Jembatan Pelengkung/Busur (Arch Bridge)

Pengertian Jembatan Busur

Jembatan busur adalah struktur setengah lingkaran dengan abutmen di kedua sisinya. Desain busur (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 busur 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 lengkung yang dikakukan oleh lantai kerjanya (Deck Stiffened- arch) atau jembatan lengkung yang struktur utamanya diatas lantai kerja, seperti pada jembatan Sydney Harbour, Australia, lantai kerja tersebut harus lebih tebal dari lengkungnya 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 lengkung bisa juga lebih tipis dari pelengkung biasa karena sudah dikakukan oleh balok diatasnya. Karena alasan inilah jembatan lengkung 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. Kegunaan dari abutmen  ini  adalah  untuk  membuat tegangan  yang terjadi akibat dorongan lengkung 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 lengkung pada awalnya terbuat dari batu, bata, besi cor, besi tempa dan baja. Saat ini jembatan lengkung seperti beton pratekan dan baja membuat jembatan lengkung bisa dibuat lebih panjang dan lebih elegan.

Jenis-jenis Jembatan Busur

            Dari segi tipenya, jembatan busur dibagi menjadi: (1) Deck Arch, (2) Through Arch, (3) A Half-Through Arch.

1.        Deck Arch

            Jenis ini merupakan salah satu jenis jembatan busur dimana letak lantainya menopang beban lalu lintas secara langsung dan berada pada bagian paling atas busur. Sebagaimana terlihat pada Gambar 1 berikut:

Gambar Jembatan Brantas Jodipan

2.        Through Arch

Jenis ini merupakan salah satu jenis jembatan busur dimana letak lantainya berada tepat di springline busurnya. Sebagaimana terlihat pada Gambar 2 berikut.

Gambar Through Arch Bridge

Sumber: https://theconstructor.org/structural-engg/types-of-bridges/13195/

3.        A Half–Through Arch

Jenis ini merupakan salah satu jenis jembatan busur dimana letak lantai kendaraannya berada diantara springline dan bagian busur jembatan atau berada ditengah – tengah. Sebagaimana terlihat pada Gambar 3 berikut.

Gambar A Half-Trough Arc Bridge

Sumber: https://theconstructor.org/structural-engg/types-of-bridges/13195/

Sedangkan dari segi materialnya jembatan busur dibagi menjadi:

1. Masonry Arch (jembatan busur dari batu)

Gambar Jembatan busur batu

Jembatan busur bahan batu yang banyak ditemukan pada masa lampau dan sudah dikenal sejak zaman dahulu kala. Pada masa Romawi kuno, masonry arch berfungsi sebagai  “aqueduct” (jembatan yang dibuat untuk saluran air).

Setelah perkembangan zaman, jembatan tipe masonry arch mulai dipakai sebagai jalur lalu lintas. Banyak berada di Eropa, seperti negara Jerman, Inggris, Perancis, Italia, dan Spanyol.

                  2. Timber Arch (jembatan lengkung kayu)

Gambar Jembatan Lengkung Kayu

Jembatan ini terbuat dari kayu  laminasi  direkatkan,  juga disebut  Gluelam  atau glulam,  adalah jenis  produk  kayu  struktural  yang terdiri  dari beberapa lapisankayu  dimensioned  direkatkan.

                3. Iron (jembatan lengkung besi)

Gambar Jembatan Kademangan

                4. Steel (jembatan lengkung baja)

                 5. Concrete (jembatan lengkung beton)

2.3  Struktur Jembatan Busur dan Fungsinya

Komponen bagian dari jembatan busur terbagi dalam 2 komponen: (1) Struktur atas dan (2) Struktur bawah

             1. Struktur  Atas

Menurut Pranowo, dkk (2007) struktur atas jembatan adalah  bagian dari struktur jembatan yang secara langsung menahan beban lalu lintas untuk selanjutnya disalurkan ke bangunan bawah jembatan. Pendapat lain yang dikemukakan Siswanto (1993) struktur atas jembatan adalah bagianbagian jembatan yang memindahkan beban-beban lantai jembatan kearah perletakan.bagian-bagian struktur bangunan atas tersebut terdiri dari:

a.       Trotoar 

Merupakan tempat pejalan kaki yang terbuat dari beton, bentuknya lebih tinggi dari lantai kendaraan atau permukaan aspal. Lebar trotoar minimal cukup untuk dua orang berpapasan dan dipasang pada bagian kanan serta kiri jembatan.

b.      Lantai Kendaraan

Lantai kendaraan adalah lintasan utama yang dilalui kendaraan. Lebar jalur kendaraan yang diperkirakan cukup untuk berpapasan dua buah kendaraan. Dimana lebar badan jalan adalah 7 meter.

c.       Gelagar lengkung

Bagian struktur ini mengubah gaya–gaya yang bekerja dari beban vertikal dirubah menjadi gaya horizontal/tekan sehingga menjadi keuntungan sendiri bagi jembatan tersebut.

d.      Balok lantai

Balok lantai berfungsi menerima beban lantai kendaraan, trotoar dan beban lainnya dan menyalurkannya ke rangka utama. 

e.       Spandrel columns

Berfungsi menyalurkan beban dari balok lantai ke gelagar lengkung.

f.        Ikatan Angin

Ikatan angin berfungsi untuk menahan atau melawan gaya yang diakibatkan oleh angin, baik pada bagian atas maupun bawah jembatan.

g.      Landasan/Perletakan

Landasan/Perletakan dibuat untuk menerima gaya-gaya dari konstruksi bangunan atas baik secara horizontal, maupun vertikal dan menyalurkannya ke bangunan di bawahnya. Selain itu, berfungsi juga untuk mengatasi perubahan panjang yang diakibatkan perubahan suhu. Terdapat 3 (tiga) macam perletakan, yaitu: sendi, rol dan elestomer.

h.      Hanger

Hanger yang berfungsi  sebagai komponen penghubung dek jembatan ke gelagar lengkung. Harus ada dalam  jembatan lengkung karena sebagai penahan tarik

            2. Struktur Bawah (Sub Structure)

Menurut Departemen Pekerjaan Umum (Modul Pengantar dan Prinsip-Prinsip Perencanaan Bangunan Bawah/Pondasi Jembatan, 1988), fungsi utama bangunan bawah adalah memikul beban-beban pada bangunan atas dan pada bangunan bawahnya sendiri untuk disalurkan ke pondasi. Selanjutnya beban-beban tersebut oleh pondasi disalurkan ke tanah.  Bangunan ini terletak pada bagian bawah konstruksi yang fungsinya untuk memikul beban-beban yang diberikan bangunan atas. Kemudian disalurkan ke pondasi untuk diteruskan ke tanah keras di bawahnya. Bangunan bawah secara umum terdiri atas : 

a.       Abutment

Abutment adalah salah satu bagian konstruksi jembatan yang terdapat pada ujung-ujung jembatan yang berfungsi sebagai pendukung bagi bangunan di atasnya dan sebagai penahan tanah timbunan oprit. Jenis abutment ini dapat dibuat dari bahan seperti batu atau beton bertulang. 

b.      Pelat injak

Plat injak berfungsi untuk menahan hentakan pertama roda kendaraan ketika akan memasuki pangkal jembatan. 

d.   Pondasi 

Pondasi berfungsi sebagai pemikul beban di atas dan meneruskannya ke lapisan tanah pendukung tanpa mengalami konsolidasi atau penurunan yang berlebihan.Adapun hal yang diperlukan dalam perencanaan pondasi adalah sebagai berikut:  1) Daya dukung tanah terhadap konstruksi.  2) Beban-beban yang bekerja pada tanah baik secara langsung maupun yang tidak langsung.  3) Keadaan lingkungan seperti banjir, longsor dan lainnya.  Secara umum pondasi yang sering digunakan pada jembatan ada 3 (tiga) yaitu: 1) Pondasi sumuran  2) Pondasi tiang pancang  3) Pondasi borpile.

2.4 Kelebihan dan Kekurangan Jembatan Lengkung

1. Kelebihan Jembatan Lengkung

·         Keseluruhan   bagian   lengkung   menerima   tekan,   dan   gaya   tekan        ini ditransfer   ke abutmen   dan   ditahan   oleh   tegangan   tanah   dibawah lengkung. Tanpa gaya tarik yang diterima oleh lengkung memungkinkan jembatan lengkung bisa dibuat lebih panjang dari jembatan balok dan bisa menggunakan material yang tidak mampu menerima tarik dengan baik Abutment, Pelat injak, Pondasi  seperti beton.

·         Bentuk jembatan lengkung adalah inovasi dari peradaban manusia yang memiliki nilai estetika tinggi namun memiliki struktur yang sangat kuat yang terbukti jembatan lengkung Romawi kuno masih berdiri sampai sekarang.

  

2. Kekurangan Jembatan Lengkung

·         Konstruksi jembatan lengkung 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.

2.4  Metode Pelaksanaan Jembatan Busur

1.    MSS (Movable Scaffolding System)

MSS (Movable Scaffolding System) suatu metode yang digunakan pada pelaksanaan Cast insitu dimana pengecoran dilaakukan di lokasi setelah selesainya bekisting. Prinsipnya adalah memindahkan Scaffolding dengan cara digeser ke segmen berikutnya setelah beton mengeras.

Sumber : http://handsetformwork.com/wp-content/uploads/2015/05/PE_SP04_t.jpg

Sumber : https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQWOSVUlTsvPvV2NAIUZIsnQnV_hEqzJYL7O2E37bVuhzttIU0X

2.    Balanced Cantilever dengan FormTraveller

Metode konstruksi balanced cantilever adalah metode pembangunan jembatan dimana dengan memanfaatkan efek kantilever seimbangnya maka struktur dapat berdiri sendiri, mendukung berat sendirinya tanpa bantuan sokongan lain (perancah/falsework). Metode ini dilakukan dari atas struktur sehingga tidak diperlukan sokongan di bawahnya yang mungkin dapat mengganggu aktivitas di bawah jembatan. Metode balanced cantilever dapat dilakukan secara cor setempat (cast in situ) atau secara segmen pracetak (precast segmental).

Sumber : http://dnec.com/wp-content/uploads/2013/10/balanced-cantilever-construction-method-for-dubai-metro-bridges-16.jpg

              Sumber : https://files1.structurae.de/files/350high/2055/img_3497.jpg