Jembatan cable stayed (Kabel Tetap) sudah dikenal sejak lebih dari 200 tahun yang lalu (Walther, 1988) yang pada awal era tersebut umumnya dibangun dengan menggunakan kabel vertical dan miring seperti Dryburgh Abbey Footbridge di Skotlandia yang dibangun pada tahun 1817. Jembatan seperti ini masih merupakan kombinasi dari jembatan cable stayed modern. Sejak saat itu jembatan cable stayed mengalami banyak perkembangan dan mempunyai bentuk yang bervariasi dari segi material yang digunakan maupun segi estetika.

Pada umumnya jembatan cable stayed menggunakan gelagar baja, rangka, beton atau beton pratekan sebagai gelagar utama (Zarkasi dan Rosliansjah, 1995). Pemilihan bahan gelagar tergantung pada ketersediaan bahan, metode pelaksanaan dan harga konstruksi. Penilaian parameter tersebut tidak hanya tergantung pada perhitungan semata melainkan masalah ekonomi dan estetika lebih dominan. Kecenderungan sekarang adalah menggunakan gelagar beton, cast in situ atau prefabricated (pre cast).

1. Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Jembatan Cable Stayed (Kabel Tetap)

Komponen Jembatan Cable Stayed

Pada dasarnya komponen utama jembatan cable stayed terdiri atas gelagar, sistem kabel , dan menara atau pylon.

a). Sistem kabel

Sistem kabel merupakan salah satu hal mendasar dalam perencanaan jembatan cable stayed. Kabel digunakan untuk menopang gelagar di antara dua tumpuan dan memindahkan beban tersebut ke menara. Secara umum sistem kabel dapat dilihat sebagai tatanan kabel transversal dan tatanan kabel longitudinal. Pemilihan tatanan kabel tersebut didasarkan atas berbagai hal karena akan memberikan pengaruh yang berlainan terhadap perilaku struktur terutama pada bentuk menara dan tampang gelagar. Selain itu akan berpengaruh pula pada metode pelaksanaan, biaya dan arsitektur jembatan. Sebagian besar struktur yang sudah dibangun terdiri atas dua bidang kabel dan diangkerkan pada sisi-sisi gelagar (Walther, 1988). Namun ada beberapa yang hanya menggunakan satu bidang. Penggunaan tiga bidang atau lebih mungkin dapat dipikirkan untuk jembatan yang sangat lebar agar dimensi balok melintang dapat lebih kecil.

b). Tatanan kabel transversal

Tatanan kabel transversal terhadap arah sumbu longitudinal jembatan dapat dibuat satu atau dua bidang dan sebaliknya ditempatkan secara simetri. Ada juga perencana yang menggunakan tiga bidang kabel sampai sekarang belum diterapkan di lapangan. Secara tatanan kabel transversal dapat dilihat pada gambar berikut.

  1. Sistem satu bidang

Sistem ini sangat menguntungkan dari segi estetika karena tidak terjadi kabel bersilangan yang terlihat oleh pandangan sehingga terlihat penampilan struktur yang indah. Kabel ditempatkan ditengah-tengah dek dan membatasi dua arah jalur lalulintas. Untuk jembatan bentang panjang biasanya memerlukan menara yang tinggi menyebabkan lebar menara di bawah dek sangat besar. Secara umum jembatan yang sangat panjang atau sangat lebar tidak cocok dengan penggantung kabel satu bidang.

  1. Sistem dua bidang

Penggantung dengan dua bidang dapat berupa dua bidang vertikal sejajar atau dua bidang miring yang pada sisi atas lebih sempit.

  1. Sistem tiga bidang

Pada perencanaan jembatan yang sangat lebar atau membutuhkan jalur lalulintas yang banyak, akan ditemui torsi yang sangat besar bila menggunakan sistem kabel satu bidang dan momen lentur yang besar pada tengah balok melintang bila menggunakan sistem dua bidang. Kejadian ini menyebabkan gelagar sangfat besar dan menjadi tidak ekonomis lagi. Penggunaan penggantung tiga bidang dapt mengurangi torsi, momen lentur, dan gaya geser yang berlebihan. Penggunaan penggantung tiga bidang sampai saat ini masih berupa inovasi dan baru sampai pada tahap desain (Walther,1988)

2.  Menara

Pemilihan menara sangat dipengaruhi oleh konfigurasi kabel, estetika dan kebutuhan perencanaan serta pertimbangan biaya. Bentuk-bentuk menara dapat berupa rangka portal tropezoidal, menara kembar, menara A, atau menara tunggal.Selain bentuk menara yang telah disebutkan, masih banyak bentuk bentuk menara lain namun jarang digunakan seperti menara Y, menara V, dan lain sebagainya.

3.  Gelagar

Bentuk gelagar jembatan cable stayed sangat bervariasi namun yang paling sering digunakan ada dua yaitu stffening truss dan solid web (Podolny and Scalzi, 1976). Stiffening truss digunakan untuk struktur baja dan solid web digunakan untuk struktur baja atau beton bertulang maupun beton prategang.

Gelagar yang tersusun dari solid web yang terbuat dari baja atau beton cenderung terbagi atas dua tipe (Ganbar 8.9) yaitu :

  1. gelagar pelat (plate girder), dapat terdiri atas dua atau banyak gelagar.
  2. gelagar box (box girder), dapat terdiri atas satu susunan box yang dapat berbentuk persegi panjang atau trapesium.

Kelebihan Jembatan Cable Stayed :

  • Kabel lurus memberikan kekakuan yang lebih besar dari kabel melengkung. Disamping itu, analisis non linier tidak perlu dilakukan untuk geometri kabel lurus.
  • Kabel diangker pada lantai jembatan dan menimbulkan gaya aksial tekan yang menguntungkan secara ekonomis dan teknis.
  • Tiap – tiap kabel penggantung lebih pendek dari panjang jembatan secara keseluruhan dan dapat diganti satu persatu.

Kelemahan Jembatan Cable Stayed

  1. Diperlukan metode pelaksanaan yang cukup teliti jika jembatan Cable Stayed dibangun dengan bentang yang lebih panjang, bagian yang terkantilever sangat rentan terhadap getaran akibat angin selama masa konstruksinya.
  2. Sama halnya dengan jembatan penggantung, kabel penggantungnya memerlikan perawatan yang intensif untuk melindungi dari karat.

Jembatan kabel tetap terpanjang yang sudah ada saat ini adalah Tatara Bridge, di Jepang dengan total panjang 1480 meter dengan lebar bentang 890 meter.

Study Kasus Jembatan Suramadu

A. Metoda Kontruksi Cable Stayed

a. Pelaksanaan Pekerjaan Platform

Platform merupakan konstruksi pendukung sementara yang berfungsi sebagai tempat untuk menginstalasi batching plan, menyimpan material seperti tiang pancang serta sebagai tempat bagi berbagai aktivitas di tengah laut selama kegiatan konstruksi berlangsung.

b. Pelaksanaan Pekerjaan Bored Pile

  • Pemasangan Casing Baja.
  • Pengeboran sampai kedelaman yang diinginkan.
  • Pemasangan tulangan Pengecoran lubang bored pile dengan beton.

c.  Pelaksanaan Pekerjaan Pile Cap

  • Setelah pekerjaan bored pile selesai dikerjakan, semua komponen platform yang menumpu ke steel casing di bongkar.
  • Caisson baja yang berfungsi sebagai bekisting bawah pile cap kemudian dipasang.
  • Pengecoran lapisan sealing concrete untuk menahan masukkan air laut ke pile cap Pemasangan tulangan pile cap.
  • Pengecoran beton pile cap yang dilakukan tiga lapis.
  1. Pelaksanaan Pekerjaan Pylon
  2. Pelaksanaan Pekerjaan Struktur Atas
  3. Abutment Dan Pier Head
  • Konstruksi dasar pylon dan lengan bawah dari pylon.
  • Instalasi elevator pada pylon.
  • Konstruksi balok pengikat pylon bagian bawah.
  • Konstruksi lengah pylon di tengah.
  • Konstruksi balok pengikat tengah.
  • Konstruksi lengan atas pylon.
  • Konstruksi balok pengikat atas.
  • Pemasangan struktur bantu sementara di atas pile cap.
  • Pemasangan segmen girder baja pertama dengan crane barge, hubungan antara segmen dengan pylon dibuat tetap (fix) untuk sementara.
  • Pemasangan cantilever crane pada lantai jembatan untuk mengakat segmen berikutnya.
  • Pemasangan girder baja dengan mneggunakan cantilever crane diikiti dengan penenganan kabel.
  • Pemasangan pelat lantai jembatan pada segmen pertama dan kedua dilanjutkan dengan pengecoran sambungan.
  • Pemasangan girder baja selanjutnya dengan menggunakan cantilever crane diikuti dengan peregangan kabel. Pada saat bersamaan dipasang pilar sementara di dekat pilar V.

Pelaksanaan Pembuatan dilakukan Bertahap

Dimensi Pile Cap

  • Dimensi Atas:                   Dimensi bawah
  • Panjang     : 32                 Panjang  : 30 m
  • Lebar        : 2 m               Lebar      : 4 m
  • Tinggi       : 1.05 m           Tinggi  : 1.5 m

Pelaksanaan pembuatan pier head/ pile cap dilakukan dalam tiga tahap, yaitu pembuatan bekisting, pembesian, dan pengecoran.  Pengecoran dilakukan dalam dua tahap, yaitu bagian bawah pier dan bagian atas pier.

Setelah bekisting selesai dikerjakan, dilakukan pekerjaan pembesian yang meliputi pemasangan/ pengelasan besi WF pengikat tiang pancang, pembesian tulangan pilar bagian bawah, pilar samping, dan pilar bagian atas. Setelah semua tulangan terpasang, tahap berikutnya adalah pekerjaan pengecoran.

Beton dengan K-350 dibuat berdasarkan hasil test pencampuran/ trial mix. Untuk setiap truk mixer beton yang berasal dari batching plant, dilakukan uji slump beton. Slump yang dipersyaratkan adalah t ± 8-12 cm.

Truk mixer kemudian membawa beton ke lokasi proyek untuk dituangkan ke concrete pump. Sebelum dituang, dilakukan pengambilan benda uji sebanyak 48 buah untuk tiap pile cap serta pengujian slump ulang. Dengan bantuan concrete pump, beton tersebut dituangkan ke dalam pile cap lapis demi lapis sambil dipadatkan. Tebal tiap lapisan  ± 30 cm. Setelah itu dilaksanakan pekerjaan finishing pada permukaan beton

Hal penting yang perlu diperhatikan selama pelaksanaan pengecoran beton dengan massa besar (mass concrete)adalah perbedaan suhu. Agar didapat suhu beton merata tanpa terjadi perbedaan yang besar dilakukan perawatan atau curing  beton dengan karung basah selama 14 hari.

  1. PCI Girder

a. Penggunaan Balok PCI Garder

Struktur atas causeway Proyek Jembatan Suramadu menggunakan balok PCI Girder berkekuatan beton K-500, dengan panjang 40 meter, yang terbagi menjadi 7 segmen. Pembagian ini mengingat kondisi lapangan yang tidak memungkinkan, untuk memindahkan balok PCI Girder tersebut secara utuh –sesuai panjang bentang–, dari lokasi pembuatan (pabrik) ke lokasi pemasangan. Selanjutnya dilakukan post tension dengan menggabungkan beberapa segmen balok untuk kemudian disatukan dengan menggunakan perekat dan ditegangkan (stressing).

b. Stressing Girder

Hal penting yang harus diperhatikan dalam pembuatan PCI Girder ini adalah elevasi stressing bed. Lokasi post tensioning harus diusahakan sedatar mungkin agar tidak menyebabkan girder mengalami perpindahan dalam arah lateral. Setelah itu ketujuh segmen balok girder yang telah menjadi satu kesatuan, dijajarkan sesuai bagiannya. Sebelumnya dipersiapkan terlebih dahulu perletakan sementara untuk masing-masing segmen. Di bagian ujung pertemuan harus diberi oli atau pelumas agar balok dapat bergerak mengimbangi gaya pratekan yang diberikan. Kabel strand dipotong sesuai dengan kebutuhan di lapangan. Pemotongan diusahakan seminimal mungkin agar tidak ada kabel yang terbuang. Berikutnya kabel strand dimasukkan ke dalam duct secara manual pada tiap-tiap tendon sesuai dengan perencanaan. Lalu di pasang pengunci kabel strand di ujung kabel. Penegangan (stressing) dilakukan sampai tegangan 8.000 Psi dengan dilakukan pengontrol tegangan dan perpanjangan kabel. Pencatatan dilakukan pada setiap kenaikan tegangan 1.000-2.000Psi. Dan hasilnya dibandingkan dengan perhitungan teoritis yang dilakukan sebelum penarikan.

c. Erection Girder

Metode pelaksanaan pemasangan PCI Girder untuk sisi Surabaya dan Madura memiliki perbedaan. Hal ini disebabkan karena perbedaan kondisi setempat. Di sisi Madura, kedalaman laut relatif dalam dan tidak terpengaruh adanya pasang-surut air laut. Sedangkan di sisi Surabaya, kondisi laut cukup dangkal dan sangat terpengaruh pasang-surut. Hal ini menyebabkan sistem yang digunakan berbeda. Di sisi Surabaya digunakan metode ‘kura-kura’ atau roller , sedangkan di sisi Madura Menggunakan crane

Metode pelaksanaan pemasangan PCI Girder untuk sisi Surabaya dan Madura memiliki perbedaan. Hal ini disebabkan karena perbedaan kondisi setempat. Di sisi Madura, kedalaman laut relatif dalam dan tidak terpengaruh adanya pasang-surut air laut. Sedangkan di sisi Surabaya, kondisi laut cukup dangkal dan sangat terpengaruh pasang-surut. Hal ini menyebabkan sistem yang digunakan berbeda. Di sisi Surabaya digunakan metode ‘kura-kura’ atau roller , sedangkan di sisi Madura Menggunakan crane.

Panjang PCI Girder setelah terangkai adalah 40 meter, dengan tinggi 2,1 meter, dan berat 80 ton. PCI Girder tersebut didesain untuk hanya menerima beban vertikal dan tidak untuk menerima beban horisontal. Hal ini menyebabkan proses pengangkutan PCI Girder tersebut dari lokasi penyimpanan (stockyard) sampai ke lokasi pemasangan harus dibuat sedatar dan selurus mungkin. Ini untuk menghindarkan terjadinya gaya horisontal akibat gerakan truk yang berlebihan yang dapat menyebabkan balok girder patah. Tahapan pemindahan girder dimulai dengan pengangkatan menggunakan dua crane dan diletakkan pada boogy . Girder tersebut kemudian diangkut dengan boogy ke masingmasing pier. Proses selanjutnya adalah pemindahan dari boogy ke pile cap yang dilaksanakan dengan metode yang berbeda antara sisi Surabaya dan sisi Madura.

  1. Diafragma And Deck Slab

Diafragma adalah elemen struktur yang berfungsi untuk memberikan ikatan antara PCI Girder sehingga akan memberikan kestabilan pada masing PCI Girder dalam arah horisontal. Sistem difragma yang digunakan pada causeway Jembatan Suramadu adalah sistem pracetak. Pengikatan tersebut dilakukan dalam bentuk pemberian stressing pada diafragma dan PCI Girder sehingga dapat bekerja sebagai satu kesatuan. Deck slab merupakan elemen non-struktural yang berfungsi sebagai lantai kerja dan bekisting bagi plat lantai jembatan. Deck slab tersebut dibuat dari beton dengan mutu K-350.

E. Approach Bridge

Untuk bangunan atas menggunakan beton Presstressed Box Girder dengan bentang 80 meter sebanyak 7 bentang, baik untuk sisi Surabaya maupun sisi Madura. Sedangkan struktur bawah terdiri dari pondasi bored pile berdiameter 180 cm dengan panjang 60-90 meter

Main Bridge

Pembagian Lajur Jalan

Lebar Jembatan = 2 x 15.0 m
Lajur kendaraan = 2 x 2 x 3.50 m
Lajur lambat (darurat) = 2 x 2.75 m
Kelandaian maksimum = 3%
Lajur kendaraan

  • Kendaraan roda 4 terdiri dari 4 lajur cepat dan 2 lajur darurat
  • Kendaraan roda 2 terdiri dari 2 lajur

Konstruksi Pylon bentang utama setinggi 146 meter, dengan menggunakan borepile berdiameter 2,4 meter dengan kedalaman 71 meter, Ketinggian vertikal bebas (untuk navigasi) bentang utama adalah 35 meter dari permukaan laut.