Kombinasi Stringer Pelat Baja

24
Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan PEMBEBANAN SIKLIK PADA GIRDER BETON PRATEGANG PARSIAL oleh: Prof. Dr.Ir. Bambang Budiono, M.E. Guru Besar pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung ABSTRAK Girder lantai jembatan mengalami pembebanan dinamis akibat beban lalu lintas. Beban dinamis dapat diidentifikasi dengan beban siklik quasi- statik. Respon struktur akibat beban siklik pada girder dengan struktur beton bertulang biasa dan beton prategang mempunyai sifat yang berbeda. Berhubung kuat retak beton bertulang biasa lebih rendah dari beton prategang maka beton bertulang biasa dengan beban siklik akan lebih mudah rusak. Hal ini diakibatkan oleh retak lebar yang menyebabkan air masuk sehingga terjadi korosi yang menyebabkan kerusakan yang progresif. Untuk menangulanginya diperlukan mutu beton yang lebih tinggi atau memperbanyak tulangan baja. Meskipun demikian, struktur tetap tidak ekonomis sebab struktur beton bertulang dapat menjadi struktur yang bersifat getas dan tetap mudah retak. Untuk alasan tersebut maka girder lantai jembatan terutama jembatan pra- fabrikasi baja dengan lantai struktur beton bertulang biasa sebaiknya diganti dengan sistem struktur beton prategang parsial pra-fabrikasi. Struktur beton prategang parsial pra fabrikasi adalah beton prategang dimana momen dan gaya geser nominal penampang dipikul bersama antara strand baja prategang pra tarik dan baja tulangan biasa dengan proporsi tertentu. Proporsi antara beban yang dipikul penampang beton dengan strand dibandingkan dengan penampang beton dengan tulangan biasa disebut Partial Pre - stress ing Ratio (PPR). Riset yang dirangkum dalam tulisan ini, membuktikan bahwa PPR antara 40% sampai dengan 7 0% memberikan karakteristik siklik yang optimum, sehingga dapat bersifat daktail tanpa kehilangan kekuatan penampangnya. Retak akibat beban siklik yang Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 1

Transcript of Kombinasi Stringer Pelat Baja

Page 1: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

PEMBEBANAN SIKLIK PADA GIRDER BETON PRATEGANG PARSIAL

oleh:

Prof. Dr.Ir. Bambang Budiono, M.E.

Guru Besar pada Program Studi Teknik Sipil

Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan

Institut Teknologi Bandung

ABSTRAK

Girder lantai jembatan mengalami pembebanan dinamis akibat beban lalu lintas. Beban dinamis dapat diidentifikasi dengan beban siklik quasi-statik. Respon struktur akibat beban siklik pada girder dengan struktur beton bertulang biasa dan beton prategang mempunyai sifat yang berbeda. Berhubung kuat retak beton bertulang biasa lebih rendah dari beton prategang maka beton bertulang biasa dengan beban siklik akan lebih mudah rusak. Hal ini diakibatkan oleh retak lebar yang menyebabkan air masuk sehingga terjadi korosi yang menyebabkan kerusakan yang progresif. Untuk menangulanginya diperlukan mutu beton yang lebih tinggi atau memperbanyak tulangan baja. Meskipun demikian, struktur tetap tidak ekonomis sebab struktur beton bertulang dapat menjadi struktur yang bersifat getas dan tetap mudah retak. Untuk alasan tersebut maka girder lantai jembatan terutama jembatan pra-fabrikasi baja dengan lantai struktur beton bertulang biasa sebaiknya diganti dengan sistem struktur beton prategang parsial pra-fabrikasi. Struktur beton prategang parsial pra fabrikasi adalah beton prategang dimana momen dan gaya geser nominal penampang dipikul bersama antara strand baja prategang pra tarik dan baja tulangan biasa dengan proporsi tertentu. Proporsi antara beban yang dipikul penampang beton dengan strand dibandingkan dengan penampang beton dengan tulangan biasa disebut Partial Pre-stressing Ratio (PPR). Riset yang dirangkum dalam tulisan ini, membuktikan bahwa PPR antara 40% sampai dengan 70% memberikan karakteristik siklik yang optimum, sehingga dapat bersifat daktail tanpa kehilangan kekuatan penampangnya. Retak akibat beban siklik yang terbentuk akan tertutup kembali oleh gaya prategang. Untuk jangka pendek struktur beton prategang parsial akan lebih mahal dibandingkan dengan struktur beton bertulang biasa tetapi untuk jangka panjang akan lebih awet dan mengurangi biaya pemeliharaan.

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 1

Page 2: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

KOMBINASI STRINGER DAN PELAT BAJA SEBAGAI ALTERNATIF

PERBAIKAN LANTAI BETON JEMBATAN RANGKA

oleh:

Heri Yugiantoro, S.T, M.T 1)

Hendra Widhatra, ST 2)

Fachrurrozi, ST, MT 3)

Ir. Herry Vaza, M.Eng.Sc 4)

ABSTRAK

Salah satu elemen jembatan rangka baja yang umum mengalami kerusakan adalah sistem lantai. Lantai beton merupakan sistem lantai yang paling umum diterapkan dalam jembatan rangka baja. Perencanaan lantai jembatan sesuai dengan peraturan memiliki umur 30 tahun. Kerusakan lantai beton bisa diakibatkan oleh perencanaan struktur beton yang tidak memenuhi kriteria desain, kontrol pelaksanaan pembetonan yang kurang ketat, faktor pengguna jembatan dan pengaruh lingkungan sekitar. Salah satu Suatu alternatif sistem lantai pada jembatan rangka baja adalah menggunakan pelat baja yang dikombinasikan dengan stringer. Kerangka pikiran utama dalam mendesain sistem lantai kombinasi stringer dan pelat baja adalah mereduksi beban lantai sehingga bisa meningkatkan kapasitas muat jembatan tanpa mengurangi persyaratan dasar desain jembatan yang meliputi kekuatan, kekakuan, durabilitas, stabilitas, kemudahan pelaksanaan pekerjaan dan faktor ekonomis.

Dalam tulisan ini analisis sistem struktur lantai dilakukan dalam dua kategori terpisah yaitu analisis pelat-balok dengan tributary beban sendiri dan beban lalu lintas (beban terdistribusi serta beban truk) dan kategori kedua analisis metoda elemen hingga pada pelat baja untuk mengetahui perilaku struktur pada saat menerima beban. Analisis dikerjakan dengan metoda kekuatan batas dengan kontrol lendutan maksimum akibat beban lalu lintas sebesar L/800. Untuk mengurangi daerah lapangan, maka dalam arah melintang dipasang balok-balok rib dan dalam arah memanjang dipasang stringer tambahan.

1) Staf Subdit Teknik Jembatan – Direktorat Bina Teknik

2) Staf Subdit Teknik Jembatan – Direktorat Bina Teknik

3) Senior Engineer – PT. Bukaka Teknik Utama

4) Kepala Subdit Teknik Jembatan – Direktorat Bina Teknik

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 2

Page 3: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

I. PENDAHULUAN

Jembatan rangka baja jumlahnya cukup banyak di Indonesia. Dimulai sejak tahun 1970an, jembatan rangka baja terus bertambah jumlahnya hingga saat ini. Jembatan rangka baja menjadi pilihan untuk jembatan dengan bentang 30-60 meter. Kondisi jembatan-jembatan rangka baja yang ada saat ini sangat bervariasi. Umumnya kondisi jembatan rangka baja di Indonesia berada pada nilai 0-3. Kondisi 4-5 seringkali ditemui pada jembatan rangka baja dengan usia lebih dari 40 tahun, salah satunya jembatan rangka baja tipe Callender Hamilton.

Salah satu kerusakan yang paling sering ditemui pada jembatan rangka baja adalah kerusakan lantai jembatan. Lantai jembatan rangka baja pada umumnya menggunakan lantai beton. Pada lantai beton seringkali ditemui permasalahan diantaranya adalah tidak terjadinya peristiwa komposit antara lantai beton dengan rangka baja, lantai beton mengalami keretakan dan bahkan lantai beton mengalami kerontokan. Permasalahan retak pada lantai beton seakan menjadi hal yang lumrah ditemui. Hampir pada setiap jembatan rangka baja dengan lantai beton akan mengalami keretakan pada lantainya. Yang perlu diketahui adalah lantai jembatan didesain untuk umur 30 tahun. Tetapi yang terjadi adalah lantai sudah rusak pada beberapa jembatan ketika baru mencapai umur 5 tahun dan bahkan dibawah 5 tahun.

Berbagai penanganan dan perbaikan telah dilakukan untuk mengatasi kerusakan lantai beton. Baik dengan perbaikan menggunakan grouting, bahkan dengan melakukan penggantian lantai beton baru. Namun yang selalu terjadi adalah sama, peristiwa retak hingga beton rontok kembali terulang. Untuk itu diperlukan suatu alternatif baru sebagai pengganti lantai beton yang selama ini digunakan.

Salah satu alternatif yang dapat digunakan adalah dengan menggunakan pelat baja sebagai lantai jembatan. Perilaku baja yang mudah untuk diperhitungkan, mudah dalam produksi dan juga proses pemasangan serta kelebihan lainnya menjadikan pelat baja sebagai pengganti lantai beton yang menjanjikan. Salah satu yang mengganjal dalam penggunaan material baja adalah mahalnya harga baja dan mudah sekali mengalami tekuk lateral. Namun apabila dilihat lebih jauh dengan berbagai pertimbangan-pertimbangan yang lain, sistem lantai baja memiliki beberapa keunggulan dibandingkan sistem lantai beton.

Analisa alternatif sistem lantai ini diterapkan pada jembatan rangka baja tipe Warren Transfield Australia dengan bentang A-60 m.

II. SISTEM LANTAI BETON UMUM

Sistem lantai beton yang sering ditemui pada rangka baja umumnya terdiri dari stringer yang berfungsi non struktural sebagai bekisting, penggunaan shear connector pada cross girder dan stringer untuk menjamin terjadinya efek komposit lantai beton dan sistem rangka. Penulangan sistem lantai dipasang baja deform diameter 16 mm jarak 100 mm untuk tulangan utama dan diamter 16 mm jarak 200 mm sebagai tulangan pembagi. Penggunaan steel deckplate didesain struktural sebagai adalah ……….tulangan tarik diharapkan dapat meningkatkan kapasitas lentur lantai beton bertulang.

Kondisi yang biasa terjadi adalah terjadi keretakan hingga kerontokan pada beton. Gompal pada permukaan beton terjadi jika penanganan tidak segera dilakukan. Kerusakan berkembang jika tulangan sudah terekspose keluar dan menimbulkan karat. Absorpsivitas air permukaan menembus perkerasan sampai pada pelat baja gelombang memperburuk kondisi sistem lantai yang ada.

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 3

Page 4: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

Gambar 2.1 Detail Penulangan Standar

Gambar 2.2 Potongan Melintang Jembatan Rangka Standar

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 4

Page 5: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

III. PEMODELAN SISTEM LANTAI PELAT BAJA

Sistem lantai pelat baja menggunakan checker plate dengan ketebalan 9 mm. Pelat baja dikombinasikan dengan penambahan stringer dan bracing melintang. Pemodelan dapat dilihat sebagai berikut:Stringer tambahan yang digunakan memiliki dimensi yang lebih kecil dibanding stringer eksisting. Sedangkan untuk bracing, digunakan profil yang lebih kecil dibanding stringer tambahan. Pemasangan bracing/rib dimaksudkan selain memberikan kekakuan pada stringer dan juga memperkecil luas pelat baja yang menahan beban di atasnya.

Gambar 3.1 Potongan Melintang Jembatan Rangka dengan Sistem Lantai Baja

Analisa perhitungan struktur jembatan rangka dengan menggunakan lantai pelat baja menggunakan program analisis struktur standard. Bentuk pemodelan seluruh jembatan rangka baja dapat dilihat pada gambar berikut:

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 5

Page 6: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

Gambar 3.1 Pemodelan Rangka Jembatan dengan Pelat Baja sebagai Sistem Lantai

Gambar 3.2 Pemodelan Lantai Baja dengan Kombinasi Stringer dan Bracing

Tampak pada pemodelan lantai, kombinasi antara stringer dan bracing membuat luas pelat baja yang menerima beban menjadi kecil. Sebagai perbandingan, berikut adalah pemodelan jembatan rangka baja standar.

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 6

Page 7: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

Gambar 3.3 Pemodelan Rangka Jembatan dengan Lantai Beton sebagai Sistem Lantai

Gambar 3.4 Pemodelan Lantai Beton

Pemodelan pada jembatan rangka standar dengan lantai beton terlihat bahwa lantai yang menerima beban memiliki luas yang lebih besar.

Berikut adalah keterangan profil stringer tambahan, bracing dan pelat baja yang digunakan:

No. Keterangan Profil Properti1 Stringer Tambahan 300x150x8x10 Fy = 240 MPa2 Bracing 100x50x5x7 Fy = 240 MPa3 Pelat Baja Checker Plate tebal 9 mm Fy = 345 MPa

Analisa beban yang dilakukan dengan bantuan program tidak meliputi beban hidup. Beban yang dianalisa meliputi beban mati sendiri dan beban mati tambahan (beban aspal dan beban trotoar). analisa dilakukan terhadap kedua alternatif kemudian membandingkan berat total beban jembatan dan lendutan yang terjadi akibatnya. Lendutan

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 7

Page 8: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

diharapkan tidak melebihi L/300. Camber yang terbentuk tidak kurang dari 150% (lendutan beban mati + lendutan beban hidup).

IV. PERBANDINGAN SISTEM LANTAI

Material baja memiliki biaya lebih mahal dibandingkan dengan beton. Sehingga alternatif sistem lantai baja akan memiliki biaya yang lebih tinggi dibandingkan dengan sistem lantai beton. Namun sistem lantai baja memiliki kelebihan dibandingkan dengan sistem lantai beton. Berikut adalah perbandingan kedua sistem lantai tersebut:

No. Pembanding Sistem Lantai Baja Sistem Lantai Beton

1 HargaLebih mahal.Membutuhkan biaya + 2 Miliar untuk penggantian.

Lebih murah.Membutuhkan biaya + 800 juta untuk penggantian.

2 Beban mati + aspal + trotoarLebih ringan.Berat total 396,4 ton.

Lebih berat.Berat total 717,2 ton.

3Lendutan maksimum akibat Beban Mati + aspal + trotoar

49,6 mm 82,5 mm

4 Penutupan lalu lintas 1 lajur 1 lajur

5.Efek getaran lalu lintas pada saat penggantian segmental

Tidak berpengaruh Berpengaruh

6 Pelaksanaan pada 1 lajur 13 hari 20 hari

7Durabilitas berdasarkan pengalaman

10-15 tahun 3-5 tahun

8Kemudahan penggantian pada kerusakan lokal

Sangat mudah Sulit

9 Tingkat kenyamanan kurang nyaman (untuk kondisi mantap)

Berdasarkan perhitungan, biaya untuk sistem lantai baja berkisar 1,8 – 2 miliar rupiah untuk jembatan kelas A bentang 60 m. Biaya ini tergolong cukup tinggi dibandingkan sistem lantai beton. Biaya untuk sistem lantai beton pada jembatan rangka kelas dan bentang yang sama berkisar 700 – 800 juta rupiah.

Berdasarkan hasil analisa dengan menggunakan program analisis struktur, sistem lantai baja lebih ringan dibandingkan sistem lantai beton. Berat total jembatan rangka baja dengan sistem lantai baja lengkap dengan stringer tambahan, bracing, aspal dan trotoar yaitu 396,4 ton. Berat total ini jauh lebih ringan dibandingkan rangka jembatan dengan sistem lantai beton yaitu 717,2 ton. Alternatif sistem lantai baja memberikan pengurangan beban mati sebesar 45 % dari sistem lantai beton. Dengan demikian kapasitas jembatan menjadi meningkat apabila menggunakan sistem lantai baja.

Berkurangnya jumlah beban akan mengurangi lendutan yang terjadi pada jembatan. Terjadi pengurangan lendutan sebesar 32,9 mm dari semula 82,5 mm apabila menggunakan sistem lantai beton menjadi 49,6 mm dengan menggunakan sistem lantai baja.

Sistem lantai beton dalam pemasangan sangat terpengaruh oleh getaran akibat lalu lintas yang melintasi jembatan. Namun hal tersebut tidak mempengaruhi proses pemasangan sistem lantai pelat baja. Sehingga kualitas sistem lantai pelat baja tetap terjaga sesuai dengan perencanaan.

Kemudahan pemasangan menjadi salah satu kelebihan alternatif sistem lantai baja. Baik sistem lantai beton maupun lantai baja dapat diperbaiki dengan tetap membuka arus lalu lintas 1 lajur. Namun tingginya tingkat kepadatan lalu lintas seringkali penutupan satu lajur menjadi penyebab kemacetan. Untuk itu perlu adanya suatu

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 8

Page 9: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

sistem perbaikan/penggantian lantai yang tidak perlu berlama-lama menutup lajur lalu lintas. Apabila perbaikan lantai jembatan menggunakan sistem lantai beton, diperkirakan penutupan 1 lajur lalu lintas akan membutuhkan 20 hari hingga dibuka kembali namun belum termasuk pengaspalan, karena pengaspalan dilakukan 28 hari setelah pengecoran. Sedangkan alternatif perbaikan dengan menggunakan sistem lantai baja diperkirakan akan membutuhkan 13 hari penutupan 1 lajur lalu lintas hingga dibuka kembali dan sudah termasuk pengaspalan. Apabila perbaikan dilakukan dengan menutup 1 lajur secara bergantian, maka total waktu yang dibutuhkan untuk penyelesaian perbaikan sistem lantai dengan menggunakan lantai baja akan membutuhkan waktu sekitar 26 hari.

Gambar 4.1 Pelaksanaan Penggantian Lantai Menggunakan Sistem Lantai Baja

Gambar 4.2 Pelaksanaan Penggantian Lantai Menggunakan Sistem Lantai Beton

Salah satu kelebihan sistem lantai baja lainnya adalah masa layan yang cukup teruji hingga saat ini. Menjadi pengetahuan umum bahwa musuh utama dari baja adalah karat. Namun hal tersebut dapat dicegah/diminimalisir apabila proses galvanize dilakukan dengan optimal. Berdasarkan pengalaman, lantai beton seringkali mengalami kerusakan berupa retak hingga rontok sebelum mencapai umur perencanaannya. Pada beberapa kasus ekstrem bahkan lantai beton sudah rusak pada usia 3-5 tahun. Lantai jembatan direncanakan untuk umur 30 tahun. Lebih lanjut mengenai kerusakan lantai, sistem lantai baja sangat mudah dalam penanganan terhadap kerusakan lokal. Proses penggantian kerusakan lantai seperti berlubang dapat ditangani dengan memotong bagian yang berlubang kemudian dilakukan penutupan dengan pelat baja dan dilas. Berbeda dengan kerusakan lokal pada lantai beton. Lantai beton tidak dapat dilakukan pergantian setempat. Sebagai contoh, terjadi kerontokan beton hingga lantai berlubang dengan diameter 20 cm. Untuk memperbaiki harus dilakukan pembongkaran sebesar satu segmen dan kemudian dicor kembali.

V. KESIMPULAN

Sistem lantai pelat baja memerlukan biaya lebih tinggi dibandingkan sistem lantai beton. Sistem lantai pelat baja meningkatkan kapasitas muat jembatan secara signifikan. Termasuk mengurangi

lendutan yang terjadi akibat beban mati dan beban mati tambahan.

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 9

Page 10: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

Pelaksanaan konstruksi di lapangan dapat dilakukan dengan cepat, tanpa menutup lalu lintas dan efek getar lalu lintas pada saat pemasangan pelat baja tidak mempengaruhi mutu konstruksi.

VI. REFERENSI

I. PENDAHULUAN

Balok girder lantai jembatan terutama jembatan pra-fabrikasi baja dengan lantai struktur beton bertulang biasanya mempunyai bentang per segmen 5,0 m dengan jumlah segmen 6 buah, sehingga membentuk lantai jembatan rangka baja pra-fabrikasi dengan bentang total 30,0 m. Akibat beban dinamis terutama beban lalu lintas maka lantai beton bertulang akan mengalami kerusakan prematur sebab sifat beton bertulang mudah retak sebab nilai momen retak beton bertulang rendah. Retak pada beton bertulang pada umumnya tidak menutup kembali setelah beban dinamis hilang sebab kekakuan beton bertulang sangat terdegradasi setelah retak. Retakan akan menyebabkan korosi yang meningkatkan derajat kerusakan. Dengan timbulnya beban dinamis yang menyebabkan beban siklik berikutnya maka kerusakan akan bersifat progresif sehingga memperpendek umur lantai lantai beton dan meningkatkan biaya pemeliharaan.Alternatif lain untuk sistem struktur balok girder jembatan pra-fabrikasi baja adalah dengan menggunakan sistem balok beton prategang pra tarik pra fabrikasi. Pemberian sistem prategang pada balok beton akan menyebabkan peningkatan nilai kuat momen retak. Pembebanan dinamis pada beban kerja pada balok prategang, akan menyebabkan retak yang terjadi menutup kembali setelah beban dinamis hilang. Retak menutup kembali akibat de-kompresi dari gaya prategang. Bila gaya prategang diberikan secara penuh (fully pre-stressed concrete) maka balok beton akan bersifat getas dan kehilangan daktilitas. Bila maksimum deformasi in-elastic dilampaui maka struktur akan mengalami keruntuhan tiba-tiba. Hal ini tidak diperbolehkan dalam desain struktur beton.Desain yang lebih baik yaitu dengan memberikan struktur lantai beton prategang parsial. Dalam sistem struktur ini gaya-gaya dalam dipikul bersama antara kabel atau strand prategang dan tulangan biasa dengan suatu proporsi tertentu. Proporsi atau rasio antara momen lentur yang dipikul oleh gaya prategang dan beton bertulang disebut dengan Partial Pre-stressing Ratio (PPR). PPR antara 40% sampai dengan 70% memberikan karakteristik siklik yang optimum, sehingga dapat bersifat daktail tanpa kehilangan kekuatan penampangnya. Untuk struktur portal yang menahan gempa kuat, nilai optimum PPR adalah 40%, sedangkan balok girder dapat menggunakan PPR 60%-70% sebab beban siklik relatif lebih kecil karena diakibatkan beban lalu lintas saja (Budiono, 1994, Harajli, 1998). Untuk jangka pendek, struktur beton prategang parsial akan lebih mahal dibandingkan dengan struktur beton bertulang biasa tetapi untuk jangka panjang akan lebih murah sebab lebih awet dan mengurangi biaya pemeliharaan.

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 10

Page 11: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

II. BALOK BETON PRATEGANG

Balok beton prategang, walaupun memiliki kekuatan yang lebih besar dibandingkan dengan beton bertulang biasa, tetapi beton prategang pada umumnya lebih getas. Menurut Wakabayashi (1986), daktilitas beton prategang bervariasi sesuai jumlah dan letak strand prategang, seperti terlihat pada Gambar II.1. Momen lentur ultimate akan bertambah dengan bertambahnya wp (wp = pfps/fc’), dimana wp prestressing index, p

adalah prestressing area ratio, sedangkan fps/fc’ adalah perbandingan tegangan prategang ultimate terhadap tegangan beton karakteristik. Makin besar gaya pre-stress maka kemampuan penampang menahan momen bertambah besar tetapi disisi lain daktilitas berkurang sejalan dengan bertambahnya nilai wp. Gambar II.2. memperlihatkan hubungan antara wp dan faktor daktilitas kurvatur . Daktilitas kurvatur dapat mencapai nilai 15 pada nilai wp sekitar 0,17. Daktilitas kurvatur dengan nilai 15 banyak digunakan pada struktur beton tahan gempa. Apabila nilai momen nominal pada daktilitas ini tidak dapat menahan momen ulimate akibat beban maka penambahan kapasitas momen dapat dipikul oleh tulangan biasa. Dengan mengatur perbandingan momen yang dipikul oleh baja prategang dan baja tulangan biasa yang disebut dengan PPR maka dapat direncanakan beton prategang partial yang memenuhi syarat baik kekuatan maupun daktilitas(Harajli, 1988; Wakabayashi, 1986). PPR sama dengan 60%-70% akan memberikan solusi optimum untuk balok girder jembatan pra-fabrikasi.

Gambar II.1. Hubungan Momen vs. Kurvatur Balok Beton Prategang dengan variasi Indek Tulangan Prategang (wp)-Wakabayashi, 1986

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 11

Page 12: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

Gambar II.2. Hubungan wp (Index Tulangan Prategang) vs daktilitas (Wakabayashi, 1986)

Balok prategang parsial adalah balok beton dengan tulangan prategang (tulangan aktif) dan tulangan biasa (non-prategang sebagai tulangan pasif) yang bersama-sama menahan tegangan tarik. Tulangan tekan dengan menggunakan baja biasa dapat juga digunakan tapi lebih bersifat untuk penambahan daktilitas penampang daripada kuat lentur penampang. Sifat lentur balok beton prategang parsial sangat tergantung besarnya rasio PPR. Menurut Budiono (1994):

(1)

dimana Mn adalah jumlah momen nominal kontribusi dari tulangan non prategang (Mns) dan tulangan prategang (Mnp).

Menurut Ziad, et.al. (1986) dan Naaman (1985) PPR adalah:

(2)

dimana Aps dan fps adalah luas penampang dan tegangan ultimate tulangan prategang, sedangkan As dan fy adalah luas penampang dan tegangan leleh tulangan non prategang.

Bila PPR terlalu kecil akan menyebabkan balok berperilaku seperti balok beton bertulang, yaitu mempunyai kekuatan yang rendah tetapi bersifat daktail, sebaliknya bila PPR terlalu besar maka balok berperilaku seperti balok beton prategang penuh, yaitu kekuatan tinggi tetapi bersifat getas dan disipasi energi rendah. Hasil penelitian Naaman

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 12

Page 13: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

(1985) membatasi PPR yang baik adalah antara 40% - 70%. Untuk jelasnya dapat dilihat pada Gambar II.3.

Gambar II.3. Kurva Beban vs. Deformasi untuk berbagai tingkat PPR (Naaman, 1985)

III. PERILAKU SIKLIK BETON PRA TEGANG PARSIAL

Menurut Wakabayashi (1986), serta Fang et. al. (1991), pada balok beton bertulang dengan pembebanan siklik (Gambar II.4.a), loop histeresis akibat pembebanan siklik menunjukkan bahwa daktilitas dan disipasi energi cukup besar, dan degradasi kekuatan akibat beban berulang kecil bila di detail dengan baik (Gambar II.4.b)

Perilaku loop histeresis balok beton prategang penuh, menurut Mugurima, Watanabe dan Nagai (1978) dalam Wakabayashi (1986), menunjukkan bahwa setelah regangan in-elastic tercapai pada proses pembebanan (loading), retak yang terjadi akan tertutup kembali pada saat unloading, sehingga deformasi hampir kembali ke nol. Kurva histeresis beban vs. deformasi membentuk huruf S (Gambar II.4.c). Oleh sebab itu energi disipasi yang dihitung sebagai luas dalam kurva histeretik kecil yang tidak direkomendasikan dalam desain dengan beban siklik. Bila tingkat pra-tegang tinggi maka keruntuhan struktur akan bersifat getas. Desain untuk struktur seperti ini membutuhkan faktor beban dinamis minimum 1,3 kali lebih besar dibandingkan dengan desain struktur beton bertulang (Wakabayashi, 1986) sehingga tidak ekonomis.

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 13

Page 14: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

Gambar III.1. Perbandingan hubungan momen kurvatur (Wakabayashi, 1986)

Perilaku struktur balok beton bertulang dengan beban siklik berbeda dengan struktur beton prategang penuh, seperti yang terlihat pada Gambar II.4.b. Struktur beton bertulang mempunyai energi disipasi terhadap beban siklik jauh lebih besar atau disebut struktur daktail. Hal ini menguntungkan untuk struktur gedung (portal) penahan gempa kuat, tetapi tidak begitu baik untuk lantai jembatan. Karakteristik kurva histeretik struktur beton bertulang akan mengakibatkan retak yang lebar menyebabkan degradasi kekuatan dan kekakuan. Retak lebar dimulai dari retak lentur, dimana retak pada struktur beton bertulang biasa tidak akan menutup kembali pada akhir pembebanan siklik. Retak ini akan terisi air dan udara sehingga menyebabkan korosi. Retak yang tidak menutup kembali dan korosi menyebabkan kerusakan progresif pada lantai dan balok jembatan akibat beban dinamis lalu lintas yang intensif.

Kombinasi tulangan baja bersama strand prategang membuat perilaku struktur mirip dengan struktur beton bertulang tetapi kapasitas ketahanan terhadap beban siklik serta lebar retak diperbaiki. Dapat disimpulkan bahwa pada pembebanan siklik, beton prategang mempunyai disipasi energi yang kecil karena getas, sedangkan beton bertulang memberikan disipasi energi yang besar karena daktail tetapi meninggalkan retak lebar serta kapasitas beban yang mampu dipikul lebih kecil, seperti terlihat pada Gambar II.4. Untuk pembebanan siklik, respon struktur dengan disipasi energi yang optimum untuk lantai jembatan yang memiliki kuat lentur tinggi, maka pilihan pada struktur beton pra-tegang parsial merupakan alternatif yang baik.

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 14

(b) Beton Bertulang (c) beton prategang

(a) Pembebanan Balok dengan Beban Siklik

Page 15: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

IV. PENELITIAN EKSPERIMENTAL BALOK BETON PRA TEGANG PARSIAL

Pengujian meliputi 2(dua) spesimen skala penuh balok beton prategang parsial dari total 6(enam) specimen. Pengujian pada makalah ini diambil dari hasil riset program S3 FTSL-ITB oleh Dr.Ir.Titi Penta Artiningsih, 2006 dibawah bimbingan penulis sebagai Promotor. Spesimen berupa balok-T, dimensi penampang balok yaitu tinggi balok 250,0 mm dengan tinggi sayap 60,0 mm, lebar badan balok 150,0 mm dan lebar sayap 375,0 mm. Panjang total spesimen adalah 5700 mm, terdiri atas bentang bersih antar tumpuan 5100,0 mm dan panjang end-block masing-masing 300,0 mm di tiap-tiap ujung balok. Balok diletakkan di atas tumpuan sederhana, yaitu tumpuan sendi dan rol. Balok dirancang dengan sistem penulangan under-reinforced dikombinasi dengan strand prategang. Strand prategang diletakkan eksentris pada badan balok. Gaya prategang sebesar 140 kN diberikan dengan sistem penegangan pratarik, dan lintasan strand lurus. Besar PPR (parsial prestressed ratio, rasio prategang parsial) rencana adalah 60%. Sistem pembebanan terdiri dari sistem pembebanan lentur murni, dengan cara three point loading dan centre point loading seperti pada Gambar IV.1 dibawah ini.

Gambar IV.1 Sistem Pembebanan Siklik (Penta, 2006)

Material Properties adalah sebagai berikut:

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 15

375

60

150(a) 3 Point Loading

(a) Centre Point Loading

Strand Prategang D12,50

Tulangan Biasa

4D16

2D10

Page 16: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

Tabel 1. Material Properties Beton Mutu Tinggi (Silinder)

Kode Balok Properties Nilai

3 Point Loading

fc’ [MPa] 54.00

E [MPa] 29400,00

[kg/m3] 2400,00

Centre Point Loading

fc’ [MPa] 53,00

E [MPa] 29400,00

kg/m3] 2300,0

Tabel 2. Hasil pengujian tarik baja tulangan dan strand

Tulangan Diameter [mm]

Luas

[mm2]

Beban Leleh [kg]

Beban Batas [kg]

fy

[MPa]

fu

[MPa]

polos P8 7.50

7.50

7.50

44.20

44.20

44.20

1100

1150

1100

1600

1600

1500

249,00

260,00

249,00

362,00

362,00

339,00

ulir D10 9.37

9.39

9.38

68.98

69.28

69.13

2750

2675

2750

3875

3825

3850

398,00

386,00

397,80

561,00

552,00

557,00

ulir D16 15,67

15,69

192,93

193,42

8000

7500

12500

12500

414,00

387,00

648,00

646,00

Strand Prategang

12,54

12,54

98,71

98,71

7125

8500

14750

15625

708,00

844,00

1465,00

1552,00

Diagram pembebanan siklis adalah sebagai berikut:

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 16

0

40

-20

40

-20

80

-40

80

-40

120

-60

120

-60

160

-80

160

-80

0

-100

-50

0

50

100

150

200

siklus

len

du

tan

[mm

]

Page 17: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

Gambar IV.2 Diagram Pembebanan Siklis (Penta, 2006)

Hasil dari percobaan eksperimental untuk balok dengan beban lentur murni siklik (3 point loading) seperti

pada Gambar IV.3. Dari gambar dapat dilihat bahwa respon histeretik (siklik) dari benda uji sangat

stabil dengan disipasi energi yang baik. Lebar retak pada kondisi beban kerja (elastik) relatif kecil dan

akan menutup pada beban berikutnya pada arah yang berlawanan.

Gambar IV. 3 Kurva Histeretik untuk 3 Point Cyclic Loading

Perbedaan beban ultimate atas dan bawah disebabkan oleh tulangan balok T dimana di bagian serat atas

hanya diberi tulangan biasa sehingga mempunyai momen negatif yang lebih kecil (siklis di grafik

bawah) sebab gaya tarik dipikul tulangan biasa. Momen positif balok lebih besar dibanding momen

negatifnya (siklis digrafik atas) sebab gaya tarik dipikul bersama antara tulangan biasa dan strand pra

tegang.

Hasil penelitian untuk centre point loading yang mengakibatkan kombinasi beban lentur dan geser, tidak

berbeda jauh dengan 3 point loading, seperti pada Gambar IV.4.

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 17

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-100 -50 0 50 100 150 200 250

lendutan [mm]

be

ba

n [k

N]

BLMS

Page 18: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

Gambar IV. 4 Kurva Histeretik untuk Centre Cyclic Loading

V. KESIMPULAN

1. Beton bertulang biasa sebagai lantai dan girder jembatan rangka baja pra fabrikasi kurang memenuhi syarat kekuatan, kekakuan dan durabilitas sebab mudah retak yang menyebabkan korosi sehingga terjadi kerusakan progresif akibat beban siklis (dinamis) lalu lintas

2. Struktur beton prategang penuh dengan indeks wp tinggi diatas 0,2 akan tidak ekonomis sebab disamping strand baja prategang mahal juga struktur akan bersifat getas meskipun struktur ini mempunyai nilai momen ultimate yang tinggi.

3. Penggunaan sistem beton mutu tinggi prategang parsial dengan PPR antara 60% sampai dengan 70% direkomendasikan diaplikasikan pada lantai beton jembatan rangka baja pra fabrikasi sebab akan meningkatkan kinerja lantai beton dan menutup kekurangan pada sistem beton bertulang biasa. Sistem ini dalam jangka pendek lebih mahal tetapi dalam jangka panjang akan lebih ekonomis karena berkurangnya biaya pemeliharaan

VI. REFERENSI

1. Al-Ziad, R. Z. dan Naaman, A. E. (1986), “Analysis of partially prestressed composite Beams,” ASCE Journal of Structural Engineering, vol. 112, no. 4

2. Artiningsih, T. P. (2006), “Studi Perilaku Histeresis Balok T Hibrida Beton Normal-Ringan Prategang Parsial Dengan Bukaan di Badan Balok”, Disertasi S3- Institut Teknologi Bandung, 2006

3. Budiono, B., Gilbert, R. I., dan Foster, S. J. (1994), “Hysteretic behaviour of partially prestressed concrete beam column connections,” Australian Structural Engineering Conference, Sydney

4. Fang, I. K., Wang, C. S., dan Hong, K. L. (1994), “Cyclic behavior of high-strengh concrete short beams with lower amount of flexural reinforcement,” ACI Structural Journal, vol. 91, no. 1

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 18

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-100 -50 0 50 100 150 200 250

lendutan [mm]

be

ba

n [k

N]

BLMC

Page 19: Kombinasi Stringer Pelat Baja

Seminar Sehari Kerusakan Lantai Jembatan dan Metode Perbaikan

5. Harajli, M. H., “Behaviour of Partially Prestressed Concrete Joints Under Cyclic Loading”, Journal of Structural Engineering , ASCE , Vol.114, No 11, November 1988.HAMBLY, E.C., “Bridge Deck Behaviour”, 2nd Edition, Mc Graw-Hill Book Co.,(2000).

6. Johnson, R., P., “Composite Structures of Steel and Concrete ”, Blackwell Scientific Publications,1994.7. Naaman, A.E.,”partially Prestressed Concrete: Review and Recomendations”, PCI JOURNAL, Vol.30,

No.6, November-December, 1985.8. Park, R. dan Paulay, T. (1975), “Reinforced concrete structures,” John Wiley & Sons.9. SNI 7393-2008 Tata Cara Perhitungan Harga Satuan Pekerjaan Besi dan Aluminimum Untuk Konstruksi

Bangunan Gedung Dan Perumahan.10. SNI 7394-2008 Tata Cara Perhitungan Harga Satuan Pekerjaan Beton Untuk Konstruksi Bangunan

Gedung Dan Perumahan.11. Wakabayashi, M. (1986), “Design earthquake resistant buildings,” McGraw-Hill Book

Co., USA12. Weaver, W., Gere, J. M. (1980), “Matrix analysis of framed structures,” 2nd ed., Van

Nostrand Reinhold Co., New York

Prof.Dr.Ir.Bambang Budiono, M.E. 19