Kuliah_analisis_struktur_jembatan_1_2.pdf

Analisis Struktur Jembatan (3 SKS)

Pertemuan ke-1

Eka Faisal Nurhidayatullah, S.T., M.T.

Mata Kuliah Pengampu Semester Bobot SKS Kelas Hari/Jam Ruang Kelas

: Analisis Struktur Jembatan : Eka Faisal Nurhidatayatullah, S.T., M.T. : VI : 3 SKS :::-

Jembatan merupakan struktur yang dibuat untuk menyeberangi rintangan yang kedudukannya lebih rendah seperti sungai, jurang, teluk dan lain-lain sehingga memungkinkan untuk dilintasi dengan lancar dan aman. Jembatan juga merupakan bagian dari infrastruktur transportasi darat yang sangat vital dalam aliran perjalanan (traffic flows). Jembatan merupakan suatu sistem transportasi untuk 3 hal : 1. Pengontrol kapasitas dari sistem 2. Mempunyai biaya tertinggi permil dari sistem 3. Jika jembatan runtuh, maka sistem akan runtuh

Perkembangan Tipe Jembatan Sejarah jembatan sejalan dengan waktu sejarah peradaban manusia. Akan tetapi, keberhasilan di teknik jembatan bukan merupakan suatu hal yang mudah untuk menjadi seperti sekarang ini. Jembatan, sebagaimana bidang keteknikan lainnya khususnya Teknik Sipil (bidang struktur, Structural Engineering) diawali dengan proses cut and try atau biasanya orang-orang bilang “try and fail”. Pada awalnya menggunakan metode empiris. Mereka pada awalnya membuat beberapa perkiraan2 intelegensi tentang kekuatan bahan dalam membangun jembatan yang sesuai.

Jembatan Zaman Purba Pemikiran pada peradaban zaman purba telah menjadi sumbangan yang sangat bernilai bagi teknologi jembatan. Manusia zaman purba melintasi sungai dengan memasang pilar-pilar batu, kayu gelondongan, atau pohon yang tumbang dengan bentang yang sangat pendek. Manusia purba juga manfaatkan akar-akar atau ranting-ranting pohon sebagai jembatan gantung uintuk bergelantungan melompati dari satu pohon ke pohon lain Tipe jembatan zaman purba adalah jembatan balok sederhana, dan digunakan hanya untuk bentangan yang pendek. Namun, pada era ini juga ditemukan tipe jembatan pelengkung (arch bridge) walau bentuk dan meterial konstruksi masih relative sederhana.

Pohon yang tumbang dan akar2 pohon yang bergantungan sebagai jembatan pada masa lampau

Slab Batu Alam untuk Jembatan

The Arkadiko Bridge in Greece (13th century BC), one of the oldest arch bridges in existence

A log bridge in the French Alps near Vallorcine.

Teknologi Jembatan Periode Romawi Kuno Zaman Romawi Kuno dimulai dari tahun 300 SM dan berlangsung kurang lebih selama 600 tahun. Teknologi jembatan pada periode ini, telah membangun jembatan dari kayu, batu dan beton. Untuk jembatan batu dan beton, bentuknya sama seperti pada periode jembatan purba yaitu berbentuk lengkung. Namun periode ini, telah berhasil mengatasi permasalahan yang rumit, seperti membuat perhentian konstruksi yang dibangun di atas pilar yang berada di bawah air dan melindunginya dari bahaya banjir. Beberapa dari jembatan-jembatan terbesar Bangsa Romawi merupakan aquaduct, yang dibangun bukan untuk lalu lintas manusia tetapi untuk saluran air. Aquaduct yang saat ini masih ada dan merupakan termegah adalah Pont duGard, dekat daerah Nimes, Perancis. Selain itu, dibangun pula Selain itu, dibangun pula aquaduct Segovia di Spanyol, yang dibangun dari batu pecah tanpa mortar

Roman bridge of Córdoba, Spain, built in the 1st century BC

Aquaduct Pont du Gard, Perancis

Teknologi Jembatan Zaman Pertengahan Zaman pertengahan di Eropa berlangung dari abad ke-11 sampai dengan abad ke-16 sesudah runtuhnya Romawi.Konstruksi jembatan pada periode ini tidak berbeda jauh dari periode Romawi Kuno. Bentuk lengking dan pilar-pilar batu masing sering digunakan sekitar abad ke-12 di Prancis, pilar jembatan dibual dalam bentuk segi tiga pada bagan huludan dikenal dngan istilah ”streaminglining” dari kayu. Pada periode ini, tiang-tiang pancang telah dipakai untuk mengatasi masalah tanah dasar. Tiang-tiang tersebut dipancang secara berkelompok dengan jarak yang rapat sehingga membentuk satu kesatuan kelompok tiang yang solid. Bagian atas tiang dilapisi tiga lapisan kayu sebagai kepala tiang (pile cap) dan dijepit dengan besi. Kemudian lapisan batu ditempatkan sebagai pangkal jembatan dan dibuat lengkung.

An English 18th century example of a bridge in the Palladian style, with shops on the span: Pulteney Bridge, Bath

Teknologi Jembatan Zaman Besi dan Baja

Era jembatan besi dan baja sejalan dengan adanya revolusi industri. Pada zaman ini jembatan besi dibangun dengan menggunakan prinsip-prinsip bentuk lengkung, terutama untuk jembatan jalan raya. Pada zaman ini jembatan besi dibangun dengan menggunakan prinsip-prinsip bentuk lengkung, terutama untuk jembatan jalan raya namun pada era ini sudah menggunakan kantilever pada konstruksinya. Pada era ini jembatan menggunakan berbagai macam komponen dan sistem struktur baja: deck, girder, rangka batang, pelengkung, penahan dan penggantung kabel. Jembatan besi yang pertama kali dibangun adalah Jembatan Coalbrookdale yang melintasi Sungai Severn, Inggris tahun 1776 yang dibangun dengan bagian yang berbeda yang berbentuk setengah lingkaran.

Tower bridge London Bascule Bridge

Jembatan Fith of Forth, Skotlandia

Era Jembatan Gantung Jembatan gantung tertua dan terbesar pada abad ke-18 adalah Jembatan Menai Straits di Inggris yang dibangun pada tahun 1825. Jembatan ini masih menggunakan menara batu dan kabel dari rantai besi untuk menggantung jalan raya. Pada tahun 1939 kabel penggantung digantikan dengan baja batangan Awal kemajuan inovasi jembatan gantung dapat dikatakan adalah pada saat dibangunnya Jembatan Gantung Niagara di Amerika Serikat. Struktur jembatan ini mempunyai dua dek, dek bagian atas untuk jalan rel dan bagian bawah untuk lalu lintas jalan raya. Dek ini berupa ”stiffening truss” yang terbuat dari kayu. Bentang jembatan digantungkan pada 4 kelompok kabel, didukung dengan 4 bangunan menara dan ujung kabel diangkitkan dalm solid rock dibelakangnya. Keberhasilan pembangunan jembatan Niagara ini merupakan sumbangan besar untuk kemajuan ilmu teknologi jembatan.

Era Jembatan Cable Stayed Selama lebih dari tiga dekade jembatan cable stayed digunakan secara luas terutama di Eropa Barat dan di bagian lain di dunia . Keberhasilan penggunaan system cable stayed dicapai dengan ditemukannya baja berkekuatan tinggi dan tipe deck- orthotropik, kemajuan teknik las. Kemajuan pengetahuan memungkinkan penyelesaian matematis sistem statis tak tentu dan untuk analisis statis yang lebih akurat model tiga-dimensi. Suatu penelitian antara jembatan gantung dan jembatan cable stayed menunjukkan bahwa jembatan cable stayed lebih unggul dari pada jembatan gantung. Kelebihan jembatan cable stayed antara lain rasio panjang bentang utama dan tinggi pylon yang lebih murah. Defleksi akibat pembebanan simetris dan asimetris pada separuh bentang jembatan gantung mempunyai defkesi yang lebih besar ditengah bentang dari pada cable stayed. Keuntungan dari cable stayed adalah tidak diperlukannya pengangkeran kaber yang berat dan besar seperti pada jembatan gantung. Gayagaya angker pada ujung kabel bekerja secara vertikal dan biasanya diseimbangkan dengan berat dari pilar dan fondasi tanpa menambah biaya konstruksi lagi. Komponen horizontal gaya pada kabel dilimpahkan pada struktur atas gelagar berupa tekanan atau tarik. Jembatan cable stayed Saint Nazaire yang melintas diatas sungai Loire, Perancis adalah salah satu jembatan cable stayed terpanjang di dunia. Jembatan ini menggunakan dek baja dengan bentuk streamline dan tower terbentuk A. Jembatan Saint-Nazaire selesai dibangun tahun

Era Jembatan Beton Jembatan Beton bertulang dan Prategang Penggunaan semen alam untuk konstruksi jembatan pertama kali digunakan pada abad ke -19 . Perkembangan industri semen portland mendominasi konstruksi jembatan setelah tahun 1865. Konsep beton prategang pertama ditemukan pada tahu 1928 oleh feryssnet, seorang Prancis. Pada tahun 1950 an mulai dikembangkan beton prategang segmental castinplace di Eropa barat, teknologi beton prategang tersebut masih banyak digunakan hingga sekarang. Jembatan beton bertulang dan beton prategang dapat berupa :

Perkembangan Jembatan di Indonesia UU 38 TAHUN 2004 TENTANG JALAN: dinyatakan bahwa jalan (termasuk jembatan) sebagai bagian dari sistem transportasi nasional mempunyai peranan penting terutama dalam mendukung bidang ekonomi, sosial dan budaya serta lingkungan yang dikembangkan melalui pendekatan pengembangan wilayah agar tercapai keseimbangan dan pemerataan pembangunan antar daerah.

Sesuai visi dan misi Ditjen Bina Marga : Tersedianya infrastruktur jalan yang handal, bermanfaat dan berkelanjutan untuk mendukung terwujudnya Indonesia yang aman dan damai, adil dan demokratis , lebih sejahtera. Standarisasi bangunan atas jembatan Penyediaan komponen bangunan atas standar termasuk pabrik pracetak Penyediaan standar konstruksi jembatan standar yang dapat dibuat dilapangan. Penyiapan NSPM bidang Jembatan (BMS) Penyiapan IBMS (sistem informasi BMS) Menjaga mutu konstruksi

Prinsip dasar standarisasi: 1. Produk konstruksi jembatan yang aman & berkualitas (adanya jaminan mutu konstruksi) 2. Mudah & siap dipasang di segala tempat dengan resiko yang minimal 3. Pembagian biaya konstruksi dengan pemerintah setempat Alasan standarisasi • Hampir seluruh sungai di Indonesia adalah sungai-sungai kecil; • Hanya 2% jembatan yang melintasi sungai-sungai besar (> 100 m)

Strategi Penanganan Jembatan Meningkatkan program Rehabilitasi dan percepatan pembangunan Memprioritaskan pelayanan dan pembangunan di jalan nasional dan propinsi. Penggunaan bangunan atas jembatan adalah bentang standar, antara lain: 1. Jembatan Rangka Baja (dari berbagai sumber termasuk produk lokal) 2. Jembatan Baja Komposit 3. PC-girders 4. Gelagar beton bertulang, voide slab, etc. Mulai membangun Jembatan non standar (Bentang panjang) sesuai dengan perkembangan teknologi. Tugas dan Fungsi Direktorat Bina Teknik, Ditjen BM 1. Perencanaan teknik jembatan nasional 2. Pembinaan perencanaan teknik jembatan Propinsi, Kabupaten & Desa/Kota (diluar metropolitan) 3. Pengembangan teknologi jembatan 4. Pengumpulan data dan monitoring jembatan

Jembatan indonesia dan populasi Terdapat 89.000 buah jembatan (1050km) di Indonesia yang terdiri dari: 1. 60.000 buah jembatan (550 km) di ruas jalan kabupaten/kota 2. 29.000 buah jembatan (500 km) di ruas jalan nasional & provinsi Program Pengembangan Jembatan 1. Dimulai dari PELITA I sd PELITA VI 2. Prioritas pada peningkatan pelayanan pada ruas jalan nasional dan provinsi 3. Saat ini lebih dari 29.000 buah jembatan (500 km) telah terbangun ±16.500 buah jembatan (316.2 km) jembatan pada ruas jalan nasional. Didominasi oleh jembatan standar, terutama : a. jembatan rangka baja (Belanda, Australia, Austria, Kanada, Inggris, Spanyol, & jembatan lokal), b. Jembatan komposit dan c. Gelagar beton bertulang Kebijakan Pembangunan Jembatan Komposisi Jembatan di Indonesia (sumber IBMS) 1. BENTANG

Distribusi Jembatan Berdasarkan Tipe Bangunan Atas

Distribusi Jembatan Berdasarkan Tahun Bangun

Gelagar merupakan tipe jembatan yang paling sederhana, biasanya terletak di bawah jalan sehingga yang melewatinya kadang-kadang bahkan tidak merasakan bahwa mereka telah melewati suatu jembatan

Jenis Material Jembatan di Indonesia

Jembatan Berbahan dasar Beton

Penggunaan jembatan BAJA perlu dilakukan inspeksi, apalagi jika metode pelapisannya hanya menggunakan CAT.

Perkembangan pembangunan jembatan Jembatan standar indonesia Jenis bangunan atas jembatan di Indonesia terdiri dari : 1. Box Culvert, 2. Jembatan Flat Slab, 3. Gelagar Beton T, 4. Gelagar Pratekan I, Rangka Baja dari beberapa sumber yaitu: Belanda (Warren Truss), Australia, Austria, Canada, UK yang dikenal dengan Callender Hamilton, Spaniel dan dari fabrikator lokal selain juga jembatan Gantung dan Cable Stayed dengan populasi yang tidak banyak.

Bentang Jembatan standar 1. T-BEAM (6 – 25 m) 2. COMPOSITE (20 – 30 m) 3. PRESTRESSED (16 – 40 m) 4. TRUSS (35 – 100 m) 5. VOIDED SLAB (5 – 16 m)

Bridge Span dan tipe struktur jembatan

Dep. PU mempunyai 5 Pabrik komponen Pracetak jembatan : 1. Kalbar di Sanggau pada tahun 1973 2. Aceh di Beureunuen pada tahun 1979 3. Buntu di Purwokerto pada tahun 1980 4. Bengkulu di Bengkulu pada tahun 1980 5. Sulteng di Poso pada tahun 1983

Jembatan Non-standar Indonesia

Jembatan Cindaga, Jawa tengah,1979 double Plane Arch Concrete Bridge, Bentang 90 meter.

Gambar Malang, Jawa Timur, Single Plane Jembatan Pelengkung Beton Bentang 15 + 60 + 15 meter

Jawa Barat, Jembatan Box girder beton menerus Kelas-A, 1979. Bentang utama 132 meter san sisi simetris 45meter (total 222 meter).

Jembatan Kelok-9 Bukit tinggi, Sumatera barat, Jembatan Pelengkung Beton Kelas-A, Bentang 80 meter

Tri Nusa Bakti Ide awal dikemukakan oleh Prof. Sedyatmo mengenai upaya menghubungkan Pulau Jawa dengan Pulau Sumatera. Pada Januari 1989 telah disepakati bersama oleh BPPT, Bappenas dan Dep PU untuk melakukan studi mengenai koneksi JawaBali yang dikenal dengan sebutan “Tri Nusa Bima Sakti dan Jembatan Utama”. Tri Nusa Bima Sakti sendiri terdiri dari 3 jembatan besar, yaitu 1. Jembatan Surabaya-Madura (SURAMADU). 2. Jembatan Selat Bali, dan 3. Jembatan Selat Sunda.

Gambar Jembatan Suramadu (Surabaya Madura)

Bentuk dan Tipe Jembatan

Secara umum berdasarkan bentuk struktur Jembatan dapat diklasifikasikan sebagai berikut. a. Jembatan gelagar b. Jembatan pelengkung/busur (arch bridge) c. Jembatan rangka (truss bridge) d. Jembatan portal (rigid frame bridge) e. Jembatan gantung (suspension bridge) f. Jembatan kabel (cable-stayed bridge

Jembatan gelagar Jembatan Gelagar merupakan tipe jembatan yang paling umum dan paling tua. Jembatan ini memiliki bagian penyangga yang ditanamkan pada halangan yang dilewati. Penyangga ini akan menopang bagian yang akan dilewati oleh transportasi. Jembatan gelagar terdiri dari I Girder, Box Girder, dan U / V Girder. a. Jembatan gelagar I Girder Jembatan I girder merupakan jembatan yang menggunakan penampang girder berbentuk I. Pekerjaan pembuatan I girder ini biasanya dilakaukan pada tempat proyek atau dipesan dari pabrik ( precast ).

b. Jembatan gelagar Box Girder Jembatan gelagar kotak (box girder) tersusun dari gelagar longitudinal dengan slab diatas dan dibawah yang berbentuk rongga (hollow) atau gelagar kotak. Tipe gelagar ini digunakan untuk jembatan bentang-bentang panjang.

c. Jembatan gelagar U / V Girder. Jembatan U / V Girder merupakan jembatan yang menggunakan penampang girder berbentuk U/V. Pekerjaan pembuatan V girder ini biasanya dilakaukan pada tempat proyek atau dipesan dari pabrik ( precast ).

Jembatan pelengkung/busur (arch bridge)

Jembatan pelengkung/busur (arch bridge) adalah struktur setengah lingkaran dengan abutmen dikedua sisinya. Desain lengkung (setengah lingkaran) secara alami akan mengalihkan beban yang diterima lantai kendaraan jembatan menuju ke abutmen yang menjaga kedua sisi jembatan agar tidak bergerak kesamping. Jembatan Arch sangat umum. Jembatan ini dibangun dengan batuse belum jembatan besi dan baja diperkenalkan. Ketika menahan beban akibat berat sendiri dan beban lalu lintas, setiap bagian pelengkung menerima gaya tekan, karena alasan itulah jembatan pelengkung harus terdiri dari material yang tahan terhadap gaya tekan.

Jembatan pelengkung dari batu (Stone Arch Bridge) di Minneapolis

Jembatan Sydney, Australia, lengkung beton bertulang

Jembatan rangka (truss bridge) Jembatan rangka (truss bridge), tersusun dari batang-batang yang dihubungkan satu sama lain dengan pelat buhul, dengan pengikat paku keling, baut atau las. Batang batang rangka ini hanya memikul gaya dalam aksial (normal) tekan atau tarik, tidak seperti pada jembatan gelagar yang memikul gaya-gaya dalam momen lentur dan gaya lintang.

Over-deck truss bridge with steel girders and wooden carriageway

Jembatan portal (rigid frame bridge) Di Jembatan gelagar biasa, gelagar dan pier adalah adalah struktur yang terpisah, namun pada rigid frame bridge adalah dimana gelagar dan pier adalah salah satu struktur yang solid.

Jembatan gantung (suspension bridge) Pada jembatan gantung semua gaya-gaya vertikal disalurkan melalui kabel-kabel penggantung ke tiang (pylon) dan perletakan ujun

Jembatan Golden Gate, San Fransisco

Jembatan kabel (cable-stayed bridge) Pada jembatan struktur kabel (cable-stayed bridge) sepenuhnya gaya-gaya vertikaldipikul oleh tiang (pylon) yang disalurkan melalui kabel-kabel penggantung. Jembatan cable stayed serupa dengan jembatan gantung, tetapi kabel penggantungnya langsung diikatkan pada menara jembatan.

Side-spar cable-stayed bridge in Winnipeg, Manitoba

Analisis Struktur Jembatan (3 SKS)

Pertemuan ke-2

Eka Faisal Nurhidayatullah, S.T., M.T.

Mata Kuliah Pengampu Semester Bobot SKS Kelas Hari/Jam Ruang Kelas

: Analisis Struktur Jembatan : Eka Faisal Nurhidatayatullah, S.T., M.T. : VI : 3 SKS :::-

SISTEM STRUKTUR JEMBATAN Struktur jembatan :  Superstructure (Struktur Atas) : deck atau geladak, sistem lantai, dan rangka utama berupa gelagar atau girder  Substructure (Struktur Bawah) : pier atau pendukung bagian tengah, kolom, kaki pondasi (footing), tiang pondasi dan abutmen

Bangunan Struktur Atas (Upper Structure) Bangunan struktur atas berfungsi untuk menampung beban-beban yang ditimbulkan oleh lalu lintas orang, kendaraan, dan lain sebagainya. Bangunan atas biasanya terdiri dari pelat, lapisan permukaan jalan, dan gelagar dari jembatan

Struktur Atas (Upper Structure) pada Deck

Struktur Atas (Upper Structure) terdiri dari : 1.Komponen a. Deck Jembatan Deck Jembatan ini bisah berupa I Girder, U Girder , Box Girder , Truss, dll.

Deck Jembatan

Truss

b. Bearing Bearing adalah bantalan yang bertujuan untuk mengurangi gesekan untuk benda/poros yang bergerak secara rotasi ataupun linier (horisontal)

Pot Bearing

c. Expansion Joint Expansion Joint adalah suatu sabungan yang bersifat flexible, sehingga saluran yang disambungkan memiliki tolerasi gerak.

Gambar Expansion Joint

2. Pembagian Span (Bentang) Dalam pembagian bentang dibedakan menjadi 2 bagian yaitu : a. Approach Span b. Main Span

Pembagian nama Bentang (Span)

Bentang (Span) pada Jembatan Suramadu

Bangunan Struktur Bawah (Substructure)

Bangunan struktur bawah berfungsi untuk menerima atau menahan bebanbeban yang disalurkan dari beban struktur atas, dan kemudian beban – beban tersebut disalurkan ke pondasi. Struktur bawah ini terdiri dari :

1. Pondasi Pondasi pada jembatan memiliki fungsi yang sama dengan pondasi yang ada pada struktur bangunan gedung, dimana fungsi dari pondasi itu sendiri adalah menyalurkan beban-beban yang di tahan ke tanah.

Pondasi memiliki 2 bagian yaitu : a. Tiang Pancang / Bore Pile / Sumuran b. Pile Cap

Fondasi Tiang Pancang dan Pile Cap

2. Kolom Pier a. Pier b. Pier Head

Struktur Bawah (Sub Structure) pada Pier

3. Abutment Abutment merupakan bagian dari bangunan pada ujung-ujung jembatan, yang memiliki fungsi sebagai pendukung untuk bangunan struktur atas dan juga berfungsi untuk penahan tanah. Abutment mempunyai bagian sebagai berikut : a. Abutment b. Wing Wall c. Pelat Injak d. Back Wall

Struktur Bawah (Sub Structure) pada Abutment

Adapun fungsi abutmen ini antara lain : ♦ Sebagai perletakan balok jembatan atau beam. ♦ Sebagai perletakan plat injak. ♦ Sebagai penerus gaya-gaya yang bekerja pada struktur atas ke pondasi. ♦ Sebagai penahan tekanan tanah aktif.

4. Oprit Oprit adalah akses penghubung antara jembatan dengan jalan yang ada. Perencanaan konstruksi oprit ini sangat perlu diperhatikan agar design oprit yang dihasilkan nantinya dapat aman dan awet sesuai dengan umur rencana yang telah ditentukan

Memanjang Oprit

Tampak Atas Oprit

Melintang Oprit

Struktur Bawah (Sub Structure) pada Oprit

Superstructure – steel bridges 1.

2. 3. 4. 5. 6.

7. 8. 9.

Plate-girder bridges Composite beam and girder bridges Continuous composite-plate girder bridges Composite box-girder bridges Orthotropic deck bridges Truss bridges Arch bridges Suspension bridges Cable-stayed bridges

Keuntungan konstruksi komposit : a. Menghemat berat baja, sekitar 20-30 % b. Mereduksi tinggi balok lentur c. Meningkatkan kekakuan sistem lantai kendaraan d. Meningkatkan kapasitas overload pd lantai kendaraan