6

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Jembatan Rangka Batang

Jembatan rangka batang itu sendiri ialah gabungan dari beberapa batang

yang disatukan pada tiap titik join atau titik pertemuan dari batang tersebut sehingga

membentuk suatu susunan struktur yang efisien dan dapat menahan gaya yang

bekerja secara maksimal. Untuk bahan material yang sering digunakan pada

jembatan rangka batang ialah berupa batang seperti kayu dan baja.

Jembatan rangka menurut Schodek (1979) ialah struktur konstruksi

jembatan yang disusun dari gabungan rangka yang dihubungkan dengan suatu

sambungan pada tiap titik joinnya. Pada prosesnya jembatan rangka merupakan

perpaduan dari susunan segituga yang stabil sehingga tidak terjadi deformasi.

2.1.1 Prinsip Dasar Triangulasi

Hal yang mendasari suatu penyusunan struktur menjadi struktur yang

stabil ialah dengan menjadikan bentuk struktur tersebut menjadi konfigurasi

segitiga. Bentuk segitiga merupakan bentuk yang paling stabil apabila digunakan

dalam suatu proses perancangan struktur karena tidak terjadi perubahan sudut yang

signifikan apabila terjadi gaya pada struktur.

Gambar 2.1, Konfigurasi rangka segitiga stabil dan tidak stabil

7

2.1.2 Konfigurasi Segitiga

Hal yang menyebabkan timbulnya gaya pada komponen suatu struktur

sehingga menjadi tidak stabil ialah gaya eksternal. Dari banyaknya gaya yang

ditimbulkan ada beberapa gaya yang sering terjadi antara lain gaya Tarik dan gaya

tekan.

Menurut Schodek, 1999 gaya tekan dan tarik akan terjadi pada setiap

batang dan akan membetuk pola yang berubah antara gaya tekan dan tarik. Untuk

gaya tekan sendiri sering terjadi pada bagian atas dari struktur dan gaya tarik sering

terjadi pada bagian bawah struktur.

Pada struktur yang tidak stabil akan terjadi keruntuhan jika beban

diberikan secara langsung. Karena itu, untuk menentukan kestabilan sebuah

struktur digunakan persamaan sebagi berikut :

Dalam penentuan konfigurasi yang tepat untuk digunakan pada struktur

jembatan dapat menggunakan persamaan 2J = M + 3.

Dimana, J = Joint (titik / nodal)

M = Membebr (batang)

Gambar 2.2, Konfigurasi rangka pada jembatan

8

2.1.3 Gaya Batang

Dalam segala kondisi suatu struktur atau bagian dari struktur itu harus

berada dalam keadaan yang seimbang adalah suatu dasar dari analisa gaya batang.

Gaya-gaya batang yang bekerja pada titik hubung rangka batang pada semua bagian

struktur harus berada dalam keadaan seimbangan.

2.1.4 Komponen Jembatan Rangka Batang

Ada dua pembagian utama dalam suatu struktur jembatan yaitu struktur

bagian atas dan struktur bagian bawah. Dimana struktur bagian atas memiliki

kegunaan sebagai penahan untuk beban yang bekerja pada jembatan, sedangkan

untuk struktur bagian bawah memiliki kegunaan sebagai penahan terhadap struktur

bagian atas yang kemudian disalurkan ke tumpuan utama atau abutmen dan

diteruskan ke pondasi.

Gambar 2.3, Gaya tekan dan gaya tarik

Gambar 2.4, Komponen jembatan rangka

9

2.1.5 Jenis Rangka Batang

1. Warren truss, adalah tipe jembatan rangka dengan rangka utamanya

berbentuk trapesium dari serangkaian segitiga. Penggunaan ukuran

trave rangka warren truss ini baik pada tinggi dan bentang rangkanya

umumnya sama pada bentang jembatan yang berbeda.

2. Pratt truss, Sebuah truss Pratt termasuk anggota vertikal dan diagonal

yang melandai ke bawah menuju pusat, kebalikan dari truss Howe. Hal

ini dapat dibagi, menciptakan Y-K dan pola berbentuk. The Pratt Truss

diciptakan pada tahun 1844 oleh Thomas dan Caleb Pratt. Truss ini

praktis untuk digunakan dengan bentang hingga 250 kaki dan

konfigurasi umum untuk jembatan kereta api sebagai truss jembatan

pindah dari kayu dengan logam.

3. Howe truss, adalah jenis desain jembatan yang diperkenalkan oleh

seorang arsitek Amerika William Howe. Ini menggunakan desain

serupa seperti Pratt truss , tetapi dengan perbedaan yang kuat. Di sini

balok struktural diagonal miring ke arah pusat jembatan, sementara

rangka Pratt menggunakan balok diagonal yang miring ke luar dari

pusat jembatan. Pendekatan ini membuat anggota diagonal jembatan

truss Howe dalam kompresi, sementara anggota web vertikal dalam

ketegangan.

4. K-truss, Desain K-Truss adalah varian dari desain Parker truss. Parker,

pada gilirannya, berasal dari rangka Pratt. Ide rangka K adalah

memecah anggota vertikal menjadi bagian-bagian yang lebih kecil. Ini

karena anggota vertikal dalam kompresi. Semakin pendek anggota,

semakin bisa menahan tekuk dari kompresi. Kerangka K, mungkin

karena kerumitannya, tidak menjadi sangat populer di Amerika

Serikat.

10

2.2 Jenis Baja Struktural

Merupakan struktur yang terbuat dari kombinasi terorganisir dari baja

struktural yang diatur dan dirancang khusus untuk memenuhi kebutuhan arsitektur

dan teknis pemakai. Jenis struktur ini banyak digunakan dalam proyek konstruksi

berskala menengah dan besar (pre-engineered building) oleh kegunaan fitur baja

itu sendiri. Struktur baja meliputi sub-struktur atau bagian dalam sebuah bangunan

yang terbuat dari baja struktural. Baja struktural adalah bahan konstruksi baja yang

Gambar 2.5, Berbagai tipe rangka batang/truss Jembatan. (a) Warren truss (dengan batang

atas rangka lurus); (b) Warren Truss (dengan batang atas rangka lengkung); (c) Warren Truss

dengan batang vertikal; (d) Prutt truss; (e) Howe truss; dan (f) K-truss (Chen Wai-Fah dan

Lian Duan, 2000)

a b

Gambar 2.6, Jenis Baja Struktural. (a) Bentuk Baja Canai Dingin (cold-forming); (b) Bentuk

Baja Canai Panas (hot-rolling) (lubisald, 2002)

11

dibuat dengan bentuk dan komposisi kimia tertentu sesuai dengan spesifikasi pada

proyek tersebut. Bahan utama dari baja struktural adalah besi dan karbon. Mangan,

logam campuran, dan beberapa zat kimia tertentu juga ditambahkan pada besi dan

karbon untuk menambah kekuatan dan ketahanan.

2.3 Material Baja Canai Dingin

Dalam perkembangan dunia konstruksi saat ini material baja canai dingin

merupakan suatu pilihan yang dapat digunakan dalam konstruksi. Baja canai dingin

itu sendiri merupakan material yang lebih ringan dari baja pada umumnya karena

memiliki ketebalan yang tipis.

Dalam proses pembuatannya baja dipotong tipis dan terbuat dari baja

murni yang kemudian dibentuk menggunakan mesin roll-forming. Pada prosesnya

dilakukan dalam kondisi dingin sehingga disebut baja canai dingin. Proses rolling

kompres dan membentang baja, pemberian gaya atau tegangan terjadi dalam proses

tersebut. Sedangkan kekakuan didapat dari proses memberi tekukan (pemberian

gaya) itulah sebabnya mengapa baja ringan mempunyai mutu tinggi. Sedangkan

baja yang biasa dibentuk dalam keadaan masih panas dinamakan baja canai panas.

Untuk perkembangannya sendiri material baja cnai dingin berkembang

cukup pesat. Dalam dunia konstruksi sendiri material baja canai dingin mulai

digunakan untuk pembangunan tidak hanya sebgaia struktur sekunder namun juga

sebagai struktur primer seperti yang dilakukan di Amerika karena memiliki tingkat

efisien yang cukup tinggi.

Tingkat efisiensi yang tinggi dari material baja canai dingin yang

merupakan keunggulan dari material tersebut seperti material yang cukup ringan

jika dibandingkan dengan material pada umumnya yang sering digunakan seperti

beton, baja, dan kayu. Material baja canai dingin juga terbilang murah dan mudah

untuk didapatkan serta memiliki tingkat pengerjaan yang mudah sehingga dapat

mempercepat pross pengerjaannya.

Untuk itu material baja canai dingin merupakan material pengganti yang

cukup baik untuk digunakan kedepannya sebagai bahan pengganti ataupun sebagai

bahan utama dalam proyek konstruksi.

12

2.3.1 Sifat Mekanis Baja Canai Dingin

Struktur baja canai dingin itu sendiri memiliki karakteristik seperti

tegangan kuat tarik, kuat leleh maupun daktilitas atau lentur yang sudah diatur

dalam SNI 7971:2013 tentang Struktur Baja Canai Dingin. Kekuatan yang dimiliki

oleh baja yang membuat terhambanya regangan plastis sebelum terjadinya patah

disebut juga daktilitas. Kuat minimum canai dingin mengacu pada SNI 7971:2013.

Kekuatan minimum baja yang tercantum dalam SNI 7971:2013 sesuai dengan AS

1397 disajikan dalam tabel berikut,

2.3.2 Tegangan Regangan Baja Canai Dingin

Dalam proses pabrikasi baja canai dingin yang bertujuan meningkatkan

kekuatan Tarik dan mengurangi daktilitas maka dilakukan dengan membentuk

lembaran baja hingga menghasilkan regangan pada kisaran strain hardening.

13

2.4 Jembatan Pejalan Kaki

Pada bab ini akan dibahas mengenai jembatan khusus pejalan kaki untuk

melewati rintangan seperti sungai. Karena itu, perlu adanya perencanaan khusus

untuk jembatan pejalan kaki untuk keselamatan dan kenyaman pejalan kaki itu

sendiri. Mengacu pada Footbridges Manual for Construction at Community and

District Level (2004), Lebar jembatan yang diharuskan yaitu :

a. Lebar 1,4 meter, khusus pejalan kaki maupun sepeda serta hewan untuk

membawa barang.

b. Lebar 2,1 meter, dikhususkan untuk pejalan kaki maupun kendaraan

ringan.

Pedoman ini juga menyebutkan bahwa hanya satu kendaraan yang

diperbolehkan melintas agar jembatan tetap aman. Berikut disajikan gambar agar

lebih mudah dipahami. Standar lebar jembatan yang disesuaikan dengan tipe

pengguna.

Gambar 2.7, Efek Strain Hardening dan Straing Aging pada Karakteristik Tegangan

Regangan.( Wei-Wen Yu dan Laloube, 2010)

14

2.5 Jembatan Rangka Baja Canai Dingin Pejalan Kaki

Pada perancangan kali ini hanya berfokus pada jembatan rangka baja canai

dingin pejalan kaki sehingga material baja canai dingin dapat digunakan sebagai

material utama dari jembatan tersebut. Karena baja canai dingin memiliki berat

yang ringan dan cara pengerjaan yang mudah sehingga dapat mempercepat proses

konstruksi.

Gambar 2.9, Standar Lebar Jembatan yang Disesuaikan dengan Tipe Pengguna

(Footbridges Manual for Construction at Community and District Level, 2004)

Gambar 2.8, Standar Lebar Jembatan yang Direkomendasikan

(Footbridges Manual for Construction at Community and District Level, 2004)

15

Karena material baja canai dingin memiliki ketebalan material yang tipis

sehingga tidak mampu menahan beban yang besar, oleh karena itu fungsi dari

jembatan itu sendiri hanya ditujukan bagi pejalan kaki dan kendaraan ringan.

2.5.1 Komponen Jembatan Rangka Baja Canai Dingin

Ada dua macam komponen struktur yaitu komponen atas atau

superstruktur berupa plat lantai, deck, serta rangka utama jembatan dan komponen

bawah atau sub struktur berupa komponen pendukung bagian tengah jembatan,

abutmen dan pondasi jembatan.

2.5.2 Pembebanan Jembatan Rangka Baja Canai Dingin Pejalan Kaki

Pada proses perancangan struktur jembatan diperlukannya penentuan

terhadap beban-bena yang bekerja pada struktur. Untuk penentuan beban tersebut

dilakukan dengan cara pendekatan dan asumsi beban yang akan bekerja. Setelah

mendapatkan beben yang akan bekerja maka dilakukan kombinasi pembebanan

dengan beben yang telah diperoeh sebelumnya dan diambil yang terbesar untuk

proses analisan pembebanan pada struktur.

Gambar 2.10, Jembatan Canai Dingin Deck Type Truss

16

Penentuan pembebanan pada proses perencanaan disesuaikan dengan

peraturan SNI 1725-2016 mengenai Standar Pembebanan Untuk Jembatan,

dan Surat Edaran Menteri Pekerjaan Umum No. 02/SE/M/2010 tentang

Pedoman Perencanaan dan Pelaksanaan Konstruksi Jembatan Gantung

Untuk Pejalan Kaki, dimana tentunya beban-beban yang tertera pada peraturan

tersebut akan dipilah mana yang akan digunakan kemudian akan di analisa dengan

menggunakan program bantu Staad Pro V8i.

Jembatan yang dibangun harus mampu menahan gaya-gaya beban luar

yang bekerja. Secara garis besar, pembebanan pada jembatan dibagi menjadi empat,

yakni beban tetap atau beban mati, beban lalu lintas atau beban hidup dan aksi

lingkungan seperti beban angin dan beban gempa serta beban khusus.

1. Beban Tetap

a. Beban mati berupa berat sendiri dari struktur tersebut.

b. Beban mati tambahan berupa berat non struktur yang tidak termasuk berat

dari struktur.

c. Gaya akibat susut dan rangkak beton. (karena material yang digunakan adalah

material baja canai dingin maka untuk beban ini tidak diperhitungkan).

d. Tekanan tanah. (karena pada perancangan ini hanya membatasi pada struktur

atas sehingga tekanan tanah tidak diperhitungkan).

2. Beban Lalu Lintas

a. Beban lajur “D”. (karena hanya diperuntukkan untuk pejalan kaki sehingga

beban ini tidak diperhitungkan).

b. Beban truk “T”. (karena hanya diperuntukkan untuk pejalan kaki sehingga

beban ini tidak diperhitungkan).

c. Gaya rem. (karena hanya diperuntukkan untuk pejalan kaki sehingga beban

ini tidak diperhitungkan).

d. Beban pejalan kaki.

e. Beban kendaraan ringan.

17

3. Aksi Lingkungan

a. Beban angin.

b. Beban gempa. (Beban ini tidak diperhitungkan).

c. Gaya akibat suhu. (Beban ini tidak diperhitungkan, namun untuk

mengantisipasi pemuaian dan penyusutan akibat suhu, elemen tumpuan di

desain menggunakan tumpuan sendi dan rol).

4. Beban Khusus

a. Gaya prategang. (karena material yang digunakan adalah material baja canai

dingin maka untuk beban ini tidak diperhitungkan).

b. Gaya tumbukan. (Beban ini tidak diperhitungkan karena jembatan

diasumsikan terletak pada posisi yang aman terbebas dari tumbukan).

2.5.3 Beban Tetap

Beban tetap yang digunakan dalam jembatan baja canai dingin ini yaitu

berat sendiri dari jembatan tersebut atau beban mati dan beban mati tambahan

seperti ralling jembatan yang berfungsi sebagai pengaman.

a. Beban Mati

Beban mati yang dimaksudkan ialah berat dari struktur jembatan itu

sendiri meliputi batang, sambungan, dan sambungan plat. Beban ini

didasarkan berdasar berat jenis bahan, yakni bahan baja canai dingin

dengan berat jenis 7850 kg/m3.

Gambar 2.11, Pengelompokan Beban pada Jembatan

18

b. Beban Mati Tambahan

Untuk beban mati tambahan berupa railing mengacu pada panduan

kompetisi jembatan Indonesia yaitu sebesar 10 kg.

2.5.4 Beban Hidup (Beban Lalu Lintas)

Beban lalu lintas rencana yang berupa beban pejalan kaki sebesar 500

kg/m dan beban kendaraan ringan sebesar 2000 kg.

Tabel 2.2, Faktor Beban Mati

Tabel 2.3, Faktor Beban Mati Tambahan

Tabel 2.4, Faktor Beban Lalu Lintas

19

2.5.5 Beban Uji

Karena perencanaan komponen sambungan pada jembatan ini mengacu

pada kompetisi jembatan Indonesia sehingga pembebanan yang digunakan pada

perancangan adalah beban yang ada pada peraturan kompetisi jembatan Indonesia

ke- 14 yaitu beban titik di ½ bentang sebesar 400 kg.

2.6 Penampang Baja Canai Dingin

Penampang canai dingin dibagi menjadi beberapa elemen sederhana

diantaranya elemen rata, bengkok, lengkung, dan lain sebagainya.

Gambar 2.12, Simulasi pembebanan

Gambar 2.13, Elemen pada Penampang Canai Dingin

20

Properti penampang dapat menggunakan properti dari tabel yang

disediakan oleh produsen baja canai dingin, namun apabila properti yang digunakan

tidak ada tabel maka properti penampang harus dihitung sendiri. Penampang baja

canai dingin dapat dikombinasikan menjadi gabungan dari penampang tunggal.

2.6.1 Dimensi yang Digunakan

Untuk mengetahui tidak terjadinya tekuk lokal elemen dan sebagai cek

kontrol telah memenuhi batasan yang diijinkan atau belum maka dilakuakan kontrol

terhadap batasan dimensi yang digunakan. Batasan dimensi disajikan dengan rumus

sebagai berikut:

A. Perbandingan maksimal antara lebar dengan tebal (b/t)

Untuk elemen sayap b/t < 60

Untuk elemen badan b/t < 500

Untuk elemen lip b/t < 60

B. Perbandingan maksimal antara tinggi dan tebal (d/tw)

Untuk pelat badan dengan pengaku tumpu dan pengaku

antara d11/tw < 300

Gambar 2.14, Contoh Simetri Penampang

21

Apabila terdaoat plat badan terdiri dari dua lembaran atau

lebih, maka perbandingan antara d11/tw dihitung pada setiap

lembaran.

Pengaku yang dimaksud dalam poin B tersaji pada Gambar 2.15.

2.7 Analisa Struktur Rangka Baja Canai Dingin

Dalam proses analisa struktur rangkabaja canai dingin bertujuan untuk

mendapatkan desain yang efisien terhadap gaya tarik dan tekan yang mengacu pada

beberapa peraturan seperti panduang kompetisi jembatan Indonesia ke-14, SNI

7971 Tahun 2013 mengenai Struktur Baja Canai Dingin, dan panduan lainnya yang

releafan untuk digunakan.

2.7.1 Batang Tarik

Suatu elemen struktur dapat terjadi putus apabila menerima gaya yang

memiliki kecenderungan untuk menarik suatu elemen tersebut. Pada komponen

struktur yang mendapatkan gaya aksial tarik maka perhitungan desain komponen

harus memenuhi persamaan berikut:

Gambar 2.15, Pengaku baja canai dingin. (a) Elemen tekan dengan pengaku; (b) Elemen

tekan tanpa pengaku; (c) Elemen dengan banyak pengaku; (d) Elemen tekan lengkung

22

1. Kapasitas Penampang Nominal Struktur Tarik (Nt)

Kapasitas penampang nominal dari struktur tarik harus diambil nilai

terkecil dari:

Faktor Koreksi untuk Distribusi Gaya (kt)

Nilai kt harus sesuai dengan Pasal 3.2.3 halaman 51 pada SNI 7971:2013.

Nilai faktor koreksi juga dapat dilihat pada Tabel 2.5.

23

2. Diagram Perencanaan Batang Tarik

Alur perencanaan batang tarik dijelaskan melalui diagram alir yang

tersaji pada Gambar 2.15.

Tabel 2.5, Faktor Koreksi untuk Elemen yang Diarsir

24

2.7.2 Batang Tekan

Suatu elemen struktur dapat terjadi tekuk apabila menerima gaya yang

memiliki kecenderungan untuk mendorong suatu elemen tersebut. Pada proses

perencanaan nilai gaya aksial tekan harus dihitung dengan memenuhi persyaratan

sebagai berikut ini:

Gambar 2.16, Diagram Alir Perencanaan Batang Tarik

25

1. Kapasitas Penampang Nominal Struktur Tekan (Ns)

Kapasitas penampang nominal dari struktur tekan diambil dari persamaan:

2. Kapasitas Komponen Struktur Nominal Struktur Tekan (Nc)

Kapasitas komponen struktur nominal dari komponen tekan diambil dari

persamaan:

Tegangan Kritis (fn)

26

27

3. Diagram Perencanaan Batang Tekan

Alur perencanaan batang tekan dijelaskan melalui diagram alir berikut:

Tidak

Gambar 2.17, Diagram Alir Perencanaan Batang Tekan

28

2.8 Sambungan Baja Canai Dingin

Dalam perancangan kali ini yang mengacu pada kompetisi jembatan

indoneia ke-14 maka jenis sambungan yang digunakan ialah menggunakan sekrup

pada setiap titik join dari struktur tersebut. Sambungan harus di desain sebaik

mungkin sehingga dapat menerima dan menyalurkan gaya yang bekerja pada

struktur secara maksimal.

2.8.1 Sambungan Sekrup

Elemen sambungan merupakan elemen struktur yang terdiri atas

komponen sambungan dan penghubung. Fungsi sambungan adalah mengalihkan

gaya-gaya dari satu komponen struktur ke komponen lain sehingga beban luar yang

bekerja pada struktur dapat diteruskan ke pondasi. Oleh sebab itu, sambungan pada

suatu struktur harus didesain agar konsisten dengan asumsi yang digunakan dalam

analisis struktur.

Dalam praktek nyata pemasangan struktur menggunakan baja canai dingin

biasa digunakan penyambung antar profil menggunakan sekrup tipe self-drilling.

Kemudahan pemasangan serta ketersediaannya dipasaran membuat sekrup lebih

dipilih daripada alat sambung lain seperti las, baut, ataupun paku keling. Untuk tipe

sekrup yang ada dipasaran adalah tipe 12-14x20. Material pembuatan sekrup adalah

head treated carbon steal.

Dalam merencanakan sambungan rangka baja jembatan baja canai dingin

tidak diperkenankan menggunakan sambungan berupa pelat buhul dan material lain

selain material baja canai dingin, sehingga digunakan sambungan dengan material

baja canai dingin yang dimodifikasi dari profil batang itu sendiri dengan

diasumsikan sebagai pelat sambung. Selain itu, sambungan antar batang pada

rangka baja canai dingin menggunakan self drilling screw tipe 12-14x20 (Panduan

KJI 2018).

29

Perhitungan sambungan sekrup baja canai dingin mengacu pada SNI 7971:2013

pasal 5.4 tentang sambungan sekrup baja canai dingin dan berdasarkan teori LRFD

untuk keamanan penyambungan digunakan persamaan sebagai berikut :

1. Sambungan sekrup dalam geser

A. Pemeriksaan Jarak

Sambungan sekrup harus memenuhi syarat,

3,0 mm df 7,0 mm (2.12(1))

Jarak pusat ke tepi > 3df (2.12(2))

Jarak pusat ke pusat > 3df (2.12(3))

Dimana df adalah diameter nominal

Gambar 2.18, Komponen dan notasi Sekrup

Tabel 2.6, Tipe Sekrup

30

B. Tahanan Geser Sekrup

Tahanan geser (ØRn) pada penampang netto harus memenuhi,

2. Sambungan sekrup dalam Tarik

A. Pemeriksaan Jarak

Jarak antara pusat-pusat sekrup harus menyediakan tempat yang cukup

untuk ring sekrup tetapi tidak boleh kurang dari tiga kali diameter sekrup

nominal (df). Jarak dari pusat sekrup dalam tarik ke setiap bagian tepi tidak

boleh kurang dari 3df (SNI 7971:2013 Struktur Baja Canai Dingin).

B. Tahanan Tarik Sekrup

Tarik pada bagian tersambung harus memenuhi,

C. Tarik pada Bagian Tersambung

Tarik pada bagian tersambung harus memenuhi,

31

3. Tahanan Tumpu Sekrup

Tahanan tumpu nominal tergantung pada kondisi yang terlemah dari sekrup

atau komponen plat sambung. Besarnya ditentukan oleh persamaan berikut :