## Analisa Non-Linier Pada Mekanisme Keruntuhan Jembatan Rangka Baja Tipe Pratt
Heri Istiono 1 , Jaka Propika 2
1,2 Jurusan Teknik Sipil ITATS, Jl Arief Rachman Hakim 100 Surabaya Email: 1 tio_pelo@yahoo.com, 2 jakapropika@gmail.com
Received 03 Desember 2017; Reviewed 23 Desember 2017; Accepted 26 Desember 2017 http://jurnal.borneo.ac.id/index.php/borneoengineering

## Abstract
Steel truss bridge collapse often occurs, both in Indonesia and in other countries. As a result of the collapse of the  bridge  is  in  addition to the  casualties also losses from  the  financial  aspects.  This collapse  caused  due  to  various  factors,  one  of  them  because  of  a  decrease  in  the  strength  of  the bridge  structure.  To  minimize  required  maintenance  of  the  bridge's  collapse  and  to  facilitate  the maintenance of one of them must be known failure mechanisms existing bridges. In the analysis of this collapse, will be modeled steel truss bridge pratt’s type with long spans is 60 meters.  Analysis of the collapse of the steel truss bridge's, utilizing a pushover analysis to analyze the behavior of the bridge structure. Pushover analysis done with give vertical static load pattern at the structure, next gradually increase by a factor until one vertical displacement target of the reference point is reached. The  study  shows  that  at  model  singe  span  failure  occurred  on  the  chord  on  mid  span.  The performance level of structure shows all models of bridges in the state are IO, this case based on the target displacement FEMA 356 and the actual ductility occurs in all models of bridges is compliant with SNI 2833-2008.
Keywords: Pushover analysis, Steel truss bridge, failure mechanism, ductility, non-linier analysis

## Abstract
Keruntuhan jembatan rangka baja sering terjadi, baik di Indonesia maupun dinegara lain. Akibat dari  runtuhnya  jembatan  ini  selain  adanya  korban  jiwa  juga  kerugian  dari  aspek  finansial. Keruntuhan  ini  disebabkan  karena  berbagai  faktor  salah  satunya  karena  penurunan  kekuatan struktur  jembatan.  Untuk  meminimalisir  keruntuhan  ini  diperlukan  pemeliharaan  jembatan  dan untuk memudahkan pemeliharaan salah satunya harus diketahui mekanisme keruntuhan jembatan yang ada. Pada analisa keruntuhan ini, akan dimodelkan jembatan rangka baja tipe pratt dengan panjang  bentang  60  meter.  Analisa  ini  dilakukan  dengan  memberikan  suatu  pola  beban  vertikal statik  pada  struktur,  yang kemudian  secara  bertahap  ditingkatkan  dengan  faktor  pengali sampai satu target perpindahan vertikal dari suatu titik acuan. Hasil studi menunjukkan bahwa pada model jembatan  rangka  bentang  tunggal  kegagalan  terjadi  pada  batang  atas  tengah  bentang.  Tingkat kinerja  strutur  menunjukkan  semua  model  jembatan  dalam  kondisi  IO  berdasarkan  target displacement  FEMA  356  dan  daktilitas  aktual  yang  terjadi  pada  semua  model  jembatan  sudah memenuhi persyaratan SNI 2833-2008.
Kata kunci: Analisa Pushover, Jembatan rangka baja, mekanisme keruntuhan, daktilitas, analisa non-linier

## 1. Pendahuluan
Di Indonesia, penggunaan jembatan rangka dimulai dari zaman sebelum tahun 1945 sampai saat ini sehingga banyak yang telah melebihi umur rencananya dan belum diganti karena keterbatasan dana yang  ada.  Perkembangan  teknologi  angkutan  dan  penambahan  beban  yang  tidak  terkendali  serta kurangnya pemeliharaan menyebabkan banyak jembatan rangka baja yang rusak, rusak parah hingga runtuh  (Direktorat  Jendral  Bina  Marga  Kementrian  Pekerjaan  Umum,  2009).  Kasus  terbaru keruntuhan  jembatan  baja  di  Indonesia  adalah  terjadi  di  Probolinggo  jawa  timur.  Pada  tanggal  3 maret  2015  jembatan  dengan  panjang  15  meter  dan  lebar  5  meter  runtuh.  Penyebab  keruntuhan jembatan ini diduga karena usia konstruksi yang sudah tua sehingga tidak mampu menahan beban truk  bermuatan  pasir  yang  melintas  di  atasnya  (Radar  Bromo,  2015).  Tidak  hanya  di  Indonesia keruntuhan jembatan baja juga terjadi di Amerika Serikat. Jembatan I-35W di sungai mississippi, kota Minneapolis Amerika Serikat pada tanggal 1 agustus 2007 runtuh. Penyebab keruntuhan tiba- tiba  dari  jembatan  ini  adalah  karena  sambungan  di  salah  satu  plat  buhul  pada  sambungan  rangka utama dengan dek jembatan mengalami kegagalan.  Korosi pada plat buhul dan adanya peningkatan beban  jembatan  akibat  adanya  alat  berat  sebesar  263  ton  yang  sedang  melakukan  pemeliharaan adalah penyebab Keruntuhanya (Asl, 2008, Manda and Nakamura, 2010). Faktor yang mempengruhi keruntuhan jembatan adalah elastisitas, deformasi akhir dan beban runtuh. Namun sangat sulit untuk menemukan beban runtuh dan mekanisme keruntuhan pada model-3D karena geometri struktur yang sangat rumit (Manda and Nakamura, 2010).

## 2. Teori dan Metodologi

## 2.1. Model Struktur
Model jembatan dapat dilihat pada Gambar 1. Adapun detail jembatannya adalah sebagai berikut : Lebar jembatan : 7 + 2 meters Tinggi jembatan : 6 meters
Gambar  2  menunjukkan  potongan  melintang  dari  struktur  jembatan.  Mutu  baja  yang  digunakan adalah  BJ 50 (f y = 290 Mpa, f u = 500 Mpa) dan analisa yang digunakan dengan menggunakan SNI (BSN, 2005, BSN, 2005a)
Gambar 1. Potongan memanjang jembatan rangka baja tipe pratt
Gambar 2. Potongan melintang jembatan rangka baja tipe pratt

## 2.2. Analisa Nonlinier (Pushover Analysis)
Analisa nonlinier dalam penelitian ini menggunakan pushover analysis SAP 2000 (Computer and Structure  inc,  2008).  Tujuan  analisa pushover adalah  untuk  memperkirakan  gaya  maksimum  dan deformasi yang terjadi serta untuk memperoleh informasi bagian mana saja yang kritis. Analisa ini dilakukan  dengan  memberikan  pola  beban  vertikal  pada  suatu  titik  acu  pada  struktur  jembatan, kemudian secara bertahap ditingkatkan bebannya sampai target displacement dititik tersebut tercapai. Hasil dari analisa ini adalah pola keruntuhan, kurva yang menjelaskan hubungan antara gaya geser dasar dengan displacement pada titik acu tersebut (Wahyuni and Tethool, 2015). Dalam penelitian ini analisa pushover yang dilakukan dengan menggunakan model-2 dimensi, hal ini dilakukan karena sulit  menentukan  beban  runtuh  dan  mekanisme  keruntuhan  rangka  utama  jembatan  jika menggunakan model-3 dimensi (Manda and Nakamura, 2010).
Dalam program bantu SAP 2000 untuk analisa pushover yang perlu diperhatikan hinge properties . Hinge properties adalah bagian dari komponen struktur yang berperilaku nonlinier atau terjadi sendi plastis.
Adapun langkah-langkah yang dilakukan untuk analisa pushover di SAP 2000 adalah
a. Pembuatan  basic  model  dengan  menggunaka frame .  Rangka  utama  struktur  jembatan dimodelkan frame .
b. Pembebanan.
Pembebanan analisa pushover sesuai dengan poin 3.1.
c. Pendefinisian beban pushover .
Beban pushover didefinisikan sebagai beban nonlinier pada load case SAP 2000.
d. Pendefinisian hinge properties .
Hinge properties pada elemen rangka utama didefinisikan sebagai elemen axial dalam frame hinge  assigment didefinisikan  sebagai Auto  P ),  kecuali  pada  portal  akhir.  Pada  portal  akhir didefinisikan sebagai elemen lentur (dalam frame hinge assigment didefinisikan sebagai Auto M3 ).
e. Pendefinisian analisa pushover .
Dalam analisa pushover yang perlu diperhatikan adalah beban dan titik acu. Beban selain tipe analisanya didefinisikan sebagai nonlinier, juga arah beban didefinisikan ke arah Z atau vertikal hal  ini  dikarenakan  analisa  dilakukan  pada  jembatan.  Pada  jembatan  deformasi  arah  Z  lebih dominan dibandingkan arah lainnya. Selanjutnya sebagai titik acu dalam analisa ini berada pada tengah  bentang  setiap  model  jembatan,  dimana  pada  posisi  tersebut  akan  menimbulkan displacement terbesar dibandingkan di titik yang lainnya. Berikut adalah lokasi titik acu pada salah satu model jembatan dalam analisa pushover :
Gambar 3. Lokasi titik acu pada pemodelan jembatan

## 3. Hasil Analisa Nonlinier

## 3.1. Target Displacement
Target displacement dalam analisa statis non linier harus ditetapkan terlebih dahulu. Hal ini dilakukan karena dalam prosedur analisis non linier ini beban akan ditungkatkan secara monotonik
sampai  pada  batas  tertentu  sesuai  dengan  target  perpindahan  yang  telah  ditetapkan  dalam target displacement tersebut.
Berikut  adalah target  displacement menurut  FEMA  356  ( Federal  Emergency  Management Agency, 2000) :
g T S C C C C e a T 2 3 2 1 0 4          (1)
C 0 =  Faktor modifikasi yang menghubungkan nilai spectral displacement dan roof displacement. Nilai C 0 dapat dilihat pada tabel 3-2 FEMA 356. Berdasarkan tabel tersebut nilai C 0 = 1,0. C 1 =  Faktor modifikasi untuk korelasi target simpangan inelastik maksimum terhadap simpangan hasil respons linier analysis. C 1 =   1.0 → untuk T e ≥ T S C 2 =  Koefisien  untuk  hubungan  beban-deformasi  akibat  degradasi  kekakuan  dan  kekuatan berdasarkan Tabel 3-3 dari FEMA 356. Berdasarkan tabel tersebut nilai C 2 = 1,0. C 3 =    Faktor  modifikasi  untuk  memperlihatkan  kenaikan  peralihan  akibat  efek  p-delta.  Untuk struktur dengan perilaku kekakuan pasca-leleh bernilai positif maka C3 = 1,0.
S a =  Akselerasi respons spektrum yang berkesesuaian dengan waktu getar alami efektif  pada arah yang ditinjau. Berdasarkan RSNI-T02-2005 S a didapatkan dari persamaan : S a = C D x S 0 = 0,92 x 1,2 = 1,104
T e = periode alami efektif, didapatkan dari analisa pushover SAP 2000.
Berikut adalah target displacement dari model jembatan tersebut :
cm x x x x x x T 38 , 21 8 , 9 4 2647 , 0 104 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1
2          

## 1.1. Tingkat Kinerja Struktur
Dari hasil analisa pushover yang telah dilakukan, dapat dilihat level kerusakan elemen struktur yang terjadi  akibat  deformasi  yang  diterima  oleh  bangunan.  Sehingga  dapat  dilakukan  evaluasi  dan pengelompokan terhadap kategori kerusakan dan tingkat kinerja struktur gedung yang terjadi tiap perubahan nilai displacement nya. Tabel 1 adalah level kerusakan akibat akibat terbentuk- nya sendi plastis dalam program SAP2000.
Berdasarkan  perbandingan target  displacement FEMA  356  dengan displacement hasil  analisa pushover pada tabel 2 didapatkan hasil bahwa pada step 1 nilai displasement telah melewati target displasement dan kinerja struktur berada pada batas B – IO. Mengacu pada FEMA 356, maka untuk kategori level kinerja Immediate occupancy (IO), tidak ada kerusakan pada komponen struktur dan struktur bisa segera digunakan.
Berdasarkan  analisa pushover diketahui  bahwa  pada  step  1  seperti  pada  gambar  4a  saat target displacement terlampaui, leleh pertama kali terjadi pada elemen rangka atas tengah bentang. Pada step 2 seperti pada gambar 4b batang tersebut mengalami collapse, Pada step 3 seperti pada gambar 4c batang tersebut hancur. Pada jembatan bentang tunggal dengan panjang bentang 60 m, maka sendi plastis terjadi pada rangka atas di tengah bentang.

## Tabel  1  Tingkat  kerusakan  struktur  akibat  terbentuk-  nya  sendi  plastis  dalam  program
SAP2000 Keterangan Simbol Penjelasan B Menunjukkan  batas    elastis  pada  struktur  yang  kemudian  diikuti terjadinya pelelehan pertama pada struktur. Tidak ada kerusakan pada struktur dan non struktural. IO Tidak ada kerusakan pada komponen struktur namun hanya kerusakan kecil  pada  komponen  non  struktur.  Kekuatan  dan  kekakuannya mendekati sama dengan kondisi sebelum gempa. Bangunan dapat tetap berfungsi. LS Terjadi kerusakan pada komponen struktur dan non struktur mulai dari kecil hingga tingkat seedang . kekakuan struktur berkurang tapi masih mempunyai ambang yang cukup besar terhadap keruntuhan. Bangunan dapat berfungsi lagi jika sudah mengalami perbaikan CP Terjadi kerusakan parah pada struktur dan telah terjadi kegagalan pada komponen  nonstruktural,  sehingga  kekuatan  dan  kekakuannya berkurang banyak, bangunan hampir runtuh. C Batas maksimum struktur dalam menahan gaya gempa. D Struktur  tidak  mampu  menahan  gaya  gempa  tetapi  masih  mampu menahan gaya gravitasi. E Struktur sudah hancur (damage)
Target  displasement, jembatan  model-1  menurut  FEMA  356  adalah  21,38  cm.  Sedangkan displasement dari hasil analisa pushover adalah sebagai berikut:
Tabel 2 Kinerja Struktur Jembatan
Gambar 4a. Pola Keruntuhan Pada Jembatan Step 1
Gambar 4b. Pola Keruntuhan Pada Jembatan Step 2

## Gambar 4c. Pola Keruntuhan Pada Jembatan Step 3

## 1.1. Daktilitas
Dari kurva kapasitas akan didapatkan nilai daktilitas dari masing-masing model jembatan. Dimana daktilitas didapatkan dari persamaan :
µ = y u   (2)
µ = daktilitas d u = displacement diambang keruntuhan struktur d y = displacement pada saat leleh pertama Berikut adalah perbandingan nilai daktilitas dari semua model jembatan:
µ = y u   = 34 . 1 5497 . 24 8592 . 32 
Daktilitas aktual (m D ) yang terjadi dari jembatan tersebut sudah memenuhi persyaratan SNI 2833-2008 ( 1,0 < m D < m m ).

## 5. Kesimpulan
Kesimpulan  dari  studi  ini  diambil  berdasarkan  analisa  nonlinier  dengan  menggunakan pushover analysis SAP 2000 pada semua model jembatan rangka 2 dimensi. Berikut kesimpulan yang didapat:
1. Pola keruntuhan pada model jembatan rangka tipe pratt bentang tunggal, elemen rangka yang lemah (terjadi sendi plastis) adalah elemen batang atas ditengah bentang.
2. Tingkat  kinerja  struktur    dari  model  jembatan  tersebut  adalah  dalam  kondisi  IO (Immediate occupancy) yang artinya tidak ada kerusakan pada komponen struktur dan struktur bisa segera digunakan, hal ini berdasarkan target displacement FEMA 356.
3. Daktilitas aktual yang terjadi padamodel jembatan sudah memenuhi persyaratan SNI 2833-2008, dimana nilai daktilitasnya adalah 1,34.

## Daftar Pustaka
Asl, A.A., 2008. Progressive Collapse Of Steel Truss Bridge, The Case Of I-35W Collapse, Invited Keynote  Paper,  Proceedings,  7 th International  Conference  On  Steel  Bridges,  Guimarăes Portugal.
BSN, 2005. “SNI T-02-2005: Standar Pembebanan untuk jembatan” , Departemen Pekerjaan Umum.
BSN, 2005a, “SNI T-03-2005: Perencanaan Struktur Baja Untuk Jembatan” , Departemen Pekerjaan Umum.
Computer and Structure inc. CSI Analysis Reference Manual for SAP 2000, ETABS and SAFE TM ”,
California, 2008.
Direktorat  Jendral  Bina  Marga  Kementrian  Pekerjaan  Umum.  2009 .  “Pemeriksaan  Jembatan Rangka Baja” , Dirjen Bina Marga Kementrian PU, Jakarta.
Federal  Emergency  Management    Agency. Prestandard    And  Comentary    For  The    Seismic Rehabilitation  Of  Building, FEMA 356 , Washington, 2000.
Manda, A. and Nakamura, S. 2010. Progressive Collapse Analysis of Steel Truss Bridges , Journal of Constructional Steel Research, Vol.78, hal 192-200.
Radar  Bromo.  2015. “Saat  Truk  Bermuatan  Pasir  Melintas,  Jembatan  Ambruk”, Radar  Bromo, Probolinggo.
Wahyuni, E., and Tethool, Y. 2015. Effect of Vierendeel Panel Width and Vertical Truss Spacing Ratio in Staggered Truss Framing System Under Earthquake Loads , International Journal of Civil Engineering, Vol. 13, No 2.