Konsep Dasar Perencanaan Jembatan (sesi 1) 571n30

KONSEP DASAR PERENCANAAN JEMBATAN (sesi 1) DISAMPAIKAN PADA DESIMINASI PERENCANAAN TEKNIS JEMBATAN DI SEMARANG , 10 JULI 2012 Oleh : Andi Indianto, Drs. Ir . MT.

DEPARTEMEN PEKERJAAN UMUM DIREKTORAT JENDRAL BINA MARGA DIREKTORAT BINA TEKNIK

Jakarta, Juli 2012

MATERI BAHASAN 1. 2. 3. 4.

Survey Pradesain Lantai Jembatan Struktur atas Jembatan

PERANCANGAN JEMBATAN Perancangan jembatan harus mengacu pada: 1. Teori-teori yang relevan.

2. Kajian dan penelitian yang memadai. 3. Aturan / tata cara yang berlaku.

ACUAN PERANCANGAN •

Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan, BMS, 1992.

•

Pembebanan Untuk Jembatan (SK.SNI T02-2005),

•

Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan (SK.SNI T-12-2004),

•

Perencanaan struktur baja untuk jembatan (SK.SNI T-03-2005),

•

Standar perencanaan ketahan gempa untuk jembatan (SNI 03-2833-200x)

KRITERIA DESAIN JEMBATAN • Memenuhi standar fungsi, kapasitas jembatan harus sesuai dengan fungsi jalan. • Memenuhi standar kenyamanan: Pengguna lalulintas tidak perlu merubah kecepatan ketika melalui jembatan, pengguna lalulintas tidak merasa terganggu perjalanannya dan tidak menimbulkan kemacetan lalulintas. • Memenuhi standar Keamanan: lalu lintas aman, tidak terjadi kecelakaan lalulintas yang disebabkan oleh adanya jembatan. • Memenuhi standar kekuatan dan kestabilan: Jembatan kuat dan stabil dalam menahan beban baik beban lalulintas, aksi lingkungan atau beban khusus • Memenuhi standar ekonomi: secara ekonomi jembatan menguntungkan, dapat menumbuhkan ekonomi daerah. • Mudah dalam pelaksanaan. peralatan konstruksi tidak lebih mahal dari jembatannya.

DIAGRAM ALIR PERENCANAAN Survey Pendahuluan Kompilasi data Pradesain

Evaluasi data

a. Type/model struktur b Lebar jembatan dan bentang jembatan c. Pilar jembatan d. Posisi / letak kepala jembatan e. Posisi struktur atas terhadap MAB/HWS/ bangunan lain dibawahnya f. Bahan jembatan g. Ukuran kepala dan pilar jembatan h. Penentuan metoda konstruksi

Desain akhir investiogasi tanah dan Analisa struktur

Evaluasi Pradesaian

Perhitungan dimensi

Modifikasi

- Gambar kostruksi - Dokumen Hitungan

Tahapan Perencanaan Jembatan. Untuk menjamin desain jembatan memenuhi kriteria desain, maka desain jembatan harus mengikuti proses desain sebagai berikut: •

Melakukan survey pendahuluan untuk mengumpulkan data-data dasar perencanaan dan untuk mengetahui letak jembatan.

•

Membuat pradesain/ rancangan awal berdasarkan hasil survey pendahuluan

•

4. 5.

Melalukan pengkajian hasil pradesain , dan jika perlu melukan survey kembali untuk memastikan: Lebar dan Bentang jembatan. Perlu tidaknya pilar.d. Letak kepala jembatan. posisi struktur atas jembatan terhadap muka air banjir atau permukaan air laut tertinggi atau bangunan lain yang ada dibawahnya. Bahan – beban lain/khusus yang mungkin bekerja pada jembatan Metoda konstruksi yang akan digunakan

•

Menentukan desain akhir dari struktur atas dan bawah jembatan

•

Menentukan beban – beban yang bekerja pada jembatan

•

Melakukan perhitungan / analisa struktur

•

Menentukan dimensi tiap elemen jembatan

•

Membuat gambar hasil perencanaan.

1. 2. 3.

Rincian Tahapan Perencanaan Jembatan. SURVEY PENDAHULUAN

DAAT UTAMA -Peta topografi -Peta geologi -Perta tata guna lahan -Hidrologi/Curah hujan -Penampang sungai. -Characteristic sungai -MAB dan MAN (visual dan informasi dari masyarakat).

DATA PENDUKUNG Jaringan jalan. LHR. Lokasi material. Harga satuan bahan dan upah.

PRADESAIN

SURVEY DETAIL

TOPOGRAFI. Kontur sekiatar rencana jembatan pada radius 100 m.

Penentuan B. atas. Penentuan B bawah. Elevasi permukaan lantai jembatan. Posisi kep jemb dan pilar

GEOTEKNIK. Sondir. N SPT Borring

LINGKUNGAN. Aspek Lingkungan. Pengumpulan doc amdal

DESAIN (PER. TEKNIS)

PELAPOR AN

PERHIT. STRUKTUR Lantai jembatan. Struktur atas jembatan. Kepala jembatan Pilar jembatan Pondasi Bang. Pelengkap jembatan

GAMBAR. Lay out lokasi jembatan. Tampak atas. Potongan memanjang Potongan melintang. Detail lantai dan struktur atas. Detail kepala dan pilar jemb. Detail bangunan pelngkap (sandaran, Exp t, tumpuan, jalan pendekat dll)

Gambar desain. Laporan teknis.

SURVEY PENDAHULUAN DATA UTAMA

: KEGUNAAN

     

: letak/posisi jembatan : longsoran dan gempa : Rencana pengembangan : Perkiraan debit banjir : Posisi dan perlindungan pilar & kep. jemb : Penentuan clearance awal



Peta topografi Peta geologi Peta tata guna lahan Hidrologi dan Curah hujan Characteristic sungai MAB dan MAN (visual dan informasi dari masyarakat). Penampang sungai

DATA PENDUKUNG  Jaringan jalan.  LHR.  Lokasi material.  Harga sat bahan &upah.

: bentuk dan bentang jembatan

: KEGUNAAN : Metoda konstruksi : Lebar jembatan : Mobilisasi Bahan : Anggaran

PENENTUAN AREA SURVAI TOPOGRAFI – survai topografi dilakukan pada lokasi yang telah ditentukan oleh perencana berdasarkan survai lapangan. – Area yang harus disurvai topografi pada umumnya : •

• •

200 meter arah jalan masuk dan 200 meter arah jalan keluar jembatan. Juga pada daerah sungai sendiri sekitar 50 meter ke hulu dan 50 meter ke hilir untuk sungai yang lurus, tetapi untuk sungai yang berkelok paling sedikit 2 kelokan arah hulu sungai dan 1 kelokan ke arah hilir sungai.

PENGAMATAN PERILAKU (MORFOLOGI) SUNGAI • Morfologi sungai perlu diamati, karena sangat berpengaruh terhadap perilaku gerusan sungai.yaitu : – Frekuensi banjir besar yang terjadi, untuk kemudian dibandingkan dengan banjir 50 tahunan atau 20 tahunan – Debit banjir yang akan terjadi dan banjir tahunan yang pernah terjadi untuk memperkirakan gerusan – Lamanya curah hujan yang pernah terjadi – Kecepatan aliran air rata-rata

PRADESAIN Data – Data yang diperlukan -

Peta situasi/topograffi; penentuan posisi jembatan terhadap jalan dan sungai Peta geologi; berhubungan dengan peninjauan gempa dan longsoran Penampang sungai ; penentuan bentang , perlu tidaknya pilar, penentuan letak pilar, penentuan letak kepala jembatan. Jenis sungai ; penentuan letak kepala jembatan, Clearance, perlu tidaknya pilar Muka air banjir ; posisi struktur atas Kecepatan arus air banjir ; gaya pada pilar

Setelah data-data diperoleh dan dianalisa, lalu ditentukan: a. b. c. d. e. f.

Letak / posisi jembatan Tinggi jembatan dari muka air banjir/Elevasi permukaan lantai jembatan. Letak / posisi kepala jembatan dan pilar (jika diperlukan ) Bentang jembatan Bentuk struktur atas dan bawah jembatan Penampang jembatan

Peta situasi/topografi

PRADESAIN JEMBATAN

Parameter Perancangan

Tanjakan / Turunan Perbandingan 1:30 untuk kecepatan kendaraan > 90 km/jam Perbandingan 1:20 untuk kecepatan kendaraan 60 s/d 90 km/jam Perbandingan 1:10 untuk kecepatan kendaraan < 60 km/jam

C = 0,5 m ; untuk jembatan di atas sungai pengairan C = 1,0 m ; untuk sungai alam yang tidak membawa hanyutan . C = 1,5 m ; untuk sungai alam yang membawa hanyutan ketika banjir C = 2,5 m ; untuk sungai alam yang tidak diketahui kondisinya. C = 5,1 m ; untuk jembatan jalan layang. C  15 m; untuk jembatan di atas laut dan di atas sungai yang digunakan untuk alur pelayaran. jenis sungainya, jalan : 5 m, laut 15 m ).

BIDANG AMAN DIBAWAH JEMBATAN

PENENTUAN POSISI DAN BENTUK JEMBATAN

PENENTUAN BENTANG JEMBATAN DAN LETAK KEPALA JEMBATAN

SURVEY DETAIL PARAMETER SURVEY

KEGUNAAN

TOPOGRAFI. •  Kontur pada radius 100 m dari jembatan GEOTEKNIK./ INVESTIGASI TANAH  Sondir.  N SPT  Borring LINGKUNGAN. •  Aspek Lingkungan.  Pengumpulan doc amdal

: Site plan

• : Pondasi : Pondasi : Pondasi

: Sosiologi pelaksanaan : Penyusunan RKL&RPL, UKL&UPL

URUTAN PERANCANGAN JEMBATAN 1.

KRITERIA DESAIN

2.

PRADESAIN a. Potongan panjang dan lintang b. Denah/tampak atas c. Bentuk dan ukuran girder/rangka d. Kepala dan pilar jembatan

5.

PERHITUNGAN KEPALA JEMB. a. Pembebanan. b. Perhitungan dimensi dan penulangan c. Penentuan dan perhitungan Pondasi

3.

PERHITUNGAN LANTAI JEMB.

6.

4.

PERHITUNGAN GELAGAR/RANGKA a. Pembebanan b. Penentuan Gaya Dalam c. Penentuan Dimensi/tulangan d. Sambungan e. Kontrol Lendutan f. Perhitungan perletakan

PILAR JEMBATAN a. Pembebanan. b. Perhitungan dimnesi dan penulangan c. Penentuan dan perhitungan Pondasi

7.

GAMBAR BESTEK a. Peta lokasi b. Denah bangunan c. Tampak dan potongan d. Detail

DESAIN (PER. TEKNIS) PERHIT. STRUKTUR •  Lantai jembatan.  Struktur atas jembatan.  Kepala jembatan  Pilar jembatan  Pondasi  Bang. Pelengkap jembatan GAMBAR. •  Lay out lokasi jembatan.  Tampak atas.  Potongan memanjang  Potongan melintang.  Detail lantai dan struktur atas.  Detail kepala dan pilar jemb.  Detail bangunan pelngkap (sandaran, Exp t, tumpuan, jalan pendekat dll)

Perencanaan dengan Batas Daya Layan ( ASD ) Perencanaan untuk perhitungan kekuatan struktur didasarkan kepada tegangan kerja atau yang di ijinkan dari meterial pembentuk struktur tersebut.

  WM

  Tegangan yang di ijinkan    y dimana :  y  Tegangan leleh n

n = Angka keamanan  Untuk Baja : n = 1,5 Untuk beton Uji kubus : n = 3 ( pembebanan tetap; D+L ) y n = 1,8 (pemb. sementara; D+L+W(E)) Untuk beton Uji Silinder : n = 2,5 ( pembebanan tetap; D+L ) n = 1,5 (pemb. sementara; D+L+W(E))  Diagram Tegangan - Regangan .M  Momen beban yang bekerja ( tanpa faktor reduksi ) .W  Momen lawan '

f c  0,83K

Perencanaan dengan Faktor Reduksi Kekuatan (LRFD) Perencanaan untuk perhitungan kekuatan struktur didasarkan kepada tegangan leleh pertama dari meterial pembentuk struktur tersebut.

y 

Mu W

 y  Tegangan leleh pertama M u  Momen Ultimate ( Momen beban berfaktor ) W  Momen lawan ( S )

Faktor Beban Untuk Konstruksi Beton Bertulang



1. 2. 3. 4. 5.

y



Diagram Tegangan - Regangan

U = 1.2 D + 1.2 C + 1.6 L U = 0.9 D + 1.2 C + 1.2 L±1.2 W U = 0.9 D + 1.2 C ± 1.3 W U = 0.9 D + 1.2 C ± 1.0 E U = 1.2 D + 1,0 T + 1.6 L 1. 2. 3. 4. 5. 6.

D = Beban mati C = Arus dan tumbukan benda hanyutan L = Beban hidup W = Beban angin E = Beban gempa T = Tumbukan kendaraan

Umur rencana Jembatan • Umur rencana jembatan min 50 tahun. Umur rencana dipengaruhi oleh material/bahan jembatan dan aksi lingkungan yang mempengaruhi jembatan. Jembatan dengan umur rencana lebih panjang harus direncanakan untuk aksi yang mempunyai periode ulang lebih panjang.

No

Umur rencana (tahun)

Pereode ulang (tahun) Keadaan Batas Layan

Keadaan Batas Ultimate

1

50

20

1000

2

100

20

2000

Bahan Jembatan • Bahan utama jembatan ditentukan berdasarkan bentuk dan bentang jembatan, lokasi jembatan, dan umur rencana jembatan. Penggunaan bahan khusus harus melalui uji material untuk mengetahui karakteristik dan sifat-sifat fisiknya. Secara umum jembatan dapat menggunakan bahan: • Beton bertulang dan Beton Prategang • Baja dan Baja mutu tinggi Mutu Beton ( fc’ ) ( Mpa)

30

40

50

60

Kuat Tekan (kg/cm2)

300

400

500

600

Jenis Baja

Tegangan putus minimum, fu [MPa]

Tegangan leleh minimum, fy [MPa]

BJ 34

340

210

BJ 37

370

240

BJ 41

410

250

BJ 50

500

290

BJ 55

550

410

Bagian – Bagian Jembatan Truss / Rangka

Kepala Jembatan

Girder

Tumpuan Pilar (Pier)

Tumpuan

Muka Air Banjir Pondasi

Atas

Rangka, Girder, Tumpuan, Sandaran, Lantai

Struktur

Bawah

Kepala jembatan, Pilar, Pondasi

LANTAI JEMBATAN DIMENSI PELAT LANTAI JEMBATAN h = tebal pelat h > 200 mm h Tebal pelat pada lantai jembatan ditentukan sbb: h > (100 + 40 l ) mm L dalam m 100 cm Cara penulisan tulangan pelat : D 13 – 200 Artinya dipasang tulangan pelat D 13 mm sebanyak 5 buah untuk 100 cm lebar pelat. Jika 1 buah tulangan Ø 13 mempunyai luas = 133 mm2, maka D 13 -20 mempunyai luas tulangan (As )= 665 mm2.

MACAM MACAM LANTAI JEMBATAN Beton bertulang LANTAI JEMBATAN

Komposit plat baja gelombang dengan beton

Plat baja gelombang dengan lapisan aus sapal beton

PEMBEBANAN PADA PELAT LANTAI JEMBATAN

PEMBEBANAN PADA PELAT LANTAI JEMBATAN

Beban Lalu lintas

Orang : q = 0,5 ton/m2 Bekerja pada Trotoar Beban roda kendaraan T = 11 ton Bekerja pada Lantai jembatan

Analisa struktur: plat dengan beban terpusat

Tinjauan geser Tinjauan Momen

GESER PONDS PADA PELAT

TLL=11T RODA KENDARAAN

d

Roda kendaraan : a1=20 cm b1=50 cm P = beban roda kendaraan

a1 a1+d

b1+d

b1

 fc,  Vc  2d  b1  d    a1  d    6   Vc 

P.1, 6 0.7

Vc = kemampuan beton menahan geser 1,6 = faktor beban 0.7 = faktor reduksi kekuatan Fc’ dalam Mpa, setelah diakar dan dibagi 6, lalu dirubah dalam kg/cm2

MOMEN PELAT AKIBAT BEBAN MERATA qDL dan qLL

TABEL MOMEN BEBAN TERPUSAT TLL

LANJUTANTABEL MOMEN BEBAN TERPUSAT

TULANGAN PELAT Penulangan pelat harus memenuhi syarat : Banyak tulangan pelat :

As   .B.d

 min     mak

B= lebar pelat diambil 1m

 min 

1,4 fy

max  0, 75.balance

TULANGAN SUSUT dan TUL. BAGI  Untuk menahan susut dan tegangan akibat perubahan suhu, perlu dipasang tulangan susut/tulangan bagi dalam arah tegak lurus tulangan utama. Besarnya tulangan susut/tulangan bagi menurut SNI 032847-2002 pasal 9.12 adalah : Untuk tul ulir dg fy= 400 MPa, As. Susut = 0,0018.b.h Untuk tul dg. Fy=240 MPa, As. Susut = 0,0020.b.h

 Tulangan susut dipasang maksimum dengan jarak,  smak susut = 450 mm atau 5 x tebal pelat  Tulangan bagi ≥ 20% tulangan pokok.

PENENTUAN BANYAKNYA TULANGAN

PENENTUAN BANYAKNYA TULANGAN

DIAGRAM BANYAK TULANGAN UNTUK TULANGAN D FORM

STRUKTUR ATAS JEMBATAN KRITERIA DESIAN

H

T

B

T 0,1 t/m

Tiang sandaran 0,9 m Kerb

0,25m

Trotoar Lantai Kendaraan

Kerb

0,25m

H = min 5,1 m T = min 0,5 m B = lebar lantai kendaraan Lebar lantai kendaraan: 3 s/d 3,5 m / lajur

Pemilihan bentuk struktur atas Pemilihan Tipe Main Structure & Jenis Material yang optimum. Ditentukan bersdasarkan Bentang ekonomis jembatan

Apabila tidak direncanakan secara khusus maka dapat digunakan bangunan atas jembatan standar Bina Marga sesuai bentang ekonomis dan kondisi lalu lintas air di bawahnya.

Pembebanan Struktur Atas Jembatan A. Beban tetap

- Berat mati ( DL ) - Beban Lalu lintas (LL), dengan beban kejud(DLL) dan beban Rem ( HLL )

B. Aksi Lingkungan - Beban Angin (WL)( Tew) - Beban Gempa (EL) C. Beban Khusus

- Rangkak dan Susut (CL) - Beban Sentripugal (SL)

A. Beban Tetap Beban tetap

Beban mati Beban mati tambahan Beban hidup

Berat sendiri konstruksi, sesuai dengan BJ material pembentuk konstruksi: plat, balok, rangka, pilar Beban yang selalu ada yang tidak termasuk struktur penahan beban lalu lintas , pipa drainasi, sandaran , tiang lampu lalu lintas , ornamen

Beban lalu lintas yang bekerja diatas jembatan: kendaraan

A.1 Beban Lalu lintas

Beban Lalu lintas Kendaraan Beban lajur lalu lintas (D) Beban merata : Kendaraan kecil Banyak diatas Lantai jembatan q = 0,9 ton/m2

Beban garis: Kendaraan besar ( Truk Trailler) Diatas lantai jembatan P = 4,9 ton/m

A.2 Beban lajur lalu lintas (D)

Untuk : L  30m : q = 0,9 t/m

P = 4,9 ton/m

15   Ubtuk : L  30m : q = 0,9  0,5+  t/m L 

A.3 Beban Lajur ( D )

A.4 Beban Kejut BMS: - Beban T dinakkan 30% - Beban D ( P ) dinaikkan sebesar diagram dibawah

A.6 Beban q dan P Pada Jembatan Balok menerus

B. Aksi Lingkungan Beban Angin (WL): v2 P  (kg / m2 ) 16

Dimana : v = kecepatan angin = m/dt TEW

TEW

Keadaan Dengan Beban Hidup

Jembatan girder Keadaan Tanpa Beban Hidup

Jembatan Rangka Keadaan Tanpa Beban Hidup b

Keadaan Dengan Beban Hidup 100 %

d

2m

30 %

15 % TEW

7,5 %

15 % TEW

Gaya Angin Bekerja Pada Pilar Jembatan

Beban Angin (WL): menurut BMS TEW  0,0006.CW .(VW )2 . Ab (KN) ( bekerja pada jembatan ) TEW  0,0012.CW .(VW )2 . (KN/m) ( bekerja pada kendaraan) CW untuk kendaraan = 1,2 CW untuk jembatan tergantung perbandingan antara b dan d b/d = 1,0 : Cw = 2,10 b/d = 2,0 : Cw = 1,50 b/d ≥ 6,0 : Cw = 1,25 Jika tidak dilakukan pengukuran Kecepatan angin (Vw) Maka Vw dapat diambil: • V= 30 m/dt ; dekat dengan laut ≤ 5 km • V= 25 m/dt ; jauh dari laut > 5 km.

Batas daya layan

• V= 35 m/dt ; dekat dengan laut ≤ 5 km • V= 30 m/dt ; jauh dari laut > 5 km.

Batas Ultimate

TAHAPAN PERENCANAAN STRUKTUR ATAS JEMBATAN a. Data – Data yang diperlukan -

Fungsi jembatan ; berhubungan dengan syarat kenyamanan

-

Umur rencana ; berhubungan dengan material yang akan digunakan dan bahan pengawetnya

-

Lebar jalan dan klas jalan ; lebar jembatan dan pembebanan

-

Jenis jembatan ( viaduk, aquaduk); penentuan Clearance ( sungai : tergantung jenis sungainya, jalan : 5 m, laut 15 m )

-

Bahan yang akan digunakan ; berhubungan dengan kesedianaan material

-

Kecepatan angin ; gaya pada struktur atas dan bawah

b. Pembuatan bentuk / arsitek jembatan - Penempatan letak jembatan terhadap sungai/rintangan dibawahnya; tegak lurus , terpendek, perlu analisa antara memindahkan sungai, melengkungkan jalan, atau jembatan serong ) - Penentuan bentang jembatan; perlu analisa mahal mana pembuatan kepala jembatan atau struktur atas - Penentuan perlu tidaknya pilar; mahal mana antara pembuatan pilar dengan struktur atas bentang panjang . - Penentuan type struktur atas ( girder, box, rangka, kabel, kombinasi rangka atau girder dengan kabel )

c. Pemodelan struktur -

Penentuan type hubungan struktur atas dan bawah ; kaku, sendi, rol

-

Pemodelan hubungan antar elemen pembentuk jembatan ; jepit, sendi

-

Pembuatan model analisa; model mekanika.

d. Preliminary design -

Penentuan ukuran struktur atas

-

Penentuan / perkiraan dimensi bagian –bagian struktur atas

e. Perhitungan mekenika teknik ( Analisa Struktur ) Struktur 2 Dimensi • Rangka • Balok tunggal • Balok menerus • Portal • Lantai dan dinding

: Cremona , Ritter, KTS, SAP : Kesetimbangan : Clapeyron, SAP : Cross, Kani, Takabeya : SAFE

Struktur 3 Dimensi • Rangka, Girder, portal • Jembatan gantung • Jembatan Cable Stayed

: SAP : SAP : SAP