commit to user
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
commit to user
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
commit to user
v
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
berupadrift 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
terhadapdrift ratio.
Kurva IDA dianalisis lebih lanjut menggunakan fungsi probabilistik untuk
mendapatkan kurva kerapuhan (fragility). Tingkat kerusakan berupa slight,
moderate,extensive dan complete damageberdasarkan 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.
commit to user
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.
commit to user
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 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
commit to user
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 Pengertian Jembatan ...5
2.1.2 Jembatan Gelagar Beton ...5
2.1.3 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
ix
2.2 Analisis Riwayat Waktu ...13
2.2.1 Persyaratan Analisis...13
2.2.2 Gerakan Tanah...14
2.2.3 Prosedur SpektralMatching...14
2.3 Incremental Dynamic Analysis(IDA) ...15
2.3.1 Single RecordIDA...18
2.3.2 Multi RecordsIDA...19
2.3.3 Batasan Kerusakan (Limit State)...20
2.3.4 Kurva IDA ...22
2.3.5 Perangkuman Kurva IDA ...24
2.4 Kurva Kerapuhan Seismik ...25
2.4.1 Pengertian Kurva Kerapuhan Seismik...25
2.4.2 Metode Penurunan Kurva Kerapuhan Seismik...26
2.4.3 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 Pengumpulan Data...34
3.2.1 Data Jembatan...34
3.2.2 Data Gempa ...37
3.3 Pemodelan Struktur...38
3.3.1 Sistem Koordinat ...38
3.3.2 Pemodelan Girder, Diafragma danPierhead...39
3.3.3 PemodelanPierdanPilecap...39
3.4 Pembebanan ...40
3.4.1 Pembebanan Statis ...40
3.4.2 Pembebanan Dinamis...40
3.5 Analisis Struktur dengan Metode IDA ...40
commit to user
3.7 Menggambarkan Kurva Kerapuhan Seismik...41
3.8 Diagram Alir Penelitian ...42
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pemodelan Struktur Jembatan Meluang A ...44
4.2 Perhitungan Beban Statik...45
4.2.1 Beban Tetap ...45
4.2.2 Beban Berjalan...46
4.3 Pengolahan Beban Gempa ...47
4.3.1 Desain Respon Spektrum Jembatan Meluang A...47
4.3.2 Input Rekaman Gempa ...52
4.4 Analisa Karakteristik Dinamik Struktur ...54
4.5 Matching Respon Spektrum...56
4.6 Menjalankan Incremental Dynamic Analysis...61
4.6.1 Respon Displacement...63
4.6.2 Histeresis Loop ...69
4.7 Hasil Incremental Dynamic Analysis ...70
4.8 Batas Kerusakan Struktur ...73
4.9 Peerhitungan Ketidaktentuan Struktur...75
4.9.1 Ketidaktentuan Berdasarkan Rumusan Keith Porter ...75
4.9.2 Ketidaktentuan Berdasarkan Rumusan Vamvatsikos dan Fragiadakis...77
4.9.3 Ketidaktentuan Berdasarkan Hazus ...78
4.10 Analisa Kerapuhan Seismik...78
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...87
5.2 Saran ...88
commit to user
xi
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 perhitunganscaling factor(SF)...58
Tabel 4.5 PGA data gempa pada skala 1...62
Tabel 4.6 Perbandingandisplacementmaksimal 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
commit to user
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagian jembatan gelagar beton ... 6
Gambar 2.2 Pembebanan pada arah melintang ... 9
Gambar 2.3 Ilustrasi Beban D (BTR dan BGT)... 9
Gambar 2.4 BTR pada panjang bentang tertentu ...10
Gambar 2.5 Pembebanan truk ...11
Gambar 2.6 Prosedur pemodelan beban gempa pada jembatan...12
Gambar 2.7 Keruntuhan struktur jembatan akibat gempa kobe...12
Gambar 2.8 Kumpulan Kurva IDA pada Satu Struktur Gedung 5 Lantai ...20
Gambar 2.9 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 kurva IDA pada 16%, 50% dan 84%...24
Gambar 3.1 Lokasi jembatan Meluang A ...35
Gambar 3.2 Potongan memanjang jembatan Meluang A...36
Gambar 3.3 Kondisi eksisting jembatan Meluang A ...36
Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian...42
Gambar 4.1 Pemodelan jembatan Meluang A...44
Gambar 4.2 Detail barier jembatan Meluang A. ...46
Gambar 4.3 Respon spektra percepatan 0,2 detik ...48
Gambar 4.4 Respon spektra percepatan 1 detik ...49
Gambar 4.5 Kurva Respons Spektrum Desain...52
Gambar 4.6 Rekaman gempa Imperial Valley arah longitudinal...53
Gambar 4.7 Rekaman gempa Imperial Valley arah transversal...54
Gambar 4.8 Modus getar pertama ...55
Gambar 4.9 Modus getar ketiga ...55
Gambar 4.10 Modus getar kelima ...55
Gambar 4.11 Respon spektrum gempa Imperial valley ...56
commit to user
xiii
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
commit to user
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
commit to user
xv
DAFTAR NOTASI
= Spectral accelerationrespon spectrum target.
A = Spectral accelerationrespon spectrum yang akan diskala.
a = Rekaman gempa yang sudah terskala.
a1 = Percepatan rekaman gerakan tanah.
C = Capacitystruktur.
D = Seismik demand.
DM = Damage Measure.
DS+ = Damage state.
Fa = Faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode 0,2
detik.
Fv = Faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode 1
detik.
IM = Intensity Measure.
LS+ = Kondisi dimana limit state tertentu telah terlewati.
M = Rata-rata dari kapasitas percepatan spektra struktur yang ditinjau.
n1 = Jumlah lajur lalu lintas rencana.
n = Jumlah data.
P = Probabilitas kerusakan struktur.
p = Intensitas beban garis (BGT).
q = Intensitas beban terbagi rata (BTR).
s = Standar deviasi dari kapasitas percepatan spektra struktur yang ditinjau.
SS = Parameter nilai respons spektra percepatan gempa MCERterpetakan
pada periode 0,2 detik.
S1 = Parameter nilai respons spektra percepatan gempa MCERterpetakan
pada periode 1 detik.
SDS = Parameter percepatan spektra desain untuk periode 0,2 detik.
SD1 = Parameter percepatan spektra desain untuk periode 1detik.
SMS = Parameter spektrum respons percepatan pada periode 0,2 detik.
SM1 = Parameter spektrum respons percepatan pada periode 1 detik.
commit to user
T1 = Periode getar alami struktur pada mode pertama.
= Koefisien variasi nilai batas kerusakan tiaplimit state.
x = Ground motion parameter(PGA atau Sa) sesuailimit state.
% = Percentile84% dari nilai x.
% = Percentile16% dari nilai x.
= Standar deviasi nilai batas kerusakan tiaplimit state.
= Ketidaktentuan struktur.
c = Standar deviasi dari ketidaktentuan kapasitas struktur.
d = Standar deviasi dari ketidaktentuan spektrumdemand( = 0,45 untuk
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 = ketidaktentuan total struktur.
R = Aleatory uncertain.
U = Epistemic uncertain.
/h = Drift Ratio.
= Faktor skala (SF).
= Fungsi standar normal distribusi kumulatif.
= Mediancapacity, PGA (g).
