ProceedingPESAT(Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur&Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011

....

Vol.4 Oktober2011ISSN:1858-2559

PERENCANAAN STRUKTUR BALOK UTAMA JEMBA TAN BAJAKOMPOSIT DENGAN PROFIL CASTELLATED BEAM

Banu Adltibaswara

Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan PerencanaanUniversitas Gunadarma, Depok

Jalan Margonda Raya 100 Depok, Jawa Barat 16424banu_adhi@yahoo.co.id

Abstrak

Sebagai seorang perencana yang baik dalam mendesain jembatan tidak hanya bedasarkan prinsipkeamanan dan kenyamanan, namun juga harus memperhatikan aspek fungsional dari materialyang digunakan. Penggunaan profil baja yang efisien pada jembatan baja komposit merupakansalah satu cara yang dapat mendukung aspek fungsional tersebut. Castellated beam dapatdikategorikan sebagai profil istimewa, karena bentuknya yang memiliki nilai estetika dan dayaguna serta dapat meningkatkan kapasitas momen. Penggunaan profil ini masih sangat jarangdigunakan di Indonesia karena merupakan inovasi yang baru, sehingga memungkinkan untukmenjadi alternatif yang baik dalam desain jembatan baja komposit. Oleh karena itu padapenelitian ini akan direncanakan sebuahjembatan baja komposit yang aman, nyaman dan efisiendengan memanfaatkan profil castellated beam. Bedasarkan analisa didapatkan bahwa balokinduk jembatan dengan bentang 16 m layak dan aman menggunakan profil castellated beam.Balok ini cukup kuat dengan ukuran panjang lubang 28,5 inci, tinggi lubang 20 inci, jarak antarlubang 8,5 inci dan sudut lubang 450. Aspek kenyamanan juga terpenuhi karena lendutan yangtejadi yaitu 0,812 cm kurang dari lendutanyang disyaratkan sebesar 2 cm.

Kata Kunci: Jembatan, Baja Komposit, Castellated Beam.

PENDAIIULUAN

Tanggung jawab dari seorangperencana struktur tidak hanya berupa desainstruktur bedasarkan prinsip keamanan dankenyamanan, namun juga harns memper-hatikan aspek kebutuhan fungsional darimaterial dan bahan yang digunakan. Salahsatu bentuk perhatian terhadap material yangdigunakan adalah penggunaan profit bajasebagai balok jembatan yang berbeda diban-dingkan penggunaan profit baja pada umum-nya. Castellated beam termasuk salah satujenis material baja yang dapat dikategorikansebagai profit istimewa dalam dunia tekniksipil, karena selain bentuknya yang memilikinilai estetika temyata profit ini juga memilikibeberapa kelebihan ditinjau dari segikekuatannya. Kelebihan utama dari castel-lated beam adalah berupa peningkatan keku-atan bedasarkan kenaikan lengan momen(depth) dari penampang tersebut (Demirdjian,1999). Para pakar teknik telah berupayauntuk mengembangkan material dan pela-tihan terhadap desain dan konstruksi dari

Adhibaswara,PerencanaanStrukturSalok...

castellated beam. Salah satu pengembanganyang dilakukan adalah pada pertengahantahun 1930. Seorang ahli teknik asal Argen-tina, Geofftey Murray Boyd, menemukansebuah inovasi pada balok yang diberi namaBoyd Beam (Knowles, 1991). Seiring denganberjalannya waktu, berbagai penelitian danpengembangan terus dilakukan hingga padaakhimya dihasilkan sebuah balok denganprofit baru yang diberi nama castellatedbeam. Melihat dari berbagai hal tersebut,penulis merasa tertarik untuk membuat suatustudi penelitian tentang balok castellatedyang diterapkan sebagai balok utama padastruktur jembatan baja komposit.

METODE PENELITIAN

Cara yang digunakan penulis dalammeneyelesaikan perencanaan jembatan adalahdengan mengumpulkan data dan informasitentang lokasi jembatan serta beban-bebanyang bekerja dalam bentuk studi kasus.Jembatan yang akan direncanakan adalahjembatan jalan raya yang melintasi sungai

AT- 35

ProceedingPESAT(Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011

dan berlokasi di mas jalan Geumpang (Pidie)- Tutut (Aceh Barat), provinsi Nangroe AcehDarussalam. tokasi ini terletak pada zona IIdaerah gempa serta berada cukup jauh darigaris pantai. Bentang jembatan bersih yangakan dibuat adalah 16 m, sesuai dengan lebarbersih yang tersedia. Jembatan perlu dihitungsesuai dengan persyaratan yang berlaku didalam standar SNI T-12-2004. Perencanaanstruktur atas yaitu gelagar induk dengancastellated beam menggunakan metodeAllowable Stress Design (ASD).

Langkah perencanaan tersebut dimu-lai dari desain lubang dan properties melin-tang castellated beam yang hams mengikutisyarat-syarat modulus dan kekuatan penam-pang. Perhitungan tegangan lentur tekan izindapat dijaga dalam batas izin bila tegangangeser pada pinggir lubang hams memenuhisyarat dari tegangan geser izin. Dari tegangangeser maksimum akibat beban dan tegangangeser izin dapat direncanakan jarak pemisahantar lubang. Jarak ini biasanya konstansepanjang bentang balok. Namun mungkinsaja jarak ini divariasikan terhadap jarak-jarak tertentu pada bentang, yaitu padaperletakan ada jarak tertentu dan pada Yisampai % bentang ada jarak tertentu lagi.

Pada pengecekan tegangan lenturyang terjadi pada perletakan tidak adamomen lentur utama sehingga tidak ada gayaaksial tekan beraksi pada penampang T ini.Bila setelah pengecekan temyata teganganlentur tidak memenuhi tegangan lentur izinyang ditentukan, maka profil harus diestimasiulang terhadap ketinggian lubang saja (h).Sudah diketahui bahwa tegang lenturmungkin terdiri dari tegangan lentur utama(crb)dan tegangan lentur sekunder (crT)'Jikategangan lentur utama dibawah tegangan izintetapi tegangan lentur sekunder tidakmemenuhi, maka ketinggian lubang (h) dapatdikurangi. Pengurangan tinggi lubang akanberdampak pada penumnan drastis daritegangan lentur sekunder dan sedikit ke-naikan pada tegangan lentur utama (OmmerBlodgett, 1991). Jika temyata tinggi lubangtidak dapat dikurangi karena crbsudah dekat

AT- 36

Vol.4 Oktober2011ISSN:1858-2559

dengan tegangan izin, maka dapat digunakandua ukuran jarak pemisah antar lubang yangberbeda. Tahapan selanjutnya setelah cektegangan lentur adalah mengecek momennominal dari penampang. Sebenamya cekmomen nominal ini dapat diabaikan, karenasecara teoritis lubang tidak mempengaruhibanyak kekuatan dari profil WF. Tahapanterakhir dalam perencanaan adalah penge-cekan web buckling akibat gaya geser hori-sontal. Untuk mencegah web buckling dapatmenggunakan pengaku lateral pada baji ataumemperbesar jarak antar lubang (e).

BASIL DAN PEMBAHASAN

Secara singkat castellated beam dibuatdengan cara memotong bagian badan daribaja profil I atau wide flange dengan polagerigi gergaji (zig-zag) di sepanjang bentangprofil tersebut. Kemudian masing-masingbagian tersebut disambung dengan las disalah satu ujungnya sehingga dihasilkanpenampang bam (Gambar 1). Balok castel-lated dapat dibuat secara ekonomis denganmenggunakan balok baja yang dipotongmengikuti pola zig-zag sepanjang garistengah balok. Ujung potongan yang serupakemudian disambung satu sarna lain denganlas busur. Pada balok profil I atau WF, bagiansayap pada profil memegang peranan yangsangat penting dalam menahan teganganlentur sehingga kehilangan luas pada badanakibat lubang tidak terlalu berpengaruh,sepanjang momen masih diperhitungkan.Bagaimanapun tegangan geser yang harusdiperhitungkan pada lubang badan yang ada.Pada bagian lubang badan, dua buah profil Tseolah-olah bekerja sebagai bagian yangmenahan gaya geser vertikal. Pada titik b(Gambar 1), gaya geser minimum sehinggahanya memberikan sedikit efek padakekuatan balok. Pada titik a yang dekatdengan perletakan, gaya geser yang dihasil-kan cukup besar, sehingga tegangan yang di-hasilkan dari beban pada balok hams dihitungbedasarkan penampang T karena berlubang.

Adhibaswara,PerencanaanStrukturSalok...

,..

ProceedingPESAT(Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011

Vol.4 Oktober2011ISSN:1858-2559

I ?JVV( 6a~

r-r'1IiI

II

-L. &2Gambar 1. Castellated Beam

Sumber: Blodgett (1996)

Jembatan yang akan dibangun meru-pakan ruas jalan utama yang dilalui olehkendaraan dengan lalu lintas padat, sehinggadibuat 2 lajur dengan trotoar di sisi kanan dankiri dari jembatan. Jembatan yang akandirencanakan adalah tipe gelagar-dek (deck-girder) baja komposit dengan gelagar utamamerupakan balok castellated. Jembatan ter-diri atas gelagar utama arah memanjang de-ngan pelat beton membentang antara gelagar.Spasi gelagar longitudinal atau balok lantaidibuat sedemikian sehingga hanya cukupdigunakan pelat tipis yang akan menyebab-kan beban mati relatif kecil. Jembatan tipe inidigunakan secara luas dalam konstruksi jalanraya, penggunaanya akan lebih ekonomispada bentang 8 - 20 m pada kondisi normal(Bina Marga, 2005). Model struktur dianggapsebagai jembatan sederhana yang bertumpupada dua perletakan (simple beam), karenatidak memiliki pilar. Rasio tinggi balokcastellated dengan tinggi balok WF hotrolled adalah sebesar 1,5.

Data PembebananUntuk menghitung gaya dalam perlu

dicari terlebih dahulu beban-beban mak-simum akibat dari kombinasi beban di baloktepi atau balok tengah. Perhitungan bebanlayan merupakan perhitungan beban tanpafaktor yang akan digunakan dalam peren-canaan balok castellated. Bedasarkan analisadiketahui bahwa beban terbesar berada padabalok tepi, karena balok tepi selain menahanbeban perkerasan jalan juga menahan bebantrotoar. Dari perhitungan SAP 2000 v.IIdiperoleh nilai gaya momen dan gesermaksimum yaitu Mmaks= 9787275,851kgdan Vmaks= 64751,173 kg.

Adhibaswara,PerencanaanStrukturSalok...

Analisis Data

Mutu baja yang akan digunakan fy = 50

ksi dengan tegangan izin lentur, U = 30 ksi =

30000 psi dan tegangan izin geser, T =20 ksi= 20000 psi. Langkah pertama analisis adalahmenentukan section modulus dari balok WFyang akan dijadikan castellated beam.Perhitungannya adalah sebagai berikut:

S = M max = 9787275,851 - 326 243 ing a 30000 '

Langkah selanjutnya adalah menentukanhubungan antara castellated beam dan balokWF, dimana K) = db /dg -7 Asumsikan K) =1,5. Selanjutnya coba WF yang akandirencanakan bedasarkan Sx.

Sb= Sg/K) = 326,243/1,5 = 217,495 in3(gunakan sebagai acuan)

Coba dengan WF 24 x 94 dengan ukuran:Sb = 222 in3.db = 24,31 in, tw= 0,515 in,be = 9,065 in, te = 0,875 in, K)= SglSb=1,47

Selanjutnya ditentukan tinggi potongan (h):h = db (K) - I) = 24,31(1,47 - I) =11,415 in -7 Rencanakan h = 10 in

Kemudian lubang diletakkan pada jarak 0, Idari setengah bentang. Sehingga denganperbandingan segitiga didapat nilai V max =0,9 V. Sudut potongan direncanakan denganperhitungan:

rp = 450sehinggae = 90- rp = 90- 45= 450= 0,79 (dalam 7tradian)

Untuk menjaga tegangan geser vertikal padastem dari penampang T maka nilai h tidakboleh melewati ketentuan hbatasberikut:

dT= V max = (0,9)(64751,172) = 2,608 in2.t:r 2(0,515)(20000)w

hbatas = db - 2 dT = 24,31 - 2(2,608) =19,095 > 10 (Asumsi Layak)

AT- 37

ProceedingPESAT(Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur&Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011

dg = db + h = 24,31 + 12 = 34,31 in

d dg. h 36,31 0 5.

T = - - = - -1 = 715 III22'

ds = dT- tr = 7,155 - 0,875 = 6,28 inKemudian diperiksa kompak dari penampang(buckling akibat tekanan axial):

hf 3000 (0,5)(9,065) 3000-<-~ <-tf - flY 0,875 - -./5000

5,18 ~ 13,416hs 4000 7,155 4000-<-~-<-ts - flY 0,515 - -./5000

13,893 ~ 17,889

T

1 ...

Clit w: beom along Pg-iag Ii,..

I

1Open-_b expandedb.om

t---b,-1

TbS

L

tf

'--i~t5Gambar 2. Keterangan Notasi Castellated Beam

Sumber: Blodgett (1996)

AT- 38

Vol.4 Oktober2011ISSN:1858-2559

Kemudian ditentukan tegangan geser izin,untuk fy = 50 ksi maka:

(h

)2

(10

)2_

0-=30000-27,34 - =30000-27,34 - -- Iw 0,51519691,771 psi

T=~O'= 4(0,79)2 (19691771)=16386,1793tanO- 3tan(45°) ,

< 20000

Jadi yang digunakan sebagai tegangan izin

T = 16386,179 psi. Selanjutnya dihitungtegangan geser maksimum sepanjang sumbunetral penampang web balok:

T =(116) V"". =(116)°,9(64751,172)=3825 782psi"". , Iw.dg , (O,515X24,31) ,

Dengan mengetahui tegangan gesermaksimum pada web dan tegangan geser izinmaka didapat rasio:

e T -(

s

)K2 =- = ~ dari T =Tmax - 7s T e

== T~ = 3825,782=0,233s T 16386,1792

e= 2.h.tanB = 2.10.tan45 =876 in71 1 '

--2 --2K2 0,233

Ambil jarak antar lubang, yaitu e = 8,5 in.Terakhir, dihitung ukuran dari castellatedbeam:Ar = br.tr=9,065x 0,875=7,932in2danAs = ds.tw= 6,28x 0,515= 3,234in2AT = As+ Ar = 7,932+ 3,234= 11,2in2My = Ar (ds + If) + As ds= 7,932 (6,28 +

2 2

0,875) + 3,234 6,28 = 63,438in32 2

t 2

Iy = Ar (d/ + d. tr+L) + As = 400,948 in43

Cs = My = 64,438= 5,7 inAr II, 2

IT= Iy - csMy= 400,94 - 5,7 (63,438) = 40,54 in4

S = IT _ 40,54 _ 7 112 ' 3s , In

Cs 5,7

d =2(h+cs)=2(10+5,7)=31,4in

Ar.d2I =2h+-=

g 2

(11 2)(31 4)2

2(40 54) +' , 5602 456 in4, 2 '

S. =2lg 2(5602,456)= 326 579 in3g -= ,dg 34,31

Adhibaswara,PerencanaanStrukturBalok...

ProceedingPESAT(Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18-19 Oktober2011

Gambar 3.Ukuran Castellated Beam

Tegangan yang terjadi diperiksa keamanan-nya:

;;: = 30000-6,84(~

)2 = 30000-6,84

(~ )

2

tw 0,515

= 28136,714 < 30000Jadi yang digunakan sebagai tegangan izin di

lubang,cr = 28136,714psiCek tegangan lentur sekunder di lubang dekatperletakan:

VJmx.ea: =-

T 4.ss

= 0,9(64751,173)(8,5) =4(7,136)

17354,931 psi < 28136,714 psi

Cek tegangan lentur utama di tengah bentang:

_ MJmx (9787275,85)(j -- -

b - d.Ar - 31,363(11,2) -27830,061 psi < 28136,714 psi

Mmax (9787275,85)ab =- = =

Sg 326,57929969,127psi < 30000psi

Cek web buckling akibat gaya geserhorisontal:

( )3,Vrnax.tanB(j max =

r 4tw.e.rJ

= 3.64751,173.tan45'= 17775 < 28136 psi4(0,515)(8,5)(0,79)2

Jadi tidak perlu dipasang pengaku bajisepanjang lubang. Terakhir, cek tegangangeser maksimum yang terjadi:

Adhibaswara,PerencanaanStrukturBalok...

Vol.4 Oktober2011ISSN:1858-2559

~ = ~(~ )=0,9X64751,173C~~4)=68669,2381bs

v" 68669,238 = 15686,862 psii --- t e 0,515(8,5)w'

< 16386,179 psi

Ql1

SIMPULAN

Penarnpang castellated beam layakuntuk dijadikan profil pada balok indukjembatan baja komposit. Pada perencanaanjembatan ini dihasilkan struktur jembatanyang arnan, nyaman dan efisien. Jembatandikatakan arnan karena tegangan-tegangandan momen puncak yang terjadi pada penam-pang balok kurang dari tegangan izin.

Jembatan lebih efisien karena balokutama menggunakan profil castellated beamdari wide flange. Profil ini memilikikeuntungan momen nominal yang lebihtinggi daripada profil wide flange biasa se-hingga berpengaruh terhadap berat menjadilebih ringan. Jembatan juga lebih efisienkarena lubang yang ada sepanjang bentangcastellated beam dapat dimanfaatkan untukpekerjaan ducting seperti pemipaan drainasejalan, kabellistrik atau utilitas jembatan lain.

DAFTAR PUSTAKA

Blodgett, Orner W., 1996. Design of WeldedStructure, The James F. Lincoln ArcWelding Foundation, Ohio.

Demirdjian, Sevak., 1999. "Stability ofCastellated Beam Webs" , Theses toDepartment of Civil Engineering andApplied Mechanics McGill University,Montreal.

Dervinis, Benediktas., Kvedaras, AudronisKazimieras., 2008. "Investigation ofRational Depth of Castellated Steel 1-Beams", Journal of Civil Engineeringand Management Vilnius GediminasTechnical University, Vol. 14(3) pp. 163-168.

Direktorat Jendera\ Bina Marga DepartemenPekerjaan Umum. Standar JembatanGelagar Komposit (MBIIA/B).

SNI T-12-2004, Perencanaan Struktur Betonuntuk Jembatan, Badan StandardisasiNasional, 2004..

AT- 39

b

r Tf

c. d dr

-L 'f -:ld

h

d,1- __1

ProceedingPESAT (Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011

Vol.4 Oktober2011ISSN:1858-2559

Salmon, Charles., Johnson, John., 1992.Struktur Bqja Desain dan Perilaku Jilid1, PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

Salmon, Charles., Johnson, John., 1995.Struktur Baja Desain dan Perilaku Jilid1/, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Segui, William T., 1994. LRFD Steel Design,PWS Publishing Company, AmerikaSerikat.

Supriyadi, Bambang., Muntohar, AgusSetyo., 2000. Jembatan, Fakultas TeknikUniversitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

AT- 40 Adhibaswara,PerencanaanStrukturSalok...