Analisis Efisiensi Kabel Balok Beton Prategang Pada Jembatan Terhadap Kapasitas Lentur Dengan Penampang Yang Berbeda
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah
Perkembangan pesat ilmu pengetahuan dan teknologi dalam bidang konstruksi
memacu negara-negara berkembang termasuk Indonesia untuk mengadakan pembangunan
sarana dan prasarana yang dibutuhkan masyarakat. Dalam hal ini para perencana terdorong
untuk mendisain bangunan yang lebih aman dan ekonomis.
Di dalam perencanaan suatu pembangunan, akan ditemukan dua bagian utama dari
bangunan tersebut, yaitu bagian struktur dan non struktur. Bagian struktur merupakan
bagian bangunan yang ikut memikul beban yaitu meliputi pondasi, balok, kolom, pelat dan
lain sebagainya. Sedangkan bagian non struktur merupakan bagian yang tidak ikut beban
yaitu dinding, plafond dan lain sebagainya. Sehingga tersebut di atas harus didisain
sedemikian rupa agar diperoleh struktur yang ekonomis tetapi mampu mendukung beban
struktur dengan aman.
Beton adalah suatu bahan yang mempunyai kekuatan tekan yang tinggi, tetapi
kekuatan tariknya relatif rendah. Sedangkan baja adalah suatu material yang mempunyai
kekuatan tarik yang sangat tinggi. Dengan mengkombinasikan beton dan baja sebagai
bahan struktur maka tegangan tekan dipikul kepada beton sementara tegangan tarik dipikul
kepada baja. Namun pada struktur dengan bentang yang panjang, struktur bertulang
biasanya tidak cukup untuk menahan tegangan lentur, geser, atau puntir yang tinggi. Untuk
mengatasi keretakan serta berbagai keterbatasan yang lain maka dilakukan penegangan
pada struktur beton dengan kawat baja yang disebut dengan Beton Prategang.
Balok pada jembatan biasanya menggunakan balok Beton Prategang. Alasan
penggunaan balok beton prategang dikarenakan kekuatannya yang lebih tinggi, luas
1
Universitas Sumatera Utara
penampang yang dibutuhkan lebih kecil, umur lebih panjang, serta pada kondisi tertentu
dibutuhkan biaya yang lebih murah.
Baja yang dipakai untuk beton prategang ada empat jenis, yaitu :
1. Kawat tunggal ( wires ), biasanya digunakan untuk baja prategang pada beton prategang
pada sistem pratarik.
2. Untaian kawat ( strand ), biasanya digunakan untuk baja prategang untuk beton
prategang dengan sistem pascatarik.
3. Kawat batangan ( bars ), biasanya digunakan untuk baja prategang berkekuatan tinggi
untuk beton prategang dengan sistem pratarik.
Pada umumnya penampang balok beton prategang pada jembatan adalah :
Untuk memberikan tekanan pada beton pratekan dilakukan sebelum atau setelah
beton dicor. Kedua kondisi tersebut membedakan sistem pratekan, yaitu Pre-Tension (
pratarik ) dan Post-Tension (pascatarik).
Pre-Tension adalah prinsip cara penegangan dengan tendon pertama-tama ditarik
dan diangkur pada abutmen tetap, kemudian beton dicor pada cetakan yang sudah
disediakan dengan melingkupi tendon yang sudah ditarik tersebut. Setelah kekuatan beton
sudah mencapai yang disyaratkan maka angkurnya dilepas. Pada saat inilah baja yang
ditarik sebelumnya berusaha untuk berkontraksi, sehingga beton tertekan.
2
Universitas Sumatera Utara
Post-Tension adalah prinsip cara penegangan dengan beton telah terlebih dahulu
dicor dan dibiarkan mengeras sebelum diberi gaya penegangan.
Gambar Penampang Balok Pretegang pada Jembatan dengan Penampang yang
berbeda :
Gambar I.1 Potongan Penampang balok Jembatan
3
Universitas Sumatera Utara
Tegangan pada balok prategang
1. Tegangan Normal
Pada gambar dibawah ini, digambarkan suatu balok persegi panjang dengan
tumpuan yang sederhana yang mengalami gaya prategang P konsentris.
Gambar I.2 Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang Pada Tendon Konsentris.
(Edward G Nawy. 2001)
Dari gambar di atas tegangan tekan pada penampang balok seragam dan memiliki
intensitas sebesar :
�=
�
�
Dimana : � = ��������
P = Gaya tekan konsentris
A = Luas penampang
2. Tegangan Lentur
Apabila suatu balok persegi panjang dengan tumpuan sederhana yang mengalami
gaya prategang P konsentris dan beban tranversal disepanjang balok
Gambar I.3 Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang dan berat sendiri Pada Tendon Konsentris.
4
Universitas Sumatera Utara
(Edward G Nawy. 2001)
Besar tegangan yang terjadi adalah sebagai berikut :
�
��
�
��
�� = −
�
�� = +
�
�
�
Dimana : �� = �������� �� ����� ����
�� = �������� �� ����� ����ℎ
P = Gaya tekan konsentris
A = Luas penampang
C = Titik berat, H/2 untuk penampang persegi.
I = momen inersia bruto penampang
M= momen lentur
Penempatan tendon prategang secara eksentris di bawah sumbuh netral ditengah
bentang, bertujuan untuk menimbulkan tegangan tarik akibat prategang di serat atas
penampang seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini
Gambar I.4 Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang Pada Tendon Ekssentris.
(Edward G Nawy. 2001)
5
Universitas Sumatera Utara
Gambar I.5 Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang dan berat sendiri Pada Tendon
Eksensentris.
(Edward G Nawy. 2001)
Apabila tendon diletakkan pada eksentritas e dari pusat berat beton (garis cgc),
maka akan timbul momen Pe dan besar tegangan ditengah bentang adalah :
�
���
�
���
�� = −
�
�� = +
�
�
�
+
−
��
�
��
�
Dimana : �� = �������� �� ����� ����
�� = �������� �� ����� ����ℎ
P = Gaya tekan konsentris
A = Luas penampang
C = Titik berat, H/2 untuk penampang persegi.
I = momen inersia bruto penampang
M= momen lentur.
I.2 Rumusan Masalah
Banyak hal yang mempengaruhi jumlah kabel pada balok beton prategang pada
jembatan. Tugas akhir ini membahas tentang pengaruh bentuk penampang yang dimiliki
oleh balok beton prategang terhadap jumlah kabel yang dibutuhkan.
6
Universitas Sumatera Utara
I.3 Tujuan
Tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah menentukan jumlah kabel yang
dibutuhkan pada masing-masing penampang pada balok prategang. Hal ini dilakukan
dengan beban yang sama pada dua dan tiga perletakan, serta hanya memperhitungkan
momen pada masing-masing penampang.
I.4 Pembatasan Masalah
1.
Perletakan yang dipakai adalah perletakan sederhana dan tiga perletakan .
2.
Panjang bentang 25 m
3.
Penampang yang dianalisa adalah persegi panjang, T, girder I.
4.
Mendesain penampang pada masing-masing balok.
5.
Menentukan gaya prategang minimum dan eksentrisitas maksimum pada masingmasing penampang.
6.
Menentukan luasan kabel pada masing-masing penampang dengan beban yang sama.
7.
Beban yang dipikul adalah beban berdasarkan RSNI-T-02-2005 Standar Pembebanan
Untuk Jembatan
8.
Mutu beton f’c=60 Mpa
9.
Menurut ASTM A416 : mutu strand 1860 Mpa, diameter strand 15,24 mm, dan luas
strand 140 mm2
10. Dalam hal ini menggunakan prategang penuh ( fully prestressed ).
11. Balok direncanakan pada konsisi elastis.
I.5 Metode Penulisan
Metode yang digunakan dalam penulisan ini adalah literatur yaitu dengan
mengumpulkan teori-teori dan rumus-rumus yang dibutuhkan dari text book (buku-buku
yang berhubungan dengan tugas akhir ini), jurnal-jurnal, dan masukan -masukan dari
7
Universitas Sumatera Utara
dosen pembimbing. Kemudian, analisa dilakukan berdasarkan dengan teori-teori dan
rumus-rumus yang telah dikumpulkan.
8
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah
Perkembangan pesat ilmu pengetahuan dan teknologi dalam bidang konstruksi
memacu negara-negara berkembang termasuk Indonesia untuk mengadakan pembangunan
sarana dan prasarana yang dibutuhkan masyarakat. Dalam hal ini para perencana terdorong
untuk mendisain bangunan yang lebih aman dan ekonomis.
Di dalam perencanaan suatu pembangunan, akan ditemukan dua bagian utama dari
bangunan tersebut, yaitu bagian struktur dan non struktur. Bagian struktur merupakan
bagian bangunan yang ikut memikul beban yaitu meliputi pondasi, balok, kolom, pelat dan
lain sebagainya. Sedangkan bagian non struktur merupakan bagian yang tidak ikut beban
yaitu dinding, plafond dan lain sebagainya. Sehingga tersebut di atas harus didisain
sedemikian rupa agar diperoleh struktur yang ekonomis tetapi mampu mendukung beban
struktur dengan aman.
Beton adalah suatu bahan yang mempunyai kekuatan tekan yang tinggi, tetapi
kekuatan tariknya relatif rendah. Sedangkan baja adalah suatu material yang mempunyai
kekuatan tarik yang sangat tinggi. Dengan mengkombinasikan beton dan baja sebagai
bahan struktur maka tegangan tekan dipikul kepada beton sementara tegangan tarik dipikul
kepada baja. Namun pada struktur dengan bentang yang panjang, struktur bertulang
biasanya tidak cukup untuk menahan tegangan lentur, geser, atau puntir yang tinggi. Untuk
mengatasi keretakan serta berbagai keterbatasan yang lain maka dilakukan penegangan
pada struktur beton dengan kawat baja yang disebut dengan Beton Prategang.
Balok pada jembatan biasanya menggunakan balok Beton Prategang. Alasan
penggunaan balok beton prategang dikarenakan kekuatannya yang lebih tinggi, luas
1
Universitas Sumatera Utara
penampang yang dibutuhkan lebih kecil, umur lebih panjang, serta pada kondisi tertentu
dibutuhkan biaya yang lebih murah.
Baja yang dipakai untuk beton prategang ada empat jenis, yaitu :
1. Kawat tunggal ( wires ), biasanya digunakan untuk baja prategang pada beton prategang
pada sistem pratarik.
2. Untaian kawat ( strand ), biasanya digunakan untuk baja prategang untuk beton
prategang dengan sistem pascatarik.
3. Kawat batangan ( bars ), biasanya digunakan untuk baja prategang berkekuatan tinggi
untuk beton prategang dengan sistem pratarik.
Pada umumnya penampang balok beton prategang pada jembatan adalah :
Untuk memberikan tekanan pada beton pratekan dilakukan sebelum atau setelah
beton dicor. Kedua kondisi tersebut membedakan sistem pratekan, yaitu Pre-Tension (
pratarik ) dan Post-Tension (pascatarik).
Pre-Tension adalah prinsip cara penegangan dengan tendon pertama-tama ditarik
dan diangkur pada abutmen tetap, kemudian beton dicor pada cetakan yang sudah
disediakan dengan melingkupi tendon yang sudah ditarik tersebut. Setelah kekuatan beton
sudah mencapai yang disyaratkan maka angkurnya dilepas. Pada saat inilah baja yang
ditarik sebelumnya berusaha untuk berkontraksi, sehingga beton tertekan.
2
Universitas Sumatera Utara
Post-Tension adalah prinsip cara penegangan dengan beton telah terlebih dahulu
dicor dan dibiarkan mengeras sebelum diberi gaya penegangan.
Gambar Penampang Balok Pretegang pada Jembatan dengan Penampang yang
berbeda :
Gambar I.1 Potongan Penampang balok Jembatan
3
Universitas Sumatera Utara
Tegangan pada balok prategang
1. Tegangan Normal
Pada gambar dibawah ini, digambarkan suatu balok persegi panjang dengan
tumpuan yang sederhana yang mengalami gaya prategang P konsentris.
Gambar I.2 Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang Pada Tendon Konsentris.
(Edward G Nawy. 2001)
Dari gambar di atas tegangan tekan pada penampang balok seragam dan memiliki
intensitas sebesar :
�=
�
�
Dimana : � = ��������
P = Gaya tekan konsentris
A = Luas penampang
2. Tegangan Lentur
Apabila suatu balok persegi panjang dengan tumpuan sederhana yang mengalami
gaya prategang P konsentris dan beban tranversal disepanjang balok
Gambar I.3 Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang dan berat sendiri Pada Tendon Konsentris.
4
Universitas Sumatera Utara
(Edward G Nawy. 2001)
Besar tegangan yang terjadi adalah sebagai berikut :
�
��
�
��
�� = −
�
�� = +
�
�
�
Dimana : �� = �������� �� ����� ����
�� = �������� �� ����� ����ℎ
P = Gaya tekan konsentris
A = Luas penampang
C = Titik berat, H/2 untuk penampang persegi.
I = momen inersia bruto penampang
M= momen lentur
Penempatan tendon prategang secara eksentris di bawah sumbuh netral ditengah
bentang, bertujuan untuk menimbulkan tegangan tarik akibat prategang di serat atas
penampang seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini
Gambar I.4 Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang Pada Tendon Ekssentris.
(Edward G Nawy. 2001)
5
Universitas Sumatera Utara
Gambar I.5 Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang dan berat sendiri Pada Tendon
Eksensentris.
(Edward G Nawy. 2001)
Apabila tendon diletakkan pada eksentritas e dari pusat berat beton (garis cgc),
maka akan timbul momen Pe dan besar tegangan ditengah bentang adalah :
�
���
�
���
�� = −
�
�� = +
�
�
�
+
−
��
�
��
�
Dimana : �� = �������� �� ����� ����
�� = �������� �� ����� ����ℎ
P = Gaya tekan konsentris
A = Luas penampang
C = Titik berat, H/2 untuk penampang persegi.
I = momen inersia bruto penampang
M= momen lentur.
I.2 Rumusan Masalah
Banyak hal yang mempengaruhi jumlah kabel pada balok beton prategang pada
jembatan. Tugas akhir ini membahas tentang pengaruh bentuk penampang yang dimiliki
oleh balok beton prategang terhadap jumlah kabel yang dibutuhkan.
6
Universitas Sumatera Utara
I.3 Tujuan
Tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah menentukan jumlah kabel yang
dibutuhkan pada masing-masing penampang pada balok prategang. Hal ini dilakukan
dengan beban yang sama pada dua dan tiga perletakan, serta hanya memperhitungkan
momen pada masing-masing penampang.
I.4 Pembatasan Masalah
1.
Perletakan yang dipakai adalah perletakan sederhana dan tiga perletakan .
2.
Panjang bentang 25 m
3.
Penampang yang dianalisa adalah persegi panjang, T, girder I.
4.
Mendesain penampang pada masing-masing balok.
5.
Menentukan gaya prategang minimum dan eksentrisitas maksimum pada masingmasing penampang.
6.
Menentukan luasan kabel pada masing-masing penampang dengan beban yang sama.
7.
Beban yang dipikul adalah beban berdasarkan RSNI-T-02-2005 Standar Pembebanan
Untuk Jembatan
8.
Mutu beton f’c=60 Mpa
9.
Menurut ASTM A416 : mutu strand 1860 Mpa, diameter strand 15,24 mm, dan luas
strand 140 mm2
10. Dalam hal ini menggunakan prategang penuh ( fully prestressed ).
11. Balok direncanakan pada konsisi elastis.
I.5 Metode Penulisan
Metode yang digunakan dalam penulisan ini adalah literatur yaitu dengan
mengumpulkan teori-teori dan rumus-rumus yang dibutuhkan dari text book (buku-buku
yang berhubungan dengan tugas akhir ini), jurnal-jurnal, dan masukan -masukan dari
7
Universitas Sumatera Utara
dosen pembimbing. Kemudian, analisa dilakukan berdasarkan dengan teori-teori dan
rumus-rumus yang telah dikumpulkan.
8
Universitas Sumatera Utara