Jembatan Rangka Batang(Truss)

Jembatan Rangka Batang terdiri dari dua rangka bidang utama yang diikat bersama dengan balok-balok melintang dan pengaku lateral. Rangka batang pada umumnya dipakai sebagai struktur pengaku untuk jembatan gantung konvensional, karena memiliki kemampuan untuk dilalui angin (aerodinamis) yang baik. Beratnya yang relatif ringan merupakan keuntungan dalam pembangunannya, dimana jembatan bisa dirakit bagian demi bagian.

Jembatan rangka batang jarang terlihat memiliki estetika yang baik, namun untuk jembatan rangka yang panjang dan besar faktor itu tidak begitu kentara karena pengaruh visual dalam skala besar. Contoh terkenal dari jembatan rangka batang baja yang artistik adalah jembatan Sydney Harbour di Australia dan jembatan New River George di West Virginia (USA), dimana keduanya merupakan jembatan rangka batang yang berbentuk pelengkung.

Jembatan Rangka Batang Pelengkung

Sydney Harbour, Australia

Jembatan Rangka Batang Pelengkung

New River George, West Virginia

Jembatan rangka batang ada beberapa tipe. Disain, lokasi, dan bahan-bahan peyusunnya menentukan tipe rangka batang apa yang akan dipakai. Pada awal masa revolusi industri, jembatan balok dengan tambahan rangka batang berkembang sangat cepat di Amerika. Salah satu rangka batang yang terkenal adalah rangka batang Howe, yang dipatenkan oleh William pada tahun 1840. Inovasinya merupakan perkembangan dari rangka batang Kingpost, bedanya ditambahkan batang vertikal diantara batang diagonalnya.

Tipe-tipe Rangka Batang

Kelebihan Jembatan Rangka Batang

• Gaya batang utama merupakan gaya aksial
  
• Dengan sistem badan terbuka (open web) pada rangka batang dimungkinkan menggunakan tinggi maksimal dibandingkan dengan jembatan balok tanpa rongga.
  

Kedua faktor diatas menyebabkan pengurangan berat sendiri struktur.

Disamping itu, ukuran yang tinggi juga mengurangi lendutan sehingga struktur lebih kaku. Keuntungan ini diperoleh sebagai ganti dari biaya pabrikasi dan pemeliharaan yang lebih tinggi. Jembatan rangka batang yang konvensional paling ekonomis untuk bentang sedang.

Kelemahan Jembatan Rangka batang

• Efisiensi rangka batang tergantung dari panjang bentangnya, artinya jika jembatan rangka batang dibuat semakin panjang, maka ukuran dari rangka batang itu sendiri juga harus diperbesar atau dibuat lebih tinggi dengan sudut yang lebih besar untuk menjaga kekakuannya, sampai rangka batang itu mencapai titik dimana berat sendiri jembatan terlalu besar sehingga rangka batang tidak mampu lagi mendukung beban tersebut.
  

Jembatan Pelengkung

Jembatan pelengkung adalah struktur setengah lingkaran dengan abutmen di kedua sisinya. Desain pelengkung (setengah lingkaran) secara alami akan mengalihkan beban yang diterima lantai kendaraan jembatan menuju ke abutmen yang menjaga kedua sisi jembatan agar tidak bergerak kesamping.

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.

Walaupun pelengkung tidak mengalami gaya tarik yang membuat pelengkung lebih efisien dari jembatan balok, namun kekuatan struktur jembatan pelengkung juga masih dibatasi. Misal, untuk jembatan yang struktur utamanya diatas lantai kendaraan, semakin besar sudut kelengkungannya (semakin tinggi lengkungannya) maka pengaruh gaya tekan akan semakin kecil, namun itu berarti bentangnya menjadi lebih kecil, jika diinginkan membuat jembatan pelengkung dengan bentang panjang, maka sudut pelengkung harus diperkecil sehingga gaya tekanpun menjadi lebih besar dan diperlukan abutmen yang lebih besar untuk menahan gaya horizontal tersebut. Jadi sama seperti jembatan balok bentang dari jembatan pelengkung juga dibatasi hingga 50 sampai 150 m.

Bentuk melengkung dari struktur memungkinkan berat sendiri struktur disalurkan ke pondasi sebagai gaya normal tekan tanpa lenturan. Hal ini sangat penting untuk material pasangan batu dan beton yang memiliki kuat tekan relatif sangat tinggi dibandingkan kuat tariknya., bahan tersebut juga memiliki kekakuan yang sangat besar sehingga faktor tekukan akibat gaya aksial tekan tidak menjadi masalah utama.

Karena bentuk struktur utamanya yang melengkung maka diperlukan lantai kerja untuk lalu lintas yang bisa diletakkan diatas, dibawah, atau diantara struktur utamanya.

Untuk struktur pelengkung yang dikakukan oleh lantai kerjanya (Deck Stiffened-arch) atau jembatan pelengkung yang struktur utamanya diatas lantai kerja, seperti pada jembatan Sydney Harbour, Australia, lantai kerja tersebut harus lebih tebal dari pelengkungnya karena lantai kerja harus dapat mengatasi dari kemungkinan melentur/menekuk dan pelengkung tetap menerima gaya tekan. Pada beberapa jembatan, lantai kerja bisa lebih tipis dari balok sedehana biasa karena berat sendirinya sudah ditopang oleh pelengkung dan pelengkung bisa juga lebih tipis dari pelengkung biasa karena sudah dikakukan oleh balok diatasnya. Karena alasan inilah jembatan pelengkung bisa membentang lebih panjang dari jembatan balok.

Efesiensi pemakaian struktur pelengkung akan lebih tinggi lagi jika lokasinya tepat seperti lembah ataupun sungai yang dalam dimana pondasi melengkung terletak pada tanah keras. Masuk akal apabila jembatan pelengkung adalah salah satu jembatan paling sederhana karena jika kita membangun jembatan pelengkung di atas tanah keras kita hanya memerlukan pelengkung tanpa memerlukan bagian yang lain. Tanah keras tersebut bisa berperan sebagai abutmen dan kita bisa menempatkan tanah atau batu disampingnya dengan sudut yang tepat seperti terlihat pada gambar.

Pada tanah yang kurang keras kita perlu menyediakan abutmen yang lebih besar untuk menahan gaya horizontal seperti yang terlihat pada gambar.

Kegunaan dari abutmen ini adalah untuk membuat tegangan yang terjadi akibat dorongan pelengkung menurun sampai pada titik yang bisa dipikul oleh tanah karena tanah mampu menerima tekan dan tanah tidak akan bergerak lagi (selama tegangan tanah lebih besar dari tegangan yang terjadi), biasanya juga ada gaya geser yang bekerja di daerah dekat abutmen.

Jembatan pelengkung pada awalnya terbuat dari batu, bata, besi cor, besi tempa dan baja. Saat ini jembatan pelengkung seperti beton pratekan dan baja membuat jembatan pelengkung bisa dibuat lebih panjang dan lebih elegan

Kelebihan Jembatan Pelengkung

• Keseluruhan bagian pelengkung menerima tekan, dan gaya tekan ini ditransfer ke abutmen dan ditahan oleh tegangan tanah dibawah pelengkung. Tanpa gaya tarik yang diterima oleh pelengkung memungkinkan jembatan pelengkung bisa dibuat lebih panjang dari jembatan balok dan bisa menggunakan material yang tidak mampu menerima tarik dengan baik seperti beton.
  
• Bentuk jembatan pelengkung adalah inovasi dari peradaban manusia yang memiliki nilai estetika tinggi namun memiliki struktur yang sangat kuat yang terbukti jembatan pelengkung Romawi kuno masih berdiri sampai sekarang.
  

Kekurangan Jembatan Pelengkung

• Konstruksi jembatan pelengkung lebih sulit daripada jembatan balok karena pembangunan jembatan ini memerlukan metode pelaksanaan yang cukup rumit karena struktur belum dikatakan selesai sebelum kedua bentang bertemu di tengah-tengah. Salah satu tekniknya dengan membuat "scaffolding" dibawah bentang untuk menopang struktur sampai bertemu dipuncak.
  

Konstruksi Jembatan Pelengkung konvensional dengan Scaffolding

 

Metode yang terbaru adalah dengan menopang batang dengan kabel yang diangkerkan di tanah di tiap sisi jembatan. Dalam situasi dimana terdapat muka air atau jalan raya dibawah struktur yang dibangun, metode ini membuat kontraktor bisa membangun tanpa menggangu lalu lintas.

Konstruksi Jembatan Pelengkung Modern dengan Metode Balanced Cantilever

Tahap-Tahap Konstruksi Jembatan Pelengkung

Contoh:

Salah satu jembatan pelengkung yang paling revolusioner adalah Natchez Trace Bridge di Franklin, Tennessee yang resmi dibuka pada tahun 1994. Ini adalah jembatan Amerika pertama yang dibangun dari segmen-segmen beton pra-tekan, material yang paling ekonomis. Biasanya jembatan pelengkung terdapat tiang vertikal antara pelengkung dan lantai kendaraan (disebut spandrel), namun pada jembatan ini didisain tanpa spandrel untuk menciptakan ruang yang lebih terbuka dan penampilan yang lebih estetik. Hasilnya seluruh beban hidup ditahan oleh puncak pelengkung yang menyatu dengan lantai kendaraan.

Jembatan Pelengkung Natchez Trace Bridge, Franklin, Tennessee

    

 

Jembatan Gantung

Salah satu tipe bentuk jembatan adalah jembatan gantung. Tipe ini sering digunakan untuk jembatan bentang panjang. Pertimbangan pemakaian tipe jembatan gantung adalah dapat dibuat untuk bentang panjang tanpa pilar ditengahnya. Jembatan gantung terdiri atas pelengkung penggantung dan batang penggantung (hanger) dari kabel baja, dan bagian yang lurus berfungsi mendukung lalulintas (dek jembatan)

Selain bentang utama, biasanya jembatan gantung mempunyai bentang luar (side span) yang berfungsi untuk mengikat atau mengangkerkan kabel utama pada balok angker. Walaupun pada kondisi tertentu terdapat keadaan dimana kabel utama dapat langsung diangkerkan pada ujung jembatan dan tidak memungkinkan adanya bentang luar, bahkan kadangkala tidak membutuhkan dibangunnya pilar.

Gaya-Gaya yang Bekerja pada Jembatan Gantung

Berkaitan dengan bentang luar (side plan) terdapat bentuk struktur jembatan gantung sebagai berikut:

1. Bentuk batang luar bebas (side span free)
   

Pada batang luar kabel utama tidak menahan/dihubungkan dengan lantai jembatan oleh hanger, jadi tidak terdapat hanger pada batang luar. Disebut juga dengan tipe straight backstays atau kabel utama pada bentang luar berbentuk lurus.

1. Bentuk bentang luar digantungi (side span suspended)
   

Pada bentuk kabel ini kabel utama pada bentang luar menahan struktur lantai jembatan dengan dihubungkan oleh hanger.

Komponen Jembatan Gantung

 

Steinman (1953), membedakan jembatan gantung menjadi 2 jenis yaitu:

Jembatan gantung tanpa pengaku

Jembatan gantung tanpa pengaku hanya digunakan untuk struktur yang sederhana (bukan untuk struktur yang rumit dan berfungsi untuk menahan beban yang terlalu berat), karena tidak adanya pendukung lantai jembatan yang kaku atau kurang memenuhi syarat utntuk diperhitungkan sebagai struktur kaku /balok menerus.

Jembatan tampa pengaku adalah tipe jembatan gantung dimana seluruh bebean sendiri dan lalulintas didukung penuh oleh kabel. Hal ini dikarenakan tidak terdapatnya elemen struktur kaku pada jembatan. Dalam hal ini bagian lurus yang berfungsi untuk mendukung lantai lalulintas berupa struktur sederhana, yaitu berupa balok kayu biasa atau bahkan mungkin terbuat dari bambu. Dalam perhitungan struktur secara keseluruhan, struktur pendukung lantai lalulintas ini kekakuannya (EI) dapat diabaikan, sehingga seluruh beban mati dan beban lalulintas akan didukung secara penuh oleh kabel baja melalui hanger

 

Jembatan gantung dengan pengaku

Jembatan gantung dengan pengaku adalah tipe jembatan gantung yang karena kebutuhan akan persyaratan keamanan dan kenyamanan, memiliki bagian struktur dengan kekakuan tertentu.

Jembatan dengan pengaku adalah tipe jembatan gantung dimana pada salah satu bagian strukturnya mempunyai bagian yang lurus yang berfungsi untuk mendukung lantai lalu lintas (dek). Dek pada jembatan gantung jenis ini biasanya berupa struktur rangka, yang mempunyai kekakuan (EI) tertentu. Dalam perhitungan struktur secara keseluruhan, beban dan lantai jembatan didukung secara bersama-sama oleh kabel dan gelagar pengaku berdasarkan prinsip kompatibilitas lendutan (kerjasama antara kabel dan dek dalam mendukung lendutan).

    Jembatan gantung dengan pengaku mempunyai dua dasar bentuk umum, yaitu:

1. Tipe rangka batang kaku (stiffening truss)
   

   Pada tipe ini jembatan mempunyai bagian yang kaku atau diperkaku yaitu pada bagian lurus pendukung lantai jembatan (dek) yang dengan hanger dihubungkan pada kabel utama.
   

2. Tipe rantai kaku (braced chain)
   

   Pada tipe ini bagian yang kaku atau diperkaku adalah bagian yang berfungsi sebagai kabel utama.
   

 

Sistem Kabel

Kabel merupakan bahan atau material utama dalam struktur jembatan gantung. Karakteristik kabel kaitannya dengan struktur jembatan gantung antara lain:

• Mempunyai penampang yang seragam/homogen pada seluruh bentang ,
  
• Tidak dapat menahan momen dan gaya desak,
  
• Gaya-gaya dalam yang bekerja selalu merupakan gaya tarik aksial,
  
• Bentuk kabel tergantung pada beban yang bekerja padanya,
  
• Bila kabel menderita beban terbagi merata, maka wujudnya akan merupakan lengkung parabola,
  
• Pada jembatan gantung kabel menderita beberapa beban titik sepanjang beban mendatar.
  

Schodek (1991) menyatakan bahwa kabel bersifat fleksibel cenderung berubah bentuk drastis apabila pembebanan berubah. Dalam hal pemakaiannya kabel berfungsi sebagai batang tarik.

 

Menara (Tower)

    Menara pada sistem jembatan gantung akan menjadi tumpuan kabel utama. Beban yang dipikul oleh kabel selanjutnya diteruskan ke menara yang kemudian disebarkan ke tanah melalui pondasi. Konstruksi menara dapat juga berupa konstruksi cellular, yang terbuat dari pelat baja lembaran, baja berongga, atau beton bertulang.

 

Kelebihan Jembatan Gantung

1. Seluruh struktur jembatan dapat dibangun tanpa perancah dari tanah.
   
2. Struktur utamanya nampak gagah dan mengekspresikan fungsinya dengan baik.
   
3. Merupakan pilihan yang ekonomis untuk jembatan dengan panjang bentang lebih dari 600 meter.
   

 

Kelemahan Jembatan Gantung :

1. Apabila lantai kerja tidak cukup kaku, maka jembatan penggantung akan bergoyang dan menjadi tidak stabil jika terkena angin dan getaran akibat resonansi, seperti pada jembatan Tacoma Narrows, Seattle, Amerika dan jembatan Millenium, River Thames, London.
   

 

Saat ini jembatan gantung yang terpanjang adalah Jembatan Akashi-Kaikyo, di Jepang, dengan panjang total mencapai 4 km, dan panjang bentang 1990 meter.

 

Jembatan Gantung Akashi-Kaikyo