Perencanaan Jembatan


Prepared by: Andre Puja Oktora

Ini adalah tulisan pertama setelah 3 tahun absen menulis di blog ini. Topik mengenai jembatan akan saya bahas pada tulisan ini. Bagi sebagian orang, topik ini mungkin sedikit berat, tapi saya akan usahakan tulis dalam bahasa yang sederhana dan ringan. Topik ini sengaja saya angkat untuk catatan pribadi namun tidak menutup kemungkinan bermanfaat bagi pembaca yang datang ke blog ini. Saya sendiri telah berinteraksi dengan jembatan selama tiga tahun karena bekerja di sebuah konsultan spesialis jembatan. Namun, tidak berarti saya sudah tahu segala hal mengenai jembatan, karena dalam dunia jembatan, seorang bridge engineer baru dikatakan senior dan mengerti sepenuhnya desain jembatan setelah memiliki pengalaman sekitar 10-20 tahun; ya benar memang waktu yang sangat lama untuk menjadi expert di bidang ini.

BAGIAN I: INFORMASI UMUM

1. Definisi jembatan

Definisi jembatan secara sederhana adalah sebuah struktur yang dibangun untuk menghubungkan sebuah tempat dengan melintasi rintangan dibawahnya seperti lembah, jalan, sungai, laut, dll. Saya tidak akan secara khusus membahas mengenai sejarah jembatan pada tulisan ini karena itu merupakan topik yang luas dan tersendiri.

2. Tipe struktur jembatan

Jembatan berkembang seiring perkembangan imu pengetahuan dan kebutuhan masa kini. Penelitian di bidang ilmu struktur dan material memungkinkan jembatan masa kini memiliki bentang semakin panjang. Jembatan dengan bentang tengah terpanjang saat ini adalah Akashi Kaikyo Suspension Bridge di Jepang yang memiliki bentang 1991 meter.

Jembatan dapat dibagi menjadi 3 berdasarkan tipe strukturnya yaitu:

a. Tumpuan sederhana: adalah tipe jembatan yang paling sederhana karena hanya terdiri atas balok girder yang menumpu pada kedua ujung perletakan. Jembatan tipe ini paling sederhana dari struktur maupun metode konstruksi dan cocok untuk bentang-bentang pendek hingga 75m.

Jembatan tumpuan sederhana

Jembatan tumpuan sederhana (sumber: fhwa.dot.gov)

b. Jembatan rangka baja

Karakteristik jembatan rangka baja adalah stuktur yang tersusun dari komponen batang tekan dan tarik yang membentuk segitiga dan dihubungkan melalui joint sambungan pada pertemuan antar batang. Jembatan rangka baja cocok untuk bentang menengah hingga panjang. Contoh jembatan terkenal rangka baja adalah Sydney Harbour Bridge yang memiliki bentang tengah  503 m.

Sydney Harbour Bridge

Sydney Harbour Bridge (sumber: https://goo.gl/OCDMeQ)

 

c. Jembatan kabel:

State-of-the-art teknologi jembatan memungkinkan bentang jembatan panjang dan sangat panjang. Elemen kabel merupakan elemen yang sangat penting untuk jenis jembatan bentang panjang dan sngat panjang. Ada tiga jenis jembatan yang menggunakan elemen kabel yaitu:

c1. Jembatan extradosed

Jembatan extradosed sering disebut sebagai jembatan peralihan dari jembatan girder ke jembatan cable stayed. Namun ada sebagian pakar mempertanyakan keberadaan jembatan extradosed. Jembatan extradosed relatif mahal dan pengunaan material yang tidak efisien. Sebagian orang berpendapat, penggunaan jembatan tipe extradosed hanya untuk keindahan aspek arsitektural saja. Dari segi struktural, yang membedakan jembatan extradosed dengan jembatan cable stayed adalah: (a) tinggi pylon yang lebih rendah dari pylon cable stayed, (b) hanya sekitar 20%-50% beban disalurkan melalu kabel dan sisanya melalui girder; girder jembatan extradosed juga relatif lebih kaku dibandingkan jembatan cable stayed, (c) Fatigue bukan masalah utama pada jembatan extradosed karena stress variation akibat beban hidup tidak signifikan (karena kekakuan girder relatif besar terhadap kabel seperti yang dibahas sebelumnya), (d) Allowable stress ratio untuk extradosed bridge diijinkan sampai 60%.

Contoh jembatan extradosed di Indonesia adalah Jembatan Padamaran Rokan Hilir di propinsi Riau.

Jembatan Pedamaran Rohil 1

Jembatan Padamaran Rokan Hilir (sumber: http://www.antarariao.com)

c2. Jembatan cable stayed

Ini adalah tipe jembatan favorit saya. Jembatan cable stayed adalah tipe jembatan terpopuler untuk jembatan bentang panjang yang sangat efisien untuk bentang mulai 150m-600m. Ciri utama jembatan tipe ini adalah keberadaan pylon sebagai komponen struktur yang menopang cable yang terhubung dengan elemen girder/deck. Masalah utama pada jembatan cable stayed adalah fatigue dan akumulasi gaya axial yang besar pada deck dekat pylon terutama untuk jembatan panjang. Allowable stress ratio untuk cable stayed bridge diijinkan hanya sampai 45% untuk SLS.

Contoh jembatan cable stayed di Indonesia adalah Jembatan Merah Putih di propinsi Maluku yang diresmikan awal tahun 2016.

Jembatan merah putih

Jembatan cable stayed Merah Putih (sumber http://www.netralitas.com)

c3. Jembatan suspension cable

Jembatan dengan bentang sangat panjang sangat cocok menggunakan jembatan suspension cable. Gaya-gaya dari deck disalurkan melalui kabel vertikal diteruskan ke kabel penggantung utama. Penopang utama jembatan ini berada pada blok angkur (anchorage block) yang menopang kabel utama di kedua tepi ujung jembatan. Jembatan terpanjang saat ini adalah jembatan Akashi Kaikyo Bridge di Jepang

Contoh jembatan suspension yang sangat terkenal adalah Golden gate bridge yang meskipun warna jembatannya merah.

Golden gate

Jembatan Golden Gate (sumber: http://i.huffpost.com)

 

c4. Jembatan kombinasi cable stayed dan suspension

Jembatan ini merupakan kombinasi tipe cable stayed dan suspension. Jembatan ini sangat jarang ditemui. Contoh jembatan tipe ini yang sangat terkenal yaitu Brooklyn Bridge di Amerika Serikat.

brooklyn-bridge

Brooklyn Bridge (sumber: http://www.bandofbridges.com)

3. Komponen struktur jembatan:

  • Superstructure: Pylon, cross beam, cable, tendon, deck, expansion joint,
  • Substructure: pier, pier cap, abutment,
  • Foundation: pile cap, pile, foundation,

4. Tipe deck:

  • Prestressed concrete
    • I girder
    • Box girder
  • Orthotropic steel
  • Composite

5. Tipe pondasi:

  • Shallow foundation
  • Pile foundation
  • Caisson/well foundation

6. Pengenalan material:

  • Baja tulangan: mutu baja, diameter tulangan
  • Baja struktur: mutu baja
  • Beton bertulang: mutu beton, selimut beton
  • Tendon: mutu, ukuran
  • Cable: lock coil, strand, HDPE, anchor

7. Perletakan: bearing

8. Stake holders

  • Owner
  • Main contractor
  • Specialist contractor
  • Specialist consultant
  • Independent proof consultant
  • Government or regulator

BAGIAN II: ANALISIS

1 .Code/standar:

Ada dua code yang lazim digunakan sebagai acuan perencanaan jembatan yaitu AASHTO dan Eurocode.
AASHTO yang merupakan kepanjangan dari American Association of State Highway and Transportation Officials adalah standar yang berasal dari Amerika Serikat namun telah menjadi acuan bagi berbagai standar di banyak negara. Adapun negara yang menggunakan AASHTO sebagai standard diantaranya adalah Indonesia, Thailand, Turkey, Russia, Taiwan, dll. Standar ini terus diperbarui mengikuti perkembangan ilmu pengetahuan dan pembelajaran dari kegagalan struktur di masa lalu. AASHTO LRFD 2012 adalah standard yang menjadi rujukan saat ini.
Eurocode adalah standar lain terpopuler nomor dua yang digunakan saat ini. Standar ini banyak digunakan di negara-negara Eropa. Selain itu, setahu penulis standar ini juga digunakan di India, Vietnam, dll. Tidak seperti AASHTO yang mengumpulkan semua topik menjadi satu paket, Eurocode memiliki beberapa paket terpisah yaitu:

Eurocode: Basis of structural design (EN 1990)
Eurocode 1: Actions on structures (EN 1991)
Eurocode 2: Design of concrete structures (EN 1992)
Eurocode 3: Design of steel structures (EN 1993)
Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures (EN 1994)
Eurocode 5: Design of timber structures (EN 1995)
Eurocode 6: Design of masonry structures (EN 1996)
Eurocode 7: Geotechnical design (EN 1997)
Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance (EN 1998)
Eurocode 9: Design of aluminum structures (EN 1999)

Untuk memahami lebih jelas pembagian Eurocode dapat mengacu pada gambar berikut:

Eurocode chart

Eurocode diagram (sumber: wordpress)

2. Pembebanan:

  • Dead Load adalah beban tetap akibat berat sendiri struktur. Perhitungan berat sendiri struktur pada dasarnya diperoleh dengan mengalikan volume elemen struktur dengan berat jenis materialnya. Material yang lazim digunakan adalah baja dan beton bertulang yang masing-masing memiliki berat jenis 78.5kN/m3 dan 25kN/m3. Elemen struktur seperti deck, girder, pylon, dan pier dapat menggunakan material baja maupun beton. Sedangkan rangka truss biasanya menggunakan baja dan pondasi menggunakan beton bertulang. Elemen cable stayed dan tendon bisa diasumsikan sebagai baja.
  • Live load secara singkat adalah beban akibat kendaraan yang melintas di atas jembatan. Beban lalu lintas untuk desain merupakan kombinasi dari beban truck/tandem dan beban lane load. Beban lane load (beban lajur) beban merata pada jembatan yang dikenakan pada jumlah lajur suatu jembatan. Design lane dihitung dengan membagi lebar jembatan yang dibatasi dengan curb dengan lebar untuk satu jalur atau dengan kata lain design lane dihitung per arah lalu lintas. Dalam menghitung beban live load, harus memperhitungkan dua faktor yaitu beban: Multipresence load factor dan Dynamic Impact load factor. Multipresence load faktor adalah faktor yang digunakan untuk memperbesar atau mengurangi beban truck/tandem berdasarkan jumlah lane yang dikenakan beban. Perlu diingat multipresence live load factor tidak dikenakan pada beban lane load. Sedangkan dynamic impact load adalah faktor yang digunakan untuk mempertimbangkan gerak dinamis kendaraan. Selain itu beban lain yang harus diperhitungkan adalah beban rem (braking load) dan beban centrifugal terutama apabila jembatan mempunyai alignment yang tidak lurus. Selain yang disebutkan di atas, beberapa negara mengisyaratkan beban kendaraan khusus seperti kendaraan militer dan tank. Oya, untuk jembatan yang dilalui kereta, tentu beban kereta harus dipertimbangkan.
  • Superimposed Dead Load (SDL) adalah beban tambahan tidak bergerak namun besarnya mungkin berubah seperti lapisan aspal/perkerasan, railings, lampu penerangan jalan, crash barrier, curb, dll.
  • Wind load adalah beban angin yang dikenakan pada struktur maupun kendaraan yang bergerak di atas jembatan. Perhitungan beban angin statik harus mempertimbangkan arah longitudinal, transversal, maupun vertikal jembatan. Beban angin dihitung dengan mengalikan tekanan angin dengan luas tegak lurus penampang yang dikenakan beban. Besarnya tekanan angin bergantung pada banyak faktor seperti ketinggian, kecepatan angin, dll.
  • Seismic load adalah beban gempa yang besarnya ditentukan berdasarkan lokasi jembatan yang akan dibangun, umur desain jembatan, frekuensi natural jembatan, dll.
  • Temperature load adalah beban yang diakibatkan oleh perubahan suhu pada suatu material.
  • Creep and shrinkage atau beban susut dan rangkak material. Beban ini tidak bisa dianggap remeh terutama pada arah longitudinal jembatan. Penyaluran beban ini dari deck ke pier sangat dipengaruhi oleh jenis perletakan/support boundary condition.
  • Beban lainnya yang belum disebutkan tergantung pada lokasi spesifik suatu jembatan atau ketentuan lokal suatu negara. Sebagai contoh jembatan yang menghubungkan sungai harus memperhitungkan beban sampah/debrish; jembatan yang berada di laut harus memperhitungkan beban gelombang/wave; beban tumbukan perahu/kapal/kendaraan pada pier juga terkadang harus diperhitungkan.

3.  Analisis:

  • Influence line analysis atau analisis garis pengaruh adalah analisis yang didapatkan dengan memberikan unit load (beban satuan, yaitu beban dengan nilai 1 unit satuan, misal 1 kN) yang bergerak dari awal bentang bergerak hingga akhir bentang untuk kemudian memperoleh rekasi pada lokasi yang ingin diketahui (atau diamati). Hasil dari analisis garis pengaruh yaitu diagram garis pengaruh (meliputi gaya aksial, gaya geser, bending momen, atau rekasi perletakan) pada suatu titik pengamatan. Analisis ini sangat penting untuk mengetahui envelope gaya diakibatkan beban bergerak. Ingat, beban kendaraan pada jembatan adalah beban bergerak.
  • Construction stage analysis adalah analisis yang lebih menekankan pada tahapan konstruksi yang akan dilakukan. Analisis ini sangat penting dan bisa jadi bagian yang paling critical. Pada proyek jembatan, urutan tahapan konstruksi sangatlah diperhatikan. Perubahan urutan dan metoda konstruksi harus mendapat izin dari konsultan CES dan harus dianalisis ulang untuk mengetahui tingkat keamanannya.
  • Static analysis adalah analisis struktur biasa dengan menggunakan rumus utama keseimbangan gaya dan momen.
  • Dynamic analysis pada umumnya digunakan untuk menganalisis beban dinamis seperti beban gempa. Ada dua pendekatan yang biasa digunakan yaitu multimodal kurva respon spectra dan time history analysis.
  • Pushover analysis adalah analisis yang dilakukan dengan memberikan penambahan beban secara continue hingga struktur collapse. Analisis ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan ultimate struktur dan urutan lokasi terjadinya sendi plastis pada struktur.
  • Serviceability limit adalah salahsatu ukuran syarat layan suatu struktur yang membatasi kekakuan suatu struktur dengan maksimal defleksi struktur yang diizinkan akibat beban hidup. Menurut AASHTO, defleksi maksimum yang diizinkan adalah 1/800 dari panjang bentang dari kombinasi beban truk/tandem dan beban lane load.

4. Stress limit adalah batasan stress yang diizinkan sehingga struktur dapat dijamin keamanannya. Batasan stress yang diijinkan tergantung pada jenis material, elemen struktur, jenis struktur, dan code/standar yang digunakan. Sebagai contoh batasan stress maksimum elemen kabel untuk jembatan extradosed adalah 0.60-0.65fu, sedangkan untuk jembatan cable stayed adalah 0.45fu. Batas stress untuk elemen struktur girder akibat beban aksial dan bending momen untuk material beton dan baja berturut-turut adalah 0.6fc’ atau 0.55fy.

5. Camber adalah ukuran besar kurva struktur deck/girder untuk melawan beban gravitasi. Topik khusus mengenai camber akan saya bahas di kesempatan yang lain.

6. Likuifaksi adalah suatu perilaku tanah yang mengalami perubahan tiba-tiba dari kondisi padat ke kondisi liquid akibat gempa dimana kondisi tanah cenderung untuk mengalami penurunan volume, yang menyebabkan peningkatan tekanan air pori yang mengakibatkan penurunan kekuatan geser (shear strength), yaitu penurunan tegangan efektif. Hanya jenis tanah pasir yang mengalami gejala likuifaksi. Analisis likuifaksi pada tanah pasir sangat penting karena mempengaruhi daya dukung tanah terhadap fondasi struktur. Kedalaman tanah yang mengalami likuifaksi dapat ditentukan menggunakan formula tertentu. Kemudian fondasi akan disimulasikan dengan kondisi dimana sebagian tanahnya mengalami likuifaksi.

BAGIAN III: METODA KONSTRUKSI

Seringkali penghematan biaya dari suatu proyek konstruksi ada pada pemilihan metoda konstruksi yang tepat daripada penghematan optimasi struktur jembatan itu sendiri. Pemilihan metoda konstruksi yang tepat akan menghemat waktu konstruksi dan biaya peralatan. Untuk menentukan metoda konstruksi yang tepat diperlukan ahli yang sudah berpengalaman dibidangnya. metoda konstruksi yang tepat sangat tergantung pada jenis jembatan, material jembatan, lokasi dibangun jembatan, bentang jembatan, hingga ketersediaan tenaga ahli jembatan. Setelah masuk di industri konstruksi jembatan, saya baru tahu bahwa nilai dari construction equipment ini sangatlah mahal dikarenakan terbatasnya ahli yang memiliki kemampuan untuk mendesainnya. Selain itu construction equipment pada umumnya didesain secara spesifik untuk suatu proyek sehingga mungkin tidak bisa digunakan pada proyek lainnya atau setidaknya harus dimodifikasi terlebih dulu sebelum digunakan pada proyek lain. Berikut adalah aspek-aspek terkait dalam menentukan metoda konstruksi jembatan.

  1. Construction Equipment:
    • Form traveler
    • Launching gantry
    • Launcher
    • Movable Scaffolding System
    • Maintenance gantry
    • Launching nose
    • Mold
    • Barge
  2. Metode konstruksi:
    • Balance Cantilever Method
    • Incremental Launching Method
  3. Elevation survey and camber control
  4. Casting yard
  5. Deck:
    • Precast
    • Cast in situ
    • Preassembly component
  6. Metode stressing kabel
    • Kabel distressing dari atas pylon
    • Kabel distressing dari atas deck
    • Metoda stressing cable
  7. Metoda closure:
    • End closure
    • Mid closure
  8. Sambungan: metoda pengencangan baut, penggunaan lem epoxy, temporary PT bar
  9. Kegagalan struktur saat konstruksi

BAGIAN IV: PASCA KONSTRUKSI

  1. Pengujian jembatan
  2. Bridge inspection and health monitoring
  3. Retrofit Jembatan
  4. Kegagalan struktur saat masa layan

 

 

About Andre Puja Oktora

I am a Civil Engineer specialist in underground structure as well as bridge design. I love travelling. My dream is to step my feet in all continents before 40.
This entry was posted in Akademik, Jembatan, Teknik Sipil, Uncategorized and tagged , , , , , , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s