Perencanaan Jembatan PCI Girder [PDF]

Citation preview

2015 REPORT DESAIN STRUKTUR PELEBARAN JEMBATAN CITARUM



4/23/2015



DAFTAR ISI 1.



PENDAHULUAN ............................................................................................1



1.1 Umum.................................................................................................................1 1.2 Konsep Dasar Perencanaan ................................................................................2 2.



KRITERIA PERENCANAAN .........................................................................6



2.1 Kriteria Pembebanan ..........................................................................................6 2.6.1. 2.6.2. 2.6.3.



Beban Permanen.................................................................................7 Beban Lalu Lintas ..............................................................................7 Beban Lingkungan ...........................................................................11



2.2 Kombinasi Pembebanan ...................................................................................14 2.3 Material ............................................................................................................15 2.4 Pemodelan Struktur ..........................................................................................16 3.



DESAIN STRUKTUR ....................................................................................16



3.1 Desain Slab ......................................................................................................16 3.2 Perencanaan Girder ..........................................................................................17 3.3 Perencanaan Angkur Perletakan (Dowels) .......................................................19 3.4 Perencanaan Expansion Joint ...........................................................................20 3.5 Perencanaan Parapet.........................................................................................22 3.6 Desain Pierhead ...............................................................................................22 3.7 Desain Pier/Pile ................................................................................................27



i



DAFTAR TABEL Tabel 1-1. Faktor amplifikasi untuk PGA dan 0.2 detik ..........................................5 Tabel 1-2. Faktor amplifikasi untuk periode 1 detik ................................................5 Tabel 2-1.Beban Rencana Jembatan ........................................................................6 Tabel 2-2 Faktor Beban Dinamik untuk Beban garis KEL ....................................10 Tabel 2-3 Gaya Rem ..............................................................................................11 Tabel 2-4Tekanan Angin Merata pada Bangunan Atas .........................................12 Tabel 2-5 Beban Garis Merata pada Ketinggian Lantai kN/m ..............................12 Tabel 3-1. Cek Kapasitas Pier ................................................................................30



ii



DAFTAR GAMBAR Gambar 1-1. Rencana perluasan jembatan citarum..................................................1 Gambar 1-2. Potongan melintang jembatan .............................................................2 Gambar 1-3. Tampak samping dan tampak atas jembatan ......................................2 Gambar 1-4. Peta percepatan puncak di batuan dasar (PGA) terlampaui 7% dalam 75 tahun ....................................................................................................................3 Gambar 1-5. Peta respon spektra percepatan 0.2 detik di batuan dasar untuk probabilitas terlampaui 7% dalam 75 tahun .............................................................4 Gambar 1-6. Peta respon spektra percepatan 1 detik di batuan dasar untuk probabilitas terlampaui 7% dalam 75 tahun .............................................................4 Gambar 2-1. Kedudukan Beban Lajur "D" ..............................................................9 Gambar 2-2.Beban Truk "T" ....................................................................................9 Gambar 2-3 Respon Spekra Jembatan Citarum .....................................................13 Gambar 2-4 Model Struktur Jembatan ...................................................................16 Gambar 3-1 Potongan girder jembatan ..................................................................18 Gambar 3-2 Layout tendon I-girder .......................................................................18 Gambar 3-3 Angkur Fix .........................................................................................20 Gambar 3-4 Penyebaran beban melintang .............................................................22 Gambar 3-5 Gaya dalam pada pierhead (pier) .......................................................23 Gambar 3-6 Kurva Moment (-) Vs Curvature Pierhead Pier .................................24 Gambar 3-7 Kurva Moment (+) Vs Curvature Pierhead Pier ................................24 Gambar 3-8 Gaya dalam pierhead (abutment) .......................................................25 Gambar 3-9 Kurva Moment (+) Vs Curvature Pierhead Abutment .......................25 Gambar 3-10 Kurva Moment (-) Vs Curvature Pierhead Abutment......................26 Gambar 3-11 M22 Pier...........................................................................................28 Gambar 3-12 M33 Pier...........................................................................................29 Gambar 3-13 Diagram Interksi Pier .......................................................................29 Gambar 3-14 Momen Negatif Rencana untuk Pierhead Bagian Dalam Pier ........30 Gambar 3-15 Momen Positif Rencana untuk Pierhead Bagian Dalam Pier .........30



iii



1. PENDAHULUAN 1.1 Umum Struktur perluasan jembatan citarum direncanakan dengan lebar 7 m. Jembatan ini menggunakan balok prategang I-girder yang ditumpu pada pilar-pilar dengan sistem simple beam. Data-data teknis perluasan jembatan Citarum, secara umum adalah sebagai berikut: Tipe Jembatan : Prestressed Concrete Girder (Simple Beam) Panjang Jembatan : 130 m Panjang bentang : 26 m Lebar Jembatan : 7m Jumlah Pier & Abutment : 4 Pier & 2 Abutment Sistem Pondasi : Bored Pile diameter  mm



Gambar 1-1. Rencana perluasan jembatan citarum



1



Gambar 1-2. Potongan melintang jembatan



Gambar 1-3. Tampak samping dan tampak atas jembatan



1.2 Konsep Dasar Perencanaan Struktur jembatan pada umumnya harus direncanakan dengan umur rencana minimal 75 tahun dan probabilitas gaya gempa rencana terlampaui selama umur layannya adalah sebesar 7 %. Dengan ketentuan ini, struktur jembatan harus direncanakan mampu memikul gaya gempa dengan perioda ulang minimum 1000 tahun. Beban gempa diambil sebagai gaya horizontal yang ditentukan berdasarkan perkalian antara koefisien respon elastik (CSM) dengan berat struktur ekivalen yang kemudian dimodifikasi dengan faktor modifikasi sebagai berikut: 2



𝐸𝑄 =



𝐶𝑠𝑚 𝑊 𝑅 𝑡



Keterangan: EQ adalah gaya gempa horizontal statis (kN) Csm adalah koefisien respons elastik R adalah faktor modifikasi respons Wt adalah berat total struktur terdiri dari beban mati dan beban hidup yang sesuai (kN) Koefisien respon elastik Csm diperoleh dari peta percepatan batuan dasar dan spektra percepatan (Gambar 1-4 hingga Gambar 1-6) sesuai dengan daerah gempa dan periode ulang gempa rencana. Koefisien percepatan yang diperoleh berdasarkan peta gempa dikalikan dengan suatu faktor amplifikasi sesuai dengan kondisi tanah sampai kedalaman 30 m di bawah struktur jembatan.



Gambar 1-4. Peta percepatan puncak di batuan dasar (PGA) terlampaui 7% dalam 75 tahun



3



Gambar 1-5. Peta respon spektra percepatan 0.2 detik di batuan dasar untuk probabilitas terlampaui 7% dalam 75 tahun



Gambar 1-6. Peta respon spektra percepatan 1 detik di batuan dasar untuk probabilitas terlampaui 7% dalam 75 tahun



Untuk penentuan respon spektra di permukaan tanah, diperlukan suatu faktor amplifikasi untuk PGA, periode pendek (T=0,2 detik) dan periode 1 detik. Faktor amplifikasi meliputi faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada batuan dasar (FPGA), faktor amplifikasi periode pendek (Fa) dan faktor amplifikasi terkait percepatan yang mewakili getaran periode 1 detik (Fv). Tabel 1-1 dan Tabel 1-2 memberikan nilai-nilai FPGA, Fa, dan Fv untuk berbagai klasifikasi jenis tanah.



4



Tabel 1-1. Faktor amplifikasi untuk PGA dan 0.2 detik



Tabel 1-2. Faktor amplifikasi untuk periode 1 detik



1.3 Standard Dan Code Perencanaan jembatan ini mengacu pada beberapa Standard dan Code yang terbaru yang berlaku di Indonesia dan standard lainya yang disepakati bersama. Standard dan Code tersebut adalah sebagai berikut: a. Standards Specification for Highway Bridges, 3th Edition, 2004, AASHTO LRFD. b. Perencanaan Pembebanan Struktur Atas Jembatan mengikuti Bridge Design Manual BMS yang diterbitkan oleh Direktorat Jalan Raya, Departemen Pekerjaan Umum, Republik Indonesia, Desember 1992 (BMS) c. RSNI T-02-2005 Pembebanan untuk Jembatan d. Perancangan Jembatan untuk Beban Gempa, RSNI 03-2833-201X e. Tata Cara Perhitungan Strukur Beton Untuk Bangunan Gedung , SNI 03-2847-2002 f. Uniform Building Code (UBC 1997) g. NEHRP, 1997 h. Building Code Requirements for Reinforced Concrete, ACI 318-02 i. Guide Specifications for Design and Construction of Segmental Concrete Bridges, 1989 j. ATC, Improved Seismic Design Kriteria for California Bridges: Provisional Recommendations, Applied Technology Council, Report ATC-32, Redwood City, California, 1996 k. International Building Code, IBC 2000.



5



2. KRITERIA PERENCANAAN 2.1 Kriteria Pembebanan Secara umum kriteria pembebanan yang digunakan dalam perencanaan jembatan ini harus ditinjau dari tiga kondisi beban, yaitu : a. Beban Kerja (Working Load/ Service Load) Beban layan adalah beban yang bekerja pada saat kondisi layan bangunan jembatan, hal ini berkaitan dengan servisibilitas dari bangunan. b. Beban Batas (Ultimate Load) Beban batas adalah beban yang bekerja pada kondisi ultimit dari struktur, yaitu diperoleh dengan mengalikan beban yang bekerja dengan faktor beban. c. Beban Kapasitas (Lateral Load). Pembebanan ini digunakan beban lateral yang diberikan pada struktur sampai mencapai kapasitasnya. Pembebanan ini dilakukan dengan pushover analysis. Berdasarkan Bridge Design Manual BMS, Beban rencana yang diperhitungkan pada perencanaan Jembatan meliputi hal-hal berikut: 1. Beban rencana individual :  Beban permanent  Beban lalu lintas  Beban dari lingkungan 2. Kombinasi beban :  Kombinasi Pembebanan Kondisi Operasional  Kombinasi Pembebanan Dengan Beban Sementara (Angin, Suhu dan Gempa) Tabel 2-1.Beban Rencana Jembatan



Group Beban



1. Beban Permanen



2. Beban Lalu Lintas



3. Beban Lingkungan



Loading Case 1. Berat Sendiri (SW) 2. Beban Mati Tambahan (SDL) 3. Efek Rangkak dan Susut 4. Efek Prategang 5. Tekanan Tanah 1. "D" Lane Loads 2. "T" Truck Load 3. Gaya Rem 4. Gaya Centrifugal 1. Gaya Angin 2. Gaya Gempa 3. Temperatur



6



2.6.1. Beban Permanen Berat Sendiri Semua elemen struktur (sub structure & upper structure) untuk Jembatan Citarum ini menggunakan material beton baik beton bertulang biasa maupun beton prategang. Berat sendiri beton diambil sebesar : γbeton = 25 kN/m3 Beban Mati tambahan (SDL) Yang dimaksud beban mati tambahan (SDL) tersebut adalah berat semua material nonstruktural yang digunakan pada Jembatan seperti perkerasan (asphalt). γasphalt = 22.4 kN/m3 Efek Rangkak dan Susut (Creep and Shrinkage) Efek rangkak dan susut dipertimbangkan pada perencanaan Jembatan yang menggunakan material beton. Efek ini harus diperhitungkan terutama untuk struktur-struktur yang terkekang dan juga movement bearing. Dalam perencanaan rangkak dan susut diambil beberapa koefesien, yaitu : Ccu = 2 (ultimate creep coeffecient) shu = 0.0005 (ultimate shrinkage strain) sh = 0.0002 (shrinkage strain at first 28 days) Efek Prategang Gaya prategang akan memberikan efek sekunder pada elemen struktur yang mengalami pengekangan dan struktur statis tak tentu. Tekanan Tanah Tekanan tanah aktif dipertimbangkan untuk perencanaan abutment. Gaya ini akan memberikan efek momen guling dan gaya geser pada system struktur abutment. 2.6.2. Beban Lalu Lintas Berdasarkan arah bekerjanya beban, maka beban lalu lintas dapat dibagi menjadi tiga komponen : 1. Komponen Vertikal 2. Komponen Rem (arah longitudinal) 3. Komponen Sentrifugal (arah radial) Beban lalu lintas untuk Rencana Jembatan Jalan Raya terdiri beban lajur “D” dan beban truk “T”. Pembebanan lajur “D” ditempatkan melintang pada lebar penuh dari jalan kendaraan jembatan dan menghasilkan pengaruh pada jembatan yang eqivalen dengan



7



rangkaian kendaraan sebenarnya. Jumlah total pembebanan lajur “D” yang ditempatkan tergantung pada lebar jalan kendaraan jembatan Beban truk “T” adalah berat kendaraan tunggal dengan tiga gandar yang ditempatkan pada berbagai posisi sembarang pada lajur lalu lintas. Tiap gandar terdiri dari dua pembebanan bidang bidang kontak yang dimaksud agar mewakili pengaruh roda kendaraan berat (trailer). Beban satu truk “T” ini hanya boleh ditempatkan per lajur lalu lintas rencana. Pada umumnya beban lajur “D” akan memberikan effek yang lebih maksimum pada jembatan-jembatan bentang menengah dan panjang sehingga untuk analisis struktur jembatan bentang menengah dan panjang hanya akan memperhitungkan beban lajur “D”. Sedangkan untuk jembatan-jembatan bentang pendek dan system lantai dek, effek beban truk “T” akan lebih maksimum dibandingkan dengan effek beban lajur “D”. Dengan demikian untuk perencanaan jembatan-jembatan bentang pendek dan system lantai dek hanya akan memperhitungkan beban truk “T”. Beban Lajur “D” Beban Lajur "D" terdiri dari Beban terbagi rata UDL (Uniform Distributed Load) dengan intensitas q kPa, dengan q tergantung pada panjang bentang yang dibebani total (L) sebagai berikut: L  30 m; q  8.0 kN / m 2 15   L  30 m; q  8.0  0.5   kN / m 2 L  Beban UDL boleh ditempatkan dalam panjang terputus agar terjadi pengaruh maksimum. Dalam hal ini L adalah jumlah dan panjang masing-masing beban terputus tersebut.



Beban lajur "D” ditempatkan tegak lurus terhadap arah lalu lintas seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.1. Selain beban merata UDL, beban lajur “D” juga termasuk beban garis KEL (Knife Edge Load) sebesar p kN/m, yang ditempatkan dalam kedudukan sembarang sepanjang jembatan dan tegak lurus pada pada arah lalu lintas. P = 44.0 kN/m Pada bentang menerus, beban garis KEL ditempatkan dalam kedudukan lateral sama yaitu tegak lurus arah lalu lintas pada dua bentang agar momen lentur negatif menjadi maksimum.



8



Gambar 2-1. Kedudukan Beban Lajur "D"



Beban Truk "T" Beban truk "T” ditunjukan dalamGambar 2-2.



Gambar 2-2.Beban Truk "T"



Hanya satu truk harus ditempatkan dalam tiap lajur lalu lintas rencana untuk panjang penuh jembatan. Truk “T” harus ditempatkan di tengah lajur lalu lintas. 9



Pada jembatan menerus posisi UDL dan KEL dikombinasikan sedemikian rupa untuk mendapatkan pengaruh maksimum. Untuk mendapatkan momen lentur positif maksimum pada bentang maka posisi KEL ditempatkan di tengah-tengah bentang bersamaan dengan UDL. Untuk mendapatkan momen lentur negatif maksimum pada pier maka ditempatkan KEL kedua yang identik pada bentang lainnya bersamaan dengan UDL. Sedangkan untuk mendapatkan gaya aksial maksimum pada pier maka KEL pada bentang kiri dan kanan pier ditempatkan pada ujung atas pier. Kombinasi UDL KEL ini digunakan dalam perhitungan struktur baik akibat beban seimbang pada 2 jalur maupun akibat beban tidak seimbang pada 1 jalur. Faktor Beban Dinamik Faktor beban Dinamik (DLA) berlaku pada beban garis KEL lajur “D" dan beban truk "T" untuk simulasi kejut dan kendaraan bergerak pada Struktur jembatan. Faktor beban dinamik adalah sama untuk S.L.S. dan U.L.S. dan untuk semua bagian struktur sampai pondasi. Untuk beban truk “T” nilai DLA adalah 0.3. Untuk beban garis KEL nilai DLA diberikan dalam Tabel 2.2. Tabel 2-2 Faktor Beban Dinamik untuk Beban garis KEL



DLA (untuk kedua keadaan batas) BENTANG EKUIVALEN LE (m) 0.4 LE  50 0.525 – 0.0025 LE 50  LE 90 0.3 LE  90 Catatan : Untuk bentang sederhana LE = panjang bentang aktual Untuk bentang menerus LE =



Lrata rata  Lmaks



Dengan : Lrata-rata = panjang bentang rata-rata dari bentang-bentang menerus Lmaks = panjang bentang maksimum dari bentang-bentang menerus Gaya Rem Pengaruh rem dan percepatan lalu lintas harus dipertimbangkan sebagai gaya memanjang. Gaya ini tidak tergantung pada lebar jembatan dan diberikan dalam Tabel 2-3 untuk panjang struktur yang tertahan.



10



Tabel 2-3 Gaya Rem



PANJANG STRUKTUR (m) L  80



GAYA REM S.L.S. (kN) 250



80 < L < 180



2.5 L + 50



L  180



500



Catatan : Gaya rem U.L.S. adalah 2.0 Gaya Rem S.L.S.



Karena bentang jembatan Citarum ini lebih kecil dari 80m maka gaya rem yang bekerja adalah 250 kN. Gaya Sentrifugal Untuk jembatan yang mempunyai kelengkungan pada arah horizontal, maka akan timbul gaya centrifugal yang besarnya dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :



0.006V 2 TT TTR  R dimana : TTR : gaya centrifugal pada suatu section jembatan TT : beban kendaraan total yang berada pada section yang sama V : kecepatan rencana (km/jam) R : radius dari kelengkungan jembatan Karena jembatan ini relatif lurus maka gaya centrifugal tidak diperhitungkan dalam perencanaan jembatan ini. 2.6.3. Beban Lingkungan A. Beban Angin Gaya angin pada bangunan atas tergantung pada: a. Luas ekuivalen diambil sebagai luas padat jembatan dalam elevasi proyeksi tegak lurus b. Tekanan angin Rencana (kPa) diberikan dalam Tabel 2-4 dan Tabel 2-5 dibawah.



11



Tabel 2-4Tekanan Angin Merata pada Bangunan Atas



Tekanan Angin kPa Jenis Keadaan Lebar / Tinggi PANTAI LUAR PANTAI Batas Bangunan Atas Padat (dalam batas 5 km dari pantai) (lebih dari 5 km terhadap pantai) Perbandingan



b



/d £ 1.0



1.0 < b/d £ 2.0 2.0 < b/d £ 6.0 b



/d > 6.0



Bangunan Atas Rangka (seluruh b/d)



S.L.S



1.13



U.L.S



1.85



S.L.S



0.79 1.36 b



1.46 - 0.32 b/d



b



1.46 - 0.32 /d



U.L.S



2.38 - 0.53 /d



1.75 - 0.39 b/d



S.L.S



0.88 - 0.038 b/d



0.61 - 0.02 b/d



U.L.S S.L.S



1.43 - 0.06 b/d 0.68



1.05 - 0.04 b/d 0.47



U.L.S



1.1



0.81



S.L.S



0.65



0.45



U.L.S



1.06



0.78



b = Lebar bangunan atas antara permukaan luar tembok pengaman D = Tinggi bangunan atas (termasuk tembok pengaman padat)



Tabel 2-5 Beban Garis Merata pada Ketinggian Lantai kN/m



(akibat angin pada beban hidup) BEBAN GARIS MERATA kN/m



KEADAAN BATAS



PANTAI



LUAR PANTAI



(dalam batas 5 km dari pantai)



(lebih dari 5 km terhadap pantai)



S.L.S



1.3



0.9



U.L.S



2.12



1.56



B. Beban Temperatur Akibat adanya perbedaan suhu dipermukaan dan di dalam maka akan timbul perbedaan tegangan pada komponen struktur sehingga akan mempengaruhi gaya dalam yang terjadi terutama untuk struktur yang terkekang seperti continuous beam. Dalam hal ini beban temperature diambil berdasarkan perbedaan temperatur sebesar Temp = 10o dengan gradien 17o – 27o. Selain itu, struktur continuous juga didesain terhadap rentang temperatur sebesar ± 100 C dari temperatur reference 270 C.



12



C. Beban Gempa Berdasarkan peta kegempaan Indonesia, spektra percepatan di batuan dasar untuk wilayah Jawa Barat dimana lokasi jembatan Citarum berada adalah 0.2g. Langkah selanjutnya adalah penentuan faktor amplifikasi yang akan mengikuti prosedur seperti yang diatur pada UBC’97. Berdasarkan data hasil penyelidikan tanah, wilayah Karawang memiliki jenis tanah lunak



Respon Spektrum 0.6



0.5



SA



0.4 0.3 0.2 0.1



0 0



2



4



6



8



10



T (dt) Gambar 2-3 Respon Spekra Jembatan Citarum



Untuk mengoptimalkan perencanaan, maka untuk perencanaan pier akan digunakan faktor reduksi (R) = 2. Sedangkan untuk perencanaan pondasi akan digunakan faktor reduksi (R) =1 yang berarti pondasi 2 kali lebih kuat dari pada pier. Cara ini harus diaplikasikan pada perencanaan untuk mendorong terjadinya momen plastis pada pier yang diperkirakan mempunyai nilai overstrength o = 2. Berdasarkan grafik spektra rencana pada Gambar 2.3, koefisien gaya gempa static eqivalen merupakan fungsi dari perioda struktur. Ada dua cara untuk menentukan perioda struktur : 1. Cara Modal. Cara Modal bisa dilakukan dengan program finite elemen, misalnya dengan SAP2000 2. Cara simplikasi static eqivalen, yaitu dengan menggunakan formula-formula berikut: T  2



Wt gK



13



dimana : T : g : Wt : K :



perioda getar (detik) percepatan gravitasi (9.8 m/detik2) berat total kekakuan pier. 3EI K : (untuk kondisi jepit-bebas) L3 12EI K : (untuk kondisi jepit-jepit) L3 Gaya gempa nominal static eqivalen ditentukan dengan persamaan : V



C.I .Wt R



dimana : V : gaya geser gempa static eqivalen I : faktor keutamaan struktur (I = 1.2) R : faktor reduksi (R = 4 untuk struktur atas; R = 2 untuk struktur bawah) Wt : Berat elemen struktur C : Koefesien Gempa



Selain dari itu dalam penentuan koefesien gaya gempa (C) Berdasarkan IBC-2000 ditetapkan minimum koefisien gaya gempa diambil sebesar 0.11Ca I. 2.2 Kombinasi Pembebanan Untuk mendapatkan respon struktur yang maksimum dan sesuai kondisi yang terjadi di lapangan, maka semua beban baik beban mati maupun beban kendaraan dan beban-beban sementara seperti beban gempa, dikombinasikan dengan suatu pola kombinasi pembebanan seperti yang dijelaskan pada BMS. Selain dari itu telah disepakati khususnya dalam kombinasi yang berkaitan dengan beban gempa yaitu massa struktur yang diperhitungkan untuk perencanaan gaya gempa adalah berat sendiri struktur dan beban mati tambahan (DL) ditambah dengan 25% beban hidup (LL) baik pada kondisi servis (SLS) maupun kondisi ultimit (ULS), sehingga kombinasi pembebanan yang harus digunakan dalam perencaan, yaitu : Kondisi Operasional (Service): SLS 1 : DL + (LL + Rem) SLS 2 : DL + 1/1.4 (0.25 LL + EQL + 0.3 EQT) SLS 3 : DL + 1/1.4 (0.25 LL + 0.3 EQL + EQT) SLS 4 : 0.9 DL + 1/1.4 (+ EQL + 0.3 EQT) SLS 5 : 0.9 DL + 1/1.4 (+ EQT + 0.3 EQL) 14



Kondisi Ultimit: ULS 1 : 1.3 DL + 2 (LL + Rem) ULS 2 : 1.3 DL + 0.25 (LL) + EQL + 0.3 EQT ULS 3 : 1.3 DL + 0.25 (LL) + 0.3 EQL + EQT ULS 4 : 0.9 DL + EQL + 0.3 EQT ULS 5 : 0.9 DL + EQT + 0.3 EQL Dimana : DL : beban mati LL : beban hidup EQL : Beban gempa statik eqivalen arah longitudinal (searah sumbu jembatan) EQT : Beban gempa statik eqivalen arah transversal (tegak lurus sumbu jembatan) 2.3 Material 1. Beton Mutu beton yang digunakan pada elemen struktur pada perencanaan jembatan ini, adalah sebagai berikut : Bore Pile K500 Pilar K500 Pile Cap K500 Slab K300 I-girder K500 2. Baja Tulangan Baja tulangan yang digunakan pada semua elemen struktur adalah baja dengan spesifikasi sebagai berikut : Tegangan leleh : diameter 10 mm : BJTD-40, fy = 400 MPa Modulus Young (Es) : 200000 Mpa 3. Post Tensioning Strand Multri-strand Post-tensioning System Super strand 0.5” Low Relaxation : 2.5% at 70% GUTS Nominal Diameter : 12.7 mm Nominal Area : 98.7 mm2 Tensile Strength : 1860 MPa Yield Strength : 1670 MPa Young’ Modulus : 195000 MPa



15



2.4 Pemodelan Struktur Software yang digunakan dalam pemodelan dan analisis struktur adalah program SAP 2000. Untuk memodelkan tahanan lateral yang merupakan sumbangan dari tanah, maka pada bore pile diberikan konstanta spring tanah yang mana nilainya didapatkan dari hasil kajian geoteknik (terlampir).



Gambar 2-4 Model Struktur Jembatan



3. DESAIN STRUKTUR 3.1 Desain Slab Perhitungan tulangan pada pelat slab Jembatan ini mencakup perhitungan tulangan pada daerah sambungan antar pelat (pada daerah integrated) atau pada daerah tumpuan pelat dimana terjadi moment negatif, dan pada daerah lapangan (moment positif). Perencanaan slab jembatan ini menggunakan konsep desain beton bertulang. Dari hasil analisis didapatkan nilai moment maksimun pada tengah bentang Mu =64,5 kNm /m dan moment maksimum pada bagian kantilever Mu = 71 kNm /m. Perhitungan gaya-gaya dalam yang terjadi dan perhitungan kapasitas pelat dapat dilihat pada lampiran.



16



Cek kapasitas moment di tengah bentang pelat: Tebal pelat 250 mm dengan cover 30 mm, digunakan tulangan longitudinal D16-150 ϕMn = 77 kNm /m 𝜙𝑀𝑛 ≥1 𝑀𝑢 77 ≥1 64,5 1,19 ≥ 1 Cek kapasitas moment pada bagian kantilever pelat: Tebal pelat 300 mm dengan cover 30 mm , digunakan tulangan longitudinal D16-150 ϕMn = 99 kNm /m 𝜙𝑀𝑛 ≥1 𝑀𝑢 99 ≥1 71 1,39 ≥ 1 3.2 Perencanaan Girder Sistem struktur atas jembatan Citarum, direncanakan dengan sistem struktur balok girder prategang yang ditumpu pada dua tumpuan sederhana (simple support beam). Girder-girder ini ditumpu pada pierhead pada kedua tumpuannya. Untuk perhitungan tulangan dan kebutuhan strand pada girder dapat dilihat pada lampiran.



17



Gambar 3-1 Potongan girder jembatan



Gambar 3-2 Layout tendon I-girder



A. Beton Kekuatan beton girder saat layan adalah 41,5 MPa. Kekuatan tekan beton pada waktu transfer prategang adalah 80% dari kuat tekan beton. Sedangkan mutu pelat adalah 25 MPa. Tegangan izin beton untuk komponen struktur lentur berdasarkan SNI 03-2847-2002, pasal 20.4, yaitu: 1 Tegangan pada beton sesudah transfer prategang (sebelum terjadinya time dependent losses) tidak melebihi: a. Pada serat yang tertekan: 0,6 f ci' b. Pada serat yang tertarik (kecuali (3)): 0,25 f ci' c. Pada serat yang tertarik pada ujung balok yang ditumpu sederhana: 0,50 f ci' 2



Tegangan pada beton saat kondisi layan (setelah semua diperhitungkan) tidak melebihi: ' a. Pada serat yang tertekan: 0,45 f c 18



b. Pada serat yang tertarik pada zona percompressed: 3



0,5 f c'



Untuk tendon prategang, tegangan tarik pada tendon tidak melebihi:



0,80 f pu dan 0,70 f pu 0,82 f py b. Segera setelah transfer prategang: dan (untuk tendon pasca tarik) a. Akibat gaya penarikan:



0,94 f py



B. Post Tensioning Strand Tipe strand Diameter strand Luas area strand Modulus Elastisitas UTS Yield stress



: low relaxation : 12,7 mm : 98,71 mm2 : 200.000 MPa : 1860 MPa (jacking force: 75%) : 1674 MPa (90% UTS)



C. Tulangan Baja Baja Tulangan yang digunakan pada semua elemen struktur adalah baja dengan spesifikasi sebagai berikut : Tegangan leleh : diameter < 13 mm : BJTP – 24, fy = 240 MPa diameter ≥ 13 mm : BJTD – 40, fy = 400 MPa Modulus Elastisitas : E = 200000 Mpa 3.3 Perencanaan Angkur Perletakan (Dowels) Koefisien friksi rubber sheet perletakan tidak mampu untuk memikul gaya horizontal akibat gempa. Sehingga untuk mentransfer gaya horizontal dari sistem slab on pile ke pierhead digunakan angkur (dowels). Sistem angkur perletakan untuk bentang simple beam pada arah longitudinal adalah moved (bergerak) pada kedua sisinya, sehingga angkur hanya menahan gaya yang terjadi pada arah transfersal. Material Properties: Fy = 400 MPa D = 50 mm A = 1963 mm2 Vn = A*0.6 fy = 471 kN Dari hasil analisis struktur didapatkan reaksi-reaksi pada angkur. Fix : Fx = 2860 kN Fy = 39,6 kN 19



Move :



Fx = 0 Fy = 25,4 kN ANGKUR MOVE



ANGKUR FIX



Pengecekan kebutuhan angkur: Angkur Fix Vu = Fx + Fy = 2895 kN Kebutuhan angkur : n = Vu/ϕVn = 2895/0.75*471 = 8,2 buah Angkur Move Vu = Fx + Fy = 15 kN Kebutuhan angkur : n = Vu/ϕVn = 2895/0.75*15 = 1 buah



Gambar 3-3 Angkur Fix



3.4 Perencanaan Expansion Joint Expansion joint direncanakan supaya mampu mengakomodasikan pergerakan yang diakibatkan oleh creep, shrinkage, perubahan temperature, perpendekan elastic dan 20



displacement akibat beban gempa. Dengan mengakomodasi konsep balanced stiffness dimana pergerakan pier diharapkan mengalami pergerakan yang seragam sehingga terjadinya displacement yang besar akibat perbedaan arah pergerakan antara pier dapat dihindari maka displacement akibat gempa dapat tereduksi. Perpindahan akibat shrinkage yang terjadi setelah instalasi expansion joint yang dapat dihitung dengan persamaan berikut: shrink (mm) =  .  . Ltrib (1000mm/m) Dimana : Ltrib : panjang tributary struktur (m) 



: regangan shrinkage ultimit setelah instalasi diambil 0.0003







: faktor yang memperhitungkan efek kekangan oleh struktur yang dipasang sebelum pelat dicor. 0.0 (steel girder), 0.5 (precast prestressed concrete girder), 0.8 (concrete box girder dan T beams), 1.0 untuk flat slab. Perpindahan akibat temperatur dihitung dengan menggunakan nilai maksimum dan minimum temperatur yang mungkin terjadi pada deck jembatan. temp (mm) =  . Ltrib .T (1000mm/m) Dimana : Ltrib : panjang tributary struktur (m)  : koefesien thermal 0.000011 m/m/oC T : perbedaan temperature oC, diambil sebesar 25oC (15 – 40)oC Dalam hal ini expansion joint direncanakan akan menggunakan compression seal joint, kemampuan expansion joint jenis ini tergantung korelasi antara lebar joint saat konstruksi dan lebar desain joint. Maksimum dan minimum lebar seal tertekan adalah 85% dan 40% dari lebar seal tidak tertekan. Beberapa ketentuan dalam perencanaan expansion joint dengan menggunakan compression seal joint, yaitu:  temp_normal   temp cos   



(thermal movement normal to joint)



 temp_paralel   temp sin  



(thermal movement parallel to joint)



 shrink_paralel   shrink sin  



(shrinkage movement normal to joint)



 shrink_normal   shrink cos   



(shrinkage movement parallel to joint)



W W



( temp _ normal   shrink _ normal ) 0.45 ( temp _ parallel   shrink _ parallel ) 0.22 21



Dimana : W : lebar expansion joint  : skew angle Displacement akibat beban gempa yang terjadi adalah sebesar 2,3 cm. Perhitungan kebutuhan lebar compression seal (expansion joint) untuk masing-masing bentang dapat dilihat pada lampiran. 3.5 Perencanaan Parapet Parapet harus mampu memikul beban tumbukan dari kendaraan. Kriteria desain parapet adalah secara geometry dan kekuatan harus mampu menahan intial impact dari tumbukan dan menjaga kendaraan tetap dalam jalurnya. Kekuatan yang dibutuhkan oleh parapet tergantung dari volume truk dan kecepatan kendaraan. Berdasarkan SNI pembebanan untuk Jembatan penghalang lalu lintas harus didesain untuk menahan beban tumbukan rencana ultimit menyilang sebagai berikut: 𝑃 = 100 𝑘𝑁 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 ℎ ≤ 850 𝑚𝑚 ℎ − 850 𝑃 = 100 𝑥 (1 + ) 𝑘𝑁 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 ℎ > 850 𝑚𝑚 450 Diman “h” adalah tinggi sumbu dari bagian atas palang lalu lintas (mm) Dalam desain ini tinggi parapet rencana adalah 1150 mm, sehingga didapat beban P = 166.7 kN. Beban menyilang ini harus disebarkan dengan jarak memanjang 1.5 m pada bagian atas penghalang dan disebarkan dengan sudut 45 ke bawah pada lantai yang memikulnya (gambar 3.6.1). Digunakan tulangan d13-125. Perhitungan tulangan terlampir.



Gambar 3-4 Penyebaran beban melintang



3.6 Desain Pierhead Penulangan pada badan Pierhead dilakukan dengan menggunakan konsep desain penulangan balok. Tulangan lentur pada pierhead didesain sebagai tulangan tunggal untuk menahan momen baik momen negatif maupun momen positif. 22



Tulangan lentur pada pierhead didesain sebagai tulangan tunggal untuk menahan momen baik momen negatif maupun momen positif. Untuk perencanaan tulangan lentur, digunakan Mu =0.8; dan Mn  .







Dari hasil analisis dengan program SAP2000 didapatkan gaya-gaya dalam pada pierhead:



Gambar 3-5 Gaya dalam pada pierhead (pier)



Mu (+) Mu (-) V22



= 2647 kNm = 4070 kNm = 3246 kN



23



Moment-Curvature -42.0



-35.0



-28.0



-21.0



-14.0



-7.0



0.0 0.0



Moment (kNm)



-2000.0 N:



7 kN



-4000.0 M: -9194 kNm



-6000.0



-8000.0



Curvature (rad/km)



Gambar 3-6 Kurva Moment (-) Vs Curvature Pierhead Pier



Mu/ϕMn = 4070 kNm/0,8*9194 = 0,55.......OK



Moment-Curvature 4800.0



Moment (kNm)



4000.0 M: 5593 kNm



3200.0 N:



2400.0



-4 kN



1600.0 800.0 0.0 0.0



9.0



18.0



27.0



36.0



45.0



54.0



Curvature (rad/km)



Gambar 3-7 Kurva Moment (+) Vs Curvature Pierhead Pier



Mu/ϕMn = 2647 kNm/0,8*5593 = 0,59.........OK



24



Gambar 3-8 Gaya dalam pierhead (abutment)



Mu (+) Mu (-) V22



= 530 kNm = 1260 kNm = 1136 kN



Moment-Curvature 4800.0



Moment (kNm)



4000.0 M: 5497 kNm



3200.0 N:



2400.0



3 kN



1600.0 800.0 0.0 0.0



9.0



18.0



27.0



36.0



45.0



54.0



Curvature (rad/km)



Gambar 3-9 Kurva Moment (+) Vs Curvature Pierhead Abutment



Mu/ϕMn = 530 kNm/0,8*5497 = 0,12.......OK



25



Moment-Curvature -60.0



-50.0



-40.0



-30.0



-20.0



-10.0



0.0 0.0



Moment (kNm)



-2000.0 N:



1 kN



-4000.0 M: -7866 kNm



-6000.0



Curvature (rad/km)



Gambar 3-10 Kurva Moment (-) Vs Curvature Pierhead Abutment



Mu/ϕMn = 1260 kNm/0,8*7866 = 0,2.......OK



Kuat geser nominal (Vn) didapatkan sebagai hasil penjumlahan dari kuat geser nominal yang disumbangkan oleh beton ditambah dengan kuat geser nominal yang disumbangkan oleh tulangan geser. Untuk perencanaan tulangan geser, digunakan faktor reduksi  sebesar 0.75, dengan perencanaan geser harus memenuhi persamaan berikut :  Vn  Vu. Perencanaan penampang akibat geser didasarkan pada SNI Vu ≤  Vn Vn = Vc + Vs  f 'c  =    bw  d  6  Av  fy  d Vs = s Untuk perencanaan tulangan torsi, faktor reduksi yang digunakan ialah 0,75. Pada komponen struktur non-pratekan, tulangan puntir diperlukan jika:



Vc



Tu











fc '  Acp    12  Pcp 



dimana : Acp



=



luas penampang beton 26



Pcp = keliling penampang beton Aoh = luas area di dalam tulangan sengkang tertutup Ph = keliling tulangan sengkang tertutup Tulangan sengkang yang direncanakan ialah merupakan penjumlahan kebutuhan tulangan sengkang untuk memikul geser dan tulangan sengkang untuk memikul puntir. Selain tulangan sengkang, untuk memikul torsi juga mungkin dibutuhkan tulangan longitudinal yang perlu ditambahkan pada tulangan lentur untuk menahan torsi. 3.7 Desain Pier/Pile Sebagai elemen struktur tekan, perencanaan pier harus memperhatikan efek kelangsingan (slenderness), yang didefinisikan sebagai : 



k.l u r



Perbesaran momen dihitung pada kolom/pier langsing. Perhitungan pengaruh kelangsingan adalah sebagai berikut: • Kolom yang ditahan terhadap goyangan, dengan M1b dan M2b adalah momen ujung kolom atas dan bawah. Faktor kelangsingan boleh diabaikan jika, k.l 12M 1b   u  34  r M 2b •



Untuk kolom tidak ditahan terhadap goyangan. Faktor kelangsingan boleh diabaikan jika, k.l   u  22 r



di mana k lu r I A



= = = = =



faktor tekuk panjang bebas jari-jari girasi = inersia penampang kolom luas penampang kolom



Jika faktor tekuk diperhitungkan, maka momen elastis yang digunakan untuk perhitungan tulangan lentur kolom adalah momen yang telah mengalami perbesaran dengan faktor perbesaran b dan s, yaitu faktor perbesaran untuk momen akibat beban vertikal dan lateral, yang dihitung dengan persamaan berikut : Cm b  1 Pu 1 Pc



27



s 



1



P 1  P



1



dengan  =0.75



u



c



Pc 



 2 EI (k .Lu ) 2



dimana: b



= faktor perbesaran momen untuk rangka yang tidak ditahan terhadap goyangan ke samping akibat beban gravitasi terfaktor (beban mati dan beban hidup). b = faktor perbesaran momen untuk rangka yang tidak ditahan terhadap goyangan ke samping akibat beban lateral terfaktor. Cm = 1 (struktur yang tidak ditahan terhadap goyangan ke samping) Pu = beban aksial terfaktor Pc = beban kritis Pu dan Pc = penjumlahan semua kolom dalam satu tingkat. π 2 x EI Pc = k x l u 2 Ec = modulus elastisitas beton = 4700f’c d = rasio dari beban mati aksial terfaktor maksimum terhadap beban aksial terfaktor maksimum, dimana beban yang ditinjau hanya beban gravitasi dalam menghitung Pc, atau rasio dari beban lateral terfaktor maksimum yang bekerja terhadap beban lateral total terfaktor pada tingkat yang ditinjau dalam menghitung Pc



Gaya-gaya dalam yang terjadi pada pier dihitung menggunakan program SAP2000. Tabel lengkap gaya dalam tiap kombinasi dapat dilihat pada lampiran.



Gambar 3-11 M22 Pier



28



Gambar 3-12 M33 Pier



Gambar 3-13 Diagram Interksi Pier



29



Tabel 3-1. Cek Kapasitas Pier



Pada saat terjadi gempa rencana struktur diharapkan dapat berperilaku inelastik untuk mendisipasi energi gempa. Element struktur yang diharapkan sebagai pendisipasi energi adalah pile, maka momen nominal untuk pierhead pada daerah perbatasan pier harus lebih besar dibandingkan dengan momen nominal pada pile .



Mkant



Md=Mkant+Mpier



Mpier Gambar 3-14 Momen



Negatif Rencana untuk Pierhead Bagian Dalam Pier



Mkant Md=Mkant-Mpier



Mpier Gambar 3-15 Momen



Positif Rencana untuk Pierhead Bagian Dalam Pier



30



31