ANALISIS KEKUATAN PLAT LANTAI JEMBATAN MENGGUNAKAN PROGRAM SAP 2000 V22

 

1.1            Latar Belakang

Jembatan merupakan suatu bangunan yang dipergunakan untuk melintasi lalu lintas dari rintangan yang berupa sungai ataupun saluran air, lembah, jurang danau dan jalan raya ataupun jalan kereta api, untuk mendukung kelancaran arus lalu lintas barang dan jasa dalam rangka percepatan pertumbuhan ekonomi dengan tetap menjaga lingkungan serta mendukung terwujudnya sistem transportasi jalan yang handal, kapasitas mencukupi, tertib, teratur, lancar, cepat, tepat, selamat, aman dan nyaman. Jembatan harus direncanakan dengan menggunakan jenis struktur dan bahan konstruksi yang tepat sehingga dicapai optimalisasi perencanaan sesuai dengan fungsinya. Jembatan Pangwa Kec. Trienggadeng Kab. Pidie Jaya mempunyai bangunan atas (upper structure) menggunakan rangka baja yang terdiri dari batang-batang yang dihubungkan dengan hubungan gusset plate / buhul sehingga membentuk rangka segitiga yang di desain untuk menahan tegangan akibat dari gaya tarik, gaya tekan atau kombinasi keduanya jika terkena beban-beban dinamis.

Jembatan Pangwa menghubungkan antara Kec. Trienggadeng dengan Kec. Meureudu, dengan panjang bentang 60 meter dan lebar 9 meter. Permasalahan yang akan dibahas disini adalah penulis akan mengevaluasi kembali plat lantai jembatan Pangwa terkait penurunan mutu beton dengan panjang bentang 60 meter, lebar lantai jembatan 7 meter dan 2 x 1 meter trotoar. Telah diketahui bahwa pada saat pembangunan jembatan Pangwa, khusus terhadap kualitas mutu beton pada plat lantai jembatan tidak sesuai, sehingga tidak memenuhi syarat spesifikasi dan berpotensi terjadinya total los terhadap volume pekerjaan. Dari beberapa sampel yang di uji, masing-masing bagian tepi dan tengah plat lantai jembatan tidak ada satupun yang memenuhi persyaratan di dalam kontrak, yaitu fc’ 30 MPa.

Pada awalnya jembatan Pangwa ini direncanakan mutu beton untuk plat lantai fc’ 30 MPa, untuk tulangan yang direncanakan dengan baja ulir mutu baja fy = 320 MPa dan baja polos dengan mutu fy = 240 MPa. Namun dalam pelaksanaannya terjadi penurunan fisik konstruksi mutu beton pada plat lantainya. Berdasarkan hasil uji kuat tekan beton realnya di peroleh mutu f’’c = 18,8 MPa.

 

1.2            Perumusan Masalahan

Berdasarkan uraian latar belakang maka rumusan masalah yang ditinjau, yaitu:

1. Evaluasi tingkat keamanan plat lantai jembatan terkait penurunan mutu beton plat lantai dan berdasarkan beton mutu aktual, dari 30 MPa ke 18.8 MPa pada jembatan Pangwa.

2. Analisis kembali rasio keamanan plat lantai jembatan Pangwa dengan menggunakan program SAP 2000 V22.

 

1.3            Tujuan Penelitian

Tujuan dari peninjauan plat lantai jembatan Pangwa, yaitu:

1. Mengetahui besarnya perbandingan nilai keamanan antara mutu beton plat lantai 30 MPa dengan 18.8 MPa.

2. Cara mengetahui tingkat keamanan struktur plat lantai jembatan Pangwa.

1.4            Ruang Lingkup Penelitian

Ruang lingkup dari penelitian yang akan ditinjau dalam struktur jembatan yang meliputi beton plat lantai jembatan, yaitu:

1.       Pembebanan plat lantai kendaraan jembatan merujuk kepada standar pembebanan untuk jembatan (SNI 1725:2016), dengan sistem plat lantai satu arah.

2.       Mutu plat lantai dihitung untuk dua kondisi, yaitu mutu desain fc’ 30 MPa dan mutu actual 18,8 MPa. Sedangkan untuk tulangan yang direncanakan dengan baja ulir mutu baja fy = 320 MPa dan baja polos dengan mutu fy = 240 MPa.

 

1.5            Manfaat Penelitian

1. Dapat menjadi masukan bagi para perencana struktur jembatan tentang evaluasi kapasitas plat lantai menggunakan SAP 2000 V22 untuk jembatan jalan raya yang berpedoman menurut SNI 1725:2016.

2. Dapat menjadi sebagai second opinion terhadap perkuatan struktur plat lantai jembatan yang telah ada serta menjamin keamanan bagi pengguna bangunan.

 II.               TINJAUAN KEPUSTAKAAN

Tinjauan kepustakaan ini bertujuan untuk membentuk kerangka teori dan sebagai dasar dalam menentukan metode – metode penyelesaian yang berisi tentang teori – teori dan rumus – rumus yang berhubungan dengan permasalahan yang akan ditinjau.

 

a)             

b)             

2.1            Plat Beton Bertulang

Irawan, et al (2016) mengatakan bahwa yang di maksud dengan plat beton bertulang yaitu struktur tipis yang di buat dari beton bertulang dengan bidang yang arahnya horizontal dan bekerja tegak lurus yang berfungsi sebagai diafragma pengaku horizontal. Sistem perencanaan tulangan plat pada dasarnya dibagi menjadi 2 macam yaitu plat satu arah (one way slab) dan sistem perencanaan plat dengan tulangan pokok dua arah yang disebut plat dua arah (two way slab). Pelat satu arah adalah pelat beton yang didukung hanya pada dua sisi tumpuan yang berlawanan, sehingga akan terjadinya defleksi atau lendutan pada pelat dalam arah tegak lurus dari sisi tumpuan. Maka beban yang bekerja pada pelat akan didistribusikan oleh pelat dalam satu arah yang menuju ke arah dua sisi tumpuan. Jika pelat bertumpu pada empat sisi tumpuan, tetapi dengan rasio panjang terhadap lebar nilainya sama dengan 2 atau lebih besar (L/W ≥ 2), maka reaksi beban akan lebih banyak didistrubusi ke arah bentang yang lebih pendek, maka pelat tersebut bisa diklasifikasikan sebagai pelat satu arah.

Menurut Asroni, A, (2010) ada beberapa fungsi plat lantai, dibawah ini adalah beberapa fungsi dari plat lantai yaitu.

1.       Pembatas antara lantai atas dan lantai bawah.

2.       Tempat menginjak penghuni untuk di lantai atas.

3.       Peredam suara dari lantai atas maupun lantai bawah.

4.       Sebagai pengkaku konstruksi pada bidang horizontal.

 2.2            Konstruksi Plat Lantai Berdasarkan Materialnya

Menurut Mulyono (2003). Konstruksi untuk pelat lantai dapat dibuat dari tiga penyusun utama, seperti semen, agregat dan air, untuk bahan pencapurannya terdiri dari semen, air, agregat dan bahan tambahan. Dalam penelitian ini material yang digunakan untuk pelat lantai adalah beton. Beton didefinisikan sebagai “sebagai campuran antara semen portland atau semen hidraulik yang lain, agregat kasar dan air, dengan atau tanpa bahan tambahan membentuk massa padat”. Beton memiliki kuat tekan yang tinggi namun kuat tarik yang lemah.

 2.3            Beton

Saifuddin, M.I, (2012) mengatakan bahwa beton merupakan suatu elemen struktur yang terdiri dari partikel-partikel agregat yang dilekatkan oleh pasta yang terbuat dari semen portland dan air. Pasta itu mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel agregat dan setelah beton segar dicorkan, ia akan mengeras sebagai akibat dari reaksi-reaksi kimia eksotermis antara semen dan air sehingga membentuk suatu bahan struktur yang padat dan dapat tahan lama.

Pendapat lain juga di kemukakan oleh Irawan, et al (2016) bahwa beton merupakan campuran dari pasir, kerikil, batu pecah atau agregat lain yang dicampur dengan suatu pasta semen dan air yang membentuk massa seperti batuan. Terkadang, ditambahkan bahan aditif untuk hasil beton dengan karakteristik tertentu.

 2.4            Jembatan

Budiarto, et al (2020) mengatakan bahwa Jembatan adalah suatu konstruksi yang berguna untuk meneruskan jalan melalui rintangan yang lebih rendah berupa jalan air maupun jalan lalu lintas biasa.

Pendapat lain di kemukakan juga oleh Azwaruddin (2008) bahwa pengertian jembatan secara umum adalah suatu struktur konstruksi yang memungkinkan untuk rute atau jalur transportasi melalui sungai danau, kali, jalan raya, jalan Kereta Api (KA). Jembatan adalah jenis bangunan yang apabila akan dilakukan perubahan konstruksi, tidak dapat dimodifikasi secara mudah, biaya yang diperlukan relatif mahal. Jembatan dibangun dengan umur rencana 100 tahun untuk jembatan besar, minimum dapat digunakan 50 tahun.

Secara umum struktur jembatan dapat dibedakan  menjadi  dua  bagian  yaitu

struktur atas dan struktur bawah. Ilustrasi struktur jembatan ditunjukkan pada Gambar 2.1 dibawah ini.

             2.5            Pembebanan

Berdasarkan SNI 1725-2016, utuk menganalisis jembatan perlu memperhitungkan beban-beban yang akan terjadi. Beban-beban yang akan diterima harus direncanakan sesuai standar yang ada karena dapat mempengaruhi struktur jembatan. Pembebanan dalam perencanaan jembatan di Indonesia mengacu pada Standar Pembebanan Untuk Jembatan. Aksi -aksi (beban, perpindahan dan pengaruh lainnya) dikelompokkan menurut sumbernya, antara lain adalah, aksi tetap, aksi sementara (beban lalu lintas), aksi lingkungan dan aksi-aksi lainnya.

 

2.1.1   Aksi Tetap (Permanent Actions)

Aksi tetap merupakan beban permanen yang diterima oleh struktur jembatan selama masa layan. Aksi tetap terdiri atas berat sendiri struktur dan beban mati tambahan.

1.           Berat Sendiri (MS)

Berat sendiri adalah berat bahan dan bagian jembatan yang merupakan elemen struktur,  ditambah  dengan elemen   non  struktur  yang   dianggap  tetap. Tabel berat isi untuk beban mati dapat dilihat pada lampiran B.2.1 halaman 35. Berat sendiri (MS) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

 

Q_MS = b . h . w_c......................................................................................... (2.1)

 

Di mana :

b     = lebar plat lantai yang ditinjau (m)

h     = tebal plat yang ditinjau (m)

Wc = berat jenis beton (KN/m3 )

1.           Berat Mati Tambahan (MA)

Beban mati tambahan adalah berat seluruh bahan yang membentuk suatu beban pada jembatan yang merupakan elemen non struktural dan besarnya dapat berubah selama umur jembatan. Beban mati contohnya dapat berupa lapisan kembali permukaan aspal (overlay) setebal 50 mm dengan γ aspal sebesar 25 kN/m³. Tabel faktor beban untuk beban mati tambahan dapat dilihat pada lampiran B.2.2 halaman 35.

 

2.1.2   Aksi Sementara (Transieny Actions)

Aksi sementara (transient action) adalah aksi akibat pembebanan sementara

dan bersifat berulang-ulang. Berikut yang termasuk dalam aksi sementara adalah :

1.           Beban Lajur “D”

Beban lajur “D” adalah susunan beban pada setiap jalur lalu lintas yang terdiri dari beban terbagi rata sebesar q kPa dan beban garis “p”. Besarnya intensitas p adalah 49,0 kN/m. Besar beban q tergantung pada panjang total L yang dibebani dan dinyatakan dengan rumus sebagai berikut:

untuk L ≤ 30 m, maka q = 9,0 kPa .......................................................... (2.2)

untuk L > 30 m, maka q = 9,0 (0,5 + ) kPa........................................... (2.3)

 

Di mana :

q     = intensitas beban terbagi rata (BTR) dalam arah memanjang jembatan

 (kPa)

L     = panjang total jembatan yang dibebani (meter)

 

Tabel faktor beban untuk beban lajur “D” dapat dilihat pada lampiran B.2.3 halaman 35. Penyebaran beban lajur “D” dapat dilihat pada Gambar 2.2 sebagai berikut. 

2.           Beban Truk “T”

Beban hidup pada lantai jembatan berupa beban roda ganda oleh truk (beban T), yang besarnya (T = 100 kN) dan nilai Faktor Beban Dinamis untuk Pembebanan truk diambil, 30% harga FBD yang dihitung digunakan pada seluruh bagan bangunan yang berada diatas permukaan tanah. Tabel faktor beban untuk beban Truk “T” dapat dilihat pada lampiran B.2.4 halaman 36. Beban truk (T) dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut :

 

Beban Truk “ T” ( PTT ) = ( 1 + DLA ) *T …………………................ (2.4)

 

Pembebanan truk “T” terdiri atas kendaraan truk semi trailer yang mempunyai susunan dan berat gandar seperti terlihat pada Gambar 2.3 berikut

2.1.3   Aksi Lingkungan

SNI 1725-2016 mengatakan bahwa pada aksi lingkungan, besarnya beban rencana yang diberikan dalam standar ini dihitung berdasarkan analisis statistik dari kejadian-kejadian umum yang tercatat tanpa memperhitungkan hal khusus yang mungkin akan memperbesar pengaruh setempat..

1.           Beban Angin (EW)

Beban garis merata tambahan arah horizontal pada permukaan lantai jembatan akibat angin meniup kendaraan diatas jembatan dihitung dengan rumus:

 T_EW = 0,002 . C_W . ( V_W )² …………………........................................... (2.5)

Di mana :

Cw = Koefesien seret ( RSNI 2005 )

Vw  = Kecepatan angin rencana

 Transfer beban angin ke lantai kendaraan:

 P_EW = 0,5 . ( h/x ) . T_EW …………………............................................... (2.6)

2.1.4        Analisis Perhitungan Plat Lantai

RSNI T-12 (2004) mengatakan. Dalam perencanaan tebal minimum pelat lantai (ts) harus memenuhi kedua ketentuan. Plat lantai merupakan bagian dari suatu konstruksi jembatan yang letaknya dibagian atas jembatan. Adapun dalam membangun jembatan perlu kiranya juga direncanakan plat lantai agar didapat ukuran yang sesuai dan tahan terhadap beban-beban yang bekerja diatasnya, sehingga didapat suatu plat lantai yang aman dan kokoh untuk jembatan tersebut.

 

2.1.5   Momen Pada Slab Lantai Kendaraan

Momen pada slab lantai kendaraan di bagi dalam beberapa bahagian. Berikut pembagian momen pada slab lantai kendaraan beserta rumusnya.

a.   Akibat beban sendiri (Q_MS)

Gambar untuk diagram persamaan tiga momen berat sendiri dapat dilihat pada lampiran A.2.1 pada halaman 33.

Momen tumpuan maksimum = 1/12 Q_MS S² …………………............... (2.7)

Momen lapangan maksimum = 1/24 Q_MS S² …………………............... (2.8)

b.   Akibat beban mati tambahan (Q_MA)

Gambar untuk diagram persamaan tiga momen beban mati tambahan dapat dilihat pada lampiran A.2.2 pada halaman 33.

Momen tumpuan maksimum = 5/48 Q_MA S² …………………............... (2.9)

Momen lapangan maksimum = 5/96 Q_MA S² …………………............ (2.10)

c.   Akibat beban truk (T) dan angin (P_EW)

Gambar untuk diagram persamaan tiga momen beban T dan EW dapat dilihat pada lampiran A.2.3 pada halaman 34.

Momen tumpuan maksimum = 5/32 PEW S …………………............. (2.11)

Momen lapangan maksimum = 9/64 PEW S …………………............ (2.12)

2.1.6            Analisa Kapasitas Plat Lantai Jembatan

RSNI T-12 (2004) Lantai jembatan merupakan pelat lantai beton yang berfungsi sebagai lantai kendaraan. Dalam perencanaan tebal minimum pelat lantai (t_s) harus memenuhi kedua ketentuan:

t_s ≥ 200 mm ......................................................................................... (2.13)

t_s ≥ (100 + 40 l) mm............................................................................. (2.14)

 

Di mana :

I   = bentang pelat diukur dari pusat ke pusat tumpuan (m)

t_s   = tebal minimum pelat lantai (mm)

 

Tulangan minimum harus dipasang untuk menahan tegangan tarik utama dengan rumus sebagai berikut: 𝐴𝑠 𝑏.𝑑 = 1,0 𝑓𝑦 (3-14) Keterangan:

 

 =  ............................................................................................ (2.15)

Di mana :

As = luas tulangan tarik (mm2 )

b   = lebar dari muka tekanan komponen struktur (mm)

d   = jarak dari seret tanah terluar ke pusat tulangan tarik (mm)

fy = tegengan leleh tulangan yang disyaratkan (MPa)

 

2.1.7            Perancangan Terhadap Lentur

RSNI T-12 (2004), tentang perencanaan struktur beton untuk jembatan, faktor reduksi kekuatan untuk perencanaan lentur adalah 0,8. Tebal minimum pelat lantai (t_s) harus memenuhi kedua ketentuan, yaitu t_s ≥ 200 mm dan ts ≥ (100+40.l) mm, di mana (l) merupakan bentang pelat yang diukur dari pisat ke pusat tumpuan dalam meter.

Untuk menentukan luas tulangan tarik dan tekan pada pelat lantai jembatan terhadap lentur harus memenuhi persyaratan perencanaan kekuatan pelat terhadap lentur (Mu ≤ ∅ Mn) baik untuk tulangan tunggal maupun tulangan rangkap (tarik dan tekan). Diagram gaya-gaya regangan beton bertulang ganda dapat dilihat pada Gambar 2.5 dibawah ini.

Di mana:

h     = tinggi balok (mm)

b     = lebar balok (mm)

c     = garis netral (mm)

ε_c       = regangan beton (0,003)

ε_s       = regangan baja tulangan Tarik

ε_s’   = regangan baja tulangan tekan

C_c      = gaya tekan beton (N)

Cc’ = gaya tekan baja tulangan tekan (N)

T_s      = gaya tarik baja tulangan (N)

d     = tinggi efektif balok yang ditentukan dari serat tekan terluar sampai

          dengan titik berat tulangan tarik (mm)

d’    = jarak serat tekan terluar sampai dengan titik berat tulangan tekan

          (mm)

A_s    = luas tulangan tarik (mm2 )

A_s’  = luas tulangan tekan (mm2 )

a     = tinggi balok tegangan persegi ekivalen (mm) = β₁ x c

Mn  = momen nominal penampang (Nmm)

 

f’c ≤ 30 MPa à β1 = 0,85

f’c > 30 MPa à β1 = 0,85 – 0,008 (f’c – 30)

Dari diagram diatas diasumsikan baja tulangan tekan leleh, maka :

fs’   = fy dan Mu ≤ ∅ Mn

 

Mu = ∅ [ 0,85 x fc’ x α x b (d – ) + As’ x fy x (d – d’) ]  ................ (2.16)

Maka dengan asumsi semua baja tulangan leleh, keseimbangan gaya horizontal  = 0

Cc + Cs’ = Ts dan 0,85.f’c.a.b + As’.fs’ = As.fy

α = ................................................................................... (2.17)

Kontrol terhadap asumsi tulangan tekan leleh ( ε_s’ ≥ ε_y )

ε_s’: c – d’ = ε_y : c dan ε_s’ =  ; ε_y = 0,003

jika tulangan tekan belum leleh (fs’ < fy), maka besarnya tegangan tulangan tekan. (fs’) = ε_s’ . Es = ε_c.Es

dan besarnya Mu sebagai berikut:

Mu = ∅ [ 0,85 x fc’ x α x b (d – ) + As’ x fs x (d – d’) ]  ................ (2.18)

dengan nilai α =

 

2.1.8            Perancangan Terhadap Geser Pons

Menurut RSNI T-12 (2004), apabila keruntuhan geser dapat terjadi di sekitar tumpuan atau beban terpusat, maka kuat  geser  rencana  pelat  lantai  harus diambil ∅ Vn. Nilai tersebut dapat diambil dengan ketentuan sebagai berikut.

Pu < ∅ Vno

Pu = 1,8 x PTT

PTT = ( 1 + DLA) x 11,25

 

Vno = Pn = b’ x d (f cv + 0,3 x  fpe ).................................................... (2.19)

Fcv :  x ( 1 +  ) x  ≤ 0,34 x .............................................. (2.20)

 

 Di mana :

Pno = kuat geser dari suatu pelat lantai

.... = perbandingan antara dimensi terpanjang dengan dimensi terpendek

b’... = Panjang efektif dari garis keliling geser kritis

fpei = tegangan tekan dalam beton akibat gaya prategang efektif

 

Gaya geser pons adalah gaya yang terjadi akibat adanya beban truk pada roda yang dipikul oleh lantai jembatan (lapis perkerasan). Bagian roda truk yang bersentuhan dengan lapis perkerasan disebut bidang geser. Besar nilai beban ultimit roda truk pada slab tidak boleh lebih besar dari nilai gaya geser pons nominal   dikalikan    dengan  faktor    reduksi   kekuatan  geser,  untuk  mencegah keretakan yang dapat terjadi pada slab lantai jembatan (lapis perkerasan).

Berikut tahapan perhitungan kontrol tegangan geser pons:

1.     Bidang geser pons

u = a + 2 ta + h.............................................................................. (2.21)

v = b + 2ta + h............................................................................... (2.22)

2.     Luas bidang geser

Av = 2(u + h)................................................................................ (2.23)

3.     Gaya geser pons nominal

Pn = (Av . Pn)............................................................................... (2.24)

4.     Beban ultimit roda truk pada slab

Pu = K_TT .P_TT (syarat, Pu < Φ Pn à aman)

 

2.1.9            Program SAP 2000

Menurut Computers and Structure, Inc. (2015) bahwa Program SAP 2000 merupakan pengembangan program SAP yang di buat oleh Prof. Edward L. Wilson dari university of California at Berkeley, US sekitar tahun 1971. Untuk melayani keperluan komersial dari program SAP, pada tahun 1975 di bentuk perusahaan Computer & Stucture, Inc, dipimpin oleh Ashraf Habibullah,di mana perusahaan tersebut sampai saat ini masih tetap eksis dan berkembang.

SAP 2000 menyediakan beberapa pilihan. Antara lain membuat model struktur baru, memodifikasi dan merancang element struktur. Hal-hal tersebut dapat dilakukan melalui user interface yang sama. Program ini dirancang sangat interaktif, sehingga beberapa hal dapat dilakukan, misalnya mengontrol kondisi tegangan pada elemen struktur, mengubah dimensi batang, dan mengganti peraturan perancangan tanpa harus mengulang analisis struktur. Dalam pembahasan menggunakan SAP 2000 V22 model analisis static dengan tinjauan secara 3 dimensi. SAP 2000 V22 mempunyai beberapa langkah kerja dalam menjalankan aplikasi ini, yaitu:

1.     Pengimputan model yang mempunyai beberapa perintah untuk membuat model baru atau desain gambar yang akan dijadikan sebagai acuan dasar.

2.     Analizys model pada analisa data dari input model yang menyediakan emapat jenis analisa seperti space frame, plane frame, plane grid dan space truss.

3.     Output data keluaran dari proses pengimputan model dan analizys model yang berupa data deformasi, reaksi, gaya, tegangan dan lainnya.

 

III.      METODOLOGI PENELITIAN

         Pada bagian ini penulis menjelaskan secara lengkap dan sistematis mengenai rancangan penelitian, sumber data, daftar kepustakaan, proses pengumpulan data, serta analisa rencana dan pembahasan untuk menghasilkan kesimpulan dan saran.