Analisis struktur slab on pile terhadap beban gempa mengacu pada standar Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung (SNI 03-1726-2012). Besarnya beban gempa pada struktur slab on pile dihitung dengan menggunakan prosedur Gaya Lateral Ekivalen dengan menggunakan rumus :
V = Cs.W dimana :
W : Berat efektif slab on pile, yang besarnya dapat diperhitungkan sebesar
100% (beban mati) + 25% (beban hidup/beban kendaraan) Cs : Koefisien Respon Seismik
R : Faktor Modifikasi Respon Ie : Faktor Keutamaan Gempa
Besarnya nilai Koefisien Respon Seismik, dihitung dengan menggunakan rumus :
Cs = SDS/(R/Ie)
Nilai Cs yang dihitung dengan rumus diatas, tidak perlu melebihi nilai Cs yang dihitung dengan rumus :
Cs = SD1/T.(R/Ie) Pada rumus diatas :
SDS : Parameter percepatan spektrum respon desain pada periode pendek
SD1 : Parameter percepatan spektrum respon desain pada periode 1 detik
T : Periode getar struktur (detik)
Nilai Cs yang dihitung dari kedua rumus diatas, harus tidak boleh kurang dari :
Cs = 0,044.SDS .Ie ≥ 0,01 a. Penentuan Kelas Situs
Berdasarkan hasil penyelidikan tanah di lokasi, profil tanah mempunyai nilai N-SPT yang berbeda. Untuk penentuan kelas situs, perlu dihitung nilai N-SPT rata-rata yang dianggap mewakili kondisi tanah di
lokasi tersebut. Perhitungan N-SPT Rata-rata untuk penentuan Kelas Situs, dicantumkan pada Tabel 6.
Tabel 6. Perhitungan N-SPT rata-rata untuk penentuan
kelas situs
Kedalaman Tebal Lapisan
N-SPT d x N-SPT (m) d (m) -2 2 0.80 1.60 -4 2 1.00 2.00 -6 2 0.00 0.00 -8 2 0.80 1.60 -10 2 0.00 0.00 -12 2 5.40 10.80 -14 2 15.80 31.60 -16 2 21.20 42.40 -18 2 25.20 50.40 -20 2 16.80 33.60 -22 2 29.40 58.80 -24 2 50.00 100.00 -26 2 50.00 100.00 -28 2 33.80 67.60 -30 2 39.00 78.00 ∑d = 30 ∑(d x N-SPT) = 578.40
Besarnya nilai N-SPT Rata-rata ( Nr ) tanah dasar di lokasi proyek : Nr =
(
∑d x N-SPT)
/∑d = 578,40/30 = 19,3Untuk nilai N-SPT = 19,3, maka berdasarkan perhitungan pada Tabel 7 dapat disimpulkan bahwa klasifikasi situs pada lokasi proyek dimana struktur slab on pile didirikan, termasuk kelas situs SD (tanah sedang) dengan nilai 15 ≥ Nr = 19,3 ≤ 50.
Tabel 7. Klasifikasi Kelas Situs
Kelas Situs N-SPT
SC (tanah keras, sangat padat dan
batuan lunak) >15
SD (tanah sedang) 15 sampai 50
SE (tanah lunak) <15
Sumber : Tabel 3 (SNI 1726 – 2012)
Untuk perhitungan beban gempa pada struktur slab on pile, perlu dibuat Kurva Respon Spektra Desain untuk lokasi dimana bangunan akan didirikan. Untuk membuat Kurva Spektrum Respons Desain dilakukan dengan denggunakan software on-line yang tersedia pada situs : puskim.pu.go.id (http://puskim.pu.go.id/Aplikasi /desain spektra indonesia_2011/).
Dengan menggunakan software on line yang tersedia, dan dengan memasukkan data koordinat dari Kota Bangun di Kalimantan Timur, didapatkan Kurva Percepatan Respon Spektrum Desain untuk wilayah Kota Bangun dan sekitarnya seperti pada Gambar 9.
Gambar 9. Parameter seismik dan Kurva Spektrum Respon Desain
Kota Bangun (Kalimantan Timur) untuk kondisi tanah sedang
Dari perhitungan spektrum respon desain, didapat parameter-parameter seismik sbb. :
- Percepatan spektrum respon desain pada periode pendek (SDS) : 0,128 g.
- Percepatan spektrum respon desain pada periode 1 detik (SD1) : 0,136 g.
Peta percepatan spektrum respon desain pada periode pendek (SDS) dan percepatan spektrum respon desain pada periode 1 detik (SD1), diperlihat pada Gambar 10a dan 10b.
Gambar 10a. Peta respon spektra percepatan periode pendek 0,2 detik di
batuan dasar untuk probablitas terlampaui 2% dalam 50 tahun (Sumber : SNI 1726 – 2012)
Gambar 10b. Peta respon spektra percepatan periode 1 detik di batuan dasar
untuk probablitas terlampaui 2% dalam 50 tahun (Sumber : SNI 1726 – 2012)
c. Kategori Desain Seismik
Struktur slab on pile yang dibangun merupakan jembatan lalu lintas jalan raya biasa yang dilewati kurang dari 2000 kendaraan/hari. Berdasarkan Standar Pembebanan Untuk Jembatan (SNI T‒02‒2005), struktur slab on pile ini termasuk jembatan dengan Faktor Keutamaan Gempa (Ie) = 1,0
Mengacu pada Tabel 1 SNI 1726 – 2012 tentang Kategori Risiko Bangunan Gedung dan Struktur Lainnya Untuk Beban Gempa, struktur ini memiliki risiko yang rendah terhadap jiwa manusia pada saat terjadi kegagalan. Oleh karena itu, struktur slab on pile ini dimasukkan dalam Kategori Risiko I.
Untuk perhitungan pengaruh beban gempa, Kategori Desain Seismik (KDS) dari struktur slab on pile harus ditentukan terlebih dahulu berdasarkan kategori risikonya, dan parameter respons spektra percepatan desainnya yaitu : SDS = 0,128 g dan SD1 = 0,136 g.
Dari Tabel 8, untuk nilai SDS = 0,128 g, struktur slab on pile termasuk pada Kategori Risiko A . Dari Tabel 9, untuk nilai SD1 = 0,136 g, struktur slab on pile termasuk pada Kategori Risiko C.
Tabel 8. Kategori desain seismik berdasarkan parameter
respons percepatan pada perioda pendek 0,2 Detik.
Nilai SDS Kategori Risiko I atau II atau III IV SDS < 0,167 A A 0,167 ≤ SDS 0,33 B C 0,33 ≤ SDS 0,50 C D 0,50 ≤ SDS D D
Sumber : Tabel 6 - SNI 1726 – 2012
Tabel 9. Kategori desain seismik berdasarkan parameter
respons percepatan pada perioda 1 detik.
Nilai Kategori Risiko I atau II atau III IV SD1 < 0,067 A A 0,067 ≤ SD1 0,133 B C 0,133 ≤ SD1 0,20 C D 0,20 ≤ SD1 D D
Sumber : Tabel 7 - SNI 1726 – 2012
Struktur slab on pile merupakan struktur dengan penahan gaya seismik berupa sistem rangka pemikul momen dari beton bertulang. Mengacu pada Tabel 10, maka struktur jembatan slab on pile ini harus didesain sebagai Rangka Beton Bertulang Pemikul Momen Menengah (SRPMM), dengan Koefisien Modifikasi Respons (R) = 5,0, Faktor Kuat Lebih Sistem (ΩO) = 3, dan Faktor Pembesaran Defleksi (Cd) = 4,5
Tabel 10. Faktor R , Cd, dan ΩO untuk Sistem Penahan Gaya Gempa (Rangka Beton Bertulang Pemikul Momen )
Sistem Penahan Gaya Seismik Koefisien Modifikas i Respons, R Faktor Kuat Lebih Sistem , ΩO Faktor Pembesar an Defleksi, Cd Batasan Sistem Struktur dan Batasan Tinggi
Struktur hn (m) Kategori Desain
Seismik
Sistem Rangka Beton Bertulang Pemikul Momen Struktur Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) 8 3 5,5 TB TB TB TB TB Struktur Rangka Pemikul Momen Menengah (SRPMM) 5 3 4,5 TB TB TI TI TI Struktur Rangka Pemikul Momen Biasa (SRPMB)
3 3 2,5 TB TI TI TI TI
TB = Tidak Dibatasi dan TI = Tidak Diijinkan. Sumber : Tabel 9 - SNI 1726 – 2012
d.Periode Getar Struktur
Periode getar struktur (T) dari struktur slab on pile dihitung dengan menggunakan Metode Analisis Ragam (Modal Analysis). Perhitungan periode getar dilakukan dengan meninjau 2 derajat kebebasan (Degree Of Freedom / DOF) dari struktur pada arah sumbu-X dan sumbu-Y. Untuk perhitungan periode getar struktur, ditinjau modul struktur slab on pile sepanjang 100 meter, dengan massa m = 174300 kg.dt2/m.
Dari hasil analisis struktur slab on pile sepanjang 100 meter dengan menggunakan software SAP2000, didapatkan periode getar struktur pada arah sumbu-X (Tx) = 0,988 ≈ 1,0 detik, dan pada arah sumbu-Y (Ty) = 0,992 ≈ 1,0 detik.
Ragam getar struktur yang terjadi pada struktur slab on pile pada arah melintang (sumbu-X) dan arah memanjang (sumbu-Y), diperlihatkan pada Gambar 11a dan 11b.
Menurut SNI 1726 – 2012, periode getar struktur (T), tidak boleh melebihi hasil koefisien untuk batasan pada periode getar yang dihitung (Cu), seperti tercantum pada Tabel 11. Untuk nilai SD1 = 0,136 g, dari Tabel 11 didapat nilai Cu = 1,7.
Karena periode getar struktur slab on pile, T = 1 detik < Cu = 1,7, maka dapat disimpulkan bahwa periode getar struktur memenuhi syarat.
Tabel 11. Koefisien untuk batas atas pada periode getar (T) yang dihitung Parameter Percepatan Respon
Spektra Desain Pada Periode 1
Detik (SD1) Koefisien Cu
≥ 0,4 1,4
0,3 1,4
0,15 1,6
≤ 0,15 1,7
Sumber : Tabel 14, SNI 1726 – 2012
Gambar 11a. Ragam getar struktur slab on pile pada arah sumbu-X (Tx = 0,988
≈ 1,0 detik)
Gambar 11b. Ragam getar struktur slab on pile pada arah sumbu-Y (Ty = 0,992
≈ 1,0 detik)
e. Beban Gempa Pada Struktur
Dari hasil perhitungan diatas, didapat beberapa parameter yang dapat digunakan untuk memperkirakan besarnya beban gempa yang akan bekerja pada struktur slab on pile. Parameter-parameter tersebut adalah :
R : Koefisien Modifikasi Respon = 5 Ie : Faktor Keutamaan Gempa = 1
SDS : Percepatan spektrum respon desain pada periode pendek = 0,128 g
SD1 : Percepatan spektrum respon desain pada periode 1 detik = 0,136 g
T : Periode getar struktur, Tx = Ty ≈ 1,0 detik m : Massa struktur = 1633390 kg.dt2/m.
W : Berat struktur = (1633390 kg.dt2/m x 9,8 m/dt2) = 1601250 kg Besarnya nilai Koefisien Respon Seismik, dihitung dengan menggunakan rumus :
Cs = SDS/(R/Ie) = 0,128/(5/1) = 0,026 Cs = SD1/T.(R/Ie) = 0,136/1.(5/1) = 0,027
Besarnya beban gempa pada struktur slab on pile sepanjang 100 meter : V = Cs x W = 0,027 x 1601250 = 43234 kg
Untuk struktur slab on pile sepanjang 100, terdapat 21 sistem rangka pemikul momen dari beton bertulang yang dipasang setiap jarak 5 meter. Besarnya gaya gempa yang harus dipikul oleh 1 rangka pemikul momen = 43234/21 ≈ 2000 kg.
Jika diperhitungkan faktor kuat lebih pada sistem struktur (ΩO = 3), maka besarnya beban gempa yang harus dipikul oleh 1 rangka pemikul momen adalah :
Dari hasil perhitungan beban-beban yang diperkirakan akan bekerja pada struktur slab on pile, didapat hasil sebagai berikut (Tabel 12) :
Tabel 12. Beban-beban yang bekerja pada struktur slab on pile Beban Pada 1 Rangka Pemikul Simbol
Beban Beban Pada Struktur Berat sendiri struktur, terdiri
dari berat pelat/slab, pile head,
dan tiang pancang PMS
Dihitung otomatis oleh software
Beban mati tambahan, terdiri dari lapisan aspal tebal 7cm,
barier, & pipa sandaran PMA
Lapisan aspal tebal 7 cm : (0,07x2200) ≈ 150 kg/m2
Barier + pipa sandaran = 600 kg/m
Beban pejalan kaki di trotoar TTP 5 kPa ≈ 500 kg/m2
Gaya akibat pengereman
kendaraan TTB 1000 kg
Gaya sentrifugal pada tikungan TTR 3900 kg Gaya akibat tumbukan pada
tiang pancang TTC 5000 kg
Beban Lalu Lintas (Beban D) : - Beban Terbagi Rata
- Beban Garis Terbagi Rata/BGT BTR BGT 9 kPa ≈ 900 kg/m 2 (49x1,4) kN/m ≈ (5000 x 1,4) kg/m = 7000 kg/m
Beban statik ekivalen akibat
Gambar 12a. Beban akibat berat sendiri barier dan pipa sandaran (PMA = 0,6 ton/m)
Gambar 12b. Beban lapisan aspal setebal 7 cm (PMA = 0,15 ton/m2)
Gambar 12d. Beban lalu lintas/Beban D Terbagi Rata (BTR) = 0,90 ton/m2
Gambar 12e. Beban lalu lintas/Beban D Garis Terbagi Rata (BGT) = 7,0 ton/m
Gambar 12g. Gaya tumbukan pada tiang pancang (TTR) = 5,0 ton