II.2. Konsep Desain Pilar Jembatan Sistem Hybrid
II.2.1. Konsep Desain Jembatan Seismik Berbasis Kinerja (PBSD)
Dalam pendesainan jembatan di daerah seismik, AASHTO membagi dua buah metode desain yaitu desain berbasis kekuatan (force-based method) dan berbasis perpindahan (displacement-based method). Desain berbasisi kekuatan (AASHTO LRFD) merupakan suatu metode desain gempa yang didasarkan pada gaya yang dikenakan pada struktur. Desain berbasis perpindahan (AASHTO SGS) merupakan suatu metode perencanaan gempa untuk menentukan kekuatan sendi plastis yang dibutuhkan dalam memenuhi syarat batas kinerja dengan mengetahui batas regangan dan pergeseran horizontal (Ellys Lim, 2012).
Filosofi desain metode berbasis kekuatan adalah desain elastik yang membutuhkan informasi mengenai kinerja struktur dan gaya dalam yang terjadi pada struktur saat gempa. Kekuatan desain didapatkan dari gaya dalam akibat gempa yang direduksi dengan faktor R ditambah dengan gaya dalam akibat beban non-seismik. Pada umumnya, kekuatan desain didapatkan pada lokasi terjadinya sendi plastis. AASHTO LRFD membagi tiga klasifikasi operasional untuk jembatan, yaitu critical,
essential, dan other.
Pada kondisi essential, jembatan harus dapat melayani kendaraan darurat (polisi, pemadam kebakaran, dan lain-lain) walaupun terkena beban gempa ulang 1000 tahun. Pada kondisi critical, jembatan harus dapat melayani seluruh kendaraan walaupun terkena beban gempa ulang 2500 tahun. Sedangkan, untuk kondisi other, tidak diatur lebih lanjut.
Kesulitan pada metode berbasis kekuatan adalah satu nilai R tidak dapat mencerminkan kinerja daktilitas dari konfigurasi struktur tertentu. Contohnya, konfigurasi dengan dua buah pilar tulangan baja yang berbeda tingginya akan memiliki daktilitas yang berbeda. Pilar yang lebih panjang akan memiliki daktilitas yang lebih rendah. Pada kasus ini, lebih relevan untuk menggunakan metode desain berbasis perpindahan.
20
Metode desain berbasis perpindahan berfokus pada pengecekan kapasitas deformasi sistem dibandingkan pemilihan kekuatan leleh atau elemen pendisipasi energi. Pendesainan metode ini dilakukan trial and error dengan mengasumsikan nilai kapasitas deformasi yang ingin dicapai dan pada akhirnya akan dicek apakah struktur yang didesain mencapai kapasitas deformasi yang diasumsikan pada awal desain. Seluruh parameter desain, seperti sengkang, sudah diperhitungkan pada asumsi nilai kapasitas deformasi. Metode desain ini dapat dilakukan dengan mencari hubungan dari kurvatur elemen, kemudian rotasi elemen, dan terkahir dengan perpindahan elemen dan sistem .
Gambar II. 11 Ilustrasi tiga buah komponen penting pada metode berbasis perpindahan (NCHRP 440, 2013)
21
Kriteria penggolongan kinerja metode berbasis perpindahan mengacu pada CALTRANS, 2010b.
Tabel II. 1 Kriteria penggolongan kategori jembatan terhadap level kinerja jembatan
Kriteria Kinerja Seismik Berdasarkan CALTRANS (CALTRANS, 2010b) Oleh karena berbagai perbedaan antara metode desain berbasis kekuatan dan perpindahan, desain berbasis perpindahan lebih cocok diterapkan dengan metode desain berbasis kinerja untuk penyempurnaan desain. Hal ini dikarenakan pada
22
metode desain berbasis kekuatan tidak dilakukan pengecekan terhadap kecukupan deformasi yang dibutuhkan pada saat terjadi gempa.
Konsep desain berbasis kinerja (PBSD) adalah suatu proses yang berhubungan dengan pengambilan keputusan desain infrastruktur secara rasional dan ilmiah dengan mempertimbangkan beban seismik, perilaku, dan kerusakan potensial infrastruktur (Krawinkler dan Miranda, 2004 ; Moehle dan Deierlein, 2004). Dengan PBSD, dapat diketahui tingkat keamanan infrastruktur, kerugian ekonomi dan kerusakan infrastruktur setelah gempa terjadi.
Gambar II. 12 Kurva perpindahan terhadap base shear didapatkan dari analisis pushover (Moehle dan Deierlein, 2004)
23
Berdasarkan kurva diatas, didapatkan informasi, sebagai berikut : Ilustrasi kerusakan jembatan yang tergambar diatas kurva
Level kinerja jembatan : Fully Operational, Operational, Life Safety, dan Collapse
Biaya perbaikan kerusakan terhadap biaya penggantian jembatan baru Potensi gangguan keselamatan jiwa pada berbagai level kinerja jembatan Estimasi waktu jembatan tidak dapat digunakan.
Secara singkat, PBSD dibagi menjadi empat tahap desain sederhana berdasarkan
Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER), sebagai berikut :
1. Analisis bahaya seismik dengan memperkirakan beban seismik yang akan terjadi pada daerah akan dibangun jembatan berdasarkan pengukuran intensitas (IM). Contohnya adalah spektra percepatan (SA)
2. Analisis struktur berdasarkan dengan perilaku struktur terhadap beban seismik yang terkait kebutuhan parameter rekayasawan (EDPs), seperti regangan, rotasi, perpindahan, drift, atau gaya dalam
3. Analisis kerusakan berdasarkan perilaku struktur terhadap pengukuran kerusakan (DMs) yang menggambarkan kondisi struktur, seperti level kinerja : Fully Operational, Operational, Life Safety, dan Collapse
4. Analisis kerugian berdasarkan kerusakan infrastruktur terhadap beberapa tipe variable keputusan (DV), seperti biaya perbaikan, tingkat gangguan keselamatan jiwa, maupun lamanya jembatan tidak dapat digunakan.
24
Lebih rinci, PBSD juga memiliki level kinerja jembatan (PLs) yang harus dipenuhi berdasarkan kemungkinan bahaya gempa yang akan dialami jembatan dan umur jembatan yang diinginkan (ASL). Kemungkinan bahaya gempa dibagi menjadi dua, yaitu gempa dengan periode ulang 100 tahun dan 1000 tahun.
Tabel II. 2 Minimum level kinerja untuk jembatan (FHWA, 2006)
Umur jembatan dibagi menjadi tiga kategori, yaitu : ASL 1 : 0-15 tahun
ASL 2 : 16-50 tahun ASL 3 : >50 tahun
Level kinerja jembatan dibagi menjadi empat kategori, yaitu :
PL0 : No minimum, yaitu tidak ada minimum level kinerja jembatan yang diatur PL1 : Life safety, yaitu terdapat kerusakan utama pada jembatan, operasional
jembatan terganggu, tetapi keselamatan jiwa terjamin. Terdapat kemungkinan jembatan harus diganti sesudah terjadi gempa rencana.
PL2 : Operational, yaitu kerusakan pada jembatan minimum dan kendaraan darurat dapat melintasi jembatan setelah inspeksi dan pembersihan puing. Jembatan dapat diperbaiki dengan atau tanpa rekayasa lalu lintas.
PL3 : Fully operational, yaitu tidak terdapat kerusakan pada jembatan dan seluruh kendaraan yang direncanakan dapat melintasi jembatan setelah inspeksi dan pembersihan puing. Jembatan dapat diperbaiki tanpa mengganggu lalu lintas.
25
Dalam melakukan desain terhadap level kinerja yang diinginkan, dapat melihat dengan beberapa hubungan. Salah satunya hubungan deformasi terhadap base shear
Gambar II. 14 Hubungan level kinerja dengan kurva deformasi terhadap base shear (FEMA-356)
Keterangan :
Immediate Occupancy (IO) : terdapat deformasi permanen, kerusakan yang dapat dilihat dengan kasat mata, tetapi deformasi tidak lebih besar dari 0,67 deformasi maksimum life safety.
Life Safety (LS) : deformasi maksimum adalah 0,75 deformasi point C.
Collapse Prevention (CP) : deformasi yang lebih besar dari deformasi point C, tetapi tidak lebih besar dari 0,75 deformasi point E.
Hubungan lainnya, level kinerja jembatan dapat diketahui dengan melihat batas-batas parameter yang terdapat pada jembatan.
26
Berikut adalah kriteria kerusakan berdasarkan parameter jembatan untuk mengetahui level kinerja jembatan.
Tabel II. 3 Parameter level kinerja atau desain jembatan SRPH-1 (Hose dan Seible 1999)
27