i

PEMBENTUKAN KURVA KERAPUHAN BERBASIS

ANALISIS PUSHOVER UNTUK EVALUASI KINERJA

SEISMIK JEMBATAN BETON

FRAGILITY CURVE DEVELOPMENT BASED ON PUSHOVER 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 :

ENJELS NATASYA TOPORMERA

I 0112039

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016

ii

iii

iv

MOTTO

“Kita malah bermegah juga dalam kesengsaraan kita, karena kita tahu, bahwa kesengsaraan

itu menimbulkan ketekunan, dan ketekunan menimbulkan tahan uji dan tahan uji

menimbulkan pengharapan. Dan pengharapan tidak mengecawakan, karena kasih Allah telah

dicurahkan di dalam hati kita oleh Roh Kudus yang telah dikaruniakan kepada kita”

– Rasul Paulus –

“Takut akan Tuhan adalah permulaan pengetahuan.”

– Amsal Salomo –

“Sebab Aku ini mengetahui rancangan-rancangan apa yang ada pada-Ku mengenai kamu, demikianlah firman

TUHAN, yaitu rancangan damai sejahtera dan bukan rancangan kecelakaan, untuk memberikan kepadamu hari

depan yang penuh harapan.”

– Nabi Yeremia –

v

PERSEMBAHAN

Terimakasih Tuhan Yesus, tanpa Engkau aku tidak dapat melalui dan

menyelesaikan tugas ini. Soli Deo Gloria.

Untuk sang teladan dan sponsor hidupku, Ayah dan Mami, terimakasih telah

mendoakanku disetiap pagi, memberi semangat, dan tidak pernah lelah untuk

menegurku.

Kepada Dr. Senot Sangadji, S.T., M.T., Ir. Supardi, M.T., Prof. S.A. Kristiawan,

S.T., M.Sc., Ph.D. terimakasih atas bimbingan, motivasi, dan ilmu-ilmu yang

telah diberikan.

Special Thanks

Untuk mentor program, Mutiara Puspahati C., S.T. yang telah menyediakan

waktunya untuk berdiskusi dan berbagi ilmu.

Tim SMARTQuake yang telah memberikan bimbingan, dukungan, dan ruangan

yang nyaman untuk mengerjakan tugas ini.

Untuk Agust, Michael, Esther, mbak Ebeth yang telah menjadi best friends, selalu

menghiburku saat sedih, memberikan dukungan, tempatku curhat selama 4 tahun.

Love you sooooo muuucch :*

Tim Hao – Hao (Mega, Aldi, Bara, Danan, Daniel, Hestu, Josua, Rian, Satria,

Yuda Ibnu), terimakasih udah ngajakin main meskipun cuman ngajak tapi tidak

terealisasi dan terimakasih untuk semua kekonyolan dan lelucon yang sangat

menghibur. Love you guys!!

Teman-teman sipil 2012, 2011, 2010, 2009, 2013 terimakasih atas bantuan dan

dukungan yang telah diberikan. Semoga kelak kita akan bertemu kembali dengan

kesuksesan kita masing-masing.

vi

ABSTRAK

Enjels Natasya T., 2016. Pembentukan Kurva Kerapuhan Berbasis Analisis

Pushover untuk Evaluasi Kinerja Seismik Jembatan Beton. Skripsi Program Studi

Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Jembatan merupakan stuktur yang sangat vital bagi manusia. Apabila jembatan

rusak, maka akan mengakibatkan kerugian yang cukup besar. Salah satu akibat

rusaknya jembatan adalah aktivitas gempa. Apalagi di Indonesia merupakan

daerah rawan gempa. Oleh sebab itu, diperlukan evaluasi kinerja seismik struktur

jembatan. Salah satu cara untuk mengevaluasi kinerja sismik struktur jembatan

adalah dengan menggunakan kurva kerapuhan. Kurva kerapuhan dapat

mengevaluasi seberapa besar kemungkinan terjadinya tingkat kerusakan struktur

pada setiap besaran percepatan tanah. Penelitian ini, jembatan beton yang akan

dievaluasi kinerja seismiknya adalah Jembatan Meluang A yang berada di daerah

Bengkulu dengan kelas situs tanah keras.

Salah satu cara untuk membangun kurva kerapuhan adalah berdasarkan spektrum

kapasitas struktur hasil dari olahan analisis Pushover. Hasil analisis Pushover

adalah kurva kapasitas. Kemudian, kurva kapasitas dikonversi menjadi spektrum

kapasitas. Spektrum kapasitas ditimpakan dengan kurva demand yang merupakan

nilai median spektra perpindahan untuk mendapatkan probabilitas setiap batas

kerusakan. Penelitian ini, menggunakan nilai median batas kerusakan berdasarkan

HAZUS, ATC-40, dan Kim & Shinozuka (2004) dan menggunakan standar

deviasi ketidaktentuan berdasarkan HAZUS. Kurva kerapuhan Jembatan Meluang

A dibentuk dengan fungsi kerapuhan berdasarkan Papailia.

Hasil analisis kurva kerapuhan Jembatan Meluang A memiliki sensitivitas yang

beragam di setiap tingkat batas kerusakannya. Berdasarkan hasil analisis,

Jembatan Meluang A kemungkinan terjadi keruntuhan akibat gempa di daerah

Bengkulu (0,5 g) berdasarkan Kim & Shinozuka (2004), HAZUS, dan ATC-40

tidak mencapai 10%.

Kata kunci : Evaluasi Kinerja Seismik, Kurva Kerapuhan, Spektrum Kapasitas, Analisis

Pushover

vii

ABSTRACT

Enjels Natasya T., 2016. Fragility Curve Development Based On Pushover Analysis

For Seismic Performance Evaluation Of Concrete Bridge. Final Project of Civil

Engineering Department of Engineering Faculty of Sebelas Maret University, Surakarta.

Bridge is a very vital structure for people. If bridge is damaged, it will cause a

substantial losses. One cause of bridge’s damage is seismic activity. Especially in

Indonesia which is prone to earthquakes. Therefore, seismic performance of bridge

structure is need to evaluate. One method for evaluating bridge seismic performance is

by developing its fragility curve. Fragility curve shows probability of exceeding of

structure damage state given intensity measures. This study evaluate the seismic

performance of Meluang A highway concrete bridge located in Bengkulu on hard soil

grade.

Fragility curve may be obtained base on capacity spectrum in which pushover analysis is

employed. The result of Pushover analysis is capacity curve. Then, capacity curve is

converted into a capacity spectrum. The capacity spectrum is intersect by the demand

curve which is the median value of the displacement spectra to obtain the probability of

certain damage states. This study uses the median value of the damage limit based on

HAZUS, ATC-40, and Kim & Shinozuka (2004) and using the standard deviation of the

uncertainty based on HAZUS. The fragility curve of Meluang A bridge is developed by

means of fragility function based on Papailia.

The results of Meluang A Bridge fragility curve has various sensitivity in every damage

states. Based on the analysis, given the maximum expected peak ground acceleration in

the loction is 0,5g, Meluang A bridge shows probability of exceeding complete damage of

10% based on HAZUS, ATC-40, and Kim & Shinozuka (2004).

Key words : Seismic Performance Evaluation, Fragility Curve, Capacity Spectrum,

Pushover Analysis

viii

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 Analisis Pushover 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, 25 Juli 2016

Penyusun

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

HALAMAN PERSETUJUAN ii

PENGESAHAN SKRIPSI iii

MOTTO iv

PERSEMBAHAN v

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

PENGANTAR .................................................................................................... viii

DAFTAR ISI ....................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xiv

DAFTAR NOTASI ............................................................................................... xv

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 2

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 Kriteria Jembatan Tahan Gempa ............................................................. 7

2.2 Evaluasi Kinerja Seismik pada Struktur Jembatan ................................. 8

2.3 Kurva Kerapuhan (Fragility Curve) ....................................................... 11

2.4 Spektrum Kapasitas ................................................................................... 14

2.5 Kurva Kapasitas dengan Analisis Nonlinear Pushover ............................. 14

2.6 Pembebanan .............................................................................................. 15

2.6.1 Beban pada Jembatan ................................................................................ 15

x

2.6.2 Beban Gempa (Respon Spektra) ............................................................... 16

BAB 3 METODE PENELITIAN

3.1 Struktur Jembatan yang Ditinjau .............................................................. 21

3.2 Tahapan Penelian ..................................................................................... 23

3.2.1 Studi Literatur .......................................................................................... 23

3.2.2 Pemodelan Tiga Dimensi ......................................................................... 23

3.2.3 Perhitungan Pembebanan ......................................................................... 24

3.2.4 Prediksi Sendi Plastis ................................................................................ 25

3.2.5 Pembebanan Pushover ............................................................................. 25

3.2.6 Analisis Pushover .................................................................................... 25

3.2.7 Penggambaran Kurva Kerapuhan ............................................................ 26

3.3 Diagram Alir Penelitian ............................................................................ 27

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1 Pemodelan Jembatan ................................................................................ 28

4.1.1 Material dan Section Properties ............................................................... 29

4.1.2 Boundaries dan Support ........................................................................... 30

4.2 Pembebanan pada Jembatan ..................................................................... 31

4.2.1 Beban Mati ............................................................................................... 31

4.2.2 Beban Lalu Lintas .................................................................................... 31

4.2.3 Respon Spektra ........................................................................................ 33

4.3 Hasil Analisis Pushover ........................................................................... 34

4.4 Penentuan Nilai Batas Kerusakan ............................................................ 43

4.5 Perhitungan Standar Deviasi Ketidaktentuan (β) ..................................... 48

4.6 Pembentukan Kurva Kerapuhan .............................................................. 49

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ................................................................................................ 57

5.2 Saran ........................................................................................................... 58

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 59

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Damage States menurut HAZUS ....................................................... 9

Tabel 2.2 Maximum total drift setiap tingkat kerusakan berdasarkan ATC-40 11

Tabel 2.3 Drift ratio pada tiap tingkat kerusakan berdasarkan Kim & Shinozuka

(2004) ............................................................................................... 11

Tabel 2.4 Koefisien situs, Fa ............................................................................ 17

Tabel 2.5 Koefisien situs, Fv ............................................................................ 18

Tabel 3.1 Data Geometri Jembatan Meluang – A ........................................... 21

Tabel 4.1 Jenis Material Jembatan Meluang A ............................................... 28

Tabel 4.2 Bearing pad properties Jembatan Meluang A ................................ 29

Tabel 4.3 Respon displacement hasil analisis pushover ................................. 34

Tabel 4.4 Spektrum kapasitas Jembatan Meluang A ...................................... 39

Tabel 4.5 Rekapitulasi nilai batas kerusakan berdasarkan HAZUS-MH MR5 43

Tabel 4.6 Rekapitulasi nilai batas kerusakan berdasarkan ATC-40 ............... 44

Tabel 4.7 Rekapitulasi nilai batas kerusakan berdasarkan Kim dan Shinozuka

(2004) ............................................................................................... 47

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bagian struktur jembatan beton ......................................................... 5

Gambar 2.2 Kurva kapasitas dan demand dalam grafik percepatan-perpindahan 13

Gambar 2.3 Kurva kapasitas dengan analisis pushover ...................................... 15

Gambar 2.4 Respons spektra percepatan pada 0,20 detik, 10% dalam 50 tahun

(redaman 5%), Ss ............................................................................ 16

Gambar 2.5 Respons spektra percepatan pada 1,00 detik, 10% dalam 50 tahun

(redaman 5%), S1 ............................................................................ 17

Gambar 2.6 Kurva respon Spektra ...................................................................... 20

Gambar 3.1 Lokasi Jembatan Meluang A ........................................................... 21

Gambar 3.2 Tampak depan Jembatan Meluang - A ............................................ 22

Gambar 3.3 Substruktur Jembatan Meluang - A ................................................. 22

Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian .................................................................. 27

Gambar 4.1 Model 3D Jembatan Meluang A ..................................................... 28

Gambar 4.2 Tampak samping Jembatan Meluang A .......................................... 28

Gambar 4.3 Tampak depan Jembatan Meluang A .............................................. 28

Gambar 4.4 Beban Truk ...................................................................................... 32

Gambar 4.5 Respon Spektra daerah Bengkulu .................................................... 34

Gambar 4.6 Kurva kapasitas hasil analisis pushover .......................................... 39

Gambar 4.7 Spektrum Kapasitas Jembatan Meluang A ..................................... 42

Gambar 4.8 Spektrum Kapasitas dengan nilai batas kerusakan berdasarkan

HAZUS-MH MR5 .......................................................................... 44

Gambar 4.9 Spektrum Kapasitas dengan nilai batas kerusakan berdasarkan ATC-

40 .................................................................................................... 46

Gambar 4.10 Spektrum Kapasitas dengan nilai batas kerusakan berdasarkan Kim

dan Shinozuka (2004) ..................................................................... 48

Gambar 4.11 Kurva kerapuhan struktur Jembatan Meluang A berdasarkan batas

kerusakan HAZUS-MH MR5 ......................................................... 50

Gambar 4.12 Kurva kerapuhan struktur Jembatan Meluang A berdasarkan batas

kerusakan ATC-40 .......................................................................... 51

xiii

Gambar 4.13 Kurva kerapuhan struktur Jembatan Meluang A berdasarkan batas

kerusakan berdasarkan Kim dan Shinozuka (2004) ....................... 53

Gambar 4.14 Kurva kerapuhan struktur Jembatan Meluang A berdasarkan batas

kerusakan berdasarkan HAZUS-MH MR5, ATC-40, dan Kim &

Shinozuka (2004) ............................................................................ 54

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A PEMODELAN STRUKTUR JEMBATAN

LAMPIRAN B HASIL ANALISIS

LAMPIRAN C SURAT-SURAT

xv

DAFTAR NOTASI

δ = perpindahan struktur dititik yang ditinjau

h = tinggi struktur

P (ds|Sa) = probabilitas tingkat kerusakan denfan parameter percepatan spectra

𝛽𝑑𝑠 = standar deviasi untuk ketidaktentuan total dari tiap kondisi kerusakan

Sa = percepatan spektra (spectral accceleration)

Sa̅, 𝑑𝑠 = nilai tengah percepatan spektra pada kondisi kerusakan

𝛽𝑐 = standar deviasi dari ketidaktentuan kapasitas struktur

𝛽𝑑 = standar deviasi dari ketidaktentuan spektrum demand

𝛽𝑀(𝑑𝑠) = standar deviasi dari ketidaktentuan nilai batas kondisi kerusakan,

diambil sebesar 0,4

s = standar deviasi dari kapasitas percepatan spektra struktur yang

ditinjau.

m = rata-rata 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

MCE = maximum considered earthquake

Fa = faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode

0,2 detik

Fv = faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode 1

detik

SMS = parameter spektrum respons percepatan pada periode 0,2 detik

SM1 = parameter spektrum respons percepatan pada periode 1 detik

SDS = parameter percepatan spektra desain untuk periode 0,2 detik

SD1 = parameter percepatan spektra desain untuk periode 1detik

T = periode fundamental struktur

Sd̅̅ ̅, 𝑑𝑠 = nilai tengah perpindahan spektra pada kondisi kerusakan

S𝑎̅̅ ̅, 𝑑𝑠 = nilai tengah percepatan spektra pada kondisi kerusakan