-
1DESAIN JEMBATAN CABLE STAYED MALANGSARI BANYUWANGI DENGAN TWO
VERTICAL PLANES SYSTEM
Nama Mahasiswa : HendriNRP 3107 100 518Jurusan : Teknik Sipil
FTSP-ITSDosen Pembimbing : Dr. Ir. Hidayat Soegihardjo, MS
AbstrakJembatan cable stayed adalah salah satu dari beberapa
tipe jembatan bentang
panjang. Jembatan jenis ini memiliki karakteristik yang
menguntungkandibandingkan dengan tipe jembatan bentang panjang yang
lain baik dari segi teknis,ekonomis, maupun estetika.
Tugas akhir ini membahas Desain Jembatan Cable-Stayed
Malangsari-Banyuwangi dengan Two Vertical Planes System yang
menghubungkan antara jalanlintas selatan ruas Kendeng Lembu dengan
ruas Jember melintasi kali Malangsari,Glenmore, kabupaten
Banyuwangi, propinsi Jawa Timur. Jembatan ini memilikibentang total
sepanjang 231 m terbagi dalam dua bentang tepi masing-masing 48
mdan satu bentang tengah sepanjang 135 m, dengan lebar lantai
kendaraan 11.2 m(2/2UD), konfigurasi kabel arah melintang dengan
two vertical planes system danmemanjang berupa radial system.
Material yang menyusun lantai kendaraan berupapelat komposit dan
profil baja WF serta struktur pylon berupa beton
bertulang.Sedangkan untuk kabel dan angkernya digunakan VSL 7-wire
strand.
Perencanaan ini dibantu dengan menggunakan program
komputerMIDAS/Civil v7.0.1 untuk menganalisa perilaku struktur
utama secara keseluruhanserta SAP2000 v11 dan HILTI Profis untuk
menganalisa struktur sekunder. ProgramMIDAS dapat menganalisa
tahapan metode pelaksanaan sekaligus dalam satu kalieksekusi
program. Dimana hasil analisa pada saat servis/analisa statis
dibandingkandengan hasil analisa pada saat pelaksanaan
konstruksi/staging analysis.
Hasil dari perencanaan ini adalah didapatkan dimensi struktur
lantaikendaraan, kabel dan angker, pylon, serta pondasi, dengan
menggunakan acuanperaturan RSNI T-02-2005, RSNI T-03-2005, Pd
T-04-2004-B, Pd T-12-2005-B, BMS92, dan SNI 03-2847-2002. Selain
itu stabilitas jembatan terhadap angin jugadikontrol menggunakan
analisa dinamis yang meliputi analisa stabilitas aerodinamisyaitu
vortex-shedding (yang berkaitan langsung dengan efek psikologis),
flutter dangempa dinamis.
Latar BelakangJembatan Malangsari terletak di jalur jalan lintas
selatan Jawa Timur antara
Kendeng Lembu dan batas Jember STA 20+900 (dari Glenmore),
wilayah kecamatanKalibaru kabupaten Banyuwangi (Gambar 1.1).
Kondisi berbukit-bukit, bantaransungai memiliki lereng yang cukup
curam dengan sungai yang berada di bawah 20m, panjang dari sisi
satu ke lainnya 100 m. Sisi kiri (dilihat searah aliran
sungai)merupakan lereng yang hampir tegak, sedangkan di sisi kanan
kemiringan lereng 45-60. Lokasi ini berada di wilayah lahan
perkebunan milik PTPN XII KebunMalangsari kabupaten Banyuwangi.
Jembatan melintasi sungai Kali Malangsari, 20km dari ruas jalan
Jember dan 80 km dari ibukota kabupaten Banyuwangi.Berdasarkan
pengamatan secara visual pada lokasi jembatan tidak terjadi erosi
yangmembahayakan. Dilihat searah aliran sungai, tanah asli berupa
:
Sebelah kiri : lempung, pasir halus, kelanauan Sebelah kanan :
lempung, pasir halus, kelanauanBerdasarkan kondisi tersebut diatas,
maka kedudukan konstruksi Jembatan
Malangsari cukup dibangun diatas puncak tebing yang tetap
mempertahankan unsurkekuatan dan unsur estetika. Sehingga timbul
ide untuk merancang JembatanMalangsari berupa konstruksi cable
stayed dengan two vertical planes system, denganspesifikasi sebagai
berikut :
Stuktur Pylon dari konstruksi beton bertulang berjumlah dua,
masing-masing berada di daratan puncak lereng ( dari sisi ruas
jalan KendengLembu dan sisi ruas jalan Jember), karena :- Aliran
sungai cukup kecil, sehingga tidak terganggu oleh bangunan
jembatan- Jurang cukup dalam 20 m- Kemiringan lereng curam 45-
60
Bentang jembatan 231 m : bentang/span tengah 135 m (jarak
antarstruktur pylon) dan bentang/span tepi masing-masing 48 m
(jarak keAbutment) dan lebar jembatan 11,2 m.
Gelagar memanjang (box girder dan ribs), melintang dari baja
serta lantaikendaraan dari elemen komposit antara pelat baja
gelombang compodeckdengan beton bertulang.
Lebar jalan diatas jembatan 7 m (2/2UD).
Perumusan MasalahBerdasarkan permasalahan utama diatas, maka
perlu perincian masalah secara
mendetail supaya dapat diketahui skala prioritas dan urutan
kerjanya, yang meliputi :1. Bagaimana preliminary design dari
konfigurasi susunan kabel, gelagar
(box girder, ribs, melintang dan kantilever), kabel, dan
struktur pylon.
-
22. Bagaimana mendesain struktur sekunder, diantaranya pelat
lantaikendaraan (komposit) dan railing jembatan dengan program
HILTIProfis Anchor.
3. Bagaimana mendesain gelagar melintang dan kantilever, mulai
dariasumsi pembebanan, analisa struktur, kontrol lendutan,
kapasitaspenampang serta sambungan.
4. Bagaimana mendesain gelagar ribs, mulai dari asumsi
pembebanan,analisa struktur, kontrol lendutan, kapasitas penampang
akibat kompositserta sambungan.
5. Bagaimana memodelkan dan menganalisa statis struktur utama
gelagarbox, kabel dan pylon menggunakan program bantu
MIDAS/Civil.
6. Bagaimana mengontrol kapasitas penampang dan sambungan
segmentalgelagar box, melakukan iterasi kebutuhan penampang kabel
dankebutuhan tulangan pada pylon serta mendesain angker kabel.
7. Bagaimana menentukan metode pelaksanaan, kemudian dilakukan
Staginganalysis menggunakan program bantu MIDAS/Civil.
8. Bagaimana mengontrol pengaruh pelaksanaan terhadap kapasitas
gelagarbox, penampang kabel dan penulangan pada pylon. Apakah sudah
kuatatau memerlukan re-desain.
9. Bagaimana mendesain abutmen, perletakan dan blok angker.10.
Bagaimana mengontrol kestabilan jembatan terhadap analisa
dinamis,
seperti stabilitas aerodinamis (frekuensi alami, efek
vortex-shedding danefek flutter).
11. Bagaimana menganalisa gempa dinamis menggunakan program
bantuMIDAS/Civil.
12. Bagaimana mengontrol pengaruh analisa gempa dinamis
terhadapkapasitas penulangan pada pylon. Apakah sudah kuat atau
memerlukan re-desain.
13. Bagaimana hasil akhir yang berupa gambar kerja.
Maksud dan Tujuan PenyusunanMaksud dan tujuan penyusunan proyek
akhir ini ialah untuk merancang
Jembatan Malangsari yang berupa konstruksi cable stayed dengan
two vertical planessystem agar syarat kekuatan maupun estetika
terpenuhi, dengan rincian sebagaiberikut :
1. Melakukan preliminary design dari konfigurasi susunan kabel,
gelagar(box girder, ribs, melintang dan kantilever), kabel, dan
struktur pylon.
2. Mendesain struktur sekunder, diantaranya pelat lantai
kendaraan(komposit) dan railing jembatan dengan program HILTI
Profis Anchor.
3. Mendesain gelagar melintang dan kantilever, mulai dari
asumsipembebanan, analisa struktur, kontrol lendutan, kapasitas
penampang sertasambungan.
4. Mendesain gelagar ribs, mulai dari asumsi pembebanan, analisa
struktur,kontrol lendutan, kapasitas penampang akibat komposit
serta sambungan.
5. Memodelkan dan menganalisa statis struktur utama gelagar box,
kabel danpylon menggunakan program bantu MIDAS/Civil.
6. Mengontrol kapasitas penampang dan sambungan segmental
gelagar box,melakukan iterasi kebutuhan penampang kabel dan
kebutuhan tulanganpada pylon serta mendesain angker kabel.
7. Menentukan metode pelaksanaan, kemudian dilakukan Staging
analysismenggunakan program bantu MIDAS/Civil.
8. Mengontrol pengaruh pelaksanaan terhadap kapasitas gelagar
box,penampang kabel dan penulangan pada pylon. Apakah sudah kuat
ataumemerlukan re-desain.
9. Mendesain abutmen, perletakan dan blok angker.10. Mengontrol
kestabilan jembatan terhadap analisa dinamis, seperti
stabilitas aerodinamis (frekuensi alami, efek vortex-shedding
dan efekflutter).
11. Menganalisa gempa dinamis menggunakan program bantu
MIDAS/Civil.12. Mengontrol pengaruh analisa gempa dinamis terhadap
kapasitas
penulangan pada pylon. Apakah sudah kuat atau memerlukan
re-desain.13. Merealisasikan hasil akhir yang berupa gambar
kerja.
Batasan MasalahPada penyusunan Tugas Akhir ini, karena
keterbatasan kemampuan dan waktu
pengerjaan, jadi untuk menentukan tipe jembatan penulis tidak
meninjau sampaianalisa dampak lingkungan, menghitung pondasi baik
untuk pondasi pylon maupunpondasi abutmen, kestabilan lereng,
analisa anggaran biaya dan metode pelaksanaansecara
keseluruhan.
-
3MULAI
PRELIMINARY DESAIN : Konfigurasi susunan kabel, Dimensi
gel.melintang+kantilever, Dimensi gel.memanjang(ribs+box),
Dimensi kabel+angker dan Dimensi pylon
ANALISA STATIS STR.UTAMA (AS)
STUDI LITERATURSTUDI DATA AWAL
DESAIN STRUKTUR SEKUNDER :Pelat lantai kendaraan dan Railing
jembatan
GELAGAR RIBS GEL MELINTANG KANTILEVER
DESAINKAPASITAS BOX
ITERASIKEBUTUHAN
KABEL
PENULANGANSTR.PYLON
SELESAI
AS SA
STAGING ANALYSIS (SA)
KONTROL KAPASITASBOX, KABEL dan
STR.PYLON
DESAIN ANGKERKABEL di GELAGAR
& PYLON
ABUTMEN PERLETAKAN BLOKANGKER
ANALISA DINAMIS
FREKUENSI ALAMI
EFEK VORTEXSHEDDING
EFEKFLUTTER
GEMPADINAMIS
KONTROLKAPASITASSTR.PYLON
Metode yang akan digunakan dalam rangka penyelesaian tugas
akhirmengenai Desain Jembatan Cable-stayed Malangsari Banyuwangi
denganTwo Vertical Planes System nantinya adalah seperti diagram
alir berikut:
B
Not OK
STABILITASDINAMIS
JEMBATAN
A
OK
Not OK
-
41. Studi literatur dan peraturan yang berkaitan, antara lain:a.
Text book Cable Stayed Bridges karangan Rene Walther tahun 1999.b.
Text book Cable Supported Bridges karangan Niels J. Gimsing
tahun
1983.c. Text book Cable Stayed Bridges: Theory and Design
karangan
Troitsky tahun 1977.d. Peraturan RSNI T-02-2005: Standar
Pembebanan untuk Jembatan.e. Peraturan RSNI T-03-2005: Perencanaan
Struktur Baja untuk
Jembatan.f. Peraturan Pd T-04-2004-B: Perencanaan Beban Gempa
untuk
Jembatan.g. Peraturan Pd T-12-2005-B: Sistem Lantai Kendaraan
dengan CSP.h. Manual program MIDAS/Civil, SAP 2000 dan HILTI Profis
Anchor.i. Dan literatur lain yang mungkin berkaitan.
2. Studi data awal jembatan, antara lain:a. Nama dan lokasi :
Jembatan Malangsari - Banyuwangi, Sungai Kali
Malangsarib. Bentang : 231 meterc. Lebar : 11.2 meter (2/2UD)d.
Tinggi bebas : Minimal 8 metere. Material utama : Gelagar baja box,
kabel baja 7-wire strand dan
struktur pylon beton bertulangf. Data-data sekunder.
3. PRELIMINARY DESAIN3.1 Konfigurasi susunan kabel
Konfigurasi kabel arah melintang berupa Two Vertical Planes
System,sedangkan arah memanjang jembatan berupa Fan System. Plan
design sebagai berikut:
Panjang bentang :CLllL '2 1
Dimana : L (panjang jembatan), 'l (panjang bentang dalam),l
(panjang bentang Middle), 1l (panjang bentang samping)
Closure (CL) = 15 mPanjang jembatan (L) = 231 m
'4.01 ll
ml
l
lll
120'8.1
15231'
15'8.123115')'4.0(2231
1l 0.4(120) = 48 m
13515120'
lCLll
Jarak kabel pada gelagar (a) : gelagar baja (15 m 25 m) dan
gelagar beton(5 m 10 m).
=
42/CLl
=
4
2/15135 m = 15 m ..15ma25m..ok!
dimana : : jarak angker kabel pada gelagar,n : jumlah kabel
Tinggi Pylon (h) L/6 - L/8 (Troitsky 1977 hal 33) 231/6 h 231/8
38.5 m h 28.875 mAtau : (h) 0.465x n x a (Troitsky 1977 hal
181)
h 0.465 x 4 x 15= 27.9 m dipakai h = 40 m
Kelandaian arah memanjang sebesar 1 %.Pada konfigurasi demikian
maka tinggi bebas tertinggi bawah jembatan adalah27 m dan terendah
adalah 8 m.
-
5
-
6bf
tf
d twh
Gambar 3.1 Konfigurasi susunan kabel
3.2 Dimensi gelagar melintang dan kantilever Gelagar melintang
berupa profil baja WF :L = 6.8 + jarak titik berat gelagar
memanjang box
= 6.8 + 2 (0.5)= 7.80 m
Tinggi balok (d) 98.7
9L = 0.87 m
Dipilih WF 900.300.18.34 :d = 912 mm bf = 302 mm r = 28 mm
tf = 34 mm tw = 18 mm w = 286 kg/m
Kantilever berupa baja WF :L = 1.2 + jarak titik berat gelagar
memanjang box
= 1.2 + 0.5 = 1.7 m
Tinggi balok (d) 67.1
6L = 0.28 m
Dipilih WF 300.150.5,5.8d = 298 mm bf = 149 mm r = 13 mmtf = 8
mm tw = 5.5 mm w = 32 kg/mMutu baja WF : BJ-41 fy = 250 Mpa
fu = 410 MpaBaut tipe tumpu (normal) : f1 = 410 MPa ; f2 = 310
MPa; r2 = 1.9Mutu Las : FE90 fu = 90 ksiJarak antar balok melintang
sebesar 7.5 m
3.3 Dimensi gelagar memanjang Box girder
Menurut Podolny (1976) dalam bukunnya Contruction & Design
of Cable-Stayed Bridges, bahwa perbandingan tinggi gelagar dengan
bentang jembatanbervariasi antara 1/40 s/d 1/100.
Tinggi box girder (h) : LhL100
1401
mxhmx 135100
1135401
3.375 m h 1.35 m dipakai h = 1.50 mb = 1.00 m
Mutu baja box girder : BJ-50 fy = 290 Mpa fu = 500 Mpa
-
7 Ribs (rusuk-rusuk)Tinggi ribs (d)
125.7
12L = 0.625 m
Dipilih WF 700.300.13.24d = 700 mm bf = 300 mm r = 28 mmtf = 24
mm tw = 13 mm w = 185 kg/mMutu baja WF : BJ-41 fy = 250 Mpa
fu = 410 Mpa
3.4 Dimensi awal kabel dan angkerAda dua jenis kabel pararel VSL
7-wire strand yang biasa digunakan untuk
konstruksi jembatan kabel yaitu:Tabel 3.1 Jenis kabel dan
angker
Standard ASTM A 416-74 grade270 Euronorme 138-79
(mm) 15.2 15.7As (mm2) 140 150fu (fijin = 0.7 fu) (MPa) 1860
(1488) 1770 (1416)Ukuran angker 7, 12, 19, 31, 37, 61, dan 91
strand
Dimensi awal kabel didekati dengan persamaan berikut (Gimsing,
1983):
afPWAsc
u .2/2sin)8.0(cos)(
Dimana:Asc = Luas penampang kabelW = Beban mati dan hidup
merataP = Beban terpusat = Jarak antar angker kabel pada gelagar =
Sudut kabel terhadap horisontal = Berat jenis kabel
= 77.01 kN/m3
fu = Tegangan putus kabel = 1860 Mpaa = Jarak mendatar dari
pylon ke angker kabel pada gelagar
Perhitungan penampang dan jumlah strand kabel untuk preliminary
dasainsebagai berikut:
- Kabel s1:a1 = 15 m ; 1 = 67 ; W+P = 2293.67 kN
0Asc = 1577.012/)672sin()1488000(67cos)67.2293(
xx = 1678 mm2
Kabel tipe 1 ( = 15.2 mm; As = 140 mm2)
Jumlah kabel (n) = 99.1114016780
AsAsc
12 strand
Asc = n.As = 12 x 140 = 1680 mm2Tabel 3.2 Perhitungan penampang
dan jumlah strand kabel
ai W+P Asc0 n AscNo. ( o ) (m) (kN) (mm2) kabel (mm2)s4 38 48
4253.67 4667 37 5180s3 39 45 2293.67 2461 19 2660s2 49 30 2293.67
2049 19 2660s1 67 15 2293.67 1678 12 1680m1 67 15 2293.67 1678 12
1680m2 49 30 2293.67 2049 19 2660m3 39 45 2293.67 2461 19 2660m4 32
60 2293.67 2929 31 4340
Dalam pelaksanaan, kabel akan mengalami lendutan akibat berat
sendiri. Tetapidalam analisa dapat digunakan kabel yang lurus
dengan koreksi pada nilai moduluselastisitasnya, sebagai berikut
(Munaf dan Ryanto, 2004):
ElEEeq
3
2
.12).(1
Dimana :Eeq = Modulus elastisitas ekivalenE = Modulus
elastisitas kabel
= 200000 MPa = Berat jenis kabel
-
8= 77.01 kN/m3 = 77.01 x 10-6 N/mm3 = Tegangan tarik dalam
kabel
= 0.8 fu = 1488 MPal = Jarak titik gantung kabel
=222 cba
Perhitungan modulus elastisitas ekivalen masing-masing kabel
diberikancontoh kabel s1, kemudian untuk kabel yang lain ditabelkan
sebagai berikut:
- Kabel s1:a1 = 15 m ; b = 2 m, c1 = 31m
222 31215 l = 34.50 m
200000148812
)345001001.77(1200000
3
26
xx
xxEeq
= 200000 Mpa
Tabel 4.3 Perhitungan modulus elastisitas ekivalenai ci l
Eeq
No.(m) (m) (m) E
l3
2
.12).(1
(MPa)s4 48 37 60.64 1.0000 200000s3 45 35 57.04 1.0000 200000s2
30 33 44.64 1.0000 200000s1 15 31 34.50 1.0000 200000m1 15 31 34.50
1.0000 200000m2 30 33 44.64 1.0000 200000m3 45 35 57.04 1.0000
200000m4 60 37 70.52 1.0000 200000Dari Tabel 4.3 dapat diamati
bahwa koreksi modulus elastisitas yang terjadi
sangat kecil (kurang dari 0.5%) sehingga dapat diabaikan. Hal
ini berarti lendutankabel yang terjadi akibat berat sendiri
sangatlah kecil sehingga dapat dianggapsebagai kabel lurus.
3.5 Struktur pylonPreliminary pylon berdasarkan besarnya gaya
aksial tekan dan momen lentur
(akibat lentur diasumsikan 50% dari pengaruh aksial) dari gaya
aksial pada kabeluntuk satu sisi kolom vertikal pylon tersebut.
1. Material : Beton bertulang2. fc : 50 MPa3. fy : 400 Mpa4.
Bentuk pylon menggunakan tipe two vertical:
Tabel 4.4 Perhitungan gaya aksial pada pylona TNo.
kabel ( ) ( kN )Ts1 23 2293.67Ts2 41 2293.67Ts3 51 2293.67Ts4 51
4253.67Tm1 23 2293.67Tm2 41 2293.67Tm3 51 2293.67Tm4 58 2293.67
T = 20309.36Gaya aksial total (T) = 20309.36 kNb = lebar
penampang ; h = tinggi penampang = 2 b
23 67.6769781030
36.20309'
mmxfc
TAperlu = 6769.79 cm2*Asumsi akibat pengaruh momen lentur 50%,
maka :
-
90,17
0,05
C om podeck
Profil ribs
40
160
50
d3=200
Shear connectorD 19 com podeck
PO T O N G A N I-I
d4 = 50 m md3 = 200 m m
A spalD 19 - 100
C om podeckt = 1 m m
b1 = 2.6 mS = b1 - bf = 2.4 m
cover = 40m m
160m m50m m
D 19 - 200
10 - 200
Atot = (1+50%) 6769.79 = 10154.69 cm2 Luas penampang (A) = b x 2
b = 2 b2
b =2
69.101542A = 71.26 cm 150 cm
h = 2 x 150 = 300 cm
4. DESAIN STRUKTUR SEKUNDER4.1 Pelat lantai kendaraan
(komposit)
Pelat lantai kendaraan berupa beton komposit antara beton
bertulang denganpelat compodeck.
beton = 25 kN/m3aspal = 22 kN/m3comp = 77 kN/m3fc = 25 MPafy =
400 Mpafyc = 550 MpaCover = 40 mm
Tabel 4.1 Rekapitulasi pembebanan lantai kendaraanJenis Beban
Nilai LF TotalBeban mati (DL)
Beban pelat beton 6.25 kN/m 1.3 8.125 kN/mBeban compodeck 0.096
kN/m 1.1 0.106 kN/m
Beban superimpose (SDL)Beban aspal 2.2 kN/m 2.0 4.4 kN/m
Beban pelaksanaan (PLL)Beban pelaksanaan 2 kN/m 1.25 2.5
kN/m
Beban hidup (LL)Beban truk 112.5 kN 1.8DLA=30% 263.25 kN
Untuk mendapatkan pengaruh yang paling menentukan, beban
dikonfigurasidalam keadaan ultimit (RSNI T-02-2005: Tabel 40)
seperti berikut:
Tabel 4.2 Konfigurasi pembebanan lantai kendaraanModel Kombinasi
Gambar
1 DL+SDL+PLL+LL
2 DL+SDL+PLL+LL
= DL = Beban sendiri = SDL = Beban aspal = LL = Beban truk +
beban pelaksanaan
Dari hasil analisa diperoleh desain lantai kendaraan seperti
gambar berikut :
Gambar 4.1 Lantai kendaraan komposit
4.2 Railing jembatanRailing jembatan dari profil baja bulat,
sedangkan koneksi ke landasan diberi
base plate yang diangker ke beton trotoar. Analisa profil
railing dengan program SAP2000, untuk angker dengan menggunakan
program Profis Anchor.
beton = 25 kN/m3fc = 25 MPafy = 400 Mpa
Railing direncanakan menerima beban w = 0.75 kN/m yang bekerja
sepanjang Lpada pipa sandaran paling atas (RSNI T-02-2005 ps.12.5).
Kemudian beban wdidistribusikan ke join-join, sebesar :
Pw = w x b = 0.75 x 0.475 = 0.356 kNDari Analisa SAP2000
didapatkan, bahwa profil kuat, yaitu rasio antara beban
terfaktor dengan kapasitas nominal kurang atau sama dengan
1.00.Tabel 4.2 Hasil analisa profil railing
Diameter Ps Pn Rasio kapasitasFrame( " ) ( kN ) ( kN ) 1.00
-
10
bf = 300
d = 700
tf = 24
tw = 13
Vertikal tepi 3 -0.413 -0.489 0.845Horisontal 3 -0.332 -1.253
0.265Vertikal dalam 1 -0.023 -0.091 0.253Diagonal 1 -0.281 -1.007
0.279
Setiap tiang railing menerima momen :Mu = w x 0.5L x H
= 0.75 x 0.5(4.75) x 1.3= 2.316 kN-m
Geser :Vu = w x 0.5L
= 0.75 x 0.5(4.75)= 1.781 kN
Beban aksial di joint reaction per-1 tiang (frame vertikal
tepi):Pu = 0.413 kN (tekan)
Direncanakan :- Beton kerb : fc = 25 Mpa- Dimensi base plate
250, t = 14 mm (fy = 400 Mpa)Hasil analisa angker dengan HILTI
profis, didapatkan tipe HIT-RE 500+HAS-M8(spesifikasi
terlampir).
5. GELAGAR RIBSData perencanaan sebagai berikut :Gelagar
diasumsikan sebagai simple beam.Beton bertulang : fc = 25 Mpa ; fy
= 400 MpaPelat compodeck : fyc = 550 MpaProfil baja : BJ-41 fy =
250 Mpa ; fu = 410 MpaWF 700.300.13.24 : W = 185 kg/m 1.85
kN/mStud/shear connector : fur = 400 Mpabeton = 25 kN/m3aspal = 22
kN/m3baja = 77 kN/m3Cover = 40 mmt.compodeck = 1 mm
Tabel 5.1 Rekapitulasi pembebanan gelagar ribsJenis Beban Nilai
LF TotalBeban mati (DL)
Beban sendiri 2.035 kN/m 1.1 2.239 kN/mBeban pelat beton 15 kN/m
1.3 19.5 kN/mBeban pelat compodeck 0.23 kN/m 1.1 0.25 kN/m
Beban superimpose (SDL)
Beban aspal 5.28 kN/m 2.0 10.56 kN/mBeban pelaksanaan (PLL)
Beban pelaksanaan 2 kN/m 1.25 2.5 kN/mBeban hidup (LL)
Beban UDL 13.75 kN/m 1.8 24.75 kN/mBeban KEL 152.88 kN 1.8
275.18 kN
Untuk mendapatkan pengaruh yang paling kritis, beban
dikombinasikanberdasarkan kondisi ultimit (RSNI T-02-2005: Tabel
40) sebagai berikut:
Tabel 5.2 Kombinasi pembebanan gelagar ribsKombinasi Jenis
Beban
Komb 1 DL + SDL + LL(UDL+KEL)Komb 2 DL + SDL + PLL
Dari hasil analisa dengan program SAP2000 dapat dilihat bahwa
kombinasi 1akibat beban UDL-KEL lebih menentukan baik pada pengaruh
momen. maupungeser.Mu (+) = 882.62 kNmVu = 333.14 kN
Analisa kapasitas penampang kompositMn = 2689 kNm > Mu =
882.62 kNm (ok)
Analisa penampang komposit terhadap geserVn = 1228.5 kN > Vu
= 333.14 kN (ok)
Kontrol lendutanYijin = 1/800 x 7.5 = 0.0093 m
Tabel 5.3 Lendutan gelagar ribsFrame Displacement (Ymax)
(m)Girder UDL+KEL
Ymax Yijin
Ribs 0.0088 ok
Dengan demikian gelagar ribs WF 700.300.13.24 memenuhi syarat,
hasilnya sebagaiberikut :
Gambar 5.1 Hasil desain penampang gelagar ribs
-
11
S2
Profil ribs
40
160
50
d3=200
Shear connector (S1)D 19 com podeck 10
120
120
100
33
D 22
2050
S2
(S1)(S2)
Profil ribs
40
160
50
d3=200
Shear connector (S1)D 19 com podeck 10
120
120
33
D 22
20
tfd
2100 L = 2600 2100
6800
a a a = 1300 b f
tw
W F 700.300.13.24Stiffner
5.1 Shear connector (stud)Direncanakan stud :D = 22 mmAsc = x x
222 = 379.94 mm2Fu = 400 Mpa
Jadi jumlah stud sepanjang bentang adalah 2 x 22, sebanyak 44
stud.
Gambar 5.2 Detail pemasangan shear connector
6. GELAGAR MELINTANGTabel 6.1 Rekapitulasi pembebanan gelagar
melintang
Jenis Beban Nilai LF TotalBeban mati (DL)
Beban Wgelagar 3.146 kN/m 1.1 3.46 kN/mBeban Pribs 15.26 kN 1.1
16.79 kNBeban Pbeton 121.88 kN 1.3 158.44 kNBeban Pcomp 1.87 kN 1.1
2.057 kN
Beban superimpose (SDL)Beban Paspal 39.6 kN 2.0 79.2 kNBeban
kerb 27 kN/m 1.3 35.1 kN/m
Beban railing 0.826 kN 2.0 1.652 kNBeban PJU 3.18 kN 2.0 6.36
kN
Beban pelaksanaan (PLL)Beban pelaksanaan 2 kN/m 1.25 2.50
kN/m
Beban hidup (LL)
Beban UDL 42.975 kN/m 1.8 77.355 kN/mBeban KEL 63.7 kN/m 1.8
114.66 kN/m
Beban pejalan kaki 1500 kN/m 1.8 2700 kN/mUntuk mendapatkan
pengaruh yang paling kritis, beban dikombinasikan
berdasarkan kondisi ultimit (RSNI T-02-2005: Tabel 40) sebagai
berikut:Tabel 6.2 Kombinasi pembebanan gelagar melintang
Kombinasi Jenis BebanKomb 1 DL+SDL+LL(UDL+KEL)Komb 2
DL+SDL+LL(UDL+KEL +pejalan kaki)Komb 3 DL+SDL+PLL
Dari kondisi diatas dapat dilihat bahwa kombinasi 1 akibat
pengaruh UDL-KEL lebih menentukan pada pengaruh geser maupun
momen.
Analisa kapasitas penampang untuk mengetahui kuat lentur, geser
danlendutan.
Direncanakan : WF 900.300.18.34d = 912 mm ; tf = 34 mm ; r = 28
mmbf = 302 mm ; tw = 18 mm ; A = 36400 mm2Ix = 498000 x 104 mm4 ;
Iy = 15700 x104 mm4Mutu BJ-41 : fy = 250 MpaEs = 2 x 105 MpaDari
tabel profil (lampiran):Zx =12221 x 103 mm3 Analisa kapasitas
penampang akibat interaksi geser dan lentur
Jika momen lentur dianggap dipikul oleh seluruh penampang, maka
gelagar harusdirencanakan untuk memikul kombinasi lentur dan geser
(RSNI T-03-2005 ps.7.9.3),yaitu :
375.1625.0 Vn
VuMn
Mu
375.116.2216
84.792625.02749
77.1660
-
12
bf = 302
d = 912
tf = 34
tw = 18
r = 28
375.1828.0 ...(ok) Kontrol lendutan
Yijin = 1/800 x 7.3 = 0.0091 mHasil analisa lendutan dari SAP
2000 sebagai berikut :
Tabel 6.3 Lendutan gelagar melintang
Frame Displacement (Ymax) (m)Girder UDL+KEL T
Ymax Yijin
Tengah 0.0089 0.0084 okDengan demikian gelagar melintang WF
900.300.18.34 memenuhi syarat, hasilnyasebagai berikut :
Gambar 6.1 Hasil desain penampang gelagar melintang
7. ANALISA STATIS STRUKTUR UTAMAStruktur utama terdiri dari
gelagar memanjang box, kabel dan strutur pylon.Masing-masing gaya
kabel output dari iterasi yang dilakukan program
MIDAS/Civil ditabelkan sebagai berikut:Tabel 7.1 Gaya tarik awal
(stressing) masing-masing kabel
Kabel Stressing (kN) Kabel Stressing (kN)s4 4397 m4 4693s3 2218
m3 1820s2 2387 m2 2075s1 3160 m1 2958
Tabel 7.2 Rekapitulasi pembebananJenis Beban Nilai LF TotalBeban
mati (DL)
Berat sendiri box (W) 20.78 kN/m 1.1 22.86 kN/mP.gelagar ribs
15.26 kN 1.1 16.79 kNP.gelagar melintang 10.69 kN 1.1 11.76
kNP.kantilever 0.42 kN 1.1 0.46 kN
P.pelat beton bertulang 262.5 kN 1.3 341.25 kNP.pelat compodeck
4.44 kN 1.1 4.88 kN
W 14.1 kN/mPDL 375.14 kN
Beban superimpose (SDL)P.aspal 57.75 kN 2.0 115.5 kNP.kerb 36.45
kN 2.0 72.9 kNP.railing 0.826 kN 2.0 1.65 kNP.PJU 3.18 kN 2.0 6.36
kN
PSDL 196.41 kNBeban hidup (LL)
Beban UDL 20.06 kN/m 1.8 36.11 kN/mBeban KEL 222.95 kN 1.8
401.31 kN
Beban angin (WL)Tw1 1.01 kN/m 1.2 1.21 kN/mTw2 1.94 kN/m 1.2
2.33 kN/m
Tw 5.31 kN/mUntuk mendapatkan pengaruh yang paling menentukan,
beban dikonfigurasi
seperti berikut (Munaf dan Ryanto, 2004):Tabel 8.5 Konfigurasi
pembebanan
Kasus Beban Gambar
1 DL + SDL + LLtepi
2 DL + SDL + LLtengah
3 DL + SDL + LLpenuh
4 DL + SDL + Anginpenuh
5 DL + SDL + Anginekstrim
= DL = Beban sendiri = SDL = Beban aspal
= LL = Beban UDL = Beban angin
= Beban KEL
-
13
Hasil analisa statis strutur utama dengan bantuan program
MIDAS/Civil,sebagai berikut :
(a)
(b)
(c)Gambar 7.1 Deformasi struktur pada (a)Kasus 1 (b)Kasus 2
(c)Kasus 3
(c)
(d)Gambar 7.2 Deformasi struktur pada (c)Kasus 4 (d)Kasus 5
8. DESAIN KAPASITAS GELAGAR MEMANJANG BOXAnalisa ini dimaksudkan
untuk mengetahui kemampuan gelagar box terhadap
gaya yang bekerja dari berbagai kasus. Desain gelagar dibagi
menjadi dua tipe yaitupada midspan closure yang menerima gaya
aksial tarik tinggi, dan gelagar bagiandalam kabel yang menerima
gaya aksial tekan tinggi.
Tabel 8.1 Resume gaya dalam gelagar midspan closureMomen (kN-m)
Geser (kN) Aksial (kN)
Kasus 1 -3548 1065 -777Kasus 2 12395 -1447 8069Kasus 3 10985
-1447 4802Kasus 4 3420*sb. lemah: 227
-1040 5100
Kasus 5 3420*sb. lemah: -35
-1038 2573
Tabel 8.2 Resume gaya dalam gelagar bagian dalamMomen (kN-m)
Geser (kN) Aksial (kN)
Kasus 1 15646 -1875 -28384Kasus 2 -14894 1874 -27587Kasus 3
10238 2196 -30502Kasus 4 6333*sb. lemah: -2414
1647 -25675
Kasus 5 6333*sb. lemah: -734
-1646 -25076
Kontrol akibat aksial Pn = 50679.6 kN > [Pumax = 30502 kN
:Tabel 8.2](ok)
Kontrol akibat kombinasi lentur + aksialGelagar midspan closure
(Lentur + aksial tarik) :
20.016.050679.6
8069.
Pnt
Pu
maka :
-
14
00.1...2
Mnyb
MuyMnxb
MuxPnt
Pu
00.1353809.0
227469809.0
123956.506792
8069
xxx
0.38 1.00 (ok)
Gelagar bagian dalam (Lentur + aksial tekan) :
20.05.0)x100x290/1.030.85(2400028384
.
3-
Pnc
Pu
maka :
00.1..9
8.
Mnyb
MuyMnxb
MuxPnc
Pu
00.1353809.0
2414469809.0
15646985.0
xx0.90 1.00 (ok)
9. ITERASI KEBUTUHAN KABELAsc* P* Asc P
9.1 Perhitungan penampang kabel berdasarkan gaya kabel P*Dari
gaya kabel P* yang diperoleh, dapat langsung dihitung luas
penampang
yang diperlukan (Asc). Contoh perhitungan diberikan untuk kabel
s4 dan untuk kabelyang lain ditabelkan sebagai berikut:
Kabel s4:P = 6840 kNAAsc = F/fijin
= 6840/1.488= 4596 mm2
9.2 Perhitungan penampang kabel berdasarkan gaya kabel P*Dari
gaya kabel P* yang diperoleh, dapat langsung dihitung luas
penampang
yang diperlukan (Asc). Contoh perhitungan diberikan untuk kabel
s4 dan untuk kabelyang lain ditabelkan sebagai berikut:
Kabel s4:P = 6840 kNAAsc = F/fijin
= 6840/1.488 = 4596 mm2
9.3 Kroscek penampang kabel berdasarkan gaya kabel PContoh
perhitungan diberikan untuk kabel s4 dan untuk kabel yang lain
ditabelkan sebagai berikut:Kabel s4:Ascaktual = 5180 mm2Pn =
fijin x Ascaktual
= 1.488 x 5180= 7708 kN
P = 6684 kNPn > P (ok)Dari hasil beberapa iterasi tersebut,
maka diperoleh kebutuhan kabel seperti
gambar berikut:
Gambar 9.1 Parameter struktur kabel VSL 7-wire strand
10. PENULANGAN STRUKTUR PYLONTulangan pokok dihitung dengan
program bantu PCACOL, hasilnya sebagai
berikut: Kolom pylon 1.50 x 3.00 m 292 D32 ( = 5.32%) Balok atas
0.60 x 2.00 m 24 D32 ( = 1.64%) Balok bawah 1.00 x 1.50 m 46 D32 (
= 2.51%)
11. STAGING ANALYSISMetode pelaksanaan/staging analysis
konstruksi jembatan cable stayed ini
dibuat kantilever bebas dan dipengaruhi langsung oleh beban form
traveller. Gelagardan LK (gelagar melintang, kantiever, ribs dan
pelat compodeck) sebelum dipasangdirangkai terlebih dahulu untuk
mengurangi pengerjaan saat pelaksanaan. Tahapannyasebagai
berikut:
1. Pelaksanaan pemasangan gelagar G1(gelagar memanjang box) dan
LK1menggunakan crane kemudian ditempatkan di atas perancah lalu
dilakukanpen-jacking-an pada angker s1 dan m1.
-
15
2. Tahap berikutnya dilakukan pemasangan pada Gs2 dan LKs2, lalu
dijackingpada angker s2.
3. Pemasangan Gm2 dan LKm2, lalu dijacking pada angker m2.
Dilanjutkandengan pengecoran pelat beton LK1.
4. Pemasangan Gs3, LKs3, Gm3 dan LKm3, lalu jacking dilakukan
bergantiandengan melakukan pada angker m3 terlebih dahulu.
5. Kemudian Jacking dilakukan pada angker s3. Diteruskan dengan
pengecoranpelat beton LKs2 dan LKm2.
6. Pemasangan Gs4, LKs4, Gm4 dan LKm4 tetap menggunakan form
traveler.7. Jacking pada pylon diawali pada s4 dan diangker di blok
angker pada
abutment. Kemudian dilakukan jacking pada s4.8. Berikutnya
dilakukan penyambungan closer yaitu Gclosure dan LKclossure.
Lalu
pengecoran pelat beton mulai dari LKs3, LKm3, LKs4 sampai LKm4.
Setelahitu salah satu form traveler dibongkar, dan dilanjutkan
dengan pengecoranpelat beton closer lalu form traveler
dibongkar.
9. Selanjutnya dilakukan pekerjaan infrasturktur pelengkap
bangunan.Metode analisis struktur dibuat dengan metode demolishing
procedure melalui
backward solution. Dimulai dari keadaan final jembatan
dilanjutkan dengan melepasbagian per bagian hingga sampai pada
keadaan awal pada metode pelaksanaan.Semua tahapan tersebut
di-input-kan kedalam program MIDAS/Civil sehinggadidapat hasil gaya
per tahapan analisa.11.1Kontrol gelagar memanjang box
Gaya aksial maksimal gelagar bagian dalam saat pelaksanaan lebih
besardibandingkan pada saat servis, sehingga gelagar perlu
dikroscek kapasitasnya. Gayamaksimum yang bekerja pada gelagar
bagian dalam saat pelaksanaan yangmenimbulkan momen maksimum
adalah:
Tabel 11.1 Gaya dalam pada tahap 17, gelagar Gm1Momen
(kNm)Gelagar Tahap
Sb. kuat Sb. lemahGeser(kN)
Aksial(kN)
Gm1 17 19474 -1722 -2206 -35071
Kontrol akibat kombinasi lentur + aksialGelagar bagian dalam
(Lentur + aksial tekan) :
20.06.0)x100x290/1.030.85(2400035071
.
3-
Pnc
Pu
maka :
00.1..9
8.
Mnyb
MuyMnxb
MuxPnc
Pu
00.1353809.0
1722469809.0
19474986.0
xx0.988 1.00 (ok)
11.2 Kontrol penampang kabelTabel 11.2 Gaya kabel saat
pelaksanaan
Gaya kabel (kN)KabelServis Pelaksanaan Selisih
Ket.
Gs4 6684 4596 2088 31% Tahap 1Gs3 2567 1905 663 26% Tahap 1Gs2
2787 2036 751 27% Tahap 1Gs1 3956 2918 1038 26% Tahap 19Gm1 3980
3070 910 23% Tahap 19Gm2 2738 1990 748 27% Tahap 1Gm3 2482 1825 657
26% Tahap 1Gm4 5713 4757 956 17% Tahap 1
Dari tabel diatas dapat diamati bahwa hampir semua kabel
mendapat gayakabel maksimum pada tahap 1 yaitu saat kondisi final
sebelum beban hidup diberikan.Hanya pada kabel di dekat pylon (s1
dan m1) tidak demikian. Kabel-kabel inimendapat gaya kabel maksimum
saat tahap 19. Hal ini karena pada saat itu kabel-kabel ini memikul
beban gelagar dan form traveller sendirian. Gaya kabel
saatpelaksanaan semuanya lebih kecil dari gaya kabel saat servis,
maka kebutuhanpenampang kabel terpenuhi.
side middleGambar 11.1 Deformasi struktur Tahap 19
-
16
11.3Kontrol struktur pylonTabel 11.3 Momen sumbu x pylon saat
pelaksanaan
Momen sb. x (kNm)ElemenServis Pelaksanaan Selisih
Ket
BA1 166 79 87 52% Tahap 1BA2 265 197 68 26% Tahap 9BA3 178 121
56 32% Tahap 19BB -2802 -2644 159 6% Tahap 1KKi 17554 28396 -10842
-62% Tahap 8KKa 20026 32092 -12066 -60% Tahap 8
Dari tabel di atas, dapat dilihat bahwa untuk elemen balok (BA
dan BB),momen x saat pelaksanaan masih lebih kecil dibandingkan
dengan momen x saatservis. Sedangkan untuk elemen kolom, momen x
saat pelaksanaan ternyata lebihbesar sekitar 62% (KKi) dan 60%
(KKa) dibandingkan dengan saat servis. Kolom-kolom ini harus
dikroscek terhadap tulangan yang telah ada dan apabila
tidakmemenuhi, harus direncanakan ulang.
Gaya maksimum yang bekerja pada pylon bagian kolom saat
pelaksanaan yangmenimbulkan momen maksimum adalah:
Tabel 11.4 Gaya dalam pada tahap 8, pylon KkaMomen (kNm)Elemen
Tahap
Sb. x Sb. yGeser(kN)
Aksial(kN)
KKa 8 32092 2032 -1456 -14804Momen yang terjadi dikalikan faktor
pembesaran momen karena kelangsingan
pylon seperti pada analisa penampang pylon sebagai berikut ini
dengan Pu adalahgaya aksial pada tahap 8.
1. Rangka tanpa pengaku lateral (unbraced frame)Momen desain Mc
= uxxM = 2.3932092 = 76699.88 kNm
2. Rangka dengan pengaku lateral (braced frame)Momen desain Mc =
uyyM = 2.42032 = 4876.8 kNmDengan tulangan yang telah ada, diagram
interaksi yang dihasilkan adalah
sebagai berikut:
Gambar 11.2 Diagram interaksi pylon saat pelaksanaanDari diagram
interaksi tersebut nomor 1 mewakili gaya dalam pada tahap 8
menunjukkan bahwa kapasitas penampang pylon memenuhi syarat
dengan tulanganterpasang 293D32 ( = 5.32%).
Tabel 11.5 Momen sumbu y pylon saat pelaksanaanMomen sb. y
(kNm)Elemen
Servis Pelaksanaan SelisihKet
BA1 1329 646 683 51% Tahap 1BA2 2039 1567 472 23% Tahap 9BA3
1358 1184 174 13% Tahap 19BB 4039 4580 -540 -13% Tahap 1KKi -2650
-2248 403 15% Tahap 8KKa 2467 2032 434 18% Tahap 8
Dari tabel di atas, ternyata balok BB mempunyai momen y saat
pelaksanaanyang lebih besar daripada saat servis sehingga perlu
dikroscek apakah dengan jumlahtulangan yang ada masih memenuhi.
Gaya maksimum yang bekerja pada balok BB saat pelaksanaan
yangmenimbulkan momen y maksimum adalah:
Tabel 11.6 Gaya dalam pada tahap 1, balok BBMomen (kNm)Elemen
Tahap
Sb. x Sb. yGeser(kN)
Aksial(kN)
BB 1 -2644 4580 1863 8549
-
17
Dengan tulangan yang telah ada, diagram interaksi yang
dihasilkan adalahsebagai berikut:
Gambar 11.3 Diagram interaksi balok BB saat pelaksanaanDengan
demikian hasil interaksi akibat pengaruh pelaksanaan, kapasitas
penampang mencukupi dengan tulangan terpasang 46D32 ( =
2.51%).
Tabel 11.7 Gaya geser pylon saat pelaksanaan
Geser (kN)ElemenServis Pelaksanaan Selisih
Ket
BA1 609 537 72 12% Tahap 1BA2 679 538 141 21% Tahap 9BA3 -5109
-4249 860 17% Tahap 19BB 1916 1863 53 3% Tahap 1KKi -1793 -1454 339
19% Tahap 8KKa -1740 -1456 285 16% Tahap 8
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa geser saat pelaksanaan
masih lebih kecildari geser yang terjadi saat servis sehingga tidak
perlu direncanakan ulang.
Tabel 10.11 Gaya aksial pylon saat pelaksanaan
Aksial (kN)ElemenServis Pelaksanaan Selisih
Ket
BA1 -1757 -1664 93 5% Tahap 1BA2 -1629 -1689 -60 -4% Tahap 9BA3
-1758 -1693 65 4% Tahap 19
BB 9878 8549 1329 13% Tahap 1KKi -18282 -14935 3347 18% Tahap
8KKa -18001 -14804 3196 18% Tahap 8
Dari tabel di atas, dapat diamati bahwa sebagian besar gaya
aksial yang terjadisaat pelaksanaan masih lebih kecil dari gaya
aksial saat servis, kecuali untuk balokBA2. Tetapi hal ini tidak
perlu dikroscek karena besarnya tidak melebihi gayaaksial balok BA1
dan BA3. Dimana BA1, BA2 dan BA3 mempunyai penampangyang sama.
12. ANALISA DINAMISAnalisa dinamis ini meliputi analisa
stabilitas aerodinamis yaitu vortex-
shedding (yang berkaitan langsung dengan efek psikologis),
flutter dan gempa. Tetapiuntuk proyek yang sebenarnya, analisa
dinamis ini harus dilakukan denganterowongan angin menggunakan
model.12.1 Stabilitas Aerodinamisa. Frekuensi alami
Frekuensi alami yang dihitung yaitu frekuensi lentur (fB) dan
frekuensitorsi (fT).
fB = 0.32 HzfT = 0.35 Hz
b. Efek vortex-sheddingVortex-shedding adalah osilasi gaya
akibat pusaran angin atau turbulensi. Pada
kecepatan angin tertentu yang disebut kecepatan kritis, akan
terjadi vortex-shedding.Untuk mendapatkan kecepatan kritis yang
akan menyebabkan vortex-shedding,digunakan persamaan angka Strouhal
(S).
S =V
hf B Dimana:S = Angka StrouhalfB = Frekuensi alami lenturh =
Tinggi lantai kendaraanV = Kecepatan angin yang dihitung
berdasarkan angka StrouhalKecepatan angin V dicari dengan
menggunakan persamaan angka Strouhal.
Angka Strouhal (S) sendiri ditentukan 0.15 yaitu rata-rata dari
jangkauan nilai antara0.10 dan 0.20. Tinggi lantai kendaraan (h)
adalah 1.75 m.
V =S
hf B
-
18
=
15.075.132.0
= 3.73 m/detSelanjutnya dicek dengan menggunakan persamaan angka
Reynold, sebagai
berikut:
Re = BV
Dimana:Re = Angka ReynoldV = Kecepatan angin yang dihitung
berdasarkan angka StrouhalB = Lebar lantai kendaraan = Viskositas
kinematis udaraNilai angka Reynold harus berkisar antara 105 sampai
107. Viskositas
kinematis udara diberikan 0.15 cm2/det (Walther, 1999). Lebar
lantai kendaraan 11.2m.
Re = BV
= 41015.02.1173.3
= 2.79 x 106 (105 < Re < 107)
Akibat terpaan angin, akan terjadi uplift atau gaya angkat yang
besarnya:
Fo = hCV 2
2
Dimana:Fo = Gaya angkat = Berat volume udaraV = Kecepatan angin
yang dihitung berdasarkan angka StrouhalC = Koefisien gaya angkat
lantai kendaraanh = Tinggi lantai kendaraanBerat volume udara
diketahui 1.3 kg/m3. Dan koefisien C diambil melalui
grafik berikut:
Gambar 12.1 Koefisien C dari tiga penampangGrafik diatas adalah
hasil percobaan dari tiga bentuk penampang lantai
kendaraan jembatan-jembatan yang sudah berdiri. Penampang yang
ditandai sudahcukup merepresentasikan bentuk penampang lantai
kendaraan yang dipakai. Dengan diambil 0, didapat C sebesar 0.4.
Tetapi pada kenyataannya, angin tidak selalumenabrak jembatan dalam
arah horisontal sempurna. Terkadang terdapat sudut yang berkisar
antara 3 sampai 9 (rata-rata 6) (Walther, 1999), sehingga didapat
Cyang paling menentukan yaitu 0.38. Tanda positif menunjukkan bahwa
gaya angkatbekerja ke atas.
Fo = hCV 2
2
= 75.1)38.0(273.33.1
2
= 6.01 N/m
-
19
Gaya ini akan menimbulkan osilasi gelagar yang amplitudonya
dapat dihitungsebagai berikut:
v = maxvm
Fo
Dimana:v = Amplitudo osilasi = Penurunan logaritmik (koefisien
peredaman)Fo = Gaya angkatvmax= Deformasi statis maksimum struktur
karena berat sendiri dalam arah
yang ditinjaum = Berat sendiri lantai kendaraan per meter
lariPenurunan logaritmik (koefisien peredaman) ditentukan berkisar
0.05
(Walther, 1999). Fleksibilitas lantai kendaraan didefinisikan
sebagai rasio antarabeban dan deformasi yang dihasilkan. Berat
sendiri lantai kendaraan yaitu terdiri dariberat pelat, gelagar
melintang, dan gelagar memanjang adalah 67.97 kN/m.
v = maxvm
Fo
=3
3 100.31097.6701.6
05.0
= 16.66 mm
Amplitudo getaran sebesar 16.66 mm dengan frekuensi sebesar 0.32
Hz masukdalam daerah (A) yang dapat diterima. Hal ini dapat dilihat
dari grafik berikut(Walther, 1999): Gambar 12.2 Klasifikasi efek
psikologis berdasarkan amplitudo getaran
Bila perlu, perhitungan dapat dilanjutkan dengan mencari nilai
percepatangetaran yang dihasilkan dengan persamaan sebagai
berikut:
v = 42 x f 2 x v= 42 x 0.322 x (16.66 x 10-3)= 0.083 m/s2
Percepatan sebesar 0.083 m/s2 dengan frekuensi sebesar 0.32 Hz
masuk dalamdaerah (A) yang dapat diterima. Hal ini dapat dilihat
dari grafik berikut (Walther,1999):
-
20
Gambar 12.3 Klasifikasi efek psikologis berdasarkan percepatan
getaran (Walther,1999)
Untuk meminimalisasi vortex-shedding ini, beberapa langkah dapat
diambil(Walther, 1999).
Memberikan lantai kendaraan penampang yang lancip di tepinya
untukmembelah angin. Dengan begitu, tidak terjadi turbulensi. Akan
tetapisystem lantai kendaraan jembatan ini dengan twin box
girder.
Memasang deflector atau pengarah angin di sudut-sudut
penampangsehingga udara mengalir dengan lancar dan tidak terjadi
turbulensi.
c. Efek flutterFenomena flutter terjadi jika muncul ayunan
lentur dan ayunan torsi
akibat terpaan angin, dan keduanya memiliki perbedaan fase
sebesar /2. Padakecepatan angin tertentu yang disebut kecepatan
kritis, akan menghasilkanefek ini. Gabungan antara ayunan lentur
dan ayunan torsi ini semakin lamaakan semakin besar walaupun
kecepatan kritis tetap dan akan menyebabkanruntuhnya struktur
(Walther, 1999).
Gambar 12.5 Efek flutter dengan perbedaan fase /2Untuk
mendapatkan kecepatan kritis teoritis, digunakan metode
Klppel, yang didasarkan pada teori Theodorsen yang meneliti efek
flutterpada sayap pesawat. Metode ini menggunakan grafik berikut
(Walther, 1999):
Gambar 12.6 Kecepatan kritis teoritis untuk flutter
-
21
Grafik diatas digunakan untuk nilai = 100. Persamaan adalah: =
2b
m
Dimana:m = Berat sendiri lantai kendaraan per meter lari = Berat
volume udarab = Setengah lebar lantai kendaraanBerat sendiri lantai
kendaraan yaitu terdiri dari berat pelat
(beton+compodeck), gelagar melintang, dan gelagar memanjang
(ribs+box)adalah 67.97 kN/m atau 6797 kg/m. Berat volume udara
diketahui sebesar1.3 kg/m3. Lebar lantai kendaraan adalah 11.2 m
sehingga setengahnya adalah5.6 m.
= 2bm
= 26.53.1
6797 = 53.09
Nilai = 53.09 mendekati angka 100, sehingga grafik dapat
dipakai.Selain , diperlukan juga beberapa parameter lain
diantaranya , r/b, dan .
adalah rasio antara fT dan fB. Telah didapatkan bahwa fT = 0.35
Hzdan fB = 0.32 Hz, sehingga = 1.09. Nilai r/b sendiri dapat
dihitung: 3.57/5.6= 0.64. adalah penurunan logaritmik (koefisien
peredaman) dan ditentukanberkisar 0.05.
Dengan melihat grafik di atas, dapat diketahui nilai kecepatan
kritisteoritisnya.
bfV
B
ltheoriticacrit
2.
= 6
Sehingga:Vcrit. theoritical = 6 (2 x x fB x b)
= 6 (2 x x 0.32 x 5.6)= 68 m/det
Besar kecepatan kritis teoritis ini harus dikoreksi menjadi
kecepatankritis aktual menggunakan grafik berikut (Walther,
1999):
Gambar 12.7 Koefisien koreksi = Vcrit actual/Vcrit
theoriticalPenampang lantai kendaraan yang dipakai mendekati
penampang yang
ditandai, jadi boleh digunakan. Dengan nilai = 1.09, didapatkan
nilai koreksi = 0.9.
Pada kenyataannya, angin tidak selalu menabrak jembatan dalam
arahhorisontal sempurna. Terkadang terdapat sudut yang berkisar
antara 3sampai 9 (rata-rata 6). Maka dari itu, diperlukan lagi
koreksi. Untuk lantaikendaraan dengan penampang aerodinamis,
koreksi ini sebesar 0.5 (Walther,1999).
( = 6) = 0.5 x ( = 0)= 0.5 x 0.9= 0.45
Sehingga:Vcrit actual = x Vcrit theoritical
= 0.48 x 68
-
22
= 30.6 m/s= 110.16 km/jam
Hal ini berarti, bila angin di lapangan bertiup dengan kecepatan
110.6km/jam, maka akan mulai terjadi efek flutter. Jadi kecepatan
angin dilapangan tidak boleh melebihi kecepatan ini. Sedangkan
untuk perencanaan,telah digunakan kecepatan angin 30 m/s = 108
km/jam, sehinggamemenuhi.
12.2 Gempa dinamisBeban gempa dianalisa dinamis dengan response
spectrum analysis
menggunakan bantuan program MIDAS/Civil menurut Pd T-04-2004B.
Strukturberada pada daerah yang memiliki zona gempa 4.a. Pengaruh
gempa pada kolom pylon
Arah beban gempa masing-masing memberikan pengaruh pembebanan
yangcukup besar pada pylon sebagai berikut :
Tabel 12.1 Perbandingan MyMomen sb. Y global (kNm)Arah
Gempa Elemen Servis Gempa SelisihKki -2650 10336 7685 290%Sb. X
Kka 2467 10926 8459 343%Kki -2650 3689 1038 39%Sb. Y Kka 2467 5294
2827 115%
Tabel 12.2 Perbandingan MxMomen sb. X global (kNm)Arah
Gempa Elemen Servis Gempa SelisihKki 17554 15556 -1998 -11%Sb. X
Kka 20026 -15556 -4471 -22%Kki 17554 -26124 8570 49%Sb. Y Kka 20026
-24328 44355 221%
Tabel 12.3 Gaya dalam pylon akibat gempaMomen (kNm) Geser (kN)
AksialElemen ArahGempa Sb. X Sb. Y Sb. X Sb. Y (kN)
Kka Sb. X -15556 10926 -939 405 -16418
Sb. Y -24328 5294 -14 -309 -7176Karena momen akibat gempa pada
arah memanjang maupun melintang menimbulkanreaksi momen yang lebih
besar dari saat kondisi servis maka perlu dilakukan
kontrolpenampang kapasitasnya.Pembesaran momen akibat gempa arah
sumbu x
1. Rangka tanpa pengaku lateral (unbraced frame)Momen desain Mc
= uxxM = 2.8215556 = 43868 kNm
2. Rangka dengan pengaku lateral (braced frame)Momen desain Mc =
uyyM = 1.45294 = 7412 kNmDengan tulangan yang telah ada, diagram
interaksi yang dihasilkan adalah
sebagai berikut:
(a)
(b)Gambar 12.8 Diagram interaksi pylon akibat gempa (a)gempa
arah sb.x (b)gempa
arah sb.yDengan demikian hasil interaksi, kapasitas penampang
mencukupi dengan tulanganterpasang 292D32 ( = 5.32%)
-
23
b. Pengaruh gempa terhadap BATabel 12.4 Perbandingan Mx dan My
BAMomen x Momen y Geser AksialNo. Kasus
(kNm) (kNm) (kN) (kN)1 Kasus 1 -229 553 215 -14952 Kasus 2 -264
2039 -220 -17373 Kasus 3 -265 1428 -219 -17584 Kasus 4 -226 1124
271 -14595 Kasus 5 -226 1128 265 -14596 Gempa x -390 5000 -215
-19677 Gempa y -2946 4985 1816 -1705
Gambar 12.9 Diagram interaksi akibat gempa yHasil analisa yang
ditunjukkan oleh diagram interaksi diatas manyatakan, bahwa
padapada kasus Gempa arah y kapasitas tidak cukup, sehingga perlu
dilakukan re-desaindengan menambahkan tulangan, ditunjukkan sebagai
berikut :
Gambar 12.10 Diagram interaksi hasil re-desain BA akibat gempa
y
Dengan demikian hasil re-desain kebutuhan tulangan bertambah,
dari 24D32 ( =1.64%) menjadi 44D32 ( = 3%).
c. Pengaruh gempa terhadap BBTabel 12.5 Perbandingan Mx dan My
BBMomen x Momen y Geser AksialNo. Kasus
(kNm) (kNm) (kN) (kN)1 Kasus 1 -2600 -2347 -747 86542 Kasus 2
-2625 4039 -747 95023 Kasus 3 -2621 1499 -749 98784 Kasus 4 -2802
181 766 81695 Kasus 5 -2798 196 766 81696 Gempa x -3306 3560 -745
-108497 Gempa y -13641 162 2879 -10460
Dengan tulangan yang telah ada, diagram interaksi yang
dihasilkan adalahsebagai berikut:
Gambar 12.11 Diagram interaksi BB akibat gempa yHasil analisa
yang ditunjukkan oleh diagram interaksi diatas manyatakan, bahwa
padakasus Gempa arah y kapasitas tidak cukup, sehingga perlu
dilakukan re-desain denganmenambahkan tulangan, ditunjukkan sebagai
berikut :
-
24
Gambar 12.12 Diagram interaksi hasil re-desain BB akibat Gempa
yDengan demikian hasil re-desain kebutuhan tulangan bertambah, dari
46D32( = 2.51%) menjadi 70D32 ( = 3.82%).
SaranLaporan Akhir ini pasti masih terdapat
kekurangan-kekurangan. Sehingga ke
depannya supaya didapatkan hasil yang lebih baik, beberapa usaha
yang perludilakukan antara lain:
1. Banyaknya macam konfigurasi beban hidup kalau perlu ditambah
untukantisipasi keadaan yang memungkinkan terjadi di masa
depan.
2. Pada saat penentuan dimensi kabel, perlu juga dipertimbangkan
segiekonomis. Apabila digunakan tipe kabel yang memiliki diameter
lebihbesar dengan tegangan putus sedikit lebih kecil didapatkan
ukuran angkeryang lebih kecil, tipe kabel ini bisa digunakan khusus
untuk bagiantersebut. Hal ini dilakukan untuk menghindari
penggunaan ukuran angkeryang berlebihan sehingga lebih murah.
3. Dari kelima konfigurasi beban hidup yang ada, gaya maksimum
diberikanbergantian oleh kasus 1, kasus 2, dan kasus 3. Tetapi
untuk kasus 4 dankasus 5, dimana angin bertiup, sama sekali tidak
menentukan walaupunkecepatan angin yang diberikan cukup besar yaitu
30 m/s atau 108km/jam. Jadi beban hidup memberi pengaruh yang
dominan pada struktur.
4. Ketelitian dalam menghitung berat form traveller perlu
diperhatikan,karena beratnya menentukan perilaku struktur saat
pelaksanaankonstruksi.
5. Khusus untuk meninjau gaya aksial gelagar midspan closure,
berat sendiriyang diberikan tidak untuk seluruh lantai kendaraan,
tetapi hanya padabagian midspan closure itu saja. Hal ini karena
seluruh berat sendiri lantaikendaraan telah diterima sebagai gaya
aksial tekan saat pelaksanaan.Sehingga bila beban seluruh lantai
kendaraan diberikan, beban ini akandisalurkan ke gelagar midspan
closure sebagai gaya aksial tarik yangbesar, yang sebenarnya tidak
terjadi.
6. Untuk proyek yang sebenarnya, analisa dinamis yang ditinjau
tidak cukuphanya dengan perhitungan manual saja, tetapi harus
menggunakan modelpenuh menggunakan terowongan angin (wind tunnel
test) agar diketahuilebih akurat mengenai perilaku aerodinamis
struktur.
DAFTAR PUSTAKA
Bridge Management System. Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan.
BMS1992. Departemen PU Dirjen Bina Marga.
Gimsing, N.J. 1983. Cable Supported Bridges: Concept and Design.
John Wiley &Sons, Inc.
MIDAS/Civil Manual. Final and Construction Stage Analysis for a
Cable StayedBridge. MIDASoft Inc.
HILTI Profis Anchor Manual. Detailed Design Method Hilti.
HILTISoft Inc.Munaf, D.R., dan Ryanto, M. 2004. Kajian Pemodelan
Struktur Jembatan Cable
Stayed. Proseding Seminar Nasional Jembatan Berpenahan
Kabel.Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Malang.
Nawy, E.G. 1998. Beton Bertulang: Suatu Pendekatan Dasar. Refika
Aditama,Bandung.
OConnor, C. 1971. Design of Bridge Superstructure.
Wiley-Interscience.Standard Nasional Indonesia. Standard Pembebanan
untuk Jembatan. RSNI T-02-
2005. Departemen PU Dirjen Bina Marga.Standard Nasional
Indonesia. Perencanaan Struktur Baja untuk Jembatan. RSNI
T-03-2005. Departemen PU Dirjen Bina Marga.Standard Nasional
Indonesia. Perencanaan Beban Gempa untuk Jembatan. Pd T-
04-2004-B. Departemen PU Dirjen Bina Marga.Standard Nasional
Indonesia. Sistem Lantai Kendaraan dengan Corrugate Steel
Plate (CSP). Pd T-12-2005-B. Departemen PU Dirjen Bina
Marga.Standar Nasional Indonesia. Tata Cara Perhitungan Struktur
Beton Untuk
Bangunan Gedung. SNI 03 2847 2002.Suangga, M. 2007. Konsep
Desain Jembatan Cable Stayed Suramadu. Modul
Kuliah Tamu Jembatan Suramadu. Jurusan Teknik Sipil
FTSP-ITS,Surabaya.
Troitsky, M.S. 1977. Cable Stayed Bridges: Theory and Design.
Crosby LockwoodStaples, London.
Walther, R. 1999. Cable Stayed Bridges. Thomas Telford,
London.