Konstruksi Hybrid Jembatan Gärtnerplatz

Jembatan Gärtnerplatz

Jembatan Gärtnerplatz di Kassel-Jerman merupakan aplikasi Ultra High Performance Concrete (UHPC) hasil penelitian dan pengembangan selama satu dasawarsa dibidang UHPC di University of Kassel. Research grant tahun 2008 dari Konrad Adenauer Foundation (Jerman) yang berhasil diperoleh penulis, mengantarkan penulis untuk mendapatkan kesempatan melakukan penelitian dibidang UHPC di University of Kassel. Penulis bekerja sebagai peneliti tamu di Institute of Structural Engineering dengan Prof. Dr.-Ing, E. Fehling sebagai direktur bidang struktur beton.

Salah satu milestone setelah 10 tahun penelitian dan pengembangan dibidang UHPC adalah digunakannya UHPC pada jembatan pejalan kaki Gärtnerplatz di Kassel yang melintasi sungai Fulda sepanjang 133 m. Pilar jembatan dibagi dalam 6 bentang : 19,2 – 24,0 – 21,0 – 36,0 – 21,0 – 12,0 m dengan lebar jembatan 5,0 m. Jembatan Gärtnerplatz merupakan jembatan yang pertama kali nya di Jerman diijinkan dibangun dengan menggunakan UHPC, dan selesai dibangun pada bulan Juli 2007. Jerman termasuk negara yang belum memasukkan UHPC dalam standard perencanaan untuk beton (DIN 1045), maka untuk penggunaan UHPC dalam konstruksi diperlukan ijin khusus untuk mengevaluasi kekuatan, keamanan dan durability UHPC. Team peneliti dari University of Kassel dibawah pimpinan Prof. Fehling dan Prof. Schmidt yang selama 10 tahun mengembangkan UHPC, dapat membuktikan dari hasil hasil penelitian mereka selama ini bahwa UHPC memenuhi syarat keamanan dan layak untuk dipakai pada jembatan ini.

Apakah Ultra High Performance Concrete ?
UHPC merupakan produk dari material konstruksi High Tech, yang memungkinkan dihasilkannya beton dengan kekuatan sangat tinggi, dimana kuat tekan beton menyamai kekuatan baja, yaitu dapat mencapai 200 – 250 N/mm² (MPa). Sebagai perbandingan di Indonesia kuat tekan beton yang dipakai sampai saat ini maksimum 70 N/mm², dan baja konstruksi mempunyai kekuatan 240 N/mm² . Adapun kata Ultra Performance lebih cocok digunakan daripada kata Ultra Strength, karena UHPC selain memberikan kekuatan jauh lebih tinggi daripada beton normal, ternyata memberikan performance yang jauh lebih baik seperti perlindungan terhadap bahaya korosi pada tulangan, ketahanan abrasi terhadap zat zat kimia yang berbahaya dan durability daripada beton normal.

Sistem Beton UHPC/Stahl

Disebut High – Tech karena desain campuran UHPC adalah berbasis Teknologi Nano dimana harus diperhatikan penggunaan partikel partikel UHPC yang mempunyai ukuran dalam rentang ukuran nanometer disingkat nm (submikrokopis). Satu nanometer adalah sepermilliard meter. Melalui teknologi nano ini akan diperoleh material beton yang sangat padat, dimana pori pori dari beton lebih kecil daripada ukuran kapiler, yaitu berada dalam ukuran 0,002 µm atau sebesar 2 nm. Praktis akan diperoleh material dengan susunan struktur yang homogen.

Tingginya kekuatan beton yang dihasilkan dari suatu mix design UHPC dipengaruhi oleh beberapa hal pokok:

• Rendahnya perbandingan air dan semen yang digunakan, yaitu lebih rendah dari 0,25.
• Penggunaan semen dengan bahan tambahan dari kelompok bahan mineral seperti mikro silika.
• Agregat halus : pasir dengan diameter 0,125 – 0,50 mm
• Partikel sangat halus yaitu tepung quarz.
• Superplastisizer.

Dalam campuran UHPC ditambahkan serat baja ataupun serat polypropylene agar UHPC dapat mencapai daktilitas yang cukup untuk mencegah terjadinya keruntuhan yang bersifat tiba tiba.

Karena kekuatannya sangat tinggi penggunaan UHPC memungkinkan dihasilkannya struktur beton yang ringan dan ramping, yang berarti dapat menghemat sumber daya alam dan enerji. Ringannya berat sendiri struktur memungkinkan dicapainya bentang struktur yang lebih lebar dan bertambahnya tingginya bangunan. UHPC merupakan beton yang sangat padat sehingga dapat melindungi tulangan baja terhadap bahaya korosi, sehingga menjamin durability struktur.

Jembatan Gärtnerplatz
Jembatan Gärtnerplatz yang dibangun melintasi sungai Fulda di Kassel praktis adalah realisasi dari hasil penelitian UHPC di University of Kassel selama 10 tahun, yang menggunakan hasil pengembangan desain campuran UHPC dengan nama M1Q, M2Q. Bahan bahan material yang digunakan untuk campuran UHPC dapat diperoleh secara lokal. Desain campuran M1Q dan M2Q dibantu dengan curing pemanasan pada suhu 90° C selama 48 jam akan menghasilkan kuat tekan beton rata rata sebesar 195 N/mm².

Jembatan sepanjang 132 m ini direncanakan untuk menggantikan jembatan kayu, tanpa harus mengganti pondasi dan pilar yang sudah ada. Untuk itu perlu desain struktur yang berat sendirinya tidak melebihi struktur jembatan kayu.

Struktur jembatan disebut sebagai konstruksi hybrid karena terdiri dari struktur baja dan struktur UHPC. Struktur baja terdiri dari rangka batang 3 dimensi berbentuk segitiga terbuat dari pipa baja, yang dengan high tension bolt dihubungkan pada 2 balok menerus paralel terbuat dari UHPC sebagai Upper Chord dari badan jembatan.

Tampak struktur jembatan dengan pipa baja sebagai struktur rangka dan dengan balok UHPC sebagai upper chord

Penampang balok UHPC ini sangat ramping berukuran 30 x 40 cm dengan panjang bentang segmen antara 12 m dan 36 m. Balok upper chord dibuat sebagai beton pracetak dilengkapi dengan kabel prategang unbonded St 1570/1770 . Keseluruhan enam segmen badan jembatan dibuat secara pre-pabrikasi untuk kemudian dikirim dan di montase di lokasi.

Desain struktur jembatan adalah sebagai struktur menerus, antara segmen dihubungkan dengan menggunakan sistem sambungan penuh dengan High Tension Bolt.

Sambungan rekatan pelat lantai UHPC dengan balok upper chord UHPC dan detail pertemuan batang diagonal rangka baja dengan upper chord UHPC.

Diatas 2 balok paralel upper chord diletakkan pelat untuk lantai jembatan dengan lebar 5,0 m dan panjang segmen pelat 2,0 m. Pelat terbuat dari UHPC sebagai beton pracetak dengan sistem pretension. Tebal pelat lantai 12 cm pada bagian tengah dan 8 cm pada bagian tepi , sehingga dapat diperoleh kemiringan lantai yang diperlukan. Dengan perbandingan tebal pelat terhadap lebar jembatan sebesar 1/40 tergolong sebagai struktur pelat yang tipis. Untuk pemasangan pelat pracetak diatas upper chord tidaklah digunakan sambungan mekanis, tapi pelat ini direkatkan pada balok upperchord dengan mengunakan pasta epoxy (2-K-Epoxidharz Sikadur 30) .

Pekerjaan untuk merekatkan lantai Jembatan diatas upper chord, dengan menggunakan epoxy

Setelah pemasangan pelat lantai selesai, maka kabel prategang yang terdapat pada kedua balok upper chord ditarik dan diangkur sebagai unbonded prategang. Melalui sambungan rekatan epoxy gaya prategang pada upper chord akan tersalurkan pada pelat lantai. Dengan demikian pada jembatan Gärtnerplatz untuk pertama kalinya di dunia digunakan sistem rekatan dengan menggunakan epoxy untuk menyambung elemen2 struktur beton secara permanen.

Penggunaan UHPC dan baja yang bersama sama membentuk struktur hybrid, selain memberikan effek estetika sebagai jembatan pejalan kaki yang ringan dan ramping, juga membawa keuntungan ekonomis, bahwa strukur jembatan tersebu tidak memerlukan pondasi dan pilar baru.

Keberhasilan pembangunan jembatan Gärnerplatzt memperlihatkan keberhasilan Link and Match antara industri dan universitas, dimana hasil hasil penelitian bertahun-tahun di universitas dapat diaplikasikan pada dunia industri. Atas kebrhasilan ini, pemerintah memberikan penghargaan ”Deutschland Land der Ideen 2007” yang merupakan penghargaan atas kreatifitas dan imajinasi bagi para peneliti dan profesional di University of Kassel.

Melalui kerja sama dengan Prof. Fehling dan Prof. Schmidt sebagai nara sumber, maka akan dilakukan juga penelitian dan pengembangan UHPC di Teknik Sipil UPH, dengan menggunakan material material lokal yang ada, agar UHPC dapat juga digunakan di Indonesia sebagai bahan konstruksi yang handal.

Penulis : Prof. Dr.-Ing. Harianto Hardjasaputra

Guru Besar Teknik Sipil Universitas Pelita Harapan

E-Mail: Hardja @yahoo.com