UJI PEMBEBANAN JEMBATAN SEBAGAI STANDAR AWAL PENGOPERASIAN JEMBATAN UNTUK LALU-LINTAS UMUM KASUS: JEMBATAN TIMPAH
ABSTRAK
Uji pembebanan bertujuan menilai respons struktur jembatan akibat beban yang diberikan khususnya terkait kekuatan dan kenyamanan. Pengujian beban dapat dilakukan dengan uji beban statik dan beban dinamik. Uji beban statik dilakukan untuk menentukan kapasitas jembatan, pada uji ini pembebanan dilakukan secara bertahap mensimulasi beban rencana. Parameter yang diukur dalam uji ini adalah lendutan dan tegangan pada elemen-elemen jembatan. Uji dinamik dilakukan untuk mendapatkan karakteristik getar jembatan sekaligus sebagai “finger print” jembatan atau catatan lahir yang dapat digunakan untuk mengetahui laju penurunan kondisi/deterioration jembatan pada saat operasional. Parameter yang diukur dalam uji ini adalah percepatan dan frekuensi getar. Uji statik Jembatan Timpah dilakukan dengan 24 truk dengan berat masing-masing 12.5 ton (total beban uji 300ton) yang disebar di sepanjang jembatan sehingga mensimulasi 40% beban layan. Pengujian statik dilakukan secara bertahap 100ton, 200ton dan 300ton untuk melihat perilaku struktur. Lendutan dan tegangan hasil pengujian kemudian dibandingkan dengan lendutan dan tegangan hasil model struktur yaitu sebesar lendutan sebesar 27mm dan tegangan sebesar tegangan ijin untuk beban 24 truk. Uji beban dinamik Jembatan Timpah dilakukan dengan jumping test dimana sebuah truk seberat 12.5ton bergerak dengan kecepatan rendah melampaui ganjal kayu setinggi 12 cm pada tengah bentang. Accelerometer diletakkan di tengah bentang yang berfungsi mencatat getaran akibat impak yang diberikan oleh truk. Berdasarkan hasil pengujian diperoleh frekuensi getar vertikal mode pertama sebesar 1.71Hz. Hasil ini kemudian dibandingkan dengan frekuensi getar model struktur untuk melihat perilaku kekakuan jembatan. Pada tulisan ini dibahas contoh kasus uji beban Jembatan Timpah, Provinsi Kalimantan Tengah yang merupakan jembatan khusus dengan konstruksi rangka baja menerus bentang utama 105m.
Kata kunci: pembebanan, Jembatan Timpah, uji beban dinamik, uji beban statik.
Penulis Makalah:
1. Ir Herry Vaza, MEng.Sc
Subdit Teknik Jembatan, Dit. Bina Teknik, Ditjen. Bina Marga, Kementerian Pekerjaan Umum
2. Monang Saut, ST, MT
Subdit Teknik Jembatan, Dit. Bina Teknik, Ditjen. Bina Marga, Kementerian Pekerjaan Umum
3. Armen Adekristi, ST
Subdit Teknik Jembatan, Dit. Bina Teknik, Ditjen. Bina Marga, Kementerian Pekerjaan Umum
1
1. Pendahuluan Uji pembebanan bertujuan menilai respons struktur jembatan akibat beban yang diberikan khususnya terkait kekuatan dan kenyamanan. Pengujian beban dapat dilakukan dengan uji beban statik dan beban dinamik. Uji beban statik dilakukan untuk menentukan kapasitas jembatan, pada uji ini pembebanan dilakukan secara bertahap mensimulasi beban rencana. Parameter yang diukur dalam uji ini adalah lendutan dan tegangan pada elemen-elemen jembatan. Uji dinamik dilakukan untuk mendapatkan karakteristik getar jembatan sekaligus sebagai “finger print” jembatan atau catatan lahir yang dapat digunakan untuk mengetahui laju penurunan kondisi/deterioration jembatan pada saat operasional. Parameter yang diukur dalam uji ini adalah percepatan dan frekuensi getar. Ke depan, pengujian jembatan diusulkan menjadi bagian dalam comminsiong test sebelum pengoperasian jembatan untuk lalu lintas umum khususnya untuk jembatan bentang panjang/jembatan khusus. Kompleksitas uji jembatan yang dilakukan disesuaikan dengan tingkat kerumitan struktur jembatan. Pada tulisan ini dibahas contoh kasus uji beban Jembatan Timpah Sehubungan dengan rencana peresmian operasional jembatan Timpah pada tanggal 19 April 2010, maka akan dilakukan pemeriksaan laik fungsi jembatan dengan tujuan untuk
menilai
kondisi
jembatan
saat
penyelesaian
pekerjaan
dengan
pembebanan aktual pada tanggal 11 April 2010 selama 1 (satu) hari.
cara
Maksud dari
pelaksanaan pengujian beban jembatan tersebut adalah melakukan pengujian yang relevan
dan
analisis
pembebanan
jembatan
secara
langsung
untuk
menilai
pemenuhan konstruksi jembatan terhadap kriteria desain khususnya terkati kekuatan dan keamanan struktur meliputi: a) Kondisi aktual struktur jembatan di bawah beban-beban pengujian, b) Kualitas konstruksi dan kondisi layan struktur jembatan, c) Menyediakan dasar ilmiah bagi penyelesaian & penerimaan pekerjaan jembatan
-
Jembatan Timpah, Provinsi Kalimantan Tengah yang merupakan jembatan khusus dengan konstruksi rangka baja menerus bentang utama 105m. Data umum jembatan adalah sebagai berikut: Lokasi jembatan = Kabupaten Kapuas Provinsi Kalimantan Tengah
-
Kelas jembatan
=A
-
Panjang total
= 255 meter
2
-
Lebar jembatan
= 9,0 meter (1,0 + 7,0 + 1,0)
-
Konfigurasi
= (62,5 + 105 + 62,5 m) + 25 m
-
Tipe Jembatan
= Cantilever truss bridge (230m) + Komposit baja (25m)
-
Bangunan Atas
= Rangka Baja Non Standar Bentang Khusus
-
Berat jembatan
= 35,0 ton Gamba
r Memanjang Jembatan 2.
Prosedur Pengujian
Secara prinsip pengujian beban adalah -
Pengujian harus memberi tegangan dan deformasi yang jelas pada elemenelemen penting sistem struktur (Penentuan elemen-elemen tersebut ditentukan dari hasil perencanaan awal).
-
Pengujian harus menggambarkan kapasitas daya dukung stuktural.
-
Beban aktual yang diberikan tidak menyebabkan kerusakan pada struktur. Penerapan uji pembebanan harus disesuaikan dengan kondisi awal (initial condition) pembebanan (UDL) dari analisis struktur perencanaan.
Pembebanan Rencana UDL Panjang
= 105 meter (bentang tengah)
Beban UDL
= 0.8 x (0.5 + 15/105m) x lebar 7.0m x panjang 105m = 378 ton
Beban kendaraan truk uji Berat truk
= 12.5 ton
Mobilisasi
= 40% (SLS) atau ekivalen dengan 25% (ULS), maka
Jumlah truk perlu pada bentang tengah adalah 12 buah 2.1 Pemeriksaan Visual Pemeriksaan visual perlu dilakukan sebelum pelaksanaan pengujian statik dan dinamik. Adapun pemeriksaan meliputi seluruh batang-batang struktur rangka baja dan sistem lantai jembatan. Pada pemeriksaan visual juga dilakukan pengecekan kuat kencang baut di buhul-buhul kritis dengan menggunakan palu.
3
2.2Uji Beban Dinamik Uji beban dinamik ini dilakukan untuk mendapatkan karakteristik getaran jembatan dengan
cara
memberi
goncangan
pada
jembatan.
Tujuannya
adalah
untuk
mendapatkan parameter-parameter seperti natural frequency, damping ratio, mode shape struktur sehingga dapat dinilai kekakuan struktur jembatan. Prosedur pengujian: -
Blok kayu dengan penampang 12x15 cm sepanjang 4.0 meter ditempatkan di tengah bentang jembatan
-
Uji beban dinamik dapat dilaksanakan dengan jumping test dimana sebuah truk berat 12.5 ton bergerak dengan kecepatan rendah melampaui ganjal kayu setinggi 12 cm.
-
Alat uji yang diperlukan adalah Blastmate IIII dengan accelerometer 3 arah yang diletakkan di tengah bentang.
-
Evaluasi uji beban dinamik dengan cara membandingkan parameter-parameter hasil pengujian dengan hasil analisis. Kinerja jembatan dikatakan baik apabila natural frequency dan damping ratio hasil uji lebih besar dari hasil analisis.
2.3Uji Beban Statik Uji beban statik dilakukan dilakukan untuk menentukan kapasitas jembatan dengan menempatkan beban di posisi jembatan. Tujuannya adalah untuk mendapatkan parameter-parameter seperti statik displacement, regangan statik struktur sehingga dapat dinilai kinerja jembatan. Pada uji ini digunakan 24 truk dengan berat masingmasing 12.5 ton sehinggga diperoleh beban total uji 300 ton. Prosedur pengujian (lihat gambar di belakang): a)
LOADING
-
Tahap 1: Tidak ada truck
-
Tahap 2: Truck yang digunakan 8 buah (total beban 100 ton) yang ditempatkan 4 buah dimasing-masing bentang tepi dan 4 buah dibentang tengah Tahap 3: Truck yang digunakan 16 buah (total beban 200 ton) yang
-
ditempatkan 4 buah dimasing-masing bentang tepi dan 8 buah dibentang tengah -
Tahap 4: Truck yang digunakan 24 (total beban 300 ton) buah yang ditempatkan 6 buah dimasing-masing bentang tepi dan 12 buah dibentang tengah
b) -
UNLOADING Tahap 5: Truck yang digunakan 16 buah (total beban 200 ton) yang ditempatkan 4 buah dimasing-masing bentang tepi dan 8 buah dibentang tengah
-
Tahap 6: Truck yang digunakan 8 buah (total beban 100 ton) yang ditempatkan 4 buah dimasing-masing bentang tepi dan 4 buah dibentang tengah
4
3.1
3.2
-
Tahap 7: Tidak ada truck
Dalam pengujian beban di lapangan ini perlu adanya tracehold (warning) yang dilakukan dengan pengukuran lendutan dan tegangan. Pengukuran lendutan dari bacaan alat Total Station dengan ketelitian bacaan sampai dengan satuan sentimeter. Pengukuran
dilakukan
sepanjang
median
jembatan
di
setiap
titik-titik
buhul.
Sedangkan Pengukuran tegangan menggunakan 20 buah Strain Gauge pada batangbatang utama maksimum yang telah ditentukan (lihat lampiran dibelakang). Pembatasan tegangan pada batang-batang utama tersebut adalah apabila terjadi perbedaan tegangan uji hasil bacaan strain gauge sebesar tegangan leleh rencana pada masing-masing tahapan. Pembatasan lendutan pada tengah bentang akibat uji beban tahap 4 menggunakan 24 buah truk (total beban 300 ton) adalah 27mm.
3.
Hasil Pengujian
Pengamatan Visual Berdasarkan pengamatan visual, batang-batang utama jembatan dalam keadaan baik dimana tidak terlihat adanya tekuk maupun kerusakan struktural. Pada flens bawah cross girder P1 terlihat deformasi lokal di daerah sambungan. Hal ini terjadi pada saat konstruksi. Pengecekan baut dilakukan dengan menggunakan palu dan terlihat bautbaut pada joint-joint utama jembatan terpasang dengan baik. Uji Beban Dinamik Hasil pengukuran akibat uji jumping test adalah sebagai berikut:
Gelombang Getar akibat Uji Jumping Test
5
3.3
1
2
2 1
3
1
Frekuensi Getar akibat Uji Jumping Test Besarnya frekuensi hasil pengukuran adalah sebagai berikut: Frekuensi Getar Hasil Uji Beban Dinamik vs Frekuensi Getar Rencana Mode
Frekuensi Pengukuran (Hz)
Frekuensi Rencana (Hz)
1st order of vertical bending
1.71
1.96
2nd order of vertical bending
2.38
3.25
3rd order of vertical bending
3.63
3.89
Keterangan
Uji Beban Statik Pengamatan uji beban statik meliputi lendutan dan regangan. Hasil lendutan terlihat mengikuti tren lendutan pada model struktur/rencana. Sedangkan berdasarkan hasil pengamatan, bacaan regangan yang terjadi sangat sensitif. Pada kegiatan pengukuran ini ada 3 buah strain gauge yang dataya tidak terekam dengan baik. Hal ini disebabkan lokasi strain gauge yang terlalu jauh dari data logger. Tegangan listrik yang tidak stabil pada saat pengukuran juga membuat alat pengujian harus disetting ulang beberapa kali.
6
Hasil pengamatan displacement dan regangan pada saat pengujian adalah sebagai berikut:
7
Tabel hasil pengukuran total stasion di lapangan
TAHAPAN PENGUJIAN Loading No. Titi k
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
1 Aktual
2
Un-loading 3
4
5
6
7
Rencana
Aktual
Rencana Bintek
Rencana Kons
Aktual
Rencana Bintek
Rencana Kons
Aktual
Rencana Bintek
Rencana Kons
Aktual
Rencana Bintek
Rencana Kons
Aktual
Rencana Bintek
Rencana Kons
Aktual
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 -10 -10 -10 -10 -10 0 0
0.7 1.2 1.4 1.1 0.4 -3.9 -8.1 -12.7 -16.5 -17.7 -16.5 -12.7 -8.1 -3.9
2.2 3.9 4.7 4.2 2.3 -4.3 -8.8 -13.7 -17.7 -19 -17.7 -13.7 -8.8 -4.3
0 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -20 -20 -20 -20 -20 -10 -10
-1.8 -3.2 -3.8 -2.7 -1.5 -4.3 -9.3 -14.8 -18.9 -20.3 -18.9 -14.8 -9.3 -4.3
1.7 3.1 3.6 3.5 2.3 -6.2 -13 -20.3 -25.3 -26.9 -25.3 -20.3 -13 -6.19
0 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -20 -20 -20 -20 -20 -10 -10
-4.3 -6.8 -6.6 -4.2 -2 -5.9 -11.6 -17.5 -21.8 -23.2 -21.8 -17.5 -11.6 -5.9
-0.9 -1.2 0.1 1.4 1.5 -6.8 -13.6 -20.8 -25.8 -27.4 -25.8 -20.8 -13.6 -6.79
0 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -20 -20 -20 -20 -20 -10 -10
-1.8 -3.2 -3.8 -2.7 -1.5 -4.3 -9.3 -14.8 -18.9 -20.3 -18.9 -14.8 -9.3 -4.3
1.7 3.1 3.6 3.5 2.3 -6.2 -13 -20.3 -25.3 -26.9 -25.3 -20.3 -13 -6.19
0 0 0 0 0 0 0 -10 -10 -10 -10 -10 0 0
0.7 1.2 1.4 1.1 0.4 -3.9 -8.1 -12.7 -16.5 -17.7 -16.5 -12.7 -8.1 -3.9
2.2 3.9 4.8 4.17 2.3 -4.3 -8.8 -13.7 -17.7 -19 -17.7 -13.7 -8.8 -4.3
0 0 10 0 0 0 10 0 0 0 0 0 10 -10
8
Rencana Bintek
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Re
Tabel hasil pengukuran strain gauge di lapangan 6
7 13
12
16
18
Tahap Uji
1
2
3
No. ST
σ Renc
σ Renc
σ initial
Bintek
Kons
εaktual
aktual
σ σ model
εaktual
aktual
0
0
0
0
-9
-1.9
-6.0
-17
-3.6
1
0
0
0
-18
-3.8
-5.9
-38
-8.0
2
0
0
0
10
2.1
-6.1
19
4.0
3 4 5 6 7 8
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
-13 -14 -16 54 49 44
-2.7 -2.9 -3.4 11.3 10.3 9.2
-6.4 -3.5 -3.5 7.6 7.6 -0.3
-18 -18 -29 106 100 76
-3.8 -3.8 -6.1 22.3 21.0 16.0
9 10 11
0 0 0
0 0 0
0 0 0
-15 31 71
-3.2 6.5 14.9
-3.9 0.3 8.1
-35 28 109
-7.4 5.9 22.9
12 13 14
0 0 0
0 0 0
0 0 0
68 47 60
14.3 9.9 12.6
10.8 9.6 12.9
99 72 102
15 16
0 0
0 0
0 0
-28 22
-5.9 4.6
15.9 -6.7
-65 65
20.8 15.1 21.4 13.7 13.7
1
0
2
3
4
σ εaktual
aktual
-18
-3.8
-23
-4.8
27
5.7
-30 -28 -37 142 137 105
-6.3 -5.9 -7.8 29.8 28.8 22.1 11.6 7.1 26.9
13.9 17.9 19.0
156 83 167
15.9 -
-99 89
-55 34 128
32.8 17.4 35.1 20.8 18.7
19
14
15
5
σ σ model 12.0 11.3 12.0 12.9 -7.2 -7.2 14.8 14.7 8.0 12.0 -5.4 11.7
17
11
9
6
σ σ model 15.7 14.0 16.0 15.1 -8.9 -8.9 19.2 19.1 12.5 11.9 -9.1 11.7 16.. 7 19.6 20.5
εaktual
aktual
-14
-2.9
-20
-4.2
32
6.7
14 -17 -25 111 105 72
2.9 -3.6 -5.3 23.3 22.1 15.1
-45 5 95
-9.5 1.1 20.0
109 46 112
20.7 -
-68 80
22.9 9.7 23.5 14.3 16.8
7
σ
σ
σ model 12.0 11.3 12.0 12.9 -7.2 -7.2 14.8 14.7 8.0 12.0 -5.4 11.7
εaktual
aktual
σ model
εaktual
-13
-2.7
-6.0
-5
-1.1
0.0
-6
-1.3
-5.9
-3
-0.6
0.0
28
5.9
-6.1
7
1.5
0.0
9 -11 -15 91 84 59
1.9 -2.3 -3.2 19.1 17.6 12.4
-6.4 -3.5 -3.5 7.6 7.6 -0.3
3 -6 -10 23 23 15
0.6 -1.3 -2.1 4.8 4.8 3.2
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
-28 33 72
-5.9 6.9 15.1
-3.9 0.3 8.1
-10 12 32
-2.1 2/5 6.7
0.0 0.0 0.0
13.9 17.9 19.0
91 29 71
19.1 6.1 14.9
10.8 9.6 12.9
11 9 22
2.3 1.9 4.6
0.0 0.0 0.0
15.9 -
-45 101
-9.5 21.2
15.9 -6.7
-18 -27
-3.8 -5.7
0.0 0.0
aktual
σ model
9
17
0
0
0
18
0
0
0
19
0
0
0
xxx x xxx x xxx x
xxx x xxx x xxx x
12.0 1.8 11.7
xxx x xxx x xxx x
xxx x xxx x xxx x
12.1 12.1 1.4 15.2
xxx x xxx x xxx x
xxx x xxx x xxx x
11.9 11.8 -2.2 15.9
xxx x xxx x xxx x
xxx x xxx x xxx x
12.1 12.1 1.4 15.2
xxx x xxx x xxx x
xxx x xxx x xxx x
12.0 1.8 11.7
xxx x xxx x xxx x
xxx x xxx x xxx x
0.0 0.0 0.0
10
4.
ANALISIS
4.1Uji Dinamik Pada uji dinamik terlihat bahwa mode 1 dan mode 2 vertikal jembatan berdekatan dengan mode 1 dan mode 2 translasi dengan amplitudo translasi yang cukup besar. Hal ini dapat mengindikasi kekakuan jembatan dalam arah translasi yang relatif fleksibel.
1
2
2 1
3
1
Frekuensi Getar akibat Uji Jumping Test 4.2Uji Statik 4.2.1
Tegangan pada Batang Utama
Tegangan pada member-member utama hasil bacaan strain gauge melebihi tegangan pada model struktur. Hal ini dapat disebabkan ketidak seragaman beban uji yang ada. Selain itu perlu dilakukan koreksi terhadap bacaan strain gauge akibat panjang kabel dan kondisi inisial. Perbedaan bacaan hasil uji juga dapat disebabkan belum stabilnya jembatan pada saat pembacaan strain gauge akibat mobilisasi truk maupun tidak stabilnya daya listrik pada saat pengujian. Dari hasil uji beban yang telah dilakukan didapat nilai regangan maksimum sebesar 167μ pada lokasi strain gauge No 15 dengan total beban truk total truk
11
diseluruh bentang 24 truk (beban penuh 300 ton) atau 12 truk di tengah bentang (150 ton). Batang yang mengalami regangan maksimum adalah batang bawah yang berada di tengah bentang. Berdasarkan informasi pihak pelaksana konstruksi diketahui berat struktur rangka baja jembatan di tengah bentang adalah 370 ton dan berat lantai jembatan 0.576 ton/m2 sehingga berat total struktur jembatan= 966 ton. Berdasarkan data tersebut, diperkirakan nilai regangan yang terjadi sebelum pengujian adalah 966/150x167μ= 1075μ (material masih bersifat elastis). Sehingga nilai regangan maksimum total yang terjadi pada member adalah 1242 μ. Berdasarkan
hasil
pengukuran
dan
analisis
perhitungan
regangan
dapat
disimpulkan bahwa kondisi regangan maksimum yang terjadi masih lebih kecil dibandingkan dengan batas regangan leleh bahan yaitu 1750μ. Selain itu, nilai regangan maksimum total yang terjadi tersebut pada dasarnya masih berada dalam batas-batas regangan ijin bahan, yaitu 1250μ. Hal ini membuktikan bahwa struktur jembatan baja yang diuji masih memperlihatkan perilaku yang elastis. 4.2.2
Lendutan Pada Buhul Bawah
Pada dasarnya, pola lendutan yang terjadi pada saat pengujian mengikuti tren pada model struktur. Lendutan terbesar adalah 2.0 cm, mendekati lendutan pada model yaitu sebesar 2.7 cm. Nilai satuan terkecil bacaan teodolite yang hanya sampai satuan cm menyebabkan bacaan tidak terlalu akurat. 5.
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1Kesimpulan Dari kegiatan uji beban ini dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Frekuensi getar aktual jembatan berdasarkan uji dinamik lebih rendah dari frekuensi rencana. Hal ini dapat mengindikasikan kekakuan jembatan yang relatif lebih kecil dibandingkan model. 2. Pola lendutan yang terjadi pada saat pengujian mengikuti pola model struktur. Lendutan terbesar adalah 2 cm, mendekati lendutan pada model yaitu sebesar 2.7 cm. 3. Tegangan pada member-member utama hasil bacaan strain gauge melebihi tegangan pada model struktur. Perlu dilakukan koreksi terhadap bacaan strain gauge akibat panjang kabel dan kondisi inisial. 5.2Saran 1.
Disarankan
agar
operasional
yang
dilakukan
penilaian
menyangkut
aspek
laik
fungsi
kenyamanan
jembatan dan
sebelum
keselamatan
12
pengguna
jembatan
baik
terkait
dengan
rambu-rambu
lalu-lintas,
penerangan, lapis aspal, railing pada ujung jembatan, dll. 2.
Kemampuan alat baca lendutan pada uji statik minimal sampai dengan satuan milimeter sehingga diperoleh data uji yang lebih akurat.
3.
Pada uji statik, jembatan disarankan didiamkan dalam waktu yang relatif lama untuk tiap tahap uji sehingga jembatan dalam keadaan stabil pada saat pengukuran.
4.
Jembatan agar dibersihkan dari kotoran sebelum dioperasikan.
5.
Uji dinamik dilakukan secara berkala untuk melihat perilaku penurunan kondisi struktur.
13
