ANALISIS DAN PEMBAHASAN

BAB VI ANALISIS DAN PEMBAHASAN

VI.1. Analisis Statik Non-Linier (Pushover)

Jenis analisis statik non-linier (pushover) yang dilakukan pada jembatan guideway monorel adalah pushover modal. Melalui analisis pushover, didapatkan daktilitas ( μ), overstrength (Ω), kapasitas drift, performance point, yield point, dan ultimate point struktur. Dalam melakukan desain berbasis gaya (force based) sesuai dengan peraturan SNI atau AASHTO LRFD, prinsip yang digunakan adalah equal displacement. Untuk mendapatkan nilai kekuatan elastik desain gempa sebenarnya, diperlukan analisis riwayat waktu linier atau linier time history (LTHA).

Dalam LTHA, jembatan dipaksa berperilaku tetap linier selama percepatan batuan dasar (ground motion) terjadi. Hasil dari LTHA adalah base shear dan displacement struktur yang kemudian digunakan hanya sebagai perbandingan terhadap kurva kapasitas dan base shear design. Percepatan batuan dasar yang digunakan dalam LTHA harus yang sudah diskalakan dengan respons spektra desain. Hasil perhitungan kalibrasi gempa dibahas pada subbab VI.2.

Pada analisis pushover, diperlukan mendefinisikan structural behavior type atau tipe perilaku struktur berdasarkan model histeretik atau perilaku penyerapan energi (ATC 40-96). Pendefinisian tipe perilaku struktur berfungsi untuk perhitungan reduksi respons spektra demand oleh damping dari struktur. Sistem hybrid memiliki model histeretik flag shape dan sistem konvensional memiliki bentuk histeretik yang fat. Oleh karena itu, sistem hybrid menggunakan tipe perilaku struktur C dan sistem konvensional tipe A.

Analisis pushover memiliki keterbatasan untuk mengevaluasi perilaku dan kinerja sistem hybrid. Hal ini disebabkan analisis pushover menggunakan kurva Analisis pushover memiliki keterbatasan untuk mengevaluasi perilaku dan kinerja sistem hybrid. Hal ini disebabkan analisis pushover menggunakan kurva

Demand adalah perbandingan dengan performance point.

Kurva Kapasitas Sistem Hybrid (PUSH_X)

) 14000 kN ( 12000

h e ar 10000

Performance Point

Kurva Kapasitas

Linier Time History

V Base Design

V Yield

Gambar VI. 1 Kurva kapasitas sistem hybrid (PUSH_X)

Kurva Kapasitas SIstem Hybrid (PUSH_Y)

e h 3000

Performance Point

Kurva Kapasitas

Linier Time History

V Base Design

V Yield

Gambar VI. 2 Kurva kapasitas sistem hybrid (PUSH_Y)

Titik performance point memotong kurva kapasitas sistem hybrid pada daerah leleh struktur sehingga desain untuk sistem hybrid sudah optimal.

Kurva Kapasitas Sistem Konvensional (PUSH_X)

) 14000 kN ( 12000

ar e 10000

h S 8000 6000

Performance Point

Kurva Kapasitas

Linier Time History

V Base Design

V Yield

Gambar VI. 3 Kurva kapasitas sistem konvensional (PUSH_X)

Kurva Kapasitas Sistem Konvensional (PUSH_Y)

Performance Point

Kurva Kapasitas

Linier Time History

V Base Design

V Yield

Gambar VI. 4 Kurva kapasitas sistem konvensional (PUSH_Y)

Titik performance point memotong kurva kapasitas sistem konvensional pada daerah leleh struktur sehingga desain untuk sistem konvensional sudah optimal.

Perbandingan Sistem Hybrid dan Konvensional (PUSH_X)

kN ( e ar 6000 h

V Base Design

Gambar VI. 5 Perbandingan kurva kapasitas sistem hybrid dan konvensional (PUSH_X)

Perbandingan Sistem Hybrid dan Konvensional (PUSH_Y)

kN (

2000 e ar h 1500

V Base Design

Gambar VI. 6 Perbandingan kurva kapasitas sistem hybrid dan konvensional (PUSH_Y)

Berdasarkan kurva perbandingan diatas, dapat dilihat kurva kapasitas dari sistem konvensional lebih daktail dibandingkan sistem hybrid. Hal ini disebabkan oleh sebagian besar mekanisme disipasi energi beban gempa oleh sistem hybrid mengandalkan sifat self centering pada saat terjadi mekanisme goyang (rocking Berdasarkan kurva perbandingan diatas, dapat dilihat kurva kapasitas dari sistem konvensional lebih daktail dibandingkan sistem hybrid. Hal ini disebabkan oleh sebagian besar mekanisme disipasi energi beban gempa oleh sistem hybrid mengandalkan sifat self centering pada saat terjadi mekanisme goyang (rocking

Base Shear Yield

Sistem Label

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 7 Perbandingan base shear yield

Displacement Yield

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 8 Perbandingan displacement yield

Base Shear Ultimate

6000 ar e 5000

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 9 Perbandingan base shear ultimate

Displacement Ultimate

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 10 Perbandingan displacement yield

Base Shear LTH

12000 ar e 10000

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 11 Perbandingan base shear linier time history

Displacement LTH

t (m) n

0.40 me e 0.30

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 12 Perbandingan displacement linier time history

Base Shear Performance Point

ar e h S 4000

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 13 Perbandingan base shear performance point

Displacement Performance Point

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 14 Perbandingan displacement performance point

Daktilitas Demand ( μ D )

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 15 Perbandingan daktilitas demand ( μ D )

Overstrength Demand ( Ω D )

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 16 Perbandingan overstrength demand ( Ω D )

Daktilitas demand merupakan perbandingan perpindahan performance point dengan perpindahan saat leleh. Sedangkan, overstrength demand adalah perbandingan antara base shear performance point dengan base shear design.

Drift Demand

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 17 Perbandingan drift demand

Drift demand adalah perbandingan perpindahan performance point terhadap ketinggian pilar jembatan. Berdasarkan grafik VI.17 dibandingkan pada tabel II.3, level kinerja jembatan guideway monorel adalah sebagai berikut:

Tabel VI. 1 Level kinerja jembatan berdasarkan analisis pushover

Level Kinerja Jembatan Sistem

Arah Y Hybrid

Arah X

Life Safety Konvensional

Fully Operational

Fully Operational Life Safety

Kapasitas Drift

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 18 Perbandingan kapasitas drift

Daktilitas Struktur ( μ)

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 19 Perbandingan daktilitas struktur ( μ)

Kapasitas drift merupakan perbandingan antara perpindahan ultimate dengan ketinggian pilar jembatan. Sedangkan, daktilitas struktur adalah perbandingan antara perpindahan ultimate dengan perpindahan saat leleh. Berdasarkan grafik kapasitas drift dan daktilitas struktur, sistem hybrid memiliki kapasitas drift dan daktilitas struktur yang lebih rendah dibandingkan sistem konvensional.

Overstrength Struktur ( Ω)

Hybrid (PUSH_X)

Hybrid (PUSH_Y)

Konvensional (PUSH_X)

Konvensional (PUSH_Y)

Gambar VI. 20 Perbandingan overstrength struktur ( Ω)

Overstrength struktur adalah nilai perbandingan antara base shear ultimate dengan base shear design . Berdasatkan grafik diatas, sistem hybrid memiliki cadangan kekuatan yang sama dengan sistem konvensional.

VI.2. Analisis Dinamik Non-Linier (Non-Linier Time History / NLTH)

NLTHA dilakukan untuk melihat perilaku dari sistem hybrid yang tidak bisa dilakukan oleh analisis pushover. Sistem hybrid memiliki keunikan pada mekanisme disipasi energinya, yaitu berdasarkan sifat self centering pada saat terjadi mekanisme goyang. Pada sistem konvensional, disipasi energi terjadi pada saat struktur mengalami kelelehan.

Sebelum melakukan analisis riwayat waktu, terlebih dahulu diperlukan kalibrasi terhadap percepatan batuan dasar (ground motion) sesuai dengan respons spektra desain (respons spektra target). Umumnya, kalibrasi percepatan batuan dasar minimal menggunakan tiga buah gempa. Akan tetapi, pada tugas akhir ini hanya digunakan satu buah gempa. Percepatan batuan dasar yang digunakan adalah El Centro. Sebelum dikalibrasi, data gempa El Centro diubah menjadi respons spektra percepatan menggunakan program NONLIN versi 8.0. Kalibrasi percepatan batuan dasar harus sesuai dengan SNI 1726-2012 dan ASCe 7-05. Berikut adalah hasil kalibrasi gempa El Centro dengan respons spektra target :

EL CENTRO ARAH X

Target

Sebelum Kalibrasi

Sesudah Kalibrasi 2

PERIODE (DETIK)

EL CENTRO ARAH Y

Target

Sebelum Kalibrasi

Sesudah Kalibrasi 2

PERIODE (DETIK)

Gambar VI. 21 Kalibrasi percepatan batuan dasar El Centro arah X (atas) dan arah Y (bawah)

Besarnya perbesaran percepatan batuan dasar El Centro pada arah X adalah 2,08 dan untuk arah Y adalah 1,25 dari percepatan batuan dasar aslinya. Setelah mendapatkan percepatan batuan dasar yang sudah dikalibrasi, dapat dilakukan analisis non-linier riwayat waktu. Berikut adalah hasil yang didapatkan:

Tabel VI. 2 Level kinierja struktur saat terjadi gempa El Centro dengan NLTHA

Konvensional Elemen

Hybrid

Arah Y θ/θy

Arah X

Arah Y

Arah X

Status θ/θy Status

6.927 LS 4 1.954

1 2.13 IO

LS

IO

0.455 Elastik 5 2.145

IO

Elastik

IO

6.999 LS 8 2.016

IO

LS

IO

0.449 Elastik 9 2.144

IO

Elastik

IO

6.907 LS 12 1.999

IO

LS

IO

0.515 Elastik 13 2.142

IO

Elastik

IO

6.889 LS 16 1.997

IO

LS

IO

0.514 Elastik 17 2.153

IO

Elastik

IO

6.951 LS 20 2.035

IO

LS

IO

0.448 Elastik 21 2.105

IO

Elastik

IO

6.865 LS 24 1.849

IO

LS

IO

IO

Elastik

IO

0.462 Elastik

Gambar VI. 22 Keterangan gambar nomor elemen

Level kinerja jembatan antara analisis pushover dan NLTHA tidak memiliki perbedaan yang besar. Perbedaan terletak pada level kinerja arah longitudinal jembatan (arah X). Hasil NLTHA lebih akurat dan merepresentasikan keadaan nyata yang akan terjadi karena terdapat keterbatasan pada analysis pushover (NCHRP SYNTHESIS 440). Oleh karena itu, level kinerja jembatan guideway monorel adalah immediate occupancy pada arah X dan life safety pada arah Y untuk kedua sistem yang dibandingkan.

Berdasarkan hasil perhitungan, elemen 9 terjadi gaya dan perpindahan yang mewakili struktur jembatan guideway monorel sehingga elemen 9 dapat dijadikan tinjauan.

Berikut adalah hasil dari kurva base shear terhadap drift dari elemen 9 selama gempa El Centro berlangsung:

Hybrid Arah X

S h -0.50% -0.40%

Hybrid Arah X

Gambar VI. 23 Kurva histeretik sistem hybrid arah X

Hybrid Arah Y

kN -0.40% (

ar h e S -200 Base

Hybrid Arah Y

Gambar VI. 24 Kurva histeretik sistem hybrid arah Y

Konvensional Arah X

0 20.97419 S h -0.40% -0.30% -0.20% -0.10% 0.00% 0.10% 0.20% 0.30% 0.40%

Base

-400 -600 -800

Drift (%)

Konvensional Arah X

Gambar VI. 25 Kurva histeretik sistem konvensional arah X

Konvensional Arah Y

h S -0.80% -0.60%

Konvensional Arah Y

Gambar VI. 26 Kurva histeretik sistem konvensional arah Y

Berdasarkan kurva histeretik diatas, dapat terlihat mekanisme disipasi energi gempa sistem hybrid oleh sifat self centering pada saat mekanisme goyang. Sedangkan, untuk sistem konvensional mekanisme disipasi energi gempa mengandalkan kelelehan struktur. Sistem hybrid memiliki kinerja struktur setelah gempa (post-earthquake) yang lebih baik dari sistem konvensional. Sistem hybrid membentuk suatu mekanisme gerakan untuk kembali ke posisi initial struktur yang membuat deformasi sisa (residual deformation ) pilar kecil. Fenomena tersebut dapat terjadi karena sifat self-centering dari sistem hybrid saat mekanisme goyang (rocking mechanism) terjadi.

Berdasarkan kurva diatas, sistem hybrid memiliki residual drift sebesar 0,18% pada arah X dan 0,438% pada arah Y saat beban berbalik arah. Sedangkan, sistem konvensional memiliki residual drift sebesar 0.257% pada arah X dan 0,667% saat Berdasarkan kurva diatas, sistem hybrid memiliki residual drift sebesar 0,18% pada arah X dan 0,438% pada arah Y saat beban berbalik arah. Sedangkan, sistem konvensional memiliki residual drift sebesar 0.257% pada arah X dan 0,667% saat

Gambar VI. 27 Jembatan pada kondisi initial (atas), sistem hybrid setelah gempa (tengah), dan sistem

konvensional setelah gempa (bawah)