BAB I PENDAHULUAN - Studi Parameter Pilar Jembatan Beton Bertulang dengan Metode Pushover
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Gempa bumi telah dikenal sebagai fenomena alam yang mengakibatkan dampak bencana terbesar selain meletusnya gunung berapi, baik secara moril maupun materil. Gempa yang bermagnitude besar dapat mengakibatkan kehancuran total pada sarana dan prasarana infrastruktur seperti jembatan, bangunan serta menimbulkan korban jiwa yang tidak sedikit. Gempa besar berkekuatan 9,3 SR dengan lokasi episentrum di Samudera Hindia lepas pantai barat Aceh pulau Sumatera tercatat pada tanggal 26 Desember 2004, menimbulkan kerugian moril korban tewas berkisar 230.000 jiwa serta kerusakan total pada seluruh sarana dan prasarana infrastruktur di Nanggroe Aceh Darussalam (www.acehmediacenter.or.id). Kerusakan yang ditimbulkan oleh gempa bumi tidak hanya sebagai akibat langsung berupa patahan pada tanah (ground faulting) dan goncangan tanah (ground shaking), tetapi juga sebagai akibat pengaruh sekunder seperti kelongsoran, likuifaksi, dan gelombang tsunami seperti terlihat dalam Gambar
1.1. Kerugian akibat gempa bumi tidak langsung disebabkan oleh gempa bumi, namun disebabkan oleh kerentanan struktur bangunan yang mengakibatkan bangunan runtuh, kebakaran, tanah longsor dan tsunami. Faktor gempa tidak dapat dielakkan tapi harus dihadapi dengan merencanakan struktur bangunan yang tahan terhadap gempa bumi. Beberapa peraturan dan standard internasional seperti ACI (American Concrete
Institute ), ATC (Applied Technology Council), FEMA (Federal Emergency
) dan UBC (Uniform Building Code) menjadi pedoman bagi
Management Agency
perencanaan struktur bangungan tahan gempa. Belakangan ini perencanaan struktur kolom dalam hal ini pilar jembatan menuntut daktilitasstruktur yang lebih tinggi.Hal tersebut disebabkan karena sering terjadi kasus keruntuhan pilarjembatan akibat gempa,penurunan dan pergeseran tanah.
Gambar 1.1 Kerusakan jembatan yang ditimbulkan oleh fenomena akibat gempa bumi (dimodifikasi dari www.usgs.com , 2012)Untuk mencegah korban akibat keruntuhan pilar jembatan, diharapkan semua pilar jembatan memiliki perilaku daktail agar dapat menunda waktu keruntuhan akan material beton.
Untuk membuat suatu pilar jembatan menjadi lebih daktail ada berbagai macam metode, diantaranya ialah dengan pemberian tulangan pengikat pada pilar jembatan. Dengan pemberian tulangan pengikat pada pilar tersebut mengakibatkan pilar yang diberi tulangan pengikat memiliki kekuatan lebih besar daripada pilar yang tidak diberi tulangan pengikat. Pada umumnya, pengikat dapat menggunakan sengkang biasa ataupun tulangan berbentuk spiral. Pengikatan pilar dengan tulangan berbentuk spiral sangat rapat (pilar spiral) memiliki perilaku yang lebih daktail daripada pengikatan pilar dengan sengkang biasa ataupun pengikatan kolom (pilar) dengan spiral kurang rapat (Nilson dkk, 2004). Pilar spiral akan dapat bertahan lebih lama (daktail) sebelum mengalami keruntuhan dibandingkan dengan pilar yang diberi pengikatan dengan sengkang biasa ataupun dengan spiral kurang rapat (kurang daktail). Hal ini menunjukkan bahwa adanya perbedaan daktilitas bisa sangat mempengaruhi kekuatan pilar dan kekuatan pilar itu sendiri dapat mempengaruhi kecepatan keruntuhan getas pada material beton.
Kontribusi pengikatan terhadap tingkat daktilitas pilar dapat dilihat dari pemodelan diagram Momen-Kurvaturnya. Pada dasarnya, kurvatur adalah gradien kemiringan dari diagram regangan. Nilai kurvatur akan bervariasi sepanjang batang dikarenakan adanya perubahan antara posisi kedalaman garis netral dan regangan antara daerah retak. Retak yang timbul pada pilar (kolom) akibat lelehnya tulangan akan mengakibatkan beton mengalami sedikit tarik (Park dan Paulay, 1976). Sehingga suatu saat beton tidak mampu lagi bertahan dan terjadilah keruntuhan. Hal ini menunjukkan bahwa perlu adanya evaluasi terhadap daktilitas kurvatur kolom dengan memperhitungkan kontribusi pengikatan. Dari paper Erduran dapat dilihat bahwa penelitian dari kolom bangunan atau pilar suatu jembatan dapat dilakukan secara eksperimental dan numerical. Paper ini memakai kolom ukuran 45,7 x 45,7 cm yg telah diuji eksperimen oleh Azizinamini.
Gambar 1.2 Perilaku dari kolom eksperimental dan numerik (Erduran, 2004)Oleh erduran dilakukan penelitian ulang secara numerical dengan menggunakan analisa statik tidak linear (pushover analysis) untuk pendekatan. Hasil Gambar 1.2. menunjukkan bahwa hasil analisa statik tidak linear dari Erduran tidak klop dengan hasil analisa siklis eksperimen dari Azizinamini secara keseluruhan, tetapi memiliki nilai yang mendekati.
Secara umum analisa beban dorong (pushover analysis) dapat dipakai untuk mengevaluasi kapasitas berbagai struktur terhadap gaya dan perpindahan akibat gempa. Kapasitas ini dianggap dapat mewakili keadaan gaya-perpindahan histeresis yang dihasilkan oleh gaya dinamis (ATC-55). Analisa beban dorong juga direkomendasikan dipakai untuk mengevaluasi kapasitas dinamis akibat gempa pada struktur pilar jembatan, seperti dijelaskan di dalam Buckle dkk. (2006).
Formulasi-formulasi pemodelan diagram Momen-Kurvatur yang telah memperhitungkan kontribusi pengikatan terhadap daktilitas kurvatur kolom telah diusulkan oleh peneliti seperti Chung dkk. (2008), dan masih banyak usulan lainnya.Pemodelan diagram Momen-Kurvatur oleh para peneliti inilahyang akan diperhitungkan dalam menganalisis daktilitas kurvaturpenampang kolom beton bertulang. Apabila kita ingin mendesain suatu penampang pilar (kolom) dan mengecek kemampuan layan (serviceability) serta menganalisis daktilitas kurvatur penampang pilar tersebut, maka akan lebih mudah apabila menggunakan suatu program komputer atau software.
Beberapa program komputer yang dapat menfasilitasi kita untuk dapat menganalisis daktilitas kurvatur penampang pilar tersebut adalah CUMBIA (Montejo dan Kowalsky, 2007), RESPONSE-2000 (Bentz dan Collins, 2000), serta XTRACT (TRC, 2007). Ketiga program memiliki dasar teori yang berbeda. CUMBIA dibuat mengacu kepada metoda Mander (1988) yaitu sebuah model makro berbasis gaya- perpindahan, sedangkan RESPONSE-2000 dan XTRACT dibuat berdasarkan model
fiber yaitu berbasis tegangan-regangan. Tentunya dari ketiga metoda berbeda akan
menghasilkan nilai-nilai hasil yang berbeda pula. Hasil-hasil ini dapat mempengaruhi daktilitas global struktur secara keseluruhan.
1.2. Permasalahan
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, maka permasalahan yang dapat dikemukakan antara lain:
1. Bagaimana pengaruh berbagai jenis pengikatan pada pilar jembatan terhadap daktilitas kurvatur yang dihitung berdasarkan teori yang berbeda.
2. Bagaimana pengaruh daktilitas kurvatur berbagai jenis pengikatan pada pilar jembatan terhadap daktilitas globalnya.
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penulisan Tesis ini adalah: 1.
Untuk mengetahui pengaruh berbagai jenis pengikatan pada pilar jembatan terhadap daktilitas kurvatur penampang pilar jembatan yang dihitung menggunakan dasar teori yang berbeda.
2. Untuk mengetahui pengaruh kekuatan lentur dan daktilitas kurvatur penampang pilar jembatan, yang dihitung menggunakan dasar teori yang berbeda, terhadap daktilitas global melalui analisa pushover.
1.4. Batasan Masalah
Dalam penyusunan Tesis ini dilakukan pembatasan masalah sebagai berikut: 1.
Batasan penampang dan penulangan: Penampang kolom yang dianalisis hanya yang berbentuk lingkaran.
- Model pilar jembatan yang ditinjau adalah berdasarkan studi Chung - dkk. (2008).
- mengacu kepada hasil studi Chung dkk. (2008).
Konfigurasi penulangan longitudinal dan transversal pilar jembatan
2. Menggunakan program komputer: a.
CUMBIA (Montejo dan Kowalsky, 2007) untuk analisa momen- kurvatur berbasis model makro.
b.
XTRACT (TRC, 2007) untuk analisa momen-kurvatur berbasis model mikro.
c.
RESPONSE-2000 (Bentz dan Collins, 2000) untuk analisa momen- kurvatur berbasis model mikro.
d.
SAP2000 (CSI, 2005) untuk analisa static tidak linear pushover.
3. Batasan-batasan lain dalam perhitungan:
a. ) untuk semua model berdasarkan
c
Nilai modulus elastisitas beton (E usulan Priestley dkk (1996):
E = 5000 f '
(dalam MPa)
c c
1.5. Metodologi Penelitian
Langkah-langkah analisa perhitungan pada tesis ini adalah sebagai berikut: a.
Menghitung momen-kurvatur (M-φ) penampang pilar jembatan sebagai kondisi batas pada analisa statik tidak linear. Momen-kurvatur dihitung berdasarkan model makro (menggunakan program CUMBIA) dan model
fiber (menggunakan program RESPONSE-2000 dan XTRACT). Hasil yang
diharapkan adalah dalam bentuk gaya momen-kurvatur dan interaksi gaya momen-aksial. Daktilitas kurvatur berbagai penampang dapat diperoleh pada langkah ini.
b.
Membuat model linear pilar jembatan berdasarkan studi Chung dkk. (2008) menggunakan SAP2000 yaitu sebanyak 4 model (lihat Gambar 1.4. s/d Gambar 1.7.). Pada langkah ini juga dibuat model struktur pilar jembatan dengan menggunakan titik massa terpusat (lumped mass)lebih dari satu buah (Gambar 1.8.). Gambar flow-chartmetodologi yang digunakan pada analisa perhitungan di bawah ini:
Pemodelan linear pilar jembatan Chung dkk. (2008) Pemodelan tidak linear pilar Penentuan berbagai M-φ jembatan Chung dkk. (2008)
(kondisi batas) penampang pilar jembatan Analisa static tidak linear (pushover)
Daktilitas kurvatur Daktilitas global pilar penampang pilar jembatan jembatan berdasarkan berbagai teori Ulangi untuk struktur pilar jembatan lainnya Gambar 1.3Flow-chart metodologi yang akan dipakai dalam tesis.
Gambar 1.4 Model 1 – Ordinary specimen Chung dkk. (2008)Gambar 1.5 Model 2 – Ordinary specimen with lap-spliced longitudinal barsChung dkk. (2008)
Gambar 1.6 Model 3 – Intermediate specimen Chung dkk. (2008)Gambar 1.7 Model 4 – Seismic specimen Chung dkk. (2008) Gambar 1.8Model SDOF dan MDOF pilar jembatan yang diberikan distribusi gaya geser lateral F i untuk mewakili gaya geser dasar gempa c.Membuat model tidak linear struktur pilar jembatan Chung dkk. (2008) menggunakan SAP2000 (4 model) dengan memasukkan kondisi batas M- φ pada titik sendi plastis (titik ini berjarak sepanjang Lp dari perletakan) model linear pada langkah 1, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.7. Untuk keempat model tidak linear yang akan dibuat masing-masing terdiri dari 1 model berderajat kebebasan tunggal (SDOF).
d.
Menganalisa struktur pilar jembatan secara statik tidak linear menggunakan metoda pushover dengan bantuan program SAP2000 untuk mendapatkan hubungan global gaya-perpindahan. Pada langkah ini juga diidentifikasi kondisi leleh dan sendi plastis yang terjadi pada struktur pilar jembatan.
e.
Mengulangi langkah-langkah di atas untuk jenis penampang pilar jembatan lainnya.
1.6. Kegiatan Penelitian
a. Studi Literatur
Penelitian ini akan dibuat dengan mengacu kepada literatur-literatur yang telah dipublikasi secara luas dan internasional.
b. Analisa Model
Model yang akan dianalisa adalah berdasarkan 6 model hasil studi Chung dkk. (2008) menggunakan analisa statik tidak linear (pushover). Keenam model ini masing-masing akan divariasikan menjadi 1 model berderajat kebebasan tunggal (SDOF). Secara umum total model adalah sebanyak 6 buah. Kedua belas model ini akan dianalisa penampangnya dengan memakai 3 analisa yang berbeda (3 program), sehinga total keseluruhan model yang akan dikaji adalah sebanyak 18 unit. Kemudian model-model tersebut dianalisa dengan SAP2000 menggunakan Push Over analisis dimana setiap model dibedakan berdasarkan jenis sendi plastisnya yaitu momen kurvatur dan interaksi momen-aksial (normal).
c. Produk Analisa 1.
Analisa penampang yang akan dibuat akan menghasilkan grafik-grafik hubungan: a.
Momen dan Kurvatur.
b.
Interaksi Momen dan Aksial.
2. Analisa struktur tidak linear (pushover) yang akan dibuat akan menghasilkan grafik-grafik hubungan: a.
Gaya dan Perpindahan.
3. Analisa hasil akan menghasilkan grafik-grafik perbandingan Daktilitas Kurvatur versus Daktilitas Global Kekuatan Lentur versus Kekuatan Global
1.7. Sistematika Penulisan
BAB I PENDAHULUAN Berisi masalah yang melatar belakangi serta tujuan akhir dari studi ini. Pada
bab ini dijabarkan pula lingkup penelitian yang terkait dengan pencapaian tujuan studi. Selanjutnya prosedur penelitian dijelaskan melalui metodologi penelitian dandisajikan mengikuti sistematika pembahasan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Berisi tinjauan literatur, dasar-dasar teori, peraturan, metode analisis sertaprosedur analisis yang digunakan dalam studi ini.
BAB III SIMULASIMODEL STRUKTUR PILAR Memaparkan mengenai metodologi penelitian yang digunakan dalam penelitianini yang meliputi tahapan-tahapan yang akan dilakukan, dimulai dari prosespengumpulan data sampai dengan analisis.
BAB IV HASIL ANALISA DAN PERHITUNGAN Berisi pemodelan, analisis, perhitungan dan kesimpulan dari analisis dan perhitungan yang diperoleh.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Berisi gambaran garis besar hasil studi yang telah dilakukan, tercakup didalamnya kendala-kendala yang dihadapi serta saran-saran secara teknis yangkiranya diperlukan untuk pengembangan lebih lanjut studi ini.