PERENCANAAN FLYOVER MENGGUNAKAN PROFIL BOX GIRDER DENGAN METODE ANALISIS NUMERIS TUGAS AKHIR - Perencanaan Flyover Menggunakan Profil Box Girder Dengan Metode Analisis Numeris
PERENCANAAN FLYOVER MENGGUNAKAN PROFIL BOX GIRDER DENGAN METODE ANALISIS NUMERIS TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : Fadlyn Alwi Kurniawan Harahap 10 0404 143 BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Dewasa ini perkembangan pengetahuan tentang perencanaan suatu bangunan berkembang semakin luas, termasuk salah satunya pada perencanaan pembangunan sebuah jembatan yang berkembang luas sejalan dengan kemajuan peradaban manusia. Jembatan merupakan suatu struktur konstruksi yang memungkinkan route transportasi melalui sungai, danau, kali, jalan raya, jalan kereta api dan lain-lain.
Dengan seiring perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, jembatan mulai berkembang dari yang dahulunya hanya dibuat dengan kayu sekarang telah berubah menggunakan material beton ataupun baja. Kemudian seiring berkembangnya teknologi tentang beton, mulailah orang membuat jembatan dengan teknologi beton prategang. Dalam tugas akhir ini akan direncanakan
flyover menggunakan profil box dengan bentang 137 m dengan lebar 10 m.
Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk mengetahui besar dari nilai gaya-gaya yang bekerja dengan memasukkan pembebanan pada penampangnya. Perencanaan ini berdasarkan pada peraturan-peraturan Standar Nasional Indonesia (SNI) yang berlaku. Analisa struktur akan dijalankan dengan bantuan program computer. Pada kesimpulan tugas akhir ini akan diperoleh bahwa profil Box Girder menggunakan 342 strands, kehilangan gaya prategang sebesar 18,367% dan untuk penulangan sengkangnya dibutuhkan sebanyak 300 buah.Kata kunci : flyover, box girder, prestress
Puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir yang berjudul
“PERENCANAAN FLYOVER MENGGUNAKAN PROFIL BOX GIRDER DENGAN METODE ANALISIS NUMERIS ” ini
dimaksudkan untuk memenuhi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana di bidang Sub Jurusan Struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis menghadapi berbagai kendala. Tetapi, karena bantuan, dukungan serta bimbingan dari berbagai pihak, penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada pihak yang berperan yaitu:
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara sekaligus sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan waktu, dukungan, masukan, serta bimbingan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Besman Surbakti,M.T dan Bapak Ir. Torang Sitorus,M.T. sebagai Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Sanci Barus,M.T. sebagai koordinator Sub Jurusan Struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Kedua orangtua saya Ayahanda Ir. Indrawan Harahap dan Ibunda Astuti Arlina Betty yang tak pernah berhenti memberikan doa, dukungan, motivasi, kasih sayang dan segalanya selama ini. Abang saya, Faizal Alvin Kumala Harahap. Serta seluruh keluarga besar saya yang selalu mendukung dan membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8. Seluruh keluarga saya sipil 2010 yang telah sangat banyak membantu saya mulai dari awal proses pengerjaan Tugas Akhir : Mancek, Adlin, Patra, Ari, Dede, Titok, Rendy, Haykal, Dila, Meli, Ica, Eka, Cece, Suci, Onik, Reby, Naurah, Uus, Syahru, Rebeka, Grandson, Bilher, Rudi, Mardi, Darwin, Derry, Reza, Rahmad, Fauzi, Zefanya, Elfri, Jernih dan semua yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.
9. Semua abang/kakak dan adik-adik angkatan yang telah memberikan doa dan semangat serta membantu penulis selama pengerjaan Tugas Akhir ini: Bang Fa iz „07, Bang Dimas ‟07, Bang Ramot ‟07, Kak Dini ‟08, Kak Triyana ‟08, Kak Muti ‟08, Kak Putri ‟09, Adik-adik 2011: Intan, Momon, Faradita, Elvan, Subar, Adik-adik 2013: Herru, Syawali, Fachruzi, Alif, Firman, Zharfan, Juanda, Alby, Anugrah, Fadel, Wawan dan lain-lain.
10. Buat teman-teman saya Ahmad, Sabil, Adit, Nanda, Zulfadly, Apip terima kasih atas dukungannya selama ini.
11. Kepada Bang Ronal dan Bang Imanuel terima kasih atas bantuan serta bimbingannya untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
12. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Saya menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, 22 November 2014 Penulis
( Fadlyn Alwi Kurniawan Harahap )
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK
………………………………………………………………………...i
KATA PENGANTAR
………………………………………………………...….ii
DAFTAR ISI
……………………………………………………………………...v
DAFTAR TABEL
………………………………………………………...……viii
DAFTAR GAMBAR
…………………………………………………………….ix
DAFTAR NOTASI
……………………………………………………………….x
DAFTAR LAMPIRAN
………………………………………………………….xi
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang……………………………………………………………1 I.1 Perumusan Masalah………………………………………………………4 I.3 Tujuan Penelitian…………………………………………………………4 I.4 Batasan Masalah…………………………………………………………..5 I.5 Manfaat…………………………………………………………………...5 I.6 Sistematika Penulisan…………………………………………………….6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Jembatan…………….…………………………………………………….9 II.1.1 Umum…………………………………………………………...…9 II.1.2 Klasifikasi Jembatan……………………………………………..10 II.1.3 Dasar Pemilihan Tipe Jembatan………………………………….11 II.1.4
II.2 Beton Prategang…………………………………………………………15
II.2.1 Konsep Dasar Beton Prategang………………………………….15
II.2.2 Sistem Prategang dan Pengangkeran…………………………….20 a.
Pratarik………………………………………………………20 b. Pascatarik……………………………………………………21
II.2.3 Material Beton Prategang………………………………………...22 a.
Beton………………………………………………………...22 b. Baja………………………………………………………….23
II.2.4 Analisis Prategang………………………………………………..25 a.
Tendon Konsentris…………………………………………..25 b. Tendon Eksentris…………………………………………….25
II.2.5 Kehilangan Prategang……………………………………………26 Kehilangan Prategang Langsung a.
Kehilangan gaya prategang akibat perpendekan elastis (ES).26 b.
Kehilangan gaya prategang akibat gesekan kabel (Ps)…….27 c. Kehilangan gaya prategang akibat slip angkur (ANC)…….28
Kehilangan Gaya Prategang Berdasarkan Fungsi Waktu a.
Kehilangan gaya prategang akibat rangkak beton (CR)…….29 b.
Kehilangan gaya prategang akibat relaksasi baja (RE)…….29 c. Kehilangan gaya prategang akibat susut beton (SH)………30
II.3 Pembebanan Pada Jembatan…………………………………...………..31
BAB III METODE PENELITIAN III.1 Tujuan Metodologi Penelitian………………………………………..53 III.2 Bagan Alir……………………………………………………………54 III.3 Metode Penelitian…………………………………………………….55 III.4 Metode Pengumpulan Data…………………………………………..55 III.5 Metode Analisis Numeris…………………………………………….55 III.6 Standar yang Digunakan Dalam Perencanaan……………………….56 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Umum………………………………………………………….……..57 IV.2 Kriteria Desain Jembatan……………………………………….……57 IV.3 Diagram Alir Penelitian……………………………………...………58 IV.4 Spesifikasi Bahan………...………………………………..…………59 IV.5 Analisa Struktur Flyover…………………………………………..…60 IV.6 Tegangan Ijin Bahan (Allowable Stress)……………………………..61 IV.7 Perencanaan Bangunan Atas Flyover………………………………...63 IV.8 Sistem Pembebanan………………………………………………….76 IV.9 Gaya Prestress, Eksentrisitas, dan Jumlah Tendon…………………..85 IV.10 Kehilangan Gaya Prategang………………………………………...100 IV.11 Tegangan yang Terjadi Akibat Gaya Prestress……………………..108 IV.12 Tegangan Pada Box Girder Akibat Beban………………………….111 IV.13 Perhitungan Penulangan Box Girder………………………………..121 IV.14 Perencanaan End Block…………………………………………….127 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan…………………………………………………………….129 V.2 Saran………………………………………………………………...…129
DAFTAR PUSTAKA........................................................................................130
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tipe Jembatan dan Aplikasi Panjang Jembatan…………………...…13
Tabel 2.2
Spesifikasi Strand Berdasarkan ASTM A- 416……………………….24
Tabel 2.3
Koefisien Wooble dan Koefisien Friksi ………………………………28
Tabel 2.4 Jumlah Lajur Lalu Lintas Rencana…………………………………...33
Tabel 2.5 Kecepatan Angin Rencana……………………………………………40
Tabel 2.6 Koefisien Seret Cw………………………………………...…………40
Tabel 4.1 Ketentuan sayap atas minimum profil box girder……………………64
Tabel 4.2
Dimensi profil melintang box girder …………………………………65
Tabel 4.3
Perhitungan Section Properties ………………………………………66
Tabel 4.4 Jumlah tendon setiap web……………………………………………87
Tabel 4.5 Kombinasi tegangan………………………….……………………..119
Tabel 4.6 Tegangan kombinasi 1………………………………………………119
Tabel 4.7 Tegangan kombinasi 2………………………………………………120
Tabel 4.8 Tegangan kombinasi 3………………………………………………120
Tabel 4.9 Tegangan kombinasi 4………………………………………………120
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Potongan melintang profil single twin cellular box girder yangdirencanakan ………………………………………………………...3
Gambar 2.1 Tipikal Struktur Jembatan…………………………………………13
Gambar 2.2 Distribusi Tegangan Sepanjang Penampang Beton PrategangKonsentris ………………………………………………………….16
Gambar 2.3 Momen Penahan Internal Pada Beton Prategang dan BetonBertulang…………………………………………………………...17
Gambar 2.4 Balok Beton Menggunakan Baja Mutu Tinggi…………………….17
Gambar 2.5 Balok Prategang dengan Tendon Parabola………………………...18
Gambar 2.6 Proses Pengerjaan Beton Pratarik (Andri Budiadi, 2008)…………20
Gambar 2.7 Proses Pengerjaan Beton Pascatatik (Andri Budiadi, 2008)……….21
Gambar 2.8
Untaian Kawat (strand) (Sumber : Freyssinet Prestressing System
Brochure)
…………………………………………………………..22
Gambar 2.9
Prategang Konsentris …………….……………………...…………24
Gambar 2.10
Prategang Eksentris ………………………………………………24
Gambar 2.11
Gambar Beban Lajur “D”………………………………………...34
Gambar 2.12 Penyebaran Pembebanan Pada Arah Melintang………………….35
Gambar 2.13
Pembebanan Truk “T” (500 kN)………………………………….36
Gambar 2.14 Pembebanan untuk Pejalan Kaki…………………………………38
Gambar 2.15 Koefisien Geser Dasar (C) Plastis untuk Analisis Statis………... 41
Gambar 2.16 Jembatan dengan box girder dengan ketinggian konstan………...43
Gambar 2.17 Jembatan dengan box girder dengan ketinggian bervariasi……...44
Gambar 2.18 Zona Angkur Ujung untuk Tendon Terlekat……………….…….46
Gambar 4.2 Potongan Melintang Profil Gelagar Jembatan……………………..65
Gambar 4.3 Bagian Section Properties Pada Gelagar Jembatan………………..66
Gambar.4.4
Spesifikasi potongan melintang box girder yang direncanakan …...71
Gambar 4.5 kombinasi 1 pembebanan pada jembatan…………………………83
Gambar 4.6 kombinasi 2 pembebanan pada jembatan………………………….83
Gambar 4.7 kombinasi 3 pembebanan pada jembatan………………………….83
Gambar 4.8 kombinasi 4 pembebanan padajembatan………………………….83
Gambar 4.9 kombinasi 5pembebanan pada jembatan………………………….84
Gambar 4.10 kombinasi 6pembebanan pada jembatan………………………...84
Gambar 4.11 kombinasi pembebanan BTR & BGT pada jembatan….….……..84
Gambar 4.12 Posisi perletakan tendon yang direncanakan……………………..94
Gambar 4.13
Penentuan trase tendon dengan program SAP 2000 v.14,1 ………95
Gambar 4.14
Lintasan tendon pada bentang A-B ……………………………….95
Gambar 4.15
Lintasan tendon pada bentang B-C ……………………………….97
Gambar 4.16
Lintasan tendon pada bentang C-D ……………………………….98
Gambar 4.17 tegangan pada box girder akibat beban sendiri………………….111
Gambar 4.18 Tegangan pada box girder akibat beban mati tambahan…...……111
Gambar 4.19 Tegangan pada box girder akibat beban pejalan kaki (TP)……..112
Gambar 4.20 Tegangan pada box girder akibat gaya angin(EW)………....…..113
Gambar 4.21 Tegangan pada box girder akibat beban gempa (EQ)..…………113
Gambar 4.22
Perencanaan pembesian pada box girder………………………..126
Gambar 4.23 Angkur VSL tipe Sc…………………………………………….127
Gambar 4.24 Pembesian end block……………………………………………128
DAFTAR NOTASI
A = luas penampang.e = eksentrisitas beban sejajar dengan sumbu komponen struktur yang diuku
dari pusat penampang.E c = modulus elastisitas beton, psi. E s = modulus elastisitas batang tulangan, psi. f’ c = kuat tetap beton yang ditetapkan, psi. f cr
= kuat tekan beton rata-rata yang akan digunakan sebagai dasar untuk penentuan proporsi beton, psi.
= akar dari kuat tekan beton yang ditetapkan, psi.
f’ ci = kuat tekan beton pada saat prategang awal, psi.
= akar dari kuat tekan beton pada saat prategang awal, psi.
f ct = kuat tarik belah rata-rata agregat ringan, psi. f y = kuat leleh tulangan nonprategang yang ditetapkan, psi. I =
momen inersia penampang yang menahan beban luar terfaktor, in
4 . n = rasio modulus elastisitas = E s
/E
c
atau E
ps /E c ’.
s = jarak tulangan geser atau torsi yang diukur dalam arah sejajar tulangan
longitudinal.σ
= tegangan service pada beton prategang