OLEH:I PUTU HARIE MAHENDRA

0604105035

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPILFAKULTAS TEKNIK UNUD

2011

PEMODELAN PELAT JEMBATAN DEK BAJA YANG DIPERKUAT OVERLAY

BETON DENGAN SAP2000

LATAR BELAKANG

Penanganan kerusakan pelat jembatan dengan perkuatan overlay beton karena lebih efisien

Pengujian pelat di Lab hasilnya terbatas karena keterbatasan alat.

Perlu pemodelan komputer untuk dapat mengetahui perilaku struktur yang lebih lengkap dari tes Lab.

RUMUSAN MASALAH

Bagaimana cara memodel pelat 3-D menggunakan program SAP2000 v14.

Apakah pemodelan SAP2000 v14 mampu menirukan perilaku stuktur.

TUJUAN DAN MANFAAT PENULISAN

Dapat membuat model 3-D pelat jembatan dek baja yang diperkuat overlay beton dan untuk mengetahui perilaku struktur pelat dengan pemodelan elemen hingga SAP2000 v14.

Dengan pemodelan SAP2000 v14 diharapkan dapat diperoleh perilaku pelat yang lebih lengkap tanpa melakukan tes Lab.

BATASAN MASALAH

Data pelat yang dimodel sesuai dengan data pelat yang diuji pada penelitian di Lab.

Beton pelat dasar dan beton overlay dianggap berinteraksi sempurna, karena permukaan pelat dasar sudah dikasarkan dan menggunakan baut sebagai penghubung.

Penulangan yang dimodel pada pelat dasar hanya tulangan atas.

TINJAUAN PUSTAKA

Hubungan Interaksi Pelat Beton dengan Overlay

Struktur komposit terdiri dari komponen pelat beton bertulang dan overlay, bila kedua komponen digabungkan, akan terjadi hubungan interaksi antara permukaan bagian bawah overlay dengan permukaan bagian atas pelat beton. Konsep sruktur komposit dibagi menjadi:

Tidak ada interaksi (No interaction) Interaksi sempurna (Full interaction) Interaksi sebagian (Partial Interaction)

Distribusi Regangan Pelat TakKomposit

• Tidak ada ikatan

• Terdapat 2 garis netral

• Kekuatan yang dihasilkan kecil

Distribusi Regangan Pelat Komposit Interaksi Sempurna

• Terjadi interaksi sempurna

• Terdapat 1 garis netral

• Kekuatan meningkat

Distribusi Regangan Pelat Komposit Interaksi Sebagian

Kejadian di antara keadaan pelat yang tidak komposit dengan pelat yang komposit sempurna.

Pelat Beton Bertulang yang Diperkuat Overlay Beton

•Pelat satu arah beton bertulang komposit antara beton cor setempat dan overlay setebal 23 mm dengan penahan geser berupa baut, dimana penahan geser disebar merata sepanjang pelat.• f’c beton pelat dan overlay 25 Mpa, mutu tulangan bawah dan

atas 320 Mpa.

Hubungan Beban Lendutan Pelat Kontrol Hubungan Beban Lendutan Pelat Perkuatan

• Pelat dengan perkuatan overlay memiliki kekuatan 60% lebih besar dari pelat kontrol

• Hasil LUSAS bersesuaian dengan hasil tes Lab (sebelum

pelat retak)

Penelitian Perkuatan Pelat Dek Baja dengan Overlay Beton

• Pelat menerus di atas tiga perletakan sendi dengan ukuran 500 x 1400 x 95 mm dengan beton overlay setebal 35 mm.•fy dek baja 550 Mpa, f’c beton pelat dasar 25 Mpa, mutu

tulangan 320 Mpa.f’c beton overlay 35 Mpa, mutu tulangan beton overlay fy 550 Mpa.

0

50

100

150

200

250

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Beba

n, k

N

Lendutan, mm

Lusas-PK Lusas-PP3HLusas-PP7H Lusas-PP28HExpt-PK Expt-PP3HExpt-PP28H Expt-PP7H

• Perkuatan pelat dengan overlay beton berhasil meningkatkan kekuatan rata-rata sebesar 50% dan kekakuan sebesar 260%.

• Pelat dengan perkuatan overlay yang diberi pembebanan awal pada pelat dasar, menunjukkan kekuatan dan kekakuan yang sama dengan pelat dasar tanpa pembebanan awal.

• Hasil pemodelan LUSAS memperlihatkan hasil yang lebih kaku dari hasil Lab.

TINJAUAN PUSTAKA

1. Pemodelan Elmen Hingga• MEH: metode numerik untuk menyelesaikan permasalahan teknik

dan matematis• Program SAP2000 merupakan pogram yang dirancang untuk

analisis dan desain struktur yang didasarkan pada konsep MEH.• Pada SAP2000 ada beberapa element yang akan dimanfaatkan

pada tugas akhir ini yaitu:− Element frame, element satu dimensi.− Element shell, element bidang untuk pemodelan struktur shell− Element Solid, element untuk memodel struktur padat sebagai

model 3-D

2. Modulus Elastisitas BetonDicoba memodel pelat dengan E material beton non linier. Nilai E diperoleh dari grafik hubungan tegangan regangan beton seperti pada gambar berikut.

Nilai E yang digunakan adalah nilai E untuk beton A (pelat dasar) dan beton B (overlay).

Nilai E dari masing-masing beton dibagi yaitu E1, E2, E3, E4.

PEMODELAN

Penetapan Model Pelat

Dibuat dua model:1. Model I => model pelat dek baja tanpa overlay beton

bertulang 2. Model II => model pelat dek baja dengan overlay beton

bertulang. Langkah Pemodelan

Langkah pemodelan dengan SAP2000 v14:1. Menentukan geometri pemodelan sesuai dengan pelat uji.2. Memasukkan karakteristik material dengan menu define

materials. Pada tugas akhir ini dilakukan pemodelan dengan nilai E material beton yang sama maupun dengan nilai E material beton yang bervariasi (non linier).

Pada pemodelan pelat dengan nilai modulus elastisitas (E) beton bervariasi:Beton A untuk beton pelat dasar dan beton B untuk beton pada overlay. Didapat nilai E material beton sebagai berikut:Beton A (pelat dasar):E1= 27579 Mpa; E2 = 22063,25 Mpa; E3 = 18911,35 Mpa; E4 = 11204 MpaBeton B (overlay):E1 = 25071,844 Mpa; E2 = 22888,88 Mpa; E3= 21938,2 Mpa; E4 = 16251,43 Mpa

Untuk pelat dasar:E1 => 0-29 KNE2 => 30-69 KN E3 => 70-104 KN E4 => 105-135 KN

Untuk overlay:E1 => 0-54 KNE2 => 55-104 KN E3 => 105-154 KN E4 => 155-200 KN

3. Pada menu define-section properties dilakukan input karakteristik: •Beton pelat dan overlay => element solid•Dek baja => element shell

• Penulangan => element frame4. Pemodelan Pelat

Penentuan area element dengan memanfaatkan fasilitas Drawing/Drafting Control . Adapun proses penentuannya adalah dengan menggambar pada tampak XZ. Berikut gambar area pelat yang telah dipilih.

Model pelat dalam bentuk 3-D diperoleh dengan mengekstrude area (klik Edit - Extrude - Extrude Areas To Solids) sesuai dengan panjang pelat dan dibagi menjadi beberapa element solid.

5. Meshing AreaTerlebih dahulu dilakukan penambahan element shell ke bagian bawah pelat dimana posisi metal dek berada. Fasilitas yang digunakan dalam proses ini adalah Draw Poly Area. Setelah itu baru dilakukan proses mesh area (edit-mesh area) pada element shell agar antar element saling terhubung.

6. Menentukan pembebananTerlebih dahulu tentukan lokasi yang akan dibebani yaitu melintang di 40 cm dan 100 cm pelat, kemudian membuat group dengan menu define group agar mempermudah dalam memasukkan beban. Setelah penentuan group sudah selesai, kemudian pilih menu Assign - Joint Loads - Forces untuk memasukkan besar beban yang diterima pelat seperti pada gambar berikut .

7. Run Analysis

HASIL DAN PEMBAHASAN

Model I (Pelat Tanpa Overlay)

Deformasi pelat tanpa overlay

Model II (Pelat Dengan Overlay)

Deformasi pelat dengan overlay

Grafik Hubungan Beban-Lendutan (E sama)

Dari grafik di atas dapat diketahui bahwa overlay terbukti mampu meningkatkan kekuatan dan kekakuan pelat. Hasil SAP2000 v14 menunjukkan kondisi elastis, berbeda dengan hasil pengujian laboratorium dimana pada titik pembebanan 70 kN (PK) terjadi penurunan kekuatan.

Grafik Hubungan Beban-Lendutan (E Bervariasi)

Pelat Kontrol (pelat dasar) Pelat dengan perkuatan overlay

Pemodelan SAP2000 v14 dengan nilai E beton bervariasi diperoleh grafik hubungan beban lendutan yang lebih menyerupai hasil tes Lab. Namun tetap saja hasil pemodelan dengan SAP2000 v14 mendapatkan hasil yang paling kaku dari hasil yang diperlihatkan metode lain.

TEGANGAN PADA PELAT

Dalam tes Lab tidak dilakukan pengujian regangan sehingga

tegangan yang terjadi pada pelat tidak dapat diketahui.

Jenis tegangan pada pelat jembatan dek baja yakni tegangan

tarik dan tegangan tekan. Kuat tarik beton berkorelasi dengan

kuat tekannya.

Tegangan yang ditinjau pada pemodelan pelat dasar adalah

tegangan pada beton (solid stresses), dek baja (shell stresses)

dan penulangan (frame stresses). Sedangkan pada pemodelan

pelat perkuatan overlay beton adalah tegangan pada beton

(solid stresses) dan tegangan pada penulangan berupa

wiremesh (frame stresses).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tegangan Beton Pelat Dasar

Pada daerah lapangan: tegangan tarik beton sebesar 0,7 Mpa dan tegangan tekan sebesar 11,155 Mpa.

Pada daerah tumpuan: tegangan tarik beton sebesar 2,8 Mpa dan tegangan tekan sebesar 7,05 Mpa.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tegangan Beton Overlay

Pada daerah lapangan beton overlay: tegangan tarik beton sebesar 0,28 Mpa dan tegangan tekan sebesar 6,2 Mpa.

Pada daerah tumpuan beton overlay: tegangan tarik beton sebesar 3,6 Mpa dan tegangan tekan sebesar 5,4 Mpa.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tegangan Dek Baja Pelat Dasar

Tegangan tarik = 89 Mpa Tegangan tekan = 263 Mpa

Tegangan Dek Baja Pelat Dengan Overlay

Tegangan tarik = 60,305 Mpa

Tegangan tekan = 141,47 Mpa

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tegangan Penulangan

Pada Model I (Pelat Dasar) tegangan yang terjadi:− Tulangan tarik = 28,51 Mpa− Tulangan tekan = 38 Mpa

Pada Model II (Pelat dengan Ovelay) tegangan yg terjadi:

−Tulangan tarik pelat dasar = 18,5 Mpa−Tulangan tekan pelat dasar = 28,77 Mpa−Tulangan tarik pada overlay = 38,5 Mpa−Tulangan tekan pada overlay= 44,4 Mpa

KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:1. Perkuatan overlay beton mampu meningkatkan kekakuan pelat sebesar

65,68 %, dimana lendutan pelat berkurang dari 1,944 mm pada pelat dasar menjadi 0,667 mm pada pelat dengan overlay.

2. Pemodelan SAP2000 v14 dengan E non linier menunjukkan grafik hubungan beban-lendutan mendekati hasil tes di laboratorium.

3. Daerah tumpuan beton pelat dasar sudah mengalami retak saat uji beban dimana kuat tarik yang diperoleh dari hasil pemodelan sebesar 2,8 Mpa lebih besar dari hasil pendekatan dimana fr = 2,5 Mpa. Hal yang sama juga terjadi pada daerah tumpuan beton overlay.

4. Tegangan tarik dek baja 60,305 Mpa untuk pelat dasar, dan 89 Mpa untuk pelat dengan perkuatan overlay. Tegangan tekan sebesar 141,47 Mpa untuk pelat dasar dan 263 Mpa untuk pelat dengan perkuatan overlay. Kondisi tersebut menunjukkan bahwa dek baja belum mengalami leleh.

5. Dari besar tegangan pada penulangan di pelat dasar maupun pelat dengan perkuatan overlay diperoleh hasil yang belum melampaui nilai fy tulangan dan masing-masing sebesar 320 Mpa dan 550 Mpa.

 

SARAN

Dalam pemodelan komputer, pengaruh slip yang mungkin terjadi pada pelat harus diperhatikan. 

SEKIAN DAN TERIMAKASIH