KOMPETISI JEMBATAN INDONESIA (KJI Ke-7) 2011De cakrawala bridge

BAB IPENDAHULUAN

LATAR BELAKANGSeiring dengan berkembangnya penduduk dan semakin pentingnya transportasi dalam menunjang aktivitas manusia, maka jembatan adalah struktur yang sangat penting untuk mengatasi berbagai halangan yang ada untuk memperlancar transportasi antar daerah agar lebih efektif dan efisien. Jembatan merupakan sarana penghubung darat yang sangat vital untuk menghubungkan suatu wilayah dengan wilayah lainnya yang memungkinkan suatu jalan menyilang saluran air, lembah atau bahkan menyilang jalan lainnya yang tidak sama tinggi permukaannya dan lalu-lintas jalan itu tak terputus olehnya.Karena sangat penting, maka jembatan harus didesain dan direncanakan agar ramah lingkungan, kuat dan juga ringan. Dengan mendesain jembatan ringan maka kebutuhan baja, material alam dan semen untuk rangka baja dan abutmen menjadi lebih kecil sehingga volumenya dapat berkurang. Hal tersebut akan mempengaruhi desain jembatan sehingga pembangunan jembatan tidak akan merusak morfologi sungai dan akan menjaga kelesatarian lingkungan yang ada di daerah tersebut.Desain De Cakrawala Bridge terinspirasi dari Bumi dan Langit sebagai satu kesatuan yang memberi kehidupan kepada insan manusia, dimana jembatan ini memiliki beberapa segmen yang berbeda tetapi saat disatukan menjadi struktur jembatan diharapkan menjadi suatu struktur yang kokoh, ramah lingkungan dan bermanfaat bagi manusia.Untuk mendorong dan menumbuhkan kreativitas dan inovasi-inovasi baru dalam desain jembatan yang ramah lingkungan maka tahun ini diselenggarakanlah Kompetisi Jembatan Indonesia (KJI ke-7) 2011 yang bertema Jembatan Kretaif dan Ramah Lingkungan.

BAB IIDESAIN JEMBATAN UKURAN SEBENARNYA DASAR TEORI UmumDalam upaya pemerataan pembangunan, sangat diperlukan adanya sarana penghubung baik darat, laut maupun udara. Jalan dan jembatan merupakan salah satu sarana penghubung darat yang sangat vital untuk menghubungkan suatu wilayah dengan wilayah lainnya. Jalan adalah sarana transportasi untuk melayani arus lalu-lintas baik barang maupun manusia, sedangkan jembatan merupakan pelengkap jalan yang penting guna menghubungkan dua ujung jalan yang terpisah oleh sungai, danau, laut, jurang maupun saluran irigasi. Gaya batangPada struktur rangka batang beban hanya berkerja pada titik buhul. Maka pada batang yang berhubungan dengan titik buhul tersebut akan timbul tegangan lentur, dan tegangan aksial tekan atau tarik. Beberapa penentuan gaya batang yang sering dipakai oleh perencana yaitu dengan menggunakan metode analisis statika, dan metode kekakuan elemen (matriks), metode kekakuan elemen (matriks) adalah metode pendekatan yang paling mendekati dari pada metode metode sebelumnya. Lalu metode ini dikembangkan menjadi program program analysis seperti SAP, StaadPro, dan lain lain.PembebananPada setiap perencanaan jembatan khususnya jembatan sebenarnya harus berdasarkan pada peraturan yang berlaku pada suatu negara, di indonesia saat ini perencanaan jembatan harus didasarkan pada Peraturan Perencanaan Jembatan (Bridge Design Code) BMS 92Untuk Struktur Jembatan Sebenarnya Adapun beban-beban yang dipakai adalah kombinasi dari :1. Beban berat sendiri2. Beban Mati Tambahan3. Beban Hidup4. Beban Sementara5. Beban Sekunder

BEBAN TETAP Berat Sendiri (Beban Mati)Beban mati merupakan semua beban yang berasal dari berat sendiri jembatan dan bagian jembatan yang merupakan elemen struktural, ditambah dengan elemen non struktural yang dianggap tetapBeban Mati TambahanBeban mati tambahan adalah berat seluruh bahan yang membentuk suatu beban pada jembatan yang merupakan elemen non struktural dan mungkin besarnya berubah selama umur jembatan.Table 3.1 Faktor beban untuk beban mati tambahanJangka WaktuKeadaanFaktor Beban

TetapKeadaan Umum2,0

Keadaan Khusus1,4

Sumber : Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan, Bagian 2, Hlm 2 16BEBAN HIDUPBeban hidup adalah beban kendaraan yang bergerak diatas jembatan dimana beban beban tersebut diklasifikasikan menjadi 4 yaitu :Beban Lajur DBeban lajur D terdiri dari beban tersebar merata (UDL) yang digabung dengan beban garis (KEL). Beban terbagi rata UDL mempunyai intensitas q Kpa, dimana besarnya q tergantung pada panjang total yang dibebani L seperti berikut :L 30 m ; q = 9,0 Kpa

L 30 m ; q = 9,0 Kpa 7Dimana : 1 Kpa = 100 kg/m2Beban garis (KEL) dengan intensitas p KN/m harus ditempatkan tegak lurus dari arah lalu lintas pada jembatan. Besarnya intensitas p = 44 KN/m.

Beban D harus ditempatkan pada dua jalur lalu lintas rencana yang berdekatan untuk lebar jalan lebih besar dari 5,5 m dan bekerja dengan intensitas 100% selebar 5,5 dan sisa lebar jalan bekerja 50%.Table 3.2 Faktor beban untuk beban lajur DJangka WaktuFaktor Beban

Tetap1,8

Sumber : RSNI T-02-2005 Tentang Standard Perencanaan Untuk JembatanBeban Truk TBeban truk T adalah satu kendaraan berat dengan 3 as yang ditetapkan pada beberapa posisi dalam lajur lalu lintas rencana. Untuk perhitungan kekuatan lantai kendaraan atau sistem lantai kendaraan jembatan, harus digunakan beban T yang merupakan beban kendaraan truk yang mempunyai roda ganda (dual wheel load) sebesar 10 ton. Ukuran-ukuran serta kedudukan seperti tertera pada gambar dibawah :

Dimana :a = 20 + 2(25) = 70 cmb = 50 + 2(25) = 100 cm

Dimana :a1 = a2 = 30 cmb1 = 12,50 cmb2 = 50,00 cmms = muatan rencana sumbu = 20 tonTable 3.3 Faktor beban untuk pembebanan truk TJangka WaktuFaktor Beban

Sementara2,0

Sumber : Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan, Bagian 2, Hlm 2 27

Beban Trotoir (untuk pejalan kaki)Semua elemen dari trotoar atau jembatan peyeberangan yang langsung memikul pejalan kaki harus direncanakan untuk beban nominal 500 kg/m2. Jembatan pejalan kaki dan trotoar pada jembatan jalan raya harus direncanakan untuk memikul beban per m2 dari luas yang dibebani.Table 3.4 Faktor beban untuk beban trotoirJangka WaktuFaktor Beban

Sementara2,0

Sumber : Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan, Bagian 2, Hlm 2 32Beban Dinamis ( Kejut )Istilah dinamis (kejut), seperti yang biasa digunakan pada desain struktur, berarti efek dinamik dari beban yang bekerja secara tiba-tiba.Untuk perhitungan pengaruh getaran dan pengaruh beban dinamis lainnya, tegangan akibat P harus dikalikan dengan koefisien kejut (K) yang akan dihasilkan maximum, koefisien kejut ditentukan dengan rumus :

K = 1 + Dimana :K = Koefisien kejutL = Panjang jembatan dalam meter

BEBAN SEKUNDERBeban AnginSeperti yang ditentukan oleh Instansi yang berwenang. Jembatan sebenarnya harus diselidiki secara khusus akibat pengaruh beban angin Dimana beban angin Tekan berkisar antara 30% Luas Bidang, Serta Angin hisap berkisar antara 15% Luas Bidang.Sedangkan Kecepatan Angin Rencana dapat dirumuskan sebagai berikut :

Dimana :Vw = Kecepatan Angin Rencana (m/s)Cw = Koefisien SeretAb = Luas Koefisien bagian samping jembatan (m2)Jangka WaktuFaktor Beban

Sementara1,2

Sumber RSNI T-02-2005Beban Rem dan TraksiBekerjanya gaya gaya di arah memanjang jembatan, akibat rem dan traksi harus ditinjau untuk kedua jurusan lalu lintas. Pengaruh ini diperhitungkan senilai dengan gaya rem sebesar 5% dari beban lajur D yang dianggap ada pada semua jalur lalu lintasJangka WaktuFaktor Beban

Sementara1,8

Sumber RSNI T-02-2005

Perencanaan Profil BajaBerdasarkan metodelogi yang telah ditetapkan pada perencanaan jembatan ini, untuk menentukan profil bajanya dihitung berdasarkan teori Load and Resistance Factor Design ( LRFD ). Stabilitas Batang Tarik (Tension)Persyaratan keamanan struktur yang diberikan dalam LRFD untuk stabilitas batang tarik adalah (CG. Salmon, JE. Jhonson. Struktur Baja Desain dan Perilaku, Jilid I, 1992 : 95)

Dimana :t = faktor resistensi yang berkaitan dengan kekuatan tarikTn= kekuatan nominal batang tarikTu = beban terfaktor pada batang tarikStabilitas Batang TekanPersyaratan kekuatan dalam desain faktor dan resistensi menurut LRFD adalah (CG. Salmon, JE. Jhonson. Struktur Baja Desain dan Perilaku, Jilid I, 1992 : 342).

Stabilitas Balok LenturPersyaratan kekuatan ultimit untuk balok pada desain faktor beban dan resistensi menurut LRFD dapat dinyatakan sebagai berikut : (CG. Salmon, JE. Jhonson. Struktur Baja Desain dan Perilaku, Jilid I, 1992 : 425)

Dimana :t = faktor resistensi (untuk lentur = 0.90) Mn= kekuatan momen nominalMu = momen beban layanan terfaktorKomponen Struktur JembatanStruktur jembatan dibedakan menjadi 2 yaitu Struktur AtasStruktur atas jembatan berfungsi menahan beban secara langsung dari kendaraan ke struktur keseluruhan, dimana komponen komponen dari struktur atas yaitu:Rangka UtamaRangka utama merupakan pemikul utama beban beban jembatan seperti beban mati dan beban bergerak,. Dimana perancangan struktur ini dituntut memiliki kestabilan antara satu dengan yang lain sehingga dapat memperkecil kemungkinan runtuh atau structure collapsed. Secara umum rangka utama terdiri atas rangka atas, rangka diagonal dan rangka bawah.

Rangka Atas

Rangka bawahRangka diagonalGambar struktur rangka utamaPortal UjungPortal ujung merupakan rangkaian profil baja yang terletak pada ujung jembatan rangka. Portal ujung harus cukup kaku sehingga kuat memikul beban horizontal, terutama beban angin. Sehingga biasanya portal ujung memiliki profil lebih besar dari pada komponen rangka lainnya.

Gambar struktur rangka ujung

Gelagar Memanjang (Stringer)Gelagar Memanjang berfungsi menyalurkan beban dari lantai kendaraan kepada gelagar melintang, hal ini dikarenakan gelagar memanjang menumpu pada gelagar melintang.

Gambar StringerGelagar Melintang (Cross Girder)Gelagar melintang berfungsi memikul beban beban kendaraan dan beban hidup lainnya melalui gelagar memanjang (Stringer) dimana gelagar melintang akan menyalurkannya pada rangka.

Gambar Cross GirderIkatan Angin (Lateral Bracing)Ikatan angin merupakan rangkaian profil baja yang berfungsi untuk menahan beban lateral akibat beban angin pada jembatan, ikatan angin bisa berbentuk profil siku atau profil H, pada umumnya ikatan angin dipakai profil H karena memiliki kestabilan dan kekuatan lebih dari pada profil siku.

Struktur BawahStruktur bawah jembatan merupakan struktur yang dibangun untuk mentransferkan gaya dari struktur atas langsung ke tanah, pada umumnya struktur bawah berupa kepala jembatan (abutment) dan pier (pilar)

Gambar Abutment dan Pier jembatan

SambunganSambungan baja pada jembatan rangka dibedakan menjadi 2 yaitu pelat baja yang difabrikasi menjadi profil profil dan baut penyambung.

Kriteria Baut Jembatan RangkaUntuk penyambungan konstruksi di lapangan dengan baut baut tegangan tinggi (High Tension Bolt/HTB) berdiameter 12 mm, 16 mm, 20 mm dan 24 mm sesuai dengan standar DIN 6914, kelas 8.8 setara dengan ASTM A.325

Gambar Baut kelas 8.8Kriteria Pelat Baja Jembatan RangkaUntuk profil baja yang diperoleh dari proses fabrikasi terutama pada pelat baja mentah yang didatangkan pada umumnya memiliki ketebalan yang bervariasi yaitu 10 mm, 12 mm, 16 mm, 20 mm, 24 mm, sampai 30 mm. Profil pelat baja dapat diperoleh dari pelat baja mentah (Raw Material) berukuran 6096 x 1829 mm2 (20 x 6 ft2) yang dipotong sesuai dengan spesifikasi.

Perencanaan Komponen JembatanPerencanaan Rangka UtamaKonfigurasiKarena susunan segitiga dari batang-batang adalah bentuk yang stabil, maka susunan segitga sembarang pun menjadi struktur yang stabil dan kaku.

Untuk rangka batang yang hanya memikul beban vertikal, pada bagian tepi atas pada umumnya timbul gaya tekan, dan pada batang tepi bawahnya timbul gaya tarik. Pola dalam rangka batang dapat berganti-ganti, tarik maupun tekan. Perencanaan ProfilLoad and Resistance Factor Design (LRFD) adalah salah satu metode perencanaan yang dikeluarkan oleh AISC berdasarkan desain keadaan batas. Keadaan batas berarti kondisi-kondisi dimana suatu struktur berhenti memenuhi fungsi yang diharapkan darinya. Keadaan batas pada umunya dibagi menjadi dua kategori, kekuatan (strength) dan kemampuan layanan (serviceability). Secara umum dari spesifikasi LRFD, persamaan untuk persyaratan keamanan dapat ditulis sebagai berikut : (CG. Salmon, JE. Jhonson. Struktur Baja Desain dan Perilaku, Jilid I, 1992 : 28)

Dimana : = faktor reduksi kekuatan

= kekuatan nominal

= jumlah beban layanan terfaktor

Perencanaan SambunganPersyaratan keamanan yang diberikan LRFD untuk struktur penyambungan yaitu : (CG. Salmon, JE. Jhonson. Struktur Baja Desain dan Perilaku, Jilid I, 1992 : 131) Rn PuDimana : =faktor resistansi (untuk konektor harga itu berkaitan dengan tipe kejadian, seperti 0,75 untuk retakan dalam tarik, 0,65 untuk geser pada baut berkekuatan tinggi, dan 0,75 untuk tumpu baut pada sisi lubang)Rn=kekuatan satu penyambungPu=beban terfaktor pada satu penyambungKekuatan Geser Desain Ada Ulir Pada Bidang GeserKekuatan desain Rn bila terdapat ulir pada bidang geser adalah : Rn= 0,65 . (0,45 . Fub) . m . AbKekuatan Tarik Desain Untuk BautKekuatan desain Rn, berdasarkan kekuatan tarik penyambung menurut LRFD (CG. Salmon, JE. Jhonson. Struktur Baja Desaian dan Perilaku, Jilid I, 1992 : 132) : Rn = 0,75. (0,75 . Fub) . AbKekuatan Tumpu Desain Untuk BautUntuk kondisi biasa (lubang standart atau lubang beralur pendek, jarak ujung tidak kurang dari 1,5 D, dengan jarak baut dari pusat ke pusat tidak kurang dari 3 D, dengan dua atau lebih pada garis gaya), berlaku persamaan : Rn = 0,75 . (2,4 . d . t . Fu)Untuk lubang beralur pendek yang tegak lurus terhadap arah transmisi beban, jarak ujung tidak kurang dari 1,5 D, dengan jarak baut dari pusat ke pusat tidak kurang dari 3 D, dengan dua atau lebih pada garis gaya, berlaku persamaan : Rn = 0,75 . (2,0 . d . t . Fu)Untuk baut yang paling berdekatan dengan pinggir dimana kondisi 1 dan 2 tidak terpenuhi, berlaku persamaan : Rn = . (L . t . Fu)Bila perpanjangan lubang lebih besar dari 0,25 dapat digunakan persamaan : Rn = . (3,0 . d . t . Fu)KRITERIA PERANCANGANMaterialData Bahan JembatanMaterial

Mutu BajaBJ 37

Tegangan Leleh Baja240 Mpa

SambunganBaut

Berat Jenis Beton 2,50 t/m3

Berat jenis Aspal2,24 t/m3

PerletakkanSendi dan Rol

Alat Sambung

Baut 15 mm

Mutu BautA325

Platt = 15 mm

Mutu PlatBJ 55

Data Perencanaan

Tebal Air Hujan0,05 m

Beban T (Tiap Roda)10 ton

Beban terbagi rata q2.2 t/m

Beban garis P12 Ton

Beban Yang DigunakanBeban TetapBeban Mati

Beban Mati Tambahan

Beban HidupBeban D

Beban T

Beban Trotoir

Beban Kejut

Beban SekunderBeban Angin

Beban Rem dan Traksi

MetodologiDi dalam perencanaan jembatan pada kontes jembatan ini peraturan yang digunakan di dasarkan pada :1. Untuk perencanaan pembebanan dihitung berdasarkan Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan mengacu pada Bridge Management System ( BMS-9-May-1992 ).2. Untuk menentukan dimensi profil baja menggunakan metode Load and Resistance Factor Design ( LRFD ). 3. Dan statika konstruksi bangunan atas jembatan digunakan bantuan Program STAAD.Pro V8i.

Langkah Perencanaan

MulaiPerhitungan Beban yang bekerja pada jembatanLangkah langkah perencanaan jembatan sebenarnya yaitu:

Perhitungan Gaya Batang

Penentuan dimensi komponen jembatan

Analisa kelayakan komponen

Analisa Sambungan

Selesai

SISTEM STRUKTURData KonstruksiTipe JembatanRangka Baja

Kelas JalanKelas I

Jumlah Jalur Lalu Lintas2 Jalur

Jumlah Lajur1 Lajur

Panjang Total Jembatan60 m

Lebar Total Jembatan9 m

Lebar trotoir2 x 1 meter

Jumlah Bentang1

Jarak Gelagar Memanjang10 meter

Jarak Gelagar Melintang9 meter

Jumlah Gelagar Melintang16 Profil

Jumlah Gelagar Memanjang6 Profil

MODELISASI STRUKTUR

GAMBAR TAMPAK MEMANJANG JEMBATAN

GAMBAR TAMPAK ATAS JEMBATAN

TAMPAK MELINTANG JEMBATAN

GAMBAR TAMPAK PERSPEKTIF 3D JEMBATAN

ANALISA STRUKTURPerancanaan Pelat Lantai KendaraanJembatan Muatan Jalan Raya kelas I dengan TrotoarDataPanjang (m)

Bentang Jembatan60

Lebar Jembatan9

Jarak gelagar Memanjang1

Jarak gelagar Melintang6

PEMBEBANAN

Beban Mati (faktor beban =1,3 ;BMS7, C2 ;hal : 2-14)Nama BebanRincianFaktor BebanBeban (kg/m2)

Plat Beton0.2 x 1 x 25001,3650,00

Aspal0.1 x 1 x 22401,3291,20

Air Hujan0,050 x 1 x 12001,2 72,00

Total1013,20

Beban HidupNama BebanRincianFaktorBeban

Beban D

1,81321,56

Beban T (KN)2,020834

Beban Trotoir500 kg/m22,01000

Total23155,56

Beban SekunderNama BebanRincianFaktorBeban (kg)

Beban Angin(KN)1,27689,94

Rem dan Traksi5 % x Beban D1,866,08

Total7759,02

Perancanaan Gelagar MemanjangPembebanan

Beban MatiRicianBesar beban (kg/m)

Berat plat beton0.2 x 1 x 2500 500

Berat Gelagar Memanjang250

Berat Perlengkakapan 10 % Berat Gelagar25

Berat Bekisting + Pekerja100

Total 875

Beban Mati x Faktor = 1575 kg/mBEBAN D :1. Akibat Beban Terbagi Rata (BTR)Gelagar memanjang (L) = 1 mL 30 m q = 9.0 kPa = 917.744 Kg/m2Q = 917.744 Kg/m2 x 1 m = 917.744 Kg2. Beban Garis (BGT)Besarnya intensitas BGT adalah 49.0 kN/m = 4900 Kg/m () x 1 m = 4900 Kg x DLA 40% dengan posisi tegak lurus terhadap arah lalu lintasPembebanan gelagar memanjang :

1. Kombinasi =Aksi Tetap + Beban Hidup + Beban Sekunder = 1575 + 23155,56 + 7759,02= 32489,58 kg / m Perencanaan Gelagar MelintangPembebanan

Beban MatiRicianBesar beban (kg/m)

Berat plat beton0.2 x 10 x 2500 5000

Berat Gelagar Memanjang dan Gelagar Melintang500

Berat Perlengkakapan 10 % Berat Gelagar50

Berat Bekisting + Pekerja100

Total 5650

Beban Mati x Faktor = 7345Beban D :1. Akibat Beban Terbagi Rata (BTR)Gelagar memanjang (L) = 10 mL 30 m q = 9.0 kPa = 917.744 Kg/m2Q = 917.744 Kg/m2 x 10 m = 9177.44 Kg2. Beban Garis (BGT)Besarnya intensitas BGT adalah 49.0 kN/m = 4900 Kg/m ()x 10 m x DLA 40% dengan posisi tegak lurus terhadap arah lalu lintasKombinasi pembebanan gelagar induk :1. Kombinasi =Aksi Tetap + Beban Hidup + Beban Angin=7345 + 23155,56 + 7689,94=38195,50 Kg/m

Perencanaan Gelagar IndukPembebanan

Beban MatiRicianBesar beban (kg/m)

Berat plat beton0.2 x 4.5 x 2500 2250

Berat Gelagar Induk, Memanjang, Melintang750

Berat Perlengkakapan 10 % Berat Gelagar75

Berat Bekisting + Pekerja100

Total 3175

Beban mati x faktor = 4127,5 kg/mBebanD :1. Akibat Beban Terbagi Rata (BTR)Untuk masing-masing gelagar induk menerima setengah dari total beban D dihitung dari setengah lebar jembatan.Gelagar melintang (L) = 10 mSetengah lebar jembatan = 4,5 mL 30 m q = 9.0 kPa = 917.744 Kg/m2Q = 917.744 Kg/m2 x 10 m x 3.5 m = 41298.48 Kg2. Beban Garis (BGT)Besarnya intensitas BGT adalah 49.0 kN/m = 4900 Kg/m () x 4.5 x DLA 40% dengan posisi tegak lurus terhadap arah lalu lintasKombinasi pembebanan gelagar induk :

1. Kombinasi =Aksi Tetap + Beban Hidup + Beban Sekunder=4127,5 + 23155,56 + 7759,02=35042,08 Kg/mTabel beban gelagarNamaBeban P (t/m)Beban Q (t/m)Beban Total (t/m)

Gelagar Memanjang17,6435,0552,69

Gelagar Melintang39,2032,5072

Dari perhitungan STAADPro V8i didapat nilai nilai diagram memanjang dan melintang sebagai berikut:

Perencanaan Gelagar Memanjang

Gambar Gelagar Memanjang

Gambar diagram moment gelagar induk

Gambar Gaya Geser Gelagar IndukPerencanaan Gelagar Melintang

Gembar Gelagar Melintang

Gambar Bidang Moment Gelagar Melintang

Gambar Bidang Geser Gelagar MelintangDESAIN KOMPONEN GELAGAR INDUKDari hasil perhitungan staad pro pada gelagar induk didapatkan nilai-nilai sebagai berikut:Mmax=6505 kg.mVmax=3300 kgContoh Perhitungan Gelagar IndukDigunakan Profil WF sebesar 300.300.10.15t110 mmIx20400 cm4

t215 mmIy6750 cm4

R18 mmZx1360 cm3

A119,8 cm2Zy450 cm3

Ix13,1 cmq94 kg/m

Iy7,15 cm

Gelagar Memanjang/ IndukKelangsingan terhadap sumbu x

lk==424,26 mm

===32,39