Loading...
Loading...

Rabu, 22 Desember 2010

Klasifikasi dan Bentuk Jembatan

Klasifikasi dan Bentuk Jembatan

Jembatan merupakan struktur yang melintasi sungai, teluk, atau kondisi-kondisi lain berupa rintangan yang berada lebih rendah, sehingga memungkinkan kendaraan, kereta api maupun pejalan kaki melintas dengan lancar dan aman. Jika jembatan berada di atas jalan lalu lintas biasa maka biasanya dinamakan viaduct. Jembatan dapat dikatakan mempunyai fungsi keseimbangan (balancing) sistem transportasi, karena jembatan akan menjadi pengontrol volume dan berat lalu lintas yang dapat dilayani oleh sistem transportasi. Bila lebar jembatan kurang menampung jumlah jalur yang diperlukan oleh lalu lintas, jembatan akan menghambat laju lalu lintas. Struktur jembatan dapat dibedakan menjadi bagian atas (super struktur) yang terdiri dari deck atau geladak, sistem lantai, dan rangka utama berupa gelagar atau girder, serta bagian bawah (sub struktur) yang terdiri dari pier atau pendukung bagian tengah, kolom, kaki pondasi (footing), tiang pondasi dan abutmen. Super struktur mendukung jarak horisontal di atas permukaan tanah. Tipikal jembatan dapat dilihat pada Gambar 9.1.

Untuk memahami berbagai bentuk struktur jembatan, terlebih dahulu perlu ditinjau tentang klasifikasi jembatan. Klasifikasi jembatan dapat dibagi berdasarkan material super strukturnya, penggunanya, sistem struktur yang digunakan, dan kondisi pendukung. Selain itu juga perlu dipahami desain konseptual jembatan agar dapat menentukan jenis jembatan yang sesuai.

9.1.1. Klasifikasi Jembatan

a) Klasifikasi material superstruktur

Menurut material superstrukturnya jembatan diklasifikasikan atas:

? Jembatan baja

Jembatan yang menggunakan berbagai macam komponen dan sistem struktur baja: deck, girder, rangka batang, pelengkung, penahan dan penggantung kabel.

? Jembatan beton

Jembatan yang beton bertulang dan beton prategang

? Jembatan kayu

Jembatan dengan bahan kayu untuk bentang yang relatif pendek

? Jembatan Metal alloy

Jembatan yang menggunakan bahan metal alloy seperti alluminium alloy dan stainless steel

? Jembatan komposit

Jembatan dengan bahan komposit komposit fiber dan plastik

? Jembatan batu

Jembatan yang terbuat dari bahan batu; di masa lampau batu merupakan bahan yang umum digunakan untuk jembatan pelengkung.

b) Klasifikasi berdasarkan penggunanya

? Jembatan jalan

Jembatan untuk lalu lintas kendaraan bermotor

? Jembatan kereta api

Jembatan untuk lintasan kereta api

? Jembatan kombinasi

Jembatan yang digunakan sebagai lintasan kendaraan bermotor dan kereta api

? Jembatan pejalan kaki

Jembatan yang digunakan untuk lalu lintas pejalan kaki

? Jembatan aquaduct

Jembatan untuk menyangga jaringan perpipaan saluran air

c) Klasifikasi berdasarkan sistem struktur yang digunakan

? jembatan I–Girder.

Gelagar utama terdiri dari plat girder atau rolled-I. Penampang I efektif menahan beban tekuk dan geser.

? Jembatan gelagar kotak (box girder)

Gelagar utama terdiri dari satu atau beberapa balok kotak baja fabrikasi dan dibangun dari beton, sehingga mampu menahan lendutan, geser dan torsi secara efektif.

? Jembatan Balok T (T-Beam)

Sejumlah Balok T dari beton bertulang diletakkan bersebelahan untuk mendukung beban hidup

? Jembatan Gelagar Komposit

Plat lantai beton dihubungkan dengan girder atau gelagar baja yang bekerja sama mendukung beban sebagai satu kesatuan balok. Gelagar baja terutama menahan tarik sedangkan plat beton menahan momen lendutan.

? Jembatan gelagar grillage (grillage girder)

Gelagar utama dihubungkan secara melintang dengan balok lantai membentuk pola grid dan akan menyalurkan beban bersama-sama ? Jembatan Dek Othotropic

Dek terdiri dari plat dek baja dan rusuk/rib pengaku

? Jembatan Rangka Batang (Truss)

Elemen-elemen berbentuk batang disusun dengan pola dasar menerus dalam struktur segitiga kaku. Elemen-elemen tersebut dihubungkan dengan sambungan pada ujungnya. Setiap bagian menahan beban axial juga tekan dan tarik. Gambar 9.2. menunjukkan Jembatan truss Warren dengan elemen vertikal yang disebut ”through bridge”, plat dek diletakkan melintasi bagian bawah jembatan

? Jembatan Pelengkung (arch)

Pelengkung merupakan struktur busur vertikal yang mampu menahan beban tegangan axial

? Jembatan Kabel Tarik (Cable stayed)

Gelagar digantung oleh kabel berkekuatan tinggi dari satu atau lebih menara. Desain ini lebih sesuai untuk jembatan jarak panjang

? Jembatan Gantung

Gelagar digantung oleh penggantung vertikal atau mendekati vertikal yang kemudian digantungkan pada kabel penggantung utama yang melewati menara dari tumpuan satu ke tumpuan lainnya. Beban diteruskan melalui gaya tarik kabel. Desain ini sesuai dengan jembatan dengan bentang yang terpanjang.

d) Klasifikasi berdasarkan kondisi pendukung

Gambar 9.3. menunjukkan tiga perbedaan kondisi pendukung untuk gelagar dan gelagar rangka

? Jembatan dengan pendukung sederhana

Gelagar utama atau rangka batang ditopang oleh roll di satu sisi dan sendi di sisi yang lainnya.

? Jembatan dengan pendukung menerus

Gelagar atau rangka batang didukung menerus oleh lebih dari tiga sendi sehingga menjadi sistem struktur yang tidak tetap. Kecenderungan itu lebih ekonomis karena jumlah sambungan sedikit serta tidak memerlukan perawatan. Penurunan pada pendukung sebaiknya dihindari.

? Jembatan gerber (jembatan kantilever)

Jembatan menerus yang dibuat dengan penempatan sendi di antara pendukung.

? Jembatan rangka kaku

Gelagar terhubung secara kaku pada sub struktur

9.1.2. Desain Konseptual

Desain jembatan merupakan sebuah kombinasi kreasi seni, ilmu alam, dan teknologi. Desain konseptual merupakan langkah awal yang harus di ambil perancang untuk mewujudkan dan menggambarkan jembatan untuk menentukan fungsi dasar dan tampilan, sebelum dianalisa secara teoritis dan membuat detail-detail desain. Proses desain termasuk pertimbangan faktor-faktor penting seperti pemilihan sistem jembatan, material, proporsi, dimensi, pondasi, estetika dan lingkungan sekitarnya. Perencanaan jembatan secara prinsip dimaksudkan untuk mendapatkan fungsi tertentu yang optimal. Proyek jembatan diawali dengan perencanaan kondisi yang mendasar. Untuk mendapatkan tujuan yang spesifik, jembatan memiliki beberapa arah yang berbeda-beda; lurus, miring atau tidak simetris, dan melengkung horisontal seperti terlihat pada Gambar 9.4. Jembatan lurus mudah di rencanakan dan dibangun tetapi memerlukan bentang yang panjang. Jembatan miring atau jembatan lengkung umumnya diperlukan untuk jalan raya jalur cepat (expressway) atau jalan kereta api yang memerlukan garis jalan harus tetap lurus atau melengkung ke atas, sering memerlukan desain yang lebih sulit. Lebar jembatan tergantung pada keperluan lalu lintasnya. Untuk jembatan layang, lebarnya ditentukan oleh lebar jalur lalu lintas dan lebar jalur pejalan kaki, dan seringkali disamakan dengan lebar jalannya.

Estetika – selaras dengan lingkungan

Jembatan harus berfungsi tidak saja sebagai jalan, tetapi struktur dan bentuknya juga harus selaras dan meningkatkan nilai lingkungan sekitarnya. Meskipun terdapat perbedaan pandangan estetika dalam teknik jembatan, Svensson (1998) menyarankan:

? Pilih sistem struktur yang bersih dan sederhana seperti balok, rangka, pelengkung atau struktur gantung; jembatan harus terlihat terpercaya dan stabil;

? Terapkan proporsi tiga dimensional yang indah, antar elemen struktural atau panjang dan ukuran pintu masuk jembatan

? Satukan semua garis pinggir struktur, yang menentukan tampilannya. Kekurangan salah satu bagian tersebut akan dapat menyebabkan kekacauan, kebimbangan dan perasaan ragu-ragu.

Transisi dari bentuk garis lurus ke garis lengkung akan membentuk parabola.

? Perpaduan yang sesuai antara struktur dan lingkungannya akan menjadi lansekap kota. Sangat perlu skala struktur dibandingkan skala lingkungan sekitarnya.

? Pemilihan material akan sangat berpengaruh pada estetika

? Kesederhanaan dan pembatasan pada bentuk struktural asli sangat penting

? Tampilan yang menyenangkan dapat lebih ditingkatkan dengan pemakaian warna

? Ruang di atas jembatan sebaiknya dibentuk menjadi semacam jalan yang dapat berkesan dan membuat pengendara merasa nyaman.

? Strukturnya harus direncanakan sedemikian rupa sehingga aliran gaya dapat diamati dengan jelas

? Pencahayaan yang cukup akan dapat meningkatkan tampilan jembatan pada malam hari.

Gambar 9.5. berikut menunjukkan konsep rancangan jembatan Ruck-a-Chucky melintasi sungai Amerika sekitar 17 km dari bendungan Auburn di California. Anker kabel untuk Lengkung horisontal kabel penahan jembatan sepanjang 396 m direncanakan di sisi bukit. Meskipun jembatan ini tidak pernah dibangun, desain ini sesuai dengan topografi lingkungan sekitarnya, dan merupakan sebuah desain yang sangat memahami lingkungan.

e) Pemilihan Jenis Jembatan

Pemilihan jenis-jenis jembatan merupakan tugas yang kompleks untuk memenuhi keinginan pemilik. Tabel 9.1. menunjukkan format matriks evaluasi yang dapat digunakan untuk memilih jenis-jenis jembatan. Untuk poin yang ada pada tabel tersebut untuk faktor prioritas diberikan penilaian 1 – 5 ( 1 = rendah; 2 = standar; 3 = tinggi; 4 = tinggi sekali; 5 = sangat tinggi). Tingkat kualitas diberikan dalam skala 1 – 5 (1 = kurang; 2 = cukup; 3 = bagus; 4 = sangat bagus; 5 = sempurna). Bobot penilaian berisi perkalian faktor prioritas dengan faktor tingkat kualitas dan dihitung untuk setiap alternatif jenis jembatan. Jembatan dengan jenis yang memiliki total nilai tertinggi akan menjadi alternatif terbaik.

Tipe jembatan umumnya ditentukan oleh berbagai faktor seperti beban yang direncanakan, kondisi geografi sekitar, jalur lintasan dan lebarnya, panjang dan bentang jembatan, estetika, persyaratan ruang di bawah jembatan, transportasi material konstruksi, prosedur pendirian, biaya dan masa pembangunan. Tabel 9.2. berikut menunjukkan aplikasi panjang bentang beberapa tipe jembatan.

9.1.3. Bentuk Struktur Jembatan

Kemajuan pengetahuan dan teknologi di bidang jembatan sejalan dengan kemajuan peradaban manusia. Bentuk jembatan juga berkembang dari jembatan sederhana hingga jembatan kabel, yang penggunaannya akan disesuaikan dengan keperluan atau kebutuhan.

A. Jembatan Sederhana

Pengertian jembatan sederhana adalah ditinjau dari segi konstruksi yang mudah dan sederhana, atau dapat diterjemahkan struktur terbuat dari bahan kayu yang sifatnya darurat atau tetap, dan dapat dikerjakan/dibangun tanpa peralatan modern canggih. Sesederhana apapun struktur dalam perencanaan atau pembuatannya perlu memperhatikan dan mempertimbangkan ilmu gaya (mekanika), beban yang bekerja, kelas jembatan, peraturan teknis dan syarat-syarat kualitas (cheking) Di masa lampau untuk menghubungkan sungai cukup dengan menggunakan bambu, atau kayu gelondongan. Bila dibanding dengan bahan lain seperti baja, beton atau lainnya, bahan kayu merupakan bahan yang potensial dan telah cukup lama dikenal oleh manusia. Pada saat bahan baja dan beton digunakan untuk bahan jembatan, bahan kayu masih memegang fungsi sebagai lantai kendaraan.

Sifat-sifat Jembatan Kayu

Jembatan kayu merupakan jembatan dengan material yang dapat diperbaharui (renewable). Kayu adalah sumber daya alam yang pemanfaatannya akhir-akhir ini lebih banyak pada bidang industri kayu lapis, furnitur, dan dapat dikatakan sangat sedikit pemakaiannya dalam bidang jembatan secara langsung sebagai konstruksi utama. Pemakaian kayu sebagai bahan jembatan mempunyai beberapa keuntungan antara lain:

???? Kayu relatif ringan, biaya transportasi dan konstruksi relatif murah, dan dapat dikerjakan dengan alat yang sederhana

???? Pekerjaan-pekerjaan detail dapat dikerjakan tanpa memerlukan peralatan khusus dan tenaga ahli yang tinggi

???? Jembatan kayu lebih suka menggunakan dek dari kayu sehingga menguntungkan untuk lokasi yang terpencil dan jauh dari lokasi pembuatan beton siap pakai (ready mix concrete). Dek kayu dapat dipasang tanpa bekisting dan tulangan sehingga menghemat biaya

???? Kayu tidak mudah korosi seperti baja atau beton

???? Kayu merupakan bahan yang sangat estetik bila didesain dengan benar dan dipadukan dengan lingkungan sekitar

Dari penjelasan diatas, dapat dikatakan bahwa jembatan kayu untuk konstruksi jembatan berat dengan bentang sangat panjang sudah tidak ekonomis lagi. Jadi jembatan kayu lebih sesuai untuk konstruksi sederhana dengan bentang pendek.

B. Jembatan Gelagar Baja

Baja mempunyai kekuatan, daktilitas, dan kekerasan yang lebih tinggi dibanding bahan lain seperti beton atau kayu, sehingga menjadikannya bahan yang penting untuk struktur jembatan. Pada baja konvensional, terdapat beberapa tipe kualitas baja (high-performance steel/HPS) yang dikembangkan untuk diaplikasikan pada jembatan. HPS mempunyai keseimbangan yang optimal seperti kekuatan, kemampuan di las, kekerasan, daktilitas, ketahanan korosi dan ketahanan bentuk, untuk tampilan maksimum struktur jembatan dengan mempertahankan biaya yang efektif. Perbedaan utama dengan baja konvensional terletak pada peningkatan kemampuan di las dan kekerasan. Aspek yang lain seperti ketahan korosi dan daktilitas, sama. Jembatan gelagar merupakan struktur yang sederhana dan umum digunakan. Terdiri dari slab lantai (floor slab), gelagar (girder), dan penahan (bearing), yang akan mendukung dan menyalurkan beban gravitasi ke sub struktur. Gelagar menahan momen lendut dan gaya geser dengan menggunakan jarak bentang yang pendek. Gelagar baja dibedakan menjadi plat dan gelagar kotak. Gambar 9.6. menunjukkan komposisi struktur plat dan gelagar jembatan serta bagian penyaluran beban.

Pada jembatan gelagar plat, beban hidup didukung oleh langsung oleh slab dan kemudian oleh gelagar utama. Pada jembatan gelagar kotak, pertama kali beban diterima oleh slab, kemudian didukung oleh balok melintang (stringer) dan balok lantai yang terangkai dengan gelagar kotak utama, dan akhirnya diteruskan ke substruktur dan pondasi melalui penahan. Gelagar dibedakan menjadi non komposit dan komposit dilihat dari apakah gelagar baja bekerja sama dengan slab beton (menggunakan sambungan geser) atau tidak. Pilihan penggunaan perlengkapan yang terbuat dari baja dan beton pada gelagar komposit sering merupakan suatu keputusan yang rasional dan ekonomis. Bentuk I non komposit jarang digunakan untuk jembatan bentang pendek non komposit.

Gelagar Datar (Plate ) Non Komposit

Gelagar datar adalah bentuk yang paling ekonomis untuk menahan lentur dan gaya geser serta memiliki momen inersia terbesar untuk berat yang relatif rendah setiap unit panjangnya. Gambar 9.7. menunjukkan sebuah jembatan gelagar datar sepanjang 30 m dan lebar 8,5 m dengan 4 gelagar utama. Beban gravitasi didukung oleh beberapa gelagar datar utama yang terbuat dari hasil pengelasan 3 bagian: sayap atas dan bawah dan penghubung-nya (web). Gambar 9.8. menunjukkan sebuah gelagar datar dan proses pembentukannya. Penghubung dan sayap-sayapnya dibentuk dari potongan plat baja dan dilas. Potongan-potongan dirangkai di pabrik dan kemudian dibawa ke lokasi pembangunan untuk didirikan.

Beberapa faktor penting dalam perencanaan jembatan gelagar :

Pengaku web

Pengaku vertikal dan horisontal (Gambar 9.9) biasanya diperlukan apabila web relatif tipis. Momen lendut menghasilkan gaya tekan dan gaya tarik pada web, dipisahkan oleh aksis netral. Pengaku membujur/horisontal mencegah tekukan web akibat lendutan dengan memberi tekanan pada bagian atas web (setengah bagian ke atas pada gelagar penopang sederhana). Karena momen lendut terbesar berada di dekat pertengahan panjang gelagar pendukung sederhana, pengaku horisontal akan di tempatkan pada bagian ini. Pengaku horisontal tidak disarankan hingga mencapai batas ketahanannya. Pengaku vertikal mencegah tekukan-geser dan memberikan kemampuan tekukan-geser lebih elastis dengan tegangan lapangan. Pengaku horisontal ditempatkan lebih dekat dengan pendukung karena gaya geser terbesar ada pada bagian tersebut. Penahan pengaku juga diperlukan untuk menahan reaksi gaya yang besar, yang akan didesain tersendiri apabila terdapat gaya tegangan yang lain. Apabila web tidak terlalu dalam dan ketebalannya tidak terlalu tipis tidak diperlukan adanya pengaku sehingga biaya produksi bisa dikurangi.

C. Jembatan Gelagar Komposit

Apabila dua buah balok bersusun secara sederhana (tiered beam) seperti yang terlihat pada Gambar 9.10.a, mereka bekerja secara terpisah dan beban geser tergantung pada kekakuan lenturnya. Pada kasus tersebut, gelincir terjadi di sepanjang batas balok. Tetapi jika kedua balok dihubungkan dan gelincir ditahan seperti pada Gambar 9.10.b, mereka bekerja sebagai satu kesatuan gelagar komposit. Untuk jembatan gelagar datar komposit, gelagar baja dan slab beton dihubungkan dengan sambungan geser. Dengan cara ini, slab beton akan menyatu dengan gelagar dan menjadi komponen tekan dari momen lendutan pada saat gelagar datar baja mendapat gaya tarik. Gelagar komposit lebih efektif dibandingkan dengan gelagar bertingkat sederhana. Gambar 9.11. menunjukkan perbedaan antara balok tier dan balok komposit. Penampang keduanya sama dan mendapat pembebanan terpusat pada tengahnya. Momen inersia balok komposit 4 kali lebih besar daripada balok tier, sehingga defleksi yang terjadi hanya ¼ nya. Tekanan lendut maksimum di permukaan (atas atau bawah) hanya ½ dari konfigurasi balok tier.

Distribusi tekanan yang sesuai ditunjukkan pada gambar berikut. Poin ’S’ dan ’V’ merupakan pusat profil baja dan penampang komposit. Menurut teori, distribusi tegangan adalah linier tetapi distribusi tekanan berubah pada batas antara baja dan beton.

Tiga tipe sambungan geser, studs, horse shoes dan blok baja ditunjukkan pada Gambar 9.12. Studs lebih umum digunakan karena lebih mudah dilas ke sayap tegangan dengan menggunakan pengelasan elektrik, tetapi sulit dalam pemeriksaannya. Jika pengelasan pada stud kurang, stud dapat bergeser dan menyebabkan kerusakan. Tipe yang lain menjadi pertimbangan karena lebih mudah pemeliharaannya. Sambungan geser diletakkan mendekati akhir bentang dimana terjadi gaya geser terbesar.

Gelagar Kisi-Kisi (grillage girder)

Jika gelagar diletakkan berbaris dan dihubungkan melintang dengan balok lantai, beban truk didistribusikan oleh balok lantai ke gelagar. Sistem ini disebut gelagar kisi-kisi (grillage girder). Jika gelagar utama berupa gelagar datar, harus dipertimbangkan tidak adanya kekakuan dalam puntir. Di sisi lain, gelagar kotak dan gelagar beton dapat dianalisa dengan asumsi terdapat kekakuan untuk menahan puntir. Balok lantai meningkatkan kemampuan menahan puntir di seluruh sistem struktur jembatan. Gambar 9.13. menunjukkan distribusi beban dalam sistem kisi-kisi. Kisi-kisi mempunyai tiga gelagar dengan satu balok lantai di pertengahan bentangnya. Dalam hal ini, terdapat 3 nodal/titik pada perpotongan gelagar dan balok lantai tetapi hanya ada 2 persamaan ( V = 0 dan M = 0). Jika perpotongan antara gelagar utama B dan balok lantai diputuskan, dan diterapkan sepasang kekuatan tak tentu ’X’ di titik ’b’ seperti pada gambar, X dapat diperoleh dengan menggunakan kondisi yang sesuai di titik ’b’. Bila kekuatan ’X’ didapatkan, kekuatan setiap bagian gelagar dapat dihitung. Sistem struktur tersebut dapat diaplikasikan pada desain praktis jembatan gelagar datar.

Gelagar Plat dengan Jarak Luas (Widely Spaced Plate Girder)

Sebuah konsep desain jembatan baja dikembangkan dengan meminimalkan jumlah gelagar dan bagian-bagian fabrikasi, sehingga dapat mengurangi nilai konstruksinya. Jarak antar gelagar dibuat lebar dan pengaku lateral diabaikan. Contoh Gambar 9.14. berikut menunjukkan jembatan yang hanya mempunyai dua gelagar dengan jarak 5.7 m dan ketebalan geladak slab beton pratekan 320 mm.

Gelagar Kotak (box girder)

Jembatan gelagar kotak tersusun dari gelagar longitudinal dengan slab di atas dan di bawah yang berbentuk rongga (hollow) atau gelagar kotak. Tipe gelagar ini digunakan untuk jembatan bentang panjang. Bentang sederhana sepanjang 40 ft (+ 12 m) menggunakan tipe ini, tetapi bentang gelagar kotak beton bertulang lebih ekonomis pada bentang antara 60 – 100 ft (+ 18 – 30 m) dan biasanya didesain sebagai struktur menerus di atas pilar. Gelagar kotak beton prategang dalam desain biasanya lebih menguntungkan untuk bentang menerus dengan panjang bentang + 300 ft (+ 100 m). Keutamaan gelagar kotak adalah pada tahanan terhadap beban torsi.

Pada kondisi lapangan dimana tinggi struktur tidak terlalu dibatasi, penggunaan gelagar kotak dan balok T kurang lebih mempunyai nilai yang sama pada bentang 80 ft (+ 25 m). Untuk bentang yang lebih pendek, tipe balok T biasanya lebih murah, dan untuk bentang yang lebih panjang, lebih sesuai menggunakan gelagar kotak. Bentuk struktur gelagar kotak diperlihatkan pada Gambar 9.15. Gelagar kotak merupakan bagian tertutup sehingga mempunyai ketahanan puntir yang tinggi tanpa kehilangan kekuatan menahan lendut dan geser. Selain itu, gelagar datar merupakan bagian terbuka yang secara efektif menahan lendut dan geser. Ortotropik dek, plat baja dengan pengaku membujur dan melintang sering digunakan untuk geladak pada gelagar kotak atau struktur dinding tipis pada slab beton untuk jembatan bentang panjang.

Puntiran ditahan dalam dua bagian, yaitu puntir murni dan puntir tersembunyi. Ketahanan puntir murni untuk gelagar profil I bisa diabaikan. Untuk bagian tertutup seperti gelagar kotak, puntir murni harus dipertimbangkan, sesuai untuk jembatan lengkung atau jembatan bentang panjang. Di sisi lain, puntir tersembunyi untuk bagian kotak bisa diabaikan. Gelagar profil I mempunyai ketahanan tersembunyi tetapi tidak sebesar puntir murni pada bagian tertutup.

D. Jembatan beton bertulang

Gambar 9.16. menunjukkan jenis bagian beton bertulang yang biasa digunakan pada superstruktur jembatan jalan raya.

Slab

Slab beton bertulang merupakan supersturktur jembatan yang paling ekonomis untuk bentang sekitar 40 ft / 12.2 m. Slab mempunyai detail yang sederhana, formwork standar, rapi, sederhana, dan tampilan menarik. Umumnya bentang berkisar antara 16 -44 ft (4.9 – 13.4 m) dengan perbandingan ketebalan dan bentang struktur 0.06 untuk bentang sederhana dan 0.045 untuk bentang menerus.

Balok T ( gelagar dek)

Balok T seperti yang terlihat pada Gambar 9.16.b, ekonomis untuk bentang 40 – 60 ft (12.2 – 18.3 m) tetapi untuk jembatan miring memerlukan formwork yang rumit. Perbandingan tebal dan bentang struktur adalah 0.07 untuk bentang sederhana dan 0.065 untuk bentang menerus. Jarak antar gelagar pada jembatan balok-T tergantung pada lebar jembatan secara keseluruhan, ketebalan slab, dan biaya formwork sekitar 1.5 kali ketebalan struktur. Jarak yang umum digunakan antara 6 – 10 ft ( 1.8 – 3.1 m).

Gelagar kotak cast-in-place

Gelagar kotak seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.16.c. sering digunakan untuk bentang 50 – 120 ft (15.2 – 36.6 m). Formwork untuk struktur miring lebih sederhana daripada untuk balok-T. Terkait dengan pembelokan akibat beban mati, penggunaan gelagar sederhana beton bertulang melebihi bentang 100 ft (30.5 m) atau lebih menjadi tidak ekonomis. Perbandingan tebal dan bentang struktur umumnya 0.06 untuk bentang sederhana dan 0.55 untuk bentang menerus dengan ruang gelagar 1.5 kali ketebalan struktur. Ketahanan puntir gelagar kotak yang besar membuat gelagar tersebut dapat digunakan untuk bentuk lengkung seperti lereng pada jalan. Garis lengkung yang lembut menjadi hal yang menarik pada kota metropolitan.

E. Jembatan Beton Prestress / pratekan

Beton pratekan dengan bahan berkekuatan tinggi merupakan alternatif menarik untuk jembatan bentang panjang. Bahan ini dipergunakan secara luas pada struktur jembatan sejak tahun 1950-an.

Slab

Gambar 9.17. menunjukkan standar tipe-tipe slab precast beton pratekan. Jika slab cast-in-place pratekan lebih mahal dari pada slab beton bertulang, slab precast beton pratekan lebih ekonomis apabila digunakan untuk beberapa bentang. Umumnya bentangan berkisar antara 20 – 50 ft (6.1 – 15.2 m). Perbandingan tebal dan bentangnya 0.03 baik untuk bentang sederhana maupun menerus.

Gelagar I – precast

Gambar-gambar 9.18; 9.19; dan 9.20. menunjukkan standar tipe-tipe balok-I, gelagar-I, dan Gelagar Bulb-Tee. Bersaing dengan gelagar baja, umumnya lebih mahal dibanding beton bertulang dengan perbandingan tebal dan bentang yang sama. Formwork lebih rumit, terutama untuk struktur miring. Bagian ini dapat diaplikasikan untuk bentang 30-120 ft (9.1 – 36.6 m). Perbandingan tebal dan bentang struktur adalah 0.055 untuk bentang sederhana dan 0.05 untuk bentang menerus.

Gelagar Kotak

Gambar 9.21. menunjukkan standar tipe kotak precast dan Gambar 9.22. menunjukkan standar precast gelagar ’bathtub’. Dalam bentuk cast-inplace gelagar kotak beton pratekan serupa dengan gelagar kotak beton bertulang konvensional. Untuk bentang struktur 100 – 600 ft (30.5 – 182.9 m) jarak antar gelagar umumnya menggunakan dua kali lipat dari tebal struktur. Perbandingan tebal dan bentang struktur 0.045 untuk bentang sederhana dan 0.04 untk bentang menerus. Bagian ini sering digunakan untuk bentang sederhana lebih dari 100 ft (30.5 m) dan sesuai untuk memperlebar kontrol defleksi. Sekitar 70 – 80 % sistem jembatan jalan raya di California terdiri dari jembatan gelagar kotak beton pratekan.

Segmental Jembatan Beton

Pembangunan jembatan beton yang terbagi menjadi beberapa segmen sukses dikembangkan dengan konsep kombinasi pratekan, gelagar kotak, dan konstruksi kantilever. Jembatan gelagar kotak dengan segmen pratekan telah dibangun pertama kali di Eropa Barat pada 1950. Jembatan California’s Pine Valley seperti yang ditunjukkan gambar 9.23. terdiri 3 bentangan 340 ft (103.6 m), 450 ft (137.2 m), dan 380 ft (115.8 m) dengan pier setinggi 340 ft (103.6), merupakan jembatan cast-in-place segmental pertama yang dibangun di Amerika Serikat tahun 1974. Jembatan pratekan segmental dengan segmen pratekan atau cast-in-place dapat diklasifikasikan menurut metode konstruksi menjadi: (1) kantilever penyeimbang, (2) bentang per bentang, (3) pengadaan incremental, dan (4) pentahapan. Pemilihan antara segmen cast-in-place, pratekan atau berbagai metode konstruksi yang lain tergantung pada jenis proyek, kondisi lapangan,batasan lingkungan dan publik, waktu pelaksanaan konstruksi, dan ketersediaan alat.

F. Jembatan jaringan baja bergelombang / corrugated stell web bridge

Jembatan jaringan baja bergelombang digunakan dalam beton pratekan untuk mengurangi berat dan meningkatkan panjang bentang. Jaringan bergelombang mempunyai kelebihan tidak mengurangi kekuatan axial dengan efek akordion, sehingga kekuatan pratekan di dalam beton menjadi lebih efektif. Sebagai contoh dapat dilihat pada Gambar 9.24.

G. Jembatan Rangka Batang (Truss Bridge)

Struktur jembatan rangka batang ditunjukkan pada Gambar 9.25. yang menunjukkan jembatan dengan geladak yang berada pada level terendah dari penghubung antar bagiannya. Slab menahan beban hidup didukung oleh sistem balok lantai dan balok silang. Beban disalurkan ke

rangka batang utama pada titik sambungan pada setiap sisi jembatan, hingga pada sistem lantai dan akhirnya pada penahan. Penguat lateral, yang juga berbentuk rangka batang, mengkaitkan bagian atas dan bawah penghubung untuk menahan kekuatan horisontal seperti angin dan beban gempa seperti momen torsi/puntir. Rangka portal pada pintu masuk merupakan transisi kekuatan horisontal dari bagian atas ke bagian substruktur. Jembatan rangka batang dapat mengambil bentuk geladak jembatan yang melintasi jembatan. Pada contoh ini, slab beton menjulang ke atas, dan pengikat/penahan goyangan diletakkan di antara elemen vertikal dari dua rangka utama untuk menahan stabilitas lateral.

Rangka baja terdiri atas bagian atas dan bagian rendah yang dihubungkan oleh elemen diagonal dan vertikal (elemen web). Rangka tersebut akan bertindak sesuai dengan gaya balok di atas dan bawah rangkaian seperti sayap dan pengikat diagonal akan bertindak yang sama sebagai plat web. Rangkaian terutama akan menahan momen tekuk sedangkan elemen web akan menahan gaya geser. Rangka batang merupakan rangkaian batang-batang, juga bukan merupakan plat atau lembaran, sehingga merupakan alternatif termudah untuk didirikan di lokasi dan sering digunakan untuk jembatan yang panjang

Pada gambar 9.26. ditunjukkan beberapa tipe rangka batang. Warren truss merupakan tipe yang paling umum dan rangka tersebut terbentuk dari segitiga samakaki yang dapat menahan gaya tekan dan gaya tarik. Elemen web Pratt truss berupa elemen vertikal dan diagonal. Elemen diagonal mengarah ke pusat dan hanya untuk menahan gaya tarik. Pratt truss sesuai untuk jembatan baja karena kemampuan menahan gaya tariknya sangat efektif. Elemen vertikal Pratt truss mendapat gaya tekan. Howe truss hampir sama dengan Pratt hanya elemen diagonalnya mengarah ke bagian akhir, menahan gaya tekan axial, dan elemen vertikal menahan gaya tarik.

Jembatan kayu sering menggunakan Howe truss karena pada sambungan diagonal kayu lebih banyak mendapat gaya tekan. Dinamakan K-truss karena elemen web yang berbentuk ”K” paling ekonomis pada jembatan besar karena panjang elemen yang pendek akan mengurangi resiko tekuk.

Analisa struktural dan tekanan sekunder

Truss adalah sebuah bentuk struktur batang, secara teoritis dihubungkan dengan engsel membentuk segitiga yang stabil. Rangka batang terbentuk dari unit berbentuk segitiga agar stabil. Elemen-elemen diasumsikan hanya untuk menahan regangan atau gaya tekan axial. Secara statika rangka batang dapat dianalisa hanya dengan menggunakan persamaan keseimbangan. Jika kurang dari stabilitas yang disyaratkan, maka tidak dapat ditentukan hanya dengan persamaan keseimbangan saja. Ketidaksesuaian penempatan harus diperhatikan. Ketidaktetapan internal maupun eksternal rangka batang sebaiknya diselesaikan dengan menggunakan perangkat lunak/program komputer.

Dalam prakteknya, elemen-elemen truss dihubungkan ke plat sambung dengan menggunakan baut berkemampuan tinggi (lihat gambar 9.27), bukan engsel rotation-free, sederhana karena lebih mudah di rangkai. Kondisi ’jepit’ seperti teori tidak terlihat pada bidang tersebut. Ketidaksesuaian tersebut menyebabkan tegangan sekunder (tegangan tekung) pada elemen-elemen tersebut. Tegangan sekunder didapatkan dengan analisa struktural rangka kaku dan biasanya kurang dari 20% tegangan utama axial. Jika elemen rangka batang sudah direncanakan dengan baik, angka kelangsingan batang cukup besar dan tidak ada tekuk, maka tegangan sekunder dapat diabaikan.

H. Jembatan Rangka Kaku (Rigid Frame) / Jembatan Rahmen

Elemen-elemen dihubungkan secara kaku dalam struktur ’rahmen’ atau rangka kaku. Tidak seperti truss dan jembatan lengkung yang akan dibicarakan pada bagian lain, seluruh elemen akan menerima baik gaya axial maupun momen tekuk. Gambar 9.28. berikut ini menunjukkan berbagai tipe jembatan rahmen. Elemen jembatan rangka kaku lebih besar dari pada sebuah tipe bangunan. Konsekuensinya pemusatan tekanan terjadi di sambungan balok dan kolom sehingga harus direncanakan dengan tepat. Pendukung jembatan rahmen, engsel atau jepit, menjadikannya struktur yang tak tentu, sehingga tidak sesuai pada kondisi pondasi yang terbenam. Reaksi pendukung berupa kemampunan horisontal dan vertikal pada engsel dan dengan penambahan momen tekuk pada tumpuan jepit.

Rangka Portal

Rangka portal adalah desain sederhana dan bisa dipergunakan secara luas untuk pier atau pendukung jembatan jalan raya yang diangkat karena ruang di bawahnya dapat digunakan secara efektif untuk jalan yang lain atau area parkir. Pendukung ini, telah dibuktikan penggunaannya padagempa bumi Kobe di jepang tahun 1995, lebih ulet sehingga akan lebih kuat dan mampu menyerap energi lebih banyak dari pada pier kolom tunggal.

? – Rahmen

Desain ? – Rahmen biasanya digunakan untuk jembatan di daerahpegunungan dengan struktur pondasinya yang kuatdan kokoh sehingga dapat melintasi lembah dengan bentang yang relatif panjang. Selain itu dapat juga untuk jembatan yang melintasi jalan raya jalur cepat. Seperti yang ditunjukkan pada model struktur ? – Rahmen gambar 9.29. Adanya dua lengan pendukung gelagar utama menyebabkan tegangan axial pada pusat panjang gelagar. Beban hidup pada geladak disalurkan pada gelagar utama melalui sistem lantai. Engsel tengah mungkin dimasukkan pada gelagar untuk membentuk gelagar gerber. Jembatan model A-V leg rahmen sama dengan jembatan ? – Rahmen tetapi memungkinkan bentang yang lebih panjang tanpa gaya axial di pusat bentang gelagar.

Jembatan Vierendeel

Jembatan vierendeel merupakan rangka kaku dimana bagian atas dan bawah rangkaian dihubungkan secara kaku ke elemen vertikal. Seluruh elemen diarahkan ke arah axial dan gaya geser seperti momen lentur. Kondisi ini merupakan sistem internal yang sangat tidak tentu. Analisa rangka vierendeel harus mempertimbangkan tegangan sekunder. Bentuk jembatan ini lebih kaku daripada jembatan lengkung Langer atau Lohse yang hanya mempunyai elemen penahan gaya axial.

I. Jembatan Pelengkung (Arch Bridge)

Bingkai atau rusuk pelengkung seperti balok lingkar yang tidak hanya vertikal tetapi juga horisontal pada kedua ujungnya, dan akan mendukung reaksi vertikal dan horisontal. Gaya horisontal akan menyebabkan tegangan axial yang akan menambah momen tekuk pada rusuk lengkung. Momen tekuk akan menyebabkan keseimbangan gaya horisontal dengan beban gravitasi. Dibandingkan dengan gaya axial, akibat momen tekuk biasanya kecil. Hal itulah yang menyebabkan mengapa lengkung sering dibuat dari bahan yang mampu menahan gaya tekan tinggi seperti beton, batu, atau batu bata.

Tipe Pelengkung

Jembatan lengkung meliputi geladak jalan dan lengkung pendukung. Berbagai tipe pelengkung diperlihatkan pada Gambar 9.30. Garis tebal menunjukkan elemen penahan momen tekuk, geser dan gaya axial. Sedangkan garis tipis menunjukkan elemen yang hanya menerima gaya axial. Jembatan pelengkung dikelompokkan ke dalam geladak, dan tipe geladak tergantung lokasi permukaan jalan. Geladak pada semua tipe jembatan digantung oleh kolom vertikal maupun pelengkung penggantung, secara struktural sama dengan gaya axial, baik gaya tekan maupun gaya tarik pada elemen-elemennya. Perbedaannya terletak pada elemen vertikal geladak jembatan menahan gaya tekan dan penggantung menahan gaya tarik. Beban hidup hanya membebani pelengkung secara tidak langsung. Tipe struktur dasar pelengkung adalah pelengkung 2 sendi/engsel. Pelengkung 2 sendi mempunyai satu derajat tingkat ketidakpastian eksternal karena terdapat 4 reaksi akhir. Jika satu sendi ditambahkan pada mahkota pelengkung, membentuk pelengkung 3 sendi, hal ini akan menjadikan lebih pasti/kokoh. Jika akhiran diklem, menjadi pelengkung jepit/kaku, maka akan mejadi ketidakpastian tingkat ketiga. Pelengkung dibentuk oleh dua sendi dengan pengikat dan pendukung sederhana. Pelengkung yang diikat, secara eksternal dalam kondisi mantap, tetapi secara internal dalam kondisi satu derajat tingkat ketidakpastian. Struktur lantai tergantung pada pelengkung dan terpisah dari pengikat.

Jembatan Langer

Pelengkung Langer dianalisa dengan asumsi bahwa rusuk pelengkung hanya menahan gaya tekan axial. Rusuk pelengkung tipis, tetapi gelagar tebal dan mampu menahan momen dan geser sebaik gaya tarik axial. Gelagar jembatan langer dianggap sebagai rusuk pelengkung yang diperkuat. Gambar 9.31, menunjukkan komponen struktural jembatan Langer.

Jika diagonal digunakan pada web, disebut Langer truss. Perbedaan Langer truss dengan truss standar bahwa pada rangkaian bawah berupa gelagar sebagai pengganti batang. Jembatan Langer mantap sebagai eksternal dan tidak pasti secara internal. Jembatan Langer tipe geladak sering disebut ”reversed” / kebalikan Langer.

Jembatan Lohse

Jembatan Lohse hampir sama dengan jembatan Langer, hanya saja jembatan Lohse lebih mampu menahan lentur di rusuk pelengkung seperti halnya gelagar. Dengan asumsi tersebut, jembatan Lohse lebih kaku daripada jembatan Langer. Distribusi momen lentur pada rusuk pelengkung dan gelagar tergantung pada rasio kekakuan dua elemen yang ditetapkan perancang. Jembatan pelengkung Lohse dapat dianggap sebagai balok terikat yang dihubungkan dengan elemen vertikal. Elemen vertikal diasumsikan hanya menahan gaya axial. Secara estetika Lohse lebih mengagumkan dibanding Langer dan lebih sesuai untuk daerah perkotaan sedangkan Langer untuk daerah pegunungan.

Jembatan Pelengkung Truss dan Pelengkung Nielsen

Umumnya elemen diagonal tidak digunakan pada jembatan pelengkung karena akan mempersulit analisa struktural. Bagaimanapun, kemajuan teknologi komputer mengubah pandangan tersebut. Tipe baru jembatan pelengkung, seperti pelengkung truss yang menggunakan batang diagonal truss pada elemen vertikal atau desain Nielsen Lohse yang menggunakan batang tarik sebagai diagonal. Elemen web diagonal meningkatkan kekakuan pada jembatan melebihi elemen vertikal. Seluruh elemen jembatan truss hanya menahan gaya axial. Di lain pihak, jembatan truss pelengkung menahan lentur dengan rusuk lengkung, gelagar, atau keduanya. Karena diagonal jembatan Nielsen Lohse hanya menahan gaya tarik axial, mereka mendapat tekanan sebelumnya oleh beban mati untuk mengimbangi gaya tekan oleh beban hidup.

J. Bentuk Struktur Jembatan yang Lain

Bentuk struktur jembatan lain yang dikenal adalah jembatan kabel. Jembatan kabel pendukung atau jembatan kabel penggantung digambarkan sebagai jembatan dengan geladak yang didukung oleh kabel fleksibel. Pada prinsipnya jembatan tersebut diklasifikasikan menjadi tipe gantung dimana geladak jembatan didukung menerus oleh kabel catenary yang direntangkan, tipe cable-stayed (tarik) dimana geladak terpisah dan digantung langsung dengan kabel penarik (stay), dan tipe kombinasi keduanya. Struktur gantung dan tarik dapat diaplikasikan untuk atap dan bangunan.

Meskipun beban mekanisme penahan berbeda, jembatan gantung dan jembatan cable-stay (tarik) secara umum dapat digambarkan sebagai berikut:

? Terdiri dari kabel, geladak jembatan dengan gelagar solid-web atau rangka batang, dan menara.

? Menguntungkan untuk bentang panjang karena kabel terpusat hanya untuk tarik. Kawat (wire) baja terdiri dari kabel berkekuatan tarik yang sangat tinggi, meskipun lebih ekonomis untuk penggunaan pada jembatan pejalan kaki dengan bentang pendek hingga medium.

? Keseluruhan struktur lebih fleksibel dibandingkan dengan struktur lain pada bentang yang sepadan.

? Struktur yang lengkap dapat didirikan tanpa penyangga lanjutan dari tanah.

? Struktur utamanya rapi dan menunjukkan fungsinya dengan tampilan transparan.

Jembatan Gantung

Komponen jembatan gantung (Gambar 9.32) berupa

? Kabel utama yang menggantung gelagar jembatan

? Menara utama mendukung kabel utama. Kadang-kadang subtower yang lebih rendah diletakkan di antara menara utama dan kabel pengangker untuk mengarahkan kabel menuju pengangkeran.

? Gelagar pengaku, baik gelagar solid-web maupun truss, akan disatukan dengan geladak jembatan

? Penggantung (hanger atau suspender) akan menghubungkan geladak jembatan dengan kabel utama

? Pengangkeran, merupakan angker kabel utama. Biasanya berupa blok beton masif tempat bingkai angker ditanam.

Sistem struktur jembatan gantung dapat diklasifikasikan berdasarkan faktor:

? Jumlah bentang

Jembatan gantung mungkin berupa bentang tunggal, bentang dua, bentang tiga, atau bentang banyak (Gambar 9.33). Jumlah menara utama satu untuk bentang dua, dua untuk bentang tunggal dan bentang tiga, dan lebih dari dua untuk bentang banyak. Jembatan gantung bentang dua jarang digunakan karena kurang efisien. Jembatan gantung bentang tunggal mempunyai backstays lurus. Jembatan gantung bentang tiga yang paling umum dipakai terutama untuk jembatan bentang panjang dengan perbandingan bentang samping

– bentang utama 0.2 – 0.5. Meskipun jembatan gantung bentang banyak jarang digunakan karena fleksibilitasnya besar, dapat diterapkan untuk dipelajari melintasi selat di masa mendatang. Perhatian utama untuk jembatan gantung bentang banyak adalah perencanaan menara antara dan kabel pendiriannya.

? Urutan pengakuan gelagar.

Pengakuan gelagar secara sederhana didukung pada setiap bentang atau menerus melewati dua atau lebih bentang. Bentuk itu disebut dua sendi dan umumnya digunakan untuk jembatan jalan. Meskipun gelagar menerus dengan pendukung antara tidak ekonomis, hal itu menguntungkan untuk jembatan rel untuk meningkatkan kelancaran kereta api.

? Pengaturan gantungan

Gantungan ada yang vertikal maupun horisontal. Bahkan kini stuktur gantung dibuat seperti rangka batang yang disatukan dengan kabel utama dan geladak jembatan.

? Metode pengangkeran kabel

Kabel utama jembatan gantung diangkerkan kepada blok angker atau diangkerkan sendiri ke gelagar pengaku.

Jembatan Kabel Tarik (Cable-Stayed Bridge)

Kemungkinan desain jembatan kabel tarik (Gambar 9.34) sangat banyak karena banyaknya variasi alternatif untuk konfigurasi, sistem struktur, dan kekakuan relatif dari setiap elemen. Hal itulah yang menyebabkan mengapa jembatan kabel tarik dapat diaplikasikan bukan hanya untuk jembatan yang sangat panjang tetapi juga bisa untuk jembatan pejalan kaki berbentang pendek. Berlawanan dengan jembatan gantung, jembatan kabel tarik merupakan sistem struktur tertutup, dengan kata lain lebih ke arah sistem self-anchored. Karena jembatan kabel tarik dapat dibangun tanpa blok angker yang besar dan penyangga temporer, akan sangat menguntungkan diterapkan pada daerah di mana kondisi lahan tidak terlalu baik. Jika dibandingkan dengan jembatan gantung, jembatan kabel tarik lebih kaku karena kabel lurus hingga mendekati batas panjang bentang yang mungkin lebih panjang dari sebelumnya. Meskipun struktur bentang tiga paling umum digunakan, tetapi struktur dengan bentang dua bisa diterapkan dalam jembatan kabel tarik. Apabila sisi bentang sangat pendek, semua atau beberapa kabel tarik diangkerkan ke tanah. Angker tanah jembatan kabel menyebabkan seluruh struktur menjadi kaku dan lebih menguntungkan perencanaan jembatan kabel tarik yang sangat panjang.

Sumber :

Ariestadi, Dian, 2008, Teknik Struktur Bangunan Jilid 2 untuk SMK, Jakarta : Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional, h. 429 – 462.

1 komentar: