Pengembangan kurva kerapuhan berbasis incremental dynamic analysis untuk evaluasi kinerja seismik jembatan beton COVER
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENGEMBANGAN KURVA KERAPUHAN BERBASIS
INCREMENTAL DYNAMIC ANALYSIS UNTUK EVALUASI
KINERJA SEISMIK JEMBATAN BETON
DEVELOPMENT OF FRAGILITY CURVE BASED ON INCREMENTAL DYNAMIC
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 :
NIAM AFANDI WIBOWO
I 0112107
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit
to user
2016
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
Think you can, than you can!
PERSEMBAHAN
Thanks to
Allah SWT
Seluruh tahap yang telah dilewati, segala hambatan yang menghalangi dan segala
kemudahan yang diperoleh, semuanya merupakan kehandak-Mu. Sekarang semua
telah selesai, saatnya saya mengucap syukur Alhamdulillah.
Ibu dan Ayah
Terimakasih untuk seluruh do a, dukungan, nasehat serta kepercayaan yang selama ini
telah diberikan pada anakmu ini untuk menyelesaikan studinya. Semoga masih diberi
kesempatan untuk dapat membalas semua itu dengan membahagiakan dan
membanggakan kalian.
Dr. Senot Sangadji, S.T., M.T., Edy Purwanto, S.T., M.T., Prof. S. A. Kristiawan,
S.T., MSc. dan Dosen-dosen Teknik Sipil UNS.
Terimakasih atas segala bimbingan, dukungan, pembelajaran, nasehat serta semangat
belajar yang dibagikan kepada saya. Semoga kesempatan masih ada bagi saya untuk
membuat kalian bangga dengan menghasilkan karya-karya lain yang lebih baik.
SmartQuake Study Club dan Mbak Mutiara Puspahati Cripstyani
Penyelesaian skripsi ini mungkin akan berjalan lebih sulit tanpa berdiskusi dengan
kalian. Terimakasih atas pengetahuan yang dibagikan, semoga dikemudian hari dapat
melakukan penelitaan bersama dengan topik yang lebih menantang.
Asbak Udud
Kalian adalah teman-teman yang baik, walaupun kadang menjengkelkan namun
bersama kalian kehidupan masa kuliahku menjadi lebih menyenangkan. Semoga
kesuksesan selalu menghampiri masing-masing dari anggota grup ini. Dimanapun
kalian berada untuk meniti karir keinsinyuran tetaplah mengingat kenangan kita.
Teman-teman Sipil 2012
Kita memulai masa kuliah bersama namun lulus dengan waktu yang berrbeda-beda.
Terimakasih atas segala pengalaman baru selama kuliah bersama dengan kalian.
Semoga saat kita bertemu lagi dikemudian hari, masing-masing dari kita telah
mendapat kesuksesan masing-masing.
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Abstrak
Niam Afandi Wibowo, 2016. Pengembangan Kurva Kerapuhan Berbasis
Incremental Dynamic Analysis untuk Evaluasi Kinerja Seismik Jembatan
Beton. Skripsi Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas
Maret Surakarta.
Jembatan merupakan infrastruktur yang memiliki peran penting dan sangat vital
bagi sistem transportasi. Potensi terjadinya gempa yang cukup besar di Indonesia,
mengharuskan jembatan yang dibangun memiliki ketahanan yang baik terhadap
resiko kegempaan. Dalam rangka melakukan evaluasi kinerja seismik struktur,
incremental dynamic analysis (IDA) dijalankan untuk mendapatkan respon struktur
berupa drift ratio.
Incremental dynamic analysis merupakan metode analisis parametrik, dimana
dalam proses analisisnya, model struktur dikenai satu atau lebih beban gempa
sebagai fungsi dari waktu. Agar respon struktur memperlihatkan perilaku yang
sesungguhnya apabila menerima gempa bumi, dalam penelitian ini 14 rekaman
gempa dilibatkan dalam analisis. Hasil analisis memperlihatkan perilaku struktur
yang ditampilkan dalam sekumpulan kurva IDA sebagai fungsi intensitas gempa
terhadap drift ratio.
Kurva IDA dianalisis lebih lanjut menggunakan fungsi probabilistik untuk
mendapatkan kurva kerapuhan (fragility). Tingkat kerusakan berupa slight,
moderate, extensive dan complete damage berdasarkan definisi Hazus digunakan
untuk menentukan kondisi batas kerapuhan struktur. Sementara itu, parameter
ketidaktentuan struktur (structural uncertainty) yang dibutuhkan dalam analisis
fragility diestimasikan berdasarkan tiga teori yang berbeda untuk memahami
perbedaanya. Hasil yang didapatkan berupa tiga jenis kurva kerapuhan seismik
terhadap satu struktur yang sama. Dengan kurva ini estimasi resiko kerusakan
akibat bahaya gempa dimasa yang akan datang dapat dilakukan dengan lebih
kuantitatif.
Kata Kunci: Incremental dynamic analysis, Kurva kerapuhan, Kinerja seismik,
Struktur jembatan.
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Abstract
Niam Afandi Wibowo, 2016. Fragility Curve Development Based on
Incremental Dynamic Analysis (IDA) for Seismic Performance Evaluation of
Concrete Bridge. Thesis of Civil Engineering Department of Engineering Faculty of
Sebelas Maret University, Surakarta.
Bridge is an infrastructure which has important and vital role in the transportation
system. Higher occurrence probability of earthquake in Indonesia, supposes bridge
structure to have better resilience towards earthquake risk. In order to evaluate the
seismic performance of structure, an incremental dynamic analysis (IDA) must be
run to gain structural response as drift ratio.
Incremental dynamic analysis is an analytical parametric method, where in the
process of analysis, structural model is subjected by one or more seismic load as
the function of time. To get the real behavior of structural response when an
earthquake occurs, in this study 14 ground motion records were used for analysis.
Analytical results showed the behavior of structure which is expressed in a number
of IDA curve as the function of earthquake intensity towards drift ratio.
IDA curve was analyzed in advance using probabilistic function to get fragility
curve. The damage state defined by Hazus was used to determine the condition of
limit states as slight damage, moderate damage, extensive damage and complete
damage. Furthermore, structural uncertainty parameter which needed in fragility
analysis was estimated based on 3 different theories in order to deeply understand
the differences. The results showed 3 kinds of fragility curve for the same structural
model. Through this curve, estimation of seismic risk when the earthquake occurs
can be conducted more quantitatively.
Keywords: Incremental dynamic analysis, Fragility curve, Seismic Performance,
Bridge structure.
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
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 Incremental Dynamic Analysis
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, Juli 2016
Penyusun
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL.............................................................................................i
HALAMAN PERSETUJUAN..............................................................................ii
HALAMAN PENGESAHAN...............................................................................iii
MOTTO ................................................................................................................iv
PERSEMBAHAN .................................................................................................iv
ABSTRAK ............................................................................................................v
ABSTRACT..........................................................................................................vi
PENGANTAR ......................................................................................................vii
DAFTAR ISI.........................................................................................................viii
DAFTAR TABEL.................................................................................................xi
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................xii
DAFTAR LAMPIRAN.........................................................................................xiv
DAFTAR NOTASI ...............................................................................................xv
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang ........................................................................................1
1.3
Tujuan Penelitian ....................................................................................3
1.2
1.4
1.5
Rumusan Masalah...................................................................................3
Manfaat Penelitian ..................................................................................3
Batasan Masalah .....................................................................................4
BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1
Struktur Jembatan ...................................................................................5
2.1.2
Jembatan Gelagar Beton .........................................................................5
2.1.1
2.1.3
Pengertian Jembatan ...............................................................................5
Pembebanan Pada Jembatan ..................................................................7
2.1.3.1 Beban Tetap ............................................................................................7
2.1.3.2 Beban Berjalan .......................................................................................8
2.1.3.3 Beban Gempa..........................................................................................11
commit to user
2.1.4
Pengaruh Gempa Bumi Terhadap Struktur Jembatan.............................12
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2.2
Analisis Riwayat Waktu .........................................................................13
2.2.2
Gerakan Tanah ........................................................................................14
2.2.1
2.2.3
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
Persyaratan Analisis................................................................................13
Prosedur Spektral Matching....................................................................14
Incremental Dynamic Analysis (IDA) ....................................................15
Single Record IDA..................................................................................18
Multi Records IDA..................................................................................19
Batasan Kerusakan (Limit State).............................................................20
2.3.4
Kurva IDA ..............................................................................................22
2.4
Kurva Kerapuhan Seismik ......................................................................25
2.4.2
Metode Penurunan Kurva Kerapuhan Seismik.......................................26
2.3.5
2.4.1
2.4.3
Perangkuman Kurva IDA .......................................................................24
Pengertian Kurva Kerapuhan Seismik ....................................................25
Metode Analisis Kurva Kerapuhan Seismik...........................................28
2.4.3.1 Ketidaktentuan Menurut Keith Porter.....................................................30
2.4.3.2 Ketidaktentuan Menurut Vamvatsikos dan Fragiadakis .........................31
2.4.3.3 Ketidaktentuan Menurut Hazus ..............................................................32
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1
Studi Literatur .........................................................................................34
3.2.1
Data Jembatan.........................................................................................34
3.2
3.2.2
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
Pengumpulan Data ..................................................................................34
Data Gempa ............................................................................................37
Pemodelan Struktur.................................................................................38
Sistem Koordinat ....................................................................................38
Pemodelan Girder, Diafragma dan Pierhead..........................................39
Pemodelan Pier dan Pilecap...................................................................39
3.4
Pembebanan ............................................................................................40
3.4.2
Pembebanan Dinamis..............................................................................40
3.4.1
3.5
3.6
Pembebanan Statis ..................................................................................40
Analisis Struktur dengan Metode IDA ...................................................40
Analisis Data...........................................................................................41
commit to user
ix
perpustakaan.uns.ac.id
3.7
3.8
digilib.uns.ac.id
Menggambarkan Kurva Kerapuhan Seismik ..........................................41
Diagram Alir Penelitian ..........................................................................42
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Pemodelan Struktur Jembatan Meluang A .............................................44
4.2.1
Beban Tetap ............................................................................................45
4.2
4.2.2
4.3
4.3.1
4.3.2
4.4
4.5
4.6
4.6.1
4.6.2
4.7
4.8
4.9
4.9.1
4.9.2
4.9.3
4.10
Perhitungan Beban Statik........................................................................45
Beban Berjalan........................................................................................46
Pengolahan Beban Gempa ......................................................................47
Desain Respon Spektrum Jembatan Meluang A.....................................47
Input Rekaman Gempa ...........................................................................52
Analisa Karakteristik Dinamik Struktur .................................................54
Matching Respon Spektrum....................................................................56
Menjalankan Incremental Dynamic Analysis .........................................61
Respon Displacement..............................................................................63
Histeresis Loop .......................................................................................69
Hasil Incremental Dynamic Analysis .....................................................70
Batas Kerusakan Struktur .......................................................................73
Peerhitungan Ketidaktentuan Struktur....................................................75
Ketidaktentuan Berdasarkan Rumusan Keith Porter ..............................75
Ketidaktentuan Berdasarkan Rumusan Vamvatsikos dan Fragiadakis...77
Ketidaktentuan Berdasarkan Hazus ........................................................78
Analisa Kerapuhan Seismik....................................................................78
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
5.2
Kesimpulan .............................................................................................87
Saran .......................................................................................................88
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................xvii
commit to user
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Jumlah lajur lalu lintas ..................................................................... 8
Tabel 2.2 Deskripsi batasan kinerja struktur berdasarkan Hazus.....................21
Tabel 2.3 Nilai batas kerusakan pada setiap limit state....................................22
Tabel 3.1 Data geometri jembatan ...................................................................36
Tabel 3.2 Daftar rekaman gempa yang digunakan...........................................37
Tabel 4.1 Koefisien situs, Fa ............................................................................50
Tabel 4.2 Koefisien situs, Fv............................................................................50
Tabel 4.3 Periode getar alami struktur jembatan Meluang A...........................54
Tabel 4.4 Rekapitulasi hasil perhitungan scaling factor (SF). .........................58
Tabel 4.5 PGA data gempa pada skala 1..........................................................62
Tabel 4.6 Perbandingan displacement maksimal pada sumbu x
dan sumbu y .....................................................................................68
Tabel 4.7 Nilai PGA setiap batas kerusakan akibat seluruh beban gempa ......74
Tabel 4.8 Rekapitulasi Perhitungan Ketidakpastian Menurut Rumusan
Porter ................................................................................................76
Tabel 4.9 Perhitungan ketidaktentuan struktur menurut rumusan
Vamvatsikos dan Fragiadakis...........................................................77
Tabel 4.10 Rekapitulasi perhitungan ketidaktentuan berdasarkan Hazus. .........78
Tabel 4.11 Rekapitulasi perhitungan median seismik demand ..........................79
Table 4.12 Perkiraan hubungan PGA dengan skala MMI..................................81
Tabel 4.13 Nilai probabilitas kerusakan menurut skala MMI untuk kurva
kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan teori Keith Porter...81
Tabel 4.14 Nilai probabilitas kerusakan menurut skala MMI untuk kurva
kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan teori Vamvatsikos
dan Fragiadakis. ...............................................................................82
Tabel 4.15 Nilai probabilitas kerusakan menurut skala MMI untuk kurva
kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan Hazus.....................84
Table 4.16 Perbandingan kemungkinan kerusakan pada 3 jenis kurva
kerapuhan .........................................................................................84
commit to user
xi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Bagian jembatan gelagar beton ................................................... 6
Gambar 2.3
Ilustrasi Beban D (BTR dan BGT).............................................. 9
Gambar 2.2
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 2.8
Gambar 2.9
Pembebanan pada arah melintang ............................................... 9
BTR pada panjang bentang tertentu ............................................10
Pembebanan truk .........................................................................11
Prosedur pemodelan beban gempa pada jembatan ......................12
Keruntuhan struktur jembatan akibat gempa kobe ......................12
Kumpulan Kurva IDA pada Satu Struktur Gedung 5 Lantai ......20
Kurva IDA struktur gedung 5 lantai dengan T1=1,8s
berdasarkan 4 rekaman gempa yang berbeda ..............................23
Gambar 2.10 (a) Kurva IDA dari banyak rekaman gempa, (b) Rangkuman
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
kurva IDA pada 16%, 50% dan 84%...........................................24
Lokasi jembatan Meluang A .......................................................35
Potongan memanjang jembatan Meluang A................................36
Kondisi eksisting jembatan Meluang A ......................................36
Diagram Alir Penelitian...............................................................42
Pemodelan jembatan Meluang A.................................................44
Detail barier jembatan Meluang A. .............................................46
Respon spektra percepatan 0,2 detik ...........................................48
Respon spektra percepatan 1 detik ..............................................49
Kurva Respons Spektrum Desain................................................52
Rekaman gempa Imperial Valley arah longitudinal ....................53
Rekaman gempa Imperial Valley arah transversal ......................54
Modus getar pertama ...................................................................55
Modus getar ketiga ......................................................................55
Gambar 4.10 Modus getar kelima .....................................................................55
Gambar 4.11 Respon spektrum gempa Imperial valley ....................................56
Gambar 4.12 Accelerogram gempa sintetik Imperial Valley
arah longitudinal (X) ...................................................................57
commit to user
xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 4.13 Accelerogram gempa sintetik Imperial Valley
arah Transversal (Y) ....................................................................57
Gambar 4.14 Matched spektum gempa Imperial Valley...................................58
Gambar 4.15 Unmatched spektrum gempa arah longitudinal ...........................59
Gambar 4.16 Matched spectrum gempa arah longitudinal................................60
Gambar 4.17 Unmatched spectrum gempa arah transversal .............................60
Gambar 4.18 Matched spectrum gempa arah transversal..................................61
Gambar 4.19 Respon displacement gempa Imperial Valley .............................63
Gambar 4.20 Respon displacement gempa Kern County..................................64
Gambar 4.21 Respon displacement gempa Loma Prieta...................................64
Gambar 4.22 Respon displacement gempa San Fernando ................................64
Gambar 4.23 Respon displacement gempa Northern Calif 03 ..........................65
Gambar 4.24 Respon displacement gempa Parkfield........................................65
Gambar 4.25 Respon displacement gempa Point Mugu ...................................65
Gambar 4.26 Respon displacement gempa Fukushima.....................................66
Gambar 4.27 Respon displacement gempa Kobe..............................................66
Gambar 4.28 Respon displacement gempa Kushiro .........................................66
Gambar 4.29 Respon displacement gempa Miyagi...........................................67
Gambar 4.30 Respon displacement gempa Osagawara.....................................67
Gambar 4.31 Respon displacement gempa Sendai ...........................................67
Gambar 4.32 Respon displacement gempa Urakawa ........................................68
Gambar 4.33 Histeresis loop struktur pier jembatan Meluang A......................69
Gambar 4.34 Kurva multy record IDA .............................................................71
Gambar 4.35 Rangkuman kurva IDA................................................................72
Gambar 4.36 Perilaku bergelombang pada kurva IDA .....................................73
Gambar 4.37 Batas kerusakan struktur..............................................................74
Gambar 4.38 Kurva kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan
Keith Porter .................................................................................80
Gambar 4.39 Kurva kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan
Vamvatsikos dan Fragiadakis......................................................82
Gambar 4.40 Kurva kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan Hazus .....83
Gambar 4.41 Histeresis loop kolom
akibat
commit
to gempa
user Imperial Valley .................86
xiii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Gambar Kerja Jembatan Meluang A
Lampiran B Rekaman Gempa Pilihan
Lampiran C Pembuatan Accelerogram Sintetik
Lampiran D Membuat Kurva IDA
Lampiran E Analisa Kurva Kerapuhan
Lampiran F Dokumentasi Administrasi Skripsi
commit to user
xiv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR NOTASI
A
a
= Spectral acceleration respon spectrum target.
= Spectral acceleration respon spectrum yang akan diskala.
= Rekaman gempa yang sudah terskala.
a1
= Percepatan rekaman gerakan tanah.
D
= Seismik demand.
C
= Capacity struktur.
DM
= Damage Measure.
Fa
= Faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode 0,2
DS+
= Damage state.
detik.
Fv
= Faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode 1
IM
= Intensity Measure.
M
= Rata-rata dari kapasitas percepatan spektra struktur yang ditinjau.
LS+
n1
n
detik.
= Kondisi dimana limit state tertentu telah terlewati.
= Jumlah lajur lalu lintas rencana.
= Jumlah data.
P
= Probabilitas kerusakan struktur.
q
= Intensitas beban terbagi rata (BTR).
p
s
SS
= Intensitas beban garis (BGT).
= Standar deviasi 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
SDS
= Parameter percepatan spektra desain untuk periode 0,2 detik.
SMS
= Parameter spektrum respons percepatan pada periode 0,2 detik.
SD1
SM1
T
pada periode 1 detik.
= Parameter percepatan spektra desain untuk periode 1detik.
= Parameter spektrum respons percepatan pada periode 1 detik.
commit to user
= Periode getar alami struktur.
xv
perpustakaan.uns.ac.id
T1
x
digilib.uns.ac.id
= Periode getar alami struktur pada mode pertama.
= Koefisien variasi nilai batas kerusakan tiap limit state.
= Ground motion parameter (PGA atau Sa) sesuai limit state.
= Percentile 84% dari nilai x.
%
= Percentile 16% dari nilai x.
%
= Standar deviasi nilai batas kerusakan tiap limit state.
= Ketidaktentuan struktur.
= Standar deviasi dari ketidaktentuan kapasitas struktur.
c
= Standar deviasi dari ketidaktentuan spektrum demand (
d
periode pendek dan
(
)
= 0,5 untuk periode panjang).
= Standar deviasi dari ketidaktentuan nilai batas kondisi kerusakan,
diambil sebesar 0,4.
= Kondisi kerusakan menurut hazus MH MR5.
RU
R
U
/h
= 0,45 untuk
= ketidaktentuan total struktur.
= Aleatory uncertain.
= Epistemic uncertain.
= Drift Ratio.
= Faktor skala (SF).
= Fungsi standar normal distribusi kumulatif.
= Median capacity, PGA (g).
= Rata-rata nilai batas kerusakan tiap limit state.
commit to user
xvi
digilib.uns.ac.id
PENGEMBANGAN KURVA KERAPUHAN BERBASIS
INCREMENTAL DYNAMIC ANALYSIS UNTUK EVALUASI
KINERJA SEISMIK JEMBATAN BETON
DEVELOPMENT OF FRAGILITY CURVE BASED ON INCREMENTAL DYNAMIC
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 :
NIAM AFANDI WIBOWO
I 0112107
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit
to user
2016
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
Think you can, than you can!
PERSEMBAHAN
Thanks to
Allah SWT
Seluruh tahap yang telah dilewati, segala hambatan yang menghalangi dan segala
kemudahan yang diperoleh, semuanya merupakan kehandak-Mu. Sekarang semua
telah selesai, saatnya saya mengucap syukur Alhamdulillah.
Ibu dan Ayah
Terimakasih untuk seluruh do a, dukungan, nasehat serta kepercayaan yang selama ini
telah diberikan pada anakmu ini untuk menyelesaikan studinya. Semoga masih diberi
kesempatan untuk dapat membalas semua itu dengan membahagiakan dan
membanggakan kalian.
Dr. Senot Sangadji, S.T., M.T., Edy Purwanto, S.T., M.T., Prof. S. A. Kristiawan,
S.T., MSc. dan Dosen-dosen Teknik Sipil UNS.
Terimakasih atas segala bimbingan, dukungan, pembelajaran, nasehat serta semangat
belajar yang dibagikan kepada saya. Semoga kesempatan masih ada bagi saya untuk
membuat kalian bangga dengan menghasilkan karya-karya lain yang lebih baik.
SmartQuake Study Club dan Mbak Mutiara Puspahati Cripstyani
Penyelesaian skripsi ini mungkin akan berjalan lebih sulit tanpa berdiskusi dengan
kalian. Terimakasih atas pengetahuan yang dibagikan, semoga dikemudian hari dapat
melakukan penelitaan bersama dengan topik yang lebih menantang.
Asbak Udud
Kalian adalah teman-teman yang baik, walaupun kadang menjengkelkan namun
bersama kalian kehidupan masa kuliahku menjadi lebih menyenangkan. Semoga
kesuksesan selalu menghampiri masing-masing dari anggota grup ini. Dimanapun
kalian berada untuk meniti karir keinsinyuran tetaplah mengingat kenangan kita.
Teman-teman Sipil 2012
Kita memulai masa kuliah bersama namun lulus dengan waktu yang berrbeda-beda.
Terimakasih atas segala pengalaman baru selama kuliah bersama dengan kalian.
Semoga saat kita bertemu lagi dikemudian hari, masing-masing dari kita telah
mendapat kesuksesan masing-masing.
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Abstrak
Niam Afandi Wibowo, 2016. Pengembangan Kurva Kerapuhan Berbasis
Incremental Dynamic Analysis untuk Evaluasi Kinerja Seismik Jembatan
Beton. Skripsi Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas
Maret Surakarta.
Jembatan merupakan infrastruktur yang memiliki peran penting dan sangat vital
bagi sistem transportasi. Potensi terjadinya gempa yang cukup besar di Indonesia,
mengharuskan jembatan yang dibangun memiliki ketahanan yang baik terhadap
resiko kegempaan. Dalam rangka melakukan evaluasi kinerja seismik struktur,
incremental dynamic analysis (IDA) dijalankan untuk mendapatkan respon struktur
berupa drift ratio.
Incremental dynamic analysis merupakan metode analisis parametrik, dimana
dalam proses analisisnya, model struktur dikenai satu atau lebih beban gempa
sebagai fungsi dari waktu. Agar respon struktur memperlihatkan perilaku yang
sesungguhnya apabila menerima gempa bumi, dalam penelitian ini 14 rekaman
gempa dilibatkan dalam analisis. Hasil analisis memperlihatkan perilaku struktur
yang ditampilkan dalam sekumpulan kurva IDA sebagai fungsi intensitas gempa
terhadap drift ratio.
Kurva IDA dianalisis lebih lanjut menggunakan fungsi probabilistik untuk
mendapatkan kurva kerapuhan (fragility). Tingkat kerusakan berupa slight,
moderate, extensive dan complete damage berdasarkan definisi Hazus digunakan
untuk menentukan kondisi batas kerapuhan struktur. Sementara itu, parameter
ketidaktentuan struktur (structural uncertainty) yang dibutuhkan dalam analisis
fragility diestimasikan berdasarkan tiga teori yang berbeda untuk memahami
perbedaanya. Hasil yang didapatkan berupa tiga jenis kurva kerapuhan seismik
terhadap satu struktur yang sama. Dengan kurva ini estimasi resiko kerusakan
akibat bahaya gempa dimasa yang akan datang dapat dilakukan dengan lebih
kuantitatif.
Kata Kunci: Incremental dynamic analysis, Kurva kerapuhan, Kinerja seismik,
Struktur jembatan.
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Abstract
Niam Afandi Wibowo, 2016. Fragility Curve Development Based on
Incremental Dynamic Analysis (IDA) for Seismic Performance Evaluation of
Concrete Bridge. Thesis of Civil Engineering Department of Engineering Faculty of
Sebelas Maret University, Surakarta.
Bridge is an infrastructure which has important and vital role in the transportation
system. Higher occurrence probability of earthquake in Indonesia, supposes bridge
structure to have better resilience towards earthquake risk. In order to evaluate the
seismic performance of structure, an incremental dynamic analysis (IDA) must be
run to gain structural response as drift ratio.
Incremental dynamic analysis is an analytical parametric method, where in the
process of analysis, structural model is subjected by one or more seismic load as
the function of time. To get the real behavior of structural response when an
earthquake occurs, in this study 14 ground motion records were used for analysis.
Analytical results showed the behavior of structure which is expressed in a number
of IDA curve as the function of earthquake intensity towards drift ratio.
IDA curve was analyzed in advance using probabilistic function to get fragility
curve. The damage state defined by Hazus was used to determine the condition of
limit states as slight damage, moderate damage, extensive damage and complete
damage. Furthermore, structural uncertainty parameter which needed in fragility
analysis was estimated based on 3 different theories in order to deeply understand
the differences. The results showed 3 kinds of fragility curve for the same structural
model. Through this curve, estimation of seismic risk when the earthquake occurs
can be conducted more quantitatively.
Keywords: Incremental dynamic analysis, Fragility curve, Seismic Performance,
Bridge structure.
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
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 Incremental Dynamic Analysis
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, Juli 2016
Penyusun
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL.............................................................................................i
HALAMAN PERSETUJUAN..............................................................................ii
HALAMAN PENGESAHAN...............................................................................iii
MOTTO ................................................................................................................iv
PERSEMBAHAN .................................................................................................iv
ABSTRAK ............................................................................................................v
ABSTRACT..........................................................................................................vi
PENGANTAR ......................................................................................................vii
DAFTAR ISI.........................................................................................................viii
DAFTAR TABEL.................................................................................................xi
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................xii
DAFTAR LAMPIRAN.........................................................................................xiv
DAFTAR NOTASI ...............................................................................................xv
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang ........................................................................................1
1.3
Tujuan Penelitian ....................................................................................3
1.2
1.4
1.5
Rumusan Masalah...................................................................................3
Manfaat Penelitian ..................................................................................3
Batasan Masalah .....................................................................................4
BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1
Struktur Jembatan ...................................................................................5
2.1.2
Jembatan Gelagar Beton .........................................................................5
2.1.1
2.1.3
Pengertian Jembatan ...............................................................................5
Pembebanan Pada Jembatan ..................................................................7
2.1.3.1 Beban Tetap ............................................................................................7
2.1.3.2 Beban Berjalan .......................................................................................8
2.1.3.3 Beban Gempa..........................................................................................11
commit to user
2.1.4
Pengaruh Gempa Bumi Terhadap Struktur Jembatan.............................12
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2.2
Analisis Riwayat Waktu .........................................................................13
2.2.2
Gerakan Tanah ........................................................................................14
2.2.1
2.2.3
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
Persyaratan Analisis................................................................................13
Prosedur Spektral Matching....................................................................14
Incremental Dynamic Analysis (IDA) ....................................................15
Single Record IDA..................................................................................18
Multi Records IDA..................................................................................19
Batasan Kerusakan (Limit State).............................................................20
2.3.4
Kurva IDA ..............................................................................................22
2.4
Kurva Kerapuhan Seismik ......................................................................25
2.4.2
Metode Penurunan Kurva Kerapuhan Seismik.......................................26
2.3.5
2.4.1
2.4.3
Perangkuman Kurva IDA .......................................................................24
Pengertian Kurva Kerapuhan Seismik ....................................................25
Metode Analisis Kurva Kerapuhan Seismik...........................................28
2.4.3.1 Ketidaktentuan Menurut Keith Porter.....................................................30
2.4.3.2 Ketidaktentuan Menurut Vamvatsikos dan Fragiadakis .........................31
2.4.3.3 Ketidaktentuan Menurut Hazus ..............................................................32
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1
Studi Literatur .........................................................................................34
3.2.1
Data Jembatan.........................................................................................34
3.2
3.2.2
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
Pengumpulan Data ..................................................................................34
Data Gempa ............................................................................................37
Pemodelan Struktur.................................................................................38
Sistem Koordinat ....................................................................................38
Pemodelan Girder, Diafragma dan Pierhead..........................................39
Pemodelan Pier dan Pilecap...................................................................39
3.4
Pembebanan ............................................................................................40
3.4.2
Pembebanan Dinamis..............................................................................40
3.4.1
3.5
3.6
Pembebanan Statis ..................................................................................40
Analisis Struktur dengan Metode IDA ...................................................40
Analisis Data...........................................................................................41
commit to user
ix
perpustakaan.uns.ac.id
3.7
3.8
digilib.uns.ac.id
Menggambarkan Kurva Kerapuhan Seismik ..........................................41
Diagram Alir Penelitian ..........................................................................42
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Pemodelan Struktur Jembatan Meluang A .............................................44
4.2.1
Beban Tetap ............................................................................................45
4.2
4.2.2
4.3
4.3.1
4.3.2
4.4
4.5
4.6
4.6.1
4.6.2
4.7
4.8
4.9
4.9.1
4.9.2
4.9.3
4.10
Perhitungan Beban Statik........................................................................45
Beban Berjalan........................................................................................46
Pengolahan Beban Gempa ......................................................................47
Desain Respon Spektrum Jembatan Meluang A.....................................47
Input Rekaman Gempa ...........................................................................52
Analisa Karakteristik Dinamik Struktur .................................................54
Matching Respon Spektrum....................................................................56
Menjalankan Incremental Dynamic Analysis .........................................61
Respon Displacement..............................................................................63
Histeresis Loop .......................................................................................69
Hasil Incremental Dynamic Analysis .....................................................70
Batas Kerusakan Struktur .......................................................................73
Peerhitungan Ketidaktentuan Struktur....................................................75
Ketidaktentuan Berdasarkan Rumusan Keith Porter ..............................75
Ketidaktentuan Berdasarkan Rumusan Vamvatsikos dan Fragiadakis...77
Ketidaktentuan Berdasarkan Hazus ........................................................78
Analisa Kerapuhan Seismik....................................................................78
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
5.2
Kesimpulan .............................................................................................87
Saran .......................................................................................................88
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................xvii
commit to user
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Jumlah lajur lalu lintas ..................................................................... 8
Tabel 2.2 Deskripsi batasan kinerja struktur berdasarkan Hazus.....................21
Tabel 2.3 Nilai batas kerusakan pada setiap limit state....................................22
Tabel 3.1 Data geometri jembatan ...................................................................36
Tabel 3.2 Daftar rekaman gempa yang digunakan...........................................37
Tabel 4.1 Koefisien situs, Fa ............................................................................50
Tabel 4.2 Koefisien situs, Fv............................................................................50
Tabel 4.3 Periode getar alami struktur jembatan Meluang A...........................54
Tabel 4.4 Rekapitulasi hasil perhitungan scaling factor (SF). .........................58
Tabel 4.5 PGA data gempa pada skala 1..........................................................62
Tabel 4.6 Perbandingan displacement maksimal pada sumbu x
dan sumbu y .....................................................................................68
Tabel 4.7 Nilai PGA setiap batas kerusakan akibat seluruh beban gempa ......74
Tabel 4.8 Rekapitulasi Perhitungan Ketidakpastian Menurut Rumusan
Porter ................................................................................................76
Tabel 4.9 Perhitungan ketidaktentuan struktur menurut rumusan
Vamvatsikos dan Fragiadakis...........................................................77
Tabel 4.10 Rekapitulasi perhitungan ketidaktentuan berdasarkan Hazus. .........78
Tabel 4.11 Rekapitulasi perhitungan median seismik demand ..........................79
Table 4.12 Perkiraan hubungan PGA dengan skala MMI..................................81
Tabel 4.13 Nilai probabilitas kerusakan menurut skala MMI untuk kurva
kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan teori Keith Porter...81
Tabel 4.14 Nilai probabilitas kerusakan menurut skala MMI untuk kurva
kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan teori Vamvatsikos
dan Fragiadakis. ...............................................................................82
Tabel 4.15 Nilai probabilitas kerusakan menurut skala MMI untuk kurva
kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan Hazus.....................84
Table 4.16 Perbandingan kemungkinan kerusakan pada 3 jenis kurva
kerapuhan .........................................................................................84
commit to user
xi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Bagian jembatan gelagar beton ................................................... 6
Gambar 2.3
Ilustrasi Beban D (BTR dan BGT).............................................. 9
Gambar 2.2
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 2.8
Gambar 2.9
Pembebanan pada arah melintang ............................................... 9
BTR pada panjang bentang tertentu ............................................10
Pembebanan truk .........................................................................11
Prosedur pemodelan beban gempa pada jembatan ......................12
Keruntuhan struktur jembatan akibat gempa kobe ......................12
Kumpulan Kurva IDA pada Satu Struktur Gedung 5 Lantai ......20
Kurva IDA struktur gedung 5 lantai dengan T1=1,8s
berdasarkan 4 rekaman gempa yang berbeda ..............................23
Gambar 2.10 (a) Kurva IDA dari banyak rekaman gempa, (b) Rangkuman
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
kurva IDA pada 16%, 50% dan 84%...........................................24
Lokasi jembatan Meluang A .......................................................35
Potongan memanjang jembatan Meluang A................................36
Kondisi eksisting jembatan Meluang A ......................................36
Diagram Alir Penelitian...............................................................42
Pemodelan jembatan Meluang A.................................................44
Detail barier jembatan Meluang A. .............................................46
Respon spektra percepatan 0,2 detik ...........................................48
Respon spektra percepatan 1 detik ..............................................49
Kurva Respons Spektrum Desain................................................52
Rekaman gempa Imperial Valley arah longitudinal ....................53
Rekaman gempa Imperial Valley arah transversal ......................54
Modus getar pertama ...................................................................55
Modus getar ketiga ......................................................................55
Gambar 4.10 Modus getar kelima .....................................................................55
Gambar 4.11 Respon spektrum gempa Imperial valley ....................................56
Gambar 4.12 Accelerogram gempa sintetik Imperial Valley
arah longitudinal (X) ...................................................................57
commit to user
xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 4.13 Accelerogram gempa sintetik Imperial Valley
arah Transversal (Y) ....................................................................57
Gambar 4.14 Matched spektum gempa Imperial Valley...................................58
Gambar 4.15 Unmatched spektrum gempa arah longitudinal ...........................59
Gambar 4.16 Matched spectrum gempa arah longitudinal................................60
Gambar 4.17 Unmatched spectrum gempa arah transversal .............................60
Gambar 4.18 Matched spectrum gempa arah transversal..................................61
Gambar 4.19 Respon displacement gempa Imperial Valley .............................63
Gambar 4.20 Respon displacement gempa Kern County..................................64
Gambar 4.21 Respon displacement gempa Loma Prieta...................................64
Gambar 4.22 Respon displacement gempa San Fernando ................................64
Gambar 4.23 Respon displacement gempa Northern Calif 03 ..........................65
Gambar 4.24 Respon displacement gempa Parkfield........................................65
Gambar 4.25 Respon displacement gempa Point Mugu ...................................65
Gambar 4.26 Respon displacement gempa Fukushima.....................................66
Gambar 4.27 Respon displacement gempa Kobe..............................................66
Gambar 4.28 Respon displacement gempa Kushiro .........................................66
Gambar 4.29 Respon displacement gempa Miyagi...........................................67
Gambar 4.30 Respon displacement gempa Osagawara.....................................67
Gambar 4.31 Respon displacement gempa Sendai ...........................................67
Gambar 4.32 Respon displacement gempa Urakawa ........................................68
Gambar 4.33 Histeresis loop struktur pier jembatan Meluang A......................69
Gambar 4.34 Kurva multy record IDA .............................................................71
Gambar 4.35 Rangkuman kurva IDA................................................................72
Gambar 4.36 Perilaku bergelombang pada kurva IDA .....................................73
Gambar 4.37 Batas kerusakan struktur..............................................................74
Gambar 4.38 Kurva kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan
Keith Porter .................................................................................80
Gambar 4.39 Kurva kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan
Vamvatsikos dan Fragiadakis......................................................82
Gambar 4.40 Kurva kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan Hazus .....83
Gambar 4.41 Histeresis loop kolom
akibat
commit
to gempa
user Imperial Valley .................86
xiii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Gambar Kerja Jembatan Meluang A
Lampiran B Rekaman Gempa Pilihan
Lampiran C Pembuatan Accelerogram Sintetik
Lampiran D Membuat Kurva IDA
Lampiran E Analisa Kurva Kerapuhan
Lampiran F Dokumentasi Administrasi Skripsi
commit to user
xiv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR NOTASI
A
a
= Spectral acceleration respon spectrum target.
= Spectral acceleration respon spectrum yang akan diskala.
= Rekaman gempa yang sudah terskala.
a1
= Percepatan rekaman gerakan tanah.
D
= Seismik demand.
C
= Capacity struktur.
DM
= Damage Measure.
Fa
= Faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode 0,2
DS+
= Damage state.
detik.
Fv
= Faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode 1
IM
= Intensity Measure.
M
= Rata-rata dari kapasitas percepatan spektra struktur yang ditinjau.
LS+
n1
n
detik.
= Kondisi dimana limit state tertentu telah terlewati.
= Jumlah lajur lalu lintas rencana.
= Jumlah data.
P
= Probabilitas kerusakan struktur.
q
= Intensitas beban terbagi rata (BTR).
p
s
SS
= Intensitas beban garis (BGT).
= Standar deviasi 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
SDS
= Parameter percepatan spektra desain untuk periode 0,2 detik.
SMS
= Parameter spektrum respons percepatan pada periode 0,2 detik.
SD1
SM1
T
pada periode 1 detik.
= Parameter percepatan spektra desain untuk periode 1detik.
= Parameter spektrum respons percepatan pada periode 1 detik.
commit to user
= Periode getar alami struktur.
xv
perpustakaan.uns.ac.id
T1
x
digilib.uns.ac.id
= Periode getar alami struktur pada mode pertama.
= Koefisien variasi nilai batas kerusakan tiap limit state.
= Ground motion parameter (PGA atau Sa) sesuai limit state.
= Percentile 84% dari nilai x.
%
= Percentile 16% dari nilai x.
%
= Standar deviasi nilai batas kerusakan tiap limit state.
= Ketidaktentuan struktur.
= Standar deviasi dari ketidaktentuan kapasitas struktur.
c
= Standar deviasi dari ketidaktentuan spektrum demand (
d
periode pendek dan
(
)
= 0,5 untuk periode panjang).
= Standar deviasi dari ketidaktentuan nilai batas kondisi kerusakan,
diambil sebesar 0,4.
= Kondisi kerusakan menurut hazus MH MR5.
RU
R
U
/h
= 0,45 untuk
= ketidaktentuan total struktur.
= Aleatory uncertain.
= Epistemic uncertain.
= Drift Ratio.
= Faktor skala (SF).
= Fungsi standar normal distribusi kumulatif.
= Median capacity, PGA (g).
= Rata-rata nilai batas kerusakan tiap limit state.
commit to user
xvi