Pembentukan Kurva Kerapuhan Berbasis Analisis Pushover untuk Evaluasi Kinerja Seismik Jembatan Beton.

PEMBENTUKAN KURVA KERAPUHAN BERBASIS
ANALISIS PUSHOVER UNTUK EVALUASI KINERJA
SEISMIK JEMBATAN BETON
FRAGILITY CURVE DEVELOPMENT BASED ON PUSHOVER ANALYSIS FOR
SEISMIC PERFORMANCE EVALUATION OF CONCRETE BRIDGE

SKRIPSI
Disusun sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret
Surakarta

Disusun oleh :

ENJELS NATASYA TOPORMERA
I 0112039

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016

i

ii

iii

MOTTO

“Kita malah bermegah juga dalam kesengsaraan kita, karena kita tahu, bahwa kesengsaraan
itu menimbulkan ketekunan, dan ketekunan menimbulkan tahan uji dan tahan uji
menimbulkan pengharapan. Dan pengharapan tidak mengecawakan, karena kasih Allah telah
dicurahkan di dalam hati kita oleh Roh Kudus yang telah dikaruniakan kepada kita”
– Rasul Paulus –

Takut akan Tuhan adalah permulaan pengetahuan.

– Amsal Salomo –

“Sebab Aku ini mengetahui rancangan-rancangan apa yang ada pada-Ku mengenai kamu, demikianlah firman

TUHAN, yaitu rancangan damai sejahtera dan bukan rancangan kecelakaan, untuk memberikan kepadamu hari
depan yang penuh harapan.”

– Nabi Yeremia –

iv

PERSEMBAHAN

Terimakasih Tuhan Yesus, tanpa Engkau aku tidak dapat melalui dan
menyelesaikan tugas ini. Soli Deo Gloria.
Untuk sang teladan dan sponsor hidupku, Ayah dan Mami, terimakasih telah
mendoakanku disetiap pagi, memberi semangat, dan tidak pernah lelah untuk
menegurku.
Kepada Dr. Senot Sangadji, S.T., M.T., Ir. Supardi, M.T., Prof. S.A. Kristiawan,
S.T., M.Sc., Ph.D. terimakasih atas bimbingan, motivasi, dan ilmu-ilmu yang
telah diberikan.
Special Thanks
Untuk mentor program, Mutiara Puspahati C., S.T. yang telah menyediakan
waktunya untuk berdiskusi dan berbagi ilmu.

Tim SMARTQuake yang telah memberikan bimbingan, dukungan, dan ruangan
yang nyaman untuk mengerjakan tugas ini.
Untuk Agust, Michael, Esther, mbak Ebeth yang telah menjadi best friends, selalu
menghiburku saat sedih, memberikan dukungan, tempatku curhat selama 4 tahun.
Love you sooooo muuucch :*
Tim Hao – Hao (Mega, Aldi, Bara, Danan, Daniel, Hestu, Josua, Rian, Satria,
Yuda Ibnu), terimakasih udah ngajakin main meskipun cuman ngajak tapi tidak
terealisasi dan terimakasih untuk semua kekonyolan dan lelucon yang sangat
menghibur. Love you guys!!

Teman-teman sipil 2012, 2011, 2010, 2009, 2013 terimakasih atas bantuan dan
dukungan yang telah diberikan. Semoga kelak kita akan bertemu kembali dengan
kesuksesan kita masing-masing.

v

ABSTRAK

Enjels Natasya T., 2016. Pembentukan Kurva Kerapuhan Berbasis Analisis
Pushover untuk Evaluasi Kinerja Seismik Jembatan Beton. Skripsi Program Studi

Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Jembatan merupakan stuktur yang sangat vital bagi manusia. Apabila jembatan
rusak, maka akan mengakibatkan kerugian yang cukup besar. Salah satu akibat
rusaknya jembatan adalah aktivitas gempa. Apalagi di Indonesia merupakan
daerah rawan gempa. Oleh sebab itu, diperlukan evaluasi kinerja seismik struktur
jembatan. Salah satu cara untuk mengevaluasi kinerja sismik struktur jembatan
adalah dengan menggunakan kurva kerapuhan. Kurva kerapuhan dapat
mengevaluasi seberapa besar kemungkinan terjadinya tingkat kerusakan struktur
pada setiap besaran percepatan tanah. Penelitian ini, jembatan beton yang akan
dievaluasi kinerja seismiknya adalah Jembatan Meluang A yang berada di daerah
Bengkulu dengan kelas situs tanah keras.
Salah satu cara untuk membangun kurva kerapuhan adalah berdasarkan spektrum
kapasitas struktur hasil dari olahan analisis Pushover. Hasil analisis Pushover
adalah kurva kapasitas. Kemudian, kurva kapasitas dikonversi menjadi spektrum
kapasitas. Spektrum kapasitas ditimpakan dengan kurva demand yang merupakan
nilai median spektra perpindahan untuk mendapatkan probabilitas setiap batas
kerusakan. Penelitian ini, menggunakan nilai median batas kerusakan berdasarkan
HAZUS, ATC-40, dan Kim & Shinozuka (2004) dan menggunakan standar
deviasi ketidaktentuan berdasarkan HAZUS. Kurva kerapuhan Jembatan Meluang

A dibentuk dengan fungsi kerapuhan berdasarkan Papailia.
Hasil analisis kurva kerapuhan Jembatan Meluang A memiliki sensitivitas yang
beragam di setiap tingkat batas kerusakannya. Berdasarkan hasil analisis,
Jembatan Meluang A kemungkinan terjadi keruntuhan akibat gempa di daerah
Bengkulu (0,5 g) berdasarkan Kim & Shinozuka (2004), HAZUS, dan ATC-40
tidak mencapai 10%.
Kata kunci : Evaluasi Kinerja Seismik, Kurva Kerapuhan, Spektrum Kapasitas, Analisis
Pushover

vi

ABSTRACT

Enjels Natasya T., 2016. Fragility Curve Development Based On Pushover Analysis
For Seismic Performance Evaluation Of Concrete Bridge. Final Project of Civil
Engineering Department of Engineering Faculty of Sebelas Maret University, Surakarta.
Bridge is a very vital structure for people. If bridge is damaged, it will cause a
substantial losses. One cause of bridge’s damage is seismic activity. Especially in
Indonesia which is prone to earthquakes. Therefore, seismic performance of bridge
structure is need to evaluate. One method for evaluating bridge seismic performance is

by developing its fragility curve. Fragility curve shows probability of exceeding of
structure damage state given intensity measures. This study evaluate the seismic
performance of Meluang A highway concrete bridge located in Bengkulu on hard soil
grade.
Fragility curve may be obtained base on capacity spectrum in which pushover analysis is
employed. The result of Pushover analysis is capacity curve. Then, capacity curve is
converted into a capacity spectrum. The capacity spectrum is intersect by the demand
curve which is the median value of the displacement spectra to obtain the probability of
certain damage states. This study uses the median value of the damage limit based on
HAZUS, ATC-40, and Kim & Shinozuka (2004) and using the standard deviation of the
uncertainty based on HAZUS. The fragility curve of Meluang A bridge is developed by
means of fragility function based on Papailia.
The results of Meluang A Bridge fragility curve has various sensitivity in every damage
states. Based on the analysis, given the maximum expected peak ground acceleration in
the loction is 0,5g, Meluang A bridge shows probability of exceeding complete damage of
10% based on HAZUS, ATC-40, and Kim & Shinozuka (2004).

Key words : Seismic Performance Evaluation, Fragility Curve, Capacity Spectrum,
Pushover Analysis

vii

PENGANTAR

Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah
melimpahkan rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan Skripsi
dengan judul Pengembangan Kurva Kerapuhan Berbasis Analisis Pushover untuk
Evaluasi Kinerja Seismik Jembatan Beton. Skripsi ini merupakan salah satu
persyaratan akademik untuk menyelesaikan Program Sarjana pada Program Studi
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penyusun menyadari keterbatasan kemampuan dan pengetahuan yang penyusun
miliki sehingga masih ada kekurangan dalam penyusunan skripsi ini, untuk itu
penyusun mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca.
Akhir kata semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun khususnya dan pembaca
umumnya.

Surakarta, 25 Juli 2016

Penyusun

viii

DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL

i

HALAMAN PERSETUJUAN

ii

PENGESAHAN SKRIPSI

iii

MOTTO

iv

PERSEMBAHAN

v

ABSTRAK

vi

ABSTRACT

vii

PENGANTAR .................................................................................................... viii
DAFTAR ISI ....................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xiv
DAFTAR NOTASI ............................................................................................... xv

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang ........................................................................................ 1

1.2

Rumusan Masalah .................................................................................... 2

1.3

Tujuan Penelitian .................................................................................... 3

1.4

Manfaat Penelitian .................................................................................. 3

1.5

Batasan Masalah ...................................................................................... 4

BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1

Struktur Jembatan .................................................................................... 5

2.1.1

Kriteria Jembatan Tahan Gempa ............................................................. 7

2.2

Evaluasi Kinerja Seismik pada Struktur Jembatan ................................. 8

2.3

Kurva Kerapuhan (Fragility Curve) .......................................................11

2.4

Spektrum Kapasitas...................................................................................14

2.5

Kurva Kapasitas dengan Analisis Nonlinear Pushover .............................14

2.6

Pembebanan ..............................................................................................15

2.6.1

Beban pada Jembatan ................................................................................15

ix

2.6.2

Beban Gempa (Respon Spektra) ...............................................................16

BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1

Struktur Jembatan yang Ditinjau ..............................................................21

3.2

Tahapan Penelian .....................................................................................23

3.2.1

Studi Literatur ..........................................................................................23

3.2.2

Pemodelan Tiga Dimensi .........................................................................23

3.2.3

Perhitungan Pembebanan .........................................................................24

3.2.4

Prediksi Sendi Plastis ................................................................................25

3.2.5

Pembebanan Pushover .............................................................................25

3.2.6

Analisis Pushover ....................................................................................25

3.2.7

Penggambaran Kurva Kerapuhan ............................................................26

3.3

Diagram Alir Penelitian ............................................................................27

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1

Pemodelan Jembatan ................................................................................28

4.1.1

Material dan Section Properties ...............................................................29

4.1.2

Boundaries dan Support ...........................................................................30

4.2

Pembebanan pada Jembatan .....................................................................31

4.2.1

Beban Mati ...............................................................................................31

4.2.2

Beban Lalu Lintas ....................................................................................31

4.2.3

Respon Spektra ........................................................................................33

4.3

Hasil Analisis Pushover ...........................................................................34

4.4

Penentuan Nilai Batas Kerusakan ............................................................43

4.5

Perhitungan Standar Deviasi Ketidaktentuan (β) .....................................48

4.6

Pembentukan Kurva Kerapuhan ..............................................................49

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1

Kesimpulan ................................................................................................57

5.2

Saran ...........................................................................................................58

DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................59

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1

Damage States menurut HAZUS ....................................................... 9

Tabel 2.2

Maximum total drift setiap tingkat kerusakan berdasarkan ATC-40 11

Tabel 2.3

Drift ratio pada tiap tingkat kerusakan berdasarkan Kim & Shinozuka
(2004) ............................................................................................... 11

Tabel 2.4

Koefisien situs, Fa ............................................................................ 17

Tabel 2.5

Koefisien situs, Fv ............................................................................ 18

Tabel 3.1

Data Geometri Jembatan Meluang – A ........................................... 21

Tabel 4.1

Jenis Material Jembatan Meluang A ............................................... 28

Tabel 4.2

Bearing pad properties Jembatan Meluang A ................................ 29

Tabel 4.3

Respon displacement hasil analisis pushover ................................. 34

Tabel 4.4

Spektrum kapasitas Jembatan Meluang A ...................................... 39

Tabel 4.5

Rekapitulasi nilai batas kerusakan berdasarkan HAZUS-MH MR5 43

Tabel 4.6

Rekapitulasi nilai batas kerusakan berdasarkan ATC-40 ............... 44

Tabel 4.7

Rekapitulasi nilai batas kerusakan berdasarkan Kim dan Shinozuka
(2004) ............................................................................................... 47

xi

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagian struktur jembatan beton .........................................................5
Gambar 2.2 Kurva kapasitas dan demand dalam grafik percepatan-perpindahan 13
Gambar 2.3 Kurva kapasitas dengan analisis pushover ......................................15
Gambar 2.4 Respons spektra percepatan pada 0,20 detik, 10% dalam 50 tahun
(redaman 5%), Ss ............................................................................16
Gambar 2.5 Respons spektra percepatan pada 1,00 detik, 10% dalam 50 tahun
(redaman 5%), S1 ............................................................................17
Gambar 2.6 Kurva respon Spektra ......................................................................20
Gambar 3.1 Lokasi Jembatan Meluang A ...........................................................21
Gambar 3.2 Tampak depan Jembatan Meluang - A ............................................22
Gambar 3.3 Substruktur Jembatan Meluang - A .................................................22
Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian ..................................................................27
Gambar 4.1 Model 3D Jembatan Meluang A .....................................................28
Gambar 4.2 Tampak samping Jembatan Meluang A ..........................................28
Gambar 4.3 Tampak depan Jembatan Meluang A ..............................................28
Gambar 4.4 Beban Truk ......................................................................................32
Gambar 4.5 Respon Spektra daerah Bengkulu ....................................................34
Gambar 4.6 Kurva kapasitas hasil analisis pushover ..........................................39
Gambar 4.7 Spektrum Kapasitas Jembatan Meluang A .....................................42
Gambar 4.8 Spektrum Kapasitas dengan nilai batas kerusakan berdasarkan
HAZUS-MH MR5 ..........................................................................44
Gambar 4.9 Spektrum Kapasitas dengan nilai batas kerusakan berdasarkan ATC40 ....................................................................................................46
Gambar 4.10 Spektrum Kapasitas dengan nilai batas kerusakan berdasarkan Kim
dan Shinozuka (2004) .....................................................................48
Gambar 4.11 Kurva kerapuhan struktur Jembatan Meluang A berdasarkan batas
kerusakan HAZUS-MH MR5 .........................................................50
Gambar 4.12 Kurva kerapuhan struktur Jembatan Meluang A berdasarkan batas
kerusakan ATC-40 ..........................................................................51

xii

Gambar 4.13 Kurva kerapuhan struktur Jembatan Meluang A berdasarkan batas
kerusakan berdasarkan Kim dan Shinozuka (2004) .......................53
Gambar 4.14 Kurva kerapuhan struktur Jembatan Meluang A berdasarkan batas
kerusakan berdasarkan HAZUS-MH MR5, ATC-40, dan Kim &
Shinozuka (2004) ............................................................................54

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A PEMODELAN STRUKTUR JEMBATAN
LAMPIRAN B HASIL ANALISIS
LAMPIRAN C SURAT-SURAT

xiv

DAFTAR NOTASI
δ

= perpindahan struktur dititik yang ditinjau

h

= tinggi struktur

P ds|Sa

= probabilitas tingkat kerusakan denfan parameter percepatan spectra

Sa

= percepatan spektra (spectral accceleration)

�

�

S̅a , ��

�

�

��

= standar deviasi untuk ketidaktentuan total dari tiap kondisi kerusakan

= nilai tengah percepatan spektra pada kondisi kerusakan
= standar deviasi dari ketidaktentuan kapasitas struktur
= standar deviasi dari ketidaktentuan spektrum demand

�

s

= standar deviasi dari ketidaktentuan nilai batas kondisi kerusakan,
diambil sebesar 0,4
= standar deviasi dari kapasitas percepatan spektra struktur yang
ditinjau.

m

SS

= rata-rata dari kapasitas percepatan spektra struktur yang ditinjau
= parameter nilai respons spektra percepatan gempa MCER terpetakan
pada periode 0,2 detik

S1

= parameter nilai respons spektra percepatan gempa MCER terpetakan
pada periode 1 detik

MCE

= maximum considered earthquake

Fa

= faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode
0,2 detik

Fv

= faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode 1
detik

SMS

= parameter spektrum respons percepatan pada periode 0,2 detik

SM1

= parameter spektrum respons percepatan pada periode 1 detik

SDS

= parameter percepatan spektra desain untuk periode 0,2 detik

SD1

= parameter percepatan spektra desain untuk periode 1detik

T

= periode fundamental struktur

̅̅̅
Sd , ��

= nilai tengah perpindahan spektra pada kondisi kerusakan

S̅̅̅
� , ��

= nilai tengah percepatan spektra pada kondisi kerusakan

xv