Optimasi Volume Jembatan Box Culvert dan Jembatan Beton Balok-T
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Jembatan merupakan suatu struktur yang memungkinkan transportasi yang
menghubungkan dua bagian jalan yang terputus melintasi sungai , danau , kali
jalan raya, jalan kereta api dan lain lain. Jembatan box culvert dan jembatan
beton balok-T merupakan jembatan yang sering digunakan untuk perencanaan
pada bentang pendek.
Dalam kajian ini digunakan peraturan RSNI-T-02-2005 untuk pembebanan
beton dan RSNI-T-12-2004 untuk perencanaan struktur beton untuk jembatan.
Maksud dari kajian ini adalah membandingkan jumlah volume tulangan yang
dibutuhkan oleh bangunan atas jembatan box culvert dan balok-T dengan bentang
8m. Sehingga didapatkan perbandingan yang volume yang ekonomis pada masing
masing bentang. Dimana tulangan merupakan material yang diperlukan dalam
pembangunan jembatan dan juga sangat mahal.
Akhir dari tugas akhir ini diperoleh bahwa volume tulangan yang
diperlukan pada jembatan balok-T lebih ekonomis dari pada jembatan box culvert.
Kata kunci : jembatan, box culvert , balok-T, bangunan atas, tulangan
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur dipanjatkan kepada Tuhan Maha Esa 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
”Optimasi Volume Jembatan Box Culvert dan Jembatan Beton Balok-T”. 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. Johanes Tarigan dan Ir. Syarizal, MT selaku ketua dan
sekretaris jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik USU.
2. . Bapak Ir. Sanci Barus, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah
memberi bimbingan dan saran kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
3. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Medan.
4. Orang tua, (alm.) H. Doloksaribudan S. Hutasoit, dan kakak adik Hotmian,
Elisa, Montoya 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 2010 Rano, Mangasi, Bhoris, Welman,
Universitas Sumatera Utara
Leo, Uke, Darwin, Boby, Badia, Yahya, Freddy, Jernih, dan rekan rekan
lain yang tak dapat disebutkan satu-satu namanya.
6. Terima kasih untuk motivasi dan semangat yang diberikan rekan-rekan
GMKI FT-USU baik pengurus maupun rekan rekan sesama anggota.
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,
Maret 2016
Hormat,
Haposan Benclin
10 04 04 116
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ..................................................................................................................................... i
KATA PENGANTAR................................................................................................................... ii
DAFTAR ISI................................................................................................................................ iv
DAFTAR NOTASI ..................................................................................................................... vii
DAFTAR TABEL........................................................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................... x
BAB I : PENDAHULUAN ........................................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang............................................................................................................... 1
1.2. Rumusan masalah ........................................................................................................... 5
1.3. Tujuan ............................................................................................................................. 5
1.4. Manfaat ........................................................................................................................... 6
1.5. Pembatan masalah........................................................................................................... 6
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA................................................................................................. 7
2.1. Umum ............................................................................................................................ 7
2.2. Jenis-jenis jembatan........................................................................................................ 7
2.3. Struktur Jembatan ......................................................................................................... 10
2.4. Pembebanan jembatan ................................................................................................... 11
2.5. Beton............................................................................................................................. 16
2.6. Prinsip perencanaan ...................................................................................................... 10
Universitas Sumatera Utara
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN ........................................................................... 20
3.1. Jenis penelitian.............................................................................................................. 20
3.2. Objek Penelitian............................................................................................................. 20
3.3. Tahap penelitian............................................................................................................. 20
BAB IV : ANALISIS DAN PEMBAHASAN ..................................................................... 23
4.1. Desain ukuran geometri jembatan.................................................................................. 23
4.1.1.
Jembatan box culvert......................................................................................... 23
4.1.2.
Jembatan beton balok-T .................................................................................... 23
4.2. Pembebanan jembatan.................................................................................................... 24
4.2.1.
Jembatan box culvert......................................................................................... 24
4.2.2.
Jembatan beton balok-T .................................................................................... 28
4.3. Perhitungan struktur jembatan ....................................................................................... 34
4.3.1.
Perhitungan struktur jembatan box culvert ....................................................... 34
4.3.1.1. Perhitungan Pelat Atas Box Culvert .......................................................... 34
4.3.1.2. Perhitungan Pelat Dinding Box Culvert ..................................................... 39
4.3.1.3. Perhitungan Pelat Pondasi Box Culvert...................................................... 44
4.3.2.
Perhitungan struktur jembatan Beton Balok-T.................................................. 47
4.3.2.1. Perhitungan Balok Girder ........................................................................... 47
4.3.2.2. Perhitungan Balok Diafragma .................................................................... 51
4.3.2.3. Perhitungan Pelat........................................................................................ 55
4.3.2.4. Perhitungan Kolom Abutmen ..................................................................... 61
4.3.2.5. Perhitungan Back Wall Abutmen ............................................................... 65
4.3.2.6. Perhitungan Pile Cap Abutmen .................................................................. 70
4.4. Rekapitulasi Tulangan.................................................................................................. 122
Universitas Sumatera Utara
BAB V : KESIMPULAN/SARAN ............................................................................................. 78
5.1. Kesimpulan ......................................................................................................................... 78
5.2. Saran .................................................................................................................................... 78
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
a
= tinggi blok tegangan tekan persegi ekivalen beton dalam analisis kekuatan
batas penampang beton bertulang akibat lentur.
As
= Luas tulangan tarik, mm2.
Ag
= luas brutto penampang, mm2.
Av
= luas tulangan geser dalam daerah sejarak s, atau luas tulangan geser yang
tegak lurus terhadap tulangan lentur tarik dalam suatu daerah sejarak s pada
komponen struktur lentur tinggi, mm2
bw
= Lebar badan balok, atau diameter dari penampang bulat, mm.
c
= Jarak dari serat tekan terluar ke garis netral, mm.
d
= jarak dari serat tekan terluar ke pusat tulangan tarik, mm.
Ec
= Modulus elastisitas beton, MPa.
Es
= Modulus elastisitas tulangan, MPa.
fc’
= Kuat tekan beton yang disyaratkan pada umur 28 hari, MPa.
fs’
=Tegangan pada tulangan tekan,Mpa
fs
= Tegangan tarik ijin pada tulangan tekan, Mpa
fy
= Kuat leleh baja non-prategang, MPa.
h
= Tinggi total komponen struktur, mm.
k
= faktor panjang efektif komponen struktur tekan.
ln
= bentang bersih diukur dari muka-ke-muka tumpuan.
Mn
= Kekuatan momen nominal penampang, Nmm.
Universitas Sumatera Utara
Mu
= Momen terfaktor akibat kombinasi pengaruh gaya luar yang terbesar pada
penampang, Nmm.
M1
= momen ujung terfaktor yang lebih kecil pada komponen tekan, bernilai
positif bila komponen struktur melentur dengan kelengkungan tunggal, negatif
bila komponen struktur melentur dengan kelengkungan ganda, mm-N.
M2
= momen ujung terfaktor yang lebih besar pada komponen struktur tekan; selalu
bernilai positif, mm-N.
Nu
= beban aksial terfaktor akibat kombinasi pengaruh gaya luar yang terbesar,
yang tegak lurus pada penampang, diambil positif untuk tekan, negatif untuk
tarik, dan memperhitungkan pengaruh dari tarik akibat rangkak dan susut, N.
Pn
= kuat aksial nominal pada eksentrisitas yang diberikan
s
= Spasi dari tulangan geser atau puntir dalam arah sejajar dengan tulangan
longitudinal, mm.
wc
= Berat Jenis beton, kg/m3
Vc
= kuat geser nominal yang disumbangkan oleh beton.
Vs
= Kuat geser nominal yang disumbangkan oleh tulangan geser.
Vu
= Gaya geser terfaktor akibat kombinasi pengaruh gaya luar yang terbesar
pada penampang.
φ
= Faktor reduksi kekuatan.
ρ
= Rasio tulangan tarik non-prategang.
ρb
= rasio tulangan yang memberikan kondisi regangan yang seimbang.
Universitas Sumatera Utara
ρs
= rasio dari volume tulangan spiral terhadap volume inti total (diukur dari sisi
luar ke sisi luar spiral) dari sebuah komponen struktur tekan dengan tulangan
spiral.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.
Bentang ekonomis jembatan
9
Tabel 2.2.
Klasifikasi Lingkungan
16
Tabel 2.3.
Tebal minimum selimut beton untuk acuan dan pemadatan
18
Tabel 2.4.
Selimut beton untuk acuan kaku dan pemadatan intensif
18
Tabel 2.5
Selimut beton untuk komponen yang dibuat dengan diputar
18
Tabel 4.1.
Berat mati tambahan
24
Tabel 4.2.
Berat Mati tambahan pada bang. Atas jemb. Balok-T
29
Tabel 4.3.
Berat mati tambahan pada abutmen
31
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1.
Tampak depan box culvert
3
Gambar 1.2.
Perspektif box culvert
3
Gambar 1.3.
Gelagar melintang bangunan atas jemb balok-T
4
Gambar 1.4. Perspektif jembatan balok-T
4
Gambar 2.1.
Beban lajur D
12
Gambar 2.2.
Pembebanan beban truk
13
Gambar 3.1.
Flowchart Pengerjaan tugas akhir
22
Gambar 4.1.
Bidang geser 2 arah pelat lantai box culvert
38
Gambar 4.2.
Bidang geser 2 arah pelat lantai Jemb. Beton Balok-T
59
Gambar 4.3.
Penulangan box culvert
74
Gambar 4.4.
Penulangan bang. Atas jembatan balok-T
75
Gambar 4.5
.Penulangan Bang. Bawah (abutmen) jemb. beton Balok-T
76
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Jembatan merupakan suatu struktur yang memungkinkan transportasi yang
menghubungkan dua bagian jalan yang terputus melintasi sungai , danau , kali
jalan raya, jalan kereta api dan lain lain. Jembatan box culvert dan jembatan
beton balok-T merupakan jembatan yang sering digunakan untuk perencanaan
pada bentang pendek.
Dalam kajian ini digunakan peraturan RSNI-T-02-2005 untuk pembebanan
beton dan RSNI-T-12-2004 untuk perencanaan struktur beton untuk jembatan.
Maksud dari kajian ini adalah membandingkan jumlah volume tulangan yang
dibutuhkan oleh bangunan atas jembatan box culvert dan balok-T dengan bentang
8m. Sehingga didapatkan perbandingan yang volume yang ekonomis pada masing
masing bentang. Dimana tulangan merupakan material yang diperlukan dalam
pembangunan jembatan dan juga sangat mahal.
Akhir dari tugas akhir ini diperoleh bahwa volume tulangan yang
diperlukan pada jembatan balok-T lebih ekonomis dari pada jembatan box culvert.
Kata kunci : jembatan, box culvert , balok-T, bangunan atas, tulangan
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur dipanjatkan kepada Tuhan Maha Esa 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
”Optimasi Volume Jembatan Box Culvert dan Jembatan Beton Balok-T”. 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. Johanes Tarigan dan Ir. Syarizal, MT selaku ketua dan
sekretaris jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik USU.
2. . Bapak Ir. Sanci Barus, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah
memberi bimbingan dan saran kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
3. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Medan.
4. Orang tua, (alm.) H. Doloksaribudan S. Hutasoit, dan kakak adik Hotmian,
Elisa, Montoya 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 2010 Rano, Mangasi, Bhoris, Welman,
Universitas Sumatera Utara
Leo, Uke, Darwin, Boby, Badia, Yahya, Freddy, Jernih, dan rekan rekan
lain yang tak dapat disebutkan satu-satu namanya.
6. Terima kasih untuk motivasi dan semangat yang diberikan rekan-rekan
GMKI FT-USU baik pengurus maupun rekan rekan sesama anggota.
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,
Maret 2016
Hormat,
Haposan Benclin
10 04 04 116
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ..................................................................................................................................... i
KATA PENGANTAR................................................................................................................... ii
DAFTAR ISI................................................................................................................................ iv
DAFTAR NOTASI ..................................................................................................................... vii
DAFTAR TABEL........................................................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................... x
BAB I : PENDAHULUAN ........................................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang............................................................................................................... 1
1.2. Rumusan masalah ........................................................................................................... 5
1.3. Tujuan ............................................................................................................................. 5
1.4. Manfaat ........................................................................................................................... 6
1.5. Pembatan masalah........................................................................................................... 6
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA................................................................................................. 7
2.1. Umum ............................................................................................................................ 7
2.2. Jenis-jenis jembatan........................................................................................................ 7
2.3. Struktur Jembatan ......................................................................................................... 10
2.4. Pembebanan jembatan ................................................................................................... 11
2.5. Beton............................................................................................................................. 16
2.6. Prinsip perencanaan ...................................................................................................... 10
Universitas Sumatera Utara
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN ........................................................................... 20
3.1. Jenis penelitian.............................................................................................................. 20
3.2. Objek Penelitian............................................................................................................. 20
3.3. Tahap penelitian............................................................................................................. 20
BAB IV : ANALISIS DAN PEMBAHASAN ..................................................................... 23
4.1. Desain ukuran geometri jembatan.................................................................................. 23
4.1.1.
Jembatan box culvert......................................................................................... 23
4.1.2.
Jembatan beton balok-T .................................................................................... 23
4.2. Pembebanan jembatan.................................................................................................... 24
4.2.1.
Jembatan box culvert......................................................................................... 24
4.2.2.
Jembatan beton balok-T .................................................................................... 28
4.3. Perhitungan struktur jembatan ....................................................................................... 34
4.3.1.
Perhitungan struktur jembatan box culvert ....................................................... 34
4.3.1.1. Perhitungan Pelat Atas Box Culvert .......................................................... 34
4.3.1.2. Perhitungan Pelat Dinding Box Culvert ..................................................... 39
4.3.1.3. Perhitungan Pelat Pondasi Box Culvert...................................................... 44
4.3.2.
Perhitungan struktur jembatan Beton Balok-T.................................................. 47
4.3.2.1. Perhitungan Balok Girder ........................................................................... 47
4.3.2.2. Perhitungan Balok Diafragma .................................................................... 51
4.3.2.3. Perhitungan Pelat........................................................................................ 55
4.3.2.4. Perhitungan Kolom Abutmen ..................................................................... 61
4.3.2.5. Perhitungan Back Wall Abutmen ............................................................... 65
4.3.2.6. Perhitungan Pile Cap Abutmen .................................................................. 70
4.4. Rekapitulasi Tulangan.................................................................................................. 122
Universitas Sumatera Utara
BAB V : KESIMPULAN/SARAN ............................................................................................. 78
5.1. Kesimpulan ......................................................................................................................... 78
5.2. Saran .................................................................................................................................... 78
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
a
= tinggi blok tegangan tekan persegi ekivalen beton dalam analisis kekuatan
batas penampang beton bertulang akibat lentur.
As
= Luas tulangan tarik, mm2.
Ag
= luas brutto penampang, mm2.
Av
= luas tulangan geser dalam daerah sejarak s, atau luas tulangan geser yang
tegak lurus terhadap tulangan lentur tarik dalam suatu daerah sejarak s pada
komponen struktur lentur tinggi, mm2
bw
= Lebar badan balok, atau diameter dari penampang bulat, mm.
c
= Jarak dari serat tekan terluar ke garis netral, mm.
d
= jarak dari serat tekan terluar ke pusat tulangan tarik, mm.
Ec
= Modulus elastisitas beton, MPa.
Es
= Modulus elastisitas tulangan, MPa.
fc’
= Kuat tekan beton yang disyaratkan pada umur 28 hari, MPa.
fs’
=Tegangan pada tulangan tekan,Mpa
fs
= Tegangan tarik ijin pada tulangan tekan, Mpa
fy
= Kuat leleh baja non-prategang, MPa.
h
= Tinggi total komponen struktur, mm.
k
= faktor panjang efektif komponen struktur tekan.
ln
= bentang bersih diukur dari muka-ke-muka tumpuan.
Mn
= Kekuatan momen nominal penampang, Nmm.
Universitas Sumatera Utara
Mu
= Momen terfaktor akibat kombinasi pengaruh gaya luar yang terbesar pada
penampang, Nmm.
M1
= momen ujung terfaktor yang lebih kecil pada komponen tekan, bernilai
positif bila komponen struktur melentur dengan kelengkungan tunggal, negatif
bila komponen struktur melentur dengan kelengkungan ganda, mm-N.
M2
= momen ujung terfaktor yang lebih besar pada komponen struktur tekan; selalu
bernilai positif, mm-N.
Nu
= beban aksial terfaktor akibat kombinasi pengaruh gaya luar yang terbesar,
yang tegak lurus pada penampang, diambil positif untuk tekan, negatif untuk
tarik, dan memperhitungkan pengaruh dari tarik akibat rangkak dan susut, N.
Pn
= kuat aksial nominal pada eksentrisitas yang diberikan
s
= Spasi dari tulangan geser atau puntir dalam arah sejajar dengan tulangan
longitudinal, mm.
wc
= Berat Jenis beton, kg/m3
Vc
= kuat geser nominal yang disumbangkan oleh beton.
Vs
= Kuat geser nominal yang disumbangkan oleh tulangan geser.
Vu
= Gaya geser terfaktor akibat kombinasi pengaruh gaya luar yang terbesar
pada penampang.
φ
= Faktor reduksi kekuatan.
ρ
= Rasio tulangan tarik non-prategang.
ρb
= rasio tulangan yang memberikan kondisi regangan yang seimbang.
Universitas Sumatera Utara
ρs
= rasio dari volume tulangan spiral terhadap volume inti total (diukur dari sisi
luar ke sisi luar spiral) dari sebuah komponen struktur tekan dengan tulangan
spiral.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.
Bentang ekonomis jembatan
9
Tabel 2.2.
Klasifikasi Lingkungan
16
Tabel 2.3.
Tebal minimum selimut beton untuk acuan dan pemadatan
18
Tabel 2.4.
Selimut beton untuk acuan kaku dan pemadatan intensif
18
Tabel 2.5
Selimut beton untuk komponen yang dibuat dengan diputar
18
Tabel 4.1.
Berat mati tambahan
24
Tabel 4.2.
Berat Mati tambahan pada bang. Atas jemb. Balok-T
29
Tabel 4.3.
Berat mati tambahan pada abutmen
31
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1.
Tampak depan box culvert
3
Gambar 1.2.
Perspektif box culvert
3
Gambar 1.3.
Gelagar melintang bangunan atas jemb balok-T
4
Gambar 1.4. Perspektif jembatan balok-T
4
Gambar 2.1.
Beban lajur D
12
Gambar 2.2.
Pembebanan beban truk
13
Gambar 3.1.
Flowchart Pengerjaan tugas akhir
22
Gambar 4.1.
Bidang geser 2 arah pelat lantai box culvert
38
Gambar 4.2.
Bidang geser 2 arah pelat lantai Jemb. Beton Balok-T
59
Gambar 4.3.
Penulangan box culvert
74
Gambar 4.4.
Penulangan bang. Atas jembatan balok-T
75
Gambar 4.5
.Penulangan Bang. Bawah (abutmen) jemb. beton Balok-T
76
Universitas Sumatera Utara