1
ANALYSIS THE EFFECT OF CORROSION ON THE GIRDER TO THE CHANGES ON NATURAL FREQUENCY AND CROSS-SECTION CAPACITY OF COMPOSITE BRIDGES (STEEL-CONCRETE) Lintang Adi Mahargya1 dan Made Suangga2 1
Students of Civil Engineering Department, Bina Nusantara University, Jl.K.H. Syahdan No9, Kemanggisan, Palmerah, West Jakarta, Telp 08176443686, email:
[email protected]
2
Lecturer of Civil Engineering Department, Bina Nusantara University, Jl.K.H. Syahdan No9, Kemanggisan, Palmerah,West Jakarta, Telp 021-5345830, email:
[email protected]
ABSTRACT Composite bridge is a bridge that uses a combination of two or more materials with different properties that form a unified structure with better strength. Composite bridges commonly use a combination of steel material with concrete materials. Steel material selected because of its strength and ductility. But in application, the main weakness of steel is the appearance of corrosion. And corrosion can provide a considerable influence on the strength of the structure due to corrosion could reduce the girder geometric parameters. To identify the level of structural damage due the corrosion on the bridge girder, a research related to the effects of corrosion on the girder to the changes on natural frequency and cross-section capacity, because these two parameters can describe the level of damage and the actual condition of the bridge. This analysis using composite bridge design (20 m span and 9 m width) released by Bina Marga. The results of the analysis showed that the corrosion that occurred in the girder can reduce the safety factor wich comes from the cross-section capacity of structure, at the beginning of the design the safety factor is 1.27 and it reduces to less than 1 when the corroded tickness is 5.29 mm. When the corroded thickness that occurred more than 5.29 mm, the structure is no longer safe to be used. Whereas the analysis of the relative structural damage (the damage on the structure identified by decreasing of natural frequency) in accordance with the standards of the bridge evaluation from Bina Marga, bridges classified as still having good condition while corroded thickness <2, 282 mm, fairly condition while the corroded thickness <2.278 mm, bad conditions while the corroded thickness <5.511 mm and worse conditions while the corroded thickness > 5.511 mm.
Key Words: Composite Bridge, Natural Frequnecy, Cross-Seaction Capacity, Corrosion
1.
INTRODUCTION
One of the important transportation facilities is the bridge, which serves to connect between an area with other areas that lie by rivers, ocean, gulf or other conditions that do not allow for easy access using the highway directly above the soil surface. Thus, the bridge is an important tool that connected two area that separated by environmental conditions. In urban areas, bridge has a function as a connecting road at the intersection, so that the transportation flow that disturbed by the vehicle users which had to take turns when passing the intersection can immediately drove without going through the intersection. Basically, the bridge has a function as connector to accelerate the transportation flow by reducing intersection and the distance. Various types of bridges with different structures and construction materials have been developed from the backwards, adjusting to the needs of bridge spans and the natural conditions where the bridge will be made. In this thesis will focus only on composite bridge with a combination of steel and concrete. Materials used for the bridge construction are steel I girder as a beam and the reinforced concrete slab, the two elements are connected by the shear connector thus forming a composites action.
2
In composite bridges (steel-concrete), the obstacles often encountered is the corrosion that often occurs in the profile I beam steel girder (girder bridge). In composite bridges (steel-concrete), the main problem that must happen is corrosion of the steel material in this case is bridge girder. Corrosion arising on the girder could grind and makes the girder rusting, thus gradually reduce the strength girder. In the present study the corrosion that occurs in the girder is only considered to have uniform corrosion. Due to uniform corrosion is the most common form of this type of corrosion, which is defined as the reduction of surface material evenly. And uniform corrosion is the biggest influence of the defects caused by corrosion.
2. METHODOLOGY This study focuses on the influence of corrosion that occurs on the bridge girder to the changes in natural frequency and cross section capacity of the structure. In this study the modeling of structures using composite bridge design standards (steel-concrete) created by Bina Marga. The type of design used is the design of composite bridge spans 20 meters with 9 meters width. Specifications of the bridge design is as follows: a) b) c) d) e) f) g) h)
Landscape Bridge → 20 m. The distance between the beam (Lb) → 1.2 m Dimension Girder → WF 500.300.9.16 The dimensions of the cover plate 18 300 Quality Steel Profiles → BJ42 with fy = 260 MPa Quality Concrete (f'c) → Floor Plates f'c = 18.675 MPa System structure → The Landscape Beams with Simple pedestal. The service life of the structure under review until the age of 50 years.
Flow diagram of the study are:
Figure 1 Flow Chart Research Methodology
3
3. 3.1.
RESULTS AND DISCUSSION Determining Dimensions Girder After Corrosion Occurs
In this study, the corrosion rate of the girder was not referring to the corrosion rate formula of any equation, but it will be a constant reduction in the multiples of each 0.3 mm corroded thickness, on any surface exposed girder as shown in Figure 2. Deprivation of 0.3 mm produces appropriate interval changes on the natural frequencies and cross-section capacity. The reason not using any equation of the corrosion rate for this research is that the result can be applied to any condition that actually happened on the field in a variety of different corrosion rate.
Figure 2 Sketch Reduction girder surface due to corrosion Corrosion is assumed to occur uniformly with the same penetration in every part of the exposed steel girder, which is on top of the bottom flange, on either side of the web and on the upper side and lower side portion of the bottom flange. Examples of dimensional changes in the thick corroded girder (CL) 0.3 mm are as follows:
3.2.
Thickness of top flange
= tf1 – CL
=
Thickness of web
= tw – 2CL
=
Thickness of bottom flange
= tf2 – 2CL
=
Natural Frequency Change Due to Corrosion
To determine the changes on the value of the natural frequency due to corrosion will be performed analyzing using MIDAS -Civil software. Modeling will be conducted in two stages, the condition of a single composite girder (Single-Girder) and the condition of the bridge as a whole (Multi-Girder). For single-girder analysis, there are two methods used for the analysis , they are manual calculation and modeling using MIDAS-Civil. In most cases the analysis of a bridge usually performed using a single girder, it is done when the analyzing using manual calculation but the calculation results was sometimes not very accurate. To obtain a more certain results and more accurate, the analysis is done using software modeling with the bridge structure as a whole and according to its original condition. Results of analysis of single girder between manual calculations and software modeling using MIDAS-Civil is presented in the graph in Figure 3 below.
4
Figure 3 Graph reduction of the corroded thickness VS Natural Frekuesi The result analysis of natural frequency of the Single-Girder composite bridge using manual calculations and modeling software MIDAS-Civil yield different results. The average percentage difference of the two methods was 6.76%. In the manual calculations resulting a graph with curve shaped with no spikes, but the graphics on the analysis of the MIDAS-Civil modeling, spike arise at natural frequency of 3.145 Hz. The first curve of the arch is the curve generated when the web thickness is not depleted corroded, and the second arch curve occurs after the web part out corroded and corrosion only attacking the flange only. Results of analysis of both single and multi-girder girder using modeling software MIDAS-Civil is presented in the following comparison chart:
Figure 4 Comparison Graph of natural frequencies decrease in Single-Girder and Multi-Girder The results of the modeling analysis of composite bridge using software MIDAS-Civil in SingleGirder and Multi-Girder produce natural frequencies in different result, with an average percentage difference of the two methods was 8.72%.
5
The graph generated from the analysis of the two methods resulting the same shape between Single-Girder and Multi-Girder, but the value of the natural frequency on the Single-Girder is bigger than Multi-Girder. 3.3. Sectional Capacity Changes Due to Corrosion In the bridge modeling using MIDAS-Civil software, composite cross section properties provided by the software is not equipped with a cover plate so that the cover plate that located at the bottom of the girder is considered as an addition thickness of the bottom flange of the girder. In the next calculation, the size of the bottom flange which the thickness is 16 cm considered to be 34 cm, because there is additional cover plate with a thickness 18 cm. In manual calculation of the sectional capacity adjusted as well using a cross-section that used in MIDAS-Civil. Here is a cross-sectional view of the composite bridge that will be used in the calculation of the sectional capacity of the composite bridge.
5
Aspal
20
Pelat Beton
HB 500.300.9.16
HB 350-175-6-9
50
Baut ? 3/4"
35
Shear Connector
30
Figure 5 cross-Sectional composite bridge structure The results of cross-sectional analysis of the capacity reduction due to corrosion on the surface of the bridge girder shown in the graph below.
Figure 6 Comparison charts corroded thickness vs moment capacity (Sectional Capacity) The Graph of the analysis of cross-sectional capacity results due to the influence of corrosion, produces a line with three different gradients, the first gradient of the occurring at the moment capacity of 2107.782 kN.m is the analysis result while the neutral line falls between the slab and steel girder. The second gradient occurred in the value of the moment capacity of 2039.215 to 1558.464 kN.m at neutral line began to rise to the floor plate and before the web girder out corroded. The third gradient occurs
6
within moments capacities of 1558.464 to 260.594 kN.m it happen when the corrosion attack the flange only (after web exhausted). 3.4. Relation Between Natural Frequency and Moment Capacity To calculate the percentage in the Natural Frequency reduction and percentage in moment capacity reduction, here is an example of the calculation for the 3 mm corroded thickness.
Hasil perhitungan persentase penurunan frekuensi alamiah secara single girder dan persentase pengurangan momen kapsitas untuk setiap tebal terkorosi yang terjadi pada girder selengkapnya ditampilkan dalam grafik berikut ini: The calculation results of the percentage reduction of natural frequency (single girder modeling) and the percentage reduction of moment capacities in every corroded thickness of the girder, is shown in the following graph:
Figure 7 Comparison charts % Natural Frequency Decrease VS % Moment Capacity Decrease At the graph above, the graph line of MIDAS-Civil modeling forming a graph consisting of three arches because of the location of neutral line and the web which depleted because of corroded, whereas in manual calculations only two spikes occur due to a shift in the neutral line capacities moment only.
3.5. Evaluation on Natural Frequency and Moment Capacity Decrease
This evaluation is based on the limitation of the damage level of bridge from the “Bridge Condition Assessment Standards Using Vibration Test” that was created by the Bina Marga. The condition limit of the bridge based on the percentage of capacity damage (Dkap). Here is the formula for calculating the relative damage (Dkap) along with an example calculation for corroded thickness 0.3 mm:
7
Comparison of natural frequencies decrease (Drel) for the rate of decline in the capacity of the bridge (Dkap) due to corrosion in the bridge girder with the standard of natural frequency reduction that has been made by the Bina Marga shown in the following table. Table 1 The differences between Bina Marga Standard and the analysis results of this research.
No
% Reduction [Bina Marga]
% reduction due corrosion
Dkap
Drel
Drel
Mkap
1
0% - 10%
0% - 5%
0% - 4,22%
0%-2,95%
2
10% - 20%
5% - 10%
4,22% - 10,64%
2,95% - 18,45%
3
20% - 35%
10% - 17%
10,64% - 21,92%
18,45% - 42,10%
4
> 35%
> 17%
> 21,92%
> 42,10%
Here is a comparison chart of the bridge condition assessment on each corroded thickness to the type of relative damage (Drel) and capacity damage (Dkap) of the composite bridge caused by the corrosion on the girder. Bridge condition assessment is based on a reduction in the strength of the bridge were identified by the percentage reduction of the capacity damage of the bridge (Dkap).
Figure 8 Gragik tebal terkorosi terhadap penurunan Dkap dan Drel
8
4. CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS According to the results of structural modeling analysis using software MIDAS-Civil nor a calculations manually, that has been done in the present study. Thus conclusions can be generated as follows: a.
b.
c.
Maximum moment will be equal to the cross-sectional capacity (Mmax = Mn) when the corroded thickness occurring on the girder surface is 5.29 mm. so when the corroded thickness is exceeding 5.29 mm, the bridge was no longer safe to use because the applicable safety factor is less than 1. The analysis results of both single-girder bridge with manual calculation methods and modeling using MIDAS-Civil software produces different values, with an average % difference of 6.76%. While the results of the analysis with a Multi-Girder using the program value is smaller than the analysis Single-Girder with an average % difference of 8.72%. Based on the results of the evaluation according to Bina Marga standard based on relative damage (damage due to decreased natural frequency) the corrosion on the girder will change the condition of the bridge. Bridges classified as still having good condition while the corroded thickness <2, 282 mm, fairly conditions while the corroded thickness <2.278 mm, bad conditions while the corroded thick <5.511 mm and poor conditions while the corroded thickness > 5.511 mm.
9
5.
REFERENCES
Ajit Kumar Vermaa, A. S. (2004). Composite System Reliability Assessment Using Fuzzy Linear Programming. Guwahati: Science Direct. Badan Standardisasi Nasional. (2002). Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung, SNI 03-1729-2002. Badan Standardisasi Nasional.(2005). Perencanaan Pembebanan untuk Jembatan, SNI T- 02-2005. Badan Standardisasi Nasional.(2005). Perencanaan Struktur Baja untuk Jembatan, SNI T- 03-2005. Cheung, M. S., & Li, W. C. (2001). Serviceability Reliability Of Corroded Steel Bridges. Canada: Canadian Journal Of Civil Engineering. Chopra, A. K. (2006). Dinamic Of Structures. New Jersey: Prentice Hall. Jack R. Kayser, A. S. (1989). Reliability Of Corroded Steel Girder Bridges. Amsterdam: Elsevier Science Publishers B.V. Mice, D. C. (2012). Composite Highway Bridge Design. Berkshire: The Steel Construction Institute. N.S. Trahair, M. B. (1997). The Behaviour And Design Of Steel Structures. London: Taylor & Francis. Navir, A. (2011). Studi Pengaruh Korosi Terhadap Kehandalan Balok Baja Profil I Girder. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Salmon, C. G. (2009). Steel Structures Design And Behaviour Lrfd. New Jersey: Prentice Hall. Setiawan, A. (2008). Perencanaan Struktur Baja Dengan Metode Lrfd (Berdasarkan Sni 03-1729-2002). Jakarta: Erlangga.
10
6.
WRITER HISTORY
Penelitian ini ditulis oleh Lintang Adi Mahargya sebagai tugas akhir perkuliahan di universitas Bina Nusantara. Penulis lahir di kota wonosobo pada tahun 1988 dan saat ini baru saja menyelesaikan perkuliahan setrata satu di universitas Bina Nusantara.
11
ANALISA PENGARUH KOROSI PADA GIRDER TERHADAP PERUBAHAN KAPASITAS PENAMPANG DAN FREKUENSI ALAMIAH JEMBATAN KOMPOSIT (BAJA-BETON) Lintang Adi Mahargya1 dan Made Suangga2 1
Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil, Universitas Bina Nusantara, Kampus Syahdan, Jl.K.H. Syahdan No9, Kemanggisan, Palmerah, Jakarta Barat, Telp 08176443686, emaol:
[email protected] 2
Dosen Jurusan Teknik Sipil, Universitas Bina Nusantara, Kampus Syahdan, Jl.K.H. Syahdan No9, Kemanggisan, Palmerah, Jakarta Barat, Telp 021-5345830, emaol:
[email protected]
ABSTRAK Jembatan komposit adalah jembatan yang menggunakan kombinasi dua atau lebih bahan material dengan properties yang berbeda yang membentuk suatu kesatuan struktur dengan kekuatan yang lebih baik. Jembatan komposit yang umun digunakan adalah dengan menggunakan kombisasi antara material baja dengan material beton. Selain oleh karena mudahnya menemukan atau membuat baja, juga dikarenakan karena kekuatan dan sifat daktilitasnya. Namun pada aplikasinya, kelemahan utama dari bahan baja adalah muinculnya korosi. Dan korosi dapat memberikan pengaruh yang cukup besar pada kekuatan struktur karena korosi dapat mengurangi parameter geometris pada girder. Untuk mengidentifikasi tingkat kerusakan struktur akibat korosi maka dilakukan penelitian terkait pengaruh korosi terhadap penurunan frekuensi alamiah dan kapasitas penampang, karenan kedua parameter tersebut dapat menggambarkan tingkat kerusakan dan kondisi jembatan.
Dalam analisa ini, digunakan desain jematan komposit (baja-beton) bentang 20 meter yang dikeluarkan oleh Bina Marga. Hasil dari analisa menunjukan bahwa korosi yang terjadi pada girder dapat mengurangi faktor keamanan yang berasal dari kapasitas penampang struktur yang pada awal desain memiliki faktor keamanan 1,27 menjadi kurang dari 1 saat tebal terkorosi yang terjadi pada girder sebesar 5,29 mm. Bila tebal terkorosi yang terjadi lebih dari 5,29 mm maka struktur sudah tidak aman lagi untuk digunakan. Sedangkan secara analisa kerusakan relatif struktur, yaitu kerusakan struktur yang berasal dari penurunan frekuensi alamiah sesuai dengan standar evaluasi jembatan dari Bina Marga. Jembatan dikategorikan masih mengalami kondisi baik saat tebal terkorosi < 2, 282 mm, kondisi cukup saat tebal terkorosi < 2,278 mm, kondisi sedang saat tebal terkorosi < 5,511 mm dan kondisi buruk saat tebal terkorosi > 5,511 mm.
Kata Kunci: Jembatan Komposit, Frekuensi Alamiah, Kapasitas Penampang, Korosi.
1.
PENDAHULUAN
Salah satu sarana penting penunjang transportasi adalah jembatan, yang berfungsi untuk menghubungkan antara suatu area dengan area lain yang terbentang oleh sungai, lautan, jurang atau berbagai kondisi lain yang tidak memungkinkan untuk dijangkau dengan mudah menggunakan jalan raya diatas permukaan tanah secara langsung. Dengan demikian jembatan merupakan sarana penting penghubung jalur transportasi yang terputus oleh kondisi lingkungan. Dalam perkotaan jembatan juga digunakan sebagai jalan penghubung dalam persimpangan, sehingga persimpangan yang harus dihambat oleh pengguna kendaraan yang harus bergantian ketika melintas dapat langsung melaju tanpa melalui persimpangan. Pada dasarnya jembatan memiliki fungsi sebagai penghubung untuk mempercepat laju transportasi darat dengan mengurangi hambatan pertlintasan dan mengurangi jarak tempuh.
12
Berbagai jenis jembatan dengan beragam struktur dan bahan konstruksi telah dikembangkan dari masa kemasa, menyesuaikan dengan kebutuhan bentang jembatan dan kondisi alam dimana jembatan akan dibuat. Dalam penulisan tugas ahir ini akan difokuskan pada jenis jembatan komposit yaitu kombinasi antara bahan material baja dan beton. Bahan material yang digunakan adalah baja profil I girder sebagai gelagar dan beton bertulang sebagai plat lantai, kedua elemen tersebut disatukan oleh shear conector sehingga membentuk material komposit dengan sifat yang lebih baik. Pada jembatan komposit (baja-beton), kendala yang sering dihadapi adalah korosi yang sering terjadi pada balok baja profil I girder (gelagar jembatan). Korosi yang timbul pada baja dapat menggerus dan membuat baja menjadi karat sehingga secara berlahan akan mengurangi kekuatan baja. Pada penelitian kali ini korosi yang terjadi pada balok baja profil I girder tersebut hanya dianggap mengalami korosi seragam. Karena korosi seragam merupakan bentuk paling umum dari jenis korosi, yang didefinisikan sebagai pengurangan permukaan material secara merata. Dan korosi seragam inilah yang memberikan pengaruh terbesar dari kerusakan-kerusakan akibat korosi (Navir Afif, 2011).
2.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini menitik beratkan kepada pengaruh korosi yang terjadi pada girder jembatan komposit (baja-beton) terhadap perubahan frekuensi alamiah dan kapasitas penampang dari strukur tersebut. Dalam penelitian ini model struktur yang digunakan menggunakan standar desain jembatan komposit (baja-beton) yang dibuat oleh Bina Marga. Adapun jenis desain yang digunakan adalah menggunakan desain dengan bentang 20 meter dan lebar 9 meter. Spesifikasi dari desain jembatan tersebut adalah sebagai berikut: a) b) c) d) e) f) g) h) i)
Bentang Jembatan → 20 m. Jarak antar balok (Lb) → 1,2 m Dimensi Girder → WF 500.300.9.16 Dimensi cover plate 18.300 Mutu Baja Profil → BJ42 dengan fy = 260 MPa Mutu Beton (f’c) Pelat Lantai → f’c = 18,675 MPa Sistem struktur → Satu Bentang Balok dengan Tumpuan Sederhana. Korosi dianggap merata pada seluruh permukaan girder yang terekspos dengan kelipatan tebal terkorosi 0,3 mm. Masa layan struktur yang ditinjau sampai pada umur 50 tahun.
Diagram alir dari penelitian ini adalah:
13
Gambar 1 Flow Chart Metodologi Penelitian
14
3.
HASIL DAN BAHASAN
3.1.
Menentukan Dimensi Girder Setelah Terjadi Korosi
Dalam penelitian ini laju korosi pada girder tidak mengacu pada rumus laju korosi dari persamaan apapun, akan tetapi akan dilakukan pengurangan secara konstan dengan kelipatan tebal terkorosi setiap 0,3 mm, pada setiap permukaan girder yang terekspos seperti yang taerlihat dalam gambar 2. Pengurangn sebesar 0,3 mm menghasilkan interval perubahan pada frekuensi alamiah dan kapasitas penampang yang tidak terlalu besar tetapi juga tidak terlalu kecil. Tujuan tidak menggunakan laju korosi dari persamaan manapun adalah agar penelitian ini bisa diterapkan terhadap kondisi yang sesungguhnya terjadi dilapangan dalam berbagai laju korosi yang berbeda.
Gambar 2 Sketsa Pengurangan permukaan girder akibat korosi Korosi diasumsikan terjadi secara seragam dengan penetrasi yang sama pada setiap bagian dari baja girder yang terekspos, yaitu pada bagian bawah flens atas, pada kedua sisi bagian web dan pada sisi atas dan sisi bawah bagian dari flens bawah. Contoh perubahan dimensi girder pada tebal terkorosi (CL) 0,3 mm adalah sebagai berikut:
3.2.
Tebal flens atas
= tf1 – CL
=
Tebal web
= tw – 2CL
=
Tebal flens bawah
= tf2 – 2CL
=
Perubahan Frekuensi Alamiah Akibat Korosi
Untuk pengetahui perubahan nilai frekuensi alamiah akibat terjadinya korosi akan dilakukan proses perhitungan dengan menggunakan software MIDAS-Civil. Pemodelan akan dilakukan dalam dua tahap yaitu kondisi girder komposit tunggal (Single-Girder ) serta kondisi jembatan secara utuh (MultiGirder ) sehingga dapat diketahui perbedaan antara analisa suatu jembatan secara girder tunggal dan jembatan sebagai kesatuan utuh. Untuk analisa secara girder tunggal ada dua metode analisa yang digunakan yaitu secara perhitungan manual dan pemodelan menggunakan MIDAS-Civil. Dalam kebanyakan kasus analisa suatu jembatan biasanya dilakukan dengan menggunakan girder tunggal, hal tersebut dilakukan bila proses kalkulasi menggunakan cara manual dan hasil dari proses perhitunganya pun terkadang tidak terlalu akurat. Untuk mendapatkan hasil yang lebih pasti dan lebih akurat maka analisa dilakukan dengan menggunakan software dengan pemodelan struktur jembatan secara utuh dan sesuai dengan kondisi aslinya. Hasil analisa girder tunggal antara kalkulasi manual dan pemodelan dengan menggunakan MIDAS-Civil disajikan dalam grafik pada gambar 3 berikut ini.
15
Gambar 3 Grafik Penurunan Frekuesi Alamiah terhadap tebal terkorosi Analisa frekuensi alamiah pada jembatan komposit secara Single-Girder dengan menggunakan kalkulasi manual dan software MIDAS-Civil menghasilkan hasil yang berbeda. Persentase rata-rata perbedaan hasil analisa dari kedua metode tersebut adalah 6,76%. Pada kalkulasi manual menghasilkan grafik yang berbentuk melengkung tanpa ada lonjakan, akan tetapi grafik pada pada analisa dengan pemodelan MIDAS-Civil timbul lonjakan pada frekuensi alamiah 3,145 Hz. Kurfa lengkung yang pertama terjadi sampai pada batas badan web habis karena korosi, sedangkan kulfa lengkung yang kedua terjadi setelah bagian web habis terkorosi dan korosi hanya menyerang bagian flens saja. Hasil analisa secara single girder dan multi girder dengan menggunakan pemodelan software MIDASCivil disajikan dalam grafik perbandingan berikut ini:
Gambar 4 Grafik Perbandingan penurunan frekuensi alamiah secara Single-Girder dan Multi-Girder Hasil analisa pemodelan dengan menggunakan software MIDAS-Civil secara Sigle-Girder dan MultiGirder untuk jembatan komposit menghasilkan frekuensi alamiah yang berbeda dengan persentase perbedaan rata-rata dari kedua metode tersebut adalah 8,72%.
16
Grafik yang dihsilkan dari hasil analisa kedua metode tersebut bentuknya sama antara Single-Girder dengan Multi-Girder, akan tetapi nilai frekuensi alamiah pada Single-Girder lebih besar dibandingkan yang Multi-Girder. 3.3.
Perubahan Kapasitas Penampang Akibat Korosi
Dalam pemodelan jembatan menggunakan software MIDAS-Civil, section properties penampang komposit yang disediakan oleh software tersebut tidak dilengkapi dengan cover plate sehingga cover plate yang berada dibagian sisi bawah girder dianggap sebagai penambahan tebal flens bawah pada baja girder. Dalam perhitungan selanjutnya ukuran flens bawah yang pada awalnya adalah 16 cm disimulasikan menjadi 34 cm karena ada penambahan cover plate dengan tebal 18 cm. dalam perhitungan manual kapasitas penampang disesuaikan juga dengan menggunakan penampang yang digunakan dalam MIDAS-Civil, berikut adalah tampilan penampang komposit jembatan. Berikut adalah tampilan potongan dari penampang jembatan komposit yang akan digunakan dalam perhitungan kapasitas penampang.
5
Aspal
20
Pelat Beton
HB 500.300.9.16
HB 350-175-6-9
50
Baut ? 3/4"
35
Shear Connector
30
Gambar 5 Potongan Penampang struktur komposit jembatan Hasil analisa penurtunan kapasitas penampang akibat terjadinya korosi pada permukaan girder jembatan ditampilkan dalam grafik berikut ini.
Gambar 6 Grafik perbandingan tebal terkorosi terhadap momen kapasitas Grafik hasil analisa kapasitas penampang akibat pengaruh korosi menghasilkan garis dengan kemiringan (gradient) yang berbeda, kemiringan yang pertama terjadi pada momen kapsitas 2107,782 kN.m yaitu kondisi dimana garis netral jatuh diantara plat lantai dan baja girder. Kemiringan kedua terjadi pada nilai momen kapasitas 2039,215 kN.m sampai 1558,464 kN.m pada saat garis netral mulai naik ke
17
plat lantai hingga bagian web habis terkorosi. Kemiringan terahir terjadi dalam rentang momen kapsitas 1558,464 kN.m hingga batas akhir analisa yaitu 260,594 kN.m pada saat korosi menyerang bagian flens saja (setelah web habis). 3.4.
Hubungan Frekuensi Alamiah dengan Momen Kapasitas
Untuk menghitung presentase penurunan Frekuensi Alamiah dan presentase penurunan momen kapasitas, berikut adalah contoh perhitungan presentase perubahan tersebut untuk tebal terkorosi 3 mm pada girder jembatan komposit.
Hasil perhitungan persentase penurunan frekuensi alamiah secara single girder dan persentase pengurangan momen kapsitas untuk setiap tebal terkorosi yang terjadi pada girder selengkapnya ditampilkan dalam grafik berikut ini:
Gambar 7 Grafik perbandingan % Penurunan Frekuensi Alamiah Terhadap % Penurunan Momen Kapasitas Pada grafik perbandingan persentase penurunan momen kapasitas dan penurunan frekuensi alamiah (secara Single-Girder), grafik analisa dengan menggunakan MIDAS-Civil membentuk grafik yang terdiri dari 3 lengkungan karena pengaruh lokasi garis netral dan bagian web yang habis terkorosi, sedangkan pada kalkulasi manual hanya terjadi dua lonjakan akibat pergeseran garis netral pada momen kapsitas saja.
18
3.5.
Evaluasi Penurunan Frekuensi Alamiah dan Momen Kapasitas
Evaluasi ini didasarkan pada batasan tingkat kerusakan jembatan yang berasal dari Standar Penelian Kondisi Jembatan Untuk Bangunan Atas Dengan Cara Uji Getar yang telah dibuat oleh Bina Marga. yaitu batasan kerusakan kapasitas Dkap. Bila setiap penurunan kerusakan kapasitas berada pada rentang yang sama atau sesuai rentang penurunan ketentuan tersebut maka penurunan frekuensi dalam analisa kali ini sesuai dengan ketentuan Bina Marga, namun jika hasil analisa menghasilkan hasil yang tidak sama dengan ketentuan tersebut maka hasil penelitian ini menghasilkan rentang penurunan yang tidak sesuai dengan standar Bina Marga. Berikut adalah rumus untuk menghitung kerusakan relative (Dkap) beserta contoh perhitungan untuk tebal terkorosi 0,3 mm
Perbandingan penurunan frekuensi alamiah Drel untuk tingkat penurunan kapasitas jembatan Dkap antara penurunan frekuensi akibat terjadinya korosi pada girder jembatan dengan setandar penurunan frekuensi alamiah yang tercantum dalam Standar Penelian Kondisi Jembatan Untuk Bangunan Atas Dengan Cara Uji Getar yang telah dibuat oleh Bina Marga ditunjukan dalam tabel berikut. Tabel 1 perbedaan analisa standar Bina Marga dengan hasil analisa penelitian.
No
% Penurunan [Bina Marga]
% penurunan akibat korosi
Dkap
Drel
Drel
Mkap
1
0% - 10%
0% - 5%
0% - 4,22%
0%-2,95%
2
10% - 20%
5% - 10%
4,22% - 10,64%
2,95% - 18,45%
3
20% - 35%
10% - 17%
10,64% - 21,92%
18,45% - 42,10%
4
> 35%
> 17%
> 21,92%
> 42,10%
Berikut adalah grafik perbandingan penilaian kondisi jembatan pada setiap tebal terkorosi terhadap jenis kerusakan relatif (Drel) dan kerusakan kapasitas (Dkap) dari jembatan komposit akibat dari terjadinya korosi pada girder. Penilaian kondisi jembatan didasarkan pada penurunan kekuatan jembatan yang di identifikasikan oleh persentase penurunan dari kerusakan kapasitas jembatan (Dkap).
19
Gambar 8 Gragik tebal terkorosi terhadap penurunan Dkap dan Drel
20
4.
SIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil analisa pemodelan struktur dengan menggunakan software MIDAS-Civil ataupun juga perhitungan secara manual, yang telah dilakukan dalam penelitian kali ini. Maka dapat dihasilkan kesimpulan-kesimpulan sebagai berikut: d.
e.
f.
g.
Momen maksimum akan sama dengan kapasitas penmpang (Mmax=Mn) saat tebal terkorosi yang terjadi pada permukaan girder sebesar 5,29 mm. sehingga jika tebal terkorosi yang terjadi dilapangan melebihi 5,29 mm maka jembatan sudah tidak aman lagi untuk digunakan karena faktor keamanan yang berlaku adalah kurang dari 1. Hasil analisa jembatan secara single girder dengan metode perhitungan secara manual dan pemodelan dengan menggunakan software MIDAS-Civil menghasilkan nilai yang berbeda dengan % Perbedaan rata-rata sebesar 6,76%. Sedangkan hasil analisa dengan Multi-Girder menggunakan program nilainya lebih kecil dibandingkan dengan analisa Sigle-Girder dengan rata-rata % perbedaan sebesar 8,72 %. Pada tebal terkorosi 2,10 mm kondisi tidak terpenuhi karena % Dkap sudah 11.07% namun penurunan frekuensi alamihanya masih 4.73% harus nya untuk %Dkap > 11% frekuensi alamiahnya harun > 5%. Pada saat tebal terkorosi antara 4,80 mm – 6,60 mm kondisi tidak terpenuhi karena % Frekuensi alamiah sudah mencapai 19,09% – 21,75% namun %Dkap masih dalam range 26,53% – 34,54% , harusnya untuk nilai % frekuensi > 17% maka %Dkap harus lebih besar dari 35%. Bedasarkan hasil evaluasi sesuai yang dikeluarkan oleh bina marga berdasarkan kerusakan relative (kerusakan akibat penurunan frekuensi alamiah) maka korosi pada girder akan merubah kondisi jembatan. Jembatan dikategorikan masih mengalami kondisi baik saat tebal terkorosi < 2, 282 mm, kondisi cukup saat tebal terkorosi < 2,278 mm, kondisi sedang saat tebal terkorosi < 5,511 mm dan kondisi buruk saat tebal terkorosi > 5,511 mm.
21
5.
REFERENSI
Ajit Kumar Vermaa, A. S. (2004). Composite System Reliability Assessment Using Fuzzy Linear Programming. Guwahati: Science Direct. Badan Standardisasi Nasional. (2002). Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung, SNI 03-1729-2002. Badan Standardisasi Nasional.(2005). Perencanaan Pembebanan untuk Jembatan, SNI T- 02-2005. Badan Standardisasi Nasional.(2005). Perencanaan Struktur Baja untuk Jembatan, SNI T- 03-2005. Cheung, M. S., & Li, W. C. (2001). Serviceability Reliability Of Corroded Steel Bridges. Canada: Canadian Journal Of Civil Engineering. Chopra, A. K. (2006). Dinamic Of Structures. New Jersey: Prentice Hall. Jack R. Kayser, A. S. (1989). Reliability Of Corroded Steel Girder Bridges. Amsterdam: Elsevier Science Publishers B.V. Mice, D. C. (2012). Composite Highway Bridge Design. Berkshire: The Steel Construction Institute. N.S. Trahair, M. B. (1997). The Behaviour And Design Of Steel Structures. London: Taylor & Francis. Navir, A. (2011). Studi Pengaruh Korosi Terhadap Kehandalan Balok Baja Profil I Girder. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Salmon, C. G. (2009). Steel Structures Design And Behaviour Lrfd. New Jersey: Prentice Hall. Setiawan, A. (2008). Perencanaan Struktur Baja Dengan Metode Lrfd (Berdasarkan Sni 03-1729-2002). Jakarta: Erlangga.
6.
RIWAYAT PENULIS Nama penulis lahir di kota (kelahiran) pada (tanggal bulan tahun). Penulis menamatkan pendidikan S1/S2/S3 di (Universitas) dalam bidang (ilmu) pada (tahun). Saat ini bekerja sebagai (jabatan) di (instansi tempat bekerja). Penulis aktif di (organisasi profesi) sebagai (jabatan).
