Perhitungan Pilar Jembatan

Pada sebuah bangunan konstruksi jembatan khususnya jembatan beton bertulang terdapat beberapa item bangunan seperti pondasi, abutment, pilar, pier head, girder/gelagar, pelat lantai, tiang sandaran atau parapet. Pada tulisan ini saya memaparkan langkah–langkah perencanaan teknis perhitungan dan analisis pilar jembatan, sebelum pada bagian pembahasan perhitungan dan analisis, saya memaparkan apa pengertian dari pilar/pier jembatan.

Pilar/Pier Jembatan

Pilar adalah struktur pendukung bangunan atas, pilar bisa digunakan pada jembatan bentang panjang, posisi pilar bearada pada ke dua abutment. Ada yang menyebut Definisi pilar yaitu bangunan bawah yang terletak diantara kedua kepala jembatan, befungsi sebagai pemikul seluruh beban pada ujung–ujung bentang dan gaya–gaya lainya, serta melimpahkan ke pondasi.

Pada sebuah konstruksi pilar/pier memiliki beberapa bagian yaitu pier head atau kepala pilar dan badan pilar, serta apakah yang dimaksud pier head dan badan pilar itu? Pier head atau kepala pilar merupakan istilah yang dipakai pada pilar jembatan, dimana pier head ini dapat didefinisikan sebai bagian dari pilar jembatan yang memilikiki fungsi sebagai pemikul ujung perletakan jembatan, antara girder/gelagar dan bearing pad atau elastomer sebagai dampalan girder ke pier head. Bagian berikutnya badan pilar, merupakan dinding atau kolom pada bagian pilar jembatan yang berfungsi meneruskan gaya dari pierhead pada pondasi.

Baca: Perencanaan Teknis Pelat Lantai Jembatan

Jembatan yang dibangun ini berada di Indonesia tepatnya pada ruas jalan Ciawi-Singaparna Kabupaten Tasikmalaya, ini merupakan proyek jembatan beton pada tahun 2013–2015 dengan panjang 200 meter, memiliki lebar jembatan 9,6 meter Adapun Data teknis pembangun proyek Jembatan ini sebagai berikut:

Pembangunan Pilar jembatan

Data Teknis Pembangunan Proyek Jembatan:

Panjang Jembatan       : 191,10 meter

Lebar jembatan         : 9,60 meter

Pondasi                 : Caisson

Tinggi Caisson         

Abutment 1 & 2        : 5,00 meter

Pilar 1 & Pilar 4        : 8,00 meter

Pilar 2 & Pilar 3        : 12,50 meter

Abutment

Panjang           : 9,60 meter

Lebar             : 5,00 meter

Mutu Beton       : K–250 (karakteristik)

Diameter tulangan Footing - kepala  : 13-25 milimeter 

Pilar/Pier

Tinggi

Pilar 1 dan Pilar 4      : 19,00 meter

Pilar 2 dan Pilar 3      : 30,00 meter

Diameter Tulangan     

Pilar 1 dan Pilar 4      : 13–32 milimeter

Pilar 2 dan Pilar 3      : 16–32 milimeter

Pier Head

Pilar 1 dan Pilar 4

Lebar             : 3,60 meter

Panjang           : 9,60 meter

Tinggi             : 3,29 meter

Pilar 2 dan Pilar 3

Lebar             : 3,40 meter

Panjang           : 9,60 meter

Tinggi             : 3,29 meter

Diameter Tulangan : 13–25 milimeter

Mutu Beton

Plar 1 dan Pilar 4             : K–350 (karakteristik)

Pilar 2 dan Pilar 3            : K–350 (karakteristik)

Girder

Untuk panjang span abutment sampai pilar 1 = 25 meter

Type              : I

Lebar Atas        : 55,00 centimeter

Lebar Bawah      : 65,00 centimeter

Tinggi             : 160,00 centimeter

Mutu Beton       : K–500 (karakteristik)

Girder

Untuk panjang span pilar 1 sampai pilar 2 = 35 meter

Type              : I

Lebar Atas        : 55,00 centimeter

Lebar Bawah      : 65,00 centimeter

Tinggi             : 170,00 centimeter

Mutu Beton       : K–500 (karakteristik)

Pelat Lantai kendaraan

Tebal             : 20 centimeter

Mutu Beton       : K–350 (karakteristik)

Rangka Baja

Untuk span pilar 2 sampai pilar 3 menggunakan rangka baja

Panjang Bentang        : 62,30 meter

Mutu Baja               : BJ–55

Profil Baja              : H Beam

Sambungan             : Baut

Produsen Beton         : ReadyMix dan Azka ReadyMix

Setelah saya mengulas beberapa hal diatas, untuk selanjutnya prencanaan pilar/pier dimulai dari desain awal pilar itu. Untuk proyek pembangunan jembatan ini pilar 1 jembatan terbebani oleh jembatan beton bertulang dengan panjang bentang 25,6 meter dari abutment ke pilar 1, dan jembatan beton bertulang bentang 35,6 meter dari pilar 1 ke pilar 2, sehingga analisis kekuatan pilar berdasarkan beban-beban yang diperoleh dari jembatan beton bertulang.

Desain Awal Pilar/Pier 1

Data-data pada perencanaan pier 1 adalah sebagai berikut;

h           = 22,29 m

bx          = 12 m

by          = 13 m

Pembebanan Dan Analisa Pada Pier 1

1)  Berat struktur bagian atas dan berat sendiri bagian bawah.

2)  Berat sendiri bangunan atas.

Pembebanan Jembatan

1)  Berat Sendiri Pilar

Merupakan berat dari semua bagian pilar yang bersifat tetap termasuk segala unsur tambahan, mengenai berat material.

2)  Beban Lajur “D”

Susunan berat pada setiap jalur lalu lintas yang terdiri dari beban terbagi rata sebesar “q” ton per meter panjang per jalur.

Beban terbagi merata (BTR)

L ≤ 30 m,  diambil q = 9 Kpa = 0,9 Ton/m2

L > 30 m,  diambil q = 9 (0,5 + 15/L) Kpa

Diambil q = 9 (0,5 + 15/L) Kpa karena L = 35,6 m

q = 9 (0,5 + 15/L) = 0,9. (0,5 + 15 /35,6) = 0,83 Ton/m2

BGT mempunyai intensitas 49 KN/m = 4,9 Ton/m

3)  Beban Pejalan Kaki

Jembatan jalan raya direncakan mampu memikul beban hidup merta pada trotoar yang besarnya direncakan untuk beban nominal 5 Kpa= 0,5 Ton/m².

Panjang bentang, L = 35,6 m

Lebar Trotoar, b  = 1,075 m

Jumlah Trotoar, n = 2

Luas bidang Trotoar yang didukung Pier 2,

A = b . L . n = 1,075 . 35,6 . 2 = 76,54 m²  

4)  Gaya Rem

Pengaruh ini diperhitungkan senilai dengan pengaruh gaya rem sebesar 5% dari beban “D” tanpa koefisien kejut yang memenuhi semua jalur lalu lintas yang ada dan dalam satu jurusan.

Besarnya gaya rem arah memanjang jembatan sebesar 5% beban lajur D,

Prem = 5%.WTD = 5% .274,67 = 13,73 Ton

Lengan terhadap dasar pier = 29,21 m

Momen pada pondasi akibat gaya rem

Gaya Gesek Pada Tumpuan

Koefisien gaya gesek untuk perletakan dari baja dan karet = 0,15         

GG = WMS . 0,15 = 1080,87 . 0,15 = 162,13 Ton                     

Eksentrisitas gaya gesek terhadap titik A,

e = 29,21 m

Momen pada pondasi akibat gaya gesek

MGG = GG . e = 162,13. 29,21 = 4735,83 Tonm

Faktor beban ultimit (Ku) = 1,3

MUGG = MGG . Ku = 4735,83 . 1,3   = 6156,58 Tonm

HUGG = GG . Ku = 162,13 . 1,3   = 210,77 Tonm

5)  Beban Angin

Pengaruh beban angin sebebsar 150 kg/m2 pada jembatan ditinjau berdasarkan bekerjanya beban angina horizontal terbagi rata pada bidang vertical jembatan, dalam arah tegak lurus sumbu memanjang jembatan.

Gaya akibat angin dihitung dengan rumus sebagai berikut:

T_EW = 0.0006 * C_W * (V_W)² * Ab (Kn)

C_W = koefisien seret

V_W = Kecepatan angin rencana (m/det)

A_b = luas bidang samping jembatan (m²)

C_W = 1,25

V_W =  35 m/det

Panjang bentang, L = 35,6 m

Tinggi bid. samping atas, ha = 2,27 m

Tinggi bidang samping kendaraan, hk = 2,00 m

A_b1 = L * (ha + hk) = 152,01 m²

Beban angin pada struktur atas:                

T_EW1 = 0.0006 * C_W * (V_W)² * Ab1 

T_EW1 = 0.0006 * 1,25 * (35²) * 152,01 = 14,24 Ton

Lengan terhadap Fondasi:                

Y_EW1 = ht + Lc + a + ha/2 

Y_EW1 = 8 * 20,2 * 2,27/2 = 29,34 m

Momen pd Fondasi akibat angin atas:

M_EW1 = T_EW1 * Y_EW1 

M_EW1 = 14,24 * 29,34 = 417,63 Tonm

Lengan terhadap dasar kolom Pier:       

Y'_EW1 = Lc + a + ha/2 

Y'_EW1 = 20,2 + 2,27/2 = 21,34 m

Momen pada kolom Pier akibat angin atas:

M'_EW1 = T_EW1 * Y'_EW1      

M'_EW1 = 14,24 * 21,34 = 303,74 Ton/m

Tinggi bidang samping struktur bawah,          

Lc + a = 20,2    m

Ab2 = D * (Lc + a) 

Ab2 = 2,8*(20,2) = 56,56 m2

Beban angin pada struktur bawah:              

T_EW2 = 0.0006*Cw*(Vw)² *Ab2 

T_EW2 = 0,0006*1,25*(35²) *56,56 = 5,30 Ton

Lengan terhadap Fondasi:               

Y_EW2 = ht + (Lc + a)/2 

Y_EW2 = 8*(20,2)/2 = 18,10 m

Momen pd Fondasi akibat angin bawah:   

M_EW2 = T_EW2 * Y_EW2 

M_EW2 = 5,30*18,10 = 95,88 Tonm

Lengan terhadap dasar kolom Pier:       

Y'_EW2 = (Lc + a)/2 

Y'_EW2 = (20,2)/2 = 9,05 m

Momen pd kolom Pier akibat angin bawah:      

M'_EW2 = TE_W2 * Y'E_W2 

M'_EW2 = 5,30*9,05 = 53,50 Tonm

Total gaya akibat beban angin:     

T_EW = T_EW1 + T_EW2 

T_EW = 14,24 + 5,30 = 19,53 Ton

Total momen pada Fondasi akibat beban angin:       

M_EW = M_EW1 + M_EW2 

M_EW = 417,63 + 95,88 = 513.51 Tonm

Total momen pada kolom Pier akibat beban angin:                

M_EW = M'_EW1 + M'_EW2 

M_EW = 303,74 + 53,50 = 351.68 Tonm

Beban garis merata tambahan arah horizontal pada permukaan lantai jembata akibat beban angin yang meniup kendaraan di atas lantai jembatan dihitung dengan rumus:        

T_EW = 0.0012 * C_W * (V_W)² Ton/m dengan, C_W = 1,2    

T_EW = 0.0012 *1,2 * (35)² = 1.764 Ton/m  

Bidang vertikal yang ditiup angin merupakan bidang samping kendaraan dengan tinggi 2.00 m di atas lantai jembatan, h = 2,00 m    

Jarak antara roda kendaraan, x = 1,75 m 

Gaya pada abutment akibat transfer beban angin ke lantai jembatan,

P_EW = [ ½ * h / x * T_EW] * L 

P_EW = [ ½ * 2,00/1,75 * 1,764] * 35,6 = 3,66 Ton

6)  Gaya Gempa

Gaya gempa pada jembatan dihitung senilai dengan pengaruh suatu gaya horizontalpada konstruksi yang ditinjau dan perlu ditinjau juga gaya gaya lain yang berpengaruh seperti gaya gesek pada perletakan.

Perhitungan Gaya Dalam

Setelah perhitungan pembebanan, maka dilakukan analisa pembebanan terhadap model struktur pilar yang telah dibentuk, untuk mendapatkan reaksi perletakan dan gaya - gaya dalam yang berupa momen, gaya geser, dan gaya aksial dengan bantuan SAP2000.

Baca: Perencanaan Teknis Perhitungan PCI Girder Jembatan

Adapun beberapa kombinasi pembebanan menurut peraturan SNI T-02-2005 standar pembebanan untuk jembatan, yaitu:

1)  1,3DL+1,8 SDL+1,8 LL LAJUR+1,8 LL PEJALAN KAKI+1,8 LL Gaya Rem+1,8 LL GESEK

2)  1,3DL+1,8 SDL+1,8 LL LAJUR+1,8 LL PEJALAN KAKI+1,8 LL Gaya Rem+1,8 LL GESEK+1,2 BEBAN ANGIN

3)  1,3DL+1,8 SDL+1 GEMPA

Penulangan Pilar

1)  Penulangan Pier Head/Kepala Pilar

Untuk penulangan pier head data yang diperlukan yaitu:

F’c    = 30 Mpa

fy    = 390 Mpa

h     = 3,22 m = 3220 mm

b     = 3,60 m = 3600 mm

d     = 3,20 m = 3200 mm

dx    = 9,60 m = 9600 mm

2)  Penulangan Badan Pilar

Luas tulangan pokok kolom yang diperlukan didapat setelah gaya – gaya dalam maksimum yang berupa momen dan gaya aksial didapat dengan bantuan program SAP2000 versi 14.

Pada postingan ini hanya sebagian yang saya tulis karena untuk memaparkan langkah dan rumusnya, begitu juga dengan keterangan gambarnya teramat panjang, total-nya 33 halaman, untuk dari itu saya akan memaparkan langkah–langkah dari desain awal pilar sampai dengan penulangan pilar dan bagi siapa saja yang membutuhkan bisa email saya/hubungi pada contact yang tertera. Demikian ulasan untuk perencanaan teknis perhitungan pilar semoga bermanfaat, untuk perencanaan teknis perhitungan lainya pada postingan berikutnya.