Evaluasi Konfigurasi Sambungan Baut Jembatan Rangka Baja dengan Pola Staggered Fastener (Studi Kasus: Jembatan Way Bobot, Pulau Seram)

## EUNEKE WIDYANINGSIH, ERMA DESMALIANA, MUHAMMAD IHSAN
Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional Bandung , Indonesia Email: eunekewidya@itenas.ac.id
Received 30 November 201x | Revised 30 Desember 201x | Accepted 30 Januari 201x

## ABSTRAK
Jembatan rangka baja merupakan tipe jembatan yang materialnya menggunakan rangka-rangka baja disambungkan  oleh  pelat buhul dan diikat oleh  las, baut, atau  gabungan  dari keduanya. Jembatan  rangka  baja  yang  dianalisis  merupakan  Jembatan  Way  Bobot  tipe  transfield  yang berada di Pulau Seram, Maluku dengan panjang bentang 60 meter. Jembatan ini dianalisis dengan menggunakan software SAP2000. Pembebanan dan perancangan jembatan mengacu pada SNI 1725:2016  dan  SNI  1729:2015.  Dari  hasil  pemodelan  dan  analisis  pada  SAP2000,  dilanjutkan analisis variasi konfigurasi sambungan baut menggunakan perhitungan manual dengan metode staggered fastener. Dari hasil analisis variasi konfigurasi baut, luas penampang netto diperoleh tidak berbeda jauh sehingga dapat disimpulkan bahwa variasi konfigurasi sambungan baut sedikit berpengaruh terhadap kegagalan akibat fraktur penampang efektif netto.
Kata kunci : jembatan rangka baja, konfigurasi sambungan baut, staggered fastener

## ABSTRACT
Steel truss bridge is a type of bridge whose material uses steel frames connected by gusset plates and fastened by welding, bolts, or a combination of both. The steel truss bridge analyzed is the Transfield Way Weight Bridge located on Seram Island, Maluku with a span of 60 meters. This bridge was analyzed using SAP2000 software. The loading and design of the bridge refers to SNI 1725:2016 and SNI 1729:2015. From the results of modeling and analysis on SAP2000, continued analysis of variations in the configuration of bolted connections using manual calculations with the  staggered  fastener  method.  From  the  results  of  the  analysis  of  variations  in  bolt configurations, the net cross-sectional area obtained is not much different so it can be concluded that  variations  in  the  configuration  of  bolted  connections  have  little  effect  on  failure  due  to fracture of the net effective cross-section.
Keywords : steel truss bridge, configuration of the bolt connection, staggered fastener

## Euneke Widyaningsih, Erma Desimaliana, Muhammad Ihsan

## 1. PENDAHULUAN
Jembatan  adalah  struktur  kontruksi  yang  menghubungkan  dua  wilayah  karena  adanya rintangan  seperti  sungai,  irigasi,  lembah,  ataupun  jalan.  Jembatan  berpengaruh  penting terhadap ekonomi masyarakat sekitar, karena dengan adanya jembatan, mempermudah dua daerah yang terhubung untuk melakukan kegiatan.
Salah satu jenis jembatan yaitu jembatan rangka baja  yang material konstruksinya terbuat dari batang-batang baja yang dihubungkan oleh sambungan berupa las, baut, atau gabungan keduanya.  Semua  elemen  dari  jembatan  dihubungkan  satusama  lain  pada  titik  buhul,  dan menggunakan  alat  penyambung  dinamakan  pelat  buhul,  dan  pada  pelat  buhul  diikat  oleh sambungan yang berupa las, baut, dan gabungan keduanya.
Baut merupakan salah satu alat sambung yang berbentuk batangan bulat berulir yang salah satu sisinya mempunyai kepala untuk memudahkan pemasangan saat akan dipasang mur atau pengunci baut tersebut. Pada jembatan rangka baja menggunakan baut mutu tinggi. Prinsip kerja menggunakan baut mutu tinggi pada struktur jembatan rangka baja berupa gaya jepit akibat  gaya  tarik  baut  sehingga  gaya  gesek  antara  pelat  yang  dijepit  berfungsi  sebagai penahan gaya yang bekerja.
Dalam penelitian ini dilakukan evaluasi konfigurasi sambungan baut dengan pola staggered fastener pada titik buhul jembatan rangka baja Way Bobot Pulau Seram, yang bertujuan untuk mengetahui  apakah  letak  baut  berpengaruh  terhadap  kapasitas  penampang  baja  tersebut memikul  beban  yang  diterimanya.  Adapun  penelitian  sebelumnya  yang  terkait  dengan penelitian  ini  yaitu  Pramono,  H.S.,  Sutrisno,  W.  &  Yasin,  I.  (2018)  yang  menganalisis displacement  dan  tegangan  pada  sambungan  baut  dengan  menggunakan  metode  elemen hingga di titik buhul jembatan rangka baja. Penelitian lain yang juga terkait dengan penelitian ini  yaitu  Setialaksana,  A.P.  &  Herbudiman,  B.  (2017)  yang  mengkaji  perancangan  sistem sambungan struktur baja yang ekonomis dengan variasi ukuran baut, konfigurasi baut dan mutu  baut  pada  rangka  atap.  Variasi ukuran  baut,  konfigurasi  baut  dan  mutu  baut  sangat mempengaruhi kekuatan sistem sambungan baut struktur baja menjadi sangat efisien, juga sangat  mempengaruhi  harga  material  sambungan  baut  struktur  baja  menjadi  sangat ekonomis.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Umum
Jembatan  merupakan  peran  penting  bagi  infrastruktur  transportasi  karena  dalam pembangunan lebih ekonomis dibanding harus membangun infrastruktur sesuai kontur tanah yang  ada.  Tidak  hanya untuk  kendaraan,  ada  juga  jembatan  pejalan  kaki  (penyebrangan), jembatan rel kereta api, dan jembatan air (pipa atau saluran).

## 2.2 Jembatan Rangka Baja
Jembatan  rangka  baja  ( steel  truss  bridge)  adalah  jembatan  yang  dibentuk  oleh  berbagai batang  baja  yang  dapat  menyalurkan  beban  pada  tiap  rangkanya.  Batang  pada  jembatan rangka terbagi menjadi batang tarik dan batang tekan. Batang tarik merupakan batang yang dibebani gaya aksial tarik yang didasarkan atas ijin tegangan tarik. Batang tekan merupakan batang yang dibebani gaya tekan aksial searah panjang bantangnya.

## 2.3 Sambungan Baut ( Bolt Connection)
Baut merupakan alat sambung dari batang bulat berulir yang salah satu ujungnya dibentuk kepala baut dan ujung lainnya dipasang mur atau pengunci seperti terlihat pada Gambar 1 .

## Evaluasi Konfigurasi Sambungan Baut Jembatan Rangka Baja dengan Pola Staggered Fastener (Studi Kasus: Jembatan Way Bobot, Pulau Seram)
Di  lapangan,  sambungan  baut  seringkali  digunakan  untuk  konstruksi  sambungan  tetap, sambungan  bergerak,  ataupun  sambungan  sementara  yang  dapat  dilepas  atau  dibongkar kembali.

## Gambar 1. Baut
Adapun keuntungan jika menggunakan sambungan baut sebagai berikut:
1. Sambungan baut mudah dipasang dan disetel di lapangan.
2. Sambungan baut dapat digunakan untuk dimensi tebal baja yang lebih dari 4 (empat) kali diameter bautnya, tidak seperti paku keling yang dimensi tebal bajanya dibatasi maksimum 4 (empat) kali diameter pakunya.

## 2.4 Jenis Keruntuhan pada Sambungan Baut
Pada  suatu  sistem  sambungan  baik  baut  maupun  paku  keling,  kekuatan  sambungan  akan dievaluasi  dengan  meninjau  beberapa  kemungkinan  keruntuhan  atau  kegagalan.  Kekuatan sambungan  biasanya  dipengaruhi  oleh  pelat  buhul  dan  batang  yang  disambung.  Beberapa syarat keruntuhan sambungan antara lain:

## 1. Keruntuhan leleh pada penampang bruto
Keruntuhan  tipe  ini  biasanya  terjadi  pada  batang  yang  disambung  seperti  terlihat  pada Gambar 2, dan dipengaruhi oleh luas penampang bruto batang. Perhitungan keruntuhan leleh dihitung dengan Persamaan 1.
𝑅 𝑛 =  (𝐹 𝑦 𝐴 𝑔 ) …(1)
halmana:
 = faktor keruntuhan leleh penampang bruto (  = 0,9);
𝐹 𝑦 = tegangan leleh baja [MPa];
𝐴 𝑔 = luas penampang bruto [mm 2 ].
Gambar 2. Keruntuhan leleh pada penampang bruto (Sumber: Segui, W.T., 2013)
2. Keruntuhan fraktur pada penampang efektif netto
Keruntuhan tipe ini biasanya juga terjadi pada batang yang disambung, sangat dipengaruhi oleh  luas  lubang  baut.  Apabila  dimensi  dan  jumlah  baut  belum  diketahui,  maka  luas penampang netto diasumsikan 0,8 – 0,9 luas penampang bruto. Perhitungan keruntuhan fraktur dihitung dengan Persamaan 2 yang mempertimbangkan Persamaan 3 hingga Persamaan 5 .
𝑃 𝑢 =  (𝐹 𝑢 𝐴 𝑒 ) …(2)
𝐴 𝑒 = 𝑈𝐴 𝑛 …(3)
𝐴 𝑛 = 𝐴 𝑔 − 𝑛𝑑𝑡 …(4) 𝑈 = 1 − 𝑥̅ 𝑙 …(5)
halmana: 𝜙 = faktor keruntuhan fraktur penampang efektif netto (  = 0,75);
𝐹 𝑢 = tegangan ultimit baja [MPa];
𝐴 𝑒 = luas penampang efektif netto [mm 2 ]; 𝐴 𝑛 = luas penampang netto [mm 2 ]; 𝑑 = diameter lubang baut nominal [mm];
𝑡 = tebal batang yang ditinjau;
𝑈 = faktor shear lag;
𝑥̅ = jarak dari titik berat area tersambung ke bidang sambungan [mm];
𝑙 = total jarak antar baut [mm].
3. Keruntuhan geser blok terhadap batang tarik dan pelat buhul Keruntuhan tipe ini biasanya terjadi pada batang yang disambung dan pelat buhul seperti terlihat pada Gambar 3 , sangat dipengaruhi oleh jarak antar baut baik horizontal maupun vertikal dan jarak ujung baut sehingga mempengaruhi luas bidang geser dan luas bidang tarik.

## Gambar 3. Keruntuhan geser blok pada batang tarik dan pelat buhul
(Sumber: Segui, W.T., 2013)
Perhitungan keruntuhan geser blok dihitung dengan Persamaan 6 .
𝑃 𝑢 =  (0,6𝐹 𝑢 𝐴 𝑛𝑣 + 𝑈 𝑏𝑠 𝐹 𝑢 𝐴 𝑛𝑡 ) ≤  (0,6𝐹 𝑦 𝐴 𝑔𝑣 + 𝑈 𝑏𝑠 𝐹 𝑢 𝐴 𝑛𝑡 ) …(6)
halmana:
𝜙 = faktor keruntuhan geser blok (  = 0,75);
𝐴 𝑛𝑣 = luas netto sepanjang bidang geser [mm 2 ]; 𝐴 𝑛𝑡 = luas netto sepanjang bidang tarik [mm 2 ]; 𝐴 𝑔𝑣 = luas bruto sepanjang bidang geser [mm 2 ];
𝑈 𝑏𝑠 = 1,0 (jika tegangan tarik seragam) atau 0,5 (jika tegangan tarik tidak seragam).
Evaluasi Konfigurasi Sambungan Baut Jembatan Rangka Baja dengan Pola Staggered Fastener (Studi Kasus: Jembatan Way Bobot, Pulau Seram)
4. Keruntuhan tumpu baut terhadap batang tarik dan pelat buhul
Keruntuhan tipe ini biasanya terjadi pada batang yang disambung dan pelat buhul, sangat dipengaruhi  oleh  jarak  antar  baut  atau  jarak  ujung  baut  dan  dimensi  baut.  Perhitungan keruntuhan  tumpu  baut  dihitung  dengan Persamaan  7 yang  mempertimbangkan Persamaan 8 hingga Persamaan 9 .
𝑃 𝑢 =  (1,2𝑙 𝑐 𝑡𝐹 𝑢 ) ≤  (2,4𝑑 𝑏 𝑡𝐹 𝑢 ) …(7)
a) Baut Ujung
𝑙 𝑐 = 𝑙 𝑒 − ℎ 2
…(8)
b) Baut Lainnya 𝑙 𝑐 = 𝑠 − ℎ …(9)
halmana:
 = faktor keruntuhan tumpu baut (  = 0,75); 𝑙 𝑐 = jarak tepi sampai ujung tepi baut atau jarak tepi ke tepi baut [mm], 𝑙 𝑒 = jarak tepi ke as lubang baut [mm], 𝑠 = jarak dari as ke as antar lubang baut [mm],
ℎ = diameter lubang standar [mm],
𝑑 𝑏 = diameter baut [mm].

## 5. Keruntuhan geser baut
Keruntuhan  tipe  ini  biasanya  terjadi  pada  baut,  sangat  dipengaruhi  oleh  mutu  baut  dan dimensi baut. Perhitungan keruntuhan tumpu baut dihitung dengan Persamaan 10 .
𝑃 𝑢 =  (𝐹 𝑛𝑣 𝐴 𝑏 𝑛 𝑠 ) …(10)
halmana:
 = faktor keruntuhan geser baut (  = 0,75);
𝐹 𝑛𝑣 = kuat geser nominal baut [MPa];
𝐴 𝑏 = luas penampang baut = 𝜋𝑑 𝑏 2 4 ⁄ [mm 2 ]; 𝑛 𝑠 = jumlah bidang geser.

## 6. Keruntuhan slip kritis baut
Keruntuhan tipe ini juga biasanya terjadi pada baut, sangat dipengaruhi oleh mutu baut dan dimensi baut. Perhitungan keruntuhan slip kritis baut hanya dihitung untuk sambungan baut tipe slip dengan Persamaan 10 .
𝑃 𝑢 =  (𝜇𝐷 𝑢 ℎ 𝑓 𝑇 𝑏 𝑛 𝑠 ) …(11)
halmana:
 = faktor keruntuhan slip kritis baut (  = 1,0);
𝜇 = koefisien slip rata-rata (0,3 untuk kelas A);
𝐷 𝑢 = rasio rata-rata pratarik baut aktual = 1,13; ℎ 𝑓 = faktor pengisi = 1;
𝑇 𝑏 = kuat pratarik baut [kN].

## 2.5 Staggered Fastener
Pada  komponen  sambungan  tidak  selamanya  baut  dipasang  simetris/lurus  tetapi terkadang  juga  dipasang  secara  zig-zag  ( straggered  fasteners)  seperti  terlihat  pada Gambar 4. Penyusunan sambungan baut secara zig zag atau staggered akan menghasilkan luasan area geser maupun tarik yang bertambah sehingga dapat meningkatkan kapasitas sambungan  dengan  luasan  area  pelat  buhul  yang  sama  dibanding  dengan  baut  yang dipasang lurus.
Penyusunan  sambungan  baut  dengan  pola staggered  memiliki  banyak  pilihan  baik  dari segi bentuk sambungan maupun jarak antar baut. Dengan jumlah baut yang sama dan luas pelat buhul yang sama, namun susunan bautnya berbeda maka akan menghasilkan kapasitas sambungan baut yang lebih besar.
Pada penelitian ini dibuat 5 variasi penyusunan sambungan baut dengan pola staggered fastener. Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk mengakomodasi pertambahan luas bidang geser dan luas bidang tarik. Adapun Persamaan 12 dan Persamaan 13 digunakan untuk menghitung luas penampang netto dengan pola staggered.
Gambar 4. Pola staggered fastener
1) Potongan a:
𝐴 𝑛 = 𝐴 𝑔 − 𝑛𝑑𝑡 …(12)
2) Potongan b-a:
𝐴 𝑛 = 𝐴 𝑔 − 𝑛𝑑𝑡 + ∑ 𝑠 2 4𝑔 𝑡 …(13)
halmana: 𝑔 = jarak vertikal antar baut [mm].

## 3. METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  secara  bertahap  dimulai  dari  pemodelan  jembatan  rangka  baja menggunakan  SAP2000 untuk  memperoleh  nilai  gaya  batang  maksimal  yang  diterima  oleh rangka  jembatan.  Dalam  tahap  pemodelan  ini  termasuk  juga  perencanaan  dimensi  batang tarik  yang  memadai  untuk  menahan  kombinasi  pembebanan  jembatan  lalu  lintas.  Setelah diperoleh  gaya  batang  maksimum,  dilakukan  perancangan  sambungan  baut  di  antaranya menentukan jumlah baut minimum yang diperlukan, menentukan kekuatan tumpu baut untuk mendapat  tebal  pelat  buhul,  merancang  konfigurasi  baut  dengan  konfigurasi  lurus  dan mengkombinasikan jumlah baut yang telah diperoleh menjadi 5 variasi konfigurasi baut secara staggered seperti terlihat pada Gambar  5 hingga Gambar  9 sehingga  dapat  disimpulkan variasi  mana  yang  menghasilkan  nilai  luas  penampang  netto  terbesar  sehingga  dapat memberikan kapasitas penampang batang dan sambungan baut yang lebih besar.
Evaluasi Konfigurasi Sambungan Baut Jembatan Rangka Baja dengan Pola Staggered Fastener (Studi Kasus: Jembatan Way Bobot, Pulau Seram)
Gambar 5. Model staggered fastener 1
Gambar 6. Model staggered fastener 2
Gambar 7. Model staggered fastener 3
Gambar 8. Model staggered fastener 4
Gambar 9. Model staggered fastener 5

## 4. ANALISIS DAN PEMBAHASAN

## 4.1 Pemodelan Struktur
Struktur jembatan yang ditinjau pada penelitian ini merupakan model jembatan rangka baja. Berikut ini merupakan tampak jembatan pada Gambar 10 .
Gambar 10. Tampak 3D jembatan rangka baja
4.2 Hasil dan Analisis Program Struktur Setelah preliminary pesign, dilakukan pemodelan struktur, peng-input-an beban dan kombinasi pembebanan.  Selanjutnya,  dilakukan  analisis  pada  model  struktur  jembatan  dengan  cara analyze → run  analysis → run  now.  Maka,  software  SAP2000  tersebut  akan  melakukan perhitungan analisis struktur jembatan.
Evaluasi Konfigurasi Sambungan Baut Jembatan Rangka Baja dengan Pola Staggered Fastener (Studi Kasus: Jembatan Way Bobot, Pulau Seram)
Pada software SAP2000 dari hasil analisis struktur akan diketahui diagram gaya dalam pada jembatan. Diagram gaya dalam yang ditampilkan yaitu aksial, geser atau lintang, serta momen seperti terlihat pada Gambar 11 hingga Gambar 13 .
Gambar 11. Diagram gaya dalam aksial pada SAP2000
Gambar 12. Diagram gaya dalam geser pada SAP2000
Gambar 13. Diagram gaya dalam momen pada SAP2000
Pada batang tarik didapat gaya tarik terbesar sebesar 5.426,408 kN pada frame 314 dan pada batang tekan didapat gaya tekan terbesar sebesar -13.487,23 kN pada frame 214. Berdasarkan gaya tarik dan gaya tekan terbesar didapatkan jumlah baut sebanyak 28 buah dan tebal pelat buhul sebesar 10 mm.

## 4.3 Perhitungan Staggered Fastener
Hasil analisis luas penampang netto terhadap variasi konfigurasi sambungan baut dengan pola staggered fastener pada penelitian dapat dilihat pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1. Hasil Perhitungan Luas Penampang Netto dengan Staggered Fastener

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN

## 5.1 Kesimpulan
Setelah  dilakukan  pembahasan  terhadap  hasil  analisis,  maka  dapat  disimpulkan  sebagai berikut:
1. Dari hasil run analysis SAP2000, jembatan rangka baja pada model ini mendapatkan nilai gaya tarik terbesar  sebesar  5.426,408 kN (batang nomor 34) dan nilai gaya tekan terbesar sebesar -1.3487,2 kN (batang nomor 214).
2. Berdasarkan hasil perhitungan sambungan baut, didapatkan jumlah baut yang paling besar pada batang tarik sebanyak 32 buah dengan diameter baut yang digunakan sebesar 36 mm. Sementara itu, dimensi tebal pelat buhul yang didapatkan sebesar 10 mm.
3. Berdasarkan Tabel 1 , variasi baut yang menghasilkan luas penampang netto paling besar sehingga menghasilkan kapasitas maksimum yaitu model 2, 4 dan 5. Namun, sambungan baut yang paling ekonomis adalah sambungan model 1 karena memiliki dimensi pelat buhul paling kecil dibandingkan dengan model lainnya.

## 5.2 Saran
Saran untuk penelitian selanjutnya yang lebih mendalam dengan mempertimbangkan aspek-aspek lainnya, seperti:
1. Untuk  analisis  sambungan  baut  lebih  mendetail,  maka  lebih  disarankan menggunakan  software  khusus  metode  elemen  hingga  seperti  ANSYS,  ABAQUS, ataupun  ADINA  sehingga  nilai  tegangan  dan  regangan  yang  dihasilkan  dapat mendekati nilai sempurna dibandingkan dengan perhitungan manual.
2. Perhitungan  rancangan  anggaran  biaya  dengan  variasi  sambungan  baut,  hal  ini bertujuan untuk mendapatkan variasi sambungan baut yang ekonomis dan efisien.

## DAFTAR PUSTAKA
Badan  Standardisasi  Nasional.  (2016).  SNI  1725:2016  : Pembebanan  Untuk  Jembatan. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional.
Badan Standardisasi Nasional. (2015). SNI 1729-2015 : Spesifikasi Untuk Bangunan Gedung Baja Sruktural. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional.
Tipe 𝑨 𝒏𝟏 [mm 2 ] 𝑨 𝒏𝟐 [mm 2 ] 𝑨 𝒏𝟑 [mm 2 ] 𝑨 𝒏𝟒 [mm 2 ] 𝑨 𝒏𝟓 [mm 2 ] Potongan a-b-c-d-e a-b-c-d-j a-b-c-i-e a-g-h-i-e a-g-c-i-e Model 1 71.800 76.031 77.603 83.811 83.852 Potongan a-b-c a-f-g-h d-e-f-g-h d-a-f-c-h d-e-b-g-h Model 2 75.080 80.721 80.416 80.746 77.603 Potongan a-b-c-d a-b-f-c-d e-b-f-c-g a-f-d a-b-g Model 3 73.440 74.831 83.852 82.487 81.399 Potongan a-b-c a-e-b-g-c d-e-b-g-h d-e-b-g-h a-f-c Model 4 75.080 77.863 80.587 80.416 79.432 Potongan a-b c-d-e c-a-d-b-e a-d-b a-d-e Model 5 75.080 85.926 81.400 78.111 76.031
Evaluasi Konfigurasi Sambungan Baut Jembatan Rangka Baja dengan Pola Staggered Fastener (Studi Kasus: Jembatan Way Bobot, Pulau Seram)
Gunawan,  Fauzi  A  S.  2012. Kajian  Numerik  Sambungan  Balok  Kolom  Baja  Canai  Dingin. Bandung: Institut Teknologi Nasional.
Pramono, H.S. 2018. Analisis Sambungan Baut Pada Titik Buhul Jembatan Rangka Baja Menggunakan Metode Elemen Hingga. Jogjakarta: RENOVASI: Rekayasa Dan Inovasi Teknik Sipil Segui, W.T., 2013. Steel Design 5 th Edition. USA: Cengage Learning Setialaksana, Andre Prenata. 2017 . Kajian Ekonomis Perancangan Sistem Sambungan Struktur Baja pada Rangka Atap dengan Variasi Ukuran Baut, Konfigurasi Baut, dan Mutu Baut. Bandung: Institut Teknologi Nasional.