II. TINJAUAN PUSTAKA - repository.ipb.ac.idrepository.ipb.ac.id/jspui/bitstream/123456789/57921/3/BAB II... · tegangan-regangan baja diketahui; (c) Tegangan tarik beton boleh diabaikan;

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. JEMBATAN

Pengertian jembatan secara umum, adalah suatu konstruksi yang berfungsi untukmenghubungkan dua bagian jalan yang terputus oleh adanya rintangan-rintangan seperti lembah yangdalam, alur sungai, danau, saluran irigasi, kali, jalan kereta api, jalan raya yang melintang tidaksebidang, dan lain sebagainya. (Ilham 2010)

Jenis jembatan sekarang ini telah mengalami perkembangan pesat sesuai dengan kemajuanzaman dan teknologi berdasarkan: (a) Fungsi; (b) Lokasi; (c) Bahan konstruksi; dan (d) Struktur.

2.1.1. Struktur Jembatan

Menurut Ilham (2010), secara umum struktur jembatan dapat dibagi menjadi tiga bagianyang saling menopang satu sama lain sehingga tidak dapat dipisahkan sebagai suatu satu kesatuan.

A. Struktur Atas (Superstructures)

Struktur atas dari suatu jembatan merupakan bagian yang menerima beban langsung. Strukturatas jembatan pada umumnya meliputi: (a) Trotoar; (b) Slab lantai kendaraan; (c) Gelagar atau girder;(d) Balok diafragma; (e) Ikatan pengaku; dan (f) Tumpuan atau bearing.

B. Struktur Bawah (Substructures)

Struktur bawah dari suatu jembatan berfungsi untuk memikul seluruh beban struktur atas danbeban lain secara vertikal maupun horisontal yang ditimbulkan oleh tekanan tanah, gesekan padatumpuan, dan lain sebagainya yang kemudian disalurkan ke pondasi. Selanjutnya, beban-bebantersebut akan disalurkan ke tanah oleh pondasi.

C. Pondasi (Foundation)

Pondasi dari suatu jembatan berfungsi untuk meneruskan beban jembatan ke tanah.Berdasarkan sistemnya, pondasi abutment atau pier jembatan dapat dibedakan menjadi beberapamacam jenis, antara lain: (a) Pondasi telapak; (b) Pondasi sumuran; dan (c) Pondasi tiang.

2.2. BETON BERTULANG

Suatu jembatan slab pada tumpuan sederhana tersusun dari pelat monolit dengan bentang daritumpuan ke tumpuan tanpa didukung oleh gelagar atau balok melintang (stringer). Jembatan betonbertulang dengan tipe struktur atas berupa slab akan lebih efisien bila digunakan untuk bentangpendek. Hal ini disebabkan oleh berat slab yang tidak ekonomis lagi untuk bentang yang lebihpanjang. Struktur slab lebih sesuai untuk bentang sampai dengan 35 ft (± 10 m). Akan tetapi banyakperencana menyatakan bahwa penggunaannya lebih ekonomis bila tidak lebih dari 20 ft sampaidengan 25 ft (± 6 m sampai dengan 8 m). Sistem bentang menerus akan menambah penghematanpanjang bentang, dengan pertimbangan kesederhanaan desain dan pekerjaan lapangan. Pada bentangsederhana, panjang bentang adalah jarak ke pusat tumpuan.

4

Jembatan slab beton diberi perkuatan baja tulangan pada arah longitudinal dan juga harusdiperkuat dalam arah melintangnya untuk mendistribusikan beban hidup lateral. Jumlah minimalsesuai dengan prosentase dari baja tulangan utama yang diperlukan untuk momen positif, 100/√S,dengan S adalah panjang bentang dalam feet (atau 100/0,55√S dengan S dalam meter), tetapi tidakboleh lebih dari 50%. Slab harus diperkuat pada semua bagian tepi yang tidak ditumpu. Dalam arahlongitudinal, perkuatan dapat berupa bagian slab dengan penulangan tambahan, balok yang terintegraldengan slab dan lebih tinggi dari slab, atau yang terintegral antara slab dan kerb.

A. Jembatan Gelagar Kotak (Box Girder)

Jembatan gelagar kotak (box girder) tersusun dari gelagar longitudinal dengan slab di atasdan di bawah yang berbentuk rongga (hollow) atau gelagar kotak. Tipe gelagar ini digunakan untukjembatan dengan bentang yang panjang. Bentang sederhana sepanjang 40 ft (± 12 m) menggunakantipe ini, akan tetapi biasanya bentang gelagar kotak beton bertulang lebih ekonomis antara 60 ftsampai dengan 100 ft (± 18 m sampai dengan 30 m) dan biasanya didesain sebagai struktur menerusdi atas pilar atau kolom. Gelagar kotak beton prategang dalam desain biasanya lebih menguntungkanuntuk bentang menerus dengan panjang bentang ± 300 ft (± 100 m). Keunggulan dari gelagar kotakadalah tahan terhadap beban torsi.

Pada kondisi lapangan, dimana tinggi struktur tidak dibatasi, penggunaan gelagar kotak danbalok T kurang lebih mempunyai nilai yang sama pada bentang 80 ft (± 25 m). Untuk bentang yanglebih pendek, tipe balok T biasanya lebih murah. Sedangkan untuk bentang yang lebih panjang,gelagar kotak lebih sesuai untuk digunakan.

Gambar 1. Tipikal penampang melintang jembatan gelagar kotak (box girder bridge)

B. Jembatan Gelagar Dek (Deck Girder)

Jembatan gelagar dek terdiri atas gelagar utama arah longitudinal dengan slab betonmembentangi diantara gelagar. Spasi gelagar longitudinal atau balok lantai dibuat sedemikian rupa,sehingga hanya mampu menggunakan slab tipis agar beban matinya menjadi kecil. Jembatan gelagardek mempunyai banyak variasi dalam desain dan fabrikasi. Salah satunya adalah jembatan betonbalok T.

Jembatan tipe ini digunakan secara luas dalam konstruksi jalan raya, tersusun dari slab betonyang didukung secara integral dengan gelagar. Penggunaannya akan lebih ekonomis pada bentang40 ft sampai dengan 80 ft (± 15 m sampai dengan 25 m) pada kondisi normal (tanpa kesalahanpekerjaan). Karena kondisi lalu lintas atau batasan-batasan ruang bebas, konstruksi beton pracetakatau beton prategang sangat memungkinkan untuk digunakan. Akan tetapi perlu adanya jaminanpenyediaan tahanan geser dan daya lekat pada pertemuan gelagar dan slab. Untuk itu diasumsikansebagai salah satu kesatuan struktur balok T.

Jembatan gelagar dek lebih sederhana dalam desain dan relatif lebih mudah untuk dibangun,serta akan lebih ekonomis jika dibangun pada bentang yang sesuai. Beberapa variasi gelagar dekdalam desain dan fabrikasi antara lain: (a) Balok T beton bertulang; dan (b) Beton prategang.

4










4










5

Gambar 2. Tipikal penampang melintang jembatan gelagar dek (deck girder bridge)

Bila gelagar searah dengan arah lalu lintas, tulangan utama slab diletakan pada arah tegaklurus arah lalu lintas tersebut, yaitu arah melintang. Pada slab dengan tumpuan sederhana, bentangjembatan diambil dari jarak pusat ke pusat tumpuan, akan tetapi tidak perlu melebihi dari jarak bersihditambah dengan tebal slab. Untuk slab menerus yang memiliki dua gelagar atau lebih di atastumpuannya, jarak bersih termasuk sebagai panjang bentang.

Rasio tinggi balok dan panjang bentang yang digunakan dalam jembatan balok T biasanyaantara 0,065 sampai dengan 0,075. Tinggi balok yang ekonomis akan diperoleh bila jumlah tulangandesak pada tumpuan bagian dalam (interior support) sedikit. Jarak gelagar ekonomis biasanyaberkisar antara 7 ft sampai dengan 9 ft (± 2 m sampai dengan 3 m) dengan slab dek yang menonjol(overhang) maksimal 2 ft 6 in (± 2 m). Bila slab dibuat menjadi satu kesatuan dengan gelagar, lebarefektif dalam desain tidak boleh lebih dari jarak pusat ke pusat gelagar, seperempat panjang bentanggelagar atau 12 kali tebal slab terkecil ditambah lebar badan gelagar. Untuk gelagar terluar, lebarefektif kantilever tidak boleh lebih dari setengah jarak bersih terhadap gelagar berikutnya, atauseperduabelas panjang bentang atau enam kali tebal slab.

2.2.1. Kekuatan Nominal Beton

A. Kuat Tekan Beton

Kuat tekan beton diartikan sebagai kuat tekan beton pada umur 28 hari (fc’) denganberdasarkan pada suatu kriteria perancangan dan keberhasilan sebagai berikut: (a) Ditetapkanberdasarkan prosedur probabilitas statistik dari hasil pengujian tekan pada sekelompok benda ujisilinder dengan diameter 150 mm dan tinggi 300 mm, dinyatakan dalam satuan MPa dengankemungkinan kegagalan sebesar 5%; (b) Sama dengan mutu kekuatan tekan beton yang ditentukandalam kriteria perencanaan, dengan syarat perawatan beton tersebut sesuai dengan spesifikasi yangditentukan; (c) Mencapai tingkat keberhasilan dalam pelaksanaan, berdasarkan hasil pengujian padabenda uji silinder, dinyatakan dalam satuan MPa yang memenuhi kriteria keberhasilan.

Beton dengan kuat tekan (benda uji silinder) yang kurang dari 20 MPa tidak dibenarkanuntuk digunakan dalam pekerjaan struktur beton untuk jembatan, kecuali untuk pembetonan yangtidak dituntut persyaratan kekuatan. Dalam hal komponen struktur beton prategang, sehubungandengan pengaruh gaya prategang pada tegangan dan regangan beton, baik dalam jangka waktu pendek

5





A. Kuat Tekan Beton



5





A. Kuat Tekan Beton



6

maupun jangka waktu panjang, maka kuat tekan beton disyaratkan untuk tidak lebih rendah dari30 MPa.

B. Kuat Tarik Beton

Kuat tarik langsung dari beton (fci) dapat diambil dari ketentuan: (a) 0,33√fc’ MPa pada umur28 hari, dengan perawatan standar; atau (b) Dihitung secara probabilitas statistik dari hasil pengujian.Sedangkan kuat tarik lentur dari beton (fcf) dapat diambil dari ketentuan: (a) 0,6√fc’ MPa pada umur28 hari, dengan perawatan standar; atau (b) Dihitung secara probabilitas statistik dari hasil pengujian.

C. Tegangan Ijin Tekan pada Kondisi Batas Layan

Tegangan tekan dalam penampang beton akibat dari semua kombinasi beban tetap padakondisi batas layan lentur dan/atau aksial tekan, tidak boleh melampaui nilai 0,45 fc’ dimana fc’ adalahkuat tekan beton yang direncanakan pada umur 28 hari, dinyatakan dalam satuan MPa.

D. Tegangan Ijin Tekan pada Kondisi Transfer Gaya Prategang

Untuk kondisi beban sementara atau untuk komponen beton prategang pada saat transfergaya prategang, tegangan tekan dalam penampang beton tidak boleh melampaui nilai 0,6 fci’ dimanafci’ adalah kuat tekan beton yang direncanakan pada umur 28 hari saat dibebani atau dilakukan transfergaya prategang, dinyatakan dalam satuan MPa.

E. Tegangan Ijin Tarik pada Kondisi Batas Layan

Tegangan tarik yang diijinkan terjadi pada penampang beton dapat diambil untuk: (a) Betontanpa tulangan sebesar 0,15√fc’; dan (b) Beton prategang penuh sebesar 0,5√fc’. Tegangan ijin tarik inidinyatakan dalam satuan MPa.

F. Tegangan Ijin Tarik pada Kondisi Transfer Gaya Prategang

Tegangan tarik yang diijinkan terjadi pada penampang beton untuk kondisi transfer gayaprategang dapat diambil dari nilai-nilai sebagai berikut: (a) Serat terluar mengalami tegangan tarik,tidak boleh melebihi nilai 0,25√fc’, (b) Serat terluar pada ujung komponen struktur yang didukungsederhana dan mengalami tegangan tarik, tidak boleh melebihi nilai 0,5√fc’. Tegangan ijin tarik inidinyatakan dalam satuan MPa.

G. Massa Jenis

Massa jenis beton (wc) ditentukan dari nilai-nilai sebagai berikut: (a) Untuk beton denganberat normal, diambil tidak kurang dari 2400 kg/m3; (b) Ditentukan dari hasil pengujian.

H. Modulus Elastisitas

Modulus elastisitas beton (Ec) nilainya tergantung pada mutu beton yang terutamadipengaruhi oleh material dan proporsi campuran beton. Namun untuk analisis perencanaan strukturbeton yang menggunakan beton normal dengan kuat tekan yang tidak melampaui 60 MPa, atau betonringan dengan berat jenis yang tidak kurang dari 2000 kg/m3. Untuk beton normal dengan massa jenissekitar 2400 kg/m3, Ec boleh diambil sebesar 4700√fc’ yang dinyatakan dalam satuan MPa.

7

I. Angka Poisson

Angka Poisson untuk beton (v) dapat diambil sebesar 0,2 atau ditentukan dari hasilpengujian.

J. Faktor Reduksi Kekuatan

Faktor reduksi kekuatan diambil dari nilai-nilai sebagai berikut: (a) Lentur sebesar 0,8;(b) Geser dan torsi sebesar 0,7; (c) Aksial tekan dengan tulangan spiral sebesar 0,7; (d) Aksial tekandengan tulangan biasa sebesar 0, 65; dan (e) Tumpuan beton sebesar 0,7.

2.2.2. Balok Lentur

Struktur balok yang diberi beban lentur akan mengakibatkan terjadinya momen lentur padabalok tersebut, sehingga akan terjadi deformasi (regangan) lentur dalam balok. Regangan-reganganyang terjadi akan menimbulkan tegangan pada balok. Pada kondisi momen lentur positif, akan terjaditegangan tekan pada serat atas dan tarik pada serat bawah. Agar terpenuhinya syarat stabilitas, makabalik harus mampu menahan tegangan yang terjadi, baik tegangan tekan maupun tarik.

Sifat utama beton yang kurang mampu menahan tarik, mengakibatkan perlunya penahantegangan tarik pada beton dengan cara memasang baja tulangan pada daerah tarik sehingga terbentukstruktur beton bertulang yang menahan lenturan. Kuat lentur suatu balok tersedia karenaberlangsungnya mekanisme tegangan-tegangan dalam yang timbul di dalam balok yang dapat diwakilioleh gaya-gaya dalam.

Dalam analisa lentur balok beton bertulang, asumsi-asumsi yang digunakan adalah sebagaiberikut: (a) Bidang penampang tetap rata sebelum lentur dengan sesudah lentur terjadi; (b) Diagramtegangan-regangan baja diketahui; (c) Tegangan tarik beton boleh diabaikan; (d) Diagram tegangan-regangan yang mendefinisikan besar dan distribusinya di daerah tekan beton diketahui; (e) Regangantekan maksimum beton dalam keadaan di dalam lentur diambil sebesar 0,003.

Dari asumsi-asumsi tersebut, hubungan tegangan dan regangan pada penampang balok betondapat dimodelkan seperti gambar di bawah ini.

Gambar 3. Diagram tegangan-regangan penampang

C adalah resultan gaya tekan dalam yang terletak di atas garis netral yang besarnya dihitungdengan rumus berikut: = 0,85 ′ × × ............................................... (1)

8

dengan pengertian:C : resultan gaya tekan dalam,fc’ : kuat tekan beton,a : tinggi blok tegangan,b : lebar balok.Sedangkan T adalah resultan gaya tarik dalam yang terletak di bawah garis netral yang

dihitung dengan rumus berikut: = × ..................................................... (2)

dengan pengertian:T : resultan gaya tarik dalam,As : tulangan tarik,fy : tegangan leleh minimum.Dan z merupakan jarak antara C dan T. Arah garis kerja C dan T sejajar dan sama besar,

tetapi berlawanan arah dan dipisahkan dengan jarak z sehingga membentuk kopel momen tahanandalam, dimana nilai maksimumnya disebut kuat lentur atau momen tahanan penampang komponenstruktur lentur.

Dengan menggunakan desain ultimit, untuk tujuan penyederhanaan, berdasarkan bentukempat persegi panjang pada Gambar 3, intensitas tegangan beton tekan rata-rata ditentukan sebesar0,85 fc’ dan dianggap bekerja pada daerah tekan dari penampang balok selebar b dan sedalam a,dengan rumus: = × ...................................................... (3)

dengan pengertian:a : tinggi blok tegangan,β1 : konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton,c : jarak serat tekan terluar ke garis netral.dengan ketetapan nilai β1 sebagai berikut:β1 : 0,85 untuk 0 ≤ fc’ ≤ 30 MPa,β1 : 0,85 – 0,008 (fc’ – 30) untuk 30 ≤ fc’ ≤ 55 MPa,β1 : 0,65 untuk fc’ > 55 MPa.Apabila penampang balok tersebut dibebani momen lebih besar dan terus ditambah, maka

regangannya semakin besar sehingga kemampuan regangan beton terlampaui dan akan terjadikeruntuhan pada beton. Pada reruntuhan ini ada tiga macam pola keruntuhan yang tergantung padanilai tegangan baja tulangan (fs), yaitu: (a) Keruntuhan tarik atau tension failure; (b) Keruntuhanseimbang atau balance failure; (c) Keruntuhan tekan atau compression failure.

Keruntuhan tarik terjadi jika persentase baja tulangannya relatif kecil atau disebut denganbalok bertulang kurang (underreinforced beams). Pada kondisi ini, tulangan lebih dahulu mencapairegangan lelehnya sebelum tegangan tekan beton mencapai maksimum.

Keruntuhan imbang terjadi bila beton maupun baja tulangan mencapai regangan atautegangan maksimumnya secara bersamaan. Sedangkan keruntuhan tekan terjadi apabila penampangdengan persentase baja tulangannya cukup besar (overreinforce beams) sehingga tegangan di seratbeton lebih dulu mencapai kapasitas maksimum sebelum tegangan pada baja tulangan meleleh.Keruntuhan tekan ini terjadi secara tiba-tiba dan sebelumnya tidak ada tanda-tanda berupa defleksiyang besar.

Dalam prakteknya, balok dengan tulangan tunggal jarang sekali digunakan karena jika hanyadengan satu macam tulangan di daerah tarik saja tanpa adanya tambahan tulangan di daerah tekan

9

akan menyulitkan dalam pengaitan sengkang. Dalam perencanaan beton bertulangan tunggal,diusahakan keruntuhan yang terjadi adalah keruntuhan tarik (under reinforced) karena tanda-tandakeruntuhan akan terlihat dengan lendutan yang besar akibat baja yang meleleh.

Sesuai dengan mekanisme yang telah dijelaskan, dalam perencanaan penampang balokdigunakan tulangan rangkap. Alasan pemasangan tulangan ganda, khususnya tulangan tekan, adalahsebagai berikut: (a) Untuk kasus tinggi balok yang rendah, terdapat kemungkinan ρmax pada kasustulangan tunggal tidak mencukupi. Untuk itu perlu tulangan tekan yang dapat mempertinggi kapasitasmomen; (b) Untuk memperbesar daktilitas beton bertulang akibat momen, karena dengan adanyatulangan tekan menyebabkan garis netral menjadi pendek dan kurvatur menjadi besar; (c) Untukmeningkatkan kekakuan penampang, sehingga mengurangi defleksi pada balok. Dengan adanyatulangan tekan, jelas akan memperbesar inersia penampang balok dan selanjutnya mengurangilendutan atau defleksi yang terjadi; (d) Untuk mempertimbangkan kemungkinan terjadinya kombinasibeban yang menyebabkan momen berubah tanda. Perubahan momen ini terjadi karena ada gaya luaryang bekerja pada struktur, misalnya beban horisontal akibat gempa yang dapat menyebabkanmomen-momen internal berubah tanda.

Selain itu, untuk balok tunggal, apabila beban yang dipikul cukup besar, maka adakemungkinan ditemui balok dengan persentase tulangan maksimum yang cukup besar. Sedangkanukuran balok tidak dapat diperbesar karena alasan tertentu. Untuk mengatasi hal tersebut dipasangtulangan tambahan baik pada daerah tekan maupun daerah tarik yang disebut dengan tulanganrangkap. Penggunaan tulangan ganda ini bertujuan untuk menanggulangi deformasi jangka panjangsebagai fungsi waktu, misalnya rangkak dan susut. Sehingga keberadaan tulangan tekan akanmembebaskan beton terhadap gaya tekan yang menerus. Selain itu, kemungkinan adanya momenlentur bolak-balik juga merupakan dasar penggunaan tulangan ganda. Penggunaan tulangan gandaterkadang ada yang berdasarkan keterbatasan tinggi balok, sehingga dalam upaya menambah kapasitasmomen dalam, dipakai tulangan tekan. Hal ini rasional, tetapi kurang tepat karena beberapa halberikut: (a) Penambahan tulangan desak akan menghasilkan tambahan kekuatan yang tidak sebandingdengna jumlah yang ditambahkan; (b) Karena terbatasnya tinggi balok, tulangan tekan ditambah. Jikadilihat dari masalah lendutan, balok yang rendah akan mengalami lendutan yang cukup besar;(c) Penambahan tulangan tekan pada balok rendah berarti memaksakan balok itu tetap rendah. Balokyang rendah akan memerlukan tulangan geser yang begitu banyak. Hal ini akan mempersulitpemasangan tulangan.

Penampang bertulang rangkap biasanya ada pada perletakan. Pada tengah bentang, tulanganrangkap biasanya digunakan bila penampang tidak mampu menahan momen negatif perletakanmeskipun tulangan tarik pada perletakan sudah ditambah. Dalam hal ini, hampir semua tulangan tarikditeruskan ke perletakan sehingga berfungsi sebagai tulangan tekan. Panjang penyaluran tulanganharus cukup. Tulangan tarik dan tekan harus terikat baik dengan sengkang tertutup untuk mencegahterjadinya tekuk pada tulangan tekan.

Gambar 4. Balok persegi tulangan rangkap

10

Pada gambar di atas, diperlihatkan sebuah penampang persegi dengan tulangan tekan (As’)ditempatkan sejarak d’ dari serat atas dan tulangan tarik (As) pada jarak d dari serat atas. Dalam hal inidiasumsikan bahwa kedua tulangan yaitu As’ dan As leleh yaitu mencapai fy pada saat runtuh.

Momen tahanan nominal total (Mn) dapat dianggap sebagai penjumlahan dari dua bagian.Bagian pertama, Mn1 adalah kopel yang terdiri dari gaya pada tulangan tekan dan gaya pada tulangantarik yang luas tulangannya sama yaitu As’ yang dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagaiberikut: Gambar 4 (d) = ( − ′) ......................................... (4)

dengan pengertian:Mn1 : momen tahanan nominal,As’ : tulangan tekan,fy : tegangan leleh minimum,d : jarak tulangan tarik dari serat atas,d’ : jarak tulangan tekan dari serat atas.Bagian kedua, Mn2 adalah bagian yang bertulang tunggal, termasuk juga blok segi empat

ekivalen (beton tekan) dengan luas tulangan tariknya adalah (As – As’) yang dapat dihitung denganmenggunakan rumus sebagai berikut: Gambar 4 (e)= ( − ′) ( − 2⁄ ) ............................. (5)

dengan pengertian:Mn2 : momen tahanan nominal,As : tulangan tarik,As’ : tulangan tekan,fy : tegangan leleh minimum,d : jarak tulangan tarik dari serat atas,a : tinggi blok tegangan.dimana, = ( ), ................................................. (6)

dengan pengertian:a : tinggi blok tegangan,As : tulangan tarik,As’ : tulangan tekan,fy : tegangan leleh minimum,d : jarak tulangan tarik dari serat atas,fc’ : kuat tekan beton.Dengan ρ = As/bd dan ρ’ = As’/bd, maka Persamaan 6 dapat dituliskan sebagai berikut:= ( ), .................................................... (7)

Maka momen tahanan nominal total menjadi:= += ′ ( − ) + ( − ′) ( − 2⁄ ) ....................... (8)

Momen tahanan nominal ini harus direduksi dengan faktor ϕ = 0,8 untuk memperoleh desainkekuatan penampang.

11

Persamaan 8 hanya berlaku apabila tulangan tarik (As) pada keadaan leleh. Jika belum padakeadaan leleh, maka balok harus dianggap sebagai balok bertulang tunggal dengan mengabaikanadanya tulangan tekan atau harus dicari tegangan aktual (fs’) pada tulangan tekan (As’) danmenggunakan gaya aktual untuk keseimbangan momennya.

Kuat momen rencana dari komponen struktur lentur harus dihitung dengan metodeperencanaan batas yang tercantum dalam “Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk BangunanGedung” SNI 03-2847-2002. Dalam perhitungan kekuatan dari tendon prategang, fy harus digantidengan fps. Untuk komponen struktur yang menggunakan tendon prategang dengan lekatan penuh,digunakan rumus:

= 1 − + [ − ′] ........................ (9)

Sedangkan untuk keseimbangan penampang, digunakan rumus:+ = + ............................................. (10)

dimana, = × ′ ................................................... (11)= 0,85 × × × ......................................... (12)= × ................................................... (13)= × ..................................................... (14)

dengan pengertian:Cs’ : gaya pada tulangan tekan,Cc’ : gaya tekan pada beton,Tp : gaya pada kabel prategang,Ts : gaya pada tulangan tarik.sehingga, diperoleh persamaan:= − + − ′ + − + − .......... (15)

Jika tulangan tekan diabaikan, maka Persamaan 15 menjadi:= − + − ................................. (16)

dengan pengertian:Ts [d – a/2] : momen nominal yang dipikul oleh tulangan tarik,Tp [dp – a/2] : momen nominal yang dipikul oleh kabel prategang.Apabila penampang merupakan beton prategang penuh, maka digunakan rumus:= − ............................................. (17)

2.2.3. Balok Geser

Dalam perencanaan balok lentur, perlu dipertimbangkan bahwa pada saat yang sama balokjuga menahan gaya geser akibat lenturan. Untuk komponen struktur beton bertulang, apabila gayageser yang bekerja sedemikian besar hingga di luar kemampuan beton untuk menahannya, perludipasang baja tulangan tambahan untuk menahan geser tersebut.

12

Perilaku geser untuk balok yang elastis homogen bervariasi sepanjang tinggi balok,tergantung dari bentuk penampang yang digunakan. Secara umum, gaya geser horisontal (v) yangberjarak y dari garis netral adalah: = ∫ ................................................. (18)

dengan pengertian:v : gaya geser horisontal,V : gaya geser total pada penampang,b : lebar penampang,Iz : momen inersia penampang terhadap garis netral sumbu z,y : jarak titik yang ditinjau terhadap garis netral.Untuk penampang segi empat, Persamaan 18 menjadi:= − , ................ (19)

Pada Gambar 5, terlihat bahwa gaya geser pada suatu penampang balok tidak meratasepanjang tinggi balok.

Gambar 5. Diagram tegangan geser dan normal pada balok persegi

Dalam perencanaan, umumnya diambil harga rata-rata. Untuk penampang persegi, tegangangeser sepanjang tinggi balok adalah: = ........................................................... (20)

Dalam elemen kecil dA, gaya geser bekerja seragam dalam arah horisontal maupun vertikalseperti pada gambar di bawah ini.

Gambar 6. Tegangan geser pada elemen kecil

Jenis tulangan geser yang umum digunakan adalah sengkang vertikal (vertical stirup), yangdapat berupa baja berdiameter kecil atau kawat baja las yang dipasang tegak lurus terhadap sumbuaksial penampang, dan sengkang miring. Sengkang miring juga dapat berasal dari tulanganlongitudinal yang dibengkokan, dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

13

Gambar 7. Jenis-jenis tulangan geser

Fungsi tulangan geser ini diantaranya: (a) Menahan sebagian gaya geser pada bagian retak;(b) Mencegah penjalaran retak diagonal sehingga tidak menerus pada bagian tekan beton;(c) Memberi kekuatan tertentu terhadap beton, karena umumnya sengkang mengikat tulanganlongitudinal, sehingga membentuk beton lebih masif.

Kekuatan struktur jembatan harus direncanakan dengan menggunakan cara ultimit atau caraPerencanaan Berdasarkan Beban dan Kekuatan Terfaktor (PBKT) seperti yang tercantum dalam “TataCara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung” SNI 03-2847-2002. Walaupun demikian,untuk perencanaan komponen struktur jembatan yang mengutamakan suatu pembatasan tegangankerja atau adanya keterkaitan dengan aspek lain sesuai batasan perilaku deformasinya, atau sebagaicara perhitungan alternatif, dapat digunakan cara Perencanaan Berdasarkan Batas Layan (PBL).

Perencanaan penampang akibat geser harus berdasarkan pada rumus:Φ ≥ ..................................................... (21)

dengan pengertian:Vn : gaya geser nominal,Vu : gaya geser terfaktor pada penampang.Nilai Vn dapat dihitung dengan menggunakan rumus:= + .................................................... (22)

dengan pengertian:Vc : kuat geser nominal yang disumbangkan oleh beton,Vs : kuat geser nominal yang disumbangkan oleh tulangan geser.Nilai Vc untuk komponen struktur yang dibebani geser dan lentur dapat dihitung dengan

menggunakan rumus: = × × ............................................ (23)

Sedangkan nilai Vc untuk komponen struktur yang dibebani tekan aksial dapat dihitungdengan menggunakan rumus: = 1 + × × × .................................. (24)

Untuk nilai Vs untuk tulangan geser yang tegak lurus terhadap sumbu aksial komponenstruktur dapat dihitung dengan menggunakan rumus:= × × .................................................. (25)

Komponen struktur yang dibebani kombinasi aksial tekan dan lentur harus direncanakanterhadap momen maksimum yang dapat menyertai beban aksial. Beban aksial terfaktor (Pu) denganeksentrisitas yang ada tidak boleh melampaui kuat rancang beban aksial ϕ Pn, dimana untukkomponen dengan tulangan pengikat dapat dihitung dengan menggunakan rumus:Φ = 0,65 Φ 0,85 × × − + × ................ (26)

14

2.2.4. Kolom

Kolom adalah batang tekan vertikal dari rangka (frame) struktural yang memikul beban daribalok. Kolom meneruskan beban-beban dari elevasi atas ke elevasi bawah hingga akhirnya sampai ketanah melalui pondasi. Kolom merupakan komponen tekan, sehingga keruntuhan pada suatu kolommerupakan lokasi kritis yang menyebabkan runtuh (collapse) lantai yang bersangkutan, dan jugaruntuh batas total (ultimate total collapse) seluruh struktur.

Kolom beton bertulang mempunyai tulangan longitudinal yang paralel dengan arah kerjabeban, dan disusun menurut pola segi empat, bujur sangkar atau lingkaran. Batasan 1-8% dari luaspenampang kolom beton Ag lazim digunakan untuk menentukan jumlah tulangan ini, karenapersentase yang lebih besar tidak ekonomis dan mempersulit pemasangan. Tulangan ini umumnyadiikat oleh tulangan melintang yang ditempatkan dalam interval tertentu, disebut dengan tulangansengkang. Sengkang berfungsi untuk mengurangi bahaya pecah (splitting) beton yang dapatmempengaruhi daktilitas kolom tersebut.

Apabila beban pada kolom bertambah, maka retak akan banyak terjadi di seluruh tinggikolom, yaitu pada lokasi-lokasi tulangan sengkang. Dalam keadaan batas keruntuhan (limitate state offailure), selimut beton di luar sengkang atau di luar spiral akan lepas sehingga tulanganmemanjangnya akan mulai terlihat. Apabila bebannya terus bertambah, maka akan terjadi keruntuhandan tekuk lokal (local buckling) tulangan memanjang pada panjang yang tidak tertumpu sengkangatau spiral.

Keruntuhan kolom dapat terjadi apabila tulangan bajanya leleh karena tarik atau terjadinyakehancuran pada beton yang tertekan. Selain itu, keruntuhan kolom juga dapat terjadi karenakehilangan stabilitas lateral, yaitu karena terjadinya tekuk.

Apabila kolom runtuh karena kegagalan materialnya (lelehnya baja atau hancurnya beton),maka kolom ini diklasifikasikan sebagai kolom pendek (short column). Sebaliknya jika panjangkolom bertambah, kemungkinan kolom runtuh karena tekuk semakin besar. Akibatnya, kolom tersebutdiklasifikasikan sebagai kolom panjang atau kolom langsing.

Suatu kolom dapat dievaluasi berdasarkan prinsip-prinsip dasar sebagai berikut: (a) Kekuatanunsur-unsur harus didasarkan pada perhitungan yang memenuhi syarat keseimbangan dankompatibilitas regangan; (b) Regangan di dalam beton dan baja tulangan dimisalkan berbanding lurusdengan jarak terhadap garis netral; (c) Regangan maksimum yang dapat dipakai pada serat tekanekstrim beton adalah 0,003; (d) Kekuatan tarik beton diabaikan dalam perhitungan.

Kolom dapat diklasifikasikan berdasarkan pada: (a) Bentuk dan susunan tulangan. Kolomsegi empat atau bujur sangkar dengan tulangan memanjang dan sengkang, kolom bundar dengantulangan memanjang dan tulangan lateral sengkang atau spiral, kolom komposit yang terdiri dari betondan profil baja struktur di dalamnya; (b) Posisi beban pada penampang. Kolom dengan beban sentrisdan eksentris; (c) Panjang kolom dalam hubungannya dengan dimensi lateral. Kolom pendek (shortcolumn), kolom panjang atau kolom langsing.

2.2.4.1. Kolom Pendek

Perencanaan suatu kolom didasarkan pada kekuatan dan kekakuan penampang lintangnyaterhadap aksi beban aksial dan momen lentur. Kekuatan rencana suatu kolom beton bertulang dapatdiperoleh dengan mengalikan kekuatan nominal dengan faktor reduksi ϕ. Nilai ϕ untuk kolom dengansengkang spiral adalah 0,7 dan 0,65 untuk sengkang segi empat.

15

Bila suatu kolom dibebani gaya aksial (P) dan momen (M) seperti pada Gambar 8, biasanyagaya aksial dan momen ini dapat digantikan oleh gaya P yang bekerja pada eksentrisitas, dimanae = M/P.

Gambar 8. Beban pengganti dengan eksentrisitas kecil

Tulangan tekan pada kolom beton yang dibebani eksentrisitas pada tingkat beban ultimitumumnya akan mencapai tegangan leleh, kecuali jika beban tersebut kecil dan menggunakan bajamutu tinggi atau dimensi kolomnya relatif kecil. Sehingga diasumsikan bahwa baja tulangan tekansudah leleh, kemudian baru regangannya diperiksa apakah memenuhi ketentuan ini.

Gambar 9. Diagram tegangan regangan pada penampang kolom dengantulangan pada dua sisi akibat beban eksentris

Dari Gambar 9, diagram tegangan dan regangan pada penampang kolom yang ditulangi duasisi di atas, diperoleh: = 0,85 + − .................................. (27)

Dengan mengambil momen terhadap tulangan tarik, dapat disusun persamaan momen untukkolom dengan beban eksentris:= 0,85 − -0,5 a)+ As' fy (d-d'-d + " ............ (28)

dengan pengertian:d : jarak tulangan tarik dari serat atas,d’ : jarak tulangan tekan dari serat atas,d” : titik sentroid plastis dari penampang.

16

Pada kondisi seimbang (balance failure), dimana fs = fy dan β1 = 0,85. Denganmensubstitusikan nilai ab dan fs kedua persamaan di atas, akan diperoleh beban aksial momen lenturuntuk kondisi keruntuhan seimbang.

Sama seperti balok, kolom juga mengalami tiga macam keruntuhan, yaitu: (a) Keruntuhanimbang (balance failure), bila Pu = Pb, diawali dengan lelehnya tulangan yang tertarik sekaligushancurnya beton yang tertekan; (b) Keruntuhan tarik (tension failure), bila Pu < Pb, diawali denganlelehnya tulangan yang tertarik; (c) Keruntuhan tekan (compression failure), bila Pu > Pb, diawalidengan hancurnya beton yang tertekan.

Tegangan pada tulangan tarik harus ditentukan menggunakan rumus:= 0,003 > ..................................................... (29)

sehingga, = = 0,003 ............................................. (30)

Asumsi bahwa tulangan tekan sudah leleh harus diperiksa dengan melihat regangan pada bajatulangan menggunakan rumus: = 0,003 > ................................................... (31)

Jika baja tulangan tekan belum leleh dan regangannya lebih kecil dari εy serta nilai fs’ harusditentukan melalui diagram tegangannya yang dapat dirumuskan sebagai berikut:= = 0,003 = 0,003 ....................... (32)

Nilai ini kemudian disubstitusikan ke dalam Persamaan 27 untuk menggantikan teganganpada baja tulangan tekan.

Apabila suatu kolom segi empat diberi tulangan pada keempat sisinya dan semua tulanganyang sejajar tidak simetris, maka solusinya harus dicari berdasarkan prinsip-prinsip dasarnya. Makadari itu, Persamaan 27 dan Persamaan 28 harus disesuaikan terlebih dahulu. Kontrol keserasianregangan harus tetap dipertahankan di seluruh bagian penampang. Gambar di bawah inimemperlihatkan kolom yang bertulang pada keempat sisinya.

Gambar 10. Kolom yang mempunyai tulangan pada keempat sisinya(a) Penampang melintang; (b) Regangan; (c) Gaya-gaya

17

Asumsi yang digunakan di sini adalah:Gsc : titik berat gaya tekan pada tulangan tekan,Gst : titik berat gaya tarik pada tulangan tarik,Fsc : resultan gaya tekan pada tulangan = Ʃ As’ fsc,Fst : resultan gaya tarik pada tulangan = Ʃ As fst.Keseimbangan antara gaya-gaya dalam dengan momen dan gaya luar harus terpenuhi dengan

menggunakan rumus di bawah ini, yaitu:= 0,85 + ∑ ............................................. (33)= 0,85 (0,5 − 0,5 ) + ∑ (0,5 − ) .................... (34)

Trial and error diterapkan dengan menggunakan suatu asumsi tinggi garis netral c, yangberarti pula tinggi blok tegangan ekivalen a diketahui. Besarnya regangan pada suatu lapis tulanganditentukan dengan menggunakan distribusi regangan seperti diperlihatkan pada Gambar 10 (b) untukmenjamin terpenuhinya keserasian regangan. Tegangan pada setiap tulangan diperoleh denganmenggunakan rumus: = = 600 , ≤ ......................... (35)

Carilah Pn untuk c yang diasumsikan sebelumnya dengan menggunakan Persamaan 33,substitusikan besarnya gaya normal ke dalam Persamaan 34 dan kemudian diperoleh nilai c. Apabilanilai c ini belum cukup dekat dengan c yang diasumsikan semula, lakukan trial and error berikutnya.Gaya tahanan nominal Pn yang sesungguhnya pada penampang ini adalah yang diperoleh pada trialand error terakhir sehubungan dengan c yang sudah benar.

Dalam banyak hal, disarankan untuk menggunakan tulangan baja pada sisi tegak terhadapsumbu lentur sekalipun secara teoritis tidak diperlukan paling sedikit 25% dari luas tulanganmemanjang utamanya.

2.2.4.2. Kolom Langsing

Untuk kolom langsing, jika dibandingkan ukuran tinggi kolom ini, dapat menimbulkanmomen sekunder akibat defleksi lateral dan bahaya tekuk. Sehingga untuk analisis dan perencanaankolom langsing, kemungkinan terjadinya tekuk (buckling) diperhitungkan. Peraturan tidakmemberikan batas panjang maksimum kolom pendek, tetapi menetapkan digunakannya suatu prosesevaluasi kelangsingan pada batas rasio kelangsingan tertentu. Untuk mencegah tekuk yang tidakdikehendaki, diperlukan evaluasi terhadap reduksi kekuatan yang harus diberikan dalam perhitunganstruktur kolom. Reduksi kekuatan kolom ini tergantung pada tinggi efektif kolom, ukuran penampang,rasio kelangsingan, dan kondisi ujung kolom.

Pada umumnya, suatu kolom dibedakan menjadi: (a) Kolom panjang dengan kelangsinganyang relatif besar, sehingga memerlukan balok lateral; (b) Kolom panjang dengan kelangsingan relatifsedang, sehingga tidak memerlukan balok lateral; (c) Kolom pendek dengan rasio kelangsingan cukupkecil.

Suatu kolom digolongkan langsing apabila dimensi atau ukuran penampang lintangnya kecildibandingkan dengan tinggi bebasnya. Tingkat kelangsingan suatu struktur kolom dapat diungkapkansebagai rasio kelangsingan, yaitu:

....................................................................... (36)

18

dengan pengertian:k : faktor panjang efektif komponen struktur tekan,lu : panjang komponen struktur tekan yang tidak ditopang,r : jari-jari putaran (radius of gyration) potongan lintang komponen struktur tekan

= ⁄ ; ditetapkan 0,3h dimana h adalah ukuran kolom persegi pada arah bekerjanyamomen; atau 0,25D dimana D adalah diameter kolom bulat.

Ketentuan untuk komponen struktur tekan dengan pengaku lateral, efek kelangsingan dapatdiabaikan apabila rasio kelangsingan memenuhi:< 34 − 12 .................................................. (37)

Dimana M1b dan M2b adalah momen-momen ujung terfaktor pada kolom yang posisinyaberlawanan. Momen tersebut terjadi akibat beban yang tidak menimbulkan goyangan ke sampingyang besar, dihitung dengan analisis struktur elastis. M2b adalah momen ujung terfaktor yang lebihbesar dan selalu positif, sedangkan M1b bernilai negatif apabila komponen kolom terlentur dalamlengkungan ganda, dan positif dalam lengkungan tunggal.

Untuk komponen struktur tekan tanpa pengaku lateral atau tidak disokong untuk tertahan kearah samping, maka efek kelangsingan dapat diabaikan apabila memenuhi:< 22 ........................................................... (38)

Untuk komponen struktur tekan dengan klu/r lebih besar dari 100, harus digunakan analisisatau perencanaan yang didasarkan pada gaya dan momen yang didapat dari analisis struktur yangditinjau. Analisis tersebut harus memperhitungkan pengaruh beban aksial dan variasi dari momeninersia pada kekakuan komponen struktur dan pada momen jepit ujungnya, pengaruh dari lendutanpada momen dan gaya, dan pengaruh dari lamanya pembebanan.

Rasio kelangsingan l/r dapat dihitung secara tepat jika panjang efektif kolom diketahui.Panjang efektif kolom merupakan fungsi dari dua faktor utama, yaitu: (a) Panjang yang tidakdidukung (unsupported length) lu, yang harus menurut arah sumbu-x dan sumbu-y. Nilai kritis harusdipilih; (b) Panjang efektif k, yang merupakan rasio jarak dua titik yang momennya nol terhadappanjang kolom yang tidak didukung.

Faktor k tergantung pada: (a) Sistem struktur (frame) yang diberi perkuatan, misalnya dengandinding geser atau rangka kaku. Nilai k antara 0,5 hingga 1,0; (b) Sistem struktur tanpa perkuatan.Nilai k antara 1,0 hingga 10,0.

2.3. BETON PRATEGANG

Beton prategang adalah jenis beton dimana tulangan bajanya ditarik atau ditegangkanterhadap betonnya. Penarikan ini menghasilkan sistem kesetimbangan pada tegangan dalam (tarikpada baja dan tekan pada beton) yang akan meningkatkan kemampuan beton menahan beban luar.Karena beton cukup kuat terhadap tekanan dan sebaliknya cukup lemah serta rapuh terhadap tarikan,maka kemampuan menahan beban luar dapat ditingkatkan dengan pemberian pratekan (Collins danMitchel 1991).

Sedangkan menurut komisi ACI, beton prategang adalah beton yang mengalami tegangandalam dengan besar dan distribusi sedemikian rupa sehingga dapat mengimbangi sampai batas tertentutegangan yang terjadi akibat beban luar. Pada elemen beton bertulang, sistem prategang dilakukandengan menarik tulangannya.

19

2.3.1. Konsep Beton Prategang

Menurut Lin dan Burns (1982), ada tiga konsep berbeda yang dapat dipakai untukmenjelaskan dan menganalisis sifat-sifat dasar dari beton prategang.

A. Sistem Prategang untuk Mengubah Beton Menjadi Bahan yang Elastis

Konsep ini memperlakukan beton sebagai bahan yang elastis, dan merupakan pendapat yangumum dari para insinyur. Ini merupakan buah pemikiran Eugene Freyssinet yang memvisualisasikanbeton prategang pada dasarnya adalah beton yang ditransformasikan dari bahan yang getas menjadibahan yang elastis dengan memberikan tekanan (desakan) terlebih dahulu (pratekan) pada bahantersebut. Beton yang tidak mampu menahan tarik dan kuat memikul tekanan sedemikian rupasehingga bahan yang getas dapat memikul tegangan tarik.

Dari konsep ini, lahirlah kriteria “tidak ada tegangan tarik” pada beton. Atas dasarpandangan ini, beton divisualisasikan sebagai benda yang mengalami dua sistem pembebanan, yaitugaya internal prategang dan beban eksternal. Dengan tegangan tarik akibat gaya eksternal dilawanoleh tegangan tekan akibat gaya prategang. Distribusi tegangan menurut konsep ini dapat dilihat padagambar di bawah ini.

Gambar 11. Distribusi tegangan sepanjang penampang beton prategang eksentris

Dari gambar di atas, dapat dihitung distribusi tegangan (f) yang dihasilkan, yaitu:= ± ± ..................................................... (39)

dengan pengertian:f : tegangan.P : gaya prategang,A : luas penampang,e : jarak pusat tendon terhadap c.g.c,y : jarak dari sumbu yang melalui titik berat,I : momen inersia penampang.

B. Sistem Prategang untuk Kombinasi Baja Mutu Tinggi dengan Beton

Konsep ini mempertimbangkan beton prategang sebagai kombinasi dari baja dan betonseperti pada beton bertulang, dimana baja menahan tarikan dan beton menahan desakan. Dengandemikian, kedua bahan membentuk tahanan untuk menahan momen eksternal seperti yang ditunjukanpada gambar di bawah ini.

19











19











20

Gambar 12. Momen tahanan internal pada balok beton prategang dan beton bertulang

C. Sistem Prategang untuk Mencapai Perimbangan Beban

Konsep ini terutama menggunakan prategang sebagai usaha untuk membuat seimbang gaya-gaya pada sebuah batang. Penerapan dari konsep ini menganggap beton diambil sebagai benda bebasdan menggantikan tendon dengan gaya-gaya pada beton sepanjang bentang.

Pada keseluruhan desain struktur beton prategang, pengaruh dari prategang dipandangsebagai keseimbangan berat sendiri. Sehingga batang yang mengalami lenturan seperti pelat, balok,dan gelagar tidak akan mengalami tegangan lentur pada kondisi pembebanan yang terjadi. Hal inimemungkinkan transformasi dari batang lentur menjadi batang yang mengalami tegangan langsungdan sangat menyederhanakan persoalan baik di dalam desain maupun analisis dari struktur yang rumit.

Gambar 13. Balok prategang dengan tendon parabola

Dari gambar di atas, beban (Wb) yang bekerja terdistribusi secara merata ke arah atas,sehingga dapat dinyatakan dalam: = ............................................................ (40)

dengan pengertian:Wb : beban,F : gaya prategang,L : panjang bentang,h : tinggi parabola.

2.3.2. Metode Prategang

Seperti yang telah diketahui sebelumnya bahwa beton sangat kuat dalam menerima gayatekan, akan tetapi lemah dalam menerima gaya tarik. Kemampuan menahan tarik beton bervariasiantara 8-14% dari kemampuan menahan tekan beton, hal ini menyebabkan terjadinya retak akibat

20










20










21

lentur (flexural crack) pada saat awal pembebanan. Untuk mengantisipasi keadaan retak tersebut,maka dilakukan suatu gaya yang mampu mengurangi atau menghilangkan tegangan tarik yang terjadidi daerah-daerah kritis. Gaya itulah yang disebut gaya prategang.

Suatu struktur dapat diberi gaya prategang dengan menggunakan baja mutu tinggi (highstrength steel), yang tersedia dalam bentuk wire, strand, dan bar (Menn 1989). Metode prategang(prestressed method) dibagi menjadi dua macam, yaitu pre-tensioned dan post-tensioned.

A. Pre-tensioned

Dalam metode ini, tendon prategang direntangkan diantara abutment. Kemudian betondituangkan diantara tendon tersebut, setelah beton mengeras dan terjadi lekatan yang cukup kuatantara beton dan tendon, maka angkur pada abutment dilepaskan sehingga beton tersebut langsungtertekan. Awalan “pre-“ dalam “pre-tensioned” menunjukan bahwa tendon tersebut mengalamipenarikan sebelum beton mengeras.

B. Post-tensioned

Dalam post-tensioned, tendon prategang ditarik dan diangkurkan pada beton setelah (post)beton tersebut mengeras dan mencapai kekuatan tertentu. Biasanya selongsong (duct) ditempatkandisepanjang daerah yang akan diprategang sebelum beton dicor. Setelah pengangkuran, tendon dapatterekat (bonded tendon) jika daerah antara tendon dan selongsong diisi dengan mortar (grouting) atautendon dibiarkan tidak terekat (unbounded tendon) jika grouting tidak dilakukan.

Perbedaan penarikan ini akan berpengaruh terhadap luas penampang yang digunakan dalamperhitungan tegangan-tegangan yang terjadi baik dalam tahap initial stage atau final stage. Perbedaanperhitungan luas penampang dapat diberikan pada tabel di bawah ini.

Tabel 1. Perbedaan perhitungan luas penampang

Cara PeneganganParameter Yang Digunakan

Initial Stage Final StagePre-tensioned Atransformasi, ytransformasi, It Atransformasi, ytransformasi, It

Post-tensioned Agross, yg, Ig Atransformasi, ytransformasi, Itransformasi

(Sumber: Lin dan Burns, 1982)

2.3.3. Tahap Pembebanan Prategang

Dalam perancangan beton prategang, pembebanan tidak hanya ditinjau berdasarkan bebaneksternal yang bekerja seperti beban mati dan beban hidup. Tetapi juga terhadap kombinasi daribeban-beban tersebut dengan gaya prategang yang bekerja pada penampang beton. Diantara tahappembebanan tersebut, yang paling kritis biasanya pada tahap sesaat setelah baja ditegangkan (initialstage) dan pada masa pelayanan atau akhir (service or final stage).

A. Initial Stage

Initial stage adalah tahap dimana gaya prategang dipindahkan pada beton dan tidak adabeban luar yang bekerja selain berat sendiri. Pada tahap ini, gaya prategangnya maksimum karenabelum ada kehilangan prategangan dan kekuatan beton minimum dikarenakan umur beton yang masihmuda. Konsekuensinya, tegangan pada beton menjadi lebih kritis. Pada sistem penarikan awal (pre-tensioned), untuk mempercepat proses penarikan, tendon dilepaskan pada saat beton mencapai 60%-80% kekuatan yang disyaratkan, yaitu pada umur 28 hari. Pada sistem penarikan akhir (post-

22

tensioned), tendon tidak ditarik sekaligus tetapi ditarik dalam dua atau tiga tahap untuk memberikankesempatan kepada beton untuk mencapai kekuatan yang disyaratkan gaya prategang diterapkansepenuhnya.

Menurut Collins dan Mitchel (1991), untuk balok prategang, perletakan sederhana dengantendon lurus akan timbul tegangan yang tinggi pada bagian atas ujung balok. Pengalaman menunjukanbahwa timbulnya retak dalam jumlah yang kecil pada daerah ini dapat ditolerir. Sehingga peningkatantegangan tarik diijinkan. Batas tegangan tarik dapat dinaikkan jika digunakan batang tulangan bajauntuk mengontrol retak. Tulangan ini terdiri atas tulangan dengan diameter kecil yang diatur denganbaik.

Gambar 14. Retak pada saat initial stage

B. Final Stage

Tahap ini adalah pembebanan yang paling berat untuk kondisi masa pelayanan, denganasumsi bahwa semua kehilangan prategang telah terjadi. Sehingga gaya prategang telah mencapainilai terkecil dan kombinasi beban luar mencapai nilai terbesar.

2.4. STANDAR PEMBEBANAN JEMBATAN

“Standar Pembebanan Untuk Jembatan” RSNI T-02-2005 ini dipersiapkan oleh PanitiaTeknik Standarisasi Bidang Konstruksi dan Bangunan melalui Gugus Kerja Bidang PrasaranaTransportasi Balai Jembatan dan Bangunan Pelengkap Jalan pada Sub Panitia Teknik StandarisasiBidang Prasarana Transportasi. Standar ini diprakasai oleh Pusat Litbang Prasarana Transportasi,Badan Litbang Departemen Pekerjaan Umum (eks. Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah).

Standar ini merupakan revisi dari SNI 03-1725-1989 yang membahas masalah beban danaksi-aksi lainnya yang akan digunakan dalam perencanaan jembatan jalan raya, termasuk jembatanpejalan kaki dan bangunan-bangunan sekunder yang terkait dengan jembatan tersebut. Denganterbitnya revisi ini, maka SNI 03-1725-1989 tidak berlaku lagi.

2.4.1. Berat Sendiri

Tabel 2. Faktor beban untuk berat sendiri

Jangka WaktuFaktor Beban

SMS (Layan)UMS (Ultimit)

Biasa Terkurangi

Tetap

Baja, aluminium 1,0 1,1 0,9Beton pracetak 1,0 1,2 0,85

Beton dicor ditempat 1,0 1,3 0,75Kayu 1,0 1,4 0,7

(Sumber: RSNI T-02-2005)

22




B. Final Stage









Biasa Terkurangi

Tetap




22




B. Final Stage









Biasa Terkurangi

Tetap




23

Berat sendiri dari bagian bangunan adalah berat dari bagian tersebut dan elemen-elemenstruktural lain yang dipikulnya. Termasuk dalam hal ini adalah berat bahan dan bagian jembatan yangmerupakan elemen struktural, ditambah dengan elemen non struktural yang dianggap tetap.

2.4.2. Beban Mati Tambahan (Utilitas)

Tabel 3. Faktor beban untuk beban mati tambahan (utilitas)


SMA (Layan)UMA (Ultimit)

Biasa Terkurangi

TetapKeadaan umum 1,0* 2,0 0,7Keadaan khusus 1,0 1,4 0,8

Catatan: *faktor beban daya layan 1,3 digunakan untuk berat utilitas


Beban mati tambahan adalah berat seluruh bahan yang membentuk suatu beban padajembatan yang merupakan elemen non struktural, dan besarnya dapat berubah selama umur jembatan.

Semua jembatan harus direncanakan untuk bisa memikul beban tambahan yang berupa aspalbeton sebesar 50 mm untuk pelapisan kembali di kemudian hari. Lapisan ini harus ditambahkan padalapisan permukaan yang tercantum dalam gambar. Pelapisan kembali yang diizinkan adalahmerupakan beban nominal yang dikaitkan dengan faktor beban untuk mendapatkan beban rencana.

Pengaruh dari alat pelengkap dan sarana umum yang ditempatkan pada jembatan harusdihitung setepat mungkin. Berat dari pipa untuk saluran air bersih, saluran air kotor, dan lainnya harusditinjau pada keadaan kosong dan penuh, sehingga kondisi yang paling membahayakan dapatdiperhitungkan.

2.4.3. Pengaruh Prategang

Tabel 4. Faktor beban akibat pengaruh prategang


SPR (Layan) UPR (Ultimit)Tetap 1,0 1,0 (1,15 pada prapenegangan)


Prategang akan menyebabkan pengaruh sekunder pada komponen-komponen yang terkekangpada bangunan statis tidak tentu. Pengaruh sekunder tersebut harus diperhitungkan baik pada batasdaya layan ataupun batas ultimit. Prategang harus diperhitungkan sebelum (selama pelaksanaan) dansesudah kehilangan tegangan dalam kombinasinya dengan beban-beban lainnya.

Pengaruh utama dari prategang adalah sebagai berikut: (a) Pada keadaan batas daya layan,gaya prategang dapat dianggap bekerja sebagai suatu sistem beban pada unsur. Nilai rencana daribeban prategang tersebut harus dihitung dengan menggunakan daktor beban daya layan sebesar 1,0;(b) Pada keadaan batas ultimit, pengaruh utama dari prategang tidak dianggap sebagai beban yangbekerja. Melainkan harus tercakup dalam perhitungan kekuatan unsur.

Untuk menghitung beban tendon yang bekerja terhadap pengaruh prategang, digunakanpersamaan sebagai berikut: = × × 0,75 ...................................... (41)

24

dengan pengertian:A : luas tendon, dengan A = jumlah strand × luas tendon (m3),fu : tegangan tarik minimum (mPa).

2.4.4. Beban Lalu Lintas

Beban lalu lintas untuk perencanaan jembatan terdiri atas beban lajur “D” dan beban truk“T”. Beban jalur “D” bekerja pada seluruh lebar jalur kendaraan dan menimbulkan pengaruh padajembatan yang ekuivalen dengan suatu iring-iringan kendaraan yang sebenarnya. Jumlah total bebanlajur “D” yang bekerja tergantung pada lebar jalur kendaraan itu sendiri.

Beban truk “T” adalah satu kendaraan berat dengan tiga as yang ditempatkan pada beberapaposisi dalam lajur lalu lintas rencana. Tiap as terdiri dari dua bidang kontak pembebanan yangdimaksud sebagai simulasi pengaruh roda kendaraan berat. Hanya satu truk “T” diterapkan per jalurlalu lintas rencana.

Secara umum, beban “D” akan menjadi beban penentu dalam perhitungan jembatan yangmempunyai bentang sedang sampai panjang, sedangkan beban “T” digunakan untuk bentang pendekdan lantai kendaraan.

A. Beban Lajur “D”

Tabel 5. Faktor beban akibat beban lajur “D”


STD (Layan) UTD (Ultimit)Transien 1,0 1,8


Beban lajur “D” terdiri dari beban tersebar merata (BTR) yang digabung dengan beban garis(BGT) seperti terlihat pada Gambar 15.

Gambar 15. Beban lajur “D”

Beban terbagi rata (BTR) mempunyai intensitas q kPa, dimana besarnya q tergantung padapanjang total yang dibebani L sebagai berikut:≤ 30 ∶ = 9,0 ............................................. (42)> 30 ∶ = 9,0 0,5 + .................................... (43)

25

dengan pengertian:q : intensitas BTR dalam arah memanjang jembatan,L : panjang total jembatan yang dibebani (meter).Beban garis (BGT) dengan intensitas p kN/m harus ditempatkan tegak lurus terhadap arah

lalu lintas pada jembatan. Besarnya intensitas p adalah 49,0 kN/m dengan beban merata (QTD) sebagaiberikut: = , × ×( , ) × × , ............................................ (44)

dengan pengertian:QTD : beban merata,q : intensitas BTR dalam arah memanjang jembatan,B : lebar lajur lalu lintas.Distribusi beban hidup dalam arah melintang digunakan untuk memperoleh momen dan

geser dalam arah longitudinal pada gelagar jembatan dengan mempertimbangkan beban lajur “D”tersebar pada seluruh lebar balok (tidak termasuk kerb dan trotoar) dengan intensitas 100% untukpanjang terbebani yang sesuai.

B. Beban Truk “T”

Tabel 6. Faktor beban akibat pembebanan truk “T”


STT (Layan) UTT (Ultimit)Transien 1,0 1,8


Beban truk “T” terdiri dari kendaraan truk semi-trailer yang mempunyai susunan dan berat asseperti terlihat pada Gambar 16. Berat dari masing-masing as disebarkan menjadi dua beban meratasama besar yang merupakan bidang kontak antara roda dengan permukaan lantai. Jarak antara dua astersebut bisa diubah-ubah antara 4,0 m sampai 9,0 m untuk mendapatkan pengaruh terbesar pada arahmemanjang jembatan.

Gambar 16. Beban truk “T”

26

2.4.5. Gaya Rem

Tabel 7. Faktor beban akibat gaya rem


STB (Layan) UTB (Ultimit)Transien 1,0 1,8


Bekerjanya gaya-gaya di arah memanjang jembatan, akibat gaya rem dan traksi, harusditinjau untuk kedua jurusan lalu lintas. Pengaruh ini diperhitungkan senilai dengan gaya rem sebesar5% dari beban lajur “D” yang dianggap ada pada semua jalur lalu lintas, tanpa dikalikan dengan faktorbeban dinamis dan dalam satu jurusan. Gaya rem tersebut dianggap bekerja horisontal dalam arahsumbu jembatan dengan titik tangkap setinggi 1,8 m di atas permukaan lantai kendaraan. Besarnyagaya rem tergantung dari panjang total jembatan (Lt) yang telah ditentukan sebagai berikut:

Tb : 250 kN untuk Lt ≤ 80 m,Tb : 250 + 2,5 (Lt – 80) kN untuk 80 ≤ Lt ≤ 180 m,Tb : 500 kN untuk Lt ≥ 180 m.Gaya rem tidak boleh digunakan tanpa memperhitungkan pengaruh beban lalu lintas vertikal.

Dalam hal dimana beban lalu lintas vertikal mengurangi pengaruh dari gaya rem, maka faktor bebanultimit terkurangi sebesar 40% boleh digunakan untuk pengaruh beban lalu lintas vertikal.

2.4.6. Pengaruh Temperatur/Suhu

Tabel 8. Faktor beban akibat pengaruh temperatur/suhu


SET (Layan)UET (Ultimit)

Biasa TerkurangiTransien 1,0 1,2 0,8


Variasi temperatur jembatan rata-rata digunakan dalam menghitung pergerakan padatemperatur dan sambungan pelat lantai, dan untuk menghitung beban akibat terjadinya pengekangandari pergerakan tersebut.

Variasi temperatur di dalam bangunan atas jembatan atau perbedaan temperatur disebabkanoleh pemanasan langsung dari sinar matahari di waktu siang pada bagian atas permukaan lantai danpelepasan kembali radiasi dari seluruh permukaan jembatan di waktu malam. Pada tipe jembatan yanglebar, mungkin diperlukan untuk meninjau gradien perbedaan temperatur dalam arah melintang.

2.4.7. Beban Angin

Tabel 9. Faktor beban akibat beban angin


SEW (Layan) UEW (Ultimit)Transien 1,0 1,2


27

Gaya nominal (TEW) ultimit dan daya layan jembatan akibat angin tergantung dari kecepatanangin rencana sebagai berikut: = 0,0006 ( ) [ ] ....................................... (45)

dengan pengertian:TEW : gaya nominal,Vw : kecepatan angin rencana (m/s) untuk keadaan batas yang ditinjau,Cw : koefisien seret,Ab : luas koefisien bagian samping jembatan (m2).Luas ekuivalen bagian samping jembatan adalah luas total bagian yang masif dalam arah

tegak lurus sumbu memanjang jembatan. Untuk jembatan rangka luas, ekuivalen ini dianggap 30%dari luas yang dibatasi oleh batang-batang bagian terluar.

Angin harus dianggap bekerja secara merata pada seluruh bangunan atas. Apabila suatukendaraan sedang berada di atas jembatan, beban garis merata tambahan arah horisontal harusditerapkan pada permukaan lantai seperti yang diberikan dengan rumus:= 0,0012 ( ) [ ], = 1,2 ...................... (46)

2.4.8. Pengaruh Gempa

Beban rencana gempa minimum diperoleh dari rumus berikut:∗ = .................................................... (47)

dimana, = .......................................................... (48)

dengan pengertian:T*

EQ : gaya geser dasar total dalam arah yang ditinjau (kN),Kh : koefisien beban gempa horisontal,C : koefisien geser dasar untuk daerah, waktu, dan kondisi setempat yang sesuai,I : faktor kepentingan,S : faktor tipe bangunan,WT : berat total nominal bangunan yang mempengaruhi percepatan gempa, diambil

sebagai beban mati ditambah beban mati tambahan (kN).Koefisien geser dasar C sesuai dengan daerah gempa fleksibilitas tanah di bawah permukaan

dan waktu getar bangunan. Lampiran 1 digunakan untuk menentukan pembagian daerah. Waktu dasargetaran jembatan yang digunakan untuk menghitung geser dasar harus dihitung dari analisa yangmeninjau seluruh elemen bangunan yang memberikan kekakuan dan fleksiblitas dari sistem pondasi.

Untuk bangunan yang mempunyai satu derajat kebebasan yang sederhana, dipergunakanrumus berikut: = 2 ...................................................... (49)

dengan pengertian:T : waktu getar dalam detik untuk free body pilar dengan derajat kebebasan tunggal pada

jembatan bentang sederhana,g : percepatan gravitasi (m/dt2),WTP : berat total nominal bangunan atas termasuk beban mati tambahan ditambah setengah

berat dari pilar (bila perlu dipertimbangkan) dalam kN,

28

Kp : kekakuan gabungan sebagai gaya horisontal yang diperlukan untuk menimbulkansatu satuan lendutan pada bagian atas pilar (kN/m).

Jembatan umumnya mempunyai waktu getar yang berbeda pada arah memanjang danmelintang, sehingga beban rencana statis ekuivalen yang berbeda harus dihitung untuk masing-masingarah.

2.5. SPEKTRUM RESPONS

Spektrum respons adalah nilai yang menggambarkan respons maksimum dari sistemberderajat-kebebasan-tunggal (SDOF) pada berbagai frekuensi alami (periode alami) teredam akibatsuatu goyangan tanah. Untuk kebutuhan praktis, maka spektrum respons percepatan dibuat dalambentuk spektrum respons yang sudah disederhanakan. (RSNI 03-1726-2010)

Untuk penentuan parameter spektrum respons percepatan di permukaan tanah, diperlukanfaktor amplifikasi terkait spektrum percepatan untuk periode 0,2 detik (Fa) dan periode 1,0 detik (Fv).Selanjutnya parameter spektrum respons percepatan di permukaan tanah dapat diperoleh dengan caramengalikan koefisien Fa dan Fv dengan spektrum respons percepatan untuk perioda 0,2 detik (Ss) danperioda 1,0 detik (S1) di batuan dasar yang diperoleh dari Peta Zonasi Gempa Indonesia 2010 sesuairumus berikut: = ............................................................ (50)= ............................................................ (51)

dengan pengertian:SMs : nilai spektrum respons percepatan untuk periode 0,2 detik di permukaan tanah,SM1 : nilai spektrum respons percepatan untuk periode 1,0 detik di permukaan tanah,Ss : nilai spektrum respons percepatan untuk periode 0,2 detik di batuan dasar (Sb),

mengacu pada Peta Zonasi Gempa Indonesia 2010 (Lampiran 2),S1 : nilai spektrum respons percepatan untuk periode 1,0 detik di batuan dasar (Sb),

mengacu pada Peta Zonasi Gempa Indonesia 2010 (Lampiran 3),Fa : koefisien perioda 0,2 detik,Fv : koefisien perioda 1,0 detik.Nilai-nilai Fa dan Fv untuk berbagai klasifikasi site diberikan pada tabel-tabel di bawah ini.

Tabel 10. Faktor amplifikasi untuk periode 0,2 detik (Fa)

Klasifikasi SiteSS

SS ≤ 0,25 SS = 0,5 SS = 0,75 SS = 1,0 SS ≥ 1,25Batuan Keras (SA) 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8Batuan (SB) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0Tanah Sangat Padat dan BatuanLunak (SC)

1,2 1,2 1,1 1,0 1,0

Tanah Sedang (SD) 1,6 1,4 1,2 1,1 1,0Tanah Lunak (SE) 2,5 1,7 1,2 0,9 0,9Tanah Khusus (SF) SS SS SS SS SS

(Sumber: RSNI 03-1726-2010)

29

Tabel 11. Faktor amplifikasi untuk periode 1 detik (Fv)

Klasifikasi SiteS1

S1 ≤ 0,1 S1 = 0,2 S1 = 0,3 S1 = 0,4 S1 ≥ 0,25Batuan Keras (SA) 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8Batuan (SB) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0Tanah Sangat Padat dan BatuanLunak (SC)

1,7 1,6 1,5 1,4 1,3

Tanah Sedang (SD) 2,4 2,0 1,8 1,6 1,3Tanah Lunak (SE) 3,5 3,2 2,8 2,4 2,4Tanah Khusus (SF) SS SS SS SS SS

(Sumber: RSNI 03-1726-2010)

Selanjutnya, untuk mendapatkan parameter spektrum respons desain, spektrum percepatandesain untuk perioda 0,2 detik dan perioda 1,0 detik dapat diperoleh melalui perumusan berikut ini:= ...................................................... (52)= ...................................................... (53)

dengan pengertian:SDs : spektrum respons percepatan desain untuk perioda 0,2 detik,SD1 : spektrum respons percepatan desain untuk perioda 1,0 detik,μ : konstanta yang tergantung pada peraturan perencanaan bangunan yang digunakan,

misalnya untuk IBC-2009 dan ASCE 7-10 dengan gempa MCE (2475 tahun dandeterministrik) menggunakan nilai μ sebesar 2/3.

Selanjutnya, spektrum respons desain di permukaan tanah dapat ditetapkan sesuai dengangambar di bawah ini.

Gambar 17. Tipikal spektrum respons di permukaan tanah untuk desain

dimana:a) Untuk periode lebih kecil dari T0, spektrum respons percepatan, Sa didapatkan dari

persamaan berikut: = 0,4 + 0,6 .................................... (54)

b) Untuk periode lebih besar atau sama dengan T0, dan lebih kecil atau sama dengan Ts,spektrum respons percepatan, Sa adalah sama dengan SDs,

30

c) Untuk periode lebih besar dari Ts, spektrum respons percepatan, Sa didapatkan daripersamaan berikut: = ................................................ (55)

keterangan:= 0,2 dan =

III. METODE PENELITIAN

3.1. WAKTU DAN TEMPAT

Penelitian ini dilakukan di pekerjaan pembangunan jembatan fly over Rawabuaya yangberlokasi di Jalan Raya Kembangan, Cengkareng, Jakarta Barat untuk mendapatkan data teknismengenai struktur dari jembatan fly over Rawabuaya ini selama kurang lebih 90 hari dari bulanFebruari sampai dengan bulan April. Kemudian penelitian dilanjutkan di Laboratorium StrukturTeknik Sipil dan Lingkungan Institut Pertanian Bogor, Darmaga, Kabupaten Bogor untuk melakukananalisis data teknis yang telah diperoleh selama kurang lebih 60 hari dari bulan Mei sampai denganbulan Juni. Peta lokasi pekerjaan pembangunan jembatan fly over Rawabuaya dapat dilihat padagambar di bawah ini.

Gambar 18. Peta lokasi pekerjaan pembangunan jembatan fly over Rawabuaya

3.2. ALAT DAN BAHAN

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah seperangkat komputer dengan spesifikasisebagai berikut:

1) Processor Intel® Core i5 2500k @ 3,30 GHz,2) RAM sebesar 4,00 Gb,3) Hard disk berkapasitas 1 Tb dan 320 Gb,4) VGA Nvidia GeForce GTX 570 dengan LED monitor 22”,5) Mouse dan keyboard untuk keperluan input data,6) Sistem operasi Windows 7 32-bit,7) Software pendukung, diantaranya CSi Bridge 15, Microsoft Office 2007 (Microsoft Word

dan Microsoft Excel), serta software pendukung lainnya.Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah data teknis mengenai struktur box girder

jembatan fly over Rawabuaya sisi barat, diantaranya:1) Layout Site Plan,2) Layout Jembatan Fly Over Rawabuaya,3) Layout Box Girder Jembatan Fly Over Rawabuaya Sisi Barat,

Documents

II. TINJAUAN PUSTAKA - repository.ipb.ac.idrepository.ipb.ac.id/jspui/bitstream/123456789/57921/3/BAB II... · tegangan-regangan baja diketahui; (c) Tegangan tarik beton boleh diabaikan;