Download pdf - ANALISIS KAPASITAS STRUKTUR JEMBATAN RANGKA TIPE …

ANALISIS KAPASITAS STRUKTUR JEMBATAN RANGKA TIPE WARREN DENGANMUTU BAJA TIDAK SERAGAM DALAM MENAHAN BEBAN GEMPA DUA ARAH

DAN TIGA ARAH(Structural Capacity Analysis of Warren Truss Bridge with Non-Uniform Steel Grade in

Carrying Bi-Directional and Tri-Directional Earthquake Loads)

Muhammad Iqbal, Lilya Susanti, Desy SetyowulanJurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

Jalan Mayjen Haryono 167, Malang 65145, IndonesiaEmail : [email protected]

ABSTRAKDalam merencanakan struktur jembatan harus memperhitungkan secara detail dan akurat

total beban yang akan dipikul oleh struktur jembatan, salah satunya adalah beban gempa. Bebangempa merupakan pembebanan pada struktur jembatan yang sifatnya tak terduga dan dapat terjadidi segala arah. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan analisis jembatan rangka tipewarrenakibat beban gempa secara dua arah dan tiga arah. Analisis dilakukan dengan menggunakansoftware ABAQUS Student Edition. Selain itu, dalam penelitian ini digunakan mutuyang tidakseragam pada material baja. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan hasil pengaruh diantarakeduanya terhadap kapasitas struktur jembatan. Output yang dihasilkan dalam analisis ini berupabesarnya nilai tegangan dan regangan tiap batang pada struktur jembatan.Hasil analisismenunjukkan bahwa akibat beban gempa dua arah dan tiga arah tegangan maksimum berada padabatang segmen tengah bagian bawah. Nilai tegangan maksimum pada batang segmen tengah bagianbawah akibat beban gempa dua arah sebesar 332.39312 MPa, sedangkan akibat beban gempa tigaarah tegangan maksimum pada batang segmen tengah bagian bawah sebesar 312.705536 MPa.Penggunaan beban gempa dua arah dan tiga arah pada struktur jembatan rangka tipe warren denganmutu baja tidak seragam mengakibatkan terjadinya penurunan kekakuan pada tiap-tiap batang yangberkisar antara 5%-10%. Selain itu, penggunaan mutu material baja yang tidak seragam padastruktur jembatan rangka tipe warren menyebabkan terjadinya penurunan kekakuan yang cukupsignifikan dibandingkan dengan mutu material yang seragam. Sehingga dapat mempengaruhikekuatan yang mampu ditampung oleh struktur jembatan tersebut.Kata kunci: jembatan rangka, tipe warren, metode riwayat waktu, beban gempa, dua arah, tigaarah, tegangan, regangan, kapasitas struktur, ABAQUS Student Edition.

ABSTRACTIn planning the structure of the bridge, detailed and accurate calculation of the total

load that the bridge is going to withstand is importantly needed, including an earthquake loads. Anearthquake loads is a load the bridge may withstand that could not be predicted and might happenin anyways. Therefore, this research deals with an analysis of warren truss bridge structureregarding bi-directional and tri-directional earthquake loads. The analysis was done by usingABAQUS Student Edition software. In addition, this research also focuses on the application ofnon-uniform steel grade. The purpose of this is that to get the effect of both actions toward thestructural capacity of the bridge. The output of this research analysis is in form of the stress andstrain value in every member of the bridge structure.The results show that due to the bi-directionaland tri-directional earthquake loads, the maximum stress is in the bottom of the middle segment ofthe bridge. The maximum stress in the bottom of the middle segment due to the bi-directionalearthquake load is 332.39312 MPa, whereas due to the tri-directional earthquake load, the

maximum stress is 312.705536 MPa. The use of bi-directional and tri-directional earthquake loadson warren truss structure with non-uniform steel grade, causing a decrease in stiffness in eachmember of the bridge structure that ranges from 5% -10%. In addition, the use of non-uniform steelmaterial grade in the warren truss structure bridge, causing a significant decrease in stiffness,compared with the uniform steel material grade, which may affect the ability of the bridge towithstand earthquake loads.Keywords: structural bridge, warren type, time history method, earthquake loads, bi-directional,tri-directional, stress, strain, structure capacity, ABAQUS Student Edition.

1.PENDAHULUANSecara umum, jembatan merupakan suatu

konstruksi yang dibangun sebagai jalurtransportasi untuk melintasi rintangan berupasungai, danau, saluran irigasi, rawa, jurang,lembah serta raya yang melintang tidaksebidang (Struyk, 1995). Tidak hanya sebagaialat penghubung saja, jembatan jugamempunyai tujuan dan fungsi yang luas, baikdalam segi ekonomi, sosial budaya, politikdan pertahanan nasional.

Keberadaan jembatan di Indonesia terusmengalami perkembangan dari tahun ketahun. Jembatan yang umumnya digunakan diIndonesia hingga saat ini adalah jembatanrangka baja. Jembatan rangka baja sendirimemiliki tipe yang beragam, salah satunyaadalah tipe warren. Jembatan tipe inimemiliki bentuk rangka segitiga sama kakiatau sama sisi. Struktur rangka yangdigunakan terdiri dari batang horizontal atas,batang horizontal bawah dan batang diagonal.

Mutu pada material baja berkaitan dengankapasitas struktur yang mampu diterima olehsuatu jembatan. Mutu dan ukuran materialbaja sudah ditetapkan karena merupakan hasildari proses fabrikasi. Di Indonesia, standarspesifikasi mutu dan ukuran material bajamengacu pada SNI (Standar NasionalIndonesia) yang telah diterbitkan olehlembaga pemerintah. Namun, padakenyataannya masih terdapat jenis baja yangtidak sesuai dengan standar yang telahhditetapkan, jenis baja ini biasanya dinamakanbaja tidak teridentifikasi.

Sebuah jembatan sesungguhnya dirancanguntuk mampu menahan beban gempa. Bebangempa merupakan faktor penting yang harus

diperhitungkan dalam merencanakan strukturjembatan. Hal ini dikarenakan, beban gempamerupakan pembebanan pada strukturjembatan yang sifatnya tak terduga atau sukardiprediksi. Tidak hanya itu, Indonesiamerupakan daerah yang mempunyai tingkatresiko gempa yang cukup tinggi.

Penelitian ini merupakan analisismengenai dampak gempa terhadap kekuatanstruktur jembatan rangka tipe warren. Analisisyang dilakukan adalah analisis dinamis,karena merupakan analisa yang palingmendekati kenyataan sebenarnya di lapangan.Oleh karena itu, dilakukan penelitian ini untukmengetahui pengaruh penggunaan materialbaja tidak terstandar terhadap kekuatanjembatan secara keseluruhan untukmemastikan keamanan jembatan rangkatersebut.

2.DASAR TEORI2.1 Material Baja

Penggunaan material baja sebagaistruktur jembatan akan memberikankeuntungan yang berlebih terhadapperkembangan serta kelancaran saranatransportasi di Indonesia. Keunggulan darimaterial baja itu sendiri sebagai berikut (AgusSetiawan, 2013), antara lain baja memilikikekuatan yang tinggi, keseragaman dankeawetan yang tinggi, baja bersifat elastis danbaja mempunyai daktilitas yang cukup tinggi.

TeganganTegangan adalah besaran pengukuran

intensitas gaya (F) atau reaksi dalam yangtimbul per satuan luas (A). Apabila terjaditegangan secara merata pada luasan (A) dan

tegangan (σ) bernilai konstan, makapersamaan yang digunakan menurut Singer(1995), adalah:

σ =Dimana:σ = Tegangan (kN/mm2).Fn = Gaya yang bekerja (kN).A = Luas penampang (mm2).

Tegangan menurut Marciniak dkk.(2002) dibedakan menjadi dua yaitu,engineering stress dan true stress.Engineering stress dapat dirumuskan sebagaiberikut:σ =

Dimana:σeng = Engineering stress (MPa).F = Gaya (N).A0 = Luas permukaan awal (mm2).

Sedangkan true stress adalahtegangan hasil pengukuran intensitas gayareaksi yang dibagi dengan luas permukaansebenarnya. True stress dapat dihitungdengan:

σ =Dimana:σ = True stress (MPa).F = Gaya (N).A = Luas permukaan sebenarnya (mm2).

ReganganUntuk memperoleh satuan deformasi

atau regangan (ε) yaitu dengan membagiperpanjangan (L- L0) dengan panjang materialmula-mula (L0). Hal ini sesuai denganpernyataan Singer (1995) yaitu:

ε = ( )Dimana:ε = Regangan.(L- L0) = Perubahan panjang (m).L0 = Panjang awal (m).

MenurutMarciniakdkk.(2002)regangandibedakanmenjadidua,yaitu:engineeringstraindantruestrain. Engineeringstrainadalahreganganyangdihitungmenurutdimensibendaaslinya(panjang

awal).Sehinggauntukmengetahuibesarnyareganganyangterjadiadalahdenganmembagiperpanjangandenganpanjangsemula.

εeng = x 100% = x 100%

Dimana

εeng =Engineeringstrain.

Δl =Perubahanpanjang.Lo =Panjangmula-mula.

L =Panjangsetelahdiberi gaya.Truestrainreganganyangdihitung

secarabertahap (incrementstrain),dimanaregangandihitung padakondisidimensibendasaatitu(sebenarnya)danbukandihitungberdasarkanpanjangawaldimensibenda.Makapersamaanreganganuntuktruestrain(ε)adalah:

ε = = ln

Sifat Mekanik BajaDalam merencanakan sebuah struktur

sebaiknya harus memenuhi beberapa syarat,yaitu kekuatan, kekakuan dan daktilitas.Kekuatan dikaitkan dengan besarnya teganganyang mampu dipikul tanpa rusak. Kekakuanadalah besarnya gaya untuk menghasilkansatu unit deformasi, parameternya berupamodulus elastisitas. Daktilitas terkait denganbesarnya deformasi sebelum keruntuhan(failure) terjadi. Properti mekanik beberapabahan material konstruksi adalah sebagaiberikut:

Tabel 2.1Properti Mekanik Beberapa Bahan MaterialKonstruksi

*Rittironk dan Elnieiri (2008).

Model pengujian yang paling tepatuntuk mendapatkan sifat-sifat mekanik darimaterial baja adalah dengan melakukan ujitarik terhadap suatu benda uji baja. Hal inidikarenakan, uji tekan tidak dapatmemberikan data yang akurat terhadap sifat-sifat mekanik material baja.

Gambar 2.1 Benda uji material baja.(b dan c) bersifat liat (ductile), (d)bersifat rapuh/getas (brittle).

Tegangan merupakan perbandinganantara gaya dengan luas penampang ( / )yang terjadi dalam benda uji akan diplot padasumbu vertikal, sedangkan regangan ( ) yangmerupakan perbandingan antara pertambahanpanjang dengan panjang mula-mula (∆ / )akan diplot pada sumbu horizontal.

Gambar 2.2 Kurva hubungan tegangan ( )dan regangan ( )

Berdasarkan SNI 03-1729-2002, sifat-sifat mekanik dari material baja dalammerencanakan struktur baja yaitu:

1. Modulus Elastisitas, E :200.000 MPa

2. Modulus Geser, G :80.000 MPa

3. Rasio Poisson :0,30

4. Koefisien Muai Panjang, :12 x 10-6/oCSedangkan berdasarkan tegangan

leleh dan tegangan putus, SNI 03-1729-2002mengklasifikasikan mutu dari material bajamenjadi lima kelas mutu sebagai berikut:

Tabel 2.2Sifat Mekanik Baja Struktural

Sumber: SNI 03-1729-2002 (2002)

2.2 JembatanMenurut Struyck dan Van Der Veen

(1984), jembatan merupakan sebuah strukturyang dibangun melewati suatu rintangan yangberada lebih rendah. Rintangan-rintangantersebut dapat berupa sungai, danau, saluranirigasi, rawa, jurang, lembah serta raya yangmelintang tidak sebidang.

Jembatan Rangka (Truss Bridge)Jembatan rangka (truss bridge)

merupakan jembatan yang mempunyai bentukstruktur rangka pada sistem konstruksinya.Jembatan rangka menggunakan material bajasebagai penyusun utama strukturnya. Jadi,jembatan rangka tersusun atas member-member baja, dimana antar member-memberbaja tersebut dihubungkan untuk membentuksuatu ikatan yang kokoh.Member-memberadalah komponen yang menahan bebansebuah struktur.












Sumber: SNI 03-1729-2002 (2002)
















Sumber: SNI 03-1729-2002 (2002)





Gambar 2.3 Komponen-komponen jembatanrangka.Sumber: Ressler (2001).

Jembatan Rangka tipe “K-Truss”Keunggulan dari jembatan rangka tipe

ini adalah mampu mengurangi tekanan padamember atau batang vertikal sertamemungkinkan dapat mengurangipenggunaan material baja dan biayakonstruksi jika didesain dengan efisien.Sedangkan, kelemahan dari jembatan rangkatipe ini adalah sedikit rumit dalam merangkaistruktur jembatannya. Selain itu,meningkatkan volume konstruksi karena adamember rangka tambahan dan juga jembatanini mempunyai berat struktur yang cukupberat.

Jembatan Rangka tipe WarrenKeunggulan dari jembatan rangka tipe

ini adalah mampu digunakan untuk strukturdengan bentang panjang serta desain yangcukup sederhana pada struktur rangkanyamenjadikan jembatan tipe ini memiliki beratyang relatif ringan. Selain itu, penyaluranbeban-beban yang merata antar member-member rangka bajanya. Sedangkan,kelemahan dari jembatan rangka tipe iniadalah tidak bisa bekerja dengan baik jikabeban yang diberikan terpusat. Selain itu,biaya konstruksi yang cukup banyakdikarenakan penambahan rangka.

Bagian-Bagian Struktur Jembatan RangkaStruktur jembatan secara umum

dibedakan menjadi dua bagian, yaitubangunan atas (super structure)dan bangunanbawah (sub structure).

Gambar 2.4 Bagian-bagian konstruksijembatan rangka.

Sumber: Chen dan Duan (2000).

Bangunan atas (super structure)merupakan struktur yang berhubunganlangsung dengan beban-beban lalu lintas yangbekerja. Sedangkan, bangunan bawah (substructure) merupakan struktur yang menerimabeban-beban dari bangunan atas danmeneruskannya ke lapisan pendukung (tanahkeras) di bawahnya.

Pembebanan Struktur JembatanPembangunan jembatan pada

dasarnya direncanakan untuk mampumenahan berbagai macam beban. Oleh karenaitu, diperlukan perhitungan dan perkiraanyang sangat detail dan akurat. Salah satunyaadalah beban gempa. Beban gempamerupakan faktor penting yang harusdiperhitungkan dalam merencanakan strukturjembatan. Hal ini dikarenakan, beban gempamerupakan pembebanan pada strukturjembatan yang sifatnya tak terduga atau sukardiprediksi.

2.3Gempa BumiGempa bumi adalah getaran atau

guncangan yang terjadi di permukaan bumi(Schodek, 1999). Gempa bumi dapat terjadiakibat adanya pelepasan energi yang secaratiba-tiba dari pusat gempa. Energi yangdilepaskan tersebut kemudian merambatmelalui tanah dalam bentuk gelombang.Dikarenakan gelombang tersebut mempunyaisuatu energi, maka dapat menyebabkanpermukaan bumi dan bangunan diatasnyamenjadi bergetar. Getaran ini nantinya akanmenimbulkan gaya-gaya pada strukturbangunan karena struktur cenderungmempunyai gaya untuk mempertahankandirinya dari gerakan.

2.4 Analisis DinamisAnalisis dinamis merupakan suatu metode

analisis struktur dengan getaran gempa yangdimodelkan sebagai beban dinamis, yaitubeban yang arah dan besarnya berubah setiapwaktu. Salah satu analisis dinamis yang biasa

dilakukan adalah time history analysis(analisis riwayat waktu). Time history analysissangat cocok digunakan untuk menganalisisstruktur yang tidak beraturan terhadappengaruh gempa rencana. Pada analisis inistruktur yang di desain diberi percepatan padapermukaan tanah sesuai rekaman percepatanterhadap waktu dari data time history.Kemudian percepatan ini dapat diamati responstrukturnya.

Gambar 2.5Contoh rekaman gempa El Centrodi CaliforniaSumber: El Centro (1979)

Analisa Nilai EigenAnalisa nilai eigenmenghasilkan

bentuk ragam getaran bebas tanpa redamandan frekuensi dari sistem. Dari ragam getarantersebut bisa dilihat perilaku suatu strukturketika mengalami gaya gempa.

Prinsip Riwayat WaktuCara yang digunakan untuk analisis

dinamis adalah cara respon spektraberdasarkananalisis riwayat waktu dananalisis moda, serta cara integral langsungyang menggunakanrumus pergerakanequation of motion.Untuk analisis riwayatwaktu diperlukan data gempa besar tipikalyang umumnya terjadi diluar lokasi jembatan.Gerakan gempa masukan berupa gelombangakselerasi denganamplitudo yang dimodifikasiberdasarkan wilayah frekuensi (frequencyzone) sehinggasesuai akselerasi standar responspektra.

2.5 Software ABAQUSSoftware ABAQUS merupakan

penyedia program yang dapat memodelkanbenda yang akan dianalisis dalam bentukCAE. Program tersebut berfungsi sebagaidesain model yang kekuatan dari materialnya

dapat dimasukkan dari data-data material yangada. Seperti berbagai program komputer yangada di pasaran, software ABAQUS memilikiCAD/CAM/CAE yang berfungsi sebagaiprogram untuk analisis elastis dan plastis.Keunggulan ABAQUS dibandingkan denganprogram lainnya yang sejenis adalah menuyang ada pada ABAQUS lengkap pada partmodulenya.

3.METODE PENELITIAN3.1 Data Jembatan

Data umum jembatan yang menjadiobjek dalam analisis adalah sebagai berikut:Jembatan: Jembatan Rangka Jalan Soekarno-

Hatta.Lokasi : Kota Malang, Provinsi JawaTimur.Kelas : Kelas I.Fungsi : Jalan Raya.

Gambar 3.1 Jembatan rangka Soekarno-Hatta,MalangSumber: www.malangvoice.com

Data Teknis JembatanJembatan rangka yang menjadi fokus

penelitian ini adalah bentang 60 meter,dengan data sebagai berikut:Bentang: 60 m.Lebar : 9 m.Tinggi : 6.35 m.Material : Baja.Tumpuan : Sendi-rol.

Detail gambar perencanaan strukturjembatan dilakukan melalui proses pendekatanyang disesuaikan dengan kondisi sebenarnyadi lapangan.

http://www.malangvoice.com/

(a)

(b)

(c)Gambar 3.2 (a), (b) dan (c) Layout jembatantipe warren pada software ABAQUS StudentEdition

Tabel 3.1Dimensi Profil Baja Model Jembatan RangkaTipe Warren

Dimensi dan profil baja yangdigunakan mengadopsi dari desain jembatanrangka eksisting yang ada di Malang, yaituJembatan Soekarno-Hatta. Namun beberapadimensi profil yang tidak diketahui dilakukanasumsi pendekatan. Analisis dilakukan denganmenggunakan desain mutu material strukturbaja yang tidak seragam.

Gambar 3.3 Bagian jembatan dengan mutubaja BJ-37


Pada lima bentang-bentang dari ujungsisi kanan dan kiri rangka utama jembatanmenggunakan mutu dan modulus elastisitasbaja BJ-37.Sementara itu, dua bentang tengahrangka utama jembatan menggunakan mutudan modulus elastisitas baja BJ-41.

Berikut ini adalah spesifikasi materialpada model jembatan rangka tipe warren.

Tabel 3.2Spesifikasi Material pada Model JembatanRangka Tipe Warren

3.2 Analisis Nilai EigenDalam analisis ini, jembatan terlebih

dahulu dibagi menjadi 10 bagian. Kemudiandilakukan analisis nilai eigen sehinggamendapatkan dua nilai mode shape terbesar.Kemudian melakukan perhitungan koefisien αdan β dengan menggunakan rumus sebagaiberikut ini:

21

212.

6.35 m

(a)

(b)











21

212.

6.35 m

(a)

(b)











21

212.

6.35 m

21

2

Dimana untuk frame baja digunakan %2

3.3 Analisis DinamisAnalisis dinamis yang dilakukan

dalam penelitian ini adalah analisis riwayatwaktu (time history analysis).Pada analisisini, digunakan data gempa yang berupapercepatan dan waktu. Data gempadidapatkan dari data gempa El Centro padatahun 1979 di California. Beban gempa yangdigunakan akan diperbesar hingga jembatanmengalami keruntuhan untuk mengetahuitegangan dan regangan maksimum jembatan.

(a)

(b)

(c)Gambar 3.5 Rekaman gempa El Centro(1979) di California (a) Gempa arah East-West, (b) Gempa arah Up-Down, (c) Gempaarah North-South

3.4 Metode PenelitianLangkah-langkah dalam penelitian

kali ini dilakukan dengan tahapan sebagaiberikut:

1. Menentukan topik yang akandigunakan untuk penelitian.

2. Studi lapangan dan literatur.Penulis melakukan studi lapangan danliteratur sebagai dasar teori untukmenganalisis permasalahan. Selainitu, studi lapangan juga digunakansebagai pemodelan struktur jembatanyang kemudian akan dianalisis lebihlanjut pada software ABAQUSStudent Edition.

3. Melakukan pembuatan modeljembatan rangka ke dalam softwareABAQUS Student Edition.

4. Memasukkan input data propertyberupa material, profil dan sectionassignment ke dalam softwareABAQUS Student Edition.

5. Melakukan analisis nilai eigen.6. Melakukan analisis dinamis jembatan

sehingga didapatkan nilai tegangandan regangan maksimum.

7. Melakukan analisa penelitian.8. Menyimpulkan hasil analisa

penelitian.9. Selesai.Diagram alir penelitian yang menjelaskan

tentang prosedur dan tahapan penelitiandisajikan pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Diagram alirpenelitian

3.5 Pemodelan dengan Software ABAQUS1. Pemodelan Benda Uji (Create Part).

Langkah pertama adalah menentukansistem satuan yang akan digunakan,karena dalam memasukkan data padaABAQUS Student Edition diperlukansatuan yang konsisten dan spesifik.Kemudian memodelkan benda ujidengan membuat koordinat-koordinat.Setelah itu, digabungkan hinggaterbentuk jembatan rangka yang akandigunakan (tipe warren).

2. Memasukkan Data Property.Jembatan rangka yang telah terbentukdimasukkan data berupa material,profil dan section assignment.

3. Input Tumpuan.Tumpuan yang digunakan untukmenganalisis benda uji berjumlah 4,yaitu 2 sendi dan 2 roll.

4. Assembly.Langkah assembly merupakan moduluntuk menggabungkan part-partmenjadi satu bentuk atau model.

5. Meshing.Jembatan rangka yang telah dibuatkemudian dibagi menjadi beberapanode dan elemen. Jumlah mesh yangdiberikan pada benda uji ditentukansesuai dengan hasil yan ingindidapatkan.

6. Analisis Nilai Eigen.Analisis eigen akan didapatkanfrekuensi natural (f) yang merupakanbahan untuk mencari nilai alpha(α)dan beta (β). Kemudian dianalisisdengan data time history.

7. Memasukkan Beban BeratStruktur dan Beban Gempa padaABAQUS Student Edition.

8. Menentukan Output.Dalam penelitian ini output yangingin ditampilkan berupa tegangan,regangan, reaksi tumpuan danperpindahan.

9. Running.

Setelah menentukan output yangingin ditampilkan, langkahselanjutnya adalah menjalankan ataumemproses hingga output yangsikeluarkan sudah sesuai.

10. Menganalisa Output.

3.6 Analisis Hasil PenelitianOutput yang didapatkan yaitu

tegangan, regangan, reaksi tumpuan danperpindahan. Sehingga dapat diketahui kinerjamodel struktur jembatan rangka yang diuji.

4.HASIL DAN PEMBAHASAN4.1 Simulasi Numerik Jembatan RangkaTipe Warren

Terlebih dahulu harus dilakukananalisis nilai eigen. Hal ini bertujuan untukmengetahui nilai damping ratio sebagai inputanalisis dinamis struktur. Analisis nilai eigenjuga menghasilkan data periode alami danrasio massa efektif. Hasil tersebut didapatkandari setiap mode yang dominan, kemudiandianalisis untuk mengetahui karakteristikdinamis yang utama pada struktur jembatan.Rasio massa efektif yang maksimum padasumbu X, Y, dan Z akan berpengaruhterhadap posisi dari periode alami struktur.

Tabel 4.1di bawah merupakan hasilperhitungan analisis nilai eigen. Berdasarkantabel dibawah ini menggambarkan frekuensialami, periode alami dan rasio massa efektifpada setiap mode yang dominan.

Tabel 4.1Hasil Analisis Eigen pada Struktur JembatanRangka

Dari hasil mode yang dominan, makadidapatkan koefisien α dan β sebagai berikut:

0258.0921.8694.0921.8694.0

202.0

x

xx

0042.0921.8694.0

202.0

x


Gambar 4.1Bentuk mode 1 jembatan rangka


Untuk mengetahui riwayat kurvategangan dan regangan dari awal pembebananhingga akhir pada tiap bagian strukturjembatan, peneliti membagi jembatan menjadidua sisi yaitu sisi kanan dan sisi kiri yangsecara jelas dapat dilihat pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3Sisi kanan dan sisi kiri jembatan

Setiap sisi jembatan dibagi menjadilima bagian, antara lain batang dekat tumpuansendi, batang dekat tumpuan rol, batangtengah bawah, batang tengah atas dan batangpembanding dapat dilihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4Pembagian tiap batang padastruktur jembatan rangka4.2 Respon Struktur Akibat Beban GempaDua Arah

Keadaan arah gempa utara-selatan(north-south) merupakan beban gempa padaarah jembatan sumbu X dan arah gempatimur-barat (east-west) merupakan bebangempa pada arah jembatan sumbu Z. Dimanakeadaan tersebut merupakan keadaan saatjembatan mengalami efek terbesar akibatadanya beban gempa. Keadaan tersebutditerapkan pada tumpuan sendi, sedangkanpada tumpuan rol keadaan arah gempa timur-barat (east-west) saja yang diberikan padaarah jembatan sumbu Z.

Gambar 4.5Distribusi tegangan aksial akibatbeban gempa dua arah

Gambar 4.6Distribusi regangan aksial akibatbeban gempa dua arah

Displacement akan dilihat baik dariarah X, Y, maupun Z. U1 menunjukkan nilaidisplacement pada arah X, U2 menunjukkannilai displacement pada arah Y, serta U3menunjukkan nilai displacement pada arah Z.


0258.0921.8694.0921.8694.0

202.0

x

xx

0042.0921.8694.0

202.0

x













0258.0921.8694.0921.8694.0

202.0

x

xx

0042.0921.8694.0

202.0

x












Gambar 4.7 Displacement akibat bebangempa dua arah

Hasil analisis numerik menujukkannilai tegangan dan regangan maksimum padatiapa batang dapat dilihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2Rekapitulasi Nilai Tegangan dan ReganganMaksimum Akibat Beban Gempa Dua Arah

Berdasarkan tabel di atas, diperolehhasil analisis dari model jembatan rangka tipewarren akibat beban gempa dua arahmenggunakan software ABAQUS StudentEdition berupa tegangan maksimum terdapatpada batang segmen tengah bagian bawah,yaitu sebesar 332.39312 MPa, yangmerupakan tegangan tarik. Sedangkan,regangan maksimum terdapat pada batangpembanding. Dimana nilai reganganmaksimum pada batang pembandingsebesar0.478yang merupakan regangan tarik.

Perbandingan Tegangan dan Reganganantar Batang yang Ditinjau

Gambar 4.8Grafik hubungan tegangan-regangan antar batang yang ditinjau padaseperempat siklus pertama akibat bebangempa dua arah

Berdasarkan gambar di atas, dapatdilihat batang segmen tengah bagian atas danbatang segmen tengah bagian bawahmempunyai kecondongan garis yang salingberimpit satu sama lain. Sehingga tidakterlihat secara jelas. Hal ini menunjukkanbahwa kedua batang tersebut mempunyaikekakuan yang sama.

Berbeda dengan ketiga batanglainnya, yaitu batang dekat tumpuan sendi,batang dekat tumpuan rol dan batangpembanding. Dimana ketiga batang tersebutmerupakan batang yang paling condong. Halini menunjukkan bahwa ketiga batang tersebuttidak lebih kaku jika dibandingkan denganbatang segmen tengah bagian atas dan bawah.

Tabel 4.3Rekpitulasi Nilai Tegangan, Regangan danModulus Elastisitas Tiap Batang

Dapat dilihat pada Tabel 4.3 diatas,bahwa pengaruh terbesar adanya beban gempadua arah terhadap elastisitas atau kekakuanterdapat pada batang pembanding dengannilai sebesar 14983.33 MPa. Apabiladipresentasikan besarnya penurunan modulus





















elastisitas pada batang pembanding akibatadanya beban gempa dua arah adalah sebesar92.4926%.Tabel 4.4 dibawah inimenunjukkan, besarnya penurunan moduluselastisitas (kekakuan) pada tiap-tiap batangakibat adanya beban gempa dua arah.

Tabel 4.4Presentase Penurunan Modulus ElastisitasTiap Batang

Gambar 4.9Perbandingan grafik hubungantegangan-regangan antar batang yang ditinjauakibat beban gempa dua arah

Daktilitas merupakan kemampuanmaterial mengalami deformasi (meregang)yang besar akibat dari pengaruh tegangantarik tanpa hancur atau putus. Hasilperhitungan didapatkan, selisih reganganpaling besar terdapat pada batang pembandingsebesar 0.47207436. Hal ini menunjukkanbahwa batang pembanding mempunyaitingkat daktilitas material yang tinggidibandingkan dengan batang yang lain.

Tabel 4.5Rekapitulasi Selisih Nilai Regangan TiapBatang

4.3 Respon Struktur Akibat Beban GempaTiga Arah

Keadaan arah gempa utara-selatan(north-south) merupakan beban gempa padaarah jembatan sumbu X dan arah gempa atas-bawah (up-down) merupakan beban gempapada arah jembatan sumbu Y. Kemudianuntuk arah gempa timur-barat (east-west)merupakan beban gempa pada arah jembatansumbu Z.Dimana keadaan tersebut merupakankeadaan saat jembatan mengalami efekterbesar akibat adanya beban gempa. Keadaantersebut diterapkan pada tumpuan sendi.Sedangkan pada tumpuan rol keadaan arahgempa atas-bawah (up-down) diberikan padaarah jembatan sumbu Y dan arah gempatimur-barat (east-west) diberikan pada arahjembatan sumbu Z.

Gambar 4.10Distribusi tegangan aksial akibatbeban gempa tiga arah

Gambar 4.11Distribusi regangan aksial akibatbeban gempa tiga arah

Displacement akan dilihat baik dariarah X, Y, maupun Z. U1 menunjukkan nilaidisplacement pada arah X, U2 menunjukkan





















nilai displacement pada arah Y, serta U3menunjukkan nilai displacement pada arah Z.

Gambar 4.12 Displacement akibat bebangempa tiga arah


Tabel 4.6Rekapitulasi Nilai Tegangan dan ReganganMaksimum Akibat Beban Gempa Tiga Arah

Berdasarkan tabel di atas, diperolehhasil analisis dari model jembatan rangka tipewarren akibat beban gempa tiga arahmenggunakan software ABAQUS StudentEdition berupa tegangan maksimum terdapatpada batang segmen tengah bagian bawah,yaitu sebesar 312.705536 MPa, yangmerupakan tegangan tarik. Sedangkan,regangan maksimum terdapat pada batangpembanding. Dimana nilai reganganmaksimum pada batang pembanding sebesar0.5328211yang merupakan regangan tarik.


Gambar 4.13Grafik hubungan tegangan-regangan antar batang yang ditinjau padaseperempat siklus pertama akibat bebangempa tiga arah

Terlihat pada Gambar 4.13diatas,bahwa tiap-tiap bagian jembatan memilikikemiringan atau kecondongan garis yanghampir sama pada seperempat siklus pertamagrafik hubungan tegangan-regangan. Dapatdilihat bahwa grafik tiap batang salingberhimpit satu dengan yang lainnya. Hanyaterdapat sedikit perbedaan kemiringan yangtidak seberapa signifikan. Hal inimenunjukkan bahwa tidak terjadi penurunankekakuan yang signifikan. Untuk lebihjelasnya dapat dilihat pada Tabel 4.7di bawahini:


Penurunan modulus elastisitas(kekakuan) paling besar akibat adanya bebangempa tiga arah terdapat pada batangpembanding dengan nilai sebesar 29794.6604MPa.Apabila dipresentasikan besarnyapenurunan modulus elastisitas pada batangpembanding akibat adanya beban gempa tigaarah adalah sebesar 85.0715%. Hal ini





















menunjukkan bahwa batang mengalamipenurunan kekakuan akibat adanya bebangempa tiga arah. Tabel 4.8 dibawah inimenunjukkan, besarnya penurunan moduluselastisitas pada tiap-tiap batang akibat adanyabeban gempa tiga arah.


Gambar 4.14Perbandingan grafik hubungantegangan-regangan antar batang yang ditinjauakibat beban gempa tiga arah

Daktilitas merupakan kemampuanmaterial mengalami deformasi (meregang)yang besar akibat dari pengaruh tegangantarik tanpa hancur atau putus. Hasilperhitungan didapatkan, selisih reganganpaling besar terdapat pada batang pembandingsebesar 0.5283. Hal ini menunjukkan bahwabatang pembanding mempunyai tingkatdaktilitas material yang tinggi dibandingkandengan batang yang lain.


Berdasarkan data diatas, didapatkantegangan maksimum akibat beban gempa duaarah terdapatpada batang segmen tengahbagian bawahsebesar 332.39312 MPa dantegangan maksimum akibat beban gempa tigaarah sebesar 312.705536 MPa.Oleh karena itu,dapat dihitung nilai presentase selisih moduluselastisitas pada batang segmen tengah bagianbawah struktur jembatan rangka tipe warrendengan mutu tidak seragam akibat bebangempa dua arah dan tiga arah terhadapmodulus elastisitas struktur jembatan akibatbeban gempa dua arah sebagai berikut:(156420.29 − 146761.88)156420.29 × 100%= 6.1747%

Jadi, dapat diambil kesimpulan bahwapeningkatan beban gempa dua arah menjadibeban gempa tiga arah mengakibatkanterjadinya penurunan terhadap moduluselastisitas struktur jembatan rangka tipewarren sebesar 6.1747% dari moduluselastisitas jembatan akibat beban gempa duaarah.

4.4 Perbandingan Respon StrukturJembatan dengan Mutu Seragam danTidak Seragam Akibat Beban Gempa DuaArah

Hasil tegangan dan reganganmaksimum pada tiap-tiap batang denganmenggunakan mutu seragam dan tidakseragam, maka dapat diketahui nilai moduluselastisitas tiap-tiap batang. Selanjutnya dapatdipresentasikan penurunan modulus elastisitastersebut terhadap modulus elastisitas awalbatang.

Oleh karena itu, dapat dihitung nilaipresentase selisih modulus elastisitas padabatang segmen tengah bagian bawah strukturjembatan rangka tipe warren dengan mutu

seragam dan tidak seragam akibat bebangempa dua arah terhadap modulus elastisitaspada batang segmen tengah bagian bawahdengan mutu seragam sebagai berikut:(199990.3132 − 156420.29)199990.3132 × 100%= 21.79%

Jadi, dapat diambil kesimpulan bahwadari penggunaan mutu material baja seragammenjadi tidak seragam pada batang segmentengah bagian bawah akibat beban gempa duaarah menyebabkan penurunan moduluselastisitas sebesar 21.79% dari moduluselastisitas pada batang segmen tengah bagianbawah dengan mutu baja seragam.

Berdasarkan hasil perhitungan presentasediatas, menunjukkan bahwa penggunaan mututidak seragam mempengaruhi kekuatan yangmampu ditampung oleh struktur jembatantersebut.

5. PENUTUP5.1 Kesimpulan

Setelah dilakukan analisis dari modeljembatan rangka tipe warren akibat bebangempa dua arah dan tiga arah dengan mutubaja yang tidak seragam menggunakansoftware ABAQUS Student Edition, makadidapatkan kesimpulan sebagai berikut:1. Kapasistas yang mampu dipikul oleh

struktur jembatan rangka tipe warrendengan mutu baja yang tidak seragamdalam menahan beban gempa dua arahdan tiga arah didasarkan pada nilaitegangan maksimum. Dimana akibatbeban gempa dua arah diperolehtegangan maksimum terdapat padabatang segmen tengah bagian bawahsebesar 332.39312 MPa. Sedangkan,akibat beban gempa tiga arah diperolehtegangan maksimum terdapat padabatang segmen tengah bagian bawahsebesar 312.705536 MPa.Penggunaan beban gempa dua arah dantiga arah pada struktur jembatan rangkatipe warren dengan mutu baja tidak

seragam mengakibatkan terjadinyapenurunan kekakuan pada tiap-tiapbatang yang berkisar antara 5%-10%.Berdasarkan nilai tegangan maksimum,peningkatan beban gempa dua arahmenjadi beban gempa tiga arahmengakibatkan terjadinya penurunanterhadap modulus elastisitas strukturjembatan rangka tipe warren sebesar6.1747% dari modulus elastisitasjembatan akibat beban gempa dua arah.Penggunaan mutu material baja seragammenjadi tidak seragam pada batangsegmen tengah bagian bawah akibatbeban gempa dua arah menyebabkanpenurunan modulus elastisitas sebesar21.79% dari modulus elastisitas padabatang segmen tengah bagian bawahdengan mutu baja seragam. Presentasetersebut menunjukkan bahwa,penggunaan mutu material baja yangtidak seragam pada struktur jembatanrangka tipe warren mempengaruhikekuatan yang mampu ditampung olehstruktur jembatan tersebut. Penggunaaanmutu material baja yang tidak seragammenyebabkan terjadinya penurunankekakuan yang cukup signifikandibandingkan dengan mutu material yangseragam.

2. Batang pembanding merupakan batangyang memiliki tingkat daktilitas yangpaling tinggi dibandingkan denganbatang lainnya, baik akibat beban gempadua arah maupun tiga arah. Terlihatakibat beban gempa dua arah, jarakregangan leleh hingga regangan putusbesarnya melebihi batang jembatan yanglain sebesar 0.4721. Begitu juga, akibatbeban gempa tiga arah, jarak reganganleleh hingga regangan putus besarnyamelebihi batang jembatan yang lainsebesar 0.5283.

5.2 Saran1. Dapat menggunakan konfigurasi

jembatan rangka maupun jenis jembatanyang berbeda pada analisis selanjutnya.

2. Pada analisis selanjutnya, dalampemodelan benda uji (create part) padaABAQUS Student Edition dapat dipilihbentuk dasar (base feature) berupa shelluntuk mendapatkan hasil yang lebihdetail.

3. Time history dapat diambil dari gempayang terjadi di Indonesia, mengingatIndonesia merupakan negara yang rawanmengalami gempa.

DAFTAR PUSTAKAAbaqus Analysis User’s Manual 6.9.

Dassault Systems Simulia Corp.,Providence. RI. USA.

Badan Standardisasi Nasional. (2005). RSNIT-02-2005 Standar Pembebananuntuk Jembatan. Jakarta: BadanStandardisasi Nasional.

Badan Standardisasi Nasional. (2005). RSNIT-03-2005 Perencanaan StrukturBaja untuk Jembatan. Jakarta:Badan Standardisasi Nasional.

Badan Standardisasi Nasional. (2002). SNI03-1726-2002 Tata CaraPerencanaan Ketahanan Gempauntuk Bangunan Gedung. Jakarta:Badan Standardisasi Nasional.

Badan Standardisasi Nasional. (2002). SNI03-1729-2002 Tata CaraPerencanaan Struktur Baja untukBangunan. Jakarta: BadanStandardisasi Nasional.

Chen, W. & Duan, L. (2000). BridgeEngineering Handbook. Boca Raton:CRC Press, 2000.

Dewobroto, Wiryanto. (2016). StrukturBaja-Perilaku, Analisis dan Desain,Edisi ke-2. Jakarta: Penerbit JurusanTeknik Sipil UPH.

Gere, J.M., Timoshenko. (1997). MekanikaBahan-Terjemahan Jilid 1. Jakarta:Erlangga.

Salim, A.A. (2018). Studi Numerik danEksperimental DistribusiTegangan-Regangan Baja. Skripsi.Tidak dipublikasikan. Malang:Universitas Brawijaya.

Satyarno, I. (2003). Analisis StrukturJembatan, Jurusan Teknik SipilFakultas Teknik UGM. Yogyakarta.

Setiawan, Agus. (2013). PerencanaanStruktur Baja dengan MetodeLRFD. Jakarta: Erlangga

Struyk, H.J. & Van der Veen, K.H.C.W.(1984). Jembatan-Konstruksi.Terjemahan Soemargono. Jakarta: PT.Pradnya Paramita.

Supriadi, Bambang., Agus Setyo Muntohar.(2007). Jembatan. Cetakan Ke-4.Yogyakarta: Beta Offset.

Supriatna, Lucky. Budiono, Bambang. (2011).Studi Komparasi Desain BangunanTahan Gempa dengan MenggunakanSNI 03-1726-2002 dan RSNI 03-1726-201x. Bandung: Penerbit ITB.

Widodo. (2012). Seismologi Teknik &Rekayasa Kegempaan. UniversitasIslam Indonesia Press.

Wijaya, M.N., Susanti, L., Setyowulan, D. &Salim, A.A. (2017). Effects of UsingLower Steel Grade on the CriticalMembers to the Seismicperformance of Steel Truss BridgeStructures. IJCIET. Vol. 8,No.10:948-955.

Wijaya, M.N., Susanti, L. & Setyowulan, D.(2017). Pengaruh KeseragamanMutu dan Modulus Elastisitas BajaTerhadap Kapasitas StrukturJembatan Rangka Dalam MenahanBeban Gempa. Hibah PenelitiPemula.