BAB IIIDESAIN MODEL JEMBATANA. Dasar Teori Model

Rangka batang pada umumnya digunakan untuk rangka atap, jembatan, mengganti balok atau portal dengan bentang besar memakai rangka batang. Lendutan pada rangka batang sering dikaitkan dengan lendutan pada balok, dimana pada balok merupakan fungsi dari momen, sehingga lendutan pada rangka batang diasumsikan seperti fungsi momen, rangka batang dengan bentuk, bentang dan pembebanan sama dengan adanya kemiringan atau tidak adanya kemiringan akan menghasilkan lendutan yang sama. Rangka batang merupakan perkembangan dari balok karena bentang yang cukup besar sehingga tidak memungkinkan memakai balok biasa karena dimensi baloknya akan besar sekali dan berat sendirinya akan besar pula untuk menghindarkan dimensi yang terlalu besar maka dicari alternative lain, salah satunya dibuat rangka batang dengan ukuran dimensi balok yang kecil, bisa dipakai untuk bentang yang cukup besar dan mampu menahan beban yang besar.Sistem struktur dari suatu bangunan merupakan kumpulan dan kombinasi berbagai elemen struktur yang dihubungkan dan disusun secara teratur, baik secara discrete maupun menerus yang membentuk suatu totalitas kesatuan struktur. Irregularitasbentuk dan system struktur diusahakan seminimal mungkin. Setiap sistem struktur hanya bisa diterapkan didalam limit ketinggian tertentu. Konfigurasi rangka batang merupakan sesuatu hal yang penting untuk diketahui sebelum mendesain rangka, baik itu rangka atap maupun jembatan. Akan tetapi bukan hal yang mudah untuk menentukan konfigurasi rangka yang cocok untuk suatu bangunan struktur rangka seperti jembatan rangka. Ada berbagai macam bentuk konfigurasi rangka batang yang bisa digunakan untuk bangunan struktur rangka batang jembatanTabel 5: Tipe umum jembatan rangka batang (Sumber : Hibbeller, 2002)TipeKonfigurasi RangkaMaterialKeterangan

PrattBajaSering digunakan lebih banyak di masa lampau dari pada tipe-tipe rangka lainnya, bentang maksimal 200 feet

HoweBajaSering digunakan dimasa lampau tetapi sangat sedikit digunakan dimasa sekarang, bentang maksimal 200 feet

WarrenBajaSangat umum, untuk bentang maksimal 200 feet

ParkerBajaUntuk bentang di atas 180 feet atau 200 feet sampai 350 feet atau 360 feet, lebih ekonomis

BaltimoreBajadigunakan untuk bentang di atas 300 feet

K trussBajadigunakan untuk bentang di atas 300 feet

Bentuk rangka batang jembatan yang saat ini digunakan untuk rentang-rentang tunggal khususnya rangka batang yang berbentuk Pratt, Howe, dan Warren secara normal digunakan untuk rentang yang panjangnya berada diatas 180 ft (55 m) sampai 200 ft (61 m). Bentuk paling umum adalah rangka batang bentuk warren dengan arah vertical.Pada rentang yang lebih besar, rangka batang dengan sebuah batang atas berbentuk polygon, seperti rangka rangka batang bentuk Parker dengan bertujuan untuk menghemat material. Rangka batang bentuk warren dengan arah vertical bisa juga dibuat dengan cara ini untuk rentang diatas 300 ft (91 m), untuk rentang yang lebih besar dari 300 ft (91 m), kekuatan rangka harus ditingkatkan yang akan berakibat pada ketebalan atau tinggi rangka batang harus ditingkatkan sehingga panel-panel menjadi lebih panjang. Ini berakibat pula pada pertimbangan sistem deck berat, dan untuk menjaga berat dek berada dalam batas yang ditoleransi dikembangkan bentuk rangka batang tersubbagian. Contoh tipikal meliputi rangka bentuk Baltimordan bentuk warren tersubbagian. Sedangkan untuk rangka dengan tujuan yang sama, solusi rangka batang bentuk K merupakan alternatife yang bagus karena termasuk bentuk rangka tersubbagian.

Gambar 42. Bentuk Konfigurasi Rangka Batang Jembatan

(Sumber: Schodek, 1999)Jembatan rangka (truss bridge) tersusun dari batang-batang yang dihubungkan satu sama lain dengan pelat buhul, dengan pengikat paku keling, baut atau las. Batang-batang rangka ini hanya memikul gaya dalam aksial (normal) tekan atau tarik, tidak seperti pada jembatan gelagar yang memikul gaya-gaya dalam momen lentur dan gaya lintang. Keberadaan kabel prategang pada model jembatan rangka selain bisa memberikan lendutan yang mengarah ke atas juga dapat meningkatkan kekakuan model jembatan sehingga lendutan yang terjadi akibat beban yang bekerja pun menjadi berkurang. Hal ini terjadi dengan adanya kabel prategang yang menahan terjadi deformasi pada jembatan menyebabkan seolah-olah jembatan memiliki batang tanbahan pada strukturnya. Sehingga pada akhirnya dikarenakan jumlah batang bertambah, kekakuan model jembatan meningkat. Beberapa bentuk konfigurasi eksternal rangka batang yang umum digunakan untuk rangka jembatan selalu berubah-ubah begitu pula pola internalnya Konfigurasi-konfigurasi ini dipengaruhi oleh faktor eksternal, tinjauan struktural maupun konstruksi. Masing-masing konfigurasi mempunyai tujuan yang berbeda. Beberapa hal yang menjadi bahasan penting dalam konfigurasi rangka batang adalah :1. Faktor eksternal

Faktor-faktor eksternal memang bukanlah hal yang utama dalam menentukan konfigurasi rangka batang. Namun faktor eksternal juga dapat mempengaruhi bentuk-bentuk yang terjadi. Bentuk-bentuk rangka sangat dipengaruhi oleh faktor eksternal yaitu dengan berbagai tujuan bentuk atap cenderung mempunyai puncak disisi atas.

Gambar 43. Faktor Eksternal Rangka Batang

(Sumber: Schodek, 1999)2. Bentuk-bentuk dasarDitinjau dari segi struktural maupun konstruksi, bentukbentuk dasar yang digunakan dalam rangka batang merupakan respon terhadap pembebanan yang ada. Gaya-gaya internal akan timbul sebagai respon terhadap momen dan gaya geser eksternal. Momen lentur terbesar pada umumnya terjadi di tengah rangka batang yang ditumpu sederhana yang dibebani merata, dan semakin mengecil ke ujung. Gaya geser eksternal terbesar terjadi di kedua ujung, dan semakin mengecil ke tengah. Sehingga akan diperoleh tipikal bentuk berdasarkan gaya dalam yang ada.

Gambar 44. Tipikal Bentuk Dasar Rangka Batang

(Sumber: Schodek, 1999)

3. Rangka Batang Sejajar

Pada rangka batang dengan batang tepi sejajar (Gambar 2.13), momen eksternal ditahan terutama oleh batang-batang tepi atas dan bawah. Gaya geser eksternal akan dipikul oleh batang diagonal karena batang-batang tepi berarah horisontal dan tidak mempunyai kontribusi dalam menahan gaya arah vertikal. Gaya-gaya pada diagonal umumnya bervariasi mengikuti variasi gaya geser dan pada akhirnya menentukan desain batang.

Gambar 45. Rangka Batang tepi sejajar

(Sumber: Schodek, 1999)

4. Rangka batangfunicularRangka batang yang dibentuk secarafunicular menunjukan bahwa secara konsep batang nol dapat dihilangkan hingga terbentuk konfigurasi bukan segitiga, namun tanpa mengubah kemampuan struktur dalam memikul beban rencana. Batang-batang tertentu yang tersusun di sepanjang garis bentuk funicular untuk pembebanan yang ada merupakan transfer beban eksternal ke tumpuan. Batang-batang lain adalah batang nol yang terutama berfungsi sebagaibracing. Tinggi relatif pada struktur ini merupakan fungsi dari beban dan lokasinya.

Gambar 46. Rangka Batang tepi sejajar

(Sumber: Schodek, 1999)B. Kriteria Perancangan

1. Material

a. Kayu

Kayuadalah bagianbatangatau cabang serta ranting tumbuhan yang mengeras karena mengalami lignifikasi (pengayuan). Penyebab terbentuknya kayu adalah akibat akumulasi selulosa dan lignin pada dinding sel berbagai jaringan di batang. Ilmu perkayuan (dendrologi) mempelajari berbagai aspek mengenai klasifikasi kayu serta sifat kimia, fisika, dan mekanika kayu dalam berbagai kondisi penanganan.

Pada dasarnya terdapat 2 (dua) sifat utama kayu yang dapat dipergunakan untuk mengenal kayu, yaitusifat fisik(disebut jugasifat kasaratausifat makroskopis)dansifat struktur (disebut jugasifat mikroskopis).Secara obyektif, sifat struktur atau mikroskopis lebih dapat diandalkan dari pada sifat fisik atau makroskopis dalam mengenal atau menentukan suatu jenis kayu.Namun untuk mendapatkan hasil yang lebih dapat dipercaya, akan lebih baik bila kedua sifat ini dapat dipergunakan secara bersama-sama, karena sifat fisik akan mendukung sifat struktur dalam menentukan jenis.

Gambar 47. Penampang Kayu(Sumber: www.google.com)Terdapat perbedaan yang mendasar antara sifat struktur kayu daun lebar dan sifat struktur kayu daun jarum.Kayu-kayu daun jarum tidak mempunyai pori-pori kayu seperti halnya kayu-kayu daun lebar. Lembaga Pusat Penyelidikan Kehutanan membagi kekuatan kayu Indonesia dalam 5 kelas kuat didasarkan kepada jenis kayu tersebut:

Tabel 6 : Kekuatan Kayu ( Sumber: Anonimous, 1976)

Kelas KuatBerat JenisKuat Tarik

Absolut (Kg/cm3)Kuat Takan

Absolut (kg/cm3)

I 0.90 1100 650

II0.90 0.601100 725650 425

III0.60 0.40725 500425 300

IV0.40 0.30500 360300 215

V< 0.30< 360< 215

Penggolongan kayu dapat ditinjau dari aspek fisik, mekanik dan keawetan. Secara fisik terdapat klasifikasi kayu lunak dan kayu keras. Kayu keras biasanya memiliki berat satuan (berat jenis) lebih tinggi dari kayu lunak. Klasifikasi fisik lain adalah terkait dengan kelurusan dan mutu muka kayu. Terdapat mutu kayu di perdagangan A, B dan C yang merupakan penggolongan kayu secara visual terkait dengan kualitas muka (cacat atau tidak) arah-pola serat dan kelurusan batang. Kadang klasifikasi ini menerangkan kadar air dari produk kayu.Sebagai bahan struktur kayu mempunyai berbagai kekuatan, khususnya dalam :

1) Menahan Tarikan

Kekuatan terbesar yang dapat ditahan oleh kayu adalah sejajar arah serat, sedangkan kekuatan tarikan tegak lurus arah serat lebih kecil dari pada sejajar serat.

2) Menahan Tekanan (Desak)

Kayu juga dapat menahan beban desak, baik tekanan sejajar serat maupun tegak lurus serat, misalnya sebagai bantalan kereta api. Daya tahan desak tegak lurus serat lebih kecil bila dibandingkan dengan sejajar serat.

3) Menahan Lenturan

Besarnya daya tahan kayu terhadap lenturan tergantung pada jenis kayu, besarnya peampang kayu, berat badan, lebar bentangan, sehingga dengan dapatnya kayu menaan lenturan maka dapat menahan beban tetap meupun beban kejut/pukulan. Sebagai bahan struktur kayu biasanya diperdagangkan dengan ukuran tertentu dan dipakai dalam bentuk balok, papan, atau bentangan bulat, (berdasarkan SK-SNI-03-2445-1991).

b. Multipleks

Multipleks merupakan Papan buatan yang dibuat dari beberapa lapisan kayu tipis dan disusun pada arah saling melintang dengan setiap lapisan. Lapisan-lapisan tersebut disebut vinir. Jumlah lapisan multipleks selalu ganjil, tidak genap. Tidak ada alasan lain selain alasan teknis yaitu bahwa dalam setiap susunan vinir multipleks, arah serat lapisan paling luar harus tersusun searah. Setelah itu bagian isinya diatur melintang serat vinir. Alasan ini untuk menutupi kelemahan kayu yang mudah pecah dan terbelah pada arah seratnya. Lapisan paling tengah (core) arah seratnya selalu melintang arah serat vinir paling luar, berapapun jumlah lapisannya. Dilihat dari segi konstruksi, kekuatan dan proses saat ini multiplek termasuk bahan yang paling baik di antara papan buatan lainnya.

Gambar 48. Multipleks

Keuntungan dari multipleks yaitu kuat,lebih tahan air dibanding A,B,C, kemungkinan rayap kecil karna dilem sehingga rayap yang tidak tahan kimia mati. Kerugian dari multipleks yaitu kemampuan menahan beban lebih lemah sedikit dibanding blokboard/take. finishing pada multipleks biasa difinishing menggunakan melamic multiplek dan teakwood atau duco (multiplek saja). HPL (multiplek dilapisi HPL) atau polyurethane (sejenis cat mahal, yang hasilnya clear gloss).c. Lem GLem G Perekat Ajaib adalah lem (perekat kuat) serba guna atau multifungsi, yakni perekat yang berguna untuk merekatkan banyak jenis benda dari bahan yang sama atau berlainan, seperti bahan dari plastik, mika, kayu, kertas, besi, gabus, kaca, karet, kaleb/kulit, keramikdll.

Kelebihan dan keuntungan :

1. Lebih kuat dibanding jenis perekat yang lain.

2. Harga terjangkau (murah).

3. Lebih tahan lama kekuatan rekatnya.

4. Berguna untuk merekatkan berbagai macam bahan benda.

5. Bisa menjangkau daerah benda yang sangat sulit sekalipun, dengan memakai selang kecil.

Gambar 49. Lem G2. Beban Uji

Beban mati total dari penjumlahan dibawah ini :

Perhitungan berat sendiri = Volume (V) x Berat Jenis ()

Tabel 7: Berat Sendiri Jembatan

NoStrukturBahanVolumeBJJumlah

1FrameKayu223 cm30.705157.215

2DeckTriplek972 cm30.120116.64

3LampuPlastic75 cm30.100*7.5

4TanamanPlastic45 cm30.100*4.5

Total 285.855

*Berat total jembatan 285.855 gram/ 0.285855 kilogram

C. Sistem Struktur

Berdasarkan material yang digunakan untuk konstruksi, jembatan terdiri atas jembatan yang terbuat dari beton, baja, dan kayu, sedangkan berdasarkan fungsinya, jembatan terdiri atas jembatan untuk distribusi pipa gas/air, pejalan kaki, kendaraan bermotor, dan kereta api. Dalam perencanaan struktur, jembatan dibagi kedalam dua sistem struktur, yaitu sistem struktur atas (superstructure) dan sistem struktur bawah (substructure). Sistem struktur atas terdiri dari sistem pelat-girder jembatan dan joint yang menghubungkan antar pelat-girder tersebut, sedangkan sistem struktur bawah terdiri dari pier, bearing, abutment, dan pondasi. Gabungan kedua sistem struktur atas dan bawah.

Gambar 50. Struktur Jembatan(Sumber: www.google.com)

D. Modelisasi Struktur

Dalam ilmu teknik sipil perlu diketahui tentang bangunan gedung, jembatan dan lain sebagainya. Untuk itu, perlu mengetahui bagaimana cara pemodelan dalam mekanika teknik, apa itu beban, balok, kolom, reaksi, gaya dalam dan bagaimana cara penggambarannyadalam mekanikateknik. Contoh:pemodelan gedung bertingkat,jembatan dalam mekanika teknik.

Gambar 50. Portal Gedung

(Sumber: www.google.com)

Sistem portal 2 dimensi (plane frame sytem) struktur terbentuk dari elemen-elemen batang lurus (lazimnya prismatis) yang dirangkai dalarn bidang datar, dengan sambungan antar ujung-ujung batang diasumsikan "kaku sempurna" namun dapat berpindah tempat dalam bidang strukturnya dan dapat berputar dengan sumbu putar yang tegak lurus bidang struktur tersebut. Beban luar yang bekerja boleh berada di titik-titik buhul maupun pada titik-titik di sepanjang batang dengan arah sembarang namun harus sebidang dengan bidang struktur tersebut. Posisi tumpuan, yang dapat berupa jepit, sendi, atau rol, juga harus berada pada titik-titik buhul. Mengingat sambungan antar ujung-ujung batang adalah kaku sempurna yang dapat menjamin stabilitas elemen, maka sistem portal 2 dimensi ini meskipun lazimnya mendekati bentuk-bentuk segi empat, namun pada prinsipnya boleh berbentuk sembarang dan tidak memerlukan bentuk dasar segitiga seperti halnya pada sistem rangka batang 2 dimensi. Elemen-elemen pembentuk sistem portal 2 dimensi (plane frame system) tersebut akan dapat mengalami gaya-gaya dalam (internal forces) berupa gaya aksial (desak atau tarik), momen lentur (bending moment), dan gaya geser.

Gambar 51. Mekanika Jebatan(Sumber: www.google.com)E. Analisa Struktur

Analisis struktur pada model jembatan rangka (truss bridge) menggunakan beberapa model , antara lain : 1. Model pertama

Gambar 52. Tampak AtasTruss BridgeTabel 8. Analisis model menggunakan SAP 2000 v. 11.0.0

HasilAnalisis ModelBeban

(kg)Defleksi(mm)

110.2539

20.2543

30.2546

40.2549

50.2553

Gambar 53. Desain Jembatan SAP 2000 v. 11.0.0

Gambar 54. Section Properties Data SAP 2000 v. 11.0.0

Gambar 55. Deformed ShapeJembatan SAP 2000 v. 11.0.0

Gambar 56. Axial Force SAP 2000 v. 11.0.0

2. Model Kedua

Gambar 57. TampakAtasTruss BridgeTabel 9. Analisis model menggunakan SAP 2000 v. 11.0.0Hasil Analisis ModelBeban

(kg)Defleksi(mm)

210.2161

20.2164

30.2167

40.2171

50.2174

Gambar 58. Desain Jembatan SAP 2000 v. 11.0.0

Gambar 59. Section Properties Data SAP 2000 v. 11.0.0

Gambar 60. Deformed ShapeJembatan SAP 2000 v. 11.0.0

Gambar 61. Axial Force SAP 2000 v. 11.0.0

3. Model Ketiga

Gambar 62. TampakAtasTruss BridgeTabel 10.Analisis model menggunakan SAP 2000 v. 11.0.0HasilAnalisis ModelBeban

(kg)Defleksi(mm)

310.1982

20.1985

30.1988

40.1991

50.1994

Gambar 63. DesainJembatan SAP 2000 v. 11.0.0

Gambar 64. Section Properties Data SAP 2000 v. 11.0.0

Gambar 65. Deformed ShapeJembatan SAP 2000 v. 11.0.0

Gambar 66. Axial Force SAP 2000 v. 11.0.0

Gambar 67. Grafik Defleksi modelF. Desain Komponen dan Sambungan

1. Desain pada deck yang digunakan adalah multiplek, pada papan sambung untuk perekatan kayu gergajian kearah lebar dengan sejajar, terdiri dari:

a. Papan sambung utuh (soild jointed board) adalah papan sambung yang terdiri kayu gergajian yang masih utuh.

b. Papan sambung tidak utuh (non solid jointed board) adalah papan sambung yang terdiri dari bilah sambung atau kayu gergajian pendek yang disambung.Ada lima cara penyambungan papan sambung dan bilah sambung tegak (butt joint), sambungan jari (finger joint), sambungan miring (scraft joint), sambungan lidah dan alur (tongue and groove joint) dan sambungan bangku (desk joint).

Gambar 68. Jembatan The Railroad Speers Bridge(Sumber: www.google.com)

(a)

(b)(c)

(d)(e)

Gambar 69. Sambungan tegak (butt joint), b. Sambungan jari (finger joint), c. Sambungan miring (scarf joint), d. Sambungan lidah dan alur (tongue and grove joint), e. Sambungan bangku (desk joint)(Sumber: Tito Sucipto, 2009)2. Desain K pada jembatan mengacu pada jurnal jembatan The Railroad Speers Bridge (Belle Vernon Railroad Bridge) yang menyebrangkan kereta api The Wheeling and Lake Erie Railway di Sungai Monongahela dari Speers timur ke utara Belle Vernon di negara bagian Pennsylvania. Struktur ini awalnya dirancang oleh Norfolk dan Western Railway menggunakan gaya K-truss yang jarang digunakan di luar Great Plains. Rentang tingkat tinggi melewati fitur segmen beberapa pendekatan yang lebih kecil di tepi timur sungai karena lebar lembah.62