Perencanaan Jembatan Terhadap Beban Gempa

Berdasarkan SNI 2833:2016

1

Puslitbang Jalan dan Jembatan, Kementerian Pekerjaan Umum,

Jl. AH Nasution 264 Kotak Pos 2 Ujung Berung Bandung 40294 Telp (022) 7802251, Fax : 7802726,

Seminar Nasional Teknik Sipil 2018

Universitas Jenderal Achmad Yani

3 Maret 2018

• Kejadian gempa dan tsunami dapat mengakibatkan runtuhnya infrastruktur

termasuk jembatan yang mengakibatkan terputusnya jalur transportasi

2

Latar Belakang

• Pentingnya untuk mengevaluasi ketahanan (resilience) jembatan eksisting

terhadap peraturan pembebanan yang baru

• Diperlukan pengkinian Standar perencanaan ketahanan gempa untuk

jembatan dikarenakan kondisi kegempaan dan state of the art seismic

hazard analysis dan reliability analysis yang telah berkembang

dibandingkan kondisi saat disusunnya SNI 2833-2008.

Jembatan Lhok Guda, Pidie, Aceh

BMS

1992

SNI

2833:2008

Peta gempa

2010

Peta gempa

2017

• Jembatan eksisting perlu dievaluasi menggunakan standar dan peta gempa terbaru.

• Jika tidak memenuhi kriteria perlu skema untuk perkuatan

Umur rencana : 50 tahun Umur rencana : 50 tahun Umur rencana : 75 tahun

Increasing seismic demand

Riwayat Standar Perencanaan Gempa di Indonesia

Bridge deterioration

SNI

2833:2016

3

Sejarah perkembangan standar perencanaan jembatan

Peta gempa pertama untuk jembatan(SNI 2833 1992)

Peta gempa tersebut mengacu padapeta gempa usulan I.A.N. Fraser (1983)

dari Beca, Carter, Hollings & FernerConsulting engineers

Lingkup perubahan pada peraturan gempa untuk jembatan

• Peta tunggal untuk PGA

• Periode ulang 50, 100, 200, 500 dan 1000 tahun

• Menggunakan hanya data kejadian gempa (gridded

model)

• Tidak mempertimbangkan sumber gempa (subduksi,

patahan, dan background)

0.05 0.10

0.60 0.50

0.70

1.201.00

0.90

0.05

0.10

0.15 0.20

0.25

0.40

0.50

0.300.25

0.20

0.40

0.30

Peta gempa pada SNI 2833: 2008 Revisi peta gempa (2013)

• Peta percepatan puncak dan spektrum response 0.2 dan 1.0

detik

• Periode ulang 1000 tahun (7% dalam 75 tahun)

• Menggunakan metode probabilistik total yang

memperhitungkan ketidakpastian kondisi seismotektonik

Indonesia

6

Peta Gempa untuk Probabilitas Terlampaui 7% dalam 75 Tahun

PGA Spektra 0,2 dtk

Spektra 1 dtk

Evaluasi perbandingan SNI 2833 2008 dan 2833 2016

Evaluasi dilakukanpada 6 lokasi

dengan periodeulang 1000 tahun

Evaluasi perbandingan SNI 2833 2008 dan 2833 2016

Location

Coordinate PGA (g) 0.2 sec (g) 1.0 sec (g)

Longitude LatitudeSNI 2833:2008 SNI

2833:2016SNI

2833:2008SNI

2833:2016SNI

2833:2008SNI

2833:2016Range of values Average

Location -1 113 -1 0.060 - 0.110 0.085 0.009 - 0.020 - 0.020

Location -2 111.5 -7 0.170 - 0.220 0.195 0.235 - 0.475 - 0.229

Location -3 113 -8 0.290 - 0.340 0.315 0.285 - 0.541 - 0.281

Location -4 108 -7 0.400 - 0.450 0.425 0.329 - 0.659 - 0.312

Location -5 103 -2 0.520 - 0.560 0.540 0.129 - 0.259 - 0.215

Location -6 100.3 0 0.590 - 0.670 0.630 0.9-1.0 - 2.5-3.0 - 0.9-1.0

Peak Ground Acceleration and Design Response Spectrum on Rock (SB)

Location

Coordinate PGA (g) 0.2 sec (g) 1.0 sec (g)

Longitude LatitudeSNI 2833:2008

SNI 2833:2016 SNI 2833:2008 SNI 2833:2016 SNI 2833:2008 SNI 2833:201xRange of values Average

Location-1 113 -1 0.090 - 0.165 0.128 0.250 0.319 0.625 0.153 0.350

Location-2 111.5 -7 0.255 - 0.330 0.293 0.358 0.731 0.845 0.351 0.707

Location-3 113 -8 0.435 - 0.510 0.473 0.363 1.181 0.875 0.567 0.809

Location-4 108 -7 0.600 - 0.675 0.638 0.366 1.594 0.911 0.765 0.858

Location-5 103 -2 0.780 - 0.840 0.810 0.292 2.025 0.640 0.972 0.640

Location-6 100.3 0 0.885 - 1.005 0.945 N/A 2.363 N/A 1.134 N/A

Peak Ground Acceleration and Design Response Spectrum for Soft Soil

Location

Coordinate PGA (g) 0.2 sec (g) 1.0 sec (g)

Longitude LatitudeSNI 2833:2008

SNI 2833:2016 SNI 2833:2008 SNI 2833:2016 SNI 2833:2008 SNI 2833:2016Range of values Average

Location-1 113 -1 0.072 - 0.132 0.102 0.160 0.255 0.400 0.122 0.240

Location-2 111.5 -7 0.204 - 0.264 0.234 0.313 0.585 0.674 0.281 0.445

Location-3 113 -8 0.348 - 0.408 0.378 0.351 0.945 0.739 0.454 0.517

Location-4 108 -7 0.480 - 0.540 0.510 0.386 1.275 0.838 0.612 0.554

Location-5 103 -2 0.624 - 0.672 0.648 0.198 1.620 0.412 0.778 0.412

Location-6 100.3 0 0.708 - 0.804 0.756 N/A 1.890 N/A 0.907 N/A

Peak Ground Acceleration and Design Response Spectrum for Stiff Soil

• Hasil perbandingan menunjukkan percepatanpuncak di batuan dasar (PGA) memiliki hasilyang mendekati

• Hasil perbandingan pada periode 0,2 detik dan1 detik untuk tanah lunak dan sedangmenunjukkan SNI 2833:2008 cenderung lebihbesar dibandingkan SNI 2833:2016

• Hal ini disebabkan oleh parameter sumbergempa dan metode perhitungan seismic hazard yang berbeda antara kedua standar tersebut.

a. Comparison of PGA

b. Comparison in the period of 0.2 seconds

c. Comparison in the period of 1.0 seconds

Evaluasi perbandingan SNI 2833 2008 dan 2833 2016

Acceleration (g) SNI 2833:2016 Acceleration (g) SNI 2833:2016

Acceleration (g) SNI 2833:2016

Contoh perhitungan respon spektra

Soft soil (SE) Site class according to N-SPT value until 30m depth of boring log

BM-1 BM-2

Depth (m) NSPT Vs (m/sec) Soil Type Depth (m) NSPT Vs (m/sec) Soil Type

0.00 - 2.50 5 160.79 Silt 0.00 - 2.50 2 120.59 Sand

2.50 - 5.00 5 160.79 Sand 2.50 - 5.00 5 160.79 Sand

5.00 - 7.50 8 186.36 Sand 5.00 - 7.50 5 160.79 Sand

7.50 - 10.50 8 186.36 Sand 7.50 - 10.00 6 170.26 Silt

10.50 - 13.00 10 199.88 Sand 10.00 - 12.50 9 193.38 Silt

13.00 - 16.00 13 217.05 Sand 12.50 - 15.00 18 240.40 Clayey silt

16.00 - 18.00 14 222.15 Silt 15.00 - 17.50 21 252.32 Clayey silt

18.00 - 20.50 45 320.54 Sand 17.50 - 20.50 25 266.52 Clayey silt

20.50 - 23.00 30 282.22 Silt 20.50 - 22.50 25 266.52 Clayey silt

23.00 - 25.00 28 276.17 Silt 22.50 - 25.00 26 269.82 Clayey silt

25.00 - 28.00 32 288.00 Silt 25.00 - 27.50 30 282.22 Clayey silt

28.00 - 30.50 33 290.79 Silt 27.50 - 30.00 32 288.00 Silt

Perbandingan respon spektra

Evaluasi perbandingan SNI 2833 2008 dan 2833 2016

Sumber Gempa Sesar Aktif Pulau Jawa

12

20172010

2010 2017

5 sesar aktif 25 sesar aktif

PGA (7%, 75 tahun)

13

2010

2017

Evaluasi perbandingan peta gempa SNI:2833 2016 dan peta gempa 2017

0,2 detik (7%, 75 tahun)

14

2010

2017

Evaluasi perbandingan peta gempa SNI:2833 2016 dan peta gempa 2017

1 detik (7%, 75 tahun)

15

2010

2017

Evaluasi perbandingan peta gempa SNI:2833 2016 dan peta gempa 2017

Perencanaan Ketahanan Gempa

• Pendekatan berbasis gaya (Force Based Approach)

Jembatan direncanakan dengan menggunakan gaya gempa elastik

berdasarkan analisa dinamik yang menggunakan respon spektra yang

telah direduksi dengan suatu faktor modifikasi respon (R)

• Pendekatan berbasis simpangan (Displacement Based Approach)

Simpangan sebagai ukuran kerusakan akibat gempa.

16

elastikrencana

FF

R

Displacement Demand ≤ Displacement Capacity

Code perencanaan jembatan terhadap beban gempa

Penggunaan:

• Perencanaan struktur jembatan baru.

• Berlaku untuk jembatan konvensional dengan bangunan

atas terdiri dari ; sistem lantai, balok, girder, boks girder, dan

rangka.

• Dapat digunakan untuk jembatan khusus (suspension

bridges, cable stayed bridges, arch bridges) dengan

persetujuan Pemilik Pekerjaan.

Fitur:

• Peta gempa dengan probabilitas terlampaui 7% dalam 75

tahun

• Perencanaan berbasis gaya

17

SNI 2833:2016

“Perencanaan jembatan terhadap beban gempa”

18

Bagan Alir Desain Gempa Pada Jembatan

Kategori Kepentingan Jembatan

19

Kategori kepentingan DefinisiPeriode ulang gempa

rencanaFungsi Jalan

Jembatan sangat

penting (critical

bridges)

Jembatan yang harus dapat dilalui

oleh semua jenis kendaraan (lalu-

lintas normal) dan dapat dilalui oleh

kendaraan darurat dan untuk

kepentingan keamanan/pertahanan

segera setelah mengalami gempa

dengan periode ulang 1000 tahun.

1000 tahun

7% -75 tahunArteri

Jembatan penting

(essential bridges)

Jembatan yang harus dapat dilalui

oleh kendaraan darurat dan untuk

kepentingan keamanan/pertahanan

beberapa hari setelah mengalami

gempa rencana dengan periode

ulang 1000 tahun)

1000 tahun

7% -75 tahunKolektor

Jembatan lainnya

(other bridges)

Jembatan yang masih dapat dilalui

kendaraan darurat dengan lalu-

lintas yang terbatas setelah

mengalami gempa rencana dengan

periode ulang 1000 tahun.

1000 tahun

7% -75 tahun

Lokal/jalan

lingkungan

Kategori Kinerja Seismik

20

Koefisien percepatan (SD1) Zona Gempa

SD1 ≤ 0,15 1

0,15 < SD1 ≤ 0,30 2

0,30 < SD1 ≤ 0,50 3

SD1 > 0,50 4

Catatan : SD1 = Fv x S1

SD1 adalah nilai spektra permukaan tanah pada periode 1.0 detik

Fv adalah nilai faktor amplifikasi untuk periode 1 detik

S1 adalah parameter respon spektra percepatan gempa untuk periode 1.0

detik mengacu pada Peta Gempa dengan probabilitas terlampaui 7%

dalam 75 tahun

Spektrum Gempa Rencana

21

Penentuan Site Class

22

Penentuan beban gempa

23

smQ t

CE W

R

EQ adalah gaya gempa horizontal statis (kN)

C adalah koefisien respons gempa elastis

R adalah faktor modifikasi respons

Wt adalah berat total struktur terdiri dari beban mati dan beban hidup yang sesuai (kN)

KDS B dan C (closed form solution)

KDS D (pushover analysis)

tot pond struktur

tot cap

cap

cap

1. Gaya gempa rencana

2. Pemeriksaan simpangan

Faktor modifikasi respons R berbagai code di Indonesia

24

Elemen StrukturSNI-2833:2016 SNI-2833:2008 BMS 92

A. Bangunan bawah Sangat

pentingpenting lainnya

Elastik

(Z)

Elastik

(Rd)Inelastik Inelastik

1. Pilar tipe dinding 1,5 1,5 2,0 - 2 4 4

2. Tiang/kolom beton bertulang

-Tiang vertikal

-Tiang miring

1,5

1,5

2,0

1,5

3,0

2,0

3-6 3-4 4 4

- - 4 4

3. Kolom tunggal 1,5 2,0 3,0 - 3-4 4 4

4. Tiang baja dan komposit

-Tiang vertikal

-Tiang miring

1,5

1,5

3,5

2,0

5,0

3,0

3-4 3-4 4 4

- - 4 4

5. Kolom majemuk 1,5 3,5 5,0 4-8 5-6 4 4

B. Hubungan struktur

1. Bangunan atas dengan kepala

jembatan0,8

- 0,8 - -2. Sambungan muai (dilatasi) pada

bangunan atas0,8

3. Kolom, pilar, atau tiang dengan

bangunan atas1,0

- 1 - -

4. Kolom atau pilar dengan fondasi 1,0

Pemilihan Metode Analisis

25

Zona

gempa

Jembatan

bentang

tunggal

Jembatan dengan bentang > 1

Jembatan lainnya Jembatan pentingJembatan sangat

penting

beraturanTdk

beraturanberaturan

Tdk

beraturanberaturan

Tdk

beraturan

1 Tidak

diperlukan

analisis

gempa**

*/** */** */** */** */** */**

2 SM/UL SM SM/UL MM MM MM

3 SM/UL MM MM MM MM TH

4 SM/UL MM MM MM TH TH

Keterangan :

* : Tidak diperlukan analisis dinamik

** : Analisis gempa pada kepala jembatan dan perletakan tetap dilakukan

UL : Metode beban elastis-statik ekivalen

SM : Metode spektra moda tunggal

MM : Metode spektra multimoda

TH : Metode riwayat waktu

Persyaratan Jembatan Beraturan

26

Parameter Nilai

Jumlah bentang 2 3 4 5 6

Maksimum sudut pada

curved bridge *90° 90° 90° 90° 90°

Rasio maksimum dari

bentang ke bentang3 2 2 1,5 1,5

Rasio maksimum kekakuan

pilar dari bentang ke

bentang, tidak termasuk

kepala jembatan

- 4 4 3 2

Catatan : semua nilai rasio direferensikan terhadap nilai terkecil

* sudut pada titik pusat jari-jari jembatan dengan besar sudut yang menghubungkan kedua

ujung jembatan.

Contoh Analisis Beban Gempa

27

I = 14 m4

E = 20000 MPa

m = 2000 kN

k = 1640625 kN/m

T = 0,22 detik

15 (tanah lunak)N

0.00

0.13

0.25

0.38

0.50

0.63

0.75

0.88

1.00

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Ko

efi

sie

n g

em

pa e

lasti

s (

g)

T (dtk)

Respon Spektra Wilayah Jakarta Utara

Jakarta-Tanah lunak

R=2 (kolom tunggal)

28

0 0,16 dtkT

Respon Spektra Wilayah Jakarta Utara

0,79 dtkST

1 1 3,1(0,23) 0,7D vS F S

1,6(0,55) 0,88DS a sS F S

1,3(0,28) 0,36

pgaAs F PGA

As

untuk 0,22 dtk

Koefisien gempa rencana:

0,44

n

rencana

T

C g

29

Contoh Detailing Kolom Tahan Gempa

Tulangan pengekang

kolom persegiDetail tulangan spiral

Tulangan interlocking dan tulangan geser

KESIMPULAN

• Pengkinian NSPM merupakan salah satu upaya mitigasi

terhadap dampak yang timbul akibat bencana termasuk

gempa.

• Dengan diterbitkannya SNI 2833:2016, diharapkan dapat

menjadi acuan bagi Perencana untuk desain jembatan

tahan gempa.

• Diperlukan sinergi antara pemerintah, akademisi, serta

praktisi untuk kebutuhan diseminasi dan difusi SNI

2833:2016.

30

TINDAK LANJUT

• Diperlukan diseminasi /sosialisasi mengenai peraturan

pendukung (misal : SNI 1725:2016 tentang pembebanan

jembatan, pedoman perencanaan gempa berbasis

simpangan, dll).

• Dibutuhkan kajian yang diperlukan untuk penyempurnaan

perencanaan ketahanan gempa pada jembatan

(mis:sistem kontrol, inspeksi jembatan, dll).

31