Komponen Jembatan Cable Stayed

(lanjutan dari Metode Konstruksi Jembatan Cable Stayed)

Jembatan kabel atau cable stayed adalah jembatan yang didukung kabel di mana satu atau beberapa tiang dipasang di tengah jembatan dan segmen gelagar dihubungkan ke tiang dengan kabel. Pada jembatan cable-stayed, bentuk pylon, bentuk girder, dan susunan kabel dapat dirancang secara bebas. Oleh karena itu, berbagai sistem struktural dapat diterapkan. Misalnya, menyesuaikan tegangan gaya kabel dapat mengurangi ukuran momen lentur gelagar. Hal ini memungkinkan untuk desain yang lebih ekonomis. Selanjutnya, susunan dan bentuk kabel yang berbeda untuk tiang dapat direncanakan untuk desain jembatan yang lebih estetis yang sesuai dengan lingkungan sekitar. 

Komponen Jembatan Cable Stayed

A. Tiang/ menara atau Pylon atau Tower

Tiang atau pylon berfungsi mendukung kabel dan mentransfer beban yang ditransmisikan melalui kabel sampai ke tanah. Bentuk tiang/ menara dapat direncanakan secara bebas sesuai dengan bentuk kabel tetap. Jika penahan kabel disusun pada satu bidang, bentuk tiang/ menara yang berbeda seperti tipe kolom tunggal, tipe A, tipe Y terbalik, dan tipe diamond dapat digunakan. 

Jika penahan kabel disusun pada bidang ganda, berbagai bentuk tiang/menara dapat digunakan kecuali untuk jenis kolom tunggal. Bentuk tiang/menara yang paling representatif dapat ditemukan pada gambar di bawah ini. Selain itu, tiang dirancang dalam berbagai bentuk untuk menekankan estetika sambil memberikan integritas struktural.

Perbedaan Pylon Baja dan Beton dapat dilihat pada tabel dibawah:

Classification	Pylon Baja	Pylon Beton
Structural Integrity	Analisis   stabilitas tekuk diperlukan.	Menguntungkan   untuk mengamankan kekakuan yang diperlukan karena kekakuannya yang tinggi.
	Analisis stabilitas aerodinamis diperlukan	Stabilitas   aerodinamis yang baik.
	Ketahanan gempa yang baik karena bobotnya yang ringan	Ketahanan gempa   yang buruk karena beban berat.
Constructability	Kesulitan   dalam memperbaiki kesalahan konstruksi.	Mudah   untuk memperbaiki kesalahan konstruksi.
	Jaminan kualitas melalui lingkungan yang terkendali.	Kontrol   kualitas diperlukan karena pemasangan di tempat.
	Periode konstruksi yang singkat.	Periode   konstruksi yang panjang.
Durability and Maintenance	Daya   tahan yang buruk di lingkungan pesisir.	Daya   tahan yang baik di lingkungan pesisir
	Pengecatan ulang diperlukan untuk pemeliharaan.	Perawatan yang   mudah.

B. Girder atau Deck

Girder atau deck jembatan cable-stayed dapat dirancang menggunakan berbagai bentuk dan bahan. Contoh umum adalah gelagar baja, gelagar komposit baja, dan gelagar beton. Alternatifnya, bisa ada berbagai jenis gelagar untuk bentang utama dan bentang pendekatan. Ini sering digunakan untuk menambah panjang bentang utama dengan memanfaatkan beton yang lebih berat daripada baja. Bentuk gelagar harus direncanakan dengan hati-hati karena metode penataan kabel, jarak, desain angkur, teknik analisis, dan metode konstruksi ditentukan oleh jenis gelagar yang direncanakan.

Berikut Klasifikasi dari Girder:

(penjelasan Macam Girder dapat dilihat disini)

C. Cable Stay / Main Cable / Kabel Utama

Kabel yang digunakan pada jembatan cable-stayed adalah batang tarik yang tidak dapat menahan lentur atau tekan, seperti tali, kawat, dan rantai, dan hanya dapat menopang tegangan aksial. Kekuatan tarik kabel biasanya sekitar 1.600 hingga 1.860 MPa, namun dengan kemajuan teknologi, kabel dengan kekuatan tarik yang lebih tinggi sedang dikembangkan.

Berikut beberapa macam cable stay yang sering digunakan:

1.  LCS (Locked Coil Strand)

Locked Coil Strand (LCS) terdiri dari kawat jalinan spiral yang membentuk inti pusat, dan kawat penampang berbentuk trapesium atau z yang membungkus bagian luar dalam beberapa lapisan. Modulus elastisitas, kekuatan tarik, dan ketahanan lelah lebih rendah dibandingkan dengan kabel lainnya. Selain itu, LCS saat ini tidak digunakan karena pencegahan korosi sulit dilakukan, dan biaya pengemasan serta transportasi mahal.

2. PWS (Parallel Wire Strand)

Parallel Wire Strand (PWS) adalah kabel paralel yang disatukan dalam bentuk lingkaran atau segi enam yang dilapisi polietilen. Penampang kabel kecil, memberikan stabilitas aerodinamis yang sangat baik. PWS diproduksi di lingkungan kontrol, sehingga kontrol kualitas menjadi sederhana. Dan jika kemudahan transportasi tersedia, waktu konstruksi dapat dipersingkat. Namun, karena untaian dikencangkan bersama sebagai bundel, diperlukan dongkrak untai yang berat. Selain itu, karena sistem penjangkaran terintegrasi, sulit untuk memeriksa bila sistem penjangkaran rusak.

3. MS (Multi Strand)

Multi Strands (MS) terdiri dari bundel untaian yang terdiri dari tujuh kabel. Kabel MS dikencangkan satu per satu sehingga jack untai ringan diperlukan. Selanjutnya, penggantian untaian individu relatif mudah; namun, karena penampang kabel relatif besar, stabilitas aerodinamis menjadi tidak efisien.

D. Suspender / Hanger

Suspender adalah kabel yang menghubungkan kabel utama dengan girder. Ada dua jenis utama suspender: Center Fit Rope Cores (CFRC) dan Parallel Wire Strands (PWS).

a. Center Fit Rope Cores (CFRC) 

Sistem gantungan (suspender) CFRC adalah metode penempatan kabel baja galvanis berkekuatan tinggi yang dipilin dalam bentuk spiral di atas pita kabel utama dan memasang pelat bantalan pada jangkar gantungan gelagar yang diperkuat dengan tipe pelana. 

b. Parallel Wire Strands (PWS)

Sistem gantungan PWS adalah metode penambatan kawat baja galvanis kekuatan tinggi yang diikat bersama secara paralel, membentuk tali gantungan yang ditutupi oleh Polietilen, masing-masing ke sisi pita kabel dan sisi gelagar penguat.

gambar di kiri adalah PWS dan kanan adalah CRFC

Ada dua jenis sambungan antara girder dan suspender untuk kabel utama: metode pembungkus dan metode sambungan pin.

Jenis suspender khusus terletak di tengah setiap jembatan gantung. Ini digunakan untuk membatasi perpindahan relatif antara girder dan kabel utama untuk menekan deformasi dalam arah longitudinal girder, dan mengurangi sudut defleksi dari suspender ke arah lateral. Ada dua jenis suspender khusus: tipe center stay dan tipe center lock. 

a. Center stay 

Center stay adalah penahan kabel pratekan yang menghubungkan gelagar ke kabel utama. Jenis cable stay ini cocok untuk jembatan gantung dengan bentang utama 1.000 m atau kurang, dengan asumsi patah selama gempa bumi. 

b. Center lock

Center lock adalah struktur yang menghubungkan girder dengan kabel utama dengan rangka baja. Struktur ini dapat menahan gaya aksial, gaya geser, dan lentur. Selanjutnya, kunci tengah memiliki struktur yang tahan gempa dan cocok untuk jembatan gantung dengan bentang panjang.

gambar kiri adalah center stay dan gambar kanan adalah center lock

Berdasarkan cara pemasangan kabel dan suspender yang diterapkan, jembatan terbagi antara lain:

a. Vertical Suspender

b. Diagonal Suspender

c. Hybrid cable stayed

E. Cable Band  / Kabel Pita

Pita kabel / Cable Band adalah batang yang menghubungkan kabel utama dan kabel gantungan. Pita kabel membungkus kabel utama dan diikat dengan menggunakan baut pita kabel. Baut ini dapat diikat secara horizontal atau vertikal seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Baut pita kabel yang dikencangkan secara horizontal memiliki keunggulan dalam hal perawatan karena mencegah infiltrasi air, sedangkan baut pita kabel yang diikat secara vertikal memiliki keuntungan karena memiliki lebih sedikit baut untuk mengencangkan pita, sehingga menghasilkan desain yang lebih ekonomis.

F. Sadel / Saddle

Sadel bertumpu di atas tiang dan jangkar, dan langsung menopang kabel utama. Peran mekanisnya adalah untuk mentransfer beban dari kabel utama ke tiang dan jangkar. Pelana yang dipasang di tiang disebut pelana tiang, dan pelana yang dipasang di jangkar disebut pelana splay. Untuk sadel pylon, pengaturan radius kelengkungan sadel sangat penting. Jari-jari kelengkungan harus ditentukan dengan mempertimbangkan tegangan lentur kabel dan tekanan kontak antara kabel dan sadel. Dalam kasus splay sadel, kabel dapat dipasang pada angkur dalam bentuk radial. Selanjutnya, ketika merancang sadel, kelengkungan horizontal dan vertikal untaian harus dihitung dengan benar.

E. Jangkar Kabel (Anchorage)

a. Jangkar Kabel di Girders

Jangkar kabel yang terletak di gelagar menambatkan kabel. Pada angkur, gaya tarik pada kabel dibagi menjadi komponen horizontal dan vertikal, yang kemudian diteruskan ke gelagar. Komponen horizontal gaya tarik menghasilkan gaya aksial di gelagar, dan komponen vertikal gaya tarik menghasilkan gaya geser di gelagar. Struktur angkur ditentukan dengan berbagai cara seperti susunan kabel (hubungan posisi antara susunan melintang dan gelagar utama), jumlah helai, bentuk gelagar utama dan sistem slab, struktur persilangan kabel. -bagian, besarnya gaya tarik dan metode pelaksanaan, dan lain-lain.

b. Jangkar Kabel di Pylon

Jangkar kabel tiang/menara adalah struktur penting yang memiliki peran mentransfer gaya tarik kabel terpusat secara lokal langsung ke tiang/menara. Struktur pengangkuran mempertimbangkan berbagai situasi seperti susunan kabel, bentuk soket dan jumlah untaian, struktur tiang/menara, operasi pendongkrak kabel, dan metode memasukkan dan menyesuaikan gaya tarik.

Berdasarkan bahannya, jangkar kabel pada pylon dibagi dua, antara lain:

a. Steel Pylon Anchorage

- Saddle type

- Anchor girder type

- Bearing plate type

- Pin socket type

b. Concrete Pylon Anchorage

- Saddle type

- Overlapped type

- Inside type

- Insider with bracket and link type

Berdasarkan metode penjangkaran, jembatan cable stayed terbagi dua, yaitu:

a. Externally-Anchored Type

Jembatan gantung tipe earth-anchored adalah jenis jembatan di mana kabel utama ditambatkan pada balok beton besar, atau di tanah, yang terletak di ujung jembatan. Beban eksternal yang diterapkan pada jembatan gantung ditransfer ke:

suspender -> kabel utama -> jangkar dan tiang (pylons) -> akhirnya ke tanah.

b. Self-Anchored Type

Jembatan gantung Self-Anchored adalah jenis jembatan yang ditopang oleh kabel utama yang ditambatkan ke gelagar. Beban eksternal yang diterapkan pada jembatan gantung dipindahkan ke gelagar melalui:

suspender -> kabel utama -> tiang (pylons) dan jangkar di dalam gelagar. 

Oleh karena itu, tidak seperti earth-anchored, gelagar berperilaku sebagai komponen struktur lentur dan tekan.

F. Sistem Support

Kondisi batas antara balok melintang tiang dan gelagar yang dikakukan mempengaruhi perilaku seluruh struktur jembatan. Kondisi batas diklasifikasikan ke dalam tiga kategori: sistem terapung tanpa tumpuan, sistem penopang, dan sistem rangka dengan balok dan tiang yang dikakukan.

a. Sistem Terapung / Floating System

Sistem terapung adalah struktur yang menopang beban bangunan atas dengan memasang kabel penahan tambahan daripada menghilangkan penyangga vertikal. Karena beban puntir yang bekerja pada gelagar utama dapat diselesaikan dengan gaya aksial pada kabel, struktur gelagar utama tanpa kekakuan puntir dibuat, dan ini merupakan kondisi batas untuk perilaku vertikal fleksibel karena tidak ada penyangga untuk tiang.

Selanjutnya, momen negatif gelagar pengaku di dekat tiang berkurang, dan balok melintang tiang dapat dikecualikan dengan tidak memasang penyangga vertikal pada tiang sehingga meningkatkan pemeliharaan. Di sisi lain, penanggulangan terpisah dan sambungan ekspansi skala besar diperlukan untuk perpindahan yang disebabkan oleh beban horizontal seperti gempa bumi. Selain itu, karena tidak ada penyangga pada tiang, beban vertikal yang bekerja pada kabel menghasilkan beban lelah yang jauh lebih besar.

b. Sistem Sepatu / Shoe System

Sistem Penyangga (bantalan) Sepatu adalah sistem struktural di mana gelagar pengaku dan tiang dipisahkan dan penyangga vertikal dan sepatu angin (wind shoes) dipasang. Sistem ini mendukung gaya reaksi vertikal dan horizontal yang disebabkan oleh penyangga vertikal yang dipasang di bagian atas balok silang pylon dan penyangga horizontal yang dipasang di sisi tiang. Penopang ditempatkan pada tiang, beban vertikal yang dipikul oleh kabel relatif berkurang. Selanjutnya, bantalan permanen dapat dipasang selama tahap konstruksi, tetapi perangkat penahan tambahan harus dipasang untuk defleksi. Jika panjang bentang panjang atau berat sendiri bangunan atas bertambah, momen negatif cenderung berlebihan karena geladak bertindak sebagai balok menerus. Karena penyangga vertikal dan horizontal dipasang pada tiang, hal ini merugikan dalam hal pemeliharaan, dan dapat mengurangi kemampuan berkendara di dekat tiang.

c. Sistem Rangka / Frame System

Sistem rangka adalah suatu sistem struktur dimana balok-balok pylon, gelagar pengaku, dan pilar-pilar terintegrasi dan menyatu sehingga dapat berperilaku sebagai satu kesatuan. Sistem struktur ini mudah dirawat karena tidak memerlukan penyangga jembatan, dan memiliki stabilitas angin yang sangat baik karena tidak perlu mengontrol perpindahan arah longitudinal jembatan selama konstruksi. Dan sistem ini stabil di bawah konstruksi dan layanan. Namun, pengaruh rangkak, susut dan beban termal harus diperiksa.