ANALISIS STRUKTUR JEMBATAN SEGMENTAL DENGAN KONSTRUKSI BERTAHAP METODE BALANCE CANTILEVER

TUGAS AKHIR

SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MENYELESAIKAN PENDIDIKAN SARJANA TEKNIK DI PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

oleh :

Bram Azwar Burhani Elliza Natalia Parera 150 01 017 150 01 021

Pembimbing : Dr. Ir. Made Suarjana

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2006

ABSTRAK

Pada dasarnya, konsep desain sangat erat kaitannya dengan metode konstruksi. Jembatan

beton prategang segmental yang dibangun dengan metoda kantilever ini membutuhkan

analisis terpisah yang pada akhirnya akan saling berhubungan yaitu antara struktur yang

sudah lengkap (keseluruhan) dengan struktur sementara selama masa konstruksi. Setiap

struktur sementara pada setiap tahapan konstruksi akan mempengaruhi tahapan konstruksi

selanjutnya. Perilaku struktur seperti defleksi dan redistribusi tegangan terus berubah selama

dan setelah tahap konstruksi berlangsung seiring dengan terjadinya perbedaan pada properti

yang berubah terhadap waktu (time dependent properties) seperti rangkak, susut, modulus

elastisitas (aging) dan relaksasi tendon. Selama konfigurasi struktur terus berubah dengan

pembebanan dan kondisi perletakan yang berbeda dimana setiap tahapan konstruksi akan

mempengaruhi tahapan selanjutnya, desain pada komponen struktur tertentu mungkin

menentukan pada tahap konstruksi. Maka, analisis tahap konstruksi dibutuhkan untuk

memeriksa setiap tahapan konstruksi, dan tanpa analisis seperti itu maka analisis struktur

setelah konstruksi tidak dapat dipercaya. Pada tugas ini diambil studi kasus jembatan yang

dibangun dengan metode kantilever yaitu jembatan dan jalan layang PASUPATI. Analisis

struktur dilakukan mulai dari masa konstruksi jembatan sampai saat jembatan menerima

beban layan. Analisis struktur dilakukan dengan menggunakan bantuan program MIDAS

Civil v 6.3.3. Pada tugas ini dilakukan pula beberapa verifikasi manual untuk pemeriksaan

tegangan, kehilangan gaya prategang dan lendutan pada tahap konstruksi sebagai

pembanding dari output program. Dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa jembatan

PASUPATI memenuhi kriteria kekuatan serta kriteria kemampulayanan yang dijinkan baik

pada saat konstruksi maupun pada masa layan sesuai dengan peraturan yang berlaku di

Indonesia. Efek dari rangkak menyebabkan redistribusi momen pada jembatan pada saat

kedua kantilever mulai dihubungkan. Dari hasil verifikasi terlihat bahwa hasil perhitungan

program tidak terlalu jauh berbeda dengan perhitungan manual. Kalaupun terjadi perbedaan

hal tersebut dimungkinkan karena terdapat perbedaan asumsi pada saat melakukan

perhitungan.

ii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa sehingga kami dapat menyelesaikan Tugas Akhir kami yang berjudul Analisis Struktur Jembatan Segmental dengan Konstruksi Bertahap Metode Balance Cantilever tepat pada waktunya. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan tahap sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, kami mendapatkan banyak masukan, bimbingan, serta bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, kami ingin menyampaikan terima kasih sebesar-besarnya kepada:

• Orang tua yang telah memberikan dukungan doa, moril, dan materiil kepada kami selama ini.

• Dr. Ir. Made Suarjana sebagai dosen pembimbing atas segala bimbingan, perhatian, bantuan, dan kesabarannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

• Prof. Dr. Amrinsyah Nasution, MSCE sebagai dosen penguji seminar Tugas Akhir. • Dr. Ir. Sigit selaku dosen penguji sidang Tugas Akhir. • Dr. Ir. Bambang Budiono, ME selaku Koordinator Kelompok Bidang Kepakaran

Struktur, serta sebagai dosen penguji kami pada saat seminar dan sidang Tugas Akhir.

• Dr. Ir. Herlien D. Setio selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung.

• Dr. Ir. Willy Tumewu selaku Koordinator Tugas Akhir Program Studi Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung.

• Ir. Arief Witjaksono,Meng.Sc selaku Pimpinan Proyek Pembangunan Jalan dan

Jembatan PASUPATI.

• Bpk Wilan (PU), Bpk. Pino serta Bpk. Chandra (Indec) yang membantu kami dalam

penyediaan data untuk Tugas Akhir.

• Semua dosen Program Studi Teknik Sipil ITB yang telah memberikan dasar-dasar ilmu teknik sipil kepada kami.

• Bapak-bapak dan Ibu-ibu Tata Usaha dan Perpustakaan Teknik Sipil, atas bantuannya selama kami kuliah.

iii

• Teman-teman satu bimbingan, Danang Arif W., Hanif Firmansyah, Radhitya Himawan, Insan Arifudin, Sigit Bastian A., Heri, Mahyarudin D., dan Bob Rukman, atas kebersamaannya selama ini.

• Teman-teman satu angkatan 2001, atas kebersamaannya selama masa kuliah. • Semua pihak yang telah banyak membantu dalam penyusunan laporan ini, yang tidak

dapat disebutkan satu persatu. Kami menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih belum sempurna, mengingat keterbatasan pengetahuan dan pengalaman yang kami miliki. Saran dan kritik yang membangun sangat kami harapkan. Meskipun demikian, kami berharap Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kita semua.

Bandung, Januari 2006

Penulis

iv

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i ABSTRAK ........................................................................................................ ii KATA PENGANTAR ......................................................................................iii DAFTAR ISI .................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR .................................................................................... viii BAB I

PENDAHULUAN ...............................................................................................1 1.1. LATAR BELAKANG ..................................................................................................1 1.2. TUJUAN PENULISAN................................................................................................3 1.3. RUANG LINGKUP PEMBAHASAN ........................................................................3 1.4. SISTEMATIKA PEMBAHASAN ...............................................................................4

BAB II KONSEP DASAR JEMBATAN BETON PRATEGANG..............................6 2.1. BENTUK DAN UKURAN PENAMPANG MEMANJANG DEK .........................6 2.2. BENTUK DAN UKURAN PENAMPANG MELINTANG DEK...........................7 2.2.1. Jumlah dan Bentuk Box Beam....................................................................................7 2.3. PENGATURAN KABEL PRATEGANG ...................................................................8 2.4. JENIS PERLETAKAN SUPERSTRUKTUR PADA PIER......................................9 2.5. PEMILIHAN SISTEM SAMBUNGAN DI TENGAH BENTANG......................10 2.6. METODE KONSTRUKSI DENGAN SEGMEN-SEGMEN PRACETAK............12 2.7. SEGMEN-SEGMEN DENGAN GLUED MATCH-CAST JOINT ...........................14 2.7.1. Segmen-Segmen Generasi Pertama .........................................................................14 2.7.2. Segmen-Segmen Generasi Kedua............................................................................16 2.8. METODE PEMASANGAN SEGMEN.....................................................................17 2.9. REDISTRIBUSI MOMEN DAN TEGANGAN RANGKAK PADA BETON ..........18

BAB III MATERIAL DAN SISTEM BETON PRATEGANG...................................21 3.1. BETON ........................................................................................................................21 3.1.1. Sifat-sifat Beton Keras .............................................................................................21

v

3.1.2. Kekuatan Tekan .......................................................................................................21 3.1.3. Kekuatan Tarik.........................................................................................................22 3.1.4. Kurva Tegangan-Regangan......................................................................................22 3.1.5. Modulus Elastisitas ..................................................................................................23 3.1.6. Susut.........................................................................................................................24 3.1.7. Rangkak ...................................................................................................................27 3.2. BAJA PRATEGANG .................................................................................................30 3.2.1. Jenis-jenis Baja Prategang........................................................................................30 3.2.2. Relaksasi Baja ..........................................................................................................31 3.3. TEGANGAN IJIN BETON & BAJA PRATEGANG MENURUT SNI 2003 ...........32 3.3.1. Tegangan Ijin Pada Beton Prategang .......................................................................32 3.3.2. Tegangan Ijin Pada Baja Prategang .........................................................................33 3.4. SISTEM BETON PRATEGANG DAN PENGANGKERAN ....................................33 3.4.1. Sistem Pascatarik (Post-tension)..............................................................................33 3.4.2. Sistem Jacking .........................................................................................................34 3.4.3. Penyuntikan (Grouting) Tendon Pascatarik.............................................................34

BAB IV STUDI KASUS.................................................................................................35 4.1. DESKRIPSI UMUM...................................................................................................35 4.1.1. Pier ...........................................................................................................................35 4.1.2. Box Girder................................................................................................................36 4.1.3. Properti Material ......................................................................................................36 4.2. METODE PELAKSANAAN KONSTRUKSI ............................................................37 4.2.1. Erection dan Stressing Segmen................................................................................39 4.3. METODE PERENCANAAN STRUKTUR ................................................................43 4.3.1. Pemodelan Struktur..................................................................................................43 4.3.2. Pada Saat Konstruksi ...............................................................................................43 4.3.3. Pada Masa Layan .....................................................................................................47 4.4. PEMBEBANAN STRUKTUR JEMBATAN PASUPATI..........................................47 4.4.1. Beban Tetap .............................................................................................................47 4.4.2. Beban Lalu-lintas .....................................................................................................48 4.4.3. Beban Gempa...........................................................................................................51 4.4.4. Kombinasi Pembebanan...........................................................................................51 4.5. KRITERIA PERENCANAAN ....................................................................................52

vi

BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN ................................................................53 5.1. OUTPUT GAYA-GAYA DALAM PADA SUPERSTRUKTUR ..............................53 5.1.1. Pada Saat Konstruksi ...............................................................................................53 5.2. PEMERIKSAAN TEGANGAN .................................................................................70 5.2.1. Pada Saat Konstruksi ...............................................................................................70 5.2.2. Pada Masa Layan .....................................................................................................74 5.3. VERIFIKASI MANUAL.............................................................................................75 5.3.1. Pemeriksaan Tegangan.............................................................................................75 5.3.2. Kehilangan Gaya Prategang.....................................................................................77 5.3.3. Pemeriksaan lendutan ..............................................................................................79 5.4. PEMERIKSAAN SERVICEABILITY JEMBATAN ...............................................87

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN.......................................................................88 6.1. KESIMPULAN............................................................................................................88 6.2. SARAN ........................................................................................................................88

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pengaturan kabel prategang: kabel kantilever (c) dan kabel penyambung (I) ...8 Gambar 2.2 Dek menyatu dengan pier...................................................................................9 Gambar 2.3 Dek yang ditumpu sederhana diatas pier..........................................................10 Gambar 2.4 Sistem dengan sambungan sendi......................................................................11 Gambar 2.5 Skema prinsip sendi geser ................................................................................11 Gambar 2.6 Sistem kantilever dengan suspended span .......................................................11 Gambar 2.7 Skema suspended span .....................................................................................12 Gambar 2.8 Sistem kantilever menerus ...............................................................................12 Gambar 2.9 Segmen precast generasi pertama....................................................................15 Gambar 2.10 Segmen precast generasi kedua .......................................................................16 Gambar 2.11 Metode pemasangan segmen............................................................................17 Gambar 2.12 Ilustrasi gaya akibat beban rangkak .................................................................19

Gambar 3.1 Kurva tegangan-regangan tipikal beton ...........................................................23 Gambar 3.2 Modulus sekan dan modulus tangen beton ......................................................23 Gambar 3.3 Kurva susut-waktu............................................................................................25 Gambar 3.4 Grafik penentuan faktor susut ..........................................................................26 Gambar 3.5 Kurva regangan-waktu .....................................................................................27 Gambar 3.6 Grafik penentuan faktor rangkak......................................................................30 Gambar 3.7 Dongkrak strand ganda stresstek 500 ton ........................................................34

Gambar 4.1 Skema trase jembatan dan jalan layang Pasupati .............................................35 Gambar 4.2 Bentuk pier tipikal............................................................................................36 Gambar 4.3 Bentuk tipikal segmen......................................................................................36 Gambar 4.4 Pier segmen yang telah dipasang .....................................................................39 Gambar 4.5 Dua buah segmen yang telah tersambung ........................................................40 Gambar 4.6 Skema pemasangan temporary tendon dan stressbar .......................................40 Gambar 4.7 Satu pasang segmen yang telah tersambung ....................................................41 Gambar 4.8 Stitching beam yang telah terpasang diantara dua kantilever ..........................42 Gambar 4.9 Skema pemasangan continuity tendon .............................................................42 Gambar 4.10 Pemodelan struktur pada tahap 1 .....................................................................45 Gambar 4.11 Pemodelan struktur pada tahap 2 .....................................................................45

viii

Gambar 4.12 Pemodelan struktur pada tahap 7 .....................................................................45 Gambar 4.13 Pemodelan struktur pada tahap 8 .....................................................................46 Gambar 4.14 Pemodelan struktur pada tahap 9 .....................................................................46 Gambar 4.15 Pemodelan satu bentang jembatan Pasupati.....................................................47 Gambar 4.16 Beban lajur “D”................................................................................................49 Gambar 4.17 Beban "D" : UDL vs Panjang yang Dibebani ..................................................49 Gambar 4.18 Penyebaran pembebanan pada arah melintang.................................................50 Gambar 4.19 Pembebanan truk “ T “ ....................................................................................51

Gambar 5.1 Hasil Program vs Perhitungan Manual Kantilever Kiri ...................................84 Gambar 5.2 Hasil Program vs Perhitungan Manual Kantilever Kanan ...............................86

ix

LAPORAN TUGAS AKHIR

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1. KESIMPULAN

Dari hasil analisis dan pembahasan dari bab sebelumnya, maka dapat diambil beberapa

kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada masa konstruksi, terjadi tegangan tarik pada jembatan yang ditinjau. Tegangan

tarik yang terjadi pada masa transfer tersebut masih memenuhi tegangan tarik ijin.

2. Efek dari rangkak menyebabkan redistribusi momen pada jembatan pada saat kedua

kantilever telah tersambung.

3. Pada masa layan, tegangan tarik dan tegangan tekan yang terjadi pada jembatan yang

ditinjau, masih dalam batasan tegangan ijin yang berlaku.

4. Dari hasil verifikasi manual untuk pengecekan tegangan tidak terjadi perbedaan yang

signifikan antara perhitungan manual dengan output program. Sedangkan untuk

perhitungan losses didapatkan perbedaan sebesar 4.25 % hal tersebut dimungkinkan

terjadi akibat perbedaan asumsi yang digunakan antara perhitungan manual dengan

perhitungan program.

5. Lawan lendut dapat diberikan pada jembatan ketika masih dalam bentuk balance

cantilever agar ketika kedua kantilever dihubungkan akan berada pada level yang

sama.

6.2. SARAN

Saran dari penulis sebagai bahan pertimbangan dalam konstruksi jembatan segmental dengan

metode balance cantilever:

1. Pada proses desain jembatan segmental dengan metode balance cantilever, analisis

tahap konstruksi perlu dilakukan, dengan mempertimbangkan kemungkinan-

kemungkinan yang terjadi di lapangan. Hal tersebut dilakukan agar dapat diketahui

perilaku struktur pada saat konstruksi dan memastikan tidak ada struktur yang gagal

pada tahap konstruksi.

88 ANALISIS STRUKTUR JEMBATAN SEGMENTAL DENGAN KONSTRUKSI BERTAHAP METODE BALANCE CANTILEVER

LAPORAN TUGAS AKHIR

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

2. Pada proses desain perlu disertakan analisis dengan mempertimbangkan efek-efek

sekunder seperti efek dari rangkak, susut dan akibat gaya prategang selama jangka

waktu tertentu. Hal ini perlu dilakukan mengingat efek-efek sekunder tersebut dapat

menyebabkan terjadinya redistribusi tegangan yang harus ikut diperhitungkan dalam

tahap desain.

3. Penggunaan program semacam MIDAS dapat digunakan untuk membantu

memberikan gambaran dari perilaku struktur pada saat konstruksi dan juga dapat

memperhitungkan properti yang bergantung terhadap waktu.

89 ANALISIS STRUKTUR JEMBATAN SEGMENTAL DENGAN KONSTRUKSI BERTAHAP METODE BALANCE CANTILEVER

DAFTAR PUSTAKA MIDAS Civil Program, Civil Structure Analysis and Design: Analysis for Civil Structure

Manual. Departemen Pekerjaan Umum, Standar Pembebanan untuk Jembatan. Departemen Pekerjaan Umum, Pekerjaan Struktur Beton untuk Jembatan. Mathivat, Jacques, The Cantilever Construction of Prestressed Concrete Bridges, John Wiley

& Sons Ltd., 1983. Podolny, Walter dan Muller M., Jean. Construction and Design of Prestressed Concrete

Segmental Bridges, John Wiley & Sons Ltd., 1982.

90