ANALISIS DEFORMASI JEMBATAN SURAMADU AKIBAT PENGARUH ANGIN MENGGUNAKAN PENGUKURAN GPS KINEMATIK

ANALISIS DEFORMASI JEMBATAN SURAMADU AKIBAT PENGARUH ANGIN MENGGUNAKAN PENGUKURAN GPS KINEMATIK

Lysa Dora Ayu Nugraini, Eko Yuli Handoko, ST, MT

Program Studi Teknik Geomatika, FTSP ITS-Sukolilo, Surabaya 60111 Email : gm0712@geodesy.its.ac.id

Abstrak

Deformasi merupakan salah satu faktor yang harus diperhitungkan dalam rangka monitoring struktur kesehatan jembatan Suramadu. Vibrasi yang terjadi akibat pengaruh berbagai beban dinamik pada jembatan baik beban hidup atau beban mati seperti beban dinamik angin, menjadi salah satu faktor penyebab terjadinya deformasi lateral. Apabila vibrasi tersebut terjadi secara berlebihan dan terakumulasi dalam jangka waktu tertentu, maka akan menyebabkan kerusakan pada struktur jembatan.

GPS merupakan sebuah teknologi penentuan posisi dengan keakuratan penentuan posisi yang tinggi. Pengamatan perubahan posisi sebuah titik pada jembatan yang didapatkan melalui pengukuran GPS kinematik dapat digunakan sebagai analisis mengenai vibrasi yang terjadi pada jembatan Suramadu.

Hasil pengukuran GPS yang dilakukan pada penelitian ini tidak mendapatkan akurasi yang tinggi dikarenakan kesalahan dan bias akibat kabel penyangga menara jembatan disekeliling lokasi penempatan GPS yang tidak bisa dihindari. Outliers yang merupakan efek dari bias dan kesalahan memberikan pengaruh pada perhitungan pergeseran posisi jembatan. Outliers yang kecil pada pengukuran bulan Januari 2011 membuat pergeseran posisi lateral < 5 cm. Sedangkan outliers yang besar pada pengukuran bulan Mei 2011 dengan nilai outliers hingga satuan meter, mengakibatkan perhitungan perubahan posisi lateral Jembatan Suramadu bernilai > 5 cm. Moving Average filter merupakan sebuah metode yang digunakan untuk mereduksi noise akibat kondisi pengukuran yang terjadi sehingga didapatkan pola vibrasi Jembatan Suramadu.

Kata kunci : Deformasi, Jembatan Suramadu, GPS, Moving Average

PENDAHULUAN

Jembatan Suramadu merupakan jenis jembatan gantung (jembatan Cable Stayed) dengan struktur bangunan yang dirancang mampu bertahan hingga lebih dari seratus tahun kedepan (Suangga dan Subagyo, 2008), sehingga untuk dapat mencapai target life-time (usia teknis) tersebut perlu dilakukan monitoring serta perawatan terhadap struktur bangunan jembatan.

Banyak faktor yang perlu diperhatikan dalam rangka mempertahankan dan memonitoring kondisi struktur jembatan suramadu, salah satunya adalah deformasi jembatan. Salah satu faktor yang mempengaruhi deformasi jembatan adalah beban dinamik angin yang melintas di jembatan. Untuk jembatan bentang panjang seperti jembatan Cable Stayed Suramadu, pengaruh beban dinamik angin sangat berperan dalam menentukan kestabilan dari struktur jembatan. Beban dinamik angin

yang menyebabkan vibrasi lateral adalah parameter yang diukur untuk mengetahui pola getar dari badan jembatan tersebut. Dengan adanya informasi mengenai kecepatan yang melintas di Jembatan Suramadu maka dari studi ini diharapkan dapat dijadikan sebagai deteksi awal perubahan struktur jembatan untuk mendukung pencapaian target life-time jembatan tersebut dan upaya pemeliharaannya. RUMUSAN MASALAH Rumusan masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1.

Bagaimanakah pengaruh angin terhadap deformasi pada Jembatan Suramadu ?

2.

Berapakah besar nilai deformasi Jembatan Suramadu akibat pengaruh angin ? BATASAN MASALAH Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :

1.

Analisis deformasi Jembatan Suramadu khususnya pada pylon bentang tengah 1

jembatan terhadap posisi horizontal yaitu c. 13 Mei 2011 pukul 12.00 BBWI sampai b. dalam yang c. Madura, Jembatan dari Surabaya 7˚12’20” langsung pukul langsung pukul dan yang Lokasi tengah nomor 3 Lokasi tengah nomor 3 yang Teknik berfungsi Referensi) dan 84. D a t a 1 . 1.1 digunak an Unt uk

t r i p l e s i n y a l H z . 2

Diagram alir pengolahan data Adapun diagram alir pengola han data adalah sebagai berikut :

SP3 GPS week

1616 dan 1635

Raw Data

Pengukuran 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011

Post-Processing

Koordinat (X,Y) Hasil Pengukuran titik GPS 1 dan GPS 2 Pengukuran 1

Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011

Perhitungan Toleransi 95% Ketidakpastian

Koordinat (X,Y) Pengukuran 1 Januari, 12

Mei dan 13 Mei 2011 tidak

Eliminasi ya

Plotting Koordinat (X,Y) Titik GPS1 dan GPS2 Pengukuran 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011

95% Ketidakpastian

Pola Koordinat 1 titik GPS1 dan GPS2 Pengukuran 1 Januari, 12 Mei

dan 13 Mei 2011

D a

Kecepatan Angin 0,017 Hz tanggal 1 januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011 Ekstraksi Nilai Kecepatan Angin Menja di Vektor (X,Y) Interpol asi Kecepat an Angin Menjad i 0,2 Hz Vektor Kecep atan Angin (X,Y) 0,2 Hz Pola Koordinat 2 Titik GPS1 dan GPS2 Pengukur an 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011 Perh oordi nat (X,Y) Titik GPS 1 dan GPS 2 Pe ngu kur an 1 Jan uari , 12 Mei dan 13 Mei 201 1 P o l a G e t a r J e m b a t a n S u r a m a d u d a n n i l a i P e r P e r h it u n g a n K o r e l a s i K o o r d i n a t e r g e s e r a n J e m b a t a n Ter h a d a p B e b a n D i n a m i k A n g i n T a n g g a l 1 J a n u a r i , 1 2 M e i d a n 1 3 M e i 2 0 1 1 Nil ai Perge seran Koordi nat Jemba tan Koordi nat (X,Y) Akibat Beban Dinami k Angin Tangg al 1 J a e s t a D e

Analis is Koord inat Perge seran Jemb atan Terh adap Akib at Beb an Dina mik Angi n

Pol a vibr asi jem bata n Sur ama du Koo rdin at (X,Y ) tang gal 1 Jan uari, 12 Mei dan 13 Mei 201 1

Pada penelitian ini dilakukan pengolahan data sebagai berikut :

1.

Download Data Titik Pengamatan

2.

Metode Post-Processing

Dilakukan metode post-processing pada raw data di software Topcon Tools dengan menambahkan Standart Presice Ephemeris #3 (SP3). Output post-processing ini berupa koordinat-koordinat titik GPS 1 dan GPS 2. Melalui koordinat-koordinat (X,Y,Z) tersebut selanjutnya dihitung pola getar (vibrasi) dan pergeseran posisi jembatan sebagai parameter terjadinya deformasi. Koordinat X dan koordinat Y sebagai deteksi terjadinya deformasi lateral.

3.

Perhitungan Toleransi Pengukuran Semua data (koordinat) tersebut dihitung koordinat rata-rata masing-masing titik, residu, variansi dan standar deviasi pengukuran. Melalui perhitungan tersebut digunakan metode uji statistik distribusi normal dengan 95% tingkat ketidakpastian untuk menentukan batas-batas penerimaan dan penolakan koordinat pengukuran. Apabila koordinat-koordinat hasil processing data berada didaerah penolakan, maka koordinat-koordinat tersebut tidak diikutsertakan kedalam pengukuran selanjutnya (proses eliminasi). Namun apabila koordinat hasil processing tersebut berada dalam batas penerimaan koordinat, maka koordinat-koordinat tersebut diikutsertakan dalam tahapan pengolahan selanjutnya.

4.

Plotting Koordinat Hasil Pengamatan Koordinat-koordinat yang di plot adalah keseluruhan koordinat yang berada dalam rentang penerimaan uji statistik. Tujuannya untuk mengetahui pola getar (vibrasi) serta pengaruh dari multipath dan cycle slips yang

diakibatkan oleh lingkungan lokasi penempatan titik seperi pagar

pembatas jembatan, kabel penyangga jembatan serta pylon jembatan.

5.

Cek Outliers

Cek Outliers bertujuan untuk mengetahui ada tidaknya noise melalui hasil plotting koordinat. Apabila hasilnya diketahui terdapat pola

multipath dan cycle slips, maka diperlukan tahapan smoothing..

6.

Pemberian Moving Average Filter Pada Data Yang Mengandung Noise Filter yang digunakan untuk

menghaluskan data (smoothing) pada data yang mengandung noise yang diwujudkan melalui pola outliers.

7.

Perhitungan Pergeseran Posisi (X,Y) Jembatan Suramadu

Nilai residu dari perhitungan pergeseran posisi jembatan pada pengukuran 1 Januari 2011, 12 Mei 2011, dan 13 Mei 2011 tersebut selanjutnya didefinisikan sebagai gejala awal terjadinya deformasi badan jembatan.

8.

Ekstraksi Nilai Kecepatan Angin menjadi Vektor (X,Y)

Data kecepatan angin > 0,2 Hz di ekstrak kedalam vektor X dan Y dengan cara diinterpolasi sehingga memiliki data sebanyak 0,2 Hz.

9.

Perhitungan Korelasi Koordinat Pergeseran Jembatan Suramadu (X,Y) Terhadap Beban dinamik Angin

Nilai yang dikorelasikan antara koordinat pergeseran jembatan suramadu (X,Y) terhadap beban dinamik angin (kecepatan angin) adalah koordinat X, Y titik GPS 1 dan GPS 2 terhadap vektor X, Y dari data kecepatan angin rata-rata, masing-masing untuk pengukuran 1 Januari 2011, 12 Mei 2011, dan 13 Mei 2011.

10.

Analisis

Analisis dilakukan terhadap standar deviasi pengamatan, koordinat hasil filter yang diterapkan, nilai deformasi yang diperoleh dan analisis mengenai sejauh mana pergeseran disebabkan oleh angin dengan melihat koefisien korelasi antara pergeseran koordinat jembatan dengan kecepatan angin serta grafik dua dimensi yang

merepresentasikan pola hubungan dari keduanya.

Moving Average Filter

Moving Average Filter (MA Filter) merupakan metode smoothing yang memiliki prinsip menggantikan setiap titik data dengan rata-rata titik tetangga data. Moving average filter mengurangi intensitas sinyal, dengan hilangnya sinyal kecil berdekatan berikutnya. Efek ini meningkat dengan meningkatnya

bandwidth filter (M). Formula MA Filter adalah sebagai

1.

titik yang tidak bebas obstruksi. Pada penelitian arakteristik

titik jembatan, jembatan penyebab karena untuk hasil yang dengan tingkat N o 3. GPS 1 Dari Hasil Tingkat l e 0,033 0,103 0,031 0,182 0,075 0.04 0 , 0 , 0 , a n g pengukuran GPS akibat l G P D i F i D i

PENUTUP 1. Kesimpulan

Dari penelitian ini dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :

1.

Pada penelitian ini beban dinamik angin memiliki pengaruh yang lemah terhadap perubahan posisi lateral Jembatan Suramadu. Koefisien keterkaitan pengaruh angin terhadap perubahan posisi lateral yang terjadi adalah < 20% untuk data di titik GPS 1 (di titik kabel ketiga dari pylon Surabaya) dan < 10 % di titik GPS 2 (di titik kabel ketiga dari pylon sisi Madura).

2.

Dari hasil pengamatan GPS pada penelitian ini mengindikasikan bahwa :

1-

Pengukuran bulan Januari memiliki outliers kecil sehingga dengan kecepatan angin rata-rata terukur sebesar 2 knots terdeteksi pergeseran posisi lateral rata-rata Jembatan Suramadu di titik GPS 1 sebesar 2 cm dan 2 cm di titik GPS 2.

2-

Pengukuran 12 Mei 2011 memiliki outliers besar, sehingga dengan kecepatan angin rata-rata terukur sebesar 4,5 knots terdeteksi pergeseran posisi lateral sebesar 5 cm di titik GPS 1 dan 26 cm di titik GPS 2.

3-

Sedangkan pada pengukuran 13 Mei 2011 yang juga memiliki nilai outliers yang besar, dengan angin rata-rata terukur berkecepatan 3,8 knot, terdeteksi pergeseran posisi lateral sebesar 16 cm dititik GPS 1 dan 12 cm dititik GPS 2.

3.

Penggunaan metode kinematik serta kesalahan dan bias akibat kondisi lingkungan pengukuran yang tidak bebas obstruksi (gangguan), mengakibatkan multipath dan cycle slips sehingga hasil pengukuran memiliki banyak pola outliers. Outliers tersebut berpengaruh terhadap standar deviasi pengukuran dan nilai pergeseran posisi Jembatan Suramadu.

4.

Penggunaan metode Moving Average filter yang digunakan mampu mereduksi outliers maksimum sebesar 0,43 m dan reduksi outliers minimum sebesar 0 m pada pengukuran Januari 2011, sedangkan pada pengukuran bulan Mei

MA filter mereduksi outliers maksimum sebesar 0,98 m, dan minimum 0 m.

2.

Saran

Beberapa saran yang diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut :

1.

Data hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi untuk pengembangan penelitian deformasi selanjutnya dengan beberapa perbaikan dalam hal pengolahan data dan metode yang digunakan. Perbaikan yang dimaksud diantaranya adalah pemilihan lokasi penempatan GPS serta selang pengamatan pada metode kinematik yang dilakukan dengan frekuensi high rate yaitu > 1 Hz, atau dengan menggunakan metode statik dengan pengamatan yang kontinyu.

2.

Penempatan anemometer sebaiknya berada di lokasi yang sama dengan posisi penempatan GPS agar data yang didapat berada pada sample titik yang sama serta dilakukan selama 24 jam agar pengaruh angin darat dan angin laut dapat terlihat. Agar analisis mengenai pengaruh beban dinamik angin terhadap perubahan posisi jembatan suramadu lebih stabil, maka diperlukan pengukuran yang kontinyu dengan kurun waktu pengukuran yang lebih panjang dengan memperhatikan faktor musim. Daftar Pustaka

Abidin, H. Z .2007. Penentuan Posisi GPS dan Aplikasinya. Jakarta : PT. Pradnya Paramitha.

Furqon. 1999. Statistika Terapan untuk Penelitian. CV. Alphabeta : Bandung. Nababan, P. 2008. “Structural Health

Monitoring System”. Proceeding Of Construction And Maintenance Of Main Span Suramadu Bridge. Surabaya : Ministry Of Public Work Directorat General Of Highway Balai Besar Pelaksanaan Jalan Nasional V Technical Affair Of National Suramadu Bridge.

Wahyuningtias, D. 1996. Tugas Akhir : Model Penentuan Dalam Analisis Deformasi Melalui Pendekatan Geodetik. Jurusan teknik Geodesi Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaa ITB.

hubungan residu

Gambar 11. Grafik Hubungan Pergeseran Koordinat X Titik GPS 2 dengan Kecepatan Angin Kearah X

1 0

1 1