KAJIAN PERILAKU JEMBATAN GELAGAR BETON PRATEKAN …
Transcript of KAJIAN PERILAKU JEMBATAN GELAGAR BETON PRATEKAN …
KAJIAN PERILAKU JEMBATAN GELAGAR BETON PRATEKAN TIPE KANAL TEGAK TERHADAP PEMBEBANAN STATIS
Gilang Bhisma Pratama1,* dan Heru Purnomo1
1Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia
Email: [email protected]
ABSTRAK Jembatan beton pratekan tipe kanal tegak adalah salah satu konsep inovasi jembatan yang berkembang dalam 10 tahun terakhir ini. Bentuk gelagar yang menyerupai huruf U dan diperkuat dengan tendon prategang menjadikan jembatan ini sebagai salah satu alternatif desain untuk jembatan kereta api dan jalan raya. Untuk menerapkannya di Indonesia perlu adanya kajian perilaku jembatan tersebut. Dalam kajian ini dilakukan peninjauan respon jembatan terhadap pembebanan statis yang meliputi lendutan, gaya normal, momen lentur dan tegangan. Model jembatan sesuai dengan jembatan kereta api eksisting yaitu Jembatan Villupuram di daerah Tamil Nadu, India. Hasil kajian ini dibandingkan dengan pemodelan oleh Vurugonda Raju maupun hasil percobaan lapangan oleh Devdas Menon dari Indian Institute of Technology Madras di Chennai-India serta membandingkannya dengan peraturan yang ada di Indonesia. Dengan bantuan perangkat lunak komputer berbasis Metode Elemen Hingga, dikaji respon jembatan dengan menggunakan simulasi parametrik berupa variasi mutu beton, umur jembatan dan kelembapan relatif lingkungan. Pada titik tinjau di tengah bentang, lendutan akan semakin berkurang diikuti dengan tegangan serat atas beton yang semakin bertambah dan tegangan serat bawah beton yang semakin berkurang apabila mutu beton yang digunakan dan kelembapan relatif lingkungan semakin tinggi. Di sisi lain semakin bertambah umur jembatan, lendutan akan semakin bertambah diikuti dengan berkurangnya tegangan serat atas beton dan bertambahnya tegangan serat bawah beton. Kata kunci : Beban statis; gelagar U; jembatan beton; percobaan lapangan; prategang
ABSTRACT
U-girder prestressed concrete bridge is a new concept of bridge innovation developed in the last 10 years. U-shaped girder strengthened with prestressed tendons makes this type of bridge as one of the alternatives in railway and highway bridges design. In order to apply it in Indonesia, more study of the bridge behaviours are needed. In this study, the bridge responses due to static loading such as deflection, normal force, bending moment and stress are studied. The bridge model is based on the real model of Villupuram Bridge in Tamil Nadu,India. The results are then compared with those obtained from the model of Vurugonda Raju and the field experiment result from Devdas Menon, both are from Indian Institute of Technology Madras in Chennai-India; and later with the Indonesian codes. Using a software which is based on Finite Element Method, the bridge responses upon parametric simulations such as variation of concrete quality, concrete age and relative humidity are studied. At bridge middle span, if the grade of concrete and relative humidity of environment are high, deflection is smaller followed with increasing upper fiber stress and decreasing lower fiber stress. On the other side, as the age of structure increases, the deflection is higher followed with decreasing upper fiber stress and increasing lower fiber stress. Key words : Static loading; U-girder; concrete bridge; field experiment; post-tensioned
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
PENDAHULUAN
Jembatan adalah salah satu bentuk konstruksi tertua yang pernah ada di dunia dan
dibangun untuk memenuhi kebutuhan manusia melakukan perpindahan dari satu tempat
menuju tempat lain baik di darat maupun antar daratan yang melalui rintangan alam berupa
jurang, laut dan sebagainya. Jembatan melalui tahapan evolusi dari bentuk sederhana yaitu
balok kayu yang tumbang sebagai alat untuk menyeberang sungai, hingga jembatan rangka
dari baja maupun jembatan gantung di era dewasa ini. Seiring dengan perkembangan jaman,
peran jembatan juga berevolusi. Tidak hanya menjadi sarana penghubung antar wilayah saja,
namun juga memegang peran penting dalam sistem transportasi di dalam suatu wilayah.
Jembatan adalah elemen kunci dalam sistem transportasi untuk tiga alasan: dapat
mengendalikan kapasitas sistem transportasi, memiliki biaya tinggi per mil dari sistem, dan
jika jembatan runtuh, sistem transportasi akan runtuh [5].
Jembatan memiliki dua bagian utama, yaitu bagian dek jembatan dengan beraneka jenis
gelagar dan bagian pier atau penyangga dek jembatan. Para ahli jembatan umunya merancang
jenis gelagar jembatan yang sesuai baik dari segi kekokohan maupun segi kesesuaian dengan
fungsi yang diharapkan. Ada banyak jenis gelagar untuk sistem transportasi, salah satunya
adalah gelagar tipe kanal atau U-shaped.
Jembatan tipe gelagar kanal adalah jembatan dengan jenis gelagar box atau kotak yang
salah satu dari bagian sayapnya dihilangkan [1]. Jembatan ini merupakan salah satu konsep
inovasi jembatan dalam sistem transportasi. Profilnya menyerupai huruf U dengan dek nya
sebagai jalan raya atau rel kereta sedangkan kedua sayap kiri dan kanannya sebagai jalur
pejalan kaki . Jembatan ini telah digunakan di beberapa negara yaitu India, Australia dan
Perancis. Untuk menerapkannya di Indonesia, diperlukan kajian yang lebih mendalam
terhadap perilaku struktur jembatan berupa: lendutan, gaya normal dan momen lentur ditinjau
dari pendekatan 3D Finite Element Method dengan melakukan perbandingan antara hasil
pemodelan wizard dengan pemodelan Raju dan percobaan lapangan Menon serta pengaruh
lendutan dan tegangan yang terjadi terhadap berbagai simulasi parameterik yang digunakan.
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
TINJAUAN TEORITIS Dek Jembatan Tipe Gelagar Kanal (U-Shaped)
Jembatan dengan dek tipe kanal atau U adalah jembatan dengan profil box girder yang
salah satu dari bagian sayap atasnya dihilangkan [1]. Kekakuan longitudinal dan kekuatannya
bersumber dari sayap kiri dan kanan sedangkan slab dek diantara kedua sayap kiri dan kanan
nya bersifat sebagai slab satu arah (one-way slab).
Gambar 1. Perubahan Gelagar Box Girder Menjadi Gelagar Kanal/ U
Sumber : Devdas Menon dan Vurugonda Raju (2010) [12] Tegangan Lentur Prategang
Selama balok tidak mengalami keretakan dan baja serta beton tertekan pada daerah
elastisnya, maka tegangan pada beton dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan
mekanika biasa pada perilaku linear elastis [15]. Tegangan yang terjadi pada serat atas dan
bawah beton akibat pengaruh gaya prategang efektif, berat sendiri, beban mati dan beban
hidup pada daya layan dapat dirumuskan sebagai:
!1 = −!"!" 1−
! !1!! −
!"!1
!2 = −!"!" 1+
! !2!! +
!"!2
Dimana Pe adalah gaya prategang efektif; Ac adalah luas penampang beton, e adalah
eksentristas tendon prategang; c adalah jarak dari pusat massa penampang beton ke ujung
penampang beton; r adalah jari-jari girasi dan Mt adalah momen total akibat berat sendiri,
beban mati dan beban hidup. Secara lebih jelasnya dapat diilustrasikan pada diagram
tegangan berikut:
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
Gambar 2. Tegangan Lentur Akibat Gaya Prategang Efektif dan Beban Layan Sumber : Nilson (1987) [15]
Defleksi Pada Balok Sederhana dengan Tendon Prategang Parabolik
Gambar 3. Defleksi pada Balok (a) Profil Tendon, (b) Berat Elastis M/Ec Ic, (c) Defleksi
Sumber : Nawy (2009) [14]
Berdasarkan gambar 3. (b), besar R’e:
!!! =12
!" ! !!" !" !
23 =
!" ! !3 !" !"
Momen elastis yang terjadi akibat berat We pada tengah bentang (C) adalah:
!" = !" = !!!12 −
!" ! !!" !" !
2638 !
!2
!" = !!" !"
!" ! !!
!− ! !" ! !!
!"= ! !" ! !!
!" !! !"
Kehilangan Tegangan Prategang
§ Friksi [11]: !" = !1 (1 − !!!"!!")
dimana: f1 adalah tegangan tendon pada titik 1, µ adalah koefisien curvature, K adalah
koefisien wooble (per foot/per meter tendon), L adalah panjang tendon keseluruhan dan x
adalah panjang tendon antara titik 1 dan 2.
§ Pengangkuran (Anchorage) [14]: !!" = ∆!! !"
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
dimana: ∆a adalah slip pada angkur yang direncanakan (umumnya 6 milimeter), L
adalah panjang tendon dan Es adalah modulus elastisitas tendon.
§ Rangkak (Creep) [2]: !" = !" !"!"
!"#$ − !"#$
dimana: Ct adalah Time-dependent creep coefficien2, fcir adalah tegangan pada beton
pada titik beratnya karena gaya prategang yang telah mempertimbangkan pengaruh slip, fcds
adalah tegangan pada beton pada titik beratnya karena semua beban mati yang bekerja pada
balok setelah diberi pengaruh prategang, Es adalah modulus elastisitas tendon prategang dan
Ec adalah modulus elastisitas beton pada umur 28 hari.
§ Susut (Shrinkage) [2]: !" = !"ℎ.!"
dimana: εsh adalah Time-dependent shrinkage coefficient dan Es adalah modulus
elastisitas tendon prategang.
§ Elastic Shortening of Concrete [11]: !" = !"# !" !"#$!"
dimana: Kes adalah 0.5 untuk member pascatarik, fcir adalah tegangan pada beton pada
titik beratnya karena gaya prategang yang telah mempertimbangkan pengaruh slip, Es adalah
modulus elastisitas tendon prategang dan Ec adalah modulus elastisitas beton pada umur 28
hari.
§ Steel Relaxation [11]: !" = !"# − ! !" + !" + !" !
dimana: Kre, J adalah koefisien relaksasi baja berdasarkan jenis tendon yang digunakan,
SH adalah loss akibat shrinkage, CR adalah loss akibat creep, ES adalah loss akibat elastic
shortening dan C adalah koefisien relaksasi baja berdasarkan jenis tendon yang digunakan
dan perbandingan fpi dan fpu.
§ Total Kehilangan Tegangan Prategang [11]: !"## = !" + !"# + !" + !" + !" + !"
dimana: FR adalah loss akibat friksi, ANC adalah loss akibat pengangkuran, Es adalah
loss akibat elastic shortening, CR adalah loss akibat creep, SH adalah loss akibat shrinkage
dan RE adalah loss akibat relaksasi baja.
§ Tegangan Prategang Efektif [11]: !" = !" − !"##
dimana: fi adalah tegangan prategang inisial dan Loss adalah total kehilangan tegangan
prategang.
METODE PENELITIAN
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
Struktur Jembatan Gelagar Tipe Kanal
Jembatan gelagar tipe kanal yang digunakan dimodelisasi dari struktur jembatan
Villupuram yang sebenarnya di Tamil Nadu, India. Jembatan ini merupakan jembatan kereta
api 1 lajur dengan menggunakan material beton dan tendon prategang. Dalam kajiannya,
diambil satu bagian bentang jembatan saja dengan panjang bentang 20.26 meter. Penampang
yang digunakan menyerupai huruf U dengan dimensi sebagai berikut:
Gambar 4. Detail Dimensi Penampang U
Sumber : Devdas Menon dan Vurugonda Raju (2013) [13]
Trase tendon yang digunakan adalah parabolik dengan pengaturan sebagai berikut:
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
Gambar 5. Detail Trase Tendon Pada Berbagai Lokasi Tinjau di Jembatan Sumber : Devdas Menon dan Vurugonda Raju (2013) [13]
Spesifikasi Material
Material utama yang digunakan adalah beton dan tendon prategang seperti dijelaskan
pada tabel 1:
Tabel 1. Spesifikasi Material
Beton Tendon Prategang
Nomor 8 Selain Nomor 8 Mutu/Jenis M45 Low Relaxation Strand Kelas II Modulus Elastisitas (kN/m2) 33500000 191100000 Poisson's Ratio 0.2 - - Berat Jenis (kN/m3) 24 - - Luas Penampang (m2) 4.89 0.000592 0.001184 Gaya Tarik (kN) - 676.2 1617
Sumber : Devdas Menon dan Vurugonda Raju (2013) [13] Pembebanan § Beban Mati (D) : adalah berat dari struktur jembatan itu sendiri.
§ Beban Mati Tambahan (SI) : adalah beban mati yang ditambahkan, yaitu ballast [3] setebal
400 mm dan bantalan [18] dengan berat total 8.47 kN/m2.
§ Beban Prategang (P) : adalah beban dari kontribusi tendon-tendon prategang
§ Beban Hidup (L) : adalah beban pengujian lapangan (berdasarkan Indian Railway
Standard pasal 18.2.3) berupa karung-karung berisi pasir dengan berat keseluruhan 4808
kN (50.278 kN/m2). Kombinasi Pembebanan
Kombinasi pembebanan yang digunakan pada tahap perbandingan hasil (lendutan,
gaya normal dan momen lentur) dengan pemodelan Raju dan hasil percobaan lapangan
Menon hanya beban hidup (L) saja sedangkan kombinasi yang digunakan pada saat simulasi
parametrik adalah kombinasi pada daya layan (1 D + 1 SI + 1 P + 1 L) [3]. Pemodelan dan Metode yang Digunakan
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
Untuk melakukan kajian perilaku jembatan, dilakukan percobaan lapangan oleh
Menon berupa pemberian beban karung-karung pasir yang mengacu pada Indian Railway
Standard pasal 18.2.3.
Gambar 6. Percobaan Lapangan dengan Pembebanan Karung-Karung Pasir
Sumber : Devdas Menon dan Vurugonda Raju (2010) [12]
Dari percobaan ini diperoleh data lendutan khususnya pada tengah bentang. Untuk
memperoleh data berupa gaya normal dan momen lentur dan membandingkannya dengan
pemodelan Raju, perlu dilakukan pemodelan dengan alat bantu perangkat lunak komputer
berbasis Metode Elemen Hingga salah satunya SAP2000. Pemodelan yang digunakan
mengacu pada pemodelan Raju yaitu memodelkan struktur jembatan sebagai elemen
cangkang (shell) kuadrilateral bernodal empat dengan tendon prategang dimodelkan sebagai
beban, mengikuti fitur yang terdapat pada bridge wizard serta perletakan yang dimodelkan
sebagai pegas elastomer. Setelah hasil pemodelan mendekati hasil pemodelan Raju, dilakukan
simulasi parametrik untuk menganalisis lendutan dan tegangan yang dihasilkan seiring
dengan berbagai variasi yang digunakan.
Gambar 7. Model Cangkang Kuadrilateral Bernodal Empat dari Jembatan Gelagar Kanal
Sumber : Olahan Sendiri (2013) Simulasi Parametrik
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
Dilakukan peninjauan lendutan dan tegangan di tengah bentang untuk berbagai
variasi:
§ Variasi mutu beton : setiap mutu beton f’c 30, f’c 35, f’c 40, f’c 45, f’c 50 MPa
§ Variasi umur jembatan : setiap umur 2 bulan, 6 bulan, 1 tahun, 2 tahun
§ Variasi kelembapan relatif lingkungan : pada tingkat kelembapan 55%, 65%, 75%
HASIL PENELITIAN Lendutan Struktur di Tengah Bentang
Tabel 2. Perbandingan Lendutan Pemodelan Penulis vs Raju vs Menon
Beban (kN)
Numerik Penulis, Sendi (mm)
Numerik Penulis, Pegas (mm)
Numerik Raju [13] (mm)
Eksperimen Menon [10] (mm)
{ 1 } -‐ { 3 } (%)
{ 1 } -‐ { 4 } (%)
{ 2 } -‐ { 3 } (%)
{ 2 } -‐ { 4 } (%)
{ 1 } { 2 } { 3 } { 4 } { 5 } { 6 } { 7 } { 8 } 1202 2.3 2.4 2.1 0.9 9.52 155.56 14.29 166.67 2404 4.6 4.8 4.3 4.1 6.98 12.20 11.63 17.07 3606 6.8 7.2 6.5 6.9 4.62 1.45 10.77 4.35 4808 9.1 9.6 8.6 8.6 5.81 5.81 11.63 11.63
Sumber : Olahan Sendiri (2013)
Gambar 8. Grafik Perbandingan Lendutan di Tengah Bentang vs Pembebanan
Sumber : Olahan Sendiri (2013) Gaya Normal Pada Penampang di Tengah Bentang
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Pembe
bana
n (kN)
Lendutan (mm)
Perbandingan Lendutan di Tengah Bentang vs Pembebanan
Eksperimental Menon [10]
Hasil Numerik Raju [13]
Hasil Numerik Penulis, Pegas
Hasil Numerik Penulis, Sendi
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
Tabel 3. Perbandingan Gaya Normal Pemodelan Penulis vs Raju
Titik Bagian
Numerik Penulis Dengan Mesh 50x50 cm2 (kN/m)
Numerik Penulis Dengan Mesh 20x20 cm2 (kN/m)
Numerik Raju [13] (kN/m)
{ 1 } -‐ { 3 } (%)
{ 2 } -‐ { 3 } (%)
{ 1 } { 2 } { 3 } { 4 } { 5 }
1 Sayap
-‐2000 -‐2012 -‐2439 18.00 17.51 2 -‐3378 -‐3409 -‐3490 3.21 2.32 3
Badan -‐3378 -‐3409 -‐3490 3.21 2.32
4 1673 1705 1770 5.48 3.67
5
Dek
1673 1705 1770 5.48 3.67
6 1300 1303 1368 4.97 4.75 7 1673 1705 1770 5.48 3.67 8
Badan 1673 1705 1770 5.48 3.67
9 -‐3378 -‐3409 -‐3490 3.21 2.32 10
Sayap -‐3378 -‐3409 -‐3490 3.21 2.32
11 -‐2000 -‐2012 -‐2439 18.00 17.51 Sumber : Olahan Sendiri (2013)
Gambar 9. Perbandingan Gaya Normal Pemodelan Penulis vs Raju
Sumber : Olahan Sendiri (2013)
Momen Pada Penampang di Tengah Bentang
Tabel 3. Perbandingan Momen Pemodelan Penulis vs Raju
Titik Bagian
Numerik Penulis Dengan Mesh 50x50 cm2 (kN/m)
Numerik Penulis Dengan Mesh 20x20 cm2 (kN/m)
Numerik Raju [13] (kN/m)
{ 1 } -‐ { 3 } (%)
{ 2 } -‐ { 3 } (%)
{ 1 } { 2 } { 3 } { 4 } { 5 }
1 Sayap
0 0 0 0.00 0.00 2 1.6 1.55 1.36 17.65 13.97 3 Badan -‐13.5 -‐14.2 -‐16.4 17.68 13.41 4 Dek 100.5 102 111 9.46 8.11 5 Badan -‐13.5 -‐14.2 -‐16.4 17.68 13.41
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
6 Sayap
1.6 1.55 1.36 17.65 13.97 7 0 0 0 0.00 0.00
Sumber : Olahan Sendiri (2013)
Gambar 10. Perbandingan Momen Pemodelan Penulis vs Raju
Sumber : Olahan Sendiri (2013) Simulasi Parametrik
§ Variasi mutu beton :
Gambar 11. Grafik Hubungan Lendutan dan Mutu Beton
Sumber : Olahan Sendiri (2013)
1202 kN 2404 kN 3606 kN 4808 kN f'c 30 2 4.7 7.4 10.1
f'c 35 1.9 4.5 7 9.6
f'c 40 1.7 4.1 6.5 9
f'c 45 1.7 4.1 6.5 8.8
f'c 50 1.7 4 6.3 8.6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Lend
utan
(mm)
Lendutan vs Mutu Beton, Umur 2 Tahun
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
Gambar 12. Grafik Hubungan Tegangan dan Mutu Beton
Sumber : Olahan Sendiri (2013)
§ Variasi umur jembatan :
F'c 30 Mpa
F'c 35 Mpa
F'c 40 Mpa
F'c 45 Mpa
F'c 50 Mpa
2 Bulan 4061 4069 4081 4083 4087
6 Bulan 3970 3979 3992 3995 3999
1 Tahun 3932 3942 3956 3959 3964
2 Tahun 3908 3918 3933 3936 3941
3800 3850 3900 3950 4000 4050 4100 4150
Tegangan
(kN/m
2)
Tegangan Serat Atas Beton (Tekan)
F'c 30 Mpa
F'c 35 Mpa
F'c 40 Mpa
F'c 45 Mpa
F'c 50 Mpa
2 Bulan 784 772 753 749 743
6 Bulan 934 919 897 893 885
1 Tahun 997 980 957 952 944
2 Tahun 1036 1019 994 990 981
600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100
Tegangan
(kN/m
2)
Tegangan Serat Bawah Beton (Tarik)
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
Gambar 13. Grafik Hubungan Lendutan dan Umur Jembatan
Sumber : Olahan Sendiri (2013)
1202 kN 2404 kN 3606 kN 4808 kN 2 Bulan 1.4 3.8 6.1 8.4
6 Bulan 1.6 3.9 6.2 8.5
1 Tahun 1.6 3.9 6.3 8.6
2 Tahun 1.7 4 6.3 8.6
0 2 4 6 8
10 Lend
utan
(mm)
Lendutan vs Umur Jembatan, Mutu Beton F'c 50 MPa
2 Bulan 6 Bulan 1 Tahun 2 Tahun F'c 30 Mpa 4061 3970 3932 3908
F'c 35 Mpa 4069 3979 3942 3918
F'c 40 Mpa 4081 3992 3956 3933
F'c 45 Mpa 4083 3995 3959 3936
F'c 50 Mpa 4087 3999 3964 3941
3800 3850 3900 3950 4000 4050 4100 4150
Tegangan
(kN/m
2)
Tegangan Serat Atas Beton (Tekan)
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
Gambar 14. Grafik Hubungan Tegangan dan Umur Jembatan
Sumber : Olahan Sendiri (2013)
§ Variasi kelembapan relatif lingkungan :
Gambar 15. Grafik Hubungan Lendutan dan Kelembapan Relatif Lingkungan
Sumber : Olahan Sendiri (2013)
2 Bulan 6 Bulan 1 Tahun 2 Tahun F'c 30 Mpa 784 934 997 1036
F'c 35 Mpa 772 919 980 1019
F'c 40 Mpa 753 897 957 994
F'c 45 Mpa 749 893 952 990
F'c 50 Mpa 743 885 944 981
600 650 700 750 800 850 900 950
1000 1050 1100
Tegangan
(kN/m
2)
Tegangan Serat Bawah Beton (Tarik)
1202 kN 2404 kN 3606 kN 4808 kN 55% 1.9 4.3 6.7 9.1
65% 1.8 4.2 6.6 9
75% 1.7 4.1 6.5 8.9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Lend
utan
(mm)
Lendutan vs Pembebanan, Umur 2 Tahun
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
Gambar 16. Grafik Hubungan Tegangan dan Kelembapan Relatif Lingkungan
Sumber : Olahan Sendiri (2013)
PEMBAHASAN
Lendutan Struktur di Tengah Bentang
Berdasarkan tabel dan grafik, ternyata ada kemiripan hasil yang diperoleh antara
analisis numerik penulis dengan analisis numerik Raju dan hasil eksperimental Menon.
Semakin bertambah pembebanannya, lendutan yang terjadi juga semakin bertambah. Terjadi
selisih yang cukup besar antara hasil analisis numerik dengan hasil eksperimental pada tahap
awal pembebanan. Hal ini terjadi dimungkinkan karena pada pengaplikasian beban 1202 kN
yang pertama, diletakkan secara serempak dan merata. Pada kenyataannya di lapangan, beban
sangat sulit untuk diletakkan secara serempak dan merata secara langsung sehingga lendutan
2 Bulan 6 Bulan 1 Tahun 2 Tahun 55% 4028 3923 3880 3853
65% 4063 3964 3930 3906
75% 4098 4015 3981 3960
3700 3750 3800 3850 3900 3950 4000 4050 4100 4150
Tegangan
(kN/m
2)
Tegangan Serat Atas Beton (Tekan)
2 Bulan 6 Bulan 1 Tahun 2 Tahun 55% 839 1011 1082 1126
65% 782 935 998 1038
75% 724 860 915 951
0
200
400
600
800
1000
1200
Tegangan
(kN/m
2)
Tegangan Serat Bawah Beton (Tarik)
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
yang terjadi pada eksperimen di lapangan lebih kecil. Selain itu perbedaan penggunaan
perletakan pada analisis numerik maupun pada eksperimen lapangan mempengaruhi besarnya
lendutan yang terjadi. Pada umumnya, penggunaan perletakan pegas akan menghasilkan
lendutan yang lebih besar. Juga karena adanya pengaruh suhu pada saat pembebanan di
lapangan (hasil eksperimental) yang tidak diperhitungkan dalam pemodelan analisis numerik.
Gaya Normal dan Momen Pada Penampang di Tengah Bentang
Berdasarkan tabel perbandingan gaya dan momen secara keseluruhan hasil analisis
numerik penulis memiliki kemiripan dengan hasil analisis numerik Raju. Meskipun demikian
ada selisih yang cukup kecil baik pada gaya maupun momen yang terjadi pada bagian badan
dan dek. Selisih ini terjadi kemungkinan karena beberapa faktor penyebab diantaranya
perbedaan metode yang digunakan oleh penulis dalam memodelkan struktur. Penulis
menggunakan bantuan Bridge Wizard, sedangkan Raju melakukan pemodelan satu demi satu
secara manual. Pada Bridge Wizard ada beberapa langkah yang secara otomatis dilakukan
oleh wizard dan tidak dilakukan penulis secara manual sehingga ada kemungkinan perbedaan
hasil. Selain itu dengan menggunakan Bridge Wizard, meshing pada pemodelan dibentuk
secara otomatis. Sedangkan Raju membagi meshing secara manual satu persatu. Perbedaan
ukuran mesh yang dibentuk, sangat mempengaruhi perbedaan hasil yang diperoleh. Dapat
terlihat bahwa semakin kecil ukuran mesh, hasil yang diperoleh akan semakin presisi dan
mendekati dengan hasil pemodelan Raju. Simulasi Parametrik § Variasi Mutu Beton :
Pada kajian ini, penulis meninjau hubungan lendutan serta tegangan terhadap mutu
beton yang ditinjau pada setiap umur jembatan (2 bulan, 6 bulan, 1 tahun dan 2 tahun).
Namun, penulis hanya menampilkan contoh grafik pada umur 2 tahun saja. Dari grafik
hubungan lendutan dan mutu beton dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi mutu beton yang
digunakan pada struktur jembatan, lendutan yang ditimbulkan akibat pembebanan akan
semakin kecil dan sebaliknya, semakin rendah mutu beton yang digunakan maka lendutan
yang ditimbulkan akibat pembebanan akan semakin besar. Besar kecil nya lendutan yang
terjadi ini dipengaruhi oleh modulus elastisitas beton yang berbeda-beda berdasarkan mutu
nya. Semakin tinggi mutu beton yang digunakan, modulus elastisitas juga semakin tinggi,
struktur akan semakin kuat sehingga lendutan akan semakin kecil.
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
Dari grafik hubungan tegangan dan mutu beton, semakin tinggi mutu beton yang
digunakan, tegangan tarik yang terjadi semakin kecil sedangkan tegangan tekan semakin
membesar. Mutu beton semakin tinggi maka besar modulus elastisitas akan semakin tinggi
juga. Struktur akan semakin kuat sehingga lendutan yang dihasilkan akan semakin kecil.
Lendutan yang semakin kecil akan mengurangi tegangan tarik yang terjadi terutama di serat
bawah beton. Selain itu mutu beton yang semakin tinggi dapat mengurangi kehilangan
tegangan prategang sehingga tegangan tekan yang terjadi di serat atas beton semakin
meningkat.
§ Variasi Umur Jembatan : Pada kajian ini, penulis meninjau hubungan lendutan serta tegangan terhadap umur
jembatan yang ditinjau pada setiap mutu beton (f’c 30, f’c 35, f’c 40, f’c 45 dan f’c 50 MPa).
Namun, penulis hanya menampilkan contoh grafik pada mutu beton f’c 50 MPa saja. Dari
grafik hubungan lendutan dan umur jembatan dapat disimpulkan bahwa semakin bertambah
umur struktur jembatan, lendutan yang ditimbulkan akibat pembebanan akan semakin besar.
Besar kecil nya lendutan yang terjadi ini dipengaruhi oleh kehilangan tegangan prategang
jangka panjang. Kehilangan yang bersifat jangka panjang adalah kehilangan akibat rangkak
(creep), susut (shrinkage) dan relaksasi (relaxation) yang terjadi akibat akumulasi rangkak
dan susut. Semakin bertambah umur struktur jembatan, kehilangan akibat rangkak dan susut
akan semakin besar, sedangkan kehilangan akibat relaksasi baja akan semakin kecil. Dengan
berkurangnya tegangan prategang akibat pengaruh kehilangan tersebut, maka camber akibat
prategang akan berkurang, sehingga lendutan akan menjadi besar.
Dari grafik hubungan tegangan dan umur jembatan semakin tua umur jembatan,
tegangan tarik yang terjadi semakin besar sedangkan tegangan tekan semakin kecil. Umur
jembatan semakin tua maka kehilangan tegangan prategang akan semakin besar sehingga
tegangan tekan yang terjadi di serat atas beton semakin menurun. Di lain pihak, akibat dari
membesarnya kehilangan tegangan prategang mengakibatkan lendutan akan semakin besar.
Lendutan yang semakin besar akan mengakibatkan tegangan tarik di serat bawah beton
semakin bertambah.
§ Variasi Kelembapan Relatif Lingkungan : Pada kajian ini, penulis meninjau hubungan lendutan serta tegangan terhadap
kelembapan relatif lingkungan yang ditinjau pada setiap umur jembatan (2 bulan, 6 bulan, 1
tahun dan 2 tahun). Namun, penulis hanya menampilkan contoh grafik pada umur 2 tahun
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
saja. Dari grafik hubungan lendutan dan kelembapan, semakin besar kelembapan relatifnya
lendutan yang terjadi akan semakin kecil dan sebaliknya semakin kecil kelembapan relatifnya
lendutan yang terjadi akan semakin besar. Kehilangan prategang yang dipengaruhi oleh
kelembapan relatif ada dua, yaitu rangkak dan susut. Creep (rangkak) akan berkurang jika
humidity (kelembapan relatif) dari ambient conditions meningkat [17]. Hal ini diperkuat juga
oleh pernyataan Bamforth, Chisholm, Gibbs dan Harrison yang mengatakan bahwa creep
akan lebih banyak terjadi pada kondisi lingkungan yang lebih kering [4]. Selain itu, Nawy
juga menyatakan bahwa pertumbuhan shrinkage (susut) akan semakin rendah pada kondisi
lingkungan dengan kelembapan relatif yang tinggi [14]. Dapat disimpulkan bahwa
kelembapan relatif sangat mempengaruhi kehilangan tegangan prategang khususnya rangkak
dan susut. Rangkak dan susut yang semakin kecil akan menyebabkan lendutan yang
dihasilkan akibat pembebanan akan semakin kecil dan sebaliknya semakin kecil kelembapan
relatifnya kehilangan tegangan prategang akibat rangkak dan susut akan semakin besar
sehingga lendutan yang dihasilkan akibat pembebanan akan semakin besar.
Dari grafik hubungan tegangan dan kelembapan, semakin besar kelembapan relatif
tegangan tekan pada serat atas beton akan semakin meningkat sedangkan tegangan tarik serat
bawah beton akan semakin berkurang. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, semakin
lembab kondisi lingkungan akan cenderung mengurangi kehilangan tegangan prategang
terutama akibat rangkak dan susut. Apabila kehilangan tegangan prategang semakin kecil,
maka tegangan yang bersifat tekan pada serat atas beton akan semakin besar sedangkan
tegangan yang bersifat tarik pada serat bawah beton akan semakin kecil, seiring juga dengan
semakin kuatnya struktur jembatan.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dan analisis, penulis dapat menarik beberapa
kesimpulan:
1. Perbandingan lendutan struktur, gaya normal dan momen lentur antara analisis
numerik penulis dengan analisis numerik Raju dan hasil eksperimen lapangan Menon
memiliki kemiripan hasil.
2. Semakin tinggi mutu beton yang digunakan, pada titik tinjau di tengah bentang:
lendutan semakin kecil, tegangan serat atas beton (tekan) semakin besar dan tegangan
serat bawah beton (tarik) semakin kecil.
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
3. Semakin bertambah umur jembatan, pada titik tinjau di tengah bentang: lendutan
semakin besar, tegangan serat atas beton (tekan) semakin kecil dan tegangan serat
bawah beton (tarik) semakin besar.
4. Semakin tinggi kelembapan relatif suatu lingkungan, pada titik tinjau di tengah
bentang: lendutan semakin kecil, tegangan serat atas beton (tekan) semakin besar dan
tegangan serat bawah beton (tarik) semakin kecil.
SARAN
Berikut adalah saran dan masukan apabila penelitian ini akan dilanjutkan atau
digunakan sebagai acuan pada penelitian selanjutnya:
1. Pemilihan metode software yang akan digunakan dalam pemodelan struktur jembatan
(dengan wizard/manual) hendaknya disesuaikan dengan seberapa kompleks struktur
tersebut dan seberapa presisi hasil yang diharapkan.
2. Pemilihan elemen yang akan digunakan dalam memodelkan struktur jembatan (shell-
thin/shell-thick/solid) hendaknya disesuaikan dengan karakteristik ketebalan struktur
dan arah pembebanannya.
3. Penggunaan sumber peraturan sebagai acuan diantaranya Indian Code (IRS) /
Indonesian Code (SNI) / American Code (ACI) hendaknya disesuaikan dengan lokasi
di mana pemodelan jembatan akan diterapkan.
KEPUSTAKAAN
1. B. Gibbens, P. Selby Smith, and G. Joynson. (2004, May). Design-Construction of
Sorell Causeway Channel Bridge, Hobart, Tasmania. PCI Journal. vol. 49, pp. 56-66.
2. Badan Standarisasi Nasional. (2004). Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan. RSNI-T-12-2004.
3. Badan Standarisasi Nasional. (2005). Standar Pembebanan untuk Jembatan. RSNI-T-
02-2005.
4. Bamforth, Chisholm, Gibbs, and Harrison. (2007). Properties of Concrete for Use in Eurocode 2. The Concrete Centre.
5. Barker, Richard M. and Jay A. Puckett. (2007). Design of Highway Bridges. New Jersey:
John Wiley & Sons
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013
6. Bridgestone Corporation. (2010). High Damping Rubber Bearing (HDR) for Bridges. Accesed on April 17, 2013 from http://www.bridgestone.com/products/diversified/antiseismic_rubber/pdf/H-RB2010_11.pdf
7. CSI. (2007). CSI Analysis Reference Manual for SAP2000, ETABS, and SAFE.
California: Computer and Structures, Inc. 1995 University Avenue.
8. Government of India. (2003). Indian Railway Standards Code of Practice for Plain, Reinforced and Prestressed Concrete for General Bridge Construction. Indian Railway Standards.
9. Government of India. (2008). Rules Specifying the Loads for Design of Super-Structure and Sub-Structure of Bridges and For Assessment of the Strength of Existing Bridges. Indian Railway Standards.
10. Katili, Irwan. (2008). Metode Elemen Hingga untuk Analisis Tegangan. Depok: UI
11. Lin, T.Y. (1981). Design of Prestressed Concrete Structures. USA: John Wiley & Sons.
12. Menon, Devdas and V Raju. (2010). Analysis of Behaviour of U-Girder Bridge Decks. Proc of Int Conf on Advances in Civil Engineering. pp 28-32.
13. Menon, Devdas and V Raju. (2013). Personal Communication via Email.
14. Nawy, E.G. (2009). Prestressed Concrete A Fundamental Approach Fifth Edition. USA: Prentice Hall.
15. Nilson, Arthur H. (1987). Design of Prestressed Concrete. USA: John Wiley & Sons.
16. Parker, Sybil P. (2004). McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Science and Technology Fifth Edition. New York: McGraw-Hill Book Co.
17. Tumilar, Steffie. (1996). Advanced Reinforced Concrete (Bidang Studi: Teknik Struktur). Depok: UI
18. WIKA Beton. Railway Concrete Products. Accesed on April 17, 2013 from http://www.wikabeton.co.id/index.php/component/option,com_phocadownload/download,7/id,1/view,category/
Kajian perilaku…, Gilang Bhisma Pratama, FT UI, 2013