[jurnal] analisis kuat layan struktur atas jembatan (balok menerus)

Analisis Kuat Layan Struktur Atas Jembatan ………....……………(Bambang Supriyadi)170

ANALISIS KUAT LAYAN STRUKTUR ATAS JEMBATAN (BALOK MENERUS)AKIBAT RUNTUHNYA SALAH SATU PILAR JEMBATAN

(STUDI KASUS JEMBATAN GANTIWARNO, KLATEN, JAWA TENGAH)

The Analysis Of Service Strength Of The Upper Continues Bridge Beam Due To Collapsed-Pillar(Case Study: Gantiwarno Bridge, Klaten, Central Java)

Bambang Supriyadi 1)

1) Staf pengajar Jurusan Teknik Sipil dan Pascasarjana, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah MadaJl. Grafika No. 2 Yogyakarta 55281; email : [email protected]

ABSTRACT

The upper structure of the Gantiwarno bridge in Klaten, Central Java, was built using the continuous concretebeam bridge structure, which was supported by abutment at the ends and two pillars between them. In its service, one ofthe pillars had collapsed causing the inability of the upper bridge structure to provide support for the necessary loads.This study aims to observe; 1) the moment resistant of the main concrete beam section and its difference compared to thepositive and negative maximum moment produced from the result of SAP90; 2) deflection and natural frequency value ofthe bridge in the normal condition of the upper structure and in the damaged condition. Through the observations, thestudy intends to understand the remaining strength of the upper structure, due to the collapse of one of the pillars, insupporting the services load. The result showed that the percentage of the “D” load allowed to pass the bridge structurein its damaged condition is 2.7859% (motorcyclists were still able to pass the bridge). There was a significant decreaseof 68.312% of the structure natural frequency in its damaged condition. The deflection in its normal conditions was farfrom the maximum deflection permitted. It was also the case in its damaged condition. Therefore, the service strength ofthis bridge is determined by the moment resistant of the existing main concrete beam section and not by the deflection.

Keywords: continuous concrete beam, moment resistant, damaged condition.

PENDAHULUANUntuk memenuhi kebutuhan bentang rencana

jembatan yang besar, sering dipilih struktur atasjembatan menggunakan model jembatan balok betonmenerus yang didukung oleh abutment pada ujungujungnya dan beberapa pilar diantara keduanya.Dalam perencanaanya tentu tidak sama dengankumpulan beberapa balok sederhana, yang hanyamempertimbangkan momen positif pada daerahtengah bentang, tetapi perlu mempertimbangkan pulamomen negatif pada tumpuan. Salah satu keuntunganmodel ini, apabila ada pilar atau salah satu pilar yanglepas atau roboh, struktur atas jembatan tidaklangsung runtuh bila balok utama/gelagar masihmampu menahan beban matinya.

Dalam penelitian ini diambil contoh kasusjembatan Gantiwarno di Klaten Jawa Tengah yangmengalami kerusakan salah satu pilarnya roboh.Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sisakekuatan struktur atas jembatan akibat robohnyasalah satu pilar dalam memikul beban-beban yangdijadikan acuannya. Manfaat yang diharapkan dapatdijadikan acuan dalam perencanaan dan analisisselanjutnya. Penelitian ini membahas mengenaimomen tahanan penampang balok utama, sertaperbedaannya dengan momen maksimum positif dan

negatif yang dihasilkan dari data keluaran SAP90.juga meneliti nilai lendutan yang terjadi baik padasaat struktur atas masih dalam keadaan normalmaupun sudah dalam keadaan rusak, dan mengenaifrekuensi alami struktur jembatan.

Menurut Wang dan Salmon (1994), di dalammetode tegangan kerja direncanakan suatu strukturyang tegangannya tidak melampaui harga teganganijin yang telah ditetapkan terlebih dahulu. Teganganstruktur yang dimaksud adalah tegangan yangdiakibatkan oleh aksi beban layan (service load).Faktor-faktor kelayanan yang setara dengan kekuatanstruktur itu sendiri adalah lendutan yang berlebihan,retak, simpangan yang berlebihan atau getaran yangtidak diinginkan dari vibrasi, dan suara ribut daritransmisi. Sedangkan di dalam metode perencanaankekuatan (ultimate strength design method), bebankerja diperbesar dengan mengalikannya dengan suatufaktor beban dengan maksud untukmemperhitungkan terjadinya beban pada saatmenjelang keruntuhan. Kemudian denganmenggunakan beban kerja yang telah diperbesar(beban terfaktor), struktur direncanakan mempunyaikekuatan melebihi atau sama dengan kekuatanbebannya.

[email protected]

dinamika TEKNIK SIPIL, Volume 8, Nomor 2, Juli 2008 : 170 - 175 171

Perencanaan komponen struktur betondilakukan sedemikian rupa sehingga tidak munculretak berlebihan pada penampang sewaktumendukung beban kerja, dan masih mempunyaicukup keamanan serta cadangan kekuatan untukmenahan beban dan tegangan lebih lanjut tanpamengalami runtuh (Dipohusodo, 1996).

Menurut Humar dan Kashif (1995), responsstruktur jembatan terhadap beban kendaraanmerupakan masalah yang kompleks dikarenakaninteraksi antara jembatan dan kendaraan. Masalahyang kompleks ini sulit menentukan parameter yangtepat untuk mengukur respons tersebut.

Bakht dan Jaeger (1987), mengemukakanbahwa penentuan parameter-parameter merupakankonsep dasar metode sederhana dalam menganalisastruktur jembatan. Untuk mengetahui parameter-parameter yang digunakan dalam memperolehrespons, struktur jembatan dan kendaraan harusdiidealisasikan terlebih dahulu menjadi sebuahmodel. Pemodelan struktur jembatan pada umumnyaadalah sebagai balok silang (grillage)/balok grid.Sedangkan pembebanan oleh kendaraan dimodelkanmenurut peraturan pembebanan untuk jalan raya.

Perilaku pembebanan pada kedua model diatas memberikan suatu keluaran data (output) dariprogram SAP90 berupa gaya geser dan momen yangterjadi pada tiap-tiap elemen serta reaksi dukungandan deformasi tiap join pada model strukturjembatan.

Analisis dan perencanaan balok yang dicetakmenjadi satu kesatuan monolit dengan pelat lantaiatau atap, didasarkan pada anggapan bahwa antarapelat dengan balok-balok terjadi interaksi saatmenahan momen lentur positf yang bekerja padabalok. Interaksi antara pelat dan balok-balok yangmenjadi satu kesatuan pada penampangnyamembentuk huruf T tipikal. Pelat akan berlakusebagai lapis sayap (flens) tekan dan balok-baloksebagai badan.

Standar SK SNI T-15-5-1991-03 pasal 3.1.10memberikan lebar flens efektif balok T adalah lebarflens efektif yang diperhitungkan tidak lebih dariseperempat panjang bentang balok, sedangkan lebarefektif bagian pelat yang menonjol di kedua sisi daribalok tidak lebih dari delapan kali tebal pelat, danjuga tidak lebih besar dari separuh jarak bersihdengan balok di sebelahnya.

Sesuai dengan ketentuan SK SNI T-15-1991-03.3.5 ayat 1, rasio penulangan aktual ditentukandengan menggunakan lebar badan balok (bw) danbukannya lebar flens efektif (b). Ketentuan tersebutberlaku apabila badan balok dalam keadaan tertarik.

Menurut Peraturan Muatan Jembatan JalanRaya (PMJJR) 1987, muatan primer adalah muatanutama yang harus diperhitungkan dalam setiap

perencanaan jembatan yang terdiri dari beban matidan beban hidup. Beban mati adalah semua bebanyang berasal dari berat sendiri jembatan atau bagianjembatan yang ditinjau, termasuk segala unsurtambahan tetap yang dianggap merupakan suatukesatuan tetap dengannya. Beban hidup adalahsemua muatan yang berasal dari berat kendaraanyang bergerak/lalu lintas dan atau berat orang-orangyaang berjalan kaki yang dianggap bekerja padajembatan.

Beban “D” dipergunakan untuk perhitungankekuatan gelagar, yaitu berupa susunan beban padasetiap jalur yang terdiri dari beban terbagi ratasebesar q ton per meter panjang jalur, dan muatangaris P = 12 ton (belum dikalikan nilai faktor kejut)melintang jalur lalu-lintas tersebut, Besar qditentukan sebagai berikut : q = 2,2 t/m’untuk L 30m; q = 2,2 t/m’ – 1,1.(L-30)/60 untuk 30 m <L 60;q = 1,1.(1 + 30/L) t/m’ untuk L > 60 m, dengan Ladalah panjang bentang jembatan dalam meter.

Dalam penggunaan beban “D” berlakuketentuan bahwa apabila jembatan mempunyai lebarlantai sama atau lebih kecil dari 5,5 m, beban “D”sepenuhnya (100%) harus dibebankan pada seluruhlebar jembatan. Kemudian untuk lebar lantai lebihbesar dari 5,5 m, beban “D” sepenuhnya (100%)dibebankan pada lebar jalur 5,5 m sedang lebarselebihnya dibebani hanya separuh beban “D”(50%).

Berdasarkan standar SK SNI T-15-1991-03pasal 3.2.5, kekuatan dan kemampuan kelayananstruktur terhadap lendutan yang terjadi akibat bebankerja terutama komponen struktur beton bertulangyang mengalami lentur harus direncanakan agarmempunyai kekakuan yang cukup untuk membatasilendutan atau deformasi apapun yang mungkinmemperlemah kekuatan ataupun kemampuankelayanan struktur pada beban kerja. Digunakan nilailendutan izin maksimum yang terkecil, yaitu L/480agar batasan lendutan yang diberikan cukup aman(Supriyadi dan Muntohar, 2000).

Supriyadi (2002) menunjukkan bahwa dalamstruktur balok yang berbantang panjang, nilaifrekuensi alaminya sangat rendah. Semua sistemyang memiliki massa dan elastisitas dapat mengalamigetaran bebas atau getaran yang terjadi tanparangsangan luar, yang dapat dinyatakan dengabpersamaan;

m

kf

21

(1)

dengan:f = frekuensi alami struktur, (cps, atau Hz)k = kekakuan struktur, (N/m atau kg/m)m = massa dari struktur, (kg.s2/cm).


METODE PENELITIAN

Penelitian ini mengambil kasus jembatanGantiwarno di Klaten Jawa Tengah yang mengalamikerusakan salah satu pilarnya roboh, seperti terlihatpada dibawah ini,

9m 8m 9m

(a) Kondisi jembatan sebelum pilarnya roboh

17m 9m

(b). Kondisi jembatan setelah pilarnya roboh

Gambar 1. Jembatan sebelum dan sesudah pilarnya roboh

Data teknis jembatan Gantiwarno-Klaten JawaTengah :1). Jembatan menerus 3 bentang, yang terdiri dari;

bentang kiri 8 m, bentang tengah 9m, danbentang kanan 8m

2). Lebar jembatan; 2,5 m, dimensi balok utama;300/600 mm, dimensi balok diafragma; 150/300mm, tebal plat lantai; 120 mm.Dimensi pilar, tinggi; 3500 mm, lebar; 1700 mm,tebal; 500 mm

3). Bahan, beton mutu f’c : 25 MPa, Baja fy : 350MPa dan tulangan lentur : 19.

Berdasarkan data teknis lapangan dihitungmomen tahanan balok yang dipertimbangkan sebagaidata kekuatan balok utama/struktur atas jembatan.Jumlah dan diameter tulangan baja yang dipakaibalok utama pada khususnya, memberikan perkuatanyang jelas pada penampang balok beton bertulangguna menopang beban-beban yang dipikulnya.Tulangan yang dipakai pada balok utama strukturjembatan di lapangan adalah 519 untuk menahanmomen positif lapangan dan 1019 untuk menahanmomen negatif lapangan.

Dalam penelitian secara numerik strukturdimodelkan menggunakan SAP 90, jembatan dimodelkan dengan sistem rangka bidang yangtersusun dari balok utama (ditinjau sebagai balok T)dan balok diafragma, yang panjang totalnya terbagimenjadi tiga bentang pada kondisi normal (8m, 9mdan 10m) dibuat variasi model pada analisis statis

dan perhitungan nilai frekuensi alami strukturnya.Pada analisis statis dibuat model berdasarkan variasipembebanan untuk mencari nilai momen positif dannegatif maksimum. Kemudian untuk mencari nilaifrekuensi struktur, digunakan beberapa modelpendekatan yang bervariasi dalam jumlah elemenbatangnya (dari 33, 73, 121, 221 dan 522).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil perhitungan momen tahanan balokberdasar data teknis lapangan dan belum rusak)dengan beban hidup 50% beban D, serta perhitungankondisi rusak (salah satu pilar sudah roboh) denganbeban hidup 1 % (R1) dan 3 % (R2) beban D, dapatdilihat pada Tabel 1 dibawah.

Tabel 1. Momen maksimum pada kondisi normal (N) danrusak ( R )

Momen KondisiNormal(50%

beban D)

Balok T(R1)

Selisih (%)

Balok T(R2)

Selisih(%)

Momen (+)(kN.m)

168.518 241.262 43,17 260.506 54,59

Momen (-)(kN.m)

259.138 426.714 63,9 459.875 77,46

Tabel 2. Prosentase perbedaan momen maksimum

Momen MomenTahanan

Balok

KondisiNormalBeban50%

KondisiRusakBeban

1%

KondisiRusakBeban

3%

Selisih (%)

Momen (+)(kN.m)

258.44 168.51 241.26 260.50

0.79

Momen (-)(kN.m)

445.06 259.13 426.71 459.87

3.33

Dari Table 1 diperoleh kenaikan nilai momenpositif setelah kondisi struktur rusak (salah satu pilarturun) dengan beban hidup 1% beban D sebesar43,17%, sedangkan pada beban hidup 3% D,kenaikan nilai momen positif sebesar 54,59%. Nilaimomen negatif maksimum berturut-turut mengalamikenaikan sebesar 63,9% 77,46%.

Dari Tabel 2 terlihat, bahwa momenmaksimum (positif dan negatif) pada kondisi rusakdengan beban hidup 3% beban D, nilainya telahmelewati momen tahanan yang dimiliki balok utamastruktur jembatan yang ada. Besarnya prosentaseperbedaan nilai momen antara momen tahananbalok dengan momen pada kondisi rusak denganbeban hidup 3% beban D sebesar 0,79% (momenpositif maksimum) dan 3,33% (momen negatif


maksimum). Prosentase perbedaan nilai momentahanan balok dengan momen yang terjadi padakondisi rusak, dapat dilihat pada Tabel 2 tersebut.

Penjelasan mengenai besarnya nilai momen ditiap titik sepanjang bentang total jembatan akibatbeban yang bekerja dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Setelah terjadi penurunan/roboh posisipilar pendukung, struktur mengalami perubahanjumlah bentang, dari 3 bentang dalam keadaannormal menjadi 2 bentang (17 m dan 8 m) pada saatpilar runtuh. Hal ini mengakibatkan perubahan sifatpenampang balok dalam menahan beban yangterjadi.

Gambar 2. Grafik momen pada keadaan normal

Gambar 3. Grafik momen pada pada kondisi runtuh

Berdasarkan Tabel 2 di atas dapat dicari beban"D" maksimum yang mampu ditahan balok utama,dengan cara interpolasi dari nilai prosentase selisihperbedaan nilai momen maksimum, maka didapatperkiraan prosentase beban “D”

Gambar 4. Interpolasi nilai beban “D”

Perbandingan segitiga :

)1(

)648971158.6(

)13(

)797071729.0648971158.6(

X

maka didapat nilai X = 2.785907297 2.7859 beban“D”

Dari hasil interpolasi di atas, maka antaramomen tahanan balok dan momen (+) maksimumyang terjadi pada kondisi rusak akan seimbang, biladigunakan prosentase beban “D” sebesar 2,7859%.Bila nilai prosentase beban “D” ini dilihat sebagaibeban sesungguhnya, maka didapat nilai beban hidupmerata sebesar 0,2733 kN/m, beban garis (bentang17 m) sebesar 1,1936 kN dan beban garis (bentang8m) sebesar 2,0047 kN.

Frekuensi Alami Struktur

Hasil perhitungan frekuensi alami strukturjembatan dengan model balok grid untuk berbagaijumlah elemen baik pada kondisi utuh/normalmaupun rusak dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 3. Frekuensi alami struktur (kondisi normal)

Frekuensi (siklus/detik)ModeNo. 33

elemen73

elemen121

elemen221

elemen522

elemen

1 4.348 4.404 4.405 4.405 4.4052 4.906 4.991 4.992 4.992 4.9923 5.327 5.377 5.377 5.378 5.3784 5.909 6.021 6.023 6.023 6.0235 6.546 6.712 6.716 6.716 6.717


Tabel 4. Frekuensi alami struktur (kondisi rusak)

Modenumber

Frekuensi(siklus/detik)

Periode(detik)

1 1.395962 0.7163522 1.634584 0.6117763 2.357343 0.4242064 4.439101 0.2252715 5.035331 0.198997

Tabel 5. Selisih frekuensi pada keadaan normal dan rusak

ModeNumber

FrekuensiKeadaanNormal

(522 elm)Hz

FrekuensiKeadaan

Rusak(522 elm)

Hz

Selisih(%)

1 4.405367 1.395962 68.3122 4.992684 1.634584 67.2603 5.37803 2.357343 56.1674 6.023667 4.439101 26.3065 6.717047 5.035331 25.037

Frekuensi pada mode pertama atau biasadisebut sebagai frekuensi alami struktur ini sangatpenting dalam perencanaan pembebanan dinamis.Jika frekuensi beban luar yang terjadi sama denganfrekuensi alami struktur maka struktur akanmengalami deformasi yang sangat besar karenaterjadi resonansi dari kedua nilai frekuensi yangsama tersebut, setelah itu struktur akan mengalamicollapse (runtuh).

Nilai frekuensi alami yang dipakai sebagaiacuan dipilh nilai frekuensi pada model denganjumlah elemen 522 buah.(setelah perhitunganmencapai benar-benar konvergen). Pada saat kondisirusak, struktur mengalami penurunan nilai frekuensialami sebesar 68,312 %.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6

Mode Number

Frek

uens

i (Hz

)

Frekuensi KeadaanNormal (533 elm) Hz

Frekuensi KeadaanRusak (533 elm) Hz

Gambar 5. Grafik perbedaan frekuensi keadaan normaldan frekuensi keadaan rusak

Frekuensi alami struktur yang terjadi setelahpilar pendukung roboh, nilainya sangat kecilsehingga dikhawatirkan frekuensi luar yangditimbulkan dari beban hidup yang lewat di atasnyadapat menyamai nilai frekuensi alami struktur(kondisi rusak) ini. Gejala ini akan menimbulkanresonansi, sehingga membentuk frekuensi baru yangamplitudonya sangatlah besar. Membesarnyaamplitudo getaran ini akan menyebabkan strukturberdeformasi cukup tinggi sehingga dapatmembahayakan kekuatan komponen struktur yangada.

LendutanStruktur yang dikenakan beban, baik itu beban

mati termasuk berat sendiri maupun beban hidupakan mengalami penurunan atau deformasi karenasifat elastis struktur tersebut.

Program SAP90 memberikan data keluaranberupa nilai penurunan tiap join, sehingga dapatdibandingkan dengan lendutan yang diijinkan. Nilaipenurunan atau lendutan struktur pemodelan dapatdilihat pada Tabel 6 di bawah ini.

Tabel 6. Lendutan balok

Keterangan:(N) = kondisi normal(R) = kondisi rusak (1% dan 3% beban “D”)

Struktur yang berdeformasi akibatpembebanan baik dalam keadaan normal maupundalam keadaan rusak dapat dilihat pada Gambar 6.

Berdasar standar SK SNI T-15-1991-03 Tabel3.2.5(b) nilai lendutan izin maksimum pada kondisinormal sebesar 16,667 mm, nilai ini masih jauh lebihbesar dari nilai lendutan yang terjadi hasil keluaranSAP 90 pada kondisi normal seperti yang terlihatpada Tabel 6 di atas. Demikian pula nilai lendutanijin maksimum yang diperbolehkan pada kondisirusak adalah 35,4167 mm.

Lendutan (mm)Joint Balok T

(N)Balok T

(R1)Balok T

(R2)Abutment kiri 0 0 0Lapangan1 1.472 9.205 9.766Pilar 1 0 11.669 12.38Lapangan2 1.21 5.86 6.216Pilar2 0 0 0Lapangan3 1.472 0.5923 0.6282Abutment-kanan 0 0 0


(a) lendutan jembatan pada kondisi normal

(b) Lendutan jembatan pada kondisi setelah rusak

Gambar 6. Lendutan jembatan akibat pembebanan padakondisi normal dan rusak.

KESIMPULAN DAN SARAN

Disimpulkan bahwa prosentase beban "D"yang dapat melewati struktur jembatan pada saatrusak maksimum sebesar 2.7859% (masih dapatmeng-cover beban sepeda motor denganpenumpangnya). Frekuensi alami struktur pada saatkondisi rusak terjadi penurunan yang sangatsignifikan sebesar 68,312%. Lendutan yang terjadipada saat kondisi normal masih jauh nilainyabila dibandingkan dengan nilai lendutan izinmaksimum, demikian pula pada kondisi rusak.

Kuat layan struktur jembatan ditentukan olehmomen tahanan dari penampang balok yang ada,tidak berdasarkan lendutan yang terjadi.

Disarankan untuk analisis berikutnya perludicari range frekuensi beban hidup yang bekerjapada jembatan sehingga dapat lebih diketahui bahayaresonansi dari jembatan yang mempunyai frekuensi

alami sangat rendah. Analisis lendutan perlumeninjau/mempertimbangkan momen inersiapenampang balok yang telah mengalami retak.

UCAPAN TERIMAKASIH

Diucapkan terima kasih pada DirekturPenelitian dan Pengabdian Masyarakat (DP2M)Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, DepartemenPendidikan Nasional yang telah menyetujui danmendanai penelitian tentang struktur berbentangpanjang melalui Hibah Bersaing IX

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 1987, Pedoman Perencanaan PembebananJembatan Jalan Raya (PMJJR), YayasanBadan Penerbit Departemen Pekerjaan Umum,Jakarta

Anonim, 1991, Tata Cara Perhitungan StrukturBeton Untuk Bangunan Gedung, YayasanLembaga Penyelidikan Masalah Bangunan(LPMB), Bandung

Bakht, B., & Jaeger, L.G., 1987, Bridge AnalysisSimplified, McGraw-Hill Book Co., Singapore

Dipohusodo, I., 1996, Struktur Beton Bertulang,Gramedia, Jakarta

Humar, J.L., & Kashif, A.H., (jan), 1995, DynamicResponse Analysis of Slab-Type Bridges,Journal Structural Engineering, 121(1)

Supriyadi B., & Muntohar, A.S., 2000, Jembatan,Beta Offset, Yogyakarta

Supriyadi, B, dkk, 2002, Pengaruh beban hidupdinamik pada struktur lantai gedungberbentang panjang, Laporan penelitian HibahBersaing IX/2, LP-UGM.

Supiyadi B., 2002, The Influence of Dynamic LiveLoad on the Long Span Floor BuildingStructure, International Conference onAdvancement in Design, Construction,Construction Management and Maintenanceof Building Structures, Ministry of Settlementand Regional Infrastrukture, 27-28 March2002, Bali

Wang, C., K., & Salmon, C., G., 1994, Disain BetonBertulang (Alih Bahasa), Hariandja, B.,Erlangga, Jakarta.

[jurnal] analisis kuat layan struktur atas jembatan (balok menerus)

Documents