KAJIAN DASAR PERENCANAAN DAN PELAKSANAANJEMBATAN PELENGKUNG BETON

(DESIGN AND CONSTRUCTION EVALUATION OF CONCRETE ARCHBRIDGE TECHNOLOGY)

Lanneke Tristanto1), Redrik Irawan2)Pusat Litbang Jalan dan Jembatan1,2)Jl. A.H. Nasution 264 Bandung 40294

E-Mail: lanneketristanto@gmail.com1), redsward@gmail.com2)Diterima : 06 Mei 2010; Disetujui : 10 Agustus 2010

ABSTRAKLengkung pada struktur jembatan pelengkung terutama merupakan unsur tekan dengan bentukkurvalinier parabolis. Sebagian besar dari beban terbagi rata dan muatan bergerak dipikul melaluigaya tekan yang dilimpahkan dalam reaksi tekan horizontal yang besar (thrust) di pangkal lengkung.Gaya tekan mencegah dan mengurangi tegangan tarik dalam lengkung beton selama dilewati bebankendaraan. Jembatan pelengkung beton lama masih bertahan walaupun pembebanan telah meningkatkarena unsur tekan memiliki kapasitas cadangan. Jembatan pelengkung menghemat 15% volumebeton dibanding jembatan gelagar lurus sehingga ekonomis dalam dimensi dan penulangan.Jembatan pelengkung menurut pelimpahan reaksi tekan horizontal dibagi dalam dua tipe, tipelengkung kaku yang langsung melimpahkan reaksi tekan pada tanah fondasi sangat baik, dan tipelengkung diperkaku dengan batang tarik struktural untuk memikul reaksi tekan dan demikian sesuaipada tanah fondasi kurang baik. Sistem monolitik antara bangunan atas dan bawah dengan jumlahsendi plastis mendukung ketahanan terhadap gempa. Pelaksanaan jembatan pelengkung selalumemerlukan perancah yang dibongkar setelah lengkung selesai tersambung dan terbentuk garis tekan.Lengkung yang tidak tersambung sempurna akan runtuh pada saat perancah dibuka. Bentangmaksimum jembatan pelengkung beton bertulang 90m efisien terhadap bentang maksimum gelagarbeton prategang 45m. Jembatan pelengkung beton bertulang komposit dengan rangka/profil bajasebagai perancah maupun tulangan mencapai bentang (90-245)m.Kata kunci : jembatan pelengkung,lengkung kaku,lengkung diperkaku,reaksi tekan horizontal,

garis tekan

ABSTRACTThe arch of an arch bridge structure is mainly a compression member with curved linier parabolicshape. A great part of the uniform and moving loads is carried by compression forces that aretransmitted to the arch abutment as a large thrust force. Compression forces prevent and reduceconcrete tensioning due to traffic passage on the bridge. Existing old arch bridges still resist theincreasing vehicle loads due to reserve capacity of the compression member. Arch bridges reduce15% concrete volume compared to straight girder bridges, so they are economical in dimension andreinforcement. Arch bridges are classified into two types according to the thrust force transmission.The rigid arch type is optimal for very good soil conditions as the thrust force is directly transmitted tovery good foundation soil. The stiffened arch type is suitable for deep foundation condition as thethrust force is carried by the structural tie beam. The monolithic system between super and substructures with the number of plastic hinges improve the earthquake resistance. The construction of

arch bridges always involves the need for formwork that is removed after the arch is connected andthe compression line has been formed. An improperly connected arch will fail at the time of formworkremoval. The maximum reinforced concrete arch span 90m is efficient compared to the maximumprestressed concrete girder span 45m. Composite reinforced concrete arch bridges with steeltruss/profile for scaffolding as well reinforcement reach (90-245)m span.Key words : arch bridge, rigid arch, stiffened arch, thrust, compression line

PENDAHULUANJembatan pelengkung menurut

pelimpahan reaksi tekan horizontal (thrust)dibagi dalam dua tipe (ACI, 1996). Untukmencapai penghematan biaya optimal, reaksitekan horizontal di pangkal lengkung haruslangsung dipikul oleh tanah fondasi sangatbaik seperti batuan/batu pasir. Tipe inimerupakan lengkung murni atau lengkungkaku dan paling ekonomis (Gambar 1a).

Pada tanah fondasi kurang baik,digunakan jembatan gelagar lengkungdiperkaku dengan batang tarik untuk memikulreaksi tekan horizontal. Tipe ini dikenalsebagai jembatan gelagar Langer danmerupakan struktur statis tertentu keluar(Gambar 1b).

Lengkung berbentuk kurvalinierparabolis atau terbagi dalam beberapa segmenlurus yang masing-masing berujung padafungsi parabola, yang merupakan bentukterbaik untuk memikul sebagian besar daribeban mati dan hidup melalui garis tekan.Makalah ini membahas dasar perencanaan danpelaksanaan serta aspek ekonomis denganfokus pada tipe lengkung murni.

KAJIAN PUSTAKATipe gelagar lengkung kaku Tipe lengkung lantai urug

Lengkung pasangan batu/bata denganikatan gigi dan mortar mempunyai kuat geserdan kuat tekan tetapi tidak dapat menahantarik. Lengkung pasangan batu diisi dengantanah urug/brangkal. Makin berat beban matimakin besar gaya tekan, yang mencegah

terjadinya tegangan tarik dalam lengkungselama dilewati beban kendaraan. Mengingatstruktur yang berat memerlukan fondasi yangbesar, maka lengkung pasangan batu lebihsesuai untuk bentang pendek. Lengkungpasangan batu yang pernah dibangun denganketrampilan dan tenaga sangat intensif ternyatabertahan lebih dari 100 tahun. Banyakjembatan pelengkung pasangan batu beradadalam kondisi kritis dan perkuatan dilakukandengan menambah lengkung beton bertulangdi bawah (Gambar 2a) lengkung asli/lama (Ouand Chen, 2007) atau diatas (Gambar 2b)lengkung asli/ lama setelah urugan dibongkaryang disebut cara pelana/saddle/novel method(Brooks, 1999). Untuk menghemat waktu danbiaya dalam pembangunan jembatan baru,akan lebih ekonomis dan efisien untukmembangun lengkung beton bertulang.

Tipe lengkung lantai urug hanyadigunakan untuk bentang pendek 15m-30m(ACI, 1996). Pada bentang lebih besar(maksimum 60m), berat tanah urug meningkatdan menyebabkan tegangan terlalu besar.Drainase perlu dijaga agar berat tanah tidakbertambah dengan berat air, yang menjadibeban mati tambahan diluar rencana. Tipe inihanya digunakan pada lembah landai, dengandemikian tinggi tanah urug juga kecil.

Gelagar merupakan pelat penuh dengandinding penahan sebelah kiri dan kanan, yangsering dibuat dari sistem tanah bertulang agarlebih estetis selain mengijinkan drainasemelalui sela antara panel penutup (Gambar 2c). Perletakan umumnya berupa jepit.

Gambar 1. Tipe lengkung berdasarkan pelimpahanreaksi tekan horizontal

Gambar 2. Tipe lengkung lantai urug (jembatanpelengkung lama)

Tipe lengkung terbukaTipe ini digunakan untuk bentang 30m-

90m (ACI, 1996) dengan kolom yang memikullantai kendaraan (Gambar 3). Lengkungumumnya berupa balok/rib (minimal dua rib)atau pelat dengan dimensi mengecil kearahpuncak. Gelagar lengkung maupun gelagarlantai diperkaku dengan diafragma dalam arahmelintang jembatan, yang tidak diperlukanpada tipe pelat lengkung. Lebar pelat lengkungmengikuti lebar lantai kendaraan yangdikurangi dengan lebar kantilever trotoar.Dimensi kecil di puncak lengkung mengurangipengaruh temperatur, momen dan gaya tekanakibat beban mati. Kolom sebagai penyalurbeban lantai pada lengkung berupa penampangpersegi atau bulat (minimal dua kolom) ataudinding sekat dalam arah melintang jembatan.Jembatan pelengkung beton bertulang dengantipe lengkung terbuka telah dibangun secaraintensif dengan bentang utama 30m sampai60m di Sulawesi Selatan (Rasul, 2006), dandengan bentang utama 90m dibangun padajembatan Kelok 9, Sumatra Barat (Vaza,2008).

Perletakan jepit sering digunakan.Perletakan dua sendi memerlukan pendetailankhusus agar sendi tidak terlepas dari dudukan.Pada sistem dua sendi digunakan dimensibalok lengkung yang konstan. Pelat lengkungpada perletakan dua sendi tidak lajim. Sistemlengkung tiga sendi jarang digunakan.

lengkung kaku padatanah fondasi sangat baik

(a)

lengkung diperkaku padatanah fondasi kurang baik

(b)

a. perkuatan dibawah lengkungasli

b. perkuatan diatas lengkung asli/carapelana

tembok penahanatautanah bertulang

c. lengkung lantaiurug

Jembatan tipe pelengkung dari pasangan batu

Gambar 3. Tipe lengkung terbuka (JembatanBesok Koboan, bentang utama 80m,total 125m)

Tipe gelagar lengkung diperkakuTipe gelagar lengkung diperkaku yang

dikenal sebagai gelagar Langer (ACI, 1996)digunakan bila letak batuan dasar dalam danmemerlukan pondasi tiang. Pada tipe inibangunan atas dan bangunan bawah terpisahdengan perletakan. Gelagar lantai berupagelagar kaku memanjang dan lengkung beradadiatas gelagar lantai. Dengan demikian tipe inibermanfaat bila ruang bebas dibawah jembatankurang besar.

Jembatan lengkung diperkaku dapatdibuat dengan lengkung keatas (tipe lantaibawah /through type yang memerlukan jarakbebas vertikal minimum 5,5m untuk lalu lintaskendaraan) maupun dengan lengkung kebawah(tipe lantai atas/deck type yang memerlukanjarak bebas terhadap muka air banjir minimum1m) dengan prinsip perhitungan serupa(Gambar 4). Tipe lengkung lantai atas/decktype sering dibuat seperti queen post karenaketerbatasan jarak bebas dibawah jembatan .

Gambar 4. Tipe lengkung diperkaku gelagarLanger (Jembatan Serayu Cindagabaru, 90m)

Lengkung tipe lantai atas/bawahSesuai ketinggian permukaan jalan,

dibuat lengkung tipe lantai bawah/through type(Gambar 4b), tipe lantai atas/deck type(Gambar 4a dan 5a), atau tipe lantai bawahsebagian/half-through (Gambar 5b).

Gambar 5. Lengkung tipe lantai atas dan lantaibawah sebagian (Jembatan Kahayan150m)

La. tipe lantai atas / decktype

kolom ataudinding sekat

jepit/sendi

jepit/sendi

Lb. tipe lantai bawah/through type

a. tipe lantai atas

L

Lb. tipe lantai bawah sebagian

HIPOTESIS Jembatan pelengkung beton dapat mencapaibentang 90m dan bentang lebih panjangdicapai dengan beton bertulang komposit.

METODOLOGI Dasar perencanaan, pelaksanaan danperkembangan jembatan pelengkung tipe kakudan diperkaku yang secara prinsip samadiuraikan secara umum dan terpisah. Analisisdan segi ekonomis tipe lengkung kaku/murnimenjadi pokok pembahasan.HASIL DAN ANALISISDimensi lengkung kaku/murni

Lengkung umumnya pada perletakanjepit, dengan ketebalan awal lengkung sebesar1,65 sampai 2 kali (~L/20) dari puncaklengkung (~L/40). Ketebalan rata-rata adalah~L/30 dan tinggi fokus f ~ L/5 (ACI, 1996).Penampang dibuat tetap untuk bentang pendekdan variabel untuk bentang sedang danpanjang.Momen lengkung secara umum

Struktur lengkung terutama merupakanunsur tekan, sehingga momen lengkung (M)lebih kecil dari momen lentur gelagarsederhana (Mo).M=Mo Hy .......................... (Rumus 1)M : momen lengkungMo : momen lentur pada asumsi gelagar

sederhanaH : reaksi tekan horizontalY : ordinat pada lengkung

Rasio fokus terhadap bentang lengkung(L) tergantung pada kondisi topografi danpersyaratan ruang bebas setempat. Makintinggi fokus (f), makin kecil reaksi tekanhorizontal (H) akibat beban mati dan momenakibat temperatur. Lantai kendaraan dipikuloleh kolom pada lengkung kaku dan hangerpada lengkung diperkaku (Gambar 6). Garispengaruh untuk lengkung kaku/murni tipikaldigambarkan dalam Tabel 1 (Tristanto, 1997).

Kapasitas cadangan unsur tekandiperoleh dari pengurangan momen oleh gayatekan (-Hy) yang menghemat dimensi danpenulangan lengkung dibanding gelagarsederhana lurus.

Gambar 6. Tipe lengkung kaku dan diperkaku

Gelagar lengkung diperkaku (Langer)

H H L

hanger

f

Gelagar lengkung kaku

fH HL

kolomy

Tabel 1. Contoh garis pengaruh H dan M di awal lengkung (0L), lengkung (1/4L), dan lengkung (1/2L)untuk lengkung murni dengan bentang L 40m

0 0 0 0 01.67 0.02606 -0.035 0.06414 -1.40653.34 0.09787 -0.12 0.24854 -2.3215.01 0.2046 -0.232 0.56513 -2.81926.68 0.3359 -0.335 1.01386 -2.9598.35 0.482 -0.4133 1.5946 -2.8053

10.02 0.633 -0.4355 2.3035 -2.423511.69 0.78 -0.378 1.4763 -1.877313.36 0.9138 -0.221 0.78106 -1.233915.03 1.0274 0.0638 0.20569 -0.540616.7 1.1145 0.4872 -0.2458 0.1472

18.37 1.1691 1.0653 -0.5815 0.77820 1.1878 1.81 -0.813 1.312

21.67 1.1691 1.0653 -0.9455 1.72223.34 1.1145 0.4872 -0.9938 1.987225.01 1.0274 0.0638 -0.9703 2.107426.68 0.9138 -0.221 -0.8949 2.082128.35 0.78 -0.378 -0.7837 1.934730.02 0.633 -0.4355 -0.6445 1.680531.69 0.482 -0.4133 -0.493 1.358733.36 0.3359 -0.335 -0.342 0.992435.03 0.2046 -0.232 -0.2108 0.632836.7 0.09787 -0.1202 -0.0995 0.3148

38.37 0.02606 -0.035 -0.0278 0.085640 0 0 0 0

x=(0-L)m gp H gp M1/2L gp M1/4L gp M0L

-4-3-2-10123

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

garis pengaruh Hgaris pengaruh M1/2Lgaris pengaruh M1/4Lgaris pengaruh M0L

Bentangan lengkung murni dan fondasiBentang majemuk dari beberapa bentang

lebih pendek akan ekonomis untuk sungailebar dengan kondisi tanah sangat baik(Gambar 7a). Bentang lengkung tunggaldigunakan untuk melintasi jurang yang dalam,dan dapat dibuat simetris atau antimetris sesuaiketinggian tebing yang berbeda. Perbedaantinggi fondasi lengkung mempengaruhipembagian momen lentur dan lendutanlengkung, terutama akibat beban tidak simetrisdan beban hidup. Perbedaan ketinggian perludibatasi sekitar 2m. Perletakan yang lebihrendah menerima kontribusi beban lebih besar(Gambar 7b).

Pada perletakan jepit bekerja reaksitekan horisontal, vertikal dan momen. Reaksidisalurkan ke dasar balok fondasi yang dibuattegak lurus pada gaya resultanta (Gambar 7b).Tanah harus stabil dan mampu memikul reaksitekan horisontal. Cara ini lebih efisien daritelapak horisontal yang perlu pengecekanfaktor keamanan terhadap geser (Gambar 7c)atau gigi penahan geser (Gambar 7d). Fondasilangsung dan tebing sekitarnya harusdilindungi dengan lantai turap. Perhitunganfondasi dilakukan secara manual dengan hasilreaksi tumpuan dari perhitungan

manual/perangkat lunak. Perhitungan fondasidilakukan dalam keadaan batas daya layan,dengan asumsi tegangan tanah linier berbentuksegitiga. Dalam perhitungan keadaan batasultimit, tegangan tanah berupa blok tegangan.Perhitungan fondasi dalam keadaan batas dayalayan/linier memberi hasil konservatif/lebihaman (lihat cara perhitungan fondasi langsungpada Lampiran).Pengaruh gempa pada lengkung murni

Program perangkat lunak diperlukandalam analisis gempa karenamemperhitungkan kerangka struktur sebagaikesatuan. Perhitungan kolom pinggir yangpaling tinggi dalam arah melintang jembatanmengambil konsep freebody, dengan cara duadimensi yang lebih konservatif dari tigadimensi. Pengaruh gempa tidak menyebabkanpeningkatan tegangan yang berarti padalengkung dan gelagar lantai. Pengaruh gempaterutama terjadi pada kolom pendek untuk arahmemanjang jembatan dan kolom panjanguntuk arah melintang jembatan (Gambar 8).Sistem monolitik antara bangunan atas danbawah, dan jumlah sendi plastis dalam kolommajemuk mendukung ketahanan gempa.Analisis gempa diasumsikan dengan gaya

M+/- M+/-H HL

x(m) gp. gp. gp. gp.0-L H M(1/2L) M(1/4L) M(0L)

gempa horizontal ekivalen pada masing-masing titik berat segmen (SNI, 2005).Keruntuhan gempa umumnya terjadi karenakegagalan kolom sehingga ikatan antara kolomdan bangunan lengkung serta gelagar lantaiharus menjadi kesatuan dengan meneruskanpenulangan utama dan sengkang kolomkedalam lengkung dan gelagar. Perhitungangempa statis ekivalen merupakan analisiskonservatif dibanding perhitungan dinamis.

Perhitungan dua dimensi jugakonservatif, karena kesatuan antara kekakuanmemanjang dan melintang dalam analisis tigadimensi memberikan momen perlawananpuntir sehingga struktur tertahan dalamgerakan dan nilai lendutan struktural menjadikecil.

Pengaruh tipe perletakan sendi-jepit padalengkung murniPerbandingan antara gaya normal, geser danmomen untuk lengkung terjepit, dua sendi dantiga sendi dibuat untuk beban hidup dan matitotal, perbedaan penurunan fondasi 25mm, dangempa statis ekivalen dengan koefisien responkh = 0,3 untuk bentang lengkung 40mdirangkum dalam Tabel 2. (Tristanto, 1997).Penggunaan perletakan jepit atau sendiberpengaruh pada momen dalam lengkung dangelagar lantai. Lengkung bersendi kurang pekaterhadap penurunan fondasi dibandinglengkung terjepit. Pengaruh gempa pada kolompendek tengah bentang hampir sama untuklengkung terjepit atau bersendi.

Gambar 7. Tipe fondasi langsung, lengkung majemuk, lengkung asimetris

Gambar 8. Skema gaya gempa pada jembatan pelengkung

c. gaya geser > .b. gaya geser reaksi