Teknik, 38 (1), 2017, 1-5
Kajian Perilaku Dinamik Struktur Jembatan Penyeberangan Orang Dua Lantai Akibat Beban Manusia Yang Bergerak
Himawan Indarto * , Bambang Pudjianto, Iham Nurhuda
Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Soedarto, SH, Kampus Undip Tembalang, Semarang, Indonesia 50275

## Abstrak
Jembatan Penyeberangan Orang (JPO) dengan bentang panjang pada lantai bertingkat mulai banyak dibangun  di  kota-kota  besar  di  Indonesia.  JPO  dibangun  sebagai  sarana  penghubung  dari  satu bangunan ke bangunan lainnya sekaligus berfungsi sebagai jembatan penyeberangan bagi lalu lintas yang  berada  di  bawahnya.  Bentuk  strukturnya  yang  langsing  membawa  konsekuensi  struktur  JPO rentan  terhadap  masalah  getaran.  Munculnya  getaran  pada  struktur  JPO  pada  saat  orang melewatinya  menyebabkan  ketidaknyamanan  bagi  pengguna  jalan  di  bawahnya.  Penelitian  ini bertujuan  untuk  mengkaji  perilaku  dinamik  struktur  JPO  kemudian  membuat  kriteria  desain  yang harus dipenuhi oleh struktur JPO demi mendapatkan perencanaan yang memenuhi syarat kekakuan. Dari hasil penelitian diketahui bahwa, beban pejalan kaki yang bersifat dinamik pada struktur JPO dua  lantai  menyebabkan  deformasi  struktur  1,55  kali  lebih  besar  daripada  deformasi  yang  didapat dari  analisis  statik.  Ini  harus  dipertimbangkan  dalam  mendesain  struktur  JPO.  Jika  factor  ini dipenuhi maka masalah yang muncul akibat getaran ketika JPO digunakan dapat dihindari.
Kata kunci: Jembatan Penyeberangan Orang; beban dinamik; deformasi; frekuensi getar

## Abstract
[Title:  Structure  Dynamics  Analysis  on  Multi  Levels  Pedestrian  Bridge  due  to  human  dynamic movement] A  long  span  and  Multi  Levels  Pedestrian  Bridge  (MLPB)  have  been  built  at  most  of metropolitan city in Indonesia. The pedestrian bridge is a connector of one building to the other one. At  the  same  time,  a  pedestrian  bridge  also  provides  a  traffic  facility  of  the  activities  below  the structures.  A  slender  structure  form  of  pedestrian  bridge  emerges  consequences  to  the  vibration effect. Hence, it will be inconvenient for people to  pass through. This research aimed to analyze the structure dynamics of MLPB  and to determine design criteria for the convenient MLPB which fulfils stiffness  and  strength  condition.  The  results  revealed  that  dynamic  analysis  have  an  amplification factor of deformation up to 1.55 greater than static analysis. This should be considered in designing MLPB. Once this factor is fulfilled, the vibration effects can be avoided during the service.
Keywords: pedestrian bridge; dynamic load; natural frequency

## 1.  Pendahuluan
Jembatan  Penyeberangan  Orang  (JPO)  saat  ini mulai  banyak  dibangun  di  pusat  kota-kota  besar  di Indonesia. Pada umumnya JPO dibangun sebagai sarana penghubung  dari  satu  bangunan  ke  bangunan  lainnya, sekaligus  berfungsi  sebagai  jembatan  penyeberangan bagi lalu lintas yang berada di bawahnya.
JPO  dapat  berupa  jembatan  yang  berfungsi sebagai  jembatan  penyeberang  orang  yang  melintang diatas  jalan  raya,  dan  jembatan  yang  dibangun  untuk menghubungkan  dua  bangunan  gedung,  atau  yang sering  disebut  sebagai sky  bridge .  Gambar  1  dan Gambar 2 menampilkan JPO satu dan dua lantai.
Gambar 1 .  JPO satu lantai di kawasan perkotaan ------------------------------------------------------------------
*) Penulis Korespondensi. E-mail: himawan.indarto@gmail.com
Gambar  2 .    JPO  dua  lantai  diatas  gedung  ( Sky Bridge ) sedang dalam tahapan pembangunan
Karena  merupakan  bagian  dari  bangunan  yang berada  di  pusat-pusat  keramaian  kota,  maka  bentuk arsitektur  dan  estetika  dari  struktur  JPO  merupakan kriteria  utama  yang  harus  dipenuhi  sebagai  persyaratan desain.  Struktur  JPO  pada  umumnya  dirancang  dengan bentuk  struktur  yang  langsing,  dengan  menggunakan material baja. Hal ini berbeda dengan jembatan-jembatan lainnya,  misalnya  Jembatan  Jalan  Raya  (JJR),  yang  pada umumnya  dirancang  dengan  bentuk  yang  lebih  kaku  dan masif.
Bentuk struktur yang langsing membawa konsekuensi, bahwa struktur JPO rentan terhadap masalah getaran. Masalah munculnya getaran pada elemen-elemen struktur  JPO  pada  saat  orang  melewati  jembatan,  akan menyebabkan ketidaknyamanan bagi pengguna jalan.
Getaran  yang  muncul  pada  JPO  dapat  diakibatkan oleh  karena  frekuensi  getar  alami  dari  struktur  JPO  yang terlalu  besar,  atau  terjadinya  resonansi  yang  diakibatkan karena  frekuensi  getar  beban  yang  melewati  JPO mendekati  frekuensi  getar  alami  dari  struktur.  Frekuensi getar  alami  yang  besar  dari  struktur  JPO  diakibatkan karena  bentuk  struktur  yang  langsing,  hal  ini  dijumpai pada  struktur  JPO  dengan  bentang  yang  panjang.  Untuk mencegah  timbulnya  getaran  pada  saat  difungsikannya JPO,  maka  kedua  hal  tersebut  diatas,  harus  diperhatikan pada saat proses desain dilakukan.
Untuk  memperhitungkan  pengaruh  beban-beban yang  bersifat  dinamik  pada  struktur  jembatan,  dilakukan dengan cara mengalikan beban-beban statik dengan suatu faktor  pembesaran  dinamik,  yang  besarnya  sudah dicantumkan  di  dalam  peraturan.  Beberapa  hal  yang menyangkut  permasalahan  beban  dinamik  yang  dapat mengakibatkan  terjadi  resonansi  pada  struktur,  belum dicantumkan pada standar-standar ini
Ditinjau  dari  segi  pembebanan,  JPO  berbeda dengan  JJR.  Struktur  JPO  harus  diperhitungkan  terhadap pengaruh beban akibat  manusia  yang bergerak diatasnya, yang dapat menyebabkan pengaruh vertikal dan horisontal pada  struktur.  Pengaruh  akibat  manusia  yang  bergerak
merupakan  beban  dinamik  yang  bekerja  pada  struktur JPO,  belum  dijelaskan  pada  standar-standar  perencanaan yang ada di Indonesia.
Meskipun  beban  akibat  manusia  pada  JPO  adalah kecil  jika  dibandingkan  dengan  beban  kendaraan  pada JJR, tapi jika tidak dilakukan evaluasi desain dengan baik, dapat  mengakibatkan  kegagalan  struktur.  Ini  disebabkan beban manusia yang bergerak dapat menghasilkan getaran yang berlebihan pada struktur jika terjadi resonansi.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengkaji  perilaku dinamik  dari  struktur  JPO  kemudian  membuat  kriteria desain  yang  memenuhi  syarat  kekakuan,  sehingga  dapat meminimisasi  terjadinya getaran  pada  saat  JPO digunakan. Perilaku dinamik dari struktur JPO yang akan dikaji  adalah  frekuensi  getar  dan  respon  dinamik  dari struktur  JPO  akibat  pengaruh  beban  beban  manusia  yang bergerak.

## 2. Metode Penelitian
Untuk  dapat  mengetahui  besarnya  frekuensi  alami ( natural  frequency )  dan  ragam  getar  ( mode shape )  dari struktur  JPO,  dilakukan  analisis  dinamik  struktur  dengan menggunakan Metode  Analisis Ragam ( Modal Analysis ).
Frekuensi  alami  struktur  adalah  frekuensi  dari  struktur yang  secara  alami  cenderung  untuk  bergetar  jika  ada gangguan  pada  struktur  (Wahyuni,  2012),  sedangkan ragam  getar  struktur  adalah,  bentuk  deformasi  struktur pada frekuensi yang spesifik.
Nilai frekuensi alami dari struktur dapat digunakan sebagai  acuan,  untuk  mengetahui  apakah  struktur  akan mengalami  resonansi  atau  tidak,  jika  mendapat  pengaruh pembebanan  dinamik.  Suatu  struktur  akan  mengalami resonansi  jika  nilai  frekuensi  dari  beban  dinamik  yang bekerja  pada  struktur  mendekati  atau  sama  dengan frekuensi alami struktur.
Berbeda  dengan  beban  kendaraan  yang  bekerja pada  JJR,  pada  JPO  beban  yang  dominan  bekerja  pada struktur  adalah  beban  akibat  pergerakan  manusia  yang lewat  diatasnya.  Pada  perencanaan  struktur  lainnya, biasanya  beban  manusia  dikategorikan  sebagai  beban hidup  yang  besarnya  sudah  ditentukan  di  dalam  standar pembebanan  yang  berlaku.  Besarnya  beban  hidup  pada perencanaan  struktur  gedung,  biasanya  dianggap  sebagai beban  merata  tidak  bergerak,  yang  dapat  ditempatkan  di sembarang  tempat.  Sebagai  contoh,  di  dalam  standar pembebanan  yang  berlaku  di  Indonesia,  beban  hidup rencana  pada  gedung  parkir,  besarnya  ditentukan  sebesar 400 kg/m 2 , sedangkan beban hidup pada trotoar jembatan ditentukan sebesar 500 kg/m 2 .

## 3. Hasil dan Pembahasan
Menurut  Brownjohn  dan  Pavic  (2007),  aktivitas manusia  yang  melakukan  jalan  bersama,  meloncat,  atau belari  dengan  kecepatan  tertentu,  akan  mengakibatkan getaran pada struktur. Beban pada struktur akibat aktivitas manusia  tidak  bersifat  statis  melainkan  dinamis  karena
menghasilkan  reaksi  vertikal  dan  horisontal  yang berubah-ubah terhadap waktu.
Untuk  dapat  melakukan  analisis  atau  kajian dinamik dari struktur JPO, diperlukan model pembebanan dinamik  yang  diakibatkan  oleh  pergerakan  manusia. Untuk  memeriksa  perilaku  dinamik  dari  struktur  JPO, beban  yang  harus  diperhitungkan  adalah  beban  manusia berjalan.
Untuk  mengetahui  besarnya  beban  dinamik  akibat pergerakan  manusia,  Brownjohn  dan  Pavic  (2007)  telah melakukan  pengukuran  beban  dinamik  yang  diakibatkan oleh  orang  yang  berjalan.    Selama  orang  berjalan,  akan menimbulkan  beban  dinamik  pada  tiga  arah,  yaitu:  arah vertikal, horisontal-lateral, dan horisontal-longitudinal.
Hasil  pengukuran  yang  dilakukan  Brownjohn  dan Pavic menunjukkan bahwa, frekuensi alami dari kekuatan pejalan  kaki  arah  lateral,  dua  kali  lebih  rendah  dari  arah vertikal  dan  longitudinal.    Dari  hasil  pengukuran  yang telah  dilakukan,  didapatkan  kurva  riwayat  waktu  yang menjelaskan  hubungan  antara  periode  berjalan  orang dengan  beban  dinamis  yang  ditimbulkannya  dalam  arah vertikal,  lateral,  dan  longitudinal  seperti  diperlihatkan pada Gambar 3.
Untuk  mengetahui  perilaku  dinamik  dari  struktur JPO  2  Lantai  akibat  pergerakan  manusia,  dilakukan simulasi  analisis  riwayat  waktu  ( time  history  analysis ). Periode getar dan ragam  getar dari struktur JPO 2 Lantai dihitung dengan analisis dinamik ragam ( modal analysis ) menggunakan software SAP2000.
Gambar 3 . Kurva Riwayat Waktu Periode berjalan orang dan  beban  dinamik  yang  ditimbulkan  pada  arah  vertikal, lateral, dan longitudinal (Brownjohn dan Pavic, 2007)
Gambar 4 dan Gambar 5 menunjukkan fungsi dari beban  dinamik  dalam  arah  vertikal,  lateral,  dan longitudinal,  yang  akan  digunakan  untuk  melakukan analisis pada model struktur JPO dua lantai.
Gambar  4 .  Fungsi  beban  dinamik  akibat  beban  orang yang  bergerak  hasil  pengukuran  Brownjohn  dan  Pavic (2007)
Gambar  5 .  Model  struktur  JPO  dua  Lantai  dengan elemen Frame profil  baja  IWF  dan  elemen Shell pelat beton
Konfigurasi dari struktur JPO dua lantai yang akan dianalisis  merupakan  jembatan  penyeberangan  dari struktur  baja  dengan  lantai  dari  pelat  beton  tebal  10  cm. Panjang  bentang  JPO  yang  akan  dianalisis  adalah  24 meter,  dengan  lebar  jembatan  3  meter,  dan  tinggi jembatan 6,0 meter (2 tingkat).
Struktur  rangka  JPO  menggunakan  profil  baja IWF-150.150.10.7,  dengan  mutu  baja  adalah:  tegangan leleh  240  MPa  dan  tegangan  tarik  400  MPa,  serta modulus elastisitas baja: E = 2100000 kg/cm 2 .
Untuk  analisis  struktur  dari  JPO  2  Lantai, digunakan  model  struktur  3  dimensi.  Profil  baja  IWF dimodelkan  sebagai  elemen Frame ,  dan  lantai  beton dimodelkan  sebagai  elemen Shell . Struktur  JPO diasumsikan  tertumpu  pada  bangunan  gedung  di  kedua ujungnya.
Sesuai  standard  pembebanan  yang  berlaku  di Indonesia, pada JPO 2 Lantai diperhitungkan beban hidup
sebesar  500  kg/m 2 .  Beban  hidup  yang  diperhitungkan  di dalam  analisis,  merupakan  beban  hidup  dinamik  dengan fungsi  beban  seperti  yang  ditunjukkan  hasil  pengukuran oleh Brownjohn dan Pavic (2007).
Dari  hasil  analisis  dinamik,  didapatkan  frekuensi getar struktur JPO 2  Lantai kearah vertikal  = 8,67 Hertz, dan  kearah  horisontal  =  3,64  Hertz.  Dengan  mengacu pada  Standard  BSI  (2005),  dapat  disimpulkan  bahwa struktur  JPO  2  Lantai  yang  terbuat  dari  konstruksi  baja ini, aman terhadap pengaruh getaran.  Hal ini disebabkan karena frekuensi getar JPO 2 Lantai kearah vertikal > 5,0 Hertz, dan frekuensi getar kearah horisontal > 1,5 Hertz.
Dari  hasil  analisis  dinamik  riwayat  waktu  struktur JPO  2  Lantai  terhadap  beban  pejalan  kaki,  didapatkan nilai-nilai  yang  maksimum  dari  lendutan/deformasi vertikal, gaya batang elemen struktur, dan reaksi tumpuan arah  vertikal  dari  struktur,  seperti  dicantumkan  pada Tabel 1.
Tabel  1 .    Lendutan,  Gaya  Batang,  dan  Reaksi  Tumpuan Arah Vertikal pada Struktur JPO 2 Lantai
Tipe Analisis Struktur JPO 2 Lantai Lendutan Gaya Batang Reaksi Tumpuan Statik 4,48 mm 10,4 ton 20,25 ton Dinamik 6,95 mm 14,6 ton 23,35 ton
Dari  hasil  analisis  diketahui  bahwa,  terdapat pebedaan  yang  cukup  besar  antara  analisis  statik  dan analisis dinamik. Lendutan yang terjadi pada struktur JPO hasil  analisis  dinamik  lebih  besar  1,55  kali  dibandingkan hasil  analisis  statik,  sedangkan  gaya  batang  pada  elemen struktur  JPO  hasil  analisis  dinamik  lebih  besar  1,40  kali dibandingkan hasil analisis statik (Tabel 2).
Gambar  6,  7,  dan  8,  menunjukkan  perbandingan hasil  analisis  dinamik  dan  analisis  statik  dari  lendutan, reaksi tumpuan, dan gaya batang dari struktur JPO.
Tabel 2 .  Nilai Perbandingan (R) antara Analisis Dinamik dan Analisis Statik dari struktur JPO 2 Lantai
Keterangan Analisis Dinamik Analisis Statik R Lendutan 6,95 mm 4,48 mm 1,55 Gaya Batang 14,60 ton 10,40 ton 1,40 Reaksi Tumpuan 23,35 ton 20,25 ton 1,15
Gambar  6 .  Lendutan  di  tengah  bentang  JPO  2  Lantai akibat beban statik dan beban dinamik pejalan kaki
Gambar  7 .    Reaksi  tumpuan  arah  vertikal  pada  struktur JPO  2  Lantai  akibat  beban  statik  dan  beban  dinamik pejalan kaki
Gambar  8 .    Gaya  batang  elemen  struktur  JPO  2  Lantai akibat beban statik dan beban dinamik pejalan kaki.
Dari hasil perhitungan frekuensi getar struktur JPO diketahui  frekuensi  getar  struktur  arah  horisontal  =  3,64 hertz > 1,5 hertz, dan frekuensi getar struktur arah vertikal = 8,67 hertz > 5,0 hertz. Dengan mengacu pada Standard BSI  (2005),  dapat  disimpulkan  bahwa  struktur  JPO  yang terbuat  dari  rangka  baja  dengan  pelat  beton,  cukup  aman terhadap  pengaruh  getaran  yang  diakibatkan  oleh  beban manusia bergerak yang diatasnya.
Dinamik Statik Dinamik
Statik
Dinamik Statik
Dari  hasil  analisis  dinamik  riwayat  waktu,  dapat disimpulkan  bahwa  pengaruh  beban  dinamik  dari  orang yang  bergerak  di  atas  struktur  JPO,  akan  menyebabkan deformasi, gaya batang, dan reaksi tumpuan menjadi lebih besar  dibandingkan  dengan  cara  analisis  secara  statik. Nilai  perbandingan  (R)  antara  analisis  dinamik  dan analisis  statik  untuk  lendutan  adalah  1,55,  nilai  R  untuk gaya  batang  adalah  1,40,  dan  nilai  R  untuk  reaksi tumpuan adalah 1,15.

## 4. Kesimpulan
Kajian  perilaku  dinamis  struktur  JPO  dua  lantai terhadap  orang  berjalan  sudah  dilakukan.  Perencana struktur  JPO  perlu  memperhitungkan  pengaruh  beban pejalan  kaki  yang  bersifat  dinamik  yang  mempunyai  tiga komponen  beban  ke  arah  vertikal,  longitudinal,  dan lateral. Jika pada perencanaan struktur JPO beban pejalan kaki diasumsikan bersifat statik dan hanya diperhitungkan mempunyai satu komponen beban ke arah vertikal,  maka hasil  dari  analisis  struktur  yang  berupa  deformasi,  gaya dalam  elemen  (momen,  gaya  geser,  gaya  normal,  dan torsi), serta reaksi tumpuan, perlu dikalikan dengan faktor pembesaran dinamik sebesar 1,55.

## Daftar Pustaka
Badan Standarisasi
Nasional. (2008). Standar Perencanaan  Ketahanan  Gempa  Untuk  Jembatan (SNI 03-2833-2008).
Diakses dari
http://www.pu.go.id/uploads/services/service20130 717121434.pdf.
--,  (2005).    Standar  Pembebanan  Untuk  Jembatan  (RSNI T-02-2005).  Diakses  dari  http://jdih.bpk.go.id/wp- content/uploads/2011/03/SNI-T-02-2005tm.pdf.
British  Standart  Institution  (BSI).  (2005) Human Response To Vibration – Measuring
Instrumentations BS EN ISO 8041 : 2005. London: BSI.
Brownjohn,  J.M.W.  dan  Pavic,  A.  (2007)  Experimental Method  for  Estimating  Modal  Mass  in  Foot Bridges  Using    Human  Induced  Dynamic Excitation. Engineering Structure , 29 (21), 2833  – 2843.
Dinas  Pekerjaan  Umum  (1992). Bridge  Management System (BMS).  Jakarta: Dinas Pekerjaan Umum.
El-Dardiry,  E.  (2003)  Floor  Vibration  Induced  by Walking  Loads. PhD  Thesis. University  Of Manchester.
Ellis,  B.R.,  Ji,  T.  (2003).  Load  Generated  by  Jumping Crowds  :  Numerical  Modelling .  The  Structural Engineer , 81(6), 20-27.
Litter,  J.  D.  (2003)  Frequencies  of  Synchronized  Human Loading from Jumping and Stamping. IStrucE: The Structural Engineer , 81(11), 27-35.
Wahyuni,  E.  (2012)  Studi  Kelakuan  Dinamis  Struktur Jembatan  Penyeberangan  Orang  Akibat  Beban Individual  Manusia  Bergerak. Jurnal  Teknik  Sipil ITS , Vol. 19 No. 3 Desember 2012.