akibat berat sendiri balok
3.24
Perbandingan tampang profil cara ASD dan LRFD
98
3.25
Rekapitulasi biaya balok precast dan komposit
98
113
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Judul
Gambar
Gambar 1.1
1.1 Potongan melintang jembatan sudirman
22
Gambar 2.1 Retak pada struktur beton bertulang
9
Gambar 2.2 Struktur beton pratekan pertama oleh jackson, 1886
9
Gambar 2.3 Pencetakan beton di lapangan
11
Gambar 2.4 Pencetakan balok di pabrik
12
Gambar 2.5 M etode penarikan kabel pratarik
13
Gambar 2.6 M etode penarikan kabel pasca tarik
14
Gambar 2.7 Bentuk tampang balok girder pci girder
15
Gambar 2.8 Bentuk tampang balok girder pcu girder
15
Gambar 2.9 Bentuk tampang balok girder box girder
16
Gambar 2.10 Pembebanan truk “t”
20
Gambar 2.11 Beban “d”: beban terbagi rata vs panjang bentang
yang dibebani
23
Gambar 2.12 Faktor beban dinamis untuk beban garis terbagi rata “d”
23
Gambar 2.13 Beban lajur “d”
24
Gambar 2.14 Penyebaran pembebanan arah melintang
25
Gambar 2.15 Hubungan limit kern dan daerah aman kabel
29
Gambar 2.16 Bentuk tip ikal daerah aman kabel
30
Gambar 2.17 Slip angkur
33
Gambar 2.18 Diagram tegangan pada balok beton prategang
38
Gambar 2.19 Skema aksi komposit
41
Gambar 2.20 Kondisi batas tekuk lentur torsi pada balok lentur
51
Gambar 2.21 Kuat lentur nominal berdasarkan distribusi tegangan plastis 55
ix
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.1
Panjang tiap-tiap segmen balok
60
Gambar 3.2
Penampang balok dan diafragma
61
Gambar 3.3 Penampang balok
62
Gambar 3.4 Potongan melintang jembatan
63
Gambar 3.5 Potongan melintang deck slab
64
Gambar 3.6 Diaphragma ujung
65
Gambar 3.7 Diaphragma tengah
66
Gambar 3.8 Beban T
67
Gambar 3.9 Penampang di tengah bentang
69
Gambar 3.10 Penampang balok di tengah bentang
72
Gambar 3.11 Penampang balok pada tumpuan
61
Gambar 3.12 Grafik tahapan kehilangan prategang
83
Gambar 3.13 Diagram tegangan balok kondisi awal
86
Gambar 3.14 Diagram tegangan balok kondisi layan
86
Gambar 3.15 Lendutan pada balok
87
Gambar 3.16 Penampang balok
88
Gambar 3.17 Rencana penampang komposit baja-beton (ASD)
93
Gambar 3.18 Profil+plat perkuatan sayap
93
Gambar 3.19 Titik berat komposit
96
Gambar 3.20 Penampang melintang
97
Gambar 3.21 Garis Pengaruh Momen
101
Gambar 3.22 Penambahan panjang plat perkuatan
105
Gambar 3.23 Titik berat komposit
105
Gambar 3.24 Profil baut
106
xi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.25 Garis pengaruh lintang
106
Gambar 3.26 Rencana penampang komposit baja-beton (LRFD)
109
Gambar 3.27 Profil rencana (LRFD)
109
Gambar 3.28 Penampang melintang
112
Gambar 3.29 Diagram momen
117
Gambar 3.30 Titik berat komposit
122
Gambar 3.31 Profil baut
122
Gambar 3.32 Garis pengaruh lintang
123
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
A
= Luas penampang
be
= Lebar efektif
E
= Elastis itas bahan
e
= Eksentris itas kabel
eoa
= Batas atas aman kabel
eob
= Batas bawah aman kabel
fy
= Tegangan leleh baja
f’c
= Kuat tekan beton kondisi layan
f’ci
= Kuat tekan beton kondisi awal penegangan kabel
Ic
= Inersia komposit
Io
= Inersia penampang
Ix
= Inersia arah x
K
= Koefisien wobble
Ka
= Jarak dari pusat berat ke batas atas kern
Kb
= Jarak dari pusat berat ke batas bawah kern
K’a
= Limit kern atas
K’b
= Limit kern bawah
Ksh
= Konstanta penyusutan
Ld
= Panjang penyaluran tulangan
Mu
= M omen ultimit
P
= Gaya prategang kondisi layan
Pi
= Gaya prategang kondisi awal penegangan kabel
r
= Jari-jari girasi
xiii
Universitas Sumatera Utara
Rh
= Kelembaban relatif
S
= Jarak rata-rata antara balok memanjang
Vu
= Gaya lintang ultimit
Wa
= M omen tahanan sisi atas penampang
Wb
= M omen tahanan sisi bawah penampang
ya
= Jarak dari pusat berat balok ke atas balok
yb
= Jarak dari pusat berat balok ke bawah balok
ya’
= Jarak dari pusat berat komposit ke atas komposit
yb’
= Jarak dari pusat berat komposit ke bawah balok
ya”
= Jarak dari pusat berat komposit ke atas balok
= Faktor reduksi kekuatan
µ
= Koefisien friksi
σci
= Tegangan tekan kondisi awal penegangan
σcs
= Tegangan tekan kondisi layan
σg
= Tegangan normal kabel kondisi layan
σgi
= Tegangan normal kabel kondisi awal penegangan
σti
= Tegangan tarik kondisi awal penegangan
σts
= Tegangan tarik kondisi layan
∆pi
= Lendutan kondisi awal penegangan akibat kabel
∆bs
= Lendutan akibat berat sendiri
∆i
= Lendutan total kondisi awal penegangan
∆p
= Lendutan akibat kabel kondisi layan
∆c
= Lendutan akibat deck slab + slab
∆asp
= Lendutan akibat aspal
xiv
Universitas Sumatera Utara
∆ll
= Ledutan akibat beban hidup
∆l
= Lendutan total kondisi layan
̅
= Tegangan leleh izin
l
= Panjang bentang
Fpr
= Luas profil
tb
= Tebal slab beton
Fp
= Luas pelat
Feq
= Luas ekivalen
Za’
= Jarak pusat berat komposit ke tepi atas beton
Za
= Jarak pusat berat komposit ke tepi atas flens baja
Zb
= Jarak pusat berat komposit ke tepi bawah flens baja
qbaja
= Berat baja
qbs
= Berat sendiri
qbt
= Beban tambahan
M bs
= M omen akibat berat sendiri
M bt
= M omen akibat beban tambahan
M bs
= M omen akibat beban bergerak
= Tegangan yang terjadi pada serat atas komposit
= Tegangan yang terjadi pada serat bawah komposit
Ixc
= Inersia arah x komposit
= Tegangan yang terjadi pada slab beton
H
= Tinggi paku/baut
∅
= Diameter baut
t
= Tebal las
xv
Universitas Sumatera Utara
Qa
= Kuat Shear Connector
a
= Jarak baut
Dx
= Gaya lintang
Sxc
= Statis momen
Mn
= Tahanan momen nominal
Mu
= M omen lentur akibat beban terfaktor
fr
= Tegangan sisa
ry
= Jari-jari girasi penampang
Iy
= M omen inersia arah sumbu y
G
= M odulus geser bahan
J
= M omen inersia polar
Cw
= M omen inersia pilin (warping)
Cb
= Faktor pengali momen lentur nominal
Фv
= Faktor reduksi kuat geser
Vn
= Kuat geser nominal
xvi
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur peneliti panjatkan kehadirat Tuhan Yang M aha Esa, atas
rahmat dan berkat-Nya peneliti dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan
judul “Analisa Balok Prategang Jembatan Jl. Sudirman dan Dibandingkan
M enggunakan Balok Komposit Baja-Beton”.
Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan bantuan, bimbingan, arahan
dan dukungan yang berharga dari berbagai pihak. Untuk semua itu, peneliti
menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya dan ucapan terimakasih
yang tulus kepada :
1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai segenap langkah di dalam hidup
penulis.
2. Bapak Ir. Sanci Barus, M .T., selaku Dosen Pembimbing yang telah sabar
memberi bimbingan, arahan, saran serta motivasi kepada peneliti untuk
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir. Besman Surbakti, M .T. dan bapak Ir. Robert Panjaitan, M .T. selaku
Dosen Pembanding saya yang telah memberikan waktu dan tenaga didalam
penyusunan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan,selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Syahrizal, M .T, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
xvii
Universitas Sumatera Utara
6. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan masa studi di Departemen
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Pegawai administrasi dan pegawai-pegawai Departemen Teknik Sipil USU
lainnya.
8. Ayahanda Drs. Ir. Eliner H. Sihaloho, M .T. dan Ibunda tercinta Dina R.
Rajagukguk, Amd, orang tua hebat yang selalu ada buat penulis dalam
memberikan cinta kasih sayang, pengajaran, doa, nasehat dan selalu ada
disetiap hari penulis.
9. Adik-adik saya Dessy, Yohanna, dan Welly yang tidak lupa untuk
menyemangati penulis.
10. Untuk saudara/i seperjuangan, Hendra, Arifin, bg Jannes, Stefano, Andrew,
Nikson, Her Afriyandi, Daniel, Tatano, Saka, Alvin, Gege, Jo, Tommy,
Triboy, dan seluruh teman-teman stambuk 2011.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari
kesempurnaan. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang bersifat
membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini
dapat bermanfaat bagi para pembaca.
M edan,
M aret 2016
Andre Bachtiar Sihaloho
11 0404 088
xviii
Universitas Sumatera Utara
JL. SUDIRMAN DAN DIBANDINGKAN MENGGUNAKAN
BALOK KOMPOSIT BAJA- BETON
(Studi Kasus)
TUGAS AKHIR
Andre Bachtiar Sihaloho
110404088
Dosen Pembimbing :
Ir. S anci Barus, M.T.
19520901 198112 1 001
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNI K SIPIL
FAKULTAS TEKNI K
UNIVERSI TAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Jembatan Sudirman merupakan bagian jalan guna memberikan pelayanan
pemakai jalan dan demi kelancaran perekonomian masyarakat di kota M edan.
Konstruksi jembatan ini terdiri dari konstruksi beton dengan bentang 35 m dan
lebar 2 x 7,5 m, dengan konstruksi balok presstress, lantai beton konvensional.
Balok ini berupa tampang bentuk I. Balok ini terdiri beberapa segmen yang
disatukan dengan kabel prategang(tendon). Dimensi balok precast dengan H=
1700 mm, tebal slab = 250 mm, tegangan balok fc’= 41,50 M Pa, fc’ slab = 29,05
Mpa. Setelah dianalisa ulang didapat, gaya prategang awal (Pi)= 810 722 kg, gaya
prategang akhir (Pe) = 629 985 kg. Pada kondisi awal, tegangan balok sisi atas =
11,38 kg/cm2, tegangan sisi balok bawah = 205,70 kg/cm2. Pada kondisi akhir,
tegangan balok sisi atas = 11,38 kg/cm2, tegangan pada slab = 57,04 kg/cm2,
tegangan pada sisi atas balok = 145,64 kg/cm2. Lendutan pada balok bagian
tengah bentang = 37,80 mm < lendutan izin = 43,80 mm. Bila dibandingkan
menggunakan tipe struktur komposit baja-beton, dengan metode ASD (elastis)
jembatan tersebut dapat menggunakan profil I 1460x300x20x30 dengan plat
perkuatan sayap (300x30) mm sepanjang 23,56 m, luas total profil 550 cm2, dan
berat total baja 15733,32 kg. Bila dihitung dengan metode LRFD, dapat
digunakan profil I 1560x300x20x30, luas total profil 480 cm2, dan berat profil
14506,8 kg. Dari hasil perhitungan biaya balok jembatan, terbukti bahwa struktur
komposit lebih hemat dibandingkan struktur prategang. Dari perhitungan
komposit metode ASD dan LRFD, dapat dibuktikan dari berat profil , metode
LRFD lebih hemat dibandingkan metode ASD.
Kata kunci: prategang, losses, lendutan, komposit, plat perkuatan sayap.
i
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABS TRAK ................................................................................................................... i
DAFTAR IS I ................................................................................................................ii
DAFTAR TABEL ....................................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR..................................................................................................viii
DAFTAR NOTAS I....................................................................................................... xi
KATA PENGANTAR................................................................................................ xiv
BAB I. PENDAHULUAN .......................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang M asalah .............................................................................. 1
1.2. Perumusan M asalah...................................................................................... 2
1.3. Tujuan ....................................................................................................... 2
1.4. M anfaat ........................................................................................................ 2
1.5. Pembatasan M asalah ................................................................................... 3
1.6. M etodologi Penulisan .................................................................................. 4
1.7. Sistematika Penulisan .................................................................................. 7
BAB II. S TUDI PUS TAKA ....................................................................................... 8
2.1.Umum ........................................................................................................... 8
2.2. Proses Pencetakan Beton.......................................................................... 11
2.3.Proses Penarikan Kabel ............................................................................ 12
2.3.1. Pratarik ............................................................................................ 13
2.3.2. Pascatarik ........................................................................................ 14
2.4.Jenis Balok Girder .................................................................................... 14
2.4.1. PCI girder ........................................................................................ 14
2.4.2. PCU girder ...................................................................................... 15
2.4.3. Box girder ...................................................................................... 16
2.5.Peraturan Pembebanan
............................................................................. 16
2.5.1. Beban mati ...................................................................................... 17
2.5.2. Beban hidup .................................................................................... 18
2.5.2.1. Lajur lalu lintas rencana ..................................................... 19
2.5.2.2. Beban truk “T” ................................................................... 20
2.5.2.3. Beban lajur “D” .................................................................. 22
2.6.Kombinasi Pembebanan ........................................................................... 25
ii
Universitas Sumatera Utara
2.7.Kabel Prategang ....................................................................................... 28
2.7.1. Daerah aman kabel .......................................................................... 28
2.7.2. Kehilangan gaya prategang ............................................................. 30
2.7.2.1. Short Term ........................................................................ 30
2.7.2.1.1. Kehilangan akibat gesekan ................................. 30
2.7.2.1.2. Kehilangan akibat slip pengangkuran ................ 32
2.7.2.1.3. Kehilangan akibat pemendekan elastis .............. 33
2.7.2.2. Long Term ......................................................................... 35
2.7.2.2.1. Kehilangan akibat penyusutan ........................... 35
2.7.2.2.2. Kehilangan akibat rangkak ................................. 36
2.7.2.2.3. Kehilangan akibat relaksasi baja ........................ 36
2.8.Tegangan dan Lendutan ............................................................................. 37
2.9.Sistem Komposit ........................................................................................ 40
2.9.1. Pengertian ....................................................................................... 40
2.9.2. Aksi komposit ................................................................................ 41
2.9.3. Pra dimensi ..................................................................................... 42
2.9.4. Lebar efektif ................................................................................... 42
2.9.5. Konstruksi komposit (ASD) ........................................................... 42
2.9.5.1.Tanpa perancah .................................................................. 42
2.9.5.2.Dengan perancah ................................................................ 43
2.9.6. Shear Connector (Alat Penyambung Geser) .................................. 45
2.9.6.1.Perencanaan ....................................................................... 45
2.9.6.2.Syarat ................................................................................. 48
2.9.7. Lendutan ......................................................................................... 48
2.9.8. Teori LRFD .................................................................................... 49
2.9.8.1.Komponen M emikul Lentur .............................................. 49
2.9.8.2.Komponen M emikul Geser ............................................... 53
2.9.8.3.Kuat lentur nominal .......................................................... 54
2.9.8.4. Konsep Dasar LRFD ....................................................... 56
2.9.8.4.1.Desain LRFD struktur baja ................................ 57
2.9.8.4.2.Faktor tahanan .................................................... 57
BAB III. APLIKAS I DATA DAN PEMBAHAS AN ............................................. 59
iii
Universitas Sumatera Utara
3.1. Karakteristik Beton Prategang .................................................................. 59
3.2. Spesifikasi Balok ....................................................................................... 59
3.3. Pembebanan............................................................................................... 63
3.3.1. Beban mati ...................................................................................... 63
3.3.2. Beban hidup .................................................................................... 67
3.3. Section Propertis .................................................................................... 68
3.3.1. Penentuan lebar efektif pelat lantai ................................................ 68
3.3.2. Section analysis pada tengah bentang ............................................ 69
3.3.2.1.Balok precast ........................................................................ 69
3.3.2.2.Balok komposit ..................................................................... 71
3.3.3. Section analysis pada tumpuan ...................................................... 72
3.3.3.1.Balok precast ........................................................................ 72
3.3.3.2.Balok komposit ..................................................................... 73
3.4. Tegangan ................................................................................................. 74
3.4.1. Reaksi balok pendukung ............................................................... 75
3.4.2. Kontrol tegangan balok
................................................................. 76
3.5. Kontrol lendutan balok ............................................................................ 76
3.6. M omen kapasitas balok.............................................................................. 76
3.6.1. Kabel prategang ............................................................................ 77
3.6.1.1.Profil kabel ........................................................................... 77
3.6.1.2.Gaya tarik awal ..................................................................... 78
3.6.2. Kehilangan prategang ................................................................... 79
3.6.2.1.Jangka pendek
...................................................................... 79
3.6.2.1.1. Gesekan ................................................................ 79
3.6.2.1.2. Anchorslip ............................................................ 80
3.6.2.1.3. Penyusutan elastic (ES) ........................................ 81
3.6.2.2.Jangka panjang ..................................................................... 81
3.6.2.2.1. Penyusutan (SH) .................................................. 81
3.6.2.2.2. Creep (CR) ............................................................ 81
3.6.2.2.3. Relaksasi baja (RE) .............................................. 82
3.6.3. Gaya prategang efektif .................................................................. 84
3.7. Analisa Tegangan dan Lendutan................................................................ 84
iv
Universitas Sumatera Utara
3.7.1 Tegangan awal ............................................................................... 85
3.7.2 Tegangan layan .............................................................................. 85
3.7.3 Lendutan ........................................................................................ 87
3.8. Kapasitas Momen....................................................................................... 88
3.9. Analisa Geser ............................................................................................. 90
3.9.1 Perhitungan tulangan geser
3.9.2 Konektor geser
........................................................... 90
.............................................................................. 92
3.10 Perencanaan sistem komposit (ASD)....................................................... 93
3.10.1 Rencana penampang melintang ..................................................... 93
3.10.2 Pra dimensi..................................................................................... 93
3.10.3 Lebar efektif ................................................................................... 94
3.10.4 Perhitungan beban-beban ............................................................... 96
3.10.5 Perhitungan momen ....................................................................... 98
3.10.6 Kontrol tegangan............................................................................ 98
3.10.7 Rencana pemutusan plat perkuatan sayap...................................... 99
3.10.8 Perencanaan shear connector ....................................................... 105
3.10.9 Kontrol lendutan.......................................................................... 108
3.11 Perencanaan sistem komposit (LRFD)................................................... 109
3.11.1 Rencana penampang melintang .................................................... 109
3.11.2 Pra dimensi................................................................................... 109
3.11.3 Lebar efektif ................................................................................. 110
3.11.4 Perhitungan beban-beban ............................................................. 112
3.11.5 Perhitungan momen dan lintang .................................................. 114
3.11.6 Kontrol kuat momen lentur .......................................................... 115
3.11.6.1 Sebelum komposit ............................................................... 115
3.11.6.2 Sesudah komposit................................................................ 118
3.11.7 Kontrol geser................................................................................ 120
3.11.8 Perencanaan shear connector ....................................................... 121
3.11.9 Kontrol lendutan.......................................................................... 125
3.12 Perbandingan dimensi komposit ............................................................. 126
3.13 Perbandingan estimasi biaya struktur...................................................... 126
BAB IV. KES IMPULAN DAN S ARAN ............................................................... 127
v
Universitas Sumatera Utara
4.1. Kesimpulan ............................................................................................ 127
4.2. Saran ....................................................................................................... 127
DAFTAR PUS TAKA .............................................................................................. 129
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... 131
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabe l
Judul
Halaman
2.1
Berat Isi Untuk Beban M ati
17
2.2
Jumlah Lajur Lalu Lintas Rencana
19
2.3
Faktor Distribus i Untuk Pembebanan Truk “T”
21
2.4
Faktor Pembebanan
26
2.5
Faktor Beban Untuk Berat Sendiri
27
2.6
Faktor Beban Untuk Beban M ati Tambahan
28
2.7
Tabel Ksh untuk pasca-tarik
36
2.8
Tabel batasan defleksi berdasarkan BM S (l=panjang bentang)
39
2.9
Faktor reduksi (Ф) untuk keadaan kekuatan batas
57
3.1
Panjang tiap-tiap segmen balok
60
3.2
Berat Balok
61
3.3
Penampang balok precast
62
3.4
Penampang balok komposit
62
3.5
Penampang balok precast dan komposit
62
3.6
Beban akibat berat sendiri pada balok
66
3.7
Pembebanan truk “T”
67
3.8
Beban terbagi rata dan beban titik
68
3.9
Penampang di tengah bentang
70
3.10
Perhitungan momen dan inersia balok
71
3.11
Rangkuman balok precast dan komposit
72
3.12
Balok Precast
72
vii
Universitas Sumatera Utara
3.13
M ome n inersia balok komposit
73
3.14
Rangkuman momen tahanan
74
3.15
Konfiguras i kabel strand
74
3.16
Gaya prategang
77
3.17
Tegangan kabel
84
3.18
Tegangan awal
85
3.19
Tegangan layan
85
3.20
Beban prategang
87
3.21
Defleksi pada balok
88
3.22
Penulangan geser balok
91
3.23
Beban Ultimit akibat berat sendiri balok
3.24
Perbandingan tampang profil cara ASD dan LRFD
98
3.25
Rekapitulasi biaya balok precast dan komposit
98
113
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Judul
Gambar
Gambar 1.1
1.1 Potongan melintang jembatan sudirman
22
Gambar 2.1 Retak pada struktur beton bertulang
9
Gambar 2.2 Struktur beton pratekan pertama oleh jackson, 1886
9
Gambar 2.3 Pencetakan beton di lapangan
11
Gambar 2.4 Pencetakan balok di pabrik
12
Gambar 2.5 M etode penarikan kabel pratarik
13
Gambar 2.6 M etode penarikan kabel pasca tarik
14
Gambar 2.7 Bentuk tampang balok girder pci girder
15
Gambar 2.8 Bentuk tampang balok girder pcu girder
15
Gambar 2.9 Bentuk tampang balok girder box girder
16
Gambar 2.10 Pembebanan truk “t”
20
Gambar 2.11 Beban “d”: beban terbagi rata vs panjang bentang
yang dibebani
23
Gambar 2.12 Faktor beban dinamis untuk beban garis terbagi rata “d”
23
Gambar 2.13 Beban lajur “d”
24
Gambar 2.14 Penyebaran pembebanan arah melintang
25
Gambar 2.15 Hubungan limit kern dan daerah aman kabel
29
Gambar 2.16 Bentuk tip ikal daerah aman kabel
30
Gambar 2.17 Slip angkur
33
Gambar 2.18 Diagram tegangan pada balok beton prategang
38
Gambar 2.19 Skema aksi komposit
41
Gambar 2.20 Kondisi batas tekuk lentur torsi pada balok lentur
51
Gambar 2.21 Kuat lentur nominal berdasarkan distribusi tegangan plastis 55
ix
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.1
Panjang tiap-tiap segmen balok
60
Gambar 3.2
Penampang balok dan diafragma
61
Gambar 3.3 Penampang balok
62
Gambar 3.4 Potongan melintang jembatan
63
Gambar 3.5 Potongan melintang deck slab
64
Gambar 3.6 Diaphragma ujung
65
Gambar 3.7 Diaphragma tengah
66
Gambar 3.8 Beban T
67
Gambar 3.9 Penampang di tengah bentang
69
Gambar 3.10 Penampang balok di tengah bentang
72
Gambar 3.11 Penampang balok pada tumpuan
61
Gambar 3.12 Grafik tahapan kehilangan prategang
83
Gambar 3.13 Diagram tegangan balok kondisi awal
86
Gambar 3.14 Diagram tegangan balok kondisi layan
86
Gambar 3.15 Lendutan pada balok
87
Gambar 3.16 Penampang balok
88
Gambar 3.17 Rencana penampang komposit baja-beton (ASD)
93
Gambar 3.18 Profil+plat perkuatan sayap
93
Gambar 3.19 Titik berat komposit
96
Gambar 3.20 Penampang melintang
97
Gambar 3.21 Garis Pengaruh Momen
101
Gambar 3.22 Penambahan panjang plat perkuatan
105
Gambar 3.23 Titik berat komposit
105
Gambar 3.24 Profil baut
106
xi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.25 Garis pengaruh lintang
106
Gambar 3.26 Rencana penampang komposit baja-beton (LRFD)
109
Gambar 3.27 Profil rencana (LRFD)
109
Gambar 3.28 Penampang melintang
112
Gambar 3.29 Diagram momen
117
Gambar 3.30 Titik berat komposit
122
Gambar 3.31 Profil baut
122
Gambar 3.32 Garis pengaruh lintang
123
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
A
= Luas penampang
be
= Lebar efektif
E
= Elastis itas bahan
e
= Eksentris itas kabel
eoa
= Batas atas aman kabel
eob
= Batas bawah aman kabel
fy
= Tegangan leleh baja
f’c
= Kuat tekan beton kondisi layan
f’ci
= Kuat tekan beton kondisi awal penegangan kabel
Ic
= Inersia komposit
Io
= Inersia penampang
Ix
= Inersia arah x
K
= Koefisien wobble
Ka
= Jarak dari pusat berat ke batas atas kern
Kb
= Jarak dari pusat berat ke batas bawah kern
K’a
= Limit kern atas
K’b
= Limit kern bawah
Ksh
= Konstanta penyusutan
Ld
= Panjang penyaluran tulangan
Mu
= M omen ultimit
P
= Gaya prategang kondisi layan
Pi
= Gaya prategang kondisi awal penegangan kabel
r
= Jari-jari girasi
xiii
Universitas Sumatera Utara
Rh
= Kelembaban relatif
S
= Jarak rata-rata antara balok memanjang
Vu
= Gaya lintang ultimit
Wa
= M omen tahanan sisi atas penampang
Wb
= M omen tahanan sisi bawah penampang
ya
= Jarak dari pusat berat balok ke atas balok
yb
= Jarak dari pusat berat balok ke bawah balok
ya’
= Jarak dari pusat berat komposit ke atas komposit
yb’
= Jarak dari pusat berat komposit ke bawah balok
ya”
= Jarak dari pusat berat komposit ke atas balok
= Faktor reduksi kekuatan
µ
= Koefisien friksi
σci
= Tegangan tekan kondisi awal penegangan
σcs
= Tegangan tekan kondisi layan
σg
= Tegangan normal kabel kondisi layan
σgi
= Tegangan normal kabel kondisi awal penegangan
σti
= Tegangan tarik kondisi awal penegangan
σts
= Tegangan tarik kondisi layan
∆pi
= Lendutan kondisi awal penegangan akibat kabel
∆bs
= Lendutan akibat berat sendiri
∆i
= Lendutan total kondisi awal penegangan
∆p
= Lendutan akibat kabel kondisi layan
∆c
= Lendutan akibat deck slab + slab
∆asp
= Lendutan akibat aspal
xiv
Universitas Sumatera Utara
∆ll
= Ledutan akibat beban hidup
∆l
= Lendutan total kondisi layan
̅
= Tegangan leleh izin
l
= Panjang bentang
Fpr
= Luas profil
tb
= Tebal slab beton
Fp
= Luas pelat
Feq
= Luas ekivalen
Za’
= Jarak pusat berat komposit ke tepi atas beton
Za
= Jarak pusat berat komposit ke tepi atas flens baja
Zb
= Jarak pusat berat komposit ke tepi bawah flens baja
qbaja
= Berat baja
qbs
= Berat sendiri
qbt
= Beban tambahan
M bs
= M omen akibat berat sendiri
M bt
= M omen akibat beban tambahan
M bs
= M omen akibat beban bergerak
= Tegangan yang terjadi pada serat atas komposit
= Tegangan yang terjadi pada serat bawah komposit
Ixc
= Inersia arah x komposit
= Tegangan yang terjadi pada slab beton
H
= Tinggi paku/baut
∅
= Diameter baut
t
= Tebal las
xv
Universitas Sumatera Utara
Qa
= Kuat Shear Connector
a
= Jarak baut
Dx
= Gaya lintang
Sxc
= Statis momen
Mn
= Tahanan momen nominal
Mu
= M omen lentur akibat beban terfaktor
fr
= Tegangan sisa
ry
= Jari-jari girasi penampang
Iy
= M omen inersia arah sumbu y
G
= M odulus geser bahan
J
= M omen inersia polar
Cw
= M omen inersia pilin (warping)
Cb
= Faktor pengali momen lentur nominal
Фv
= Faktor reduksi kuat geser
Vn
= Kuat geser nominal
xvi
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur peneliti panjatkan kehadirat Tuhan Yang M aha Esa, atas
rahmat dan berkat-Nya peneliti dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan
judul “Analisa Balok Prategang Jembatan Jl. Sudirman dan Dibandingkan
M enggunakan Balok Komposit Baja-Beton”.
Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan bantuan, bimbingan, arahan
dan dukungan yang berharga dari berbagai pihak. Untuk semua itu, peneliti
menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya dan ucapan terimakasih
yang tulus kepada :
1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai segenap langkah di dalam hidup
penulis.
2. Bapak Ir. Sanci Barus, M .T., selaku Dosen Pembimbing yang telah sabar
memberi bimbingan, arahan, saran serta motivasi kepada peneliti untuk
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir. Besman Surbakti, M .T. dan bapak Ir. Robert Panjaitan, M .T. selaku
Dosen Pembanding saya yang telah memberikan waktu dan tenaga didalam
penyusunan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan,selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Syahrizal, M .T, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
xvii
Universitas Sumatera Utara
6. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan masa studi di Departemen
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Pegawai administrasi dan pegawai-pegawai Departemen Teknik Sipil USU
lainnya.
8. Ayahanda Drs. Ir. Eliner H. Sihaloho, M .T. dan Ibunda tercinta Dina R.
Rajagukguk, Amd, orang tua hebat yang selalu ada buat penulis dalam
memberikan cinta kasih sayang, pengajaran, doa, nasehat dan selalu ada
disetiap hari penulis.
9. Adik-adik saya Dessy, Yohanna, dan Welly yang tidak lupa untuk
menyemangati penulis.
10. Untuk saudara/i seperjuangan, Hendra, Arifin, bg Jannes, Stefano, Andrew,
Nikson, Her Afriyandi, Daniel, Tatano, Saka, Alvin, Gege, Jo, Tommy,
Triboy, dan seluruh teman-teman stambuk 2011.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari
kesempurnaan. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang bersifat
membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini
dapat bermanfaat bagi para pembaca.
M edan,
M aret 2016
Andre Bachtiar Sihaloho
11 0404 088
xviii
Universitas Sumatera Utara