Analisis Efisiensi Kabel Balok Beton Prategang Pada Jembatan Terhadap Kapasitas Lentur Dengan Penampang Yang Berbeda

ANALISIS EFISIENSI KABEL BALOK BETON
PRATEGANG PADA JEMBATAN TERHADAP KAPASITAS
LENTUR DENGAN PENAMPANG YANG BERBEDA

TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi tugas-tugas dan Memenuhi Syarat untuk
Menempuh Ujian Sidang Sarjana Teknik Sipil

Disusun oleh :

ELWIS SITORUS
10 0404 071

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014

Universitas Sumatera Utara


ABSTRAK
Efektifitas perencanaan dalam beton prategang penting dalam peningkatan mutu,
kapasitas dan nilai ekonomis dari prategang tersebut. Perencanaan yang berbeda akan
menghasilkan kelebihan dan kekurangan dari masing-masing perencanaan. Pada tugas
akhir ini, penulis merencanakan balok prategang pada jembatan dengan penampang yang
berbeda-beda yaitu penampang persegi, I girder, dan penampang T dengan dua perletakan
(balok sederhana dan tiga perletakan (balok menerus) dengan memikul beban yang sama.
Sehingga akan membandingkan mana yang paling efesien atau ekonomis baik dalam hal
jumlah kabel prategang yang digunakan dan luas penampang balok yang dibutuhkan.
Dasar-dasar perencanaan disusun berdasarkan buku yang menjadi referensi penulis.
Serta beban yang dipikul oleh balok jembatan berdasarkan RSNI-T-02-2005. Kabel
prategang dalam perencanaan ini mengacu pada ASTM A 416 yaitu Uncoated seven wires
stress relieved strands for prestressed concrete Gradw 270 low relaxation. Adapun bebanbeban yang bekerja adalah beban mati, beban hidup dan beban mati tambahan. Analisa
kehilangan terhadap gaya prategang dilakukan, akibat perpendekan elastis, susut, rangkak
dan relaksasi baja. Hasil analisa dari semua peraturan dikombinasikan untuk melakukan
kontrol terhadap tegangan yang terjadi pada balok prategang. Pada Tugas Akhir ini akan
terlihat bagaimana efektifitas penampang yang berbeda-beda pada balok beton prategang
pada jembatan serta efektifitas balok menerus dengan balok sederhana pada jembatan .

Kata kunci : prategang penuh, balok komposit.


i
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
ABSTRAKi ......................................................................................................................... i
DAFTAR ISI ...................................................................................................................... ii
DAFTAR GAMBAR.......................................................................................................... v
DAFTAR NOTASI ........................................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ............................................................................................................. ix
KATA PENGANTAR ........................................................................................................ x
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 5
1.3 Tujuan ......................................................................................................... 6
1.4 Pembatasan Masalah ................................................................................... 7
1.5 Metode Penulisan........................................................................................ 7
BAB II

TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................................... 9

II.1 Material ....................................................................................................... 9
II.1.1. Beton ................................................................................................ 9
II.1.1.1. Semen ................................................................................. 9
II.1.2. Agregat ................................................................................. 11
II.1.3. Air ........................................................................................ 13
II.1.4. Bahan Tambah ..................................................................... 14
II.1.2. Baja ................................................................................................. 16
II.2 Beton Prategang ........................................................................................ 19
II.2.1 Konsep Dasar Prategang .................................................................. 19
II.2.2 Pratregang ....................................................................................... 23
II.2.3 Pasca Tarik ...................................................................................... 24
ii
Universitas Sumatera Utara

II.2.4 Struktur Statis Tak Tentu ........................................................................................ 25
II.2.4.1 Istilah-Istilah Umum ......................................................... 28
II.2.4.2 Pola untuk Tendon Balok Menerus ................................... 31
II.2.5 Struktur Komposit Beton Prategang ............................................... 32
II.2.5.1 Analisa Tegangan ......................................................................... 33
II.2.6 Tendon............................................................................................. 34

II.2.7 Kehilangan Prategang36
II.2.7.1 Kehilangan Prategang Langsung....................................... 36
II.2.7.2 Kehilangan Prategang Berdasarkan Fungsi Waktu ........... 38
II.3 Pembebanan Pada Jembatan....................................................................... 40
II.3.1 Aksi Tetap ....................................................................................... 41
II.3.2 Aksi Lalu Lintas. ............................................................................. 42
II.3.3 Faktor Beban Dinamis..................................................................... 45
II.3.3 Faktor Beban Pejalan Kaki.............................................................. 46
II.3.4 Aksi Lingkungan ............................................................................. 47
BAB III METODE ANALISA ....................................................................................... 49
III.1 Umum ....................................................................................................... 49
III.2 Pembebanan .............................................................................................. 50
III.3 Desain Penampang Terhadap Lentur ........................................................ 50
III.3.1 Kondisi Tegangan .......................................................................... 50
III.3.1.1 Modulus Penampang....................................................... 50
III.3.1.2 Gaya Prateg ang .............................................................. 52
III.3.2 Keadaan Batas Runtuh ................................................................... 53
III.3.3 Gaya Prategang Pada Balok Komposit .......................................... 56
BAB IV APLIKASI ........................................................................................................ 57


iii
Universitas Sumatera Utara

IV.1 Gambar V.I ............................................................................................... 57
IV.2 Data Data Struktur dan Penentuan Bahan ................................................ 58
IV.3 Perhitungan Pembebanan.......................................................................... 59
IV.4 Balok Sederhana ....................................................................................... 61
IV.5 Balok Menerus .......................................................................................... 85
BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN........................................................................ 125
V.1 Kesimpulan ............................................................................................... 126
V.2 Saran.......................................................................................................... 127

DAFTAR PUSTAKA....................................................................................................... viii

iv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar I.1

Potongan Penampang balok Jembatan

3

Gambar I.2

Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang Pada Tendon Konsentris.

4

Gambar 1.3

Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang dan berat sendiri Pada
Tendon Konsentris.

4

Gambar I.4


Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang Pada Tendon Ekssentris

5

Gambar I.5

Distribusi Tegangan Akibat Gaya Prategang dan berat sendiri Pada
Tendon Eksensentris

6

Gambar II.1 Distribusi Tegangan Sepanjang Penampang Beton Prategang konsentris 21
Gambar II.2 Momen Penahan Internal Pada Beton Prategang dan Beton Bertulang

22

Gambar II.3 Balok Beton Menggunakan Baja Mutu Tinggi

23


Gambar II.4 Balok Prategang Dengan Tendon Parabola

23

Gambar II.5 Proses Pengerjaan Beton Pratarik (Pre-tensioning)

24

Gambar II.6 Proses Pengerjaan Beton Pascatarik (Post-tensioning)

25

Gambar II.7 Reaksi Sekunder dan Momen Sekunder Pada Balok Beton Prategang
Menerus

27

Gambar II.8 Garis Tekan Pada Suatu Balok Prategang Menerus29
Gambar II.9 Garis Tekanan dan Profil Kabel Konkordan


31

Gambar II.10 Pola Tendon Untuk Balok Menerus

32

Gambar II.11 Jenis-jenis Baja yang Dipakai Untuk Beton Prategang

35

Gambar II.12 Beban Lajur “D”

43

Gambar II.15 Pembebanan untuk Pejalan Kaki

46

Gambar III.1 Bentuk penampang yang digunakan


49

Gambar III.2 Tegangan Akibat Pretegang, Beban Mati, Beban Terpasang

51

Gambar III.3 Bagan untuk Dimensi Pendahuluan Penampang Beton Prategang

55

v
Universitas Sumatera Utara

Gambar III.4 Analisa Tegangan Balok Komposit pada (a) Balok Persegi, (b) Balok I,
(c) Balok T

56

Gambar IV.1 Balok pada 2 perletakan (a), balok pada 3 perletakan (b), penampang

balok persegi (c), T (d), dan I girder (e).

58

vi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI
f’ci

tegangan tekan beton

ft

tegangan tekan pada serat atas balok

fb

tegangan tekan pada serat bawah balok

Ac

luas penampang beton

Aps

luas baja prategang

b

lebar penampang balok

h

tinggi penampang balok

C

gaya tekan penampang

c

jarak ke sumbu netral diagram tegangan

e

eksentrisitas

Ec

modulus elastisitas beton

Es

modulus elastisitas baja

f’c

kuat tekan beton pada awal penegangan

fcpe

tegangan pada baja prategang pada saat servis

fu

tegangan tarik ultimate

fy

tegangan leleh

Ix

inersia arah sumbu x penampang

Kcr

2,0 untuk struktur pratarik
1,6 untuk struktur pasca tarik

L

panjang bentang

M

momen

Ms

momen sekunder

Mu

momen ultimate

Pi

gaya prategang saat initial

vii
Universitas Sumatera Utara

Pe

gaya prategang efektif

q

beban terbagi rata

Tu

gaya tarik pada serat bawah

w

berat jenis beton

Zt

modulus section bagian atas

Zb

modulus section bagian bawah

Zkt

modulus section komposit bagian atas

Zkb

modulus section komposit bagian atas

Yt

jarak titik berat ke serat atas terluar

yb

jarak titik berat ke serat bawah terluar

viii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel II.1

Empat senyawa utama dalam semen portland

10

Tabel II.2

Batas-Batas Gradasi Agregat Halus

12

Tabel II.3

Batas-Batas Gradasi Agregat Kasar

12

Tabel II.4

Persyaratan Kekerasan Agregat Kasar Beton

13

Tabel II.5

Sifat-safat baja

18

Tabel II.6

Strand Standar Tujuh Kawat Untuk Beton Prategang

36

Tabel II.7

Jumlah Lajur Lajur Lalu Lintas

42

Tabel II.8

Kecepatan angin rencana

48

Tabel II.8

Koefisien Seret CW

48

ix
Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan
rahmat dan karunia-Nya kepada saya, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan
baik.
Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang
struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan
judul “ANALISIS

EFISIENSI KABEL BALOK BETON PRATEGANG PADA

JEMBATAN TERHADAP KAPASITAS LENTUR

DENGAN PENAMPANG

YANG BERBEDA”.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu studi untuk mengetahui efisiensi kabel balok
beton prategang dengan membandingkan penampang yang berbeda-beda dan dua
perletakan dengan tiga perletakan. Tugas Akhir ini dapat disusun berkat adanya bimbingan
dan kerjasama beberapa dosen maupun mahasiswa Universitas Sumatera Utara. Disamping
itu penulis juga mecari literatur yang berhubungan dengan perencanaan tersebut.
Saya menyadari bahwa penyelesaian Tugas Akhir ini tidak terlepas dari dukungan,
bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini saya
menyampaikan ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orangtua saya
yang sangat saya cintai, Drs. Baktiar Sitorus dan Ibu saya Resmi Manurung dan temanteman saya yang setia mendoakan dalam perjalanan pengerjaan skripsi ini.
Selain itu, saya juga mengucapkan terimakasih banyak kepada beberapa pihak yang
berperan penting yaitu :
1.

Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara sekaligus pembimbing, yang telah
memberikan dukungan, masukan bimbingan, waktu, tenaga serta pikiran dalam
membantu saya untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

x
Universitas Sumatera Utara

2.

Bapak Ir. Syahrizal, M.sc selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.

3.

Bapak/ Ibu seluruh staf pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.

4.

Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuannya selama ini kepada
saya.

5.

Orang-orang spesial bagiku Febriantris Sitorus, Lilis Sitorus, Widya Banjarnahor,
Trissa Purba, Noni Sinaga yang setia mendoakan dan mendukung.

6.

Rekan sekaligus sahabat saya mahasiswa yang setia mendukung dan membantu saya,
stambuk 10

Tohap Pakpahan, Fander Simanjuntak, Jernih Putri, Boby Hutapea,

Rizky Torang, Fransiscus I. Pinem, Rid Grandson, Freddy Tantra, Desindo Wijaya,
Elfridani Saragih, Prisquilla Sembiring, Rebekka Silalahi, Hopnagel Sinaga, Yahya,
Essy Santaria Ginting, Zefanya Hutasoit, Ebenezer Simanjuntak, Alfian Simbolom
dan lainya serta abang dan kakak senior angkatan 2010 adik-adik stambuk 11, 12, dan
13 yang telah memberikan dukungan serta info mengenai kegiatan sipil.
7.

Teman kelompok Kecilku Mardi Banurea, Samarpal Limbong, Nova, dan PKK ku
Kak Novita, ST yang setia mendukung dan mendoakan.

8.

Adik-adik kelompok kecilku Cicilia Simbolon, Angel Sibayang, Ronald, Sintong,
Fany, Imanuel Butar-butar, Imanuel Simanullang, Fery, Tambang.

9.

Kawan-kawan kos Boy Sijabat, Mikael Sinaga, Mardiko Saragih, Jefvry Rumahorbo.

10. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas dukungannya
yang baik.
Walaupun dalam menyusun Tugas akhir ini penulis telah berusaha untuk mengkaji
dan menyampaikan materi secara sistematis dan terstruktur, penulis sadar Tugas akhir ini
masih jauh dari kata sempurna. Untuk itu, saya sangat mengharapkan saran dan kritik yang
xi
Universitas Sumatera Utara

membangun dari para pembaca demi perbaikan di masa yang akan datang. Akhir kata saya
mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya dan semoga Tugas akhir ini bermanfaat
bagi pembaca.

Medan,

Agustus 2014

Elwis Sitorus
Penulis

xii
Universitas Sumatera Utara