ANALISIS PERILAKU DINAMIKA STRUKTUR JEMBATAN BOX GIRDER MENERUS DENGAN VARIASI BENTANG
DEVIANA MATUDILIFA YUSUF
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015
ii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Perilaku Dinamika Struktur Jembatan Box Girder Menerus dengan Variasi Bentang adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Juli 2015 Deviana Matudilifa Yusuf NIM F44110008
ii
ABSTRAK DEVIANA MATUDILIFA YUSUF. Analisis Perilaku Dinamika Struktur Jembatan Box Girder Menerus dengan Variasi Bentang. Dibimbing oleh MUHAMMAD FAUZAN. Jembatan box girder banyak dijumpai pada jembatan bentang panjang. Struktur atas jembatan bentang panjang perlu dibagi menjadi beberapa kelompok span untuk mengurangi defleksi. Perhitungan pengaruh gempa pada jembatan diperlukan karena Indonesia terletak pada zona tektonik yang sangat aktif. Tujuan penelitian ini yaitu menganalisis besarnya periode getar dan kekakuan jembatan, menganalisis pengaruh variasi panjang bentang terhadap perilaku dinamika struktur, serta membandingkan pengaruh penggunaan spektrum respon terhadap gaya geser dasar. Preliminary design mengacu pada AASHTO 2012 dan SNI T12-2004. Pembebanan yang digunakan yaitu beban mati. Grafik spektrum respon berdasarkan akselerogram gempa dibuat dengan menggunakan program SeismoMatch v 1.3. Analisis perilaku dinamika struktur dihitung dengan bantuan program MIDAS Civil. Jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span memiliki nilai periode getar alami yang sama. Jembatan 6 span memiliki nilai massa dan kekakuan terbesar dibandingkan jembatan lainnya. Mode getar yang dialami ketiga jembatan memiliki keseragaman. Pada arah x, jembatan 4 span dan 5 span memperoleh partisipasi massa >90% pada mode ke-6 sementara jembatan 6 span pada mode ke-7. Pada arah y, ketiga jembatan memperoleh partisipasi massa >90% pada mode ke-1. Jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span dapat dianalisis dengan menggunakan metode statik ekuivalen. Grafik spektrum respon berdasarkan akselerogram gempa lebih sesuai untuk digunakan dalam perhitungan gaya geser dasar dibandingkan dengan berdasarkan RSNI 2833:2013. Kata kunci: akselerogram, box girder, dinamika struktur, spektrum respon, variasi bentang
ABSTRACT DEVIANA MATUDILIFA YUSUF. Structure Dynamics Analysis of Continuous Box Girder Bridge with Length Variation. Supervised by MUHAMMAD FAUZAN. Box girder bridges are often found on long span bridges. Long span bridge needs to be divided into several groups of span to reduce deflection. Earthquake effect needs to be observed because Indonesia is located in a highly active tectonic zone. The purposes of this study are analyzing period and stiffness value, analyzing length variation effects on structure dynamics, as well as comparing the use effect of response spectrum on the base shear. Preliminary design had done based on AASHTO 2012 and SNI T-12-2004. The used load is dead load. Response spectrum based on earthquake accelerogram created using SeismoMatch v 1.3 program. Analysis of the structure dynamics were calculated with the help of MIDAS Civil program. The 4 span, 5 span, and 6 span bridges have a same natural period. Mass and stiffness of 6 span bridge has the greatest
value compared to the others. Mode shapes of 4 span, 5 span, and 6 span bridges are similar. In the x direction, 4 span and 5 span bridges obtaining >90% mass participation in the 6th mode while 6 span bridge on the 7th mode. In the y direction, all bridges obtaining >90% mass participation in the 1st mode. Those bridges can be analyzed using equivalent static method. The use of response spectrum graphs based on earthquake accelerogram is more suitable for base shear calculation compared with response spectrum graphs based on RSNI 2833:2013. Keywords: accelerogram, box girder, length variation, response spectrum, structure dynamics
iv
ANALISIS PERILAKU DINAMIKA STRUKTUR JEMBATAN BOX GIRDER MENERUS DENGAN VARIASI BENTAN
DEVIANA MATUDILIFA YUSUF
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015
vi
viii
PRAKATA Puji dan syukur dipanjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian yang mulai dilaksanakan sejak bulan Februari hingga Mei 2015 ini berjudul Analisis Perilaku Dinamika Struktur Jembatan Box Girder Menerus dengan Variasi Bentang. Penelitian dan penyusunan skripsi ini dapat diselesaikan atas dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, ucapan terima kasih disampaikan kepada: 1. Bapak Muhammad Fauzan, ST MT selaku dosen pembimbing yang senantiasa membimbing dan mengarahkan dalam menyelesaikan skripsi, memberikan banyak ilmu, serta memberikan masukan yang sangat bermanfaat. 2. Dr Ir Nora H. Pandjaitan, DEA serta Dr Ir Meiske Widyarti, MEng selaku dosen penguji yang telah memberikan masukan bermanfaat dalam penyelesaian skripsi ini. 3. Staf Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika yang telah memberikan informasi terkait akselerogram gempa Padang, 30 September 2009. 4. Orang tua, kakak-kakak, serta keluarga atas dukungan dan doanya. 5. Staf Tata Usaha Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan dan Staf Tata Usaha Fakultas Teknologi Pertanian atas bantuan administrasi yang diberikan. 6. Teman-teman satu bimbingan Sisca Rizki Utami dan Three Yunarietti Bakara atas dukungan dan bantuannya dalam penyelesaikan skripsi ini. 7. Teman-teman Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Pertanian Bogor angkatan 48 (SIL 48) serta sahabat-sahabat lainnya untuk setiap semangat dan dukungannya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan memberikan kontribusi yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang Teknik Sipil dan Lingkungan.
Bogor, Juli 2015 Deviana Matudilifa Yusuf
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vii
DAFTAR NOTASI
vii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
3
Jembatan Box Girder
3
Standar Pembebanan
4
Sistem Derajat Kebebasan Tunggal
5
Parameter Dinamik
6
Metode Analisis Perilaku Dinamika Struktur
7
METODE
10
Waktu dan Tempat
10
Alat dan Bahan
10
Tahapan Penelitian
10
HASIL DAN PEMBAHASAN
13
Perencanaan Struktur Jembatan
13
Input Pembebanan
16
Periode Getar Alami
16
Mode Getar dan Partisipasi Massa
19
Gaya Geser Dasar (Base Shear)
21
SIMPULAN DAN SARAN
23
Simpulan
23
Saran
24
DAFTAR PUSTAKA
24
LAMPIRAN
25
RIWAYAT HIDUP
31
x
DAFTAR TABEL 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Berat isi untuk beban mati Penentuan kelas situs tanah Faktor amplifikasi untuk PGA dan 0.2 detik (FPGA/Fa) Faktor amplifikasi untuk periode 1 detik (Fv) Perilaku dinamika struktur Massa, kekakuan, dan periode getar alami jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span Hasil perhitungan spektrum respon Partisipasi massa arah x Partisipasi massa arah y Perbandingan nilai gaya geser dasar
4 8 9 9 17 17 18 20 21 23
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Jembatan box girder Modelisasi SDOF Modelisasi kesetimbangan dinamik SDOF Tipikal spektrum respon gempa rencana Diagram alir penelitian Penampang box girder Dimensi box girder Dimensi kolom Penampang melintang jembatan Jembatan bentang 160 m (4 span) Jembatan bentang 200 m (5 span) Jembatan bentang 240 m (6 span) Hubungan antara kekakuan (kN/m) dan jumlah span Spektrum respon gempa rencana Mode getar jembatan 4 span Mode getar jembatan 5 span Mode getar jembatan 6 span Spektrum respon gempa berdasarkan RSNI 2833:2013 dan akselerogram gempa Padang 19 Gaya geser dasar jembatan dengan menggunakan spektrum respon gempa berdasarkan RSNI 2833:2013 20 Gaya geser dasar jembatan dengan menggunakan spektrum respon gempa berdasarkan akselerogram gempa Padang
3 5 6 9 12 13 14 15 15 15 15 16 17 18 19 19 20 21 22 22
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4
Peta Hazard Gempa Indonesia untuk nilai PGA Peta Hazard Gempa Indonesia untuk nilai RSP 0.2 detik Peta Hazard Gempa Indonesia untuk nilai RSP 1.0 detik Diagram alir penentuan grafik spektrum respon gempa rencana berdasarkan RSNI 2833:2013 6 Diagram alir penentuan grafik spektrum respon gempa berdasarkan akselerogram gempa Padang 30 September 2009 7 Skema jembatan box girder menerus
25 26 27 28 29 30
DAFTAR NOTASI A c f
g k L m
T W wc ω y ̇ ̈
luas penampang (m2) koefisien percepatan puncak muka tanah (g) peredam (N det/m) koefisien gempa frekuensi getaran (Hz) faktor amplifikasi terkait percepatan yang mewakili getaran periode 0.2 detik faktor amplifikasi terkait percepatan yang mewakili getaran periode 0 detik faktor amplifikasi terkait percepatan yang mewakili getaran periode 1 detik percepatan gravitasi (m/det2) kekakuan (kN/m) bentang jembatan (m) massa (kg) beban dinamis (kN) percepatan puncak batuan dasar (g) nilai spektrum permukaan tanah pada periode 0.2 detik (g) nilai spektrum permukaan tanah pada periode 1 detik (g) nilai spektrum percepatan untuk periode pendek 0.2 detik di batuan dasar (g) nilai spektrum percepatan untuk periode 1.0 detik di batuan dasar (g) periode getar (det) gaya geser dasar (kN) berat sendiri struktur (N) berat komponen persatuan volume (kN/m3) frekuensi alami (rad/det) perpindahan (m) kecepatan gerakan (m/det) percepatan gerakan (m/det2)
xii
PENDAHULUAN Latar Belakang Pertumbuhan penduduk serta peningkatan aktivitas perekonomian yang terjadi dewasa ini menuntut tersedianya prasarana transportasi yang memadai. Prasarana transportasi yang baik dapat mendukung proses mobilitas penduduk serta pergerakan arus barang dan jasa. Untuk itu, berbagai prasarana transportasi perlu tersedia dengan baik, termasuk di antaranya jembatan. Jembatan merupakan konstruksi yang menghubungkan rute transportasi yang terpisah oleh adanya rintangan-rintangan seperti lembah yang dalam, alur sungai, danau, saluran irigasi, kali, jalan kereta api, jalan raya yang melintang tidak sebidang, dan lain sebagainya. Sebagai salah satu infrastruktur dalam jaringan transportasi, keberadaan jembatan menjadi hal yang signifikan dalam mendukung kegiatan pembangunan nasional. Oleh sebab itu, kegiatan perencanaan, pembangunan, maupun pemeliharaan jembatan perlu dilakukan secara matang. Penentuan jenis jembatan merupakan upaya yang penting dalam perencanaan jembatan. Dewasa ini, jembatan gelagar dengan profil box girder banyak dijumpai di area perkotaan sebagai jalan layang bebas hambatan (tol). Jembatan box girder memiliki nilai estetika yang tinggi, ketahanan torsi yang lebih baik, serta bersifat ekonomis terutama untuk jembatan dengan bentang panjang. Tetapi, jembatan dengan bentang yang panjang dapat menyebabkan terjadinya defleksi yang besar. Untuk itu, struktur atas jembatan perlu dibagi ke dalam beberapa kelompok span yang dihubungkan oleh expansion joints. Perhitungan beban gempa sebagai aksi lingkungan juga menjadi salah satu elemen penting dalam perencanaan jembatan karena Indonesia merupakan salah satu negara yang terletak pada zona tektonik yang sangat aktif. Keberadaan interaksi antarlempeng di wilayah Indonesia menempatkan Indonesia sebagai wilayah rawan gempa.
Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut, rumusan masalah dapat diuraikan sebagai berikut: 1. Analisis besarnya periode getar dan kekakuan yang dialami jembatan box girder menerus. 2. Pengaruh variasi panjang bentang terhadap perilaku dinamika struktur jembatan box girder menerus. 3. Pengaruh penggunaan spektrum respon gempa berdasarkan RSNI 2833:2013 dan berdasarkan akselerogram gempa terhadap gaya geser dasar.
2 Tujuan Penelitian Penelitian ini memiliki tujuan sebagai berikut: 1. Menganalisis besarnya periode getar dan kekakuan yang dialami jembatan box girder menerus. 2. Menganalisis pengaruh variasi panjang bentang terhadap perilaku dinamika struktur jembatan box girder menerus. 3. Membandingkan pengaruh penggunaan spektrum respon gempa berdasarkan RSNI 2833:2013 dan berdasarkan akselerogram gempa terhadap gaya geser dasar.
Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah mengaplikasikan ilmu pengetahuan di bidang Teknik Sipil dan Lingkungan. Selain itu, hasil dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi masukan atau alternatif pemilihan panjang bentang (variasi span) dalam teknik perencanaan jembatan menerus dengan profil box girder.
Ruang Lingkup Penelitian 1. 2.
3. 4. 5.
6. 7.
Penelitian dilakukan dengan ruang lingkup sebagai berikut: Struktur jembatan yang ditinjau adalah pier dan box girder. Perhitungan dan analisis perilaku dinamika struktur dilakukan dengan menggunakan beban permanen (berat sendiri dan beban mati tambahan) berdasarkan peraturan Pembebanan untuk Jembatan (SNI T-02-2005) Pada perhitungan perilaku dinamika struktur, kabel prategang diasumsikan telah terpasang pada jembatan box girder menerus. Perencanaan jembatan dilakukan dengan acuan AASHTO 2012, serta Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan (SNI T-12-2004). Analisis perilaku dinamika struktur dilakukan berdasarkan Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Jembatan (SNI 2833:2008 dan RSNI 2833:2013) serta Peta Hazard Gempa Indonesia 2010. Analisis perilaku dinamika struktur pada jembatan box girder menerus dilakukan dengan bantuan program MIDAS Civil. Analisis perilaku dinamika struktur dilakukan pada 3 variasi jembatan yaitu jembatan 4 span (160 m), 5 span (200 m), dan 6 span (240 m). Pengambilan variasi jembatan dilakukan berdasarkan kategori jembatan beraturan sesuai dengan ketentuan RSNI 2833:2013. Jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span merupakan variasi yang banyak digunakan pada kegiatan di lapangan.
3
TINJAUAN PUSTAKA Jembatan Box Girder Jembatan box girder adalah sebuah jembatan dimana struktur atas jembatan terdiri dari balok-balok penopang utama yang berbentuk kotak berongga. Box girder biasanya terdiri dari elemen beton pratekan, baja struktural atau komposit baja, dan beton bertulang (Murjanto 2011). Penggunaan jembatan box girder mulai banyak dijumpai karena box girder memiliki beberapa kelebihan. Murjanto (2011) mengemukakan salah satu keuntungan dari jembatan box girder yaitu memiliki ketahanan torsi yang lebih baik, yang sangat bermanfaat untuk aplikasi jembatan yang melengkung. Tinggi elemen box girder dapat dibuat konstan maupun bervariasi. Siallagan dan Tarigan (2013) mengemukakan bahwa jembatan box girder bersifat lebih ekonomis untuk bentang yang panjang dan besar, interiornya dapat digunakan untuk penggunaan lain (jalur pipa gas/air) selain untuk menopang beban luar, dan memiliki nilai estetika yang dapat menambah keindahan struktur itu sendiri.
Sumber: Veronica (2013)
Gambar 1 Jembatan box girder Mengacu pada Manual Konstruksi dan Bangunan, Pemeliharaan Jembatan Box Girder Beton, jembatan ini dilengkapi dengan bagian-bagian seperti kepala jembatan (abutment), kolom (pier), gelagar kotak (box girder), lock up device, modular expansion joint, dan mechanical bearing. Abutment merupakan bangunan bawah jembatan yang terletak pada kedua ujung jembatan yang berfungsi memikul reaksi beban pada ujung jembatan dan sebagai dinding penahan tanah. Kolom (pier) adalah bagian jembatan yang akan menerima gaya yang diakibatkan bentang jembatan serta berat box girder itu sendiri. Gelagar yang digunakan pada jembatan memiliki profil box girder yang penampangnya dapat berbentuk persegi ataupun trapesium. Lock up device merupakan bagian dari jembatan yang berfungsi untuk memberikan hubungan yang kaku (rigid link) antara dek jembatan dengan abutment atau kolom jembatan. Oleh karena adanya lock up device, akibat dari beban yang cepat dengan durasi yang pendek seperti gempa dan tabrakan rem akan disalurkan ke perletakan. Modular expansion joint berfungsi untuk mengakomodasi pergerakan yang relatif besar. Umumnya, pada jembatan bentang panjang, pergerakan pada dek jembatan akan selalu terjadi dan harus diakomodasi
4 dengan baik. Tipe perletakan yang umumnya digunakan pada jembatan bentang panjang adalah perletakan yang mempunyai kemampuan menahan gaya yang besar seperti point bearing dan spherical bearing (Murjanto 2011). Jembatan box girder merupakan salah satu jenis jembatan gelagar. Box girder terutama digunakan sebagai gelagar jembatan. Jenis gelagar ini biasanya dipakai sebagai bagian dari gelagar segmental yang kemudian disatukan oleh sistem prategang post-tensioning (Arubilla dan Krisniawati 2008). Beton prategang adalah jenis beton dimana tulangan bajanya ditarik/ditegangkan terhadap betonnya. Penarikan ini menghasilkan sistem kesetimbangan pada tegangan dalam (tarik pada baja dan tekan pada beton) yang akan meningkatkan kemampuan beton menahan beban luar (Supriyadi dan Muntohar 2007). Karena beton cukup kuat dan daktail terhadap tekanan dan sebaliknya lemah serta rapuh terhadap tarikan, maka kemampuan menahan beban luar dapat ditingkatkan dengan pemberian pratekanan (Collins dan Mitchel 1953).
Standar Pembebanan Jenis-jenis beban yang perlu diperhitungkan dalam merancang suatu jembatan ditentukan berdasarkan SNI T-02-2005 tentang Standar Pembebanan untuk Jembatan. Analisis perilaku dinamika struktur hanya memperhitungkan beban mati sebagai masukan. Beban mati terdiri dari berat sendiri dan beban mati tambahan. Berat Sendiri Berat sendiri struktur, merupakan semua beban tetap yang berasal dari berat bangunan dan elemen-elemen struktural lain yang dipikulnya. Termasuk dalam hal ini adalah berat bahan dan bagian jembatan yang merupakan elemen struktural ditambah dengan elemen nonstruktural yang dianggap tetap. Perhitungan berat sendiri dapat dilakukan menggunakan Persamaan (1). ………………………………………………………………. a
Sumber: SNI T-02-2005.
Berat isi untuk berbagai jenis bahan dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Berat isi untuk beban mati No
Bahan
Berat/Satuan isi (kN/m3)
Kerapatan massa (kg/m3)
26.27
2720
1
Campuran aluminium
2
Lapisan permukaan beraspal
22
2240
3
Besi tuang
71
7200
4
Timbunan tanah dipadatkan
17.2
1760
5
Kerikil dipadatkan
18.8-22.7
1920-2320
6
Aspal beton
7
Beton ringan
8
22
2240
12.25-19.6
1250-2000
Beton
22-25
2240-2560
9
Beton prategang
25-26
2560-2640
10
Beton bertulang
23.5-25.5
2400-2600
(1)
5 No
a
Bahan
Berat/Satuan isi (kN/m3)
Kerapatan massa (kg/m3)
11
Timbal
111
11400
12
Lempung lepas
12.5
1280
13
Batu pasang
23.5
2400
14
Neoprin
11.3
1150
15
Pasir kering
15.7-17.2
1600-1760
16
Pasir basah
18-18.8
1840-1920
17
Lumpur lunak
17.2
1760
18
Baja
77
7850
19
Kayu (ringan)
7.8
800
20
Kayu (keras)
11
1120
21
Air murni
9.8
1000
22
Air garam
10
1025
75.5
7860
23 Besi tempa Sumber: SNI T-02-2005.
Beban Mati Tambahan Beban mati tambahan adalah berat seluruh bahan yang membentuk suatu beban pada jembatan yang merupakan elemen nonstruktural, dan besarnya dapat berubah selama umur jembatan. Beban mati tambahan dapat berupa utilitas pada saat pengerjaan jembatan, berat pelapisan kembali permukaan jembatan, parapet, trotoar, lampu jembatan, pipa air serta sarana lainnya yang dipikul langsung oleh jembatan.
Sistem Derajat Kebebasan Tunggal Derajat kebebasan (degree of freedom) adalah derajat impedensi yang diperlukan untuk menyatakan posisi suatu sistem pada setiap saat. Derajat kebebasan juga dapat diartikan sebagai jumlah koordinat yang diperlukan untuk menyatakan posisi suatu massa pada saat tertentu. Sistem derajat kebebasan tunggal atau Single Degree of Freedom (SDOF) hanya akan mempunyai satu koordinat yang diperlukan untuk menyatakan posisi massa pada saat tertentu yang ditinjau. Jembatan adalah salah satu contoh struktur dengan derajat kebebasan tunggal. Model sistem SDOF terdiri dari massa, kekakuan, dan redaman seperti terlihat pada Gambar 2.
Sumber: Paz (1993)
Gambar 2 Modelisasi SDOF
6 Pemodelan pada Gambar 2 dapat memperlihatkan gaya-gaya yang dialami struktur. Massa keseluruhan sistem (m) dari sistem ini dicakup dalam balok tegar terhadap percepatan gerakan ( ̈ ). Tahanan elastik terhadap perpindahan diberikan oleh pegas tanpa bobot dengan kekakuan (k) terhadap perpindahan gerakan (y), sedangkan mekanisme kehilangan energi digambarkan oleh peredam (c) terhadap kecepatan gerakan ( ̇ ). Mekanisme pembebanan luar yang menimbulkan respon dinamik pada sistem dengan berbentuk beban p(t) yang berubah menurut waktu, dapat dinyatakan sebagai Persamaan (2). ̈ a
̇
………………………………………………........
(2)
Sumber: Paz (1993).
Sumber: Rifki (2011)
Gambar 3 Modelisasi kesetimbangan dinamik SDOF
Parameter Dinamik Periode Getar Periode getar alami struktur merupakan besarnya waktu yang diperlukan struktur untuk bergetar satu siklus tanpa adanya gaya luar. Periode getar dinyatakan dalam satuan detik. Nilai periode getar alami struktur menentukan besarnya faktor respon gempa terhadap struktur. Periode getar alami merupakan fungsi massa (m) dan kekakuan (k) seperti terlihat pada Persamaan (3). √
√ a
…………………….…………………………........
(3)
Sumber: RSNI 2833:2013.
Resonansi merupakan suatu keadaan pada saat frekuensi gaya luar sama dengan salah satu frekuensi alami pada struktur yang dapat menyebabkan getaran yang besar dan berbahaya. Oleh sebab itu, nilai periode getar alami struktur perlu diketahui untuk menghindari peristiwa resonansi tersebut. Hubungan antara periode getar dengan frekuensi dapat dinyatakan dengan hubungan seperti pada Persamaan (4). ………….…………………….………………………….......... (4) a
Sumber: Rifki (2011).
7 Besarnya periode getar alami struktur akan mempengaruhi nilai faktor respon gempanya. Faktor respon gempa dalam hal ini ditunjukkan melalui nilai koefisien gempa. Koefisien gempa (C) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (5), Persamaan (6), dan Persamaan (7). ………………………… untuk T < T0
(5)
………………………… untuk T0 ≤ T ≤ TS
(6)
………………………… untuk T >TS
(7)
dimana ………….…………………….…………………………....
(8)
………….…………………….………………………….... (9) ………….…………………….………………………….... (10) ………….…………………….………………………….... (11) ………….…………………….………………………….... (12) a
Sumber: RSNI 2833:2013.
Gaya Geser Dasar Gaya geser dasar nominal statik ekuivalen V yang terjadi di tingkat dasar dihitung menurut Persamaan (13). ………….…………………….………………………….... (13) a
Sumber: RSNI 2833:2013.
dimana C adalah nilai faktor respon gempa yang didapat dari spektrum respon gempa untuk waktu getar alami fundamental, faktor modifikasi respon R, dan W adalah berat total jembatan.
Metode Analisis Perilaku Dinamika Struktur Perencanaan jembatan akan ketahanan gempa dapat dilakukan melalui beragam metode. Secara umum analisis struktur terhadap beban gempa terbagi ke dalam dua macam metode, yaitu analisis beban statik ekuivalen dan analisis dinamik. Analisis beban statik ekuivalen adalah suatu cara analisis struktur dimana pengaruh gempa pada struktur dianggap sebagai beban statik horizontal yang diperoleh dengan hanya memperhitungkan respon ragam getar yang pertama. Analisis dinamik adalah analisis struktur dimana pembagian gaya geser gempa di seluruh tingkat diperoleh dengan memperhitungkan pengaruh dinamis gerakan tanah terhadap struktur. Salah satu metode analisis dinamis yang dapat digunakan dalam menghitung ketahanan gempa yaitu analisis ragam spektrum respon. Pengaruh gerakan tanah pada struktur disajikan melalui spektrum respon. Mario Paz (1993) dalam bukunya mengemukakan bahwa spektrum respon adalah plat respon maksimum (perpindahan, kecepatan, percepatan maksimum ataupun
8 besaran yang diinginkan) dari fungsi beban tertentu untuk semua kemungkinan sistem berderajat kebebasan tunggal. Absis dari spektrum adalah frekuensi natural (periode) dari sistem dan ordinat adalah respon maksimum. Spektrum respon yang digunakan dalam perhitungan respon dinamik struktur dapat berupa spektrum respon gempa rencana (Gambar 4) dan spektrum respon berdasarkan akselerogram gempa yang sudah berlangsung. Perencanaan suatu struktur tahan gempa melalui spektrum gempa rencana perlu mempertimbangkan faktor percepatan puncak (PGA) serta spektrum respon percepatan di batuan dasar untuk periode pendek 0.2 detik (Ss) dan untuk periode 1.0 detik (S1). Ketiga nilai tersebut dapat diperoleh menggunakan Peta Hazard Gempa Indonesia 2010. Peta Hazard Gempa Indonesia 2010 dapat dilihat pada Lampiran 2, Lampiran 3, dan Lampiran 4. Penentuan kelas situs tanah (klasifikasi site) merupakan tahapan awal dalam perencanaan beban gempa. Kelas situs tanah dapat ditentukan berdasarkan Peta Hazard Gempa Indonesia 2010 yang tercantum pada Tabel 2. Tabel 2 Penentuan kelas situs tanah Kelas situs Vs (m/detik) SA (batuan keras) >1500 SB (batuan) 750-1500 SC (tanah keras) 350-750 SD (tanah sedang) 175-350 SE (tanah lunak) <175 a Sumber: Peta Hazard Gempa Indonesia 2010. b Vs: cepat rambat gelombang geser. c N: hasil uji penetrasi standar. d Su: kuat geser tak terdrainase. e N/A: tidak dapat dipakai.
N N/A N/A >50 15-50 <15
Su (kPa) N/A N/A >100 50-100 <50
Keterangan: Setiap profil tanah yang mengandung > 3m tanah dengan karakteristik sebagai berikut: 1. Indeks plastis PI > 20 2. Kadar air w ≥ 40% 3. Kadar geser niralir Su < 25kPa SF (tanah khusus) setiap profil lapisan tanah yang memiliki salah satu/lebih dari karakteristik berikut: 1. Rawan dan berpotensi gagal/runtuh akibat beban gempa mudah likuifikasi, lempung sangat sensitif, tanah tersegmentasi rendah 2. Lempung sangat organik/gambut H > 3m 3. Lempung berplatisitas sangat tinggi H > 7.5m dengan PI > 7.5 4. Lapisan lempung lunak/medium kaku H > 35m dengan Su < 50kPa Akselerasi spektrum respon puncak dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (10), Persamaan (11), dan Persamaan (12). Nilai Fa dan Fv untuk berbagai kelas situs disajikan pada Tabel 3 dan Tabel 4.
9 Tabel 3 Faktor amplifikasi untuk PGA dan 0.2 detik (FPGA/Fa) PGA ≤ 0.1 Ss ≤ 0.25 0.8 1.0 1.2 1.6 2.5
Kelas situs
PGA = 0.2 Ss = 0. 5 0.8 1.0 1.2 1.4 1.7
PGA = 0.3 Ss = 0.75 0.8 1.0 1.1 1.2 1.2 SS
PGA = 0.4 Ss = 1.0 0.8 1.0 1.0 1.1 0.9
PGA > 0.5 Ss ≥ 1.25 0.8 1.0 1.0 1.0 0.9
SA (batuan keras) SB (batuan) SC (tanah keras) SD (tanah sedang) SE (tanah lunak) SF (tanah khusus) a Sumber: RSNI 2833:2013. b PGA: percepatan puncak batuan dasar. c SS: nilai spektrum percepatan untuk periode pendek 0.2 detik di batuan dasar. d SS: lokasi yang memerlukan investigasi geoteknik dan analisis respons dinamik spesifik.
Tabel 4 Faktor amplifikasi untuk periode 1 detik (Fv) Kelas situs S1 ≤ 0.1 S1 = 0. 2 S1 = 0.3 S1 = 0.4 S1 ≥ 0. 5 SA (batuan keras) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 SB (batuan) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 SC (tanah keras) 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 SD (tanah sedang) 2.4 2.0 1.8 1.6 1.5 SE (tanah lunak) 3.5 3.2 2.8 2.4 2.4 SF (tanah khusus) SS a Sumber: RSNI 2833:2013. b S1: nilai spektrum percepatan untuk periode 1.0 detik di batuan dasar. c SS: lokasi yang memerlukan investigasi geoteknik dan analisis respons dinamik spesifik.
Pembuatan spektrum respon gempa dihitung melalui Persamaan (5), Persamaan (6), dan Persamaan (7) sehingga diperoleh Gambar 4.
Sumber: RSNI 2833:2013
Gambar 4 Tipikal spektrum respon gempa rencana Akselerogram gempa sebagai gerakan tanah masukan dimodifikasi berdasarkan wilayah frekuensi (frequency zone) sehingga sesuai dengan akselerasi standar spektrum respon gempa rencana. Gempa tipikal harus dipilih berdasarkan
10 kondisi tanah dan topografi yang serupa dengan lokasi jembatan, sehingga dapat dilakukan modifikasi amplitudo.
METODE Waktu dan Tempat Penelitian “Analisis Perilaku Dinamika Struktur Jembatan Box Girder Menerus dengan Variasi Bentang” dilaksanakan selama enam bulan, dari bulan Februari – Juli 2015. Penelitian dilakukan di laboratorium komputer Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan.
Alat dan Bahan Alat dan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1. Laptop 2. Program MIDAS Civil 3. Program AutoCAD 2010 4. Program SeismoMatch v 1.3 5. Program Ms.Office 2013 6. Akselerogram gempa Padang 30 September 2009 7. Peraturan-peraturan yang berkaitan dengan penelitian ini, yaitu: a. SNI T-02-2005 tentang Standar Pembebanan Struktur Jembatan b. SNI T-12-2004 tentang Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan c. SNI-1726-2002 tentang Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung d. SNI 2833:2008 tentang Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Jembatan e. RSNI 2833:2013 tentang Standar Perancangan Jembatan terhadap Beban Gempa f. Peta Hazard Gempa Indonesia 2010 g. AASHTO (The American Association of State Highway and Transportation Official) 2012
Tahapan Penelitian Diagram alir penelitian disajikan pada Gambar 5. Penelitian ini dilakukan melalui beberapa tahapan, antara lain: 1. Studi literatur dan pengumpulan data Pengumpulan berbagai literatur termasuk buku, jurnal, karya tulis, beserta data berupa peraturan-peraturan terkait perencanaan jembatan dan akselerogram gempa Padang 30 September 2009. 2. Desain awal (Preliminary design) Dimensi penampang jembatan baik box girder maupun pier ditentukan dengan mengacu pada AASHTO 2012 dan SNI T-12-2004.
11 3. Pemodelan jembatan Pemodelan jembatan dilakukan dengan bantuan program MIDAS Civil. Jembatan yang dimodelkan memiliki 3 variasi berbeda yaitu jembatan box girder menerus 4 span, 5 span, dan 6 span yang masing-masing memiliki bentang 160 m, 200 m, dan 240 m. 4. Pembebanan pada model jembatan Beban yang diperhitungkan dalam analisis yaitu beban mati mencakup berat sendiri dan beban mati tambahan. Setelah diperhitungkan nilainya, besaran beban mati diinput ke dalam program MIDAS Civil 5. Pembuatan grafik spektrum respon gempa rencana Pembuatan grafik spektrum respon gempa rencana dilakukan berdasarkan RSNI 2833:2013 lebih lengkap dapat dilihat pada Lampiran 4. 6. Pembuatan grafik spektrum respon berdasarkan akselerogram gempa Akselerogram gempa sebagai gerakan tanah masukan dimodifikasi berdasarkan wilayah frekuensi (frequency zone) sehingga sesuai dengan akselerasi standar spektrum respon gempa rencana. Gempa tipikal harus dipilih berdasarkan kondisi tanah dan topografi yang serupa dengan lokasi jembatan, sehingga dapat dilakukan modifikasi amplitudo. Tahap ini dilakukan dengan bantuan program SeismoMatch v 1.3. Rekaman gempa (akselerogram) Padang 30 September 2009 digunakan sebagai gempa masukan karena daerah Padang memiliki parameter gempa (PGA, SS, S1) yang besar dan bersesuaian dengan asumsi yang dibuat. Informasi akselerogram gempa Padang, 30 September 2009 diperoleh dari BMKG. Pembuatan grafik spektrum respon berdasarkan akselerogram gempa dapat dilihat pada Lampiran 5. 7. Analisis perilaku dinamika struktur Periode getar dan kekakuan struktur dianalisis. Pengaruh variasi panjang bentang dilihat pada mode getar dan partisipasi massanya. Metode analisis spektrum respon gempa rencana berdasarkan RSNI 2833:2013 dan spektrum respon berdasarkan akselerogram gempa dilihat pengaruhnya terhadap gaya geser dasar yang dialami jembatan box girder menerus. Tahapan penelitian selengkapnya dijelaskan dengan diagram alir pada Gambar 5. Tahapan-tahapan tersebut dilakukan pada penelitian dengan bantuan beberapa asumsi yang telah dibuat, di antaranya: 1. Kategori jembatan adalah sangat penting. 2. Jembatan memiliki umur rencana 75 tahun dengan periode ulang gempa 1000 tahun. 3. Tipe jembatan adalah frame bridge monolite structure. 4. Jembatan dimodelkan dengan 3 variasi bentang mencakup 160 m, 200 m, dan 240 m yang masing-masing memiliki 4 span, 5 span, dan 6 span. 5. Struktur atas jembatan menggunakan box girder. 6. Struktur bawah jembatan menggunakan kolom “I”. 7. Material box girder menggunakan beton mutu K600, fc’ 50 MPa. 8. Material kolom menggunakan beton mutu K350, fc’ 30 MPa. 9. Lebar jembatan 10 m, lebar lajur aktif 7 m. 10. Masing-masing bentang memiliki bentang seragam yaitu 40 m. 11. Tendon longitudinal telah terpasang pada jembatan. 12. Jembatan dibangun pada jenis tanah lunak.
12 13. Parameter gempa yang dipakai yaitu PGA sebesar 1.0g, SS sebesar 2.0g, dan S1 sebesar 1.0g.
Gambar 5 Diagram alir penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN Perencanaan Struktur Jembatan Preliminary design jembatan box girder menerus dilakukan berdasarkan AASHTO 2012 dan SNI T-12-2004. Keputusan tambahan terkait dimensi jembatan box girder menerus mengacu pada beberapa referensi studi kasus di lapangan. Perhitungan dimensi box girder dapat dilihat pada uraian berikut. 1. Ketebalan top flange Jarak antarweb, = 4785.44 mm Ketebalan top flange minimum = = = 159.51 mm Ketebalan top flange = 250 mm (OK) (a) Ketebalan top flange minimum pada zona angkur = 228.6 mm Ketebalan top flange = 450 mm (OK) (b) 2. Ketebalan bottom flange Jarak antarweb, = 4021.01 mm Ketebalan bottom flange minimum = = = 134.03 mm Ketebalan bottom flange = 250 mm (OK) (c) Ketebalan bottom flange minimum pada zona angkur = 228.6 mm Ketebalan bottom flange = 450 mm (OK) (d) 3. Ketebalan web Ketebalan web minimum = 304 mm (12.0 in) Ketebelan web = 400 mm (OK) (e) 4. Kedalaman box girder Kedalaman box girder optimum Panjang bentang, L = 40 m = 2.2 m (f) Kedalaman box girder
(b)
(a)
(f) (c) (d) (e)
Gambar 6 Penampang box girder
14
Gambar 7 Dimensi box girder Spesifikasi material box girder meliputi: 1. Kuat tekan beton (fc’) : 50 MPa 2. Modulus elastisitas : 3.3167 x 107 kN/m2 3. Poisson’s Ratio : 0.2 4. Koefisien muai suhu : 1.10-5/oC : 25 kN/m3 5. Berat spesifik Perhitungan dimensi kolom (pier) yang digunakan dapat dilihat pada uraian berikut. 1. Luas penampang kolom minimum (Ag minimum) Ag minimum = Ag minimum =
= 3.92 m2
Sehingga diambil dimensi kolom sebesar 2 m x 2 m. Spesifikasi material yang digunakan untuk kolom meliputi: 1. Kuat tekan beton (fc’) : 30 MPa 2. Modulus elastisitas : 2.5332 x 107 kN/m2 3. Poisson’s Ratio : 0.2 4. Koefisien muai suhu : 1.10-5/oC 5. Berat spesifik : 25 kN/m3
15
Gambar 8 Dimensi kolom
Gambar 9 Penampang melintang jembatan Tendon longitudinal jembatan dipasang pada struktur jembatan. Spesifikasi material tendon yang digunakan adalah sebagai berikut. 1. d tendon : 12.7 mm dan 15.2 mm 2. Ast : 0.0000987 m2 dan 0.000014 m2 3. fu : 1860000 kN/m2 4. P : 110.4 kN 5. σtizin : 3000 kN/m2 Pemodelan jembatan pada program MIDAS Civil dapat dilihat pada Gambar 10, Gambar 11, dan Gambar 12. Skema jembatan box girder menerus dapat dilihat pada Lampiran 6.
Gambar 10 Jembatan bentang 160 m (4 span)
Gambar 11 Jembatan bentang 200 m (5 span)
16
Gambar 12 Jembatan bentang 240 m (6 span) Input Pembebanan Perilaku dinamika struktur jembatan box girder menerus 4 span, 5 span, dan 6 span dianalisis melalui program MIDAS Civil. Pembebanan yang diperhitungkan untuk memperoleh nilai dinamika struktur jembatan meliputi berat sendiri dan beban mati tambahan sebagaimana dijabarkan pada contoh perhitungan berikut. 1. Berat sendiri a. Box girder Ag = 13.31 m2 – 7.14 m2 Ag = 6.17 m2 Berat box girder = Ag x Wc x panjang bentang Berat box girder = 6.17 m2 x 25 kN/m3 x 152 m = 23446 kN b. Pier head Ag = 13.31 m2 Berat pier head = Ag x Wc x panjang bentang Berat pier head = 13.31 m2 x 25 kN/m3 x 8 m = 2662 kN c. Pier Ag = 4 m2 Berat pier = Ag x Wc x panjang bentang x jumlah pier Berat pier = 4 m2 x 25 kN/m3 x 7.8 m x 3 = 2340 kN Berat sendiri = 23446 kN + 2662 kN + 2340 kN = 28448 kN 2. Beban mati tambahan a. Aspal Berat aspal = Wc x tebal aspal x lebar jalan Berat aspal = 22 kN/m3 x 0.05 m x 10 m = 11 kN/m b. Railing Berat railing = Ag x Wc Berat railing = 0.375 m2 x 24 kN/m3 = 9 kN/m
Periode Getar Alami Perilaku dinamika struktur jembatan box girder menerus 4 span, 5 span, dan 6 span dianalisis melalui program MIDAS Civil. Perilaku dinamika struktur masing-masing model jembatan dapat dilihat pada Tabel 5.
17 Tabel 5 Perilaku dinamika struktur Mode 1 2 3 4 5 6 7
4 span 0.22 0.15 0.14 0.12 0.11 0.09 0.09
Periode (det) 5 span 6 span 0.22 0.22 0.17 0.19 0.13 0.14 0.12 0.13 0.12 0.12 0.10 0.11 0.10 0.10
4 span 28.83 41.74 45.77 52.65 58.87 67.47 70.39
Frekuensi (rad/det) 5 span 6 span 28.86 28.87 35.98 33.30 47.59 45.25 51.40 48.41 53.98 51.77 60.56 58.91 62.55 62.48
Salah satu perilaku dinamis yang ditunjukkan oleh struktur yaitu berupa nilai periode getar alami. Periode getar alami adalah waktu yang dibutuhkan struktur untuk bergetar satu kali bolak-balik tanpa adanya gaya luar. Periode getar alami adalah periode getar struktur untuk mode pertama. Mode merupakan ragam/pola goyangan struktur saat menerima beban dinamik. Mode pertama biasanya telah cukup mewakili dari keseluruhan mode yang terjadi pada struktur akibat suatu beban dinamik (Wijaya dan Teruan 2013). Ketiga jenis jembatan menunjukkan nilai periode getar alami yang sama. Frekuensi pada mode getar pertama yang dialami ketiga jenis jembatan pun tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan. Periode getar alami merupakan fungsi dari massa dan kekakuan seperti pada Persamaan (3). Besarnya massa, kekakuan, dan periode getar alami masing-masing jembatan dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6 Massa, kekakuan, dan periode getar alami jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span Jenis jembatan Jembatan 4 span Jembatan 5 span Jembatan 6 span
Massa (ton) 2899.90 3644.75 4389.60
Kekakuan (kN/m) 2555876.19 3407834.92 4259793.65
Periode getar alami (det) 0.22 0.22 0.22
Kekakuan (kN/m)
Walaupun memiliki periode getar alami yang sama, nilai massa dan kekakuan ketiga jenis jembatan menunjukkan perbedaan yang signifikan. Kekakuan struktur adalah gaya yang diperlukan oleh struktur untuk mengalami deformasi sebesar satu satuan. Jembatan 6 span merupakan struktur yang paling kaku di antara dua jembatan lainnya, maka dibutuhkan gaya yang lebih besar untuk dapat berdeformasi. 5000000 4000000 3000000 2000000 1000000 0 0
1
2
3 4 Jumlah span
5
6
7
Gambar 13 Hubungan antara kekakuan (kN/m) dan jumlah span
18 Periode getar alami sebagai salah satu sifat dinamis struktur tidak hanya menunjukkan kekakuan pada struktur, parameter ini juga mempengaruhi faktor respon beban gempa terhadap sistem struktur (koefisien gempa). Kurva hubungan keduanya ditampilkan dalam spektrum respon gempa rencana seperti terlihat pada Gambar 13. Parameter gempa yang dipakai yaitu PGA sebesar 1.0g, SS sebesar 2.0g, dan S1 sebesar 1.0g sehingga faktor amplifikasi yang digunakan yaitu FPGA sebesar 0.9, Fa sebesar 0.9, dan Fv sebesar 2.4. Spektral akselerasi hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 7. Langkah pembuatan grafik spektrum respon gempa rencana berdasarkan RSNI 2833:2013 dapat dilihat pada Lampiran 4. Akselerasi, Csm(g)
2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 Periode, T(det)
Gambar 14 Spektrum respon gempa rencana Tabel 7 Hasil perhitungan spektrum respon Periode (det)
Spektral Akselerasi (g)
0.000
0.900
0.267
1.800
1.300
1.800
1.400
1.714
1.500
1.600
1.600
1.500
1.700
1.412
1.800
1.333
1.900
1.263
2.000
1.200
2.100
1.143
2.200
1.091
2.300
1.043
2.400
1.000
2.500
0.960
2.600
0.923
2.700
0.889
2.800
0.857
2.900
0.828
3.000
0.800
19 Grafik desain spektrum respon gempa rencana memiliki tiga zona yang berbeda meliputi zona peralihan (TTS). Grafik desain spektrum respon gempa rencana memiliki nilai T0 sebesar 0.267 det dan TS sebesar 1.3 det. Karena ketiga jenis jembatan memiliki periode getar alami yang berada pada zona puncak, maka nilai koefisien gempa elastis untuk ketiga jenis jembatan bernilai sama, yaitu sebesar 1.8g.
Mode Getar dan Partisipasi Massa Pengaruh gempa (getaran) pada suatu struktur dapat menyebabkan terjadinya goyangan pada struktur. Mode merupakan ragam/pola goyangan struktur saat menerima beban dinamik. Mode getar yang dialami jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span dapat diamati seperti pada Gambar 15, Gambar 16, dan Gambar 17.
Mode getar 1, T = 0.22 det
Mode getar 2, T = 0.15 det
Mode getar 3, T = 0.14 det
Mode getar 4, T = 0.12 det
Mode getar 5, T = 0.11 det Mode getar 6, T = 0.09 det Gambar 15 Mode getar jembatan 4 span
Mode getar 1, T = 0.22 det
Mode getar 2, T = 0.17 det
Mode getar 3, T = 0.13 det
Mode getar 4, T = 0.12 det
Mode getar 5, T = 0.12 det Mode getar 6, T = 0.10 det Gambar 16 Mode getar jembatan 5 span
20
Mode getar 1, T = 0.22 det
Mode getar 2, T = 0.19 det
Mode getar 3, T = 0.14 det
Mode getar 4, T = 0.13 det
Mode getar 5, T = 0.12 det
Mode getar 6, T = 0.11 det
Mode getar 7, T = 0.10 det Gambar 17 Mode getar jembatan 6 span Gambar 15, Gambar 16, dan Gambar 17 menunjukkan bentuk mode getar yang memiliki keseragaman pola. Salah satu contohnya dapat dilihat pada bentuk mode getar 1. Jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span mengalami deformasi pada arah transversal (arah y) tanpa disertai deformasi arah lainnya (arah x dan arah z). Keseragaman pola pada bentuk ragam getar ini disebabkan oleh keseragaman dimensi kolom jembatan. Kolom sebagai elemen yang mempengaruhi nilai kekakuan pada masing-masing jembatan memiliki sumbu lemah yang sama. Bentuk mode getar masing-masing jembatan dipengaruhi oleh besarnya partisipasi massa jembatan di setiap mode getarnya. Partisipasi massa jembatan dalam kontribusi goyangan dapat dilihat pada Tabel 8 dan Tabel 9. Tabel 8 Partisipasi massa arah x Mode getar 1 2 3 4 5 6 7
Jembatan 4 span Partisipasi Jumlah massa (%) (%) 0 0 0 0 37.09 37.09 0 37.09 51.14 88.32 9.65 97.88 0 97.88
Jembatan 5 span Partisipasi Jumlah massa (%) (%) 0 0 0 0 32.74 32.74 0 32.74 0 32.74 62.5 95.24 0 95.24
Jembatan 6 span Partisipasi Jumlah massa (%) (%) 0 0 0 0 0 0 26.27 26.27 0 26.27 31.53 57.8 38.82 96.62
21 Tabel 9 Partisipasi massa arah y Mode getar 1 2 3 4 5 6 7
Jembatan 4 span Partisipasi Jumlah massa (%) (%) 93.54 93.54 0 93.54 0 93.54 0 93.54 0 93.54 0 93.54 4.24 97.78
Jembatan 5 span Partisipasi Jumlah massa (%) (%) 94.12 94.12 0 94.12 0 94.12 0 94.12 3.07 97.19 0 97.19 0 97.19
Jembatan 6 span Partisipasi Jumlah massa (%) (%) 94.78 94.78 0 94.78 2.17 96.95 0 96.95 0 96.95 0 96.95 0 96.95
Partisipasi massa dalam kontribusinya bagi beban gempa memiliki nilai sekurangkurangnya sebesar 90%. Untuk beban gempa longitudinal (arah x), jembatan 4 span dan 5 span memperoleh partisipasi massa ˃90% pada mode ke-6 sementara jembatan 6 span memperoleh partisipasi massa ˃90% pada mode ke-7. Untuk beban gempa transversal (arah y), jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span memperoleh partisipasi massa ˃90% pada mode ke-1. Apabila ditinjau dari partisipasi massanya, jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span dapat dianalisis dengan menggunakan metode statik ekuivalen karena ketiganya telah memperoleh partisipasi massa ˃90% pada mode ke-1.
Gaya Geser Dasar (Base Shear) Gaya geser dasar yang dialami jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span dihitung dengan menggunakan metode respon spektrum. Grafik spektrum respon yang dipakai terdiri dari grafik respon spektrum berdasarkan RSNI 2833:2008 serta respon spektrum berdasarkan akselerogram gempa Padang 30 September 2009. Kedua grafik tersebut dapat dilihat pada Gambar 18. 0.003
Spektrum Respon berdasarkan RSNI 2833:2013
Akselerasi, Csm(g)
0.002
Spektrum Respon berdasarkan Akselerogram Gempa Padang
0.002 0.001 0.001 0.000 0.000
Gambar 18
0.001
0.001
0.002 0.002 Periode, T(t)
0.003
0.003
0.004
Spektrum respon gempa berdasarkan RSNI 2833:2013 dan akselerogram gempa Padang
22 Besarnya gaya geser dasar yang dialami jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span dapat dilihat pada Gambar 19 dan Gambar 20. m6
m5
m4
4412.11 kN
6158.7 kN
5621.44 kN
Jembatan 4 span Jembatan 5 span Jembatan 6 span Gambar 19 Gaya geser dasar jembatan dengan menggunakan spektrum respon gempa berdasarkan RSNI 2833:2013
m6
m5
m4
4552.58 kN
5829.22 kN
6402.1 kN
Jembatan 4 span Jembatan 5 span Jembatan 6 span Gambar 20 Gaya geser dasar jembatan dengan menggunakan spektrum respon gempa berdasarkan akselerogram gempa Padang Gambar 19 dan Gambar 20 menunjukkan bahwa besarnya gaya geser dasar pada jembatan 6 span memiliki nilai yang lebih besar dibandingkan dengan jembatan lainnya. Hal ini berkaitan erat dengan massa yang dimiliki jembatan. Jembatan 6 span memiliki massa yang lebih besar dibandingkan dengan jembatan lainnya.
Perbandingan besarnya gaya geser dasar dengan acuan spektrum respon berdasarkan RSNI 2833:2013 serta spektrum respon berdasarkan akselerogram gempa Padang disajikan pada Tabel 10. Tabel 10 Perbandingan nilai gaya geser dasar Jenis jembatan Jembatan 4 span Jembatan 5 span Jembatan 6 span
Gaya geser dasar dengan spektrum respon (kN) berdasarkan RSNI 2833:2013 berdasarkan akselerogram gempa 4412.11 4552.58 5621.44 5829.22 6158.70 6402.10
Tabel 10 menunjukkan bahwa gaya geser dasar yang dihitung dengan acuan berupa grafik spektrum respon berdasarkan akselerogram gempa Padang memiliki nilai yang lebih besar jika dibandingkan dengan menggunakan grafik spektrum berdasarkan RSNI 2833:2013 sebagai acuan. Artinya, penggunaan grafik spektrum respon berdasarkan akselerogram gempa lebih sesuai untuk digunakan dalam perhitungan gaya geser dasar jembatan karena menggambarkan kondisi aktual lokasi.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Berdasarkan penelitian yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa: 1. Jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span memiliki nilai periode getar alami yang sama, sedangkan jembatan 6 span memiliki nilai massa dan kekakuan terbesar dibandingkan dengan jembatan 4 span dan 5 span. 2. Mode getar yang dialami jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span memiliki keseragaman karena ketiganya memiliki dimensi kolom yang identik. Untuk beban gempa longitudinal (arah x), jembatan 4 span dan 5 span memperoleh partisipasi massa >90% pada mode ke-6 sementara jembatan 6 span memperoleh partisipasi massa >90% pada mode ke-7. Untuk beban gempa transversal (arah y), jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span memperoleh partisipasi massa >90% pada mode ke-1. Berdasarkan nilai partisipasi massanya, jembatan 4 span, 5 span, dan 6 span dapat dianalisis dengan menggunakan metode statik ekuivalen. 3. Penggunaan grafik spektrum respon berdasarkan akselerogram gempa lebih sesuai untuk digunakan dalam perhitungan gaya geser dasar jembatan karena menggambarkan kondisi aktual lokasi, dibandingkan dengan berdasarkan RSNI 2833:2013.
24 Saran Pemahaman mengenai program MIDAS Civil perlu dilakukan lebih lanjut, salah satunya melalui kajian dokumen manual maupun verifikasi pada program MIDAS Civil. Penggunaan program lainnya beserta perhitungan manual perlu dilakukan dalam memverifikasi pembuatan spektrum respon berdasarkan akselerogram gempa.
DAFTAR PUSTAKA American Association of State Highway and Transportation Officials. 2004. LRFD Bridge Design Specifications, SI Units, Third Edition. Washington DC (US): AASHTO Arubilla, A.M. dan Krisniawati, N. 2008. Perencanaan Jembatan Layang Perlintasan Kereta Api Kaligawe dengan U Girder. [skripsi]. Semarang (ID): Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro. [BPPDPU] Badan Penelitian dan Pengembangan Departemen Pekerjaan Umum. 2002. SNI-1726-2002. Standar perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung. Jakarta (ID): Departemen Pekerjaan Umum. [BPPDPU] Badan Penelitian dan Pengembangan Departemen Pekerjaan Umum. 2004. Standar Nasional Indonesia (SNI) T-12-2004. Perencanaan struktur beton untuk jembatan. Jakarta (ID): Departemen Pekerjaan Umum. [BPPDPU] Badan Penelitian dan Pengembangan Departemen Pekerjaan Umum. 2005. Standar Nasional Indonesia (SNI) T-02-2005. Standar pembebanan untuk jembatan. Jakarta (ID): Departemen Pekerjaan Umum. [BSN] Badan Standardisasi Nasional. 2008. SNI 2833:2008. Standar perencanaan ketahanan gempa untuk jembatan. Jakarta (ID): Badan Standardisasi Nasional. Barker, R. M. and Puckett, J. A. 2007. Design of Highway Engineering: An LRFD Approach. New York (US): John Wiley and Sons Inc. Collins, M.P. and Mitchel, D. 1953. Prestressed Concrete Structure. New Jersey (US): Prentice Hall Murjanto, D. 2011. Manual Konstruksi dan Bangunan, Pemeliharaan Jembatan Box Girder Beton. Jakarta (ID): Direktorat Jenderal Bina Marga. Rifki, M. 2011. Analisis Periode Getar dan Redaman Struktur Jembatan Teksas Berdasarkan Data Pengukuran Vibrasi. [skripsi]. Depok (ID): Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. Paz, M. 1993. Dinamika Struktur, Teori dan Perhitungan. Jakarta (ID): Erlangga. Siallagan, R.D. dan Tarigan, J. 2013. Desain Jembatan dengan Menggunakan Profil Single Twin Cellular Box Girder Prestress. [skripsi]. Medan (ID): Universitas Sumatera Utara. Supriyadi, B. dan Muntohar, A.S. 2007. Jembatan. Yogyakarta (ID): Beta Offset. Veronica, S. 2013. Analisis dan Desain Jembatan Frame, Kolom “V” Box Girder dengan Mempertimbangkan Beban Gempa. [skripsi]. Bogor (ID): Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
25 Lampiran 1 Peta Hazard Gempa Indonesia 2010 untuk nilai PGA
26 Lampiran 2 Peta Hazard Gempa Indonesia 2010 untuk nilai RSP 0.2 detik
27 Lampiran 3 Peta Hazard Gempa Indonesia 2010 untuk nilai RSP 1.0 detik
Lampiran 4 Diagram alir penentuan grafik spektrum respon gempa rencana berdasarkan RSNI 2833:2013
29 Lampiran 5 Diagram alir penentuan grafik spektrum respon gempa berdasarkan akselerogram gempa Padang 30 September 2009
Lampiran 6 Skema jembatan box girder menerus m
m
m
m
a
d
b
c e
Keterangan: a : expansion joint b : bearing (tumpuan) c : box girder d : pier head e : pier (kolom)
RIWAYAT HIDUP Deviana Matudilifa Yusuf lahir di Bogor, 5 November 1993 dari pasangan Bapak Makmur Yusuf dan Ibu Didah Hamidah sebagai anak kelima dari lima bersaudara. Penulis memulai pendidikan di SDIT Ummul Quro Bogor (1999-2005), kemudian melanjutkan pendidikan ke SMP Negeri 4 Bogor (2005-2008), dan SMA Negeri 2 Bogor (2008-2011). Pada tahun 2011, penulis diterima sebagai mahasiswi di Institut Pertanian Bogor, pada program studi Teknik Sipil dan Lingkungan, Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian. Selama kemahasiswaan, penulis aktif dalam kegiatan organisasi. Penulis menjadi staf Departemen Budaya, Olahraga, dan Seni (BOS) dalam BEM TPB IPB pada tahun 2011-2012, serta menjadi staf Departemen Budaya, Olahraga, dan Seni (BOS) dalam BEM FATETA IPB pada tahun 2012-2013. Pada tahun 20132014 penulis menjadi staf Departemen Pengabdian Masyarakat (PM) Himpunan Mahasiswa Teknik Sipil dn Lingkungan (HIMATESIL) IPB. Selain itu, penulis juga aktif dalam kegiatan kepanitiaan seperti panitia Masa Perkenalan Kampus Mahasiswa Baru 2011, Masa Perkenalan Fakultas 2012, Masa Perkenalan Departemen SIL (PONDASI) 2013, Indonesian Civil and Environmental Festival (ICEF) IPB pada tahun 2013 dan 2014, serta di beberapa kegiatan lainnya. Penulis telah melaksanakan kegiatan Pelatihan SML ISO 14001, OHSAS 18001 pada tahun 2013. Selain itu, penulis telah melaksanakan kegiatan Praktik Lapangan pada tahun 2014 pada kontraktor PT Brantas Abipraya (Persero) dalam pelaksanaan Proyek Pembangunan Gedung Balaikota Tangerang Selatan. Laporan praktik lapangan yang disusun penulis di bawah bimbingan Muhammad Fauzan, ST, MT dan Bustanil, ST berjudul “Mempelajari Pekerjaan Struktur Kolom dan Manajemen Waktu pada Proyek Pembangunan Gedung Balaikota Tangerang Selatan oleh PT Brantas Abipraya (Persero)”.
