## PENGARUH CROSS-BRACE PADA BAGIAN UJUNG STRUKTUR RANGKA BATANG (TRUSS) GERBANG TOL SEMARANG-BATANG TERHADAP PERIODE NATURAL, LENDUTAN, DAN BERAT SENDIRI STRUKTUR
Kusdiman Joko Priyanto
Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Tunas Pembangunan, Surakarta kusdiman.joko@lecture.utp.ac.id
Erik Wahyu Pradana
Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta erikwpradana@staff.uns.ac.id

## Abstrak
Berdasarkan data Badan Pengatur Jalan Tol (BPJT), hingga tahun 2020 terdapat terdapat 472  gerbang  tol  dalam  57  ruas  jalan  tol  (dengan  panjang  total  1961.91  km)  yang  telah terbangun  dan  beroperasi  di  Indonesia.  Secara  umum  sistem  struktur  yang  digunakan pada  gerbang  tol  berupa  portal  baja  dengan  rangka  atap  menggunakan  sistem  rangka batang  ( truss ).  Standar  desain  menetapkan  bahwa  struktur  gerbang  tol  harus  memenuhi kondisi batas kekuatan ( strength ) dan layan ( serviceability ). Pada kondisi batas kekuatan ( strength ),  struktur  harus  didesain  mampu  mendukung  kombinasi  beban  rencana. Sedangkan  pada  kondisi  batas  layan  ( serviceability ),  struktur  harus  didesain  agar lendutannya  lebih  kecil  dibanding  lendutan  izin.  Dalam  penelitian  ini  akan  dikaji pengaruh  penggunaan cross-brace pada  bagian  ujung  struktur  rangka  batang  terhadap lendutan  struktur,  periode  natural  struktur,  dan  berat  sendiri  struktur.  Penelitian  ini dilakukan  dengan  mengambil  studi  kasus  pada  struktur  gerbang  tol  pada  ruas  jalan  tol Semarang-Batang  dengan  panjang  bentang  31  m.  Berdasarkan  model  numerik  yang dikembangkan,  disimpulkan  bahwa  penggunaan cross-brace dapat  menurunkan  periode natural  dan  lendutan  di  tengah  bentang  struktur  berturut-turut  sebesar  0,002  s/d  0,091 detik  dan  0,9  s/d  1,5  mm.  Namun  demikian,  penggunaan  penggunaan cross-brace meningkatkan berat sendiri struktur sebesar 0,247 s/d 3,755 ton. Lebih lanjut, profil HB 100.100.6.8  merupakan  profil  baja  yang  paling  efektif  digunakan  sebagai cross-brace pada studi kasus  ini, dibuktikan dengan nilai  rasio  penurunan lendutan  dan peningkatan berat sendiri struktur yang paling besar di antara profil lainnya.
Kata kunci: rangka batang, cross-brace, lendutan

## Abstract
Based on the Badan Pengatur Jalan Tol (BPJT) data, until 2020 there are 472 toll gates in 57  toll  roads  (with  a  total  length  of  1961.91  km)  that  have  been  built  and  operated  in Indonesia. In general, the steel frame structural system used for the toll gates with a truss system used for the roof structure. Design standards mentioned that the toll gate structure should  comply  the  strength  and  service  limit  states.  In  the  strength  limit  states,  the structure must be design to  be  able to resist  the  design  load  combination . While in  the service limit  states, the structure must be designed so that the deflection is  smaller than allowable deflection. This  research will study the effect  of  cross-brace at  the end of the truss structure on the deflection, structural natural period, and self weight of the structure. This  research  was  conducted  by  taking  a  case  study  on  the  toll  gate  structure  on  the Semarang-Batang  toll  road  with  a  length  of  31  m.  Based  on  the  developed  numerical model, it was  concluded  that the use of a  cross-brace can reduce the natural  period  and deflection  in  the  middle  of  the  structure  span  by  0.002  to  0.091  seconds  and  0.9  to  1.5 mm, respectively. However, the use of cross-brace increases the structural self weight by 0.247 to 3.755 tons. Furthermore, HB 100.100.6.8 is the most effective steel profile to be
Jurnal Teknik Sipil Dan Arsitektur Vol. 26 No. 1 Januari 2021 ISSN: 2598-2257 (2301-668X Print)
used  as  a  cross-brace  in  this  case  study,  as  evidenced  by the  value of  the  reduction  in deflection and weight gain ratio of the structure is the largest among other profiles.
Keywords: truss, cross-brace, deflection

## I. PENDAHULUAN
Pembangunan infrastruktur jalan tol merupakan salah  satu  proyek  strategis  nasional.  Secara umum  menurut  Badan  Pengatur  Jalan  Tol (BPJT)  pembangunan  infrastruktur  jalan  tol bertujuan  untuk:  (1)  memperlancar  lalu  lintas pada  daerah  yang  telah  berkembang,  (2) meningkatkan  pelayanan  distribusi  barang  dan jasa guna menunjang pertumbuhan ekonomi, (3) meningkatkan  pemerataan  hasil  pembangunan dan  keadilan,  dan  (4)  meringankan  beban  dana pemerintah melalui partisipasi pengguna jalan.
Infrastruktur  jalan  tol  untuk  pertama  kalinya beroperasi di Indonesia pada tahun 1978 melalui jalan  tol  Jagorawi.  Jalan  tol  ini  memiliki panjang total  59 km  (termasuk jalan akses) dan menghubungkan  Jakarta,  Bogor,  dan  Ciawi. Pembangunan infrastruktur jalan tol di Indonesia  terus  berlanjut  hingga  pada  periode 1995-1997 pemerintah melakukan upaya percepatan pembangunan jalan tol. Pada rentang tahun  tersebut  direncanakan  akan  dibangun infrastruktur jalan tol sepanjang 762 km. Namun demikian  upaya  ini  harus  tertunda  akibat  krisis moneter.  Akibatnya,  ruas  jalan  tol  di  Indonesia hanya  bertambah  13,30  km  pada  rentang  tahun 1997-2001.  Pada  tahun  2005  pemerintah membentuk  Badan  Pengatur  Jalan  Tol  (BPJT) yang  berperan  sebagai  regulator  jalan  tol  di Indonesia  dan  menjadi  salah  satu  upaya pemerintah  dalam  mempercepat  pembangunan jalan  tol  yang  sempat  tertunda  akibat  krisis
moneter.  Hal  ini  terbukti  telah  membuahkan hasil  dimana  berdasarkan  data  Badan  Pengatur Jalan Tol (BPJT) hingga tahun 2020 terdapat 57 ruas jalan tol (dengan panjang total 1961.91 km) yang  telah  terbangun  dan  beroperasi  di Indonesia.  Menurut  data  GIS  BPJT  hingga tahun 2020 terdapat 472 gerbang tol dalam ruas jalan tol tersebut (lihat Gambar 1).
Gambar 1. Jumlah gerbang tol pada ruas jalan tol yang telah terbangun dan beroperasi di Indonesia
(sumber: GIS BPJT, 2020)
Secara  umum  sistem  struktur  yang  digunakan pada  gerbang  tol  berupa  portal  baja  dengan rangka atap menggunakan sistem rangka batang ( truss ).  Mengingat  pembangunan  infrastruktur jalan  tol  yang  masih  terus  berjalan  dan berkembang  maka  kebutuhan  gerbang  tol  juga akan  terus  meningkat.  Untuk  itu  struktur gerbang  tol  harus  didesain  dengan  baik  agar diperoleh  hasil  desain  yang  memenuhi  standar desain  yang  berlaku  serta  ekonomis.  Pada standar  desain,  ditetapkan  bahwa  struktur gerbang  tol  harus  memenuhi  kondisi  batas kekuatan  ( strength )  dan  layan  ( serviceability ). Pada  kondisi  batas  kekuatan  ( strength ),  setiap elemen  struktur  baja  harus  didesain  untuk mampu  mendukung  beban-beban  rencana.
Sedangkan pada kondisi batas layan ( serviceability ),  struktur  harus  didesain  agar lendutannya lebih kecil dibanding lendutan izin. Jika  kondisi  batas  layan  ( serviceability )  belum terpenuhi,  ada  beberapa  metode  yang  dapat dilakukan  untuk  mengurangi  lendutan  struktur seperti  memperbesar  dimensi  profil  baja  yang digunakan,  menambahkan  pengaku  ( bracing ) untuk meningkatkan kekakuan struktur, mengubah geometri struktur, dll.
Dalam  penelitian  ini  akan  dikaji  pengaruh penggunaan cross-brace pada  bagian  ujung struktur  rangka  batang  dalam  mengurangi lendutan  struktur.  Selain  itu  juga  akan  diteliti pengaruh  penggunaan cross-brace pada  bagian ujung  struktur  rangka  batang  terhadap  lendutan struktur,  periode  natural  struktur,  dan  berat sendiri struktur. Penelitian ini dilakukan dengan mengambil studi kasus pada struktur gerbang tol pada  ruas  jalan  tol  Semarang-Batang  berupa struktur  portal  baja  dan  rangka  batang  ( truss ) dengan  bentang  31  m.  Terdapat  8  variasi  profil baja  tipe  HB  yang  digunakan  sebagai cross- brace pada  penelitian  ini(lihat  Tabel  1). Selanjutnya  dikembangkan  dua  model  numerik yaitu struktur gerbang tol tanpa cross-brace dan dengan cross-brace untuk  mengetahui  periode natural  struktur,  lendutan  struktur  di  tengah bentang,  dan  berat  sendiri  struktur  pada  kedua model numerik tersebut.
Beberapa penelitian mengenai optimasi struktur rangka  batang  ( truss )  telah  dilakukan  oleh beberapa  peneliti  terdahulu.  Chouhan  et  al., (2017) melakukan penelitian mengenai optimasi
konfigurasi  struktur  rangka  batang  baja  sebagai efisiensi  struktur.  Penelitian  tersebut  dikerjakan dengan  menggunakan  bantuan  perangkat  lunak STAAD.Pro  dan  ETABS.  Cazacu  &  Grama, (2014) melakukan penelitian mengenai optimasi struktur  rangka  batang  menggunakan  algoritma genetik  dan  FEA  ( Finite  Element  Analysis ). Penelitian  tersebut  dilakukan  dengan  bantuan perangkat lunak MATLAB. Krajewski & Iwicki (2015)  melakukan  penelitian  mengenai  analisis pengarung kekakuan bracing terhadap stabilitas struktur  rangka  batang  ( truss ).  Penelitian  ini menggunakan struktur truss atap yang diskalakan  1/4.  Selanjutnya  kapasitas  beban maksimum  yang  mampu  ditahan  oleh  struktur rangka batang yang  diperoleh  dari  hasil  analisis struktur  secara  numerik  dibandingkan  dengan persyaratan  Eurocode  3.  Arifi  et  al.  (2016) melakukan penelitian mengenai pengaruh konfigurasi rangka dan optimasi profil terhadap kinerja  pada  struktur  jembatan  rangka  baja. Penelitian  ini  dilakukan  dengan  tujuan  untuk mengetahui  pengaruh  optimasi  profil  dan berbagai  konfigurasi  jembatan  rangka  baja terhadap  kinerja  jembatan.  Pada  penelitian  ini terdapat  empat  tipe  jembatan  tipikal  yaitu warren  truss , pratt  truss,  howe  truss, dan K- truss .  Disimpulkan  bahwa  konfigurasi  struktur truss 4 memberikan nilai lendutan terkecil, yaitu 2,556  mm,  sedangkan  tipe  Pratt  memberikan nilai lendutan terbesar, yaitu 3,632 mm.
II. SISTEM

## STRUKTUR RANGKA BATANG (TRUSS)
Sistem  struktur  yang  digunakan  pada  gerbang tol Semarang-Batang berupa struktur portal baja satu  lantai.  Sistem  struktur  tersebut  terdiri  dari kolom  yang  menggunakan  profil  baja  tipe  KC ( King  Cross )  dan  rangka  atap  berupa  rangka batang  ( truss )  yang  menggunakan  profil  baja tipe  HB  dan  UNP.  Sistem  struktur  gerbang  tol eksisting  dalam  perspektif  3D  dan  2D  berturut- turut disajikan pada Gambar 2 dan 3.
Gambar 2. Desain struktur gerbang tol eksisting dalam perspektif 3D
Gambar 3. Desain struktur gerbang tol eksisting dalam perspektif 2D
Material  baja  yang  digunakan  pada  sistem struktur gerbang tol Semarang-Batang memiliki tegangan  leleh,  f y =  240  MPa  dengan  tegangan ultimit,  f u =  370  MPa.  Beban  rencana  yang dipertimbangkan  dalam  desain  meliputi  berat sendiri  struktur,  beban  mati  tambahan,  beban hidup, beban angin, dan beban gempa.

## III. METODE PENELITIAN

## A. Pemodelan Struktur
Pada  penelitian  ini  dikembangkan  dua  model numerik  yaitu  struktur  gerbang  tol  tanpa cross- brace dan  dengan cross-brace. Model  struktur tersebut  dalam  perspektif  2D  berturut-turut disajikan pada Gambar 4 dan 5.
Gambar 4. Model struktur tanpa cross-brace
Gambar 5. Model struktur dengan cross-brace

## B. Variasi Profil Baja Pada Cross-Brace
Pada  model  struktur  gerbang  tol  dengan cross- brace digunakan  8  variasi  profil  baja  tipe  HB (lihat  Tabel  1).  dikembangkan  dua  model numerik  yaitu  struktur  gerbang  tol  tanpa cross- brace dan dengan cross-brace untuk mengetahui periode  natural  struktur,  lendutan  struktur  di tengah  bentang,  dan  berat  sendiri  struktur  pada kedua model numerik tersebut.
Tabel 1. Variasi profil baja tipe HB yang digunakan
sebagai cross-brace Tipe Stuktur Jenis Profil Cross-Brace 1 Tanpa Cross-Brace 2 HB 100.100.6.8 3 HB 125.125.6,5.9 4 HB 150.150.7.10 5 HB 175.175.7,5.11 6 HB 200.200.8.12 7 HB 250.250.9.14 8 HB 300.300.10.15 9 HB 350.350.12.19 Cross-Brace Cross-Brace

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Periode Natural Struktur
Pengaruh  penggunaan cross-brace pada  ujung struktur  rangka  batang  ( truss )  terhadap  periode natural struktur disajikan pada Gambar 6. Pada Gambar  6  terlihat  bahwa  penggunaan cross- brace dapat  menurunkan  periode  natural struktur. Artinya, penggunaan cross-brace dapat meningkatkan kekakuan global struktur. Sebagai contoh, penggunaan cross-brace HB 100.100.6.8  dapat  menurunkan  periode  struktur 0,002 detik.
Gambar 6. Pengaruh cross-brace terhadap periode natural struktur
B. Lendutan di Tengah Bentang
Pengaruh  penggunaan cross-brace pada  ujung struktur rangka batang ( truss ) terhadap lendutan di  tengah  bentang  struktur  disajikan  pada Gambar 7.
Gambar 7. Pengaruh cross-brace terhadap lendutan di tengah bentang struktur
Pada  Gambar  7  terlihat  bahwa  penggunaan cross-brace dapat  menurunkan  lendutan  di tengah bentang struktur. Hal ini disebabkan oleh kekakuan  struktur  yang  meningkat  akibat penggunaan cross-brace sehingga dapat mengurangi lendutan struktur di tengah bentang. Sebagai  contoh,  penggunaan cross-brace HB 100.100.6.8  dapat  menurunkan  lendutan  di tengah bentang 0,9 mm.
Lendutan  izin  pada  struktur  rangka  batang ( truss ) dengan bentang 31 m  ditetapkan sebesar L/480  yaitu  27,083  mm.  Dengan  demikian, lendutan  di  tengah  bentang  struktur  rangka batang  ( truss )  dengan  atau  tanpa cross-brace , semuanya  bernilai  kurang  dari  lendutan  izin sehingga memenuhi kondisi batas layan.

## C. Berat Sendiri Struktur
Pengaruh  penggunaan cross-brace pada  ujung struktur  rangka  batang  ( truss )  terhadap  berat sendiri struktur disajikan pada Gambar 8.
Gambar 8. Pengaruh cross-brace terhadap berat sendiri struktur
Pada  Gambar  8  terlihat  bahwa  penggunaan cross-brace meningkatkan berat sendiri struktur. Hal  ini  dapat  dipahami  karena  penggunaan cross-brace melibatkan  penambahan  elemen
baru  pada  struktur  rangka  batang  ( truss ) sehingga  akan  meningkatkan  berat  sendiri struktur.  Sebagai  contoh,  penggunaan cross- brace HB 100.100.6.8 dapat meningkatkan berat sendiri struktur 0,247 ton.

## D. Rasio Lendutan-Berat Sendiri Struktur
Untuk mengetahui profil baja yang paling efektif digunakan  sebagai cross-brace maka  digunakan parameter  rasio  penurunan  lendutan  di  tengah bentang  struktur  dan  peningkatan  berat  sendiri struktur.  Semakin  besar  nilai  rasio  tersebut artinya  penggunaan  profil  baja  yang  dimaksud pada cross-brace dapat menurunkan lendutan di tengah  bentang  struktur  namun  peningkatan berat strukturnya bernilai kecil.
Pada  Gambar  9  terlihat  bahwa  penggunaan profil HB 100.100.6.8 pada cross-brace memiliki  rasio  penurunan  lendutan  di  tengah bentang  struktur  dan  peningkatan  berat  sendiri struktur paling besar dibandingkan dengan profil lainnya.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  profil  HB 100.100.6.8  merupakan  profil  baja  yang  paling efektif digunakan sebagai cross-brace pada studi kasus ini.
Gambar 9. Pengaruh cross-brace terhadap rasio penurunan lendutan di tengah bentang struktur dan peningkatan berat sendiri struktur

## V. KESIMPULAN
Berdasarkan analisis yang telah dilakukan dalam penelitian ini, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Penggunaan cross-brace mengakibatkan penurunan  periode  natural  struktur  sebesar 0,002 s/d 0,091 detik
2. Penggunaan cross-brace mengakibatkan penurunan  lendutan  di  tengah  bentang sebesar 0,9 s/d 1,5 mm
3. Penggunaan cross-brace mengakibatkan peningkatan  berat  sendiri  struktur  sebesar 0,247 s/d 3,755 ton
4. Profil HB 100.100.6.8 merupakan profil baja yang paling efektif digunakan sebagai cross- brace pada  studi  kasus  ini,  dibuktikan dengan  nilai  rasio  penurunan  lendutan  dan peningkatan  berat  sendiri  struktur  yang paling besar di antara profil lainnya.

## DAFTAR PUSTAKA
Arifi,  E.,  Hidayat,  M.  T.,  &  Grahadika,  H.  E. (2016).  Pengaruh  Konfigurasi  Rangka  dan Optimasi  Profil  Terhadap  Kinerja  Pada Struktur  Jembatan  Rangka  Baja. Rekayasa Sipil , 10 (3), 187–193. https://doi.org/10.21776/ub.rekayasasipil.20 16.010.02.03 Cazacu,  R.,  &  Grama,  L.  (2014).  Steel  Truss Optimization Using Genetic Algorithms and
FEA. Procedia  Technology , 12 ,  339–346. https://doi.org/10.1016/j.protcy.2013.12.496 Chouhan,  S.,  Sharma,  R.,  &  Gupta,  A.  (2017).
Optimization of steel truss configuration for structural efficiency using STAAD. Pro and
ETABS. International  Journal  of  Advance Research in Science and Engineering , 6 (09), 1–11.
Krajewski, M., & Iwicki, P. (2015). Analysis of brace  stiffness  influence  on  stability  of  the
Jurnal Teknik Sipil Dan Arsitektur Vol. 26 No. 1 Januari 2021 ISSN: 2598-2257 (2301-668X Print)
truss. International  Journal  of  Applied Mechanics and Engineering , 20 (1), 97–108. https://doi.org/10.1515/ijame-2015-0007