teori dasar perancangan jembatan

PERANCANGAN JEMBATAN

TEORI DASAR PERANCANGAN JEMBATAN

RANGKA BAJA

Pengertian umum

- Defenisi Rangka Baja

Suatu konstruksi rangka didefenisikan sebagai sebuah struktur datar yang terdiri dari

sejumlah batang – batang yang disambung – sambung atau dengan yang lain pada

ujung – ujungnya dengan pen – pen licin sehingga membuat suatu rangka kokoh, gaya

– gaya luar serta reaksi – reaksinya dianggap terletak didalam bidang yang sama dan

hanya bekerja pada tempat –tempat pen.

Konstruksi rangka baja dapat diklafikasikan dengan susunan sebgai sederhana

gabungan dan kompleks.

1. Konstruksi rangka sederhana, suatu konstruksi rangka datar dan kokoh selalu dapat

dibentuk dengan memulainya tiga batang yang dijepitkan pada ujung yang satu

dengan ujung yang lain dalam bentuk segitiga dan kemudian menambahkan dua

batang baru untuk setiap sambungan baru.

2. Konstruksi Rangka Gabungan, jika dua atau lebih konstruksi rangka sederhana

dihubungkan satu dengan lainnya untuk membentuk suatu konstruksi rangka kokoh.

3. Konstruksi rangka yang kompleks, konstruksi rangka yang tidak dapat

diklasifikasikan baik sebagai sederhana atau gabungan.

Kalau jembatan dipasang di bawah lantai atau geladak, maka jembatan dinamakan

jembatan geladak. Kalau kendaraan – kendaraan melewati di antara rangka – rangka

tetapi kedalamannya tidak cukup untuk dapat menggunakan system perkuatan batang

tepi atas, maka jembatan dinamakan dengan lalu lintas setengah langsung.

Penempatan permukaan jalan pada balok – balok (Gelegar) menunjang yang pendek

yang dinamakan balok lantai memanjang , yang ianggap dipikul secara sederhanaoleh kedua

rangka utama. Beban bergerak diatas jembatan diteruskan pada rangka utama melalui system

penghubung permukaan jalan balok lantai memanjang, dan balok lantai melintang.

Rangkaian bagian atas dari batang – batang rangka yang sejajar dengan balok lantai

memanjang dinamakan balok lantai atas,sedangkan rangkaian batng – batang bagian bawah

yang searah dengannya dinamakn batang tepi bawah. Batang – batang yang menghubungkan

batang – batang tepi atas dan bawah membentuk system. Jaringan badan dinding dikenal

sebagai batang – batang diagonal. Diagonal pada ujung dinamakan tonggak ujung. Titik

Supina Gaus (0723 07 056)


dimana batang – batang dinding disambung dengan batang tepi dinamakantitik pertemuan

panil, dan panjang antara dua titik pertemuan panil yang berdekatanpada tepi yang sama

disebut panjang panil.

Sekur – sekur yang melintang pada titik – titik pertemuan batang – batang atas yang

bersamaan, bersama – sama dengan batang diagonal atas yang menghubungkan sekur – sekur

yang berdekatan, membangun jaringan lateral tepi atas.

Tipe – tipe jembatan Rangka Baja

Batang – batang suatu konstruksi rangka umum dapat disusun dengan bermacam – macam

cara. Namun jenis – jenis yang umum dijumpai didalam jembatan – jembatan adalah sebagai

berikut :

a. Rangka Pratt Lalu –lintas bawah (langsung)

b. Rangka Pratt Lalu – lintas atas (geladak)

c. Rangka Parker

d. Rangka Waren

e. Rangka Waren dengan batang Vertikal

f. Rangka Baltimore

g. Rangka petit

h. Rangka Howe

i. Rangka K

j. Rangka Double Warren

k. Rangka Warren ( dengan batang – batang sisipan )

l. Rangka Parabdie

m. Rangka Whipple

n. Rangka Warren (dengan batang vertical dan batang tipe melengkung)

o. Rangka Warren (batang tepi melengkung dengan batang – batang sisipan)

p. Rangka Pratt (Batang tepi melengkung dengan batang – batang sisipan)

q. Rangka Z

r. Rangka Vierendeel

s. Rangka Pratt dengan (Baltimore)



Gambar 15 Tahanan lateral oleh portal U

Beban – Beban Pada Jembatan

- Beban yang bekerja pada Jembatan

Sebelum mendimensi bagian – bagian dari jembatan terlebih dahulu menghitung beban –

beban yang dapat mempengaruhi jembatan selama umur rencana berdasarkan system

pembebanan jembatan selama umur rencana berdasarkan Pembebanan Jembatan Jalan Raya

Yang dikeluarkan oleh Direktorat Bina Program Jalan.

A. Beban Mati

Muatan permanen atau muatan tetap, disebabkan oleh berat sendiri konstruksi.

B. Beban Hidup

Dasar beban hidup pada perencanaan jembatan adalah beban roda Trek. Plat beton

menyebabkan menyebarkan beban roda secara melintang ke balok – balok, sehingga

daam satu balok berbentuk “T” bisa mnerima lebih atau kurang dari satu beban roda.

Beban hidup yang harus ditinjau ada dua macam yaitu; beban “T” yang merupakan beban

terpusat digunakan untuk perhitungan lantai kendaraan dan lantai “D” yang merupakan

beban jalur untuk perhitungan kekuatan gelagar – gelagar.

a. Beban “T” adalah beban kendaraan truk yang mempunyai beban roda ganda (dual

wheel load) sebesar 10 ton, dengan ukuran – ukuran serta kedudukan.

a1 = a2 = 30 cm



b1 = 12,5 cm

b2 = 50 cm

ws = muatan rencana sumbu = 20 ton

b. Beban “D” atau beban jalur adalah susunan beban pada setiap jalur lalu lintas yang

terdiri dari beban terbagi rata sebesar “q” ton per meter panjang per jalur, dan beban

garis “p” ton perjalur lalu lintas tersebut. Besarnya nilai “q” ditentukan sebagai

berikut :

q = 2,2 t/m untuk L < 30 m

q = 2,2 t/m – 1,1/60 x (L-30) t/m untuk 30 m < L < 60m

q = 1,1 (1+30/L) t/m untuk L > 60m

dengan

L = panjang dalam meter ditentukan oleh tipe konstruksi jembatan

t/m = ton per meter, panjang per jalur.

C. Koefisien Kejut

Koefisien kejut ditentukan melalui rumus :

K = L + 20 / (50 +

L)

Dengan :

K = Koefisien Kejut

L = panjang bentang dalam meter ditentukan oleh tipe konstruksi jembatan (keadaan

statis) dan kedudukan muatan garis “p”

Untuk memperhitungkan pengaruh – pengaruh geteran dan pengaruh dinamis lainnya,

tegangan – tegangan akibat beban garis “p” harus dikalikan koefiien kejut yang akan

memberikan hasil maksimum, sedangkan beban terbagi rata “q” dan beban “T” tidak

dikalikan dengan koefisien kejut.

D. Beban Angin

Beban angin sebesar 150 kg/m2 bekerja horizontal dan terbagi rata pada luas bidang

vertiakal dalam arah tegak lurus sumbu memanjang jembatan. Jumlah luas bidang

vertical, jembatan yang dianggap terkena angin pada bagian atas bangunanan. Jembatan

ditetapkan sebagai suatu persentase dari luas sisi jembatan dan luas bidang vertical.

Beban hidup yang mempunyai tinggi menerus sebesar 2 meter diatas lantai kendaraan.



Dalam memperhitungkan jumlah luas bidang yang terkena angin digunakan ketentuan

sebagai berikut :

a. Keadaan tanpa beban hidup

- Untuk jembatan gelagar penuh diambil sebesar (100%) luas sisi bidang

jembatan yang langsung terkena angin ditambah (50%) luas sisi bidang lain.

- Untuk jembatan rangka baja diambil (30%) luas sisi bidang jembatan yang

langsung terkena angin ditambah (15%) luas bidang sisi lainnya.

b. Keadaan dengan beban hidup

- Untuk jembatan diambil (50%) luas bidang yang langsung terkena angin

ditambah (50%) luas bidang lainnya ditambah (100%) luas bidang sisi beban hidup

yang langsung terkena angin.

- Untuk jembatan menerus diatas lebih dari dua perletakan beban angin dalam

arah longitudinal dan arah lateral yang terjadi bersama – sama ditambah beban angin

sebesar (40%) terhadap luas bidang pada keadaan beban hidup dan tanpa beban hidup.

Pada jembatan yang memerlukan perhitungan pengaruh angin yang diteliti, harus

diadakan peneitian khusus.

E. Gaya Rangkak dan Susut

Pengaruh rangkak dan susut pada bahan beton dan baja terhadap konstruksi harus

ditinjau, bila tidak ada ketentuan lain maka besarnya pengaruh tersebut dapat dianggap

senilai dengan gaya yang timbul akibat turunnya suhu sebesar 150c

F. Gaya Rem

Pengaruh gaya dalam arah memanjang jembatan yang diperhitungkan sebesar

5% dari beban “D” ton tanpa koefisien kejut yang memenuhi semua jalur jalan lalu lintas

yang ada dan dalam satu jurusan, yang bekerja pada arah sumbu jembatan dengan titik

tangkap setinggi 1,2 m diatas permukaan lantai kendaraan. Gaya rem tersebut dapat

berlaku untuk kedua jurusan.

G. Gya akibat Gesekan pada Tumpuan

Perlunya jembtan ditinjau terhadap gaya yang ditimbulkan akibat gesekan pada

tumpuan bergerak, karena adanya pemuaian dan penyusutan pada jembatan akibat



perbedaan suhu dan pengaruh lainnya. Gaya gesek tersebut hanya ditinjau akibat beban

mati yang besarnya berdasarkan koefisien gesek pada tumpuan bersangkutan dengan nilai

sebagai berikut :

a. Tumpuan Rol Baja

- Dengan satu atau dua rol……………………………………..0,01

- Dengan tiga atau lebih rol…………………………………….0,05

b. Tumpuan Gesekan

- Antara baja dan campuran tembaga keras dan baja……………………..0,15

- Antara baja dengan baja atau besi tuang………………………………..0,25

- Antara karet dengan baj / beton………………………………….0,15 s/d 0,18

H. Gaya Gempa

Pengaruh – pengaruh gempa bumi pada jembatan diperhitungkan sebesar suatu gaya

horizontal yang bekerja pada titik berat konstruksi / bagian konstruksi yang ditinjau dari

arah paling berbahaya. Gaya horizontal tersebut dapay dihitung dengan rumus:

K = E x G

Dimana :

G = muatan mati dari konstruksi / bagian yang ditinjau

K = gaya horizontal

E = koefisien gempa bumi

I. Gaya Akibat Tekanan Tanah

Bangunan jembatan yang menahan tanah, harus direncanakan sesuai dengan rumus –

rumus tekanan tanah. Bila lalulintas jalan raya dapat mendekati ujung atas bangunan

penahan tanah sampai suatu jarak horizontal sebesar setengah dari tingginya maka

muatan lalu lintas tersebut diperhitungkan sebesar muatan setinggi 60 cm.

Kombinasi Beban

Bangunan jembatan beserta bagian – bagiannya harus ditinjau terhadap kombinasi

akibat beberapa muatan dan atau gaya – gaya yang mungkin bekerja terhadap jembatan

tersebut. Sesuai dengan sifat – sifat serta kemungkinan – kemungkinan dari muatan dan

atau gaya – gaya dari setiap kombinasi, tegangan – tegangan yang digunakan dalam



pemeriksaan kekuatan konstruksi yang bersangkutan dinaikkan terhadap tegangan yang

diizinkan. Adapun kombinasi muatan yang dimaksudkan dapat dilihat dalam tabel berikut

Tabel kombinasi pembebanan

No Kombinasi Muatan / Gaya Tegangan yang digunakan dalam prosen

terhadap tegangan yang diizinkan

I

II

III

IV

M +H + K +TA + KA

M + TA + AH + F + A + SR + T

Komb. (I) + R + F + A + SR + T

M + TA + AH + GB

100%

125%

140%

150%

Dimana :

M = muatan Mati

H = Muatan Hidup

K = Kejut

TA = Tekanan Tanah

A = Muatan Angin

R = Gaya Rem

SR = Susut dan Rangkak

T = Suhu

F = Tekanan Geser dari tumpuan bergerak

GP = gempa Bumi

P = Gaya pada waktu pelaksanaan

AH= Aliran arus dari hanyutan

Batang Tarik, Batang Tekan, dan Balok (Gelagar) Rangka Baja

Batang Tarik

Pada percobaan tarik, sifat dari baja dapat dengan jelas terlihat pada stress

Strain Curve, kalau

P = gaya aksial tarik yang consentris

F = luas penampang batang

L = panjang batang semula

∆L = perpanjangan batang

Maka akan didapatkan :



Tegangan (Stress) σ=PF

Regangan (Strain) ε=∆ LL

Regangan yang terjadi sebanding dengan perbandingan antara tegangan yang terjadi

dengan modulus elastisitas bahan, atau :

Regangan (Strain) ε=σ∈

Sehingga dari persamaan diperoleh : ∆ L=P xtF x E

Dimana :

E = modulus elastisitas bahan

E = 2,1 x 106 kg/cm2, untuk baja

Hubungan antara tegangan (stress) dan regangan (strain) ini disebut stress

Strain Curve

Bentuk umum dari stress – Starin Curve

Dimana :

OA = Daerah elastis

AB = Daerah plastis

BCD = Daerah pengerasan

∂Y = Tegangan Leleh

∂U = Ultimate Stress

Apabila tegangan yang terjadi telah mencapai Yield Point (A), maka akan terjadi

perpanjangan yang besar. Meskipun perpanjangan ini belum menimbulkan putusnya batang

tersebut, tapi dalam prakteknya akan mempengaruhi bagian – bagian konstruksi lain yang

berhubungan dengan batang tersebut. Oleh karena itu perlu diduga tegangan yang terjadi

pada setiap bagian konstruksi tidak melebihi tegangan leleh. Berhubung dengan itu, maka

tegangan yang diizinkan (τ ), untuk batang tarik yang itdak berlubang, tidak boleh lebih besar

dari tegangan dasar, sedang untuk batang tarik yang berlubang, maka tegangannya tidak

boleh lebih besar dari 0,75 kali tegangan dasar.

Didalam perencanaan batang tarik, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah

1. Penampang Batang Tarik



Batang tarik adalah suatu bagian dari konstruksi yang mengalami gaya aksial tarik. Untuk

itu maka penampangnya harus kuat menahan gaya tarik yang bekerja padanya.

Bentuk – bentuk profil batang tarik adalah :

a. Profil baja bundar atau bulat (red)

Bentuk ini sering dipakai sebagai pengaku (bracing) pada bangunan gedung – gedung.

b. Kabel

Terdiri dari sejumlah kawat yang dijalin menjadi sat. dipakai mulai dari pemikul

beban yang kecil sampai pada beban yang sangat besar seperti pada jembatan

gantung.

c. Plat Baja (bar)

Biasa dipakai sebagai penggantung pada jembatan gantung

d. Baja siku (Angles)

1. Atap, dan dngan menempatkan plat pertemuan antara kedua baja tersebut. Baja

siku tunggal dipakai untuk beban yang relative kecil, seperti pada rangka atap

suatu bangunan gedung atau pada menara – menara transmisi. Sambungan biasa

dilakukan pada satu sisi saja sehingga terjadi eksentrisitas gaya yang

menimbulkan tegangan – tegangan sekunder.

2. Baja siku rangkap (doubles Angles) umum dipakai pada rangka eksentritas gaya

menjadi kecil sehingga dapat diabaikan.

e. Baja profil “T”

Bentuk ini biasanya dipilih untuk batang tepi atas bawah suatu rangka atap apabila

sambungan – sambungnnya dilakukan dengan las. Ini disebabkan karena batang

dinding (vertical dan diagonal) dapat langsung disambungkan pada bagian vertical

dari profil tersebut tanpa memerlukan plat pertemuan.

2. Kelangsingan Batang

Suatu faktor lain yang harus diperhatikan dalam perencanaan batang tarik adalah

kekakuannya. Kalau batang itu terlalu langsing maka mungkin akan bergetar, terutama

oleh beban bergerak.

Untuk menghindari hal tersebut, maka kelangsingannya yang didefenisikan sebagai

perbandingan antara panjang dan jari – jari (radius of gyration) tidak boleh melebihi:



Konstruksi utama d max ¿Limin

= 240

Konstruksi sekunder d max ¿ Limin

= 300

Pembatasan ini tidak berlaku apabila batang tarik itu sendiri dari baja bulat (rod).

Untuk itu diameter batang yang dipakai setidak – tidaknya sama dengan V500 kali

panjangnya:

d min= L500

3. Tampang Bersih

Pada prinsipnya perhitungan kekuatan dari batang tarik hanya didasarkan pada

persamaan yaitu:

σ= PF

Tegangan yang timbul harus lebih kecil dari tegangan dasar, dari persamaan luas

penampang (F) dapat ditentukan.

Problem yang harus diperhatikan hanyalah penetuan luas penampang efektif pada

sambungan – sambungan, serta pemilihan profil yang tept sehubungan dengan kekakuan

mudah tidaknya disambungkan pada bagian – bagian konstruksi yang lain.

Bila suatu penampang terdapat lubang – lubang maka luas penampang efektif sama

dengan luas seluruh penampang dikurangi dengan lua lubang yang terdapat pada

potongan penampang tersebut.

Fef=F−n .∆ F

Dimana : F = luas penampang seluruhnya

∆ F = Luas tiap lubang

n = jumlah lubang

Apabila garis potongan itu tidak lurus (219 – 249), maka lebar efektif menurut

Cochrane yang dicantumkan dalam American Spesifikation dihitung sebagai

berikut :

Lef=L−n1.d+n2s 249

Dimana :



L = lebar pada potongan vertical

n1 = jumlah lubang pada garis potongan

d = diameter lubang

n2 = jumlah garis potongan yang miring antara dua lubang

s = jarak lubang dalam arah gaya (longitudinal spacing)

g = jarak lubang tegak lurus pada gaya (transverse spacing)

tampang bersih dari pat tersebut diatas dengan garis potong tidak lurus (219 –

249) adalah lebar efektif dikali dengan tebal plat.


teori dasar perancangan jembatan

Documents