ANALISIS PUSHOVER PADA JEMBATAN SEMI INTEGRAL
Tugas Perencanaan Infrastruktur Tahan Gempa
Oleh: Tetra Oktaviani 161158012
PROGRAM STUDI MAGISTER TERAPAN REKAYASA INFRASTRUKTUR JURUSAN TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2017
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ......................................... ............................................................... ............................................ ............................................ ..................................... ............... i DAFTAR TABEL ........................................ .............................................................. ............................................ ............................................. ............................ ..... iii BAB I PENDAHULUAN ............................................................. ................................................................................... ........................................ .................. 1 1.1
Latar Belakang ........................................... ................................................................ ........................................... ........................................ .................. 1
1.2
Tujuan ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. ............................. ...... 2
1.3
Ruang Lingkup .......................................... ............................................................... ........................................... ........................................ .................. 2
BAB II PARAMETER DESIGN ......................................................... ................................................................................ ................................. .......... 3 2.1
Data Struktur ......................................... ............................................................... ............................................ ............................................ ...................... 3
2.2
Material .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................. ............................. ...... 4
2.3
Pembebanan Struktur ........................................... .................................................................. ............................................. ............................ ...... 8
BAB III ANALISIS PUSHOVER ANALISIS PUSHOVER .......................................... ................................................................ ............................................ ........................ 13 3.1
Langkah-Langkah Analisis Pushover Analisis Pushover ...................... ............................................ ............................................ ........................ 13
3.2
Hasil Analisa Pushover Analisa Pushover ............................................ .................................................................. ............................................ ........................ 17
BAB IV PENUTUP ........................... ................................................. ............................................ ............................................ ...................................... ................ 20 4.1
Kesimpulan ........................................... .................................................................. ............................................ ......................................... .................... 20
4.2
Saran ........................................... ................................................................. ........................................... ............................................ ............................... ........ 20
i
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Ilustrasi Jembatan .............................................................................................. 3 Gambar 2.2 Data Mutu Beton 25 MPa .................................................................................. 4 Gambar 2.3 Data Mutu Beton 35 Mpa .................................................................................. 5 Gambar 2.4 Dimensi Balok Girder ........................................................................................ 6 Gambar 2.5 Dimensi Diafragma ........................................................................................... 6 Gambar 2.6 Dimensi Pier ...................................................................................................... 7 Gambar 2.7 Dimensi Pier Head ............................................................................................. 7 Gambar 2.8 Dimensi Pelat Lantai ......................................................................................... 8 Gambar 2.9 Standar Dimensi Barrier .................................................................................... 9 Gambar 2.10 Respon Spektra pada Zona Gempa 1 ............................................................. 11 Gambar 2.11 Input Nilai Respon Spektrum ........................................................................ 11 Gambar 2.12 Input Kombinasi Pembebanan yang digunakan ............................................ 12 Gambar 3.1 Jumlah Kembutuhan Tulangan yang dipakai pada (a) Balok (b) Kolom ........ 13 Gambar 3.2 Diagram Interaksi Struktur Kolom .................................................................. 14 Gambar 3.3 Input Load Case Gravitasi ............................................................................... 15 Gambar 3.4 Input Load Case Pushover .............................................................................. 15 Gambar 3.5 Load Application of Pushover ......................................................................... 16 Gambar 3.6 Result Saved of Pushover ................................................................................ 16 Gambar 3. 7 Tampilan Run Pushover ................................................................................. 17 Gambar 3. 8 Pushover Step 1 .............................................................................................. 17 Gambar 3. 9 Pushover Step 2 .............................................................................................. 18 Gambar 3. 10 Pushover Step 3 ............................................................................................ 18 Gambar 3. 11 Pushover Step 4 ............................................................................................ 19 Gambar 3.12 Kurva Pushover ............................................................................................. 19
ii
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Data Umum Struktur Jembatan ............................................................................ 3
iii
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Indonesia merupakan negara yang beresiko tinggi terhadap ancaman gempa. Hal ini disebabkan letak negara Indonesia dipertemuan lempeng tektonik yaitu lempeng Eurasia, Pasifik, Filipina, dan Indo-Australia. Banyak bangunan dan infrastruktur yang hancur akibat terjadinya gempa. Untuk meminimalisir terjadinya kerusakan perlu dilakukan analisis pendekatan untuk memperhitungkan beban lateral yang disebabkan oleh gempa bumi. Ada dua analisis, yaitu analisis statik dan dinamik. Beban ultimit seperti saat terjadinya gempa mengakibatkan respons struktur memasuki kondisi non-linear maka, hanya analisis non-linear yang bisa memberi gambaran respons non-linear bangunan secara memadai. Permodelan non-linear meliputi non-linear geometri dan non-linear material (Satyarno, 2013). Sistem struktur non-linear terdiri dari dua macam, yaitu non-linear material dan non-linear geometri meskipun dua-duanya bisa terjadi secara bersamaan. Non-linear geometri umumnya ditimbulkan oleh topologi dan konektivitas sistem struktur, perpindahan yang hingga (finitesimal displacement), sedangkan Non-linear material bersumber dari hubungan tegangan-regangan (stress-strain relationship) yang tidak bersifat proporsional, baik pada daerah elastis maupun di luar daerah elastis (elasto-plastis atau plastis sempurna). Jembatan panjang atau kolom tinggi memerlukan suatu analisis yang lebih kompleks untuk mengetahui perilaku dinamik atau gempa (A.J Kappos 2005). Salah satu analisis yang digunakan adalah Prosedur Statik Non-linier. Prosedur ini dilakukan dengan cara Analisis Pushover pada jembatan. Analisis tersebut dilakukan untuk mengevaluasi respon struktur dan kelayakan struktur pada perencanaan sistem suatu jembatan. Pushover analisis adalah suatu analis ststic nonlinier dimana pengaruh gempa rancana terhadap struktur bangunan gedung dianggap sebagai beban bebanstatik yang menagkap pada pusat massa masing-masing lantai,yang nilainya ditingkatlkan berangsur angsur sampai melampaui pembebanan yang menyebabkan
1
pelelehan (sendi plastis )pertama di dalam struktur gedung (Yosafat Aji Pranata,2008). Menurut Dewobroto (2005), Proses evaluasi tahan gempa berbasis kinerja dimulai dengan membuat model rencana bangunan kemudian melakukan simulasi kinerjanya terhadap berbagai kejadian gempa. Setiap simulasi memberikan informasi tingkat kerusakan (level of damage), ketahanan struktur, sehingga dapat memperkirakan berapa besar keselamatan (life), kesiapan pakai (occupancy) dan kerugian harta benda (economic loss) yang akan terjadi.
1.2
Tujuan
Tujuan dari penulisan laporan ini adalah untuk mengetahui informasi tingkat kerusakan dan ketahan struktur yang telah direncanakan.
1.3
Ruang Lingkup
Ruang lingkup dalam penulisan laporan ini adalah seperti berikut: 1. Aplikasi pemrograman yang digunakan adalah SAP 2000 dengan metode pendekatan yang digunakan adalah Analisis Pushover. 2. Respon spektrum yang digunakan berdasarkan SNI 2833 Tahun 2008 tentang Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Jembatan adalah Zona Gempa 1
dengan konsistensi tanah lunak.
2
BAB II PARAMETER DESIGN
2.1
Data Struktur
Jembatan yang direncanakan merupakan jembatan tipe semi integral Jembatan semi integral merupakan jembatan yang dibuat tanpa adanya pergerakan antar bentang (spans) atau antar bentang dengan abutment dengan panjang bentang lebih dari 20 meter. Total bentang jembatan ini adalah 120 meter dengan lebar jembatan 8 meter yang terdiri dari 2 jalur dan masing-masing jalur terdapat 2 lajur dan 1 bahu jalan. Ilustrasi jembatan ini dapat dilihat pada Gambar 2.1
Gambar 2.1 Ilustrasi Jembatan
Bentang jembatan sendiri ditopang oleh 5 PCI girder dan diafragma setiap 5 meter. Data umum struktur jembatan tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.1. Tabel 2. 1 Data Umum Struktur Jembatan No.
Uraian
Simbol
1
Tipe Jembatan
Semi Integral
2
Jenis Struktur Atas
Balok Girder
3
Total Bentang Jembatan
Lx
120
m
4
Lebar Jembatan
Ly
8
m
5
Jarak Antar Girder
2
m
6
Jumlah Girder
5
buah
7
Tebal Pelat Lantai
0,25
m
8
Tebal Aspal
0,05
m
9
Jarak Abutment A ke Pier -1
25
m
L1
Dimensi
Satuan
3
2.2
No.
Uraian
Simbol
Dimensi
Satuan
10
Jarak Pier -1 ke Pier -2
L2
35
m
11
Jarak Pier -2 ke Pier -3
L2
35
m
12
Jarak Pier -1 ke Abutment B
L1
25
m
13
Tinggi Pier 1
h1
20
m
14
Tinggi Pier 2
h2
50
m
15
Tinggi Pier 3
h3
35
m
Material
Material yang digunakan dalam merancang jembatan ini adalah beton bertulang dengan mutu beton 25 MPa dan 35 Mpa. Beton dengan mutu 25 MPa dipakai untuk diafragma, Pier , Pier Head , dan pelat lantai. Sedangkan mutu beton yang dipakai untuk Balok Girder adalah 35 MPa. Data mutu yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3
Gambar 2.2 Data Mutu Beton 25 MPa
4
Gambar 2.3 Data Mutu Beton 35 Mpa
2.2.1
Dimensi Komponen Material
Dimensi dari elemen struktur jembatan yang digunakan adalah meter. Dimensi elemen struktur tersebut dapat dilihat sebagai berikut: 1. Girder yang digunakan adalah balok girder dengan mutu beton sebesar 35 MPa. Dimensi balok girder yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 2.4.
5
Gambar 2.4 Dimensi Balok Girder
2. Diafragma, dimensi diafragma dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Dimensi Diafragma
6
3. Pier , dimensi pier dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Dimensi Pier
4. Pier head , dimensi pierhead dapat dilihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Dimensi Pier Head
7
5. Pelat lantai, dimensi pelat lantaidapat dilihat pada Gambar 1.8.
Gambar 2.8 Dimensi Pelat Lantai
2.3
Pembebanan Struktur
Pembebanan yang diberikan pada struktur jembatan semi integral ini adalah sebagai berikut: 1. Beban sendiri (DEADLOAD/DL) Beban sendiri pada strktur SAP2000 akan terhitung secara otomatis dari berat elemen struktur jembatan tersebut (PCI, girder, diafragma, pier , pier head dan pelat lantai).
2. Beban mati tambahan (SUPERLOAD/SDL) Beban mati tambahan yang dimasukkan dalam pemodelan struktur ini adalah berat aspal setebal 5 cm yang membebani pelat lantai sepanjang jembatan. a. Berat aspal
= tebal aspal x lebar tinjauan x berat jenisaspal = 0,05 x 1 x 22 = 1,1 kN/m 8
b. Berat Barrier Berdasarkan Petunjuk Lokasi dan Spesifikasi Bangunan Pengaman
Tepi
Jalan No:013/S/BNKT/1990 mengenai dimensi paraper (barrier) yang digunakan dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.9 Standar Dimensi Barrier
Berat barrier = Luas × BJ beton × Lebar tinjauan
150
50
200
0 0 4
5 0 5 8
1 0 0 3
4 3
2
0 5 1
400
Berdasarkan gambar di atas, selanjutnya barrier dibagi ke dalam beberapa luasan seperti berikut: Luas 1 = 150 × 850
= 127500 mm 2
Luas 2 = 250 × 150
= 37500 mm 2
9
Luas 3 = × 200 × 300
= 30000 mm 2
Luas 4 = 50 × 300
= 15000 mm 2
Luas 5 = × 50 × 400
= 10000 mm 2
Luas Total
= 220000 mm 2 = 0,22 m2
Berat barrier = 0 , 2 2 × 2 4 × 1 = 5,28 kN Berat barrier kemudian dijadikan sebuah beban merata dengan luas penampang bawah barrier 0,5 m2, maka berat barrier menjadi: qMS(barrier )
=
, kN , m
= 10,56 kN/m 2.
3. Beban Lalu lintas Beban lalu lintas pada sebuah jembatan terdiri dari beban terbagi merata (BTR) dan beban garis terpusat (BGT) (RSNI T-02-2005). Beban terbagi rata (BTR) yang digunakan pada perancangan jembatan ini adalah sebesar 9 kN/m 2, sedangkan beban garis terpusat (BGT) yang digunakan adalah p = 49 kN/m.
4. Beban gempa (QUAKE) Beban gempa yang digunakan adalah respon spektrum berdasarkan SNI 2833 Tahun 2008 tentang Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Jembatan dengan asumsi wilayah Zona Gempa 1 dan konsistensi tanah adalah lunak. Grafik respon spektrum tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.10. Respon spektrum yang digunakan dalam analisis menggunakan SAP 2000 dapat dilihat pada Gambar 2.11.
10
Gambar 2.10 Respon Spektra pada Zona Gempa 1
Gambar 2.11 Input Nilai Respon Spektrum
11
5. Kombinasi Pembebanan Kombinasi pembebanan yang digunakan dalam menganalsis struktur jembatan terdiri dari delapan (8) buah dengan kombinasi antara lentur dan geser pada kolom dan balok. Kombinasi pembebanan yang digunakan sesuai dengan kemungkinan variasi arah gempa, yaitu 100% arah X 30% arah Y dan 30% arah X 100% arah Y. Kombinasi yang digunakan seperti terlihat pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Input Kombinasi P embebanan yang digunakan
12
BAB III ANALISIS PUSHOVER
3.1
Langkah-Langkah Analisis Pushover
Langkah-langkah dalam melakuan analisis pushover adalah sebagai berikut: 1. Parameter design yang telah dijabarkan dalam BAB II harus diinput dengan benar dan sesuai dengan standar perancangan yang digunakan. 2. Selanjutnya lakukan Run pada pemodelan tersebut untuk mendapatkan gayagaya dalam pada kolom dan balok. Table-tabel gaya dalam tersebut nantinya diexport ke dalam Excel dan digunakan untuk menentukan banyaknya penulangan pada kolom dan balok. Hasil dari perhitungan tersebut kemudian diperoleh jumlah tulangan yang akan digunakan seperti pada Gambar 3.1.
(a)
(b)
Gambar 3.1 Jumlah Kembutuhan Tulangan yang dipakai pada (a) Balok (b) Kolom
3. Langkah selanjutnya adalah pengecekan / kontrol keamanaan terhadap gayagaya yang ada. Pengecekan keamanan seperti berikut: 13
DIAGRAM INTERAKSI K 400 x 600 12D-19 90000 85000 80000 75000 70000 65000 60000 55000 50000 )45000 N k ( 40000 n P 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 0
500
1000
1500
2000
2500
e (m m)
Gambar 3.2 Diagram Interaksi Struktur Kolom
Dari gaya-gaya dalam yang telah diexport ke dalam Excel kemudian didapatkan diagram interaksi kolom dan selanjutnya dilkakukan kontrol tulangan kolom seperti berikut: Pu =
7492 kN
M2 = 5287.297 kN M3 = 15714.98 kN e2 = 705.7307 mm e3 = 2097.583 mm y2 =
31000 kN
y3 =
11500 kN
Po =
82556 kN
Pn =
9337 kN
ØPn =
0,85*Pn
= 0,85 * 9337=
7936
kN
ØPn ≥ Pu → 7936 kN ≥ 7492 kN … (OK)
14
4. Jika kontrol penulangan dinyatakan aman, langkah selanjutnya adalah melakukan analisis pushover dengan cara memberikan beban berupa Load Case Gravitasi dan Load Case Pushover seperti terlihat pada gambar berikut:
Gambar 3.3 Input Load Case Gravitasi
Gambar 3.4 Input Load Case Pushover
15
Gambar 3.5 Load Application of Pushover
Gambar 3.6 Result Saved of Pushover
5. Setelah tahapan – tahapan tersebut selesai, lakukan Run akhir untuk mendapatkan hasil analisis pushover seperti Gambar 3.7.
16
Gambar 3. 7 Tampilan Run Pushover
3.2
Hasil Analisa Pushover
Hasil akhir dari analisa pushover yang diperoleh dari menu Deformed Shape terdiri dari empat step seperti berikut:
Gambar 3. 8 Pushover Step 1
17
Gambar 3. 9 Pushover Step 2
Gambar 3. 10 Pushover Step 3
18
Gambar 3. 11 Pushover Step 4
Gambar 3.12 Kurva Pushover
Dari Gambar 3.12 diperoleh bahwa garis hijau merupakan curve capacity dan garis merah merupakan kurva respon spektrum, sehingga dari garis tersebut diperoleh garis perpotongan (demand Spectra) pada Sa = 0,320 dan Sd = 0,124.
19
BAB IV PENUTUP
4.1
Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis pushover pada jembatan semi integral dengan panjang bentang 120 meter adalah sebagai berikut: 1. Dimensi Pier (Kolom) sebesar 1,5 m x 1,5 m dengan f’c sebesar 25 MPa dibutuhkan tulangan sebanyak 28 buah/sisi. 2. Kerusakan yang terjadi pada step 1 sampaidengan step 4 hanya terjadi pada pilar terpendek saja. 3. Kurva pushover yang diperoleh dari hasil analisis tidak menunjukkan adanya pola kerusakan pada struktur karena garis hijau (curve capacity) terus mengalami kenaikan secara signifikan. Hal ini terjadi karena struktur jembatan yang dirancang kuat atau bahkan boros. 4. Perfomence point pada hasil analisis ini berada pada titik Sa = 0,320 dan Sd = 0,124.
4.2
Saran
Adapun saran dari hasil analisis pushover ini adalah sebagai berikut: 1. Perencanaan tulangan secara detail terhadap masing-masing elemen struktur memungkinkan terlihatnya pola keruntuhan/kerusakan pada struktur jembatan yang dapat dilihat pada kurva pushover. 2. Dimensi yang digunakan pada analisis pushover sebaiknya tidak boros agar tujuan dalam melakukan analisa pushover sendiri dapat tercapai sehingga nantinya saat penerapan pada konstruksi sebenarnya dapat dilakukan pencegahan-pencegahan dalam menghindari kerusakan tersebut.
20
