DESAIN JEMBATAN DENGAN MENGGUNAKAN PROFIL SINGLE TWIN CELLULAR BOX GIRDER PRESTRESS TUGAS AKHIR - Desain Jembatan Dengan Menggunakan Profil Single Twin Cellular Box Girder Prestress
DESAIN JEMBATAN DENGAN MENGGUNAKAN PROFIL SINGLE TWIN CELLULAR BOX GIRDER PRESTRESS TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas
- – tugas dan memenuhi Syarat untuk menempuh ujian sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh :
RAMOT DAVID SIALLAGAN 07 0404 094 BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
ABSTRAK
Gelagar jembatan berfungsi untuk menahan beban yang dipikul oleh lantai jembatan untuk kemudian ditransfer kepada pondasi jembatan. Salah satu jenis gelagar jembatan berupa gelagar box dengan menggunakan sistem prategang. Dalam tugas akhir ini akan direncanakan profil box yang akan diaplikasikan pada bentang 120 m dengan lebar 9 m.
Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk membandingkan efisiensi dari profil Single
Twin Cellular Box Girder dengan profil Single Trapezoidal Box Girder dimana kedua
profil menggunakan volume beton yang identik dan pembebanan yang sama. Perencanaan kedua profil box ini berdasar pada peraturan-peraturan Standar Nasional Indonesia (SNI) yang berlaku.
Akhir dari tugas akhir ini akan diperoleh hasil bahwa profil Single Twin Cellular
Box Girder menggunakan 480 strands sedangkan profil Single Trapezoidal Box Girder
menggunakan 496 buah strands. Untuk perbandingan kehilangan gaya prategang, profil twin box mengalami kehilangan gaya prategang sebesar 22,124% sedangkan profil single box mengalami kehilangan gaya prategang sebesar 24,624% dari gaya prategang awal. Sedangkan untuk penulangan, profil single box menggunakan lebih banyak tulangan 34,89 % daripada profil single box.
Kata kunci : Jembatan, Prestress, Single Twin Cellular Box, Single Trapezoidal Box Girder.
KATA PENGANTAR
Puji syukur dipanjatkan kepada Tuhan Maha Pencipta atas segala hikmat dan pertolongan-Nya sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Tugas Akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana S1 pada Bidang Studi Struktur Jurusan Sipil Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Adapun judul Tugas Akhir ini adalah
”Desain Jembatan Dengan Menggunakan Profil Single Twin Cellular Box Girder Prestress ”. Penulis menyadari bahwa penulisan
Tugas akhir ini tidak lepas dari pertolongan banyak pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil sekaligus dosen pembimbing yang telah memberi bimbingan dan saran kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Syarizal, MT sebagai Sekretaris Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Medan.
3. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Medan.
4. Orang tua, Ir. P. Siallagan dan T. Batubara, atas dukungan baik dalam doa, nasehat, dan tenaga yang sangat berarti bagi penulis selama proses penyelesaian Tugas Akhir ini.
5. Terima kasih untuk motivasi dan semangat yang diberikan rekan-rekan seperjuangan Teknik Sipil stambuk 2007 untuk Andreas, Daniel TRT, Alfin, Dedy GS, Deddy Gultom, Jefferey, Rustxell, Bekro, Daniel Septian, Doan, Markus,
Boyma, Edwin, Sri, Firda, Marlina dan rekan-rekan lain yang tak tersebutkan namanya satu-persatu.
6. Rebecca Paulina Jenny Diah Prameswari untuk bantuan besarnya dalam tugas akhir ini, semangat, motivasi dan cinta kasih kepada penulis.
7. Deasy Siallagan dan Theresia Siallagan, untuk dukungan menyelesaikan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna,oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf pengajar serta rekan-rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat besar bagi kita semua.
Medan, April 2013 Hormat
Ramot David Siallagan
NIM. 07 0404 094
DAFTAR ISI
ABSTRAK................................................................................................................................... i KATA PENGANTAR................................................................................................................. ii DAFTAR ISI................................................................................................................................ iv DAFTAR NOTASI....................................................................................................................... vii DAFTAR TABEL......................................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR.................................................................................................................... xii
BAB 1 : PENDAHULUAN ......................................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang............................................................................................................ 1
1.2 Perumusan Masalah.................................................................................................... 2
1.3 Pembatasan Masalah................................................................................................... 4
1.4 Maksud dan Tujuan.................................................................................................... 5
1.5 Manfaat...................................................................................................................... 5
BAB 2 : TINJAUAN PUSTAKA................................................................................................. 6
2.1 Jembatan..................................................................................................................... 6
2.1.1 Umum......................................................................................................................... 6
2.1.2 Dasar pemilihan tipe jembatan................................................................................... 7
2.1.3 Bagian struktur jembatan........................................................................................... 9
2.2 Beton Prategang........................................................................................................ 11
2.2.1 Konsep dasar beton prategang..................................................................... 11
2.2.2 Sistem Prategang dan Pengangkeran .......................................................... 16
2.2.3 Material beton prategang............................................................................. 18
2.2.4 Analisa Prategang........................................................................................ 21
2.2.5 Kehilangan Prategang.................................................................................. 22
2.2.6 Pembebanan Jembatan................................................................................. 27
2.3 Jembatan Box Girder.................................................................................................. 40
2.3.1 Umum...........................................................................................................40
2.3.2 Jembatan Box Girder dengan ketinggian konstan....................................... 41
2.3.3 Jembatan Box Girder dengan ketinggian bervariasi ................................... 41
2.3.4 Keuntungan penggunaan box girder............................................................ 42
2.3.5 Kerugian penggunaan box girder................................................................. 42
2.4 Perencanaan End Block............................................................................................. 43
2.4.1 Distribusi tegangan...................................................................................... 43
2.4.2 Panjang transfer dan penyaluran pada komponen pratarik dan desain penulangan angkur..................................................................................................... 45
2.4.3 Daerah angkur pascatarik............................................................................. 46
2.4.4 Tegangan tumpu ijin.................................................................................... 48
BAB 3 : APLIKASI DAN PERHITUNGAN............................................................................. 50
3.1 Umum........................................................................................................................ 50
3.2 Kriteria desain jembatan............................................................................................ 50
3.3 Analisa struktur jembatan.......................................................................................... 54
3.4 Perencanaan struktur sekunder.................................................................................. 56
3.5 Perencanaan jembatan dengan profil single twin cellular box girder........................ 60
3.5.1 Preliminary design....................................................................................... 60
3.5.2 Pembebanan jembatan..................................................................................65
3.5.3 Gaya prestress, eksentrisitas dan jumlah tendon.......................................... 70
3.6.3 Pembebanan struktur.................................................................................... 115
3.6.10 Perencanaan end block................................................................................. 154
3.6.9 Penulangan profil......................................................................................... 149
3.6.8 Kontrol tegangan ijin profil..........................................................................147
3.6.7 Tegangan profil akibat beban....................................................................... 138
3.6.6 Tegangan profil akibat gaya prategang........................................................ 136
3.6.5 Analisa kehilangan gaya prategang.............................................................. 130
3.6.4 Gaya prestress, eksentrisitas dan jumlah tendon......................................... 117
3.6.2 Perhitungan section properties..................................................................... 114
3.5.4 Analisa Loss of Prestress............................................................................. 84
3.6.1 Perencanaan dimensi profil.......................................................................... 112
3.6 Perencanaan jembatan dengan profil single trapezoidal box girder........................... 112
3.5.9 Perencanaan end block................................................................................ 109
3.5.8 Penulangan single twin cellular box girder................................................. 105
3.5.7 Kontrol tegangan terhadap kombinasi pembebanan.................................... 102
3.5.6 Tegangan profil akibat beban...................................................................... 94
3.5.5 Tegangan akibat gaya prestress....................................................................91
BAB 4 : KESIMPULAN DAN SARAN...................................................................................... 156 DAFTAR PUSTAKA................................................................................................................... xv
DAFTAR NOTASI
= Modulus elastisitas beton (Mpa) e s = eksentrisitas tendon (m) E
= Tegangan ijin tarik beton (Mpa) f pu = kuat tarik tendon yang ditetapkan (Mpa)
ct
= Tegangan beton akibat beban mati tambahan setelah prategang diberikan (Mpa) f cs = Tegangan beton pada level pusat baja segera setelah transfer (Mpa) f
cd
= Modulus elastisitas baja (Mpa) f‟c = Kuat tekan beton (Mpa) f cc = Tegangan ijin tejan beton (Mpa) f
s
A = Luas potongan penampang (m
2
) C = Faktor relaksasi cf = Koefisien rangkak maksimum C w = koefisien seret e = bilangan natural (2,7183) E
2
= Luas ekivalen bagian samping jembatan (m
s
) A
2
) A ps = Luas total penampang tendon (mm
c fy = Mutu baja yang digunakan (Mpa) H
w
= Gaya angin yang diterima struktur (kN) I x = Inersia penampang terhadap sumbu x (m
4
) I y = Inersia penampang terhadap sumbu y (m
4
) J = Faktor waktu K = Koefisien Wobble K
cr
= Koefisien rangkak K RE = Koefisien relaksasi M u = Momen ultimate (kN m) n = rasio Modulus n s = Jumlah strands yang digunakan P
bs
= beban putus minimal satu strand (kN) P eff = Gaya prategang akhir setelah terjadi kehilangan gaya prategang (kN) P j = Gaya prategang yang terjadi akibat jacking (kN) P o = Gaya prategang awal rencana (kN) V w = kecepatan angin rencana (m/s) W
a
= Tahanan momen sisi atas penampang (m
3
) W b = Tahanan momen sisi bawah penampang (m
3
) Y a = Jarak bagian atas terluar penampang dari garis netral penampang (m) Y
b
= Jarak bagian bawah terluar penampang dari garis netral penampang (m) Δf
pCR = Kehilangan tegangan akibat rangkak beton (Mpa)
Δf
pES = Kehilangan prategang yang terjadi akibat perpendekan elastis (Mpa)
Δf
pRE = Kehilangan gaya prategang akibat relaksasi baja (Mpa)
Δf
Ps = Kehilangan tegangan akibat gesekan tendon (Mpa)
Δf
pSH
= Kehilangan gaya prategang akibat susut beton (Mpa) ε
cs = Regangan susut sisa total
µ = koefisien friksi
Tabel 3.10 : Kombinasi tegangan.................................................................................. 103Tabel 3.2 : Tebal minimum sayap atas minimum profil box....................................... 61Tabel 3.9 : Posisi baris tendon di bentang 75 -120 m (twin cellular).......................... 82Tabel 3.8 : Posisi baris tendon di bentang 45Tabel 3.7 : Posisi baris tendon di bentang 0Tabel 3.6 : Posisi tendon di tengah bentang dan di tumpuan..................................... 79Tabel 3.5 : Tabel jumlah tendon setiap web............................................................... 72Tabel 3.4 : Perhitungan section properties profil twin cellular box............................ 64Tabel 3.3 : Dimensi profil melintang box girder......................................................... 63Tabel 3.1 : Analisa struktur profil memanjang dan melintang jembatan box............. 56
DAFTAR TABEL
Tabel 2.7 : Koefisien seret C w .................................................................................... 37Tabel 2.6 : Kecepatan angin rencana ........................................................................ 37Tabel 2.5 : Jumlah lajur lalu lintas rencana................................................................ 30Tabel 2.4 : Tabel Nilai faktor relaksasi...................................................................... 25Tabel 2.3 : Tabel nilai koefisien Wobble................................................................... 25Tabel 2.2 : Spesifikasi strand ASTM A-416.............................................................. 21Tabel 2.1 : Tipe Jembatan dan aplikasi penjang jembatan......................................... 9- – 45 m (twin cellular)............................ 80
- – 75 m (twin cellular).......................... 81
- – 45 m (single trapezoidal).................... 125
- – 75 m (single trapezoidal).................. 127
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 : Profil memanjang jembatan yang akan direncanakan...........................Gambar 2.9 : Prategang konsentris.............................................................................. 22Gambar 2.16 : Box girder dengan ketinggian konstan.................................................. 41Gambar 2.15 : Koefisien geser dasar............................................................................. 39Gambar 2.14 : Pembebanan pejalan kaki....................................................................... 35Gambar 2.13 : Pembebanan truk “T”............................................................................. 34
Gambar 2.12 : Penyebaran pembebanan arah melintang............................................... 33Gambar 2.11 : Beban Lajur “D”.................................................................................... 31
Gambar 2.10 : Prategang eksentris................................................................................. 23Gambar 2.8 : Untaian kawat (strand)........................................................................... 193 Gambar 1.2 : Profil single twin cellular box girder..................................................... 3 Gambar 1.3 : Profil single trapezoidal box girder.......................................................
Gambar 2.7 : Proses pengerjaan beton pascatarik........................................................ 19Gambar 2.6 : Proses pengerjaan beton pratarik............................................................ 18Gambar 2.5 : Balok prategang dengan tendon parabola.............................................. 16Gambar 2.4 : Balok beton menggunakan baja mutu tinggi......................................... 15Gambar 2.3 : Momen penahan lateral pada beton prategang dan beton bertulang..... 14Gambar 2.2 : Distribusi tegangan sepanjang................................................................ 133 Gambar 2.1 : Tipikal struktur jembatan....................................................................... 10
Gambar 2.17 : Box girder dengan ketinggian bervariasi............................................... 42- – 45 m (twin cellular)......................... 75
- – 75 m (twin cellular)....................... 76
- – 120 m (twin cellular)..................... 77
- – 45 m (single trapezoidal)......................... 122
- – 75 m (single trapezoidal)............................ 123
- – 120 m (single trapezoidal).......................... 123
- – 45 m (single trapezoidal)............................. 129
- – 75 m (single trapezoidal)........................... 129