ITS Undergraduate 18046 Paper 1322343

Embed Size (px)

DESCRIPTION

ITS Undergraduate 18046 Paper 1322343

Citation preview

ANALISIS DEFORMASI JEMBATAN SURAMADU AKIBAT PENGARUH ANGINMENGGUNAKAN PENGUKURAN GPS KINEMATIK

Lysa Dora Ayu Nugraini, Eko Yuli Handoko, ST, MTProgram Studi Teknik Geomatika, FTSP ITS-Sukolilo, Surabaya 60111Email : [email protected]

Abstrak

Deformasi merupakan salah satu faktor yang harus diperhitungkan dalam rangka monitoring struktur kesehatan jembatan Suramadu. Vibrasi yang terjadi akibat pengaruh berbagai beban dinamik pada jembatan baik beban hidup atau beban mati seperti beban dinamik angin, menjadi salah satu faktor penyebab terjadinya deformasi lateral. Apabila vibrasi tersebut terjadi secara berlebihan dan terakumulasi dalam jangka waktu tertentu, maka akan menyebabkan kerusakan pada struktur jembatan.

GPS merupakan sebuah teknologi penentuan posisi dengan keakuratan penentuan posisi yang tinggi. Pengamatan perubahan posisi sebuah titik pada jembatan yang didapatkan melalui pengukuran GPS kinematik dapat digunakan sebagai analisis mengenai vibrasi yang terjadi pada jembatan Suramadu.

Hasil pengukuran GPS yang dilakukan pada penelitian ini tidak mendapatkan akurasi yang tinggi dikarenakan kesalahan dan bias akibat kabel penyangga menara jembatan disekeliling lokasi penempatan GPS yang tidak bisa dihindari. Outliers yang merupakan efek dari bias dan kesalahan memberikan pengaruh pada perhitungan pergeseran posisi jembatan. Outliers yang kecil pada pengukuran bulan Januari 2011 membuat pergeseran posisi lateral < 5 cm. Sedangkan outliers yang besar pada pengukuran bulan Mei 2011 dengan nilai outliers hingga satuan meter, mengakibatkan perhitungan perubahan posisi lateral Jembatan Suramadu bernilai > 5 cm. Moving Average filter merupakan sebuah metode yang digunakan untuk mereduksi noise akibat kondisi pengukuran yang terjadi sehingga didapatkan pola vibrasi Jembatan Suramadu.

Kata kunci : Deformasi, Jembatan Suramadu, GPS, Moving Average

PENDAHULUAN

Jembatan Suramadu merupakan jenis jembatan gantung (jembatan Cable Stayed) dengan struktur bangunan yang dirancang mampu bertahan hingga lebih dari seratus tahun kedepan (Suangga dan Subagyo, 2008), sehingga untuk dapat mencapai target life-time (usia teknis) tersebut perlu dilakukan monitoring serta perawatan terhadap struktur bangunan jembatan.

Banyak faktor yang perlu diperhatikan dalam rangka mempertahankan dan memonitoring kondisi struktur jembatan suramadu, salah satunya adalah deformasi jembatan. Salah satu faktor yang mempengaruhi deformasi jembatan adalah beban dinamik angin yang melintas di jembatan. Untuk jembatan bentang panjang seperti jembatan Cable Stayed Suramadu, pengaruh beban dinamik angin sangat berperan dalam menentukan kestabilan dari struktur jembatan. Beban dinamik angin

yang menyebabkan vibrasi lateral adalah parameter yang diukur untuk mengetahui pola getar dari badan jembatan tersebut.

Dengan adanya informasi mengenai kecepatan yang melintas di Jembatan Suramadu maka dari studi ini diharapkan dapat dijadikan sebagai deteksi awal perubahan struktur jembatan untuk mendukung pencapaian target life-time jembatan tersebut dan upaya pemeliharaannya.

RUMUSAN MASALAH

Rumusan masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

Bagaimanakah pengaruh angin terhadap deformasi pada Jembatan Suramadu ?

Berapakah besar nilai deformasi Jembatan Suramadu akibat pengaruh angin ?

BATASAN MASALAHBatasan masalah pada tugas akhir ini adalah :

Analisis deformasi Jembatan Suramadu khususnya pada pylon bentang tengah

1

jembatan terhadap posisi horizontal yaituc. 13 Mei 2011 pukul 12.00 BBWI sampai

b.dalam

yang

c.Madura,

Jembatan

dari

Surabaya

71220

langsung

pukul

langsung

pukul

dan

yang

Lokasi

tengah

nomor 3

Lokasi

tengah

nomor 3

yang

Teknik

berfungsi

Referensi)

dan

84.

Data 1.1.1

digunakan Untuk

triple sinyal Hz.

2Diagram alir pengolahan data

Adapun diagram alir pengolahan data adalah sebagai berikut :

SP3 GPS weekGPS Rover titik GPS1

Base Station

dan GPS2

1616 dan 1635

Raw Data

Pengukuran 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011

Post-Processing

Koordinat (X,Y) Hasil Pengukuran titik

GPS 1 dan GPS 2 Pengukuran 1

Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011

Perhitungan Toleransi 95% Ketidakpastian

Koordinat (X,Y) Pengukuran 1 Januari, 12

Mei dan 13 Mei 2011

tidakEliminasi

+.KX-.K

ya

Plotting Koordinat (X,Y) Titik GPS1 dan GPS2 Pengukuran 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011 95% Ketidakpastian

Pola Koordinat 1 titik GPS1 dan GPS2 Pengukuran 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011 Data Kecepatan Angin 0,017 Hz tanggal 1 januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011

Ekstraksi Nilai Kecepatan Angin

Menjadi Vektor (X,Y)

Interpolasi Kecepatan

Angin Menjadi 0,2 Hz

Vektor

Kecepatan

Angin (X,Y)

0,2 Hz

Tidak adaCek Outliers

koordinat (X,Y)

ada

Moving Average

Filter

Pola Koordinat 2 Titik GPS1 dan

GPS2 Pengukuran 1 Januari, 12

Mei dan 13 Mei 2011

Perhitungan Pergeseran Koordinat Jembatan Koordinat (X,Y) Titik GPS1 dan GPS2Pengukuran 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011

Pola Getar Jembatan Suramadu dan nilai Pergeseran Posisi (X,Y) Jembatan Terhadap Rata-Rata Koordinat (X,Y) Jembatan titik GPS1 dan GPS2 Pengukuran 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011

Perhitungan Korelasi Koordinat

Pergeseran Jembatan Pengukuran 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011

Terhadap Beban Dinamik Angin Tanggal 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011

Nilai Pergeseran Koordinat Jembatan Koordinat (X,Y) Akibat Beban Dinamik Angin Tanggal 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011 Nilai Korelasi Koordinat

Pergeseran Jembatan Dengan Beban Dinamik Angin Tanggal 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011

Analisis Koordinat Pergeseran Jembatan

Terhadap Akibat Beban Dinamik Angin

Pola vibrasi jembatan Suramadu Koordinat (X,Y) tanggal 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011

Grafik Korelasi Koordinat Pergeseran Jembatan Koordinat (X,Y) Akibat Dinamik Angin (X,Y) Tanggal 1 Januari, 12 Mei dan 13 Mei 2011

3

Pada penelitian ini dilakukan pengolahan data sebagai berikut :Download Data Titik Pengamatan Metode Post-Processing

Dilakukan metode post-processing pada raw data di software Topcon Tools dengan menambahkan Standart Presice Ephemeris #3 (SP3). Output post-processing ini berupa koordinat-koordinat titik GPS 1 dan GPS 2. Melalui koordinat-koordinat (X,Y,Z) tersebut selanjutnya dihitung pola getar (vibrasi) dan pergeseran posisi jembatan sebagai parameter terjadinya deformasi. Koordinat X dan koordinat Y sebagai deteksi terjadinya deformasi lateral.

Perhitungan Toleransi Pengukuran Semua data (koordinat) tersebut dihitung koordinat rata-rata masing-masing titik, residu, variansi dan standar deviasi pengukuran. Melalui perhitungan tersebut digunakan metode uji statistik distribusi normal dengan 95% tingkat ketidakpastian untuk menentukan batas-batas penerimaan dan penolakan koordinat pengukuran. Apabila koordinat-koordinat hasil processing data berada didaerah penolakan, maka koordinat-koordinat tersebut tidak diikutsertakan kedalam pengukuran selanjutnya (proses eliminasi). Namun apabila koordinat hasil processing tersebut berada dalam batas penerimaan koordinat, maka koordinat-koordinat tersebut diikutsertakan dalam tahapan pengolahan selanjutnya.

Plotting Koordinat Hasil Pengamatan Koordinat-koordinat yang di plot adalah keseluruhan koordinat yang berada dalam rentang penerimaan uji statistik. Tujuannya untuk mengetahui pola getar (vibrasi) serta pengaruh dari multipath dan cycle slips yang diakibatkan oleh lingkungan lokasi penempatan titik seperi pagar pembatas jembatan, kabel penyangga jembatan serta pylon jembatan.

Cek Outliers

Cek Outliers bertujuan untuk mengetahui ada tidaknya noise melalui hasil plotting koordinat. Apabila hasilnya diketahui terdapat pola multipath dan cycle slips, maka diperlukan tahapan smoothing..Pemberian Moving Average Filter

Pada Data Yang Mengandung Noise Filter yang digunakan untuk menghaluskan data (smoothing) pada data yang mengandung noise yang diwujudkan melalui pola outliers.

Perhitungan Pergeseran Posisi (X,Y)

Jembatan Suramadu

Nilai residu dari perhitungan pergeseran posisi jembatan pada pengukuran 1 Januari 2011, 12 Mei 2011, dan 13 Mei 2011 tersebut selanjutnya didefinisikan sebagai gejala awal terjadinya deformasi badan jembatan.

Ekstraksi Nilai Kecepatan Angin menjadi Vektor (X,Y)

Data kecepatan angin > 0,2 Hz di ekstrak kedalam vektor X dan Y dengan cara diinterpolasi sehingga memiliki data sebanyak 0,2 Hz.

Perhitungan Korelasi Koordinat Pergeseran Jembatan Suramadu (X,Y) Terhadap Beban dinamik Angin

Nilai yang dikorelasikan antara koordinat pergeseran jembatan suramadu (X,Y) terhadap beban dinamik angin (kecepatan angin) adalah koordinat X, Y titik GPS 1 dan GPS 2 terhadap vektor X, Y dari data kecepatan angin rata-rata, masing-masing untuk pengukuran 1 Januari 2011, 12 Mei 2011, dan 13 Mei 2011.

Analisis

Analisis dilakukan terhadap standar deviasi pengamatan, koordinat hasil filter yang diterapkan, nilai deformasi yang diperoleh dan analisis mengenai sejauh mana pergeseran disebabkan oleh angin dengan melihat koefisien korelasi antara pergeseran koordinat jembatan dengan kecepatan angin serta grafik dua dimensi yang

merepresentasikan pola hubungan dari keduanya.

Moving Average Filter

Moving Average Filter (MA Filter) merupakan metode smoothing yang memiliki prinsip menggantikan setiap titik data dengan rata-rata titik tetangga data. Moving average filter mengurangi intensitas sinyal, dengan hilangnya sinyal kecil berdekatan berikutnya. Efek ini meningkat dengan meningkatnya

4

bandwidth filter (M). Formula MA Filter adalah sebagai

1. titik yang tidak bebas obstruksi. Pada penelitian arakteristik

titik jembatan, jembatan penyebab karena untuk hasil yang

dengan tingkat

No

1.

2.

3.

GPS 1DariHasil

Tingkat

level Deviasi Tingkat

Ketidakpastian 95% (m)

0,039

0,033

0,103

0,031

0,182

0,075

0.04

0,055

0,133

0,094

0,101

0,074

pola yang

pengukuran GPS akibat lingkungan penempatan

GPSDitunjukkan

Filter

Ditunjukkan Dengan Warna Merah

5Dari grafik-grafik koordinat hasil MA

Filter,

slips

Tabel

GPS 2

Akibat

No

Posisi

1

Angin

2

Rata-rata

113

208

113

3

208

2.

JembatanTabel

presentasi r2

No

0,00%

6,81%

0,04%

1

0,23%

19,7%

14,15%

4,91%

2

1,86%

5%

1%

1.45%

3

1.5%

orelasi

rmasi

nilai

yang

yang

GPS

skala

kedalam

angin

pada

10

waktu

Jembatan

eviasi

fluktuasi

pada

penyebab

yang

6

secara tidak langsung berpengaruh terhadap nilai koefisien korelasi..

PENUTUP1. Kesimpulan

Dari penelitian ini dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :

Pada penelitian ini beban dinamik angin memiliki pengaruh yang lemah terhadap perubahan posisi lateral Jembatan Suramadu. Koefisien keterkaitan pengaruh angin terhadap perubahan posisi lateral yang terjadi adalah < 20% untuk data di titik GPS 1 (di titik kabel ketiga dari pylon Surabaya) dan < 10 % di titik GPS 2 (di titik kabel ketiga dari pylon sisi Madura).

Dari hasil pengamatan GPS pada penelitian ini mengindikasikan bahwa :

Pengukuran bulan Januari memiliki outliers kecil sehingga dengan kecepatan angin rata-rata terukur sebesar 2 knots terdeteksi pergeseran posisi lateral rata-rata Jembatan Suramadu di titik GPS 1 sebesar 2 cm dan 2 cm di titik GPS 2.

Pengukuran 12 Mei 2011 memiliki outliers besar, sehingga dengan kecepatan angin rata-rata terukur sebesar 4,5 knots terdeteksi pergeseran posisi lateral sebesar 5 cm di titik GPS 1 dan 26 cm di titik GPS 2.

Sedangkan pada pengukuran 13 Mei 2011 yang juga memiliki nilai outliers yang besar, dengan angin rata-rata terukur berkecepatan 3,8 knot, terdeteksi pergeseran posisi lateral sebesar 16 cm dititik GPS 1 dan 12 cm dititik GPS 2.

Penggunaan metode kinematik serta kesalahan dan bias akibat kondisi lingkungan pengukuran yang tidak bebas obstruksi (gangguan), mengakibatkan multipath dan cycle slips sehingga hasil pengukuran memiliki banyak pola outliers. Outliers tersebut berpengaruh terhadap standar deviasi pengukuran dan nilai pergeseran posisi Jembatan Suramadu.

Penggunaan metode Moving Average filter yang digunakan mampu mereduksi outliers maksimum sebesar 0,43 m dan reduksi outliers minimum sebesar 0 m pada pengukuran Januari 2011, sedangkan pada pengukuran bulan Mei MA filter mereduksi outliers maksimum sebesar 0,98 m, dan minimum 0 m.

Saran

Beberapa saran yang diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut :

Data hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi untuk pengembangan penelitian deformasi selanjutnya dengan beberapa perbaikan dalam hal pengolahan data dan metode yang digunakan. Perbaikan yang dimaksud diantaranya adalah pemilihan lokasi penempatan GPS serta selang pengamatan pada metode kinematik yang dilakukan dengan frekuensi high rate yaitu > 1 Hz, atau dengan menggunakan metode statik dengan pengamatan yang kontinyu.

Penempatan anemometer sebaiknya berada di lokasi yang sama dengan posisi penempatan GPS agar data yang didapat berada pada sample titik yang sama serta dilakukan selama 24 jam agar pengaruh angin darat dan angin laut dapat terlihat. Agar analisis mengenai pengaruh beban dinamik angin terhadap perubahan posisi jembatan suramadu lebih stabil, maka diperlukan pengukuran yang kontinyu dengan kurun waktu pengukuran yang lebih panjang dengan memperhatikan faktor musim.

Daftar Pustaka

Abidin, H. Z .2007. Penentuan Posisi GPS dan Aplikasinya. Jakarta : PT. Pradnya Paramitha.

Furqon. 1999. Statistika Terapan untuk Penelitian. CV. Alphabeta : Bandung.

Nababan, P. 2008. Structural Health Monitoring System. Proceeding Of Construction And Maintenance Of Main Span Suramadu Bridge. Surabaya : Ministry Of Public Work Directorat General Of Highway Balai Besar Pelaksanaan Jalan Nasional V

Technical Affair Of National Suramadu Bridge.

Wahyuningtias, D. 1996. Tugas Akhir : Model Penentuan Dalam Analisis Deformasi Melalui Pendekatan Geodetik. Jurusan teknik Geodesi Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaa ITB.

7LAMPIRAN

hubungan residu

Gambar 11. Grafik Hubungan Pergeseran Koordinat X Titik GPS 2 dengan Kecepatan Angin Kearah X

8

9

10

11