SKRIPSI - digilib.uns.ac.id · Incremental Dynamic Analysis untuk Evaluasi Kinerja Seismik Jembatan Beton. Skripsi Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENGEMBANGAN KURVA KERAPUHAN BERBASISINCREMENTAL 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 WIBOWOI 0112107

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA2016


commit to user


commit to user


commit to user

iv

MOTTO

Think you can, than you can!

PERSEMBAHAN

Thanks to

Allah SWTSeluruh tahap yang telah dilewati, segala hambatan yang menghalangi dan segalakemudahan yang diperoleh, semuanya merupakan kehandak-Mu. Sekarang semuatelah selesai, saatnya saya mengucap syukur Alhamdulillah.

Ibu dan AyahTerimakasih untuk seluruh do’a, dukungan, nasehat serta kepercayaan yang selama initelah diberikan pada anakmu ini untuk menyelesaikan studinya. Semoga masih diberikesempatan untuk dapat membalas semua itu dengan membahagiakan danmembanggakan 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 semangatbelajar yang dibagikan kepada saya. Semoga kesempatan masih ada bagi saya untukmembuat kalian bangga dengan menghasilkan karya-karya lain yang lebih baik.

SmartQuake Study Club dan Mbak Mutiara Puspahati CripstyaniPenyelesaian skripsi ini mungkin akan berjalan lebih sulit tanpa berdiskusi dengankalian. Terimakasih atas pengetahuan yang dibagikan, semoga dikemudian hari dapatmelakukan penelitaan bersama dengan topik yang lebih menantang.

Asbak UdudKalian adalah teman-teman yang baik, walaupun kadang menjengkelkan namunbersama kalian kehidupan masa kuliahku menjadi lebih menyenangkan. Semogakesuksesan selalu menghampiri masing-masing dari anggota grup ini. Dimanapunkalian berada untuk meniti karir keinsinyuran tetaplah mengingat kenangan kita.

Teman-teman Sipil 2012Kita 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 telahmendapat kesuksesan masing-masing.


commit to user

v

Abstrak

Niam Afandi Wibowo, 2016. Pengembangan Kurva Kerapuhan BerbasisIncremental Dynamic Analysis untuk Evaluasi Kinerja Seismik JembatanBeton. Skripsi Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas SebelasMaret Surakarta.

Jembatan merupakan infrastruktur yang memiliki peran penting dan sangat vitalbagi sistem transportasi. Potensi terjadinya gempa yang cukup besar di Indonesia,mengharuskan jembatan yang dibangun memiliki ketahanan yang baik terhadapresiko kegempaan. Dalam rangka melakukan evaluasi kinerja seismik struktur,incremental dynamic analysis (IDA) dijalankan untuk mendapatkan respon strukturberupa drift ratio.

Incremental dynamic analysis merupakan metode analisis parametrik, dimanadalam proses analisisnya, model struktur dikenai satu atau lebih beban gempasebagai fungsi dari waktu. Agar respon struktur memperlihatkan perilaku yangsesungguhnya apabila menerima gempa bumi, dalam penelitian ini 14 rekamangempa dilibatkan dalam analisis. Hasil analisis memperlihatkan perilaku strukturyang ditampilkan dalam sekumpulan kurva IDA sebagai fungsi intensitas gempaterhadap drift ratio.

Kurva IDA dianalisis lebih lanjut menggunakan fungsi probabilistik untukmendapatkan kurva kerapuhan (fragility). Tingkat kerusakan berupa slight,moderate, extensive dan complete damage berdasarkan definisi Hazus digunakanuntuk menentukan kondisi batas kerapuhan struktur. Sementara itu, parameterketidaktentuan struktur (structural uncertainty) yang dibutuhkan dalam analisisfragility diestimasikan berdasarkan tiga teori yang berbeda untuk memahamiperbedaanya. Hasil yang didapatkan berupa tiga jenis kurva kerapuhan seismikterhadap satu struktur yang sama. Dengan kurva ini estimasi resiko kerusakanakibat bahaya gempa dimasa yang akan datang dapat dilakukan dengan lebihkuantitatif.

Kata Kunci: Incremental dynamic analysis, Kurva kerapuhan, Kinerja seismik,Struktur jembatan.


commit to user

vi

Abstract

Niam Afandi Wibowo, 2016. Fragility Curve Development Based onIncremental Dynamic Analysis (IDA) for Seismic Performance Evaluation ofConcrete Bridge. Thesis of Civil Engineering Department of Engineering Faculty ofSebelas Maret University, Surakarta.

Bridge is an infrastructure which has important and vital role in the transportationsystem. Higher occurrence probability of earthquake in Indonesia, supposes bridgestructure to have better resilience towards earthquake risk. In order to evaluate theseismic performance of structure, an incremental dynamic analysis (IDA) must berun to gain structural response as drift ratio.

Incremental dynamic analysis is an analytical parametric method, where in theprocess of analysis, structural model is subjected by one or more seismic load asthe function of time. To get the real behavior of structural response when anearthquake occurs, in this study 14 ground motion records were used for analysis.Analytical results showed the behavior of structure which is expressed in a numberof IDA curve as the function of earthquake intensity towards drift ratio.

IDA curve was analyzed in advance using probabilistic function to get fragilitycurve. The damage state defined by Hazus was used to determine the condition oflimit states as slight damage, moderate damage, extensive damage and completedamage. Furthermore, structural uncertainty parameter which needed in fragilityanalysis was estimated based on 3 different theories in order to deeply understandthe differences. The results showed 3 kinds of fragility curve for the same structuralmodel. Through this curve, estimation of seismic risk when the earthquake occurscan be conducted more quantitatively.

Keywords: Incremental dynamic analysis, Fragility curve, Seismic Performance,Bridge structure.


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

Penyusun


commit to user

viii

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

1.2 Rumusan Masalah...................................................................................3

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

2.1.4 Pengaruh Gempa Bumi Terhadap Struktur Jembatan.............................12


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 Spektral Matching....................................................................14

2.3 Incremental Dynamic Analysis (IDA) ....................................................15

2.3.1 Single Record IDA..................................................................................18

2.3.2 Multi Records IDA..................................................................................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 dan Pierhead..........................................39

3.3.3 Pemodelan Pier dan Pilecap ...................................................................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

3.6 Analisis Data...........................................................................................41


commit to user

x

3.7 Menggambarkan Kurva Kerapuhan Seismik ..........................................41

3.8 Diagram Alir Penelitian ..........................................................................42

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN4.1 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 SARAN5.1 Kesimpulan .............................................................................................87

5.2 Saran .......................................................................................................88

DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................xvii


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 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


kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan teori Vamvatsikos

dan Fragiadakis. ...............................................................................82


kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan Hazus.....................84

Table 4.16 Perbandingan kemungkinan kerusakan pada 3 jenis kurva

kerapuhan .........................................................................................84


commit to user

xii

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

Gambar 4.12 Accelerogram gempa sintetik Imperial Valley

arah longitudinal (X) ...................................................................57


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

Gambar 4.41 Histeresis loop kolom akibat gempa Imperial Valley .................86


commit to user

xiv

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

xv

DAFTAR NOTASI

Ā = Spectral acceleration respon spectrum target.

A = Spectral acceleration respon spectrum yang akan diskala.

aλ = Rekaman gempa yang sudah terskala.

a1 = Percepatan rekaman gerakan tanah.

C = Capacity struktur.

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 MCER terpetakan

pada periode 0,2 detik.

S1 = Parameter nilai respons spektra percepatan gempa MCER terpetakan

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.

T = Periode getar alami struktur.


commit to user

xvi

T1 = Periode getar alami struktur pada mode pertama.

ν = Koefisien variasi nilai batas kerusakan tiap limit state.

x = Ground motion parameter (PGA atau Sa) sesuai limit state.% = Percentile 84% dari nilai x.% = Percentile 16% dari nilai x.

σ = Standar deviasi nilai batas kerusakan tiap limit state.

β = Ketidaktentuan struktur.

βc = Standar deviasi dari ketidaktentuan kapasitas struktur.

βd = Standar deviasi dari ketidaktentuan spektrum demand ( = 0,45 untuk

periode pendek dan = 0,5 untuk periode panjang).β ( ) = Standar deviasi dari ketidaktentuan nilai batas kondisi kerusakan,

diambil sebesar 0,4.β = Kondisi kerusakan menurut hazus MH MR5.

βRU = ketidaktentuan total struktur.

βR = Aleatory uncertain.

βU = Epistemic uncertain.

δ/h = Drift Ratio.

λ = Faktor skala (SF).

Φ = Fungsi standar normal distribusi kumulatif.

θ = Median capacity, PGA (g).

μ = Rata-rata nilai batas kerusakan tiap limit state.

Documents

SKRIPSI - digilib.uns.ac.id · Incremental Dynamic Analysis untuk Evaluasi Kinerja Seismik Jembatan Beton. Skripsi Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret