Nota Desain Talang Air Sibolangit [PDF]

Citation preview

BALAI BESAR WILAYAH SUNGAI SUMATERA II



2018



NOTA DESAIN PERHITUNGAN STRUKTUR JEMBATAN TALANG AIR TAL



No. Kontrak : HK.02.08/PK.PP/Satker BBWSSII/MYC/01 Tanggal Kontrak : 30 November 2018



Nota Desain Analisa Struktur Jembatan Talang Air



Hal |i



KATA PENGANTAR



KATA PENGANTAR



Pembuatan Nota Desain Struktur ini bertujuan untuk menganalisa Struktur Jembatan Talang Air ini yang bertujuan untuk memperkuat dan menjaga stabilitas tanah dan penyaluran distribusi air. Adapun perhitungan struktur ini dibuat untuk menganalisa, mengecek dan menghitung kapasitas serta nilai dari keamanan bangunan. Jenis bangunan yang dibuat menggunakan beton bertulang. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa struktur bangunan jembatan talang ini bisa menggunakan abutment, pier dan balok beton bertulang tentunya dengan memperhatikan stabilitas guling, geser dan daya dukung dari tanah. Demikian Nota Desain pekerjaan Struktur Jembatan Talang Air ini kami buat, untuk dapat dijadikan bahan monitoring dalam pelaksanaan pekerjaan. Atas perhatiannya kami mengucapkan terima kasih.



Palembang, …..................... 2018 ..............................



.................. (Ketua Tim)



Nota Desain Analisa Struktur Jembatan Talang Air



Hal |ii



DAFTAR ISI



DAFTAR ISI Kata Pengantar...................................................................................................................................... ii Daftar Isi



........................................................................................................................................... iii



Daftar Gambar ..................................................................................................................................... iv Daftar Tabel ............................................................................................................................................v BAB I -



PENDAHULUAN ........................................................................................................... I-1



I.1



LATAR BELAKANG ...................................................................................................... I-1



I.2



METODE DAN TUJUAN................................................................................................ I-2



I.3



LOKASI STRUKTUR BANGUNAN .............................................................................. I-3



I.4



PERATURAN YANG DIGUNAKAN ............................................................................. I-3



I.5



MUTU BAHAN YANG DIGUNAKAN .......................................................................... I-3



BAB II -



PEMODELAN STRUKTUR ....................................................................................... II-5



II.1



STRUKTUR BANGUNAN .......................................................................................... II-5



II.2



PEMBEBANAN STRUKTUR ..................................................................................... II-9



II.3 BEBAN KOMBINASI (Load Combination) ................................................................. II-18 BAB III -



ANALISA .....................................................................................................................III-19



III.1 ANALISA KAPASITAS STRUKTUR ..................................................................... III-19 III.2 PENGECEKAN STABILITAS GULING DAN GESER PADA PIER ................. III-20 III.3 PENGECEKAN STABILITAS GULING DAN GESER PADA ABUTMENT ... III-21 III.4 PENGECEKAN AXIAL, SHEAR, STRESS CONTOUR DAN LENDUTAN..... III-22 III.5 DESAIN TULANGAN BALOK .............................................................................. III-28 BAB IV -



REKOMENDASI.......................................................................................................... IV-32



Nota Desain Analisa Struktur Jembatan Talang Air



Hal |iii



DAFTAR GAMBAR



DAFTAR GAMBAR GAMBAR I.1 TAHAPAN DESAIN STRUKTUR ...................................................................................................................... I-2 GAMBAR I.2 DIMENSI PELAT DAN BALOK JEMBATAN ........................................................................................................ I-4 GAMBAR II.1 DIMENSI JEMBATAN TALANG AIR ...................................................................................................... II-5 GAMBAR II.2 DIMENSI PIER DAN ABUTMENT............................................................................................................ II-5 GAMBAR II.3 PEMODELAN 3D STRUKTUR JEMBATAN TALANG AIR ........................................................................ II-7 GAMBAR II.4 DIMENSI JEMBATAN TALANG AIR ...................................................................................................... II-7 GAMBAR II.5 TAMPAK 3D STRUKTUR JEMBATAN TALANG AIR .............................................................................. II-8 GAMBAR II.6 TAMPAK ATAS STRUKTUR JEMBATAN TALANG AIR .......................................................................... II-8 GAMBAR II.11 APLIKASI DEAD LOAD DAN SUPER IMPOSED DEAD LOAD ................................................................ II-12 GAMBAR II.12 APLIKASI BEBAN HIDUP (LIVE LOAD) ............................................................................................. II-15 GAMBAR II.15 INPUT TEKANAN TANAH PADA ABUTMEN, PIER DAN JEMBATAN .................................................... II-16 GAMBAR II.16 INPUT BEBAN AIR PADA JEMBATAN TALANG AIR .......................................................................... II-17 GAMBAR II.17 BEBAN RESPON SPEKTRUM PADA STRUKTUR ................................................................................. II-18 GAMBAR III.1 POSISI STRESS CONTOUR TERBESAR.................................................................................................. III-22 GAMBAR III.2 DISPLACEMENT (LENDUTAN) PADA JEMBATAN ............................................................................... III-27 GAMBAR III.3 AXIAL, SHEAR DAN BENDING PADA STRUKTUR JEMBATAN .............................................................. III-27



Nota Desain Analisa Struktur Jembatan Talang Air



Hal |iv



DAFTAR TABEL



DAFTAR TABEL



TABEL 2. 1. FAKTOR BEBAN UNTUK BEBAN MATI .............................................................................................. II-11 TABEL 2. 2. FAKTOR BEBAN UNTUK BEBAN HIDUP ............................................................................................ II-12



Nota Desain Analisa Struktur Jembatan Talang Air



Hal |v



BAB I - PENDAHULUAN I.1



LATAR BELAKANG Banjir merupakan suatu fenomena alam yang terjadi bilamana air menggenang di suatu tempat,baik yang disebabkan karena luapan air sungai atau sarana penampung kelebihan air lainnya. Banjir disebabkan oleh banyak faktor seperti hujan deras, pasang tinggi, salju yang mencair, gelombang tinggi yang tidak biasa, tsunami, atau kegagalan bendungan, tanggul, kolam retensi, atau struktur lain yang mempertahankan air. Banjir dapat diperburuk oleh jumlah peningkatan permukaan tanah atau bencana alam lainnya seperti kebakaran hutan, yang mengurangi pasokan vegetasi yang bisa menyerap hujan. Banjir periodik terjadi pada banyak sungai, membentuk daerah sekitarnya dikenal sebagai dataran banjir. Selama masa hujan, sebagian air bertahan dalam kolam atau tanah, sebagian diserap oleh rumput dan vegetasi, sebagian menguap, dan sisanya dikirimkan melalui tanah sebagai limpasan permukaan. Banjir terjadi ketika kolam, danau, dasar sungai, tanah, dan vegetasi tidak dapat menyerap semua air. Air kemudian mengalir ke atas tanah dalam jumlah yang tidak dapat ditampung dalam saluran sungai atau tidak dapat bertahan di kolam alam, danau, dan waduk buatan manusia. Penanganan fisik terhadap longsoran dan aliran air ini diperlukan desain untuk menunjang dasar dari pelaksanaan konstruksi. Berdasarkan hal tersebut, Direktorat Jenderal Sumber Daya Air, Balai Wilayah Sungai Sumatera II melakukan pekerjaan Detail Desain Struktur Jembatan Talang Air untuk mendapatkan desain kapasitas bangunan yang efektif dan efisien. Adapun untuk menganalisa perkuatan kapasitas jembatan talang air berupa abutment, pier dan pelat jembatan, maka dibuatlah pemodelan berupa struktur tiga dimensi dengan bantuan perangkat lunak berbasis elemen yaitu STAADPRo versi 10.5. Sistem struktur dinding jembatan ini berupa struktur beton bertulang.



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal I-1



I.2



METODE DAN TUJUAN 1. Metode desain yang digunakan mengacu kepada SNI 2847 – 2013, SNI 1727 – 2013, dengan menggunakan pemodelan program berbasis elemen yaitu STAADPro v10.5. 2. Tujuan dari pemodelan dan analisis struktur ini untuk mengecek kapasitas dari penampang struktur. MULAI



CEK DIMENSI PENAMPANG



PEMODELAN STRUKTUR



ANALISA & PEMBEBANAN STRUKTUR



Capacity Sliding Checked



Capacity Overturning Checked (SF ≥ 1,5)



SF ≥1,5



Cek dan Desain



KONTROL LENDUTAN



Kapasitas Tulangan



(  IZIN  Ln/480



SELESAI



Gambar I.1 Tahapan Desain Struktur



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal I-2



I.3



LOKASI STRUKTUR BANGUNAN Lokasi pekerjaan Struktur Jembatan Talang Air ini berada di Kabupaten Simalungun , Provinsi Sumatera Utara



I.4



PERATURAN YANG DIGUNAKAN Perhitungan struktur bangunan ini mengikuti peraturan dan standar yang berlaku di Indonesia, adapun peraturan desain itu meliputi a. SNI 03 – 2847 – 2013 tentang Tata Cara Perencanaan Beton Struktural untuk bangunan gedung b. SNI 1727 – 2013 tentang Pembebanan minimum untuk bangunan gedung dan struktur lain c. SNI 1726-2012 tentang tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung d. SNI 2052-2014 tentang baja tulangan beton



I.5



MUTU BAHAN YANG DIGUNAKAN Struktur bangunan ini menggunakan struktur beton dan penulangan baja. Adapun material yang digunakan adalah sebagai berikut : a. Mutu Baja Kuat leleh (fy ) = 400 MPa Modulus Elastisitas (Es) = 200.000 MPa Yield Strength Ratio (Ry) = 0.3 Tensile Strength Ratio (Rt) = 1,2 Berat Jenis Baja (BJ)



= 7850 kg/m3



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal I-3



b. Mutu Beton Kuat Tekan Beton fc’



= 18.68 MPa



Modulus Elastisitas (Es) = 4700fc’ = 20313,57 MPa Rasio Poisson



= 0,2



Berat per volume



= 2400 kg/m3



Tebal Pelat Jembatan



Dimensi Balok



Gambar I.2 Dimensi Pelat dan Balok Jembatan



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal I-4



BAB II - PEMODELAN STRUKTUR II.1



STRUKTUR BANGUNAN



1. Pemodelan dan Dimensi Bangunan Dimensi Bangunan Struktur Jembatan Talang Air ini disesuaikan dengan kebutuhan dan kapasitas bangunan yang ditentukan sebagai berikut :



Gambar II.1 Dimensi Jembatan Talang Air



Adapun data dari dimensi struktur abutment dan pier adalah sebagai berikut :



Gambar II.2 Dimensi Pier dan Abutment



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-5



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-6



Gambar II.3 Pemodelan 3D Struktur Jembatan Talang Air



Gambar II.4 Dimensi Jembatan Talang Air



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-7



Struktur dimodelkan dalam bentuk 3 dimensi dengan penggunaan sistem diskritisasi (meshing) sehingga pemodelan dapat menghasilkan nilai stress contour yang sesuai dengan kondisi lapangan, kemudian pemodelan dianalisis dengan metode elemen hingga menggunakan bantuan program STAADPro v10.5. Pemodelan dilakukan dengan menginput beberapa kriteria pembebanan sesuai dengan kondisi bangunan eksisting di lapangan.



Gambar II.5 Tampak 3D Struktur Jembatan Talang Air



Gambar II.6 Tampak Atas Struktur Jembatan Talang Air



Struktur Jembatan dimodelkan 3D, dengan bentang antar dinding penyangga 13 m menggunakan Beton Bertulang. Pemodelan dapat menghasilkan nilai stress contour yang sesuai dengan kondisi lapangan, kemudian pemodelan dianalisis dengan metode elemen hingga menggunakan bantuan program STAADPro v10.5. Pemodelan dilakukan dengan menginput beberapa kriteria pembebanan sesuai dengan kondisi bangunan eksisting di lapangan.



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-8



II.2 PEMBEBANAN STRUKTUR Beban yang digunakan pada perhitungan struktur bangunan ini berupa Beban Mati (Dead Load), Beban Hidup (Live Load), Beban Air (Water Load), Beban Angin (Wind Load), Beban Tanah (Soil Load) dan Beban Lajur. Adapun rincian dari beban tersebut dapat dilihat sebagai berikut : a. Beban Mati (Dead Load, DL) Untuk perhitungan beban mati struktur dilakukan secara otomatis pada STAADPro v10.5 dan ETABS ketika kita melakukan proses running pada struktur yang sudah ditentukan sendiri berdasarkan geometri penampang dan material pembentuk pada masing-masing elemen struktur dinding penahan tanah, yang didefinisikan sebagai Dead Load. Beban struktur bangunan ini sendiri terdiri dari Berat Beton (cocrete = 2400 kg/m3) dan sebagai Beban mati tambahan (SuperImposed Dead Load) pada Jembatan, Pier dan Abutment antara lain sebagai berikut :



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-9



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-10



Tabel 2. 1. Faktor Beban untuk Beban Mati



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-11



Gambar II.7 Aplikasi Dead Load dan Super Imposed Dead Load



b. Beban Hidup (Live Load, LL) Beban hidup ini mengacu kepada pada Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung (PPPURG 1987) berikut adalah beban terfaktor pada beban hidup dan penjelasannya. Tabel 2. 2. Faktor Beban untuk Beban Hidup



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-12



Untuk beban hidup bangunan dimodelkan sebagai beban merata di seluruh area meshing penampang dinding dan beban hidup tambahan sebesar 250 kg/m, adapun perhitungan beban hidup tersebut antara lain sebagai berikut :



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-13



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-14



Gambar II.8 Aplikasi Beban Hidup (Live Load)



e. Beban Tanah (Soil Load, WL) Beban tanah ini dimodelkan sebagai beban kritis dalam arti nilai dari tekanan hidrostatis bergerak ditiadakan (kondisi tidak ada air). Adapun input perhitungan beban tanah kali ini diambil dari lokasi tanah untuk S3.



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-15



Gambar II.9 Input Tekanan Tanah pada Abutmen, Pier dan Jembatan



f. Beban Air (Water Load, WL) Beban air diambil pada kondisi ekstrim pada satu sisi dinding dan pelat talang air. Adapun input beban air dapat dilihat dibawah ini : Tekanan air pada box culvert setinggi  0.7 m dengan panjang bentang yaitu 26 m sehingga didapatkan beban air sebesar 153.85 kg/m2 (beban berbentuk trapesium). Selain itu perlu diperhitungkan juga beban terhadap arus air (hanyutan) dan tumbukan kayu antara lain sebagai berikut :



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-16



Gambar II.10 Input Beban Air pada Jembatan Talang Air



g. Beban Angin (Wind Load, WDL)



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-17



h. Beban Gempa (Earthquake Load, EL) Beban gempa ini dimodelkan sebagai beban respon spektrum berdasarkan wilayah Medan dengan jenis tanah sedang. Adapun bentuk dari respon spektrum tersebut adalah sebagai berikut:



Gambar II.11 Beban Respon Spektrum pada Struktur



II.3 BEBAN KOMBINASI (Load Combination) Kombinasi pembebanan dibagi menjadi dua, kombinasi untuk kekuatan dan kombinasi untuk kemampuan layan. Kombinasi untuk kekuatan untuk menganalisa integritas struktur, sedangkan kombinasi kemampuan layan untuk menganalisa deformasi struktur. Berikut merupakan data kombinasi beban yang digunakan pada model numerik. Beban Kombinasi ini mengacu kepada peraturan pembebanan SNI 03–2847 –2013 meliputi : a.



Combo 1 : 1,4 DL



b.



Combo 2 : 1,2 DL + 1,6 LL



c.



Combo 2 : 1,2 DL + 1,6 LL + 1.0 WL + 1.0 WDL + 1.0 SL  0.5 EQ



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal II-18



BAB III - ANALISA Berdasarkan dua fungsi utama dibaginya kombinasi pembebanan, analisa struktur dikelompokkan menjadi dua kriteria ukuran kegagalan yaitu Analisa kekuatan kapasitas struktur dan Deformasi struktur. Analisa ini mengeluarkan hasil support reaction untuk diproses lebih lanjut pada perhitungan pondasi. Untuk kapasitas struktur menggunakan kombinasi pembebanan ultimate sedangkan untuk deformasi dan support reaction menggunakan kombinasi pembebanan layan.



III.1 ANALISA KAPASITAS STRUKTUR Data-data pemodelan struktur yang telah diinputkan pada pemodelan numerik selanjutnya dianalisis sehingga didapatkan dimensi dan kapasitas struktur yang tepat. Analisa ini mengacu kepada syarat antara lain : a. Pengecekan terhadap Stabilitas Guling dan Geser dengan SF ≥ 1,5 b. Stress Contour yang berhubungan dengan nilai Momen Ultimate yang terjadi pada sumbu X dan sumbu Z c. Syarat aman dari Kapasitas Momen Penampang Strukur (Mn) yang tidak melebihi Momen Ultimate Struktur (Mu), ϕ * Mn  Mu d. Syarat Aman dari Nilai Kapasitas Kuat Geser Penampang (Vn) yang tidak melebihi Kuat Geser Ultimate Struktur (Vu), ϕ * Vn  Vu



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal III-19



III.2 PENGECEKAN STABILITAS GULING DAN GESER PADA PIER



A. Stabilitas Guling dan Geser



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal III-20



III.3 PENGECEKAN STABILITAS GULING DAN GESER PADA ABUTMENT



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal III-21



III.4 PENGECEKAN AXIAL, SHEAR, STRESS CONTOUR DAN LENDUTAN



Gambar III.1 Posisi Stress Contour terbesar



Dikarenakan beban terbesar terletak pada bagian slab (lantai) dinding, maka diperlukan perkuatan pondasi berupa pondasi dalam.



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal III-22



Perhitungan Penulangan Abutment, Pier, Pelat dan Balok



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal III-23



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal III-24



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal III-25



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal III-26



Adapun nilai dari kontrol terhadap lendutan (displacement) yang didapatkan adalah sebagai berikut :



Gambar III.2 Displacement (Lendutan) pada Jembatan



Nilai displacement (lendutan) terbesar yang terjadi sebesar  struktur = 31.67 mm ≤  izin = 54.167 mm, sehingga struktur memenuhi syarat aman (OK!).



Gambar III.3 Axial, Shear dan Bending pada Struktur Jembatan



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal III-27



III.5 DESAIN TULANGAN BALOK



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal III-28



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal III-29



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal III-30



Berdasarkan perhitungan diatas, maka Balok 20 cm x 20 cm dapat menggunakan tulangan 4D13 – 125 mm pada daerah tumpuan dan 4D13 – 100 mm pada daerah lapangan.



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal III-31



BAB IV - REKOMENDASI 1. Desain Jembatan Talang Air bisa diterapkan dengan memperhatikan faktor dimensi dan kondisi eksisting tanah. 2. Nilai stress strain terbesar pada daerah lantai abutment dan pier n dapat diatasi dengan menambahkan pondasi dalam. 3. Sistem penulangan pada struktur dapat disesuaikan terhadap nilai beban yang didapatkan pada desain. 4. Untuk perkuatan pada struktur jembatan dapat mengandalkan balok beton bertulang. 5. Dengan memperhitungkan besaran nilai dari joint reaction pada struktur sebesar ≥ 190 ton maka akan lebih baik jika menggunakan pondasi dalam berupa borepiled atau spunpile, desain pondasi dalam dapat disesuaikan terhadap data borlog.



Nota Desain Analisa Struktur Analisa Struktur Bangunan Jembatan Talang Air



Hal IV-32