TUGAS PAPER

PERANCANGAN STRUKTUR

JEMBATAN GANTUNG ANTAR PULAU DENGAN BAJA HIGH-STRENGTH LOW ALLOY STEEL (HSLA)

Disusun Oleh:

Dwi Ani S : 0806329110

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK 2011

1

Jembatan Gantung Antar Pulau Dengan Rangka Baja High-Strength Low alloy

Steel (HSLA)

1. Pendahuluan

Indonesia merupakan salah satu negara tropis yang terdiri dari pulau-pulau besar

dan kecil yang berjumlah sekitar 17.000 pulau. Dengan memperhatikan kondisi alam

Indonesia yang berupa pulau-pulau dengan bukit-bukit, pegunungan dan sungai-sungai

besarnya serta kondisi tanah lunak (rawa-rawa & gambut) yang tersebar diseluruh

kepulauan Indonesia, sehingga untuk memantapakan sistem jaringan jalan masih banyak

diperlukan pembangunan & rehabilitasi jembatan sesuai dengan perkembangan

teknologi.

Pembangunan jembatan di Indonesia pada dekade 70 dan 80an lebih didominasi

dengan teknologi bangunan atas standar seperti tipe rangka baja, gelagar komposit dan

balok beton pratekan segmental. Spesikasi pembebanan jembatan yang digunakan pun

masih menerapkan perbedaan kelas beban.

Kebijaksanan dibidang jembatan tersebut pada saat itu merupakan pilihan yang

tepat mengingat kebutuhan akan pembangunan jembatan yang komprehensip sangat

mendesak agar dapat menghubungkan bagian-bagian daerah di Indonesia yang belum

terjangkau dengan prasarana jalan. Kebijaksanaan ini juga didukung dengan kenyataan

bahwa dari 88 ribu jembatan yang ada di Indonesia hampir sebagian besar melintasi

sungai kecil. Untuk ruas jalan nasional dan provinsi saja memiliki sekitar 32 ribu

jembatan dengan panjang total sekitar 54 ribu meter. Jumlah jembatan yang melintasi

sungai-sungai dengan lebar lebih dari 100 meter kurang dari 2%. Ini menunjukkan bahwa

kebijaksanaan penggunaan bangunan atas dengan tipe dan panjang standar harus lebih

diprioritaskan untuk mempercepat program penanganan jaringan jalan secara nasional.

Namun demikian, perkembangan teknologi pembangunan jembatan di Indonesia

bukan berarti tidak mengalami peningkatan. Dari tahun ke tahun teknologi jembatan di

2

Indonesia sebenarnya mengalami peningkatan yang cukup pesat sejalan dengan

kebutuhan prasarana transportasi darat dan air yang kian berkembang.

Hal ini dapat dilihat dengan adanya peningkatan kelas beban rencana jembatan

mulai pada dekade 80an ini kelas beban rencana jembatan hanya dikenal satu kelas yaitu

BM 100% untuk jembatan permanen dan BM 70% untuk jembatan semi-permanen.

Mendekati akhir dekade 90an, mulai diterapkan BM 125% pada ruas-ruas jalan tertentu.

Kebutuhan jalur navigasi yang melalui kolong jembatan pada beberapa sungai

besar menuntut adanya opening span yang cukup besar, telah juga mendorong akan

pemahaman teknologi perencanaan bangunan atas alternatif dan pemahaman akan tingkat

resiko tertabraknya struktur jembatan oleh kapal yang lewat kolong jembatan yang lebih

baik sangat diperlukan.

2. Kharakteristik High-Strength Low alloy Steel (HSLA)

Merupakan baja jenis terbaru diantara lima keluarga baja. Biaya produksi lebih

rendah karena hanya sedikit mengandung paduan yang mahal. HSLA lebih ringan

daripada baja biasa. Sifat dari HSLA adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti

bocor, tahan terhadap abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu

mesin yang baik dan sifat mampu las yang tinggi (weldability). Untuk mendapatkan sifat-

sifat di atas maka baja ini diproses secara khusus dengan menambahkan unsur-unsur

seperti: tembaga (Cu), nikel (Ni), Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Vanadium (Va)

dan Columbium.

High-strength Low alloy steels (HSLA) mempunyai kekuatan tarik750 < σy <

1500 Mpa. High-kekuatan rendah paduan (HSLA) baja, atau baja microalloyed,

dirancang untuk memberikan yang lebih baik sifat mekanik dan / atau resistensi yang

lebih besar untuk korosi atmosfer daripada karbon konvensional baja dalam arti normal

karena mereka dirancang untuk memenuhi sifat mekanik yang spesifik

bukan komposisi kimia. Pada baja HSLA memiliki kandungan karbon rendah (0,05-

0,25% C) untuk menghasilkan sifat mampu bentuk yang memadai dan mampu las, dan

mereka memiliki isi mangan sampai 2,0%. Kecil jumlah kromium, nikel, molibdenum,

3

tembaga, nitrogen, vanadium, niobium, titanium dan zirkonium digunakan dalam

berbagai kombinasi.

Klasifikasi HSLA:

Pelapukan baja

Ditujukan untuk memperlihatkan ketahanan terhadap korosi keunggulan

atmosfer.

Control-rolled steels

Canai panas berdasarkan jadwal yang telah ditentukan sebelumnya bergulir,

yang dirancang untuk mengembangkan struktur austenit yang sangat

dilakukan bahwa akan mengubah untuk struktur ferit yang sangat halus

berbentuk equiaxed pendingin.

Pearlite-reduced steels

Diperkuat dengan sangat ferit-butiran halus dan pengerasan presipitasi, namun

dengan kandungan karbon rendah dan karena itu sedikit atau tidak ada perlit

dalam mikro.

Baja Microalloyed

Penambahan sangat kecil elemen seperti niobium, vanadium, dan / atau

titanium untuk perbaikan ukuran butir dan / atau pengerasan presipitasi

Baja Acicular ferit

Baja karbon sangat rendah dengan hardenability cukup untuk mengubah

pendingin untuk struktur ferit acicular sangat halus kekuatan tinggi daripada

struktur ferit biasa poligonal

Baja dual fase

mikro-struktur ferit mengandung martensit tinggi karbon di daerah merata

kecil, menghasilkan produk dengan kekuatan luluh yang rendah dan tingkat

tinggi pengerasan kerja, sehingga memberikan baja kekuatan tinggi sifat

mampu membentuk keunggulan.

4

3. Kemungkinan Pemakaian High-Strength Low alloy Steel (HSLA) untuk

Pembangunan Jembatan Gantung Antar Pulau

Pembangunan jembatan antar pulau,minimal selat, sangat mungkin dibangun

dengan rangka baja High-Strength Low alloy Steel (HSLA) yang kharakteristik sifatnya

adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap abrasi, mudah

dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan sifat mampu las

yang tinggi (weldability) serta lebih ringan disbanding baja biasa. Di masa depan,

Indonesia akan memiliki ikon jembatan semegah jembatan Golden Gate di Amerika yang

pembuatannya memakai rangka baja.

Apakah mungkin menggunakan bahan baja High-Strength Low alloy Steel

(HSLA) untuk jembatan antar pulau?. Hal yang harus diperhatikan minimal agar baja

High-Strength Low alloy Steel (HSLA) mungkin bisa digunakan untuk rangka jembatan

antar pulau yaitu:

a. Ketahanan Terhadap Gempa

Indonesia terletak di antara dua lempeng benua yaitu lempeng Asia dan lempeng

Australia yang mengakibatkan Negara ini mempunyai tingkat resiko bahaya gempa bumi

yang besar. Dalam rencana penyatuan antar pulau yang saling berdekatan dan

mempunyai hubungan ekonomi,misalnya seperti Pulau Jawa dengan Pulau Sumatra dan

Pulau Bali, diperlukan adanya infrastruktur jembatan yang memadai yang mempunyai

ketahanan terhadap gempa.

Seperti diketahui besarnya gaya gempa pada suatu struktur dipengaruhi oleh dua

hal yaitu massa dan kekakuan struktur. Semakin kecil massa bangunan dan semakin

lentur suatu struktur maka gaya gempa yang diterima struktur tersebut akan semakin

kecil. Oleh karena itu, untuk mendapatkan kekakuan dan massa yang relatif kecil maka

digunakan sistem jembatan gantung dari baja. Jembatan gantung diusahakan mempunyai

bentang yang panjang, semakin panjang maka kekakuan struktur semakin kecil. Hal ini

telah terbukti di Amerika yaitu sewaktu di California terlanda gempa Northridge sekitar

tahun 1994 waktu itu banyak jembatan bentang pendek dari beton prategang ambrol

sedangkan jembatan Golden Gate di San Fransisco tidak terpengaruh sama sekali.

5

b. Ketahanan Terhadap Reaksi Kimia

Biasanya yang paling terjadi pada jembatan baja adalah bahaya korosi. Korosi

atau secara awam lebih dikenal dengan istilah pengkaratan merupakan fenomena kimia

pada bahan-bahan logam di berbagai macam kondisi lingkungan. Penyelidikan tentang

sistim elektrokimia telah banyak membantu menjelaskan mengenai korosi ini, yaitu

reaksi kimia antara logam dengan zat-zat yang ada di sekitarnya atau dengan partikel-

partikel lain yang ada di dalam matrik logam itu sendiri. Jadi dilihat dari sudut pandang

kimia, korosi pada dasarnya merupakan reaksi logam menjadi ion pada permukaan logam

yang kontak langsung dengan lingkungan berair dan oksigen.

Faktor yang berpengaruh terhadap korosi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu

yang berasal dari bahan itu sendiri dan dari lingkungan. Faktor dari bahan meliputi

kemurnian bahan, struktur bahan, bentuk kristal, unsur-unsur kelumit yang ada dalam

bahan, teknik pencampuran bahan dan sebagainya.

Faktor dari lingkungan meliputi tingkat pencemaran udara, suhu, kelembaban,

keberadaan zat-zat kimia yang bersifat korosif dan sebagainya. Bahan-bahan korosif

(yang dapat menyebabkan korosi) terdiri atas asam, basa serta garam, baik dalam bentuk

senyawa an-organik maupun organik. Sepeti yang diterangkan diatas terhadap sifat baja

High-Strength Low alloy Steel (HSLA) bahwa memiliki keistimewaan tahan terhadap

korosi, ini berarti baja tipe ini kemampuan dalam mencegah reaksi korosi dalam waktu

lama.

c. Ketahanan Terhadap Angin

Untuk jembatan, beban angin juga menjadi lebih kecil dalam jembatan yang

memakai material baja. Ini dikarenakan material struktur dengan memakai baja lebih

kecil daripada jembatan dari beton. Perlu diingat bahwa efek angin adalah kebalikannya

dari gempa. Jadi semakin lentur dan massanya kecil maka pengaruh angin semakin besar.

Wind Tunnel Test diperlukan untuk jembatan yang memiliki bentang panjang dengan

kekakuan yang sangat fleksibel.

6

Kecepatan angin dasar atau basic wind speed di setiap lokasi berbeda- beda. Misal

basic wind speed lokasi untuk periode ulang 100 tahun adalah 27 m/s. Ini merupakan

nilai maksimum tahunan ditentukan untuk rata-rata kecepatan angin selama 10 menit.

Dengan memperhitungkan ketinggian dek jembatan sebesar 43 m dari muka laut,

kecepatan angin dasar pada elevasi dek jembatan adalah 37.2.5 m/s. Kecepatan angin

flutter rencana untuk jembatan adalah 63.6 m/s.

Dari hasil pengujian di laboratorium terowongan angin, diketahui bahwa

fenomena ketidakstabilan flutter untuk dek Jembatan baja bentang panjang pada saat

jembatan beroperasi baru akan terjadi pada kecepatan angin 84.1 m/s, jauh di atas

kecepatan angin flutter rencana sebesar 63.6 m/s. Sedangkan pada tahapan konstruksi

paling kritis, flutter akan terjadi pada kecepatan angin 72.5 m/s.

Terkait dengan fenomena vortex excitation, dari pengujian pada aliran udara

smooth diketahui bahwa vortex-excitation akan terjadi pada kecepatan angin 37.8 m/s

dengan simpangan yang masih di bawah yang diizinkan. Selain pengujian section model

dan full model, dilakukan juga simulasi dengan program computer CFD (Computational

Fluid Dynamic) untuk kemudian hasilnya dibandingkan dengan hasil uji model di

terowongan angin.

d. Efisiensi Dalam Pembangunan

Pembangunan jembatan sudah mengambil banyak bentuk struktural dari tahun ke

tahun. Jembatan yang dapat dilalui bisa digolongkan berdasarkan fungsinya seperti jalan

raya, jalan kereta api, pejalan kaki, dan semacamnya. Secara struktur dapat dibagi ke

dalam kategori bahan dari baja atau beton. Walaupun baja sudah umum digunakan dalam

konstruksi jembatan, tapi kemajuan terakhir di teknologi material, besi baja telah

memberikan dampak yang besar terhadap perkembangan perencanaan jembatan.

7

Selain kapasitas baja untuk menahan beban berat selama masa layan, perencanaan

juga harus memasukkan faktor arsitektur. berdasarkan pertimbangan itu, jembatan baja

menawarkan beberapa keuntungan daripada beton.

• Besi baja mempunyai kuat tarik dan kuat tekan yang tinggi, sehingga dengan

material yang sedikit bisa memenuhi kebutuhan struktur.

• Keuntungan lain bisa menghemat tenaga kerja karena besi baja diproduksi di

pabrik, sehingga di lapangan hanya tinggal pemasangannya saja.

• Setelah selesai masa layan, besi baja bisa dibongkar dengan mudah dan

dipindahkan ke tempat lain, setelah masa layan, jembatan baja bisa dengan mudah

diperbaiki dari karat yang menyebabkan penurunan kekuatan strukturnya.

• Pemasangan jembatan baja di lapangan lebih cepat dibandingkan dengan

jembatan beton dan memerlukan ruang yang relatif kecil di lokasi konstruksi. Ini

adalah salah satu keuntungan dari jembatan baja ketika lokasi itu berhubungan

dengan lokasi proyek padat dan sempit.

• Rendahnya biaya pemasangan, jadwal konstruksi yang lebih cepat, dan

keselamatan kerja sewaktu pemasangan lebih terjamin.

Penelitian di dalam kualitas baja yang digunakan di dalam pembangunan

jembatan, bersamaan dengan metoda-metoda konstruksi lainnya , sudah membuat

produksi dan pemasangan jembatan baja bentang yang panjang. Dan komponen struktur

baja dapat dibuat sepanjangnya- panjangnya dan pemasangan dapat dibagi menjadi

beberapa blok-blok, Sedangkan pengiriman komponen dan pemasangan di lapangan

dapat bekerja dengan cepat dan mudah. Jembatan baja dapat dikhususkan untuk

dibengkokkan atau disesuaikan dengan kondisi- kondisi di lapangan dengan sempurna.

Di mana lokasi berisi sebagian besar dari lumpur dan bumi lemah, konstruksi dari suatu

jembatan baja dapat dilakukan dengan mudah dan aman karena berat baja hanya 25 - 35

% dari bobot mati struktur beton yang setara.

e. Masa Manfaat Jembatan

Berkaitan dengan masa manfaat, untuk jembatan baja memiliki masa manfaat

lebih lama dibanding dengan jembatan beton, mampu bertahan 2 sampai 3 kali masa

8

manfaat jembatan beton, apalagi struktur jembatan baja dengan menggunakan High-

Strength Low alloy Steel (HSLA) yang kharakteristik sifatnya adalah memiliki tensile

strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap

korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan sifat mampu las yang tinggi (weldability)

serta lebih ringan dibanding baja biasa.