perencanaan jembatan beton bertulang balok t sei nyahing kota ...
JURNAL TEKNIK POMITS Desain Balok Jembatan …
Transcript of JURNAL TEKNIK POMITS Desain Balok Jembatan …
JURNAL TEKNIK POMITS
1
Abstrak— Beton sebagai salah satu bahan
bangunan yang banyak digunakan untuk
pembangunan gedung memiliki kelemahan dalam
menahan gaya tarik, oleh karena itu beton harus
diperkuat dengan suatu material lain yang mampu
menahan gaya tarik. Baja merupakan material
campuran pada beton sehingga menghasilkan
komponen struktur beton bertulang yang mampu
menahan gaya tarik maupun gaya tekan dengan
baik.
Tulangan baja merupakan material yang
mudah korosi terutama pada lingkungan yang
extreme sehingga memerlukan perawatan untuk
menjaga kekuatan beton bertulang terhadap gaya
tarik, Dengan adanya kemajuan teknologi di bidang
konstruksi khususnya teknologi bahan kini telah
ditemukan metode baru dalam mempertahanan
ketahanan beton bertulang, dengan ide dasarnya
mengganti tulangan pada beton dengan material
yang kuat, ringan dan tahan korosi, seperti
menggunakan Fiber Reinforced Polymer (FRP).
FRP merupakan bahan yang ringan,
memiliki kuat tarik yang tinggi, anti magnetic dan
tahan terhadap korosi. Bahan ini dapat digunakan
sebagai alternatife pengganti material baja tulangan
pada konstruksi beton bertulang atau sebagai
material untuk menambah kekuatan konstruksi yang
sudah ada.
Penggunaan FRP lebih populer mengingat
banyaknya keuntungan yang dapat diperoleh seperti
bobot unit yang kecil, mudah diaplikasikan dan
ditangani, biaya instalasi dan pemeliharaan yang
rendah. Kerugian yang paling prinsip penggunaan
FRP sebagai sistim perkuatan adalah harga material
yang relatif lebih mahal. Pada situasi tertentu,
bagaimanapun, FRP memberikan jalan keluar yang
paling ekonomis dalam masalah perkuatan karena
secara dramatis dapat menekan biaya tenaga kerja
Dalam Tugas Akhir ini, penulis berusaha
untuk mendesain balok jembatan konvensional
bentang pendek menggunakan beton bertulangan
FRP mengikuti peraturan ACI 440.1R-06.
Kata Kunci: Balok Jembatan Konvensional, FRP, ACI 440.1R-06.
I. PENDAHULUAN embatan adalah salah satu sarana transportasi yang
berfungsi untuk menghubungkan dua bagian jalan
yang terputus oleh adanya rintangan-rintangan
seperti lembah yang dalam, alur sungai saluran irigasi,
selat dan laut. Berdasarkan panjang bentangnya,
jembatan dibagi menjadi dua macam yaitu jembatan
bentang pendek dan jembatan bentang panjang, dimana
bentang pendek disini didefinisikan sebagai jembatan
dengan panjang bentang lebih kecil dari 120 meter dan
bentang panjang adalah jembatan dengan panjang
bentang lebih dari 120 meter.
Jembatan Ciayu merupakan salah satu jembatan
yang menghubungkan desa Ranca Buaya dengan desa
Pameungpeuk yaitu ruas Jalan Pameungpeuk dan Jalan
Cidaun yang terletak pada wilayah Garut selatan.
Jembatan yang melintas di atas sungai Cihideung ini
memiliki lebar kurang lebih empat meter dengan struktur
bangunan atas berupa rangka baja dengan pelat kayu dan
abutment jembatan berupa beton bertulang. Jembatan ini
dibangun pada tahun 1971, dengan bentang jembatan ±
14 m, maka jembatan ini diklasifikasikan sebagai
jembatan bentang pendek.
Dengan perkembangan ekonomi desa
Pameungpeuk serta kondisi jembatan Ciayu yang
usianya mencapai 42 tahun, Jembatan Ciayu
membutuhkan banyak perbaikan dan perawatan untuk
mempertahankan kekuatan strukturnya. Saat ini kondisi
lantai jembatan sudah kurang layak untuk dilalui
kendaraan roda empat dan lebar yang hanya 4 meter
dirasa tidak efektif untuk melayani kebutuhan
transportasi masyarakat, sehingga perlunya dibangun
suatu jembatan baru untuk memenuhi kebutuhan
masyarakat yang perkembangan ekonominya semakin
meningkat.
Untuk itu akan dicoba mendesain konstruksi
jembatan Ciayu baru, lebar sungai yang pendek dan
meningkatnya kebutuhan transportasi masyarakat maka
dipilih jembatan dengan menggunakan sistem gelagar
balok bertulang. Jembatan ini direncanakan memiliki
bentang total ± 15 m dan lebar 7,5 meter. Karena lokasi
jembatan yang berada < 5KM dari pantai maka
Desain Balok Jembatan Konvensional Dengan
Penulangan Fiber Reinforced Polymer (FRP) Alfred Lesmana, Prof Tavio ST, MT, Ph.D dan Hidayat Soegihardjo Ir, Dr, MS.
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected].
J
JURNAL TEKNIK POMITS
2
Gambar 2.1 Bentuk Tulangan FRP
Baja GFRP CFRP AFRP
7,90 1,25-2,10 1,15-1,60 1,25-1,40
Baja GFRP CFRP AFRP
Memanjang, α L 11,7 6,0 s/d 10,0 -9,0 s/d 0,0 -6,0 s/d -2,0
Melintang, α T 11,7 21,0 s/d 23,0 41,0 s/d 58,0 60,0 s/d 80,0
ArahKoefisien termal ekspansi, x 10-6/ºc
*nilai khusus untuk volume fiber kisaran 0.5 s/d 0.7
Baja GFRP CFRP AFRP
Kuat tekan
nominal (MPa)276
s/d 517
N/A
N/A
N/A
Kuat tarik
(MPa)483
s/d 690 483
s/d 1600 600
s/d 3690 1720
s/d 2540
Modulus
Elastisitas
(GPa)
200 35 s/d 51 120
s/d 580 41
s/d 125
*nilai khusus untuk volume fiber kisaran 0,5 s/d 0,7
penulangan balok berton tidak menggunakan baja untuk
menambah kekuatan struktur, tetapi menggunakan
material yang kuat, ringan dan tahan korosi, seperti
menggunakan Fiber Reinforced Polymer (FRP).
II. TINJAUAN PUSTAKA
FRP merupakan bahan yang ringan, memiliki kuat
tarik yang tinggi, anti magnetic dan tahan terhadap
korosi. Bahan ini dapat digunakan sebagai tulangan pada
konstruksi beton ber-tulang, FRP cukup baik untuk
pengganti tulangan baja pada beton bertulang dan
terbukti kuat digunakan sebagai material untuk me-
ningkatkan ketahanan struktur balok, kolom, joint balok
kolom dan berbagai struktur lainnya terhadap gempa
bumi. FRP mem-punyai kekuatan ultimate yang lebih
tinggi dan bobot yang lebih rendah dibandingkan dengan
baja sehingga penanganannya secara signifikan menjadi
lebih mudah.
FRP yang dijual dipasaran terbuat dari bahan
dasar aramid FRP (AFRP), carbon FRP (CFRP), dan
glass FRP (GFRP) (ACI 440R). type perkuatan FRP
diproduksi dalam bentuk jaring, batang tulangan,
lembaran tipis dan tali. Bentuk batang memiliki type
yang bervariasi bentuk penampang (kotak, longkaran
pejal, dan berongga) dan system deformation (exterior
wound fibers, sand coatings, dan separately formed
deformations).
A. Sifat fisik
Tabel Perbandingan Densitas Tulangan (ton/m3)
Tabel Koefisien Termal Ekspansi Tulangan
B. Sifat mekanik dan perilaku
Tabel Sifat Tarik Tulangan
III.. METODOLOGI
Metodologi Tugas Akhir ini dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 3.1 Metodologi Tugas Akhir
JURNAL TEKNIK POMITS
3
1 2 3 4 5DIAFRAGMADIAFRAGMADIAFRAGMADIAFRAGMA
VOID VOID VOID VOID
PERK. ASPAL 5cmPELAT BETON 20cm
BERM 20 cm X 75cm
RAILING
50015007500
b.eff
t
h1
bw
H
Gambar 4.1 Penampang Balok Jembatan Ciayu
Tulangan ø (mm) f* fu (Mpa) Ef (GPa) e*fu
Lentur 25,4 597 49,1 0,014
Geser 9,525 765 43,2 0,019
Gambar 4.2 Penampang Balok Jembatan
IV.HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam perencanaan jembatan konvensional ini,
gelagar utama dan pelat lantai akan dicor menjadi satu
kesatuan (monolid), sehingga balok jembatan akan
bersifat sebagai balok T.
Dengan :
beff = 1500 mm
bw = 500 mm
H = 1200 mm
t = 200 mm
h1 = 1000 mm
A. Spesifikasi Bahan
Tabel Spesifikasi Beton
Konstruksi Mutu beton fc (Mpa)
Balok 30
Plat lantai 30
Diafragma 25
Sandaran 25
Tabel Spesifasi Tulangan Balok
B. Pembebanan
Berdasarkan buku ―Batan Standar Nasional–RSNI-
T02-2005‖ pembebanan yang direncanakan akan
berpengaruh besar terhadap desain balok jembatan
Ciayu, terdiri dari :
1) Beban berat sendiri (berat mati) dan beban
mati tambahan
2) Beban lajur ―D‖ dan beban garis ―KEL‖
3) Beban pejalan kaki dan beban terpusat ternak
JURNAL TEKNIK POMITS
4
MD ML MD+L VU
kN-m kN-m kN-m kN
berfaktor 760,10625 1378,0125 2138,11875 94,17
non-faktor 595,40625 765,5625 1360,96875 52,65
Beban
Jarak Mu d ɸMn
(mm) (kN-m) (mm) (kN-m)
7500 2138.1188 1080 28 2619.0552 0.013 0.0263 O
7000 2084.67 1120 25 2663.0018 0.013 0.0226 O
6500 2018.4938 1120 25 2663.0018 0.013 0.0226 O
6000 1939.59 1080 24 2472.0075 0.013 0.0225 O
5500 1847.9588 1090 22 2427.1955 0.013 0.0205 O
5000 1743.6 1100 20 2361.65 0.013 0.0184 O
4500 1626.5138 1130 17 2098.9649 0.013 0.0152 O
4000 1496.7 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O
3500 1354.1588 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O
3000 1198.89 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O
2500 1030.8938 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O
2000 850.17 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O
1500 656.7188 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O
1000 450.54 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O
500 231.6338 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O
0 0 1110 15 1843.5192 0.013 0.0137 O2
O: Over-Reinforced
2Statu
s
Pen
ulan
gan
∑
bar
Jarak d Vu V f S
(mm) (mm) (kN) (kN) (kN) (mm)
7500 0.25 1080 94.17 112.37 - T 540
7000 0.25 1090 119.625 110.92 - Pmin 440
6500 0.24 1090 145.08 108.82 - Pmin 440
6000 0.23 1100 170.535 104.97 - Pmin 440
5500 0.23 1100 195.99 102.25 - Pmin 440
5000 0.21 1130 221.445 99.26 22.93 P 3794
4500 0.2 1130 246.9 94.66 57.57 P 1511
4000 0.2 1130 272.355 94.66 83.03 P 1048
3500 0.2 1130 297.81 94.66 108.48 P 802
3000 0.2 1130 323.265 94.66 133.94 P 649
2500 0.2 1130 348.72 94.66 159.39 P 546
2000 0.2 1130 374.175 94.66 184.85 P 471
1500 0.2 1130 399.63 94.66 210.30 P 414
1000 0.2 1130 425.085 94.66 235.76 P 369
500 0.2 1130 450.54 94.66 261.21 P 333
0 0.2 1130 475.995 94.66 286.67 P 3035
P: perlu tulangan geser
Afv = 143 mm2
ffv = 0,7 × 769 = 538,3 MPa
T: Tidak memerlukan tulangan geser
k
Pmin: perlu tulangan geser minimum
5Ko
nd
isi
Tabel Momen dan Gaya Geser Tengah Bentang
C. Perhitungan Kontrol Balok
Lentur
Menghitung rasio kondisi seimbang tulangan FRP
ρfb
= 0.85β1
(ACI 440.1R;8-3)
rasio tulangan pakai
=
Tegangan FRP saat terjadi kegagalan terhadap
beton
[√( )
]
(
) (ACI 440.1R;8-4a)
(
)
= 4029,316 kN-m
Tabel Tulangan Lentur Pakai Pada Balok
Geser
Gaya geser ultimate tengah bentang
VU = 94,17 kN
Perlawanan gaya geser dari beton
VC =
√
=
√
= 319919,334 N
Tulangan geser diperlukan untuk menahan gaya
geser yang terjadi dan untuk tulangan praktis
pengikat tulangan lentur dengan jarak minimum
menurut ACI 318-05 nilai terkecil antara d/2 dan
600mm.
Kontrol
= 119969,75 N
Maka tidak diperlukan tulangan untuk menahan
gaya geser, pakai tulangan geser tulangan praktis
pengikat tulangan lentur dengan jarak terkecil
yaitu
.
Tabel Kebutuhan Penulangan Geser Balok
JURNAL TEKNIK POMITS
5
Gambar Penulangan Balok Jembatan
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
PROGAM STUDI S1 TEKNIK SIPIL
NAMA GAMBAR SKALA DOSEN PEMBIMBING
Prof Tavio, ST., MT., Ph.D
Hidayat Soegihardjo, Ir. MS, Dr.
NO. GAMBAR MAHASISWA
Alfred Lesmana
3108100129
UKURAN
TULANGAN BAWAHSENGKANG
TULANGAN ATAS
PO
TO
NG
AN
2, 3, dan 4
h
t
beff
bw
1200
200
1500
500
28 Ø25,4
Ø9,5 - 440
2 Ø25,4
1200
200
1500
500
15 Ø25,4
Ø9,5 - 300
2 Ø25,4
POTONGAN MELINTANG BALOK TENGAH
POTONGAN MELINTANG BALOK TENGAH 1 : 20 5 5
No.
LAPANGAN TUMPUAN
D. Hasil Perhitungan
Hasil dari perhitungan diatas menunjukan
perbedaan ke-butuhan tulangan untuk balok tengah,
sebagai berikut :
E. Pembanding tulangan lentur baja
Apabila menggunakan baja konvensional mutu
fy=400 MPa, kebutuhan tulangan lentur untuk
menahan beban yang bekerja pada balok tengah
dengan Mu =2138,11875 kN-m dengan penampang
b=500mm, d=1000mm, maka memerlukan:
18 ɸ25, Mn = 2839,667 kN-m – under-reinforced;
tetapi
35 ɸ25, Mn = 5668,785 kN-m – over-reinforced.
V. KESIMPULAN
Kesimpulan yang didapat setelah dilakukan
analisa desain balok jembatan menggunakan tulangan
fiber reinforced polymer (FRP) adalah sebagai berikut :
Dengan kekuatan tarik FRP yang besar, maka
rasio kondisi seimbang penulangan menggunakan
FRP akan selalu lebih kecil bila dibandingkan
dengan rasio penulangan menggu-nakan baja
konvensional pada ondisi seimbang.
Penulangan yang menggunakan tulangan FRP
mengharus-kan penampang didesain over-
reinforced, sehingga jumlah tulangan pakai akan
sama atau lebih banyak dari perkuatan
menggunakan tulangan baja yang didesain under-
reinforced.
Desain penulangan menggunakan FRP harus
bersifat over-reinforced karena FRP tidak
memiliki batas leleh saat mencapai beban
ultimate.
Berat struktur menggunakan penulangan FRP akan
lebih ringan, karena berat jenis FRP yang hanya
sebesar ±
berat jenis baja, sehingga secara
signifikan berat struktur akan bertambah ringan
VI DAFTAR PUSTAKA
Alami, Fikri. 2010 Perkuatan Lentur Balok Beton
Bertulang Dengan Glass Fiber Reinforced
Polymer (GFRP). Prosiding Seminar dan Pameran
Haki 2010 - ― Perkembangan dan Kemajuan
Konstruksi Indonesia‖
American Concrete Institute, 2005. BUILDING CODE
REQUIREMENTS FOR STRUCTURAL
CONCRETE AND COMMENTARY, ACI 318M-
05.
Badan Standard Nasional. 2005. PEMBEBANAN
UNTUK JEMBATAN (RSNI T-02-2005).
JURNAL TEKNIK POMITS
6
Badan Standard Nasional. 2004. PERENCANAAN
STRUKTUR BETON UNTUK
JEMBATAN (RSNI T-12-2004). Bank, Lawrece C. 2006. Composites for Construcrion:
Structural Design with FRP Material, Canada:
John Wiley & Sons, Inc.
Chair, John P B. 2006. Guide for the Design and
Construction of Structural Concrete
Reinforced with FRP Bars , America: ACI
Cimmittee 440
Kader, Suardana. 2012. KINERJA BALOK BETON
BERTULANG DENGAN PERKUATAN
LENTUR LEMBAR CFRP YANG DIVARIASI
MENURUT MUTU BETON DAN DALAM
JUMLAH LAPIS LEMBAR CFRP, Bali: Jurusan
Teknik Sipil Politeknik Negeri Bali
Pandia, Andreas. 2010. Perilaku Balok Bertulang Yang
Diberi Perkuatan Geser Menggunakan Lembaran
Woven Carbon Fiber. Sumatra Utara: Jurusan
Teknik Sipil USU
Victor, D. Johnson. 1980. ESSENTIALS OF
BRIDGE ENGINEERING.
Azwarudin.blogspot.com/2008/02/pengertian-
jembatan.html?m=1