uji-pembebanan

UJI PEMBEBANAN JEMBATAN SEBAGAI STANDAR AWAL PENGOPERASIAN JEMBATAN UNTUK LALU-LINTAS UMUM

KASUS: JEMBATAN TIMPAH

ABSTRAK

Uji pembebanan bertujuan menilai respons struktur jembatan akibat beban yang diberikan khususnya terkait kekuatan dan kenyamanan. Pengujian beban dapat dilakukan dengan uji beban statik dan beban dinamik. Uji beban statik dilakukan untuk menentukan kapasitas jembatan, pada uji ini pembebanan dilakukan secara bertahap mensimulasi beban rencana. Parameter yang diukur dalam uji ini adalah lendutan dan tegangan pada elemen-elemen jembatan. Uji dinamik dilakukan untuk mendapatkan karakteristik getar jembatan sekaligus sebagai “finger print” jembatan atau catatan lahir yang dapat digunakan untuk mengetahui laju penurunan kondisi/deterioration jembatan pada saat operasional. Parameter yang diukur dalam uji ini adalah percepatan dan frekuensi getar.

Uji statik Jembatan Timpah dilakukan dengan 24 truk dengan berat masing-masing 12.5 ton (total beban uji 300ton) yang disebar di sepanjang jembatan sehingga mensimulasi 40% beban layan. Pengujian statik dilakukan secara bertahap 100ton, 200ton dan 300ton untuk melihat perilaku struktur. Lendutan dan tegangan hasil pengujian kemudian dibandingkan dengan lendutan dan tegangan hasil model struktur yaitu sebesar lendutan sebesar 27mm dan tegangan sebesar tegangan ijin untuk beban 24 truk.

Uji beban dinamik Jembatan Timpah dilakukan dengan jumping test dimana sebuah truk seberat 12.5ton bergerak dengan kecepatan rendah melampaui ganjal kayu setinggi 12 cm pada tengah bentang. Accelerometer diletakkan di tengah bentang yang berfungsi mencatat getaran akibat impak yang diberikan oleh truk. Berdasarkan hasil pengujian diperoleh frekuensi getar vertikal mode pertama sebesar 1.71Hz. Hasil ini kemudian dibandingkan dengan frekuensi getar model struktur untuk melihat perilaku kekakuan jembatan.

Pada tulisan ini dibahas contoh kasus uji beban Jembatan Timpah, Provinsi Kalimantan Tengah yang merupakan jembatan khusus dengan konstruksi rangka baja menerus bentang utama 105m.

Kata kunci: pembebanan, Jembatan Timpah, uji beban dinamik, uji beban statik.

Penulis Makalah:

1. Ir Herry Vaza, MEng.Sc Subdit Teknik Jembatan, Dit. Bina Teknik, Ditjen. Bina Marga, Kementerian Pekerjaan Umum

2. Monang Saut, ST, MT Subdit Teknik Jembatan, Dit. Bina Teknik, Ditjen. Bina Marga, Kementerian Pekerjaan Umum

3. Armen Adekristi, ST Subdit Teknik Jembatan, Dit. Bina Teknik, Ditjen. Bina Marga, Kementerian Pekerjaan Umum

1

1.Pendahuluan

Uji pembebanan bertujuan menilai respons struktur jembatan akibat beban yang

diberikan khususnya terkait kekuatan dan kenyamanan. Pengujian beban dapat

dilakukan dengan uji beban statik dan beban dinamik. Uji beban statik dilakukan untuk

menentukan kapasitas jembatan, pada uji ini pembebanan dilakukan secara bertahap

mensimulasi beban rencana. Parameter yang diukur dalam uji ini adalah lendutan dan

tegangan pada elemen-elemen jembatan. Uji dinamik dilakukan untuk mendapatkan

karakteristik getar jembatan sekaligus sebagai “finger print” jembatan atau catatan

lahir yang dapat digunakan untuk mengetahui laju penurunan kondisi/deterioration

jembatan pada saat operasional. Parameter yang diukur dalam uji ini adalah

percepatan dan frekuensi getar.

Ke depan, pengujian jembatan diusulkan menjadi bagian dalam comminsiong test

sebelum pengoperasian jembatan untuk lalu lintas umum khususnya untuk jembatan

bentang panjang/jembatan khusus. Kompleksitas uji jembatan yang dilakukan

disesuaikan dengan tingkat kerumitan struktur jembatan. Pada tulisan ini dibahas

contoh kasus uji beban Jembatan Timpah

Sehubungan dengan rencana peresmian operasional jembatan Timpah pada tanggal

19 April 2010, maka akan dilakukan pemeriksaan laik fungsi jembatan dengan tujuan

untuk menilai kondisi jembatan saat penyelesaian pekerjaan dengan cara

pembebanan aktual pada tanggal 11 April 2010 selama 1 (satu) hari. Maksud dari

pelaksanaan pengujian beban jembatan tersebut adalah melakukan pengujian yang

relevan dan analisis pembebanan jembatan secara langsung untuk menilai

pemenuhan konstruksi jembatan terhadap kriteria desain khususnya terkati kekuatan

dan keamanan struktur meliputi:

a) Kondisi aktual struktur jembatan di bawah beban-beban pengujian,

b) Kualitas konstruksi dan kondisi layan struktur jembatan,

c) Menyediakan dasar ilmiah bagi penyelesaian & penerimaan pekerjaan

jembatan

Jembatan Timpah, Provinsi Kalimantan Tengah yang merupakan jembatan khusus dengan konstruksi rangka baja menerus bentang utama 105m. Data umum jembatan adalah sebagai berikut:

- Lokasi jembatan = Kabupaten Kapuas Provinsi Kalimantan Tengah

- Kelas jembatan = A

- Panjang total = 255 meter

2

- Lebar jembatan = 9,0 meter (1,0 + 7,0 + 1,0)

- Konfigurasi = (62,5 + 105 + 62,5 m) + 25 m

- Tipe Jembatan = Cantilever truss bridge (230m) + Komposit baja (25m)

- Bangunan Atas = Rangka Baja Non Standar Bentang Khusus

- Berat jembatan = 35,0 ton

Gamba

r Memanjang Jembatan

2. Prosedur Pengujian

Secara prinsip pengujian beban adalah

- Pengujian harus memberi tegangan dan deformasi yang jelas pada elemen-

elemen penting sistem struktur (Penentuan elemen-elemen tersebut ditentukan

dari hasil perencanaan awal).

- Pengujian harus menggambarkan kapasitas daya dukung stuktural.

- Beban aktual yang diberikan tidak menyebabkan kerusakan pada struktur.

Penerapan uji pembebanan harus disesuaikan dengan kondisi awal (initial

condition) pembebanan (UDL) dari analisis struktur perencanaan.

Pembebanan Rencana UDL

Panjang = 105 meter (bentang tengah)

Beban UDL = 0.8 x (0.5 + 15/105m) x lebar 7.0m x panjang 105m = 378 ton

Beban kendaraan truk uji

Berat truk = 12.5 ton

Mobilisasi = 40% (SLS) atau ekivalen dengan 25% (ULS), maka

Jumlah truk perlu pada bentang tengah adalah 12 buah

2.1 Pemeriksaan Visual

Pemeriksaan visual perlu dilakukan sebelum pelaksanaan pengujian statik dan

dinamik. Adapun pemeriksaan meliputi seluruh batang-batang struktur rangka baja

dan sistem lantai jembatan. Pada pemeriksaan visual juga dilakukan pengecekan kuat

kencang baut di buhul-buhul kritis dengan menggunakan palu.

3

2.2Uji Beban Dinamik

Uji beban dinamik ini dilakukan untuk mendapatkan karakteristik getaran jembatan

dengan cara memberi goncangan pada jembatan. Tujuannya adalah untuk

mendapatkan parameter-parameter seperti natural frequency, damping ratio, mode

shape struktur sehingga dapat dinilai kekakuan struktur jembatan.

Prosedur pengujian:

- Blok kayu dengan penampang 12x15 cm sepanjang 4.0 meter ditempatkan di

tengah bentang jembatan

- Uji beban dinamik dapat dilaksanakan dengan jumping test dimana sebuah truk

berat 12.5 ton bergerak dengan kecepatan rendah melampaui ganjal kayu

setinggi 12 cm.

- Alat uji yang diperlukan adalah Blastmate IIII dengan accelerometer 3 arah

yang diletakkan di tengah bentang.

- Evaluasi uji beban dinamik dengan cara membandingkan parameter-parameter

hasil pengujian dengan hasil analisis. Kinerja jembatan dikatakan baik apabila

natural frequency dan damping ratio hasil uji lebih besar dari hasil analisis.

2.3Uji Beban Statik

Uji beban statik dilakukan dilakukan untuk menentukan kapasitas jembatan dengan

menempatkan beban di posisi jembatan. Tujuannya adalah untuk mendapatkan

parameter-parameter seperti statik displacement, regangan statik struktur sehingga

dapat dinilai kinerja jembatan. Pada uji ini digunakan 24 truk dengan berat masing-

masing 12.5 ton sehinggga diperoleh beban total uji 300 ton.

Prosedur pengujian (lihat gambar di belakang):

a) LOADING

- Tahap 1: Tidak ada truck

- Tahap 2: Truck yang digunakan 8 buah (total beban 100 ton) yang

ditempatkan 4 buah dimasing-masing bentang tepi dan 4 buah dibentang

tengah



tengah

- Tahap 4: Truck yang digunakan 24 (total beban 300 ton) buah yang


tengah

b) UNLOADING

4



tengah



tengah

- Tahap 7: Tidak ada truck

Dalam pengujian beban di lapangan ini perlu adanya tracehold (warning) yang

dilakukan dengan pengukuran lendutan dan tegangan. Pengukuran lendutan dari

bacaan alat Total Station dengan ketelitian bacaan sampai dengan satuan sentimeter.

Pengukuran dilakukan sepanjang median jembatan di setiap titik-titik buhul.

Sedangkan Pengukuran tegangan menggunakan 20 buah Strain Gauge pada batang-

batang utama maksimum yang telah ditentukan (lihat lampiran dibelakang).

Pembatasan tegangan pada batang-batang utama tersebut adalah apabila terjadi

perbedaan tegangan uji hasil bacaan strain gauge sebesar tegangan leleh rencana

pada masing-masing tahapan.

Pembatasan lendutan pada tengah bentang akibat uji beban tahap 4 menggunakan 24

buah truk (total beban 300 ton) adalah 27mm.

3. Hasil Pengujian

3.1Pengamatan Visual

Berdasarkan pengamatan visual, batang-batang utama jembatan dalam keadaan baik

dimana tidak terlihat adanya tekuk maupun kerusakan struktural. Pada flens bawah

cross girder P1 terlihat deformasi lokal di daerah sambungan. Hal ini terjadi pada saat

konstruksi. Pengecekan baut dilakukan dengan menggunakan palu dan terlihat baut-

baut pada joint-joint utama jembatan terpasang dengan baik.

3.2Uji Beban Dinamik

Hasil pengukuran akibat uji jumping test adalah sebagai berikut:

5

Gelombang Getar akibat Uji Jumping Test

Frekuensi Getar akibat Uji Jumping Test

Besarnya frekuensi hasil pengukuran adalah sebagai berikut:

Frekuensi Getar Hasil Uji Beban Dinamik vs Frekuensi Getar Rencana

Mode Frekuensi Pengukuran (Hz)

Frekuensi Rencana (Hz)

Keterangan

1st order of vertical bending 1.71 1.96

6

1

1

21

3

2

2nd order of vertical bending 2.38 3.25

3rd order of vertical bending 3.63 3.89

3.3Uji Beban Statik

Pengamatan uji beban statik meliputi lendutan dan regangan. Hasil lendutan terlihat

mengikuti tren lendutan pada model struktur/rencana. Sedangkan berdasarkan hasil

pengamatan, bacaan regangan yang terjadi sangat sensitif. Pada kegiatan pengukuran

ini ada 3 buah strain gauge yang dataya tidak terekam dengan baik. Hal ini

disebabkan lokasi strain gauge yang terlalu jauh dari data logger. Tegangan listrik

yang tidak stabil pada saat pengukuran juga membuat alat pengujian harus disetting

ulang beberapa kali.

Hasil pengamatan displacement dan regangan pada saat pengujian adalah sebagai

berikut:

7

Tabel hasil pengukuran total stasion di lapangan

No.

Titik

TAHAPAN PENGUJIAN

Loading Un-loading

1 2 3 4 5 6 7

Aktual

Rencana

Aktual

Rencana

Bintek

Rencana

KonsAktu

al

Rencana

Bintek

Rencana

KonsAktu

al

Rencana

Bintek

Rencana

KonsAktu

al

Rencana

Bintek

Rencana

KonsAktu

al

Rencana

Bintek

Rencana

KonsAktu

al

Rencana

Bintek

Rencana

Kons

1 0 0 0.7 2.2 0 -1.8 1.7 0 -4.3 -0.9 0 -1.8 1.7 0 0.7 2.2 0 0 0

2 0 0 1.2 3.9 -10 -3.2 3.1 -10 -6.8 -1.2 -10 -3.2 3.1 0 1.2 3.9 0 0 0

3 0 0 1.4 4.7 -10 -3.8 3.6 -10 -6.6 0.1 -10 -3.8 3.6 0 1.4 4.8 10 0 0

4 0 0 1.1 4.2 -10 -2.7 3.5 -10 -4.2 1.4 -10 -2.7 3.5 0 1.1 4.17 0 0 0

5 0 0 0.4 2.3 -10 -1.5 2.3 -10 -2 1.5 -10 -1.5 2.3 0 0.4 2.3 0 0 0

6 0 0 -3.9 -4.3 -10 -4.3 -6.2 -10 -5.9 -6.8 -10 -4.3 -6.2 0 -3.9 -4.3 0 0 0

7 0 0 -8.1 -8.8 -10 -9.3 -13 -10 -11.6 -13.6 -10 -9.3 -13 0 -8.1 -8.8 10 0 0

8 0 -10 -12.7 -13.7 -20 -14.8 -20.3 -20 -17.5 -20.8 -20 -14.8 -20.3 -10 -12.7 -13.7 0 0 0

9 0 -10 -16.5 -17.7 -20 -18.9 -25.3 -20 -21.8 -25.8 -20 -18.9 -25.3 -10 -16.5 -17.7 0 0 0

10 0 -10 -17.7 -19 -20 -20.3 -26.9 -20 -23.2 -27.4 -20 -20.3 -26.9 -10 -17.7 -19 0 0 0

11 0 -10 -16.5 -17.7 -20 -18.9 -25.3 -20 -21.8 -25.8 -20 -18.9 -25.3 -10 -16.5 -17.7 0 0 0

12 0 -10 -12.7 -13.7 -20 -14.8 -20.3 -20 -17.5 -20.8 -20 -14.8 -20.3 -10 -12.7 -13.7 0 0 0

13 0 0 -8.1 -8.8 -10 -9.3 -13 -10 -11.6 -13.6 -10 -9.3 -13 0 -8.1 -8.8 10 0 0

14 0 0 -3.9 -4.3 -10 -4.3 -6.19 -10 -5.9 -6.79 -10 -4.3 -6.19 0 -3.9 -4.3 -10 0 0

8

Tabel hasil pengukuran strain gauge di lapangan

Tahap Uji 1 2 3 4 5 6 7

No. ST σ initial

σ Renc

Bintek

σ Renc

Kons εaktual

σ aktual

σ model εaktual

σ aktual

σ model εaktual

σ aktual

σ model εaktual

σ aktual

σ model εaktual

σ aktual

σ model εaktual

σ aktual

σ model

0 0 0 0 -9 -1.9 -6.0 -17 -3.6 -12.0 -18 -3.8 -15.7 -14 -2.9 -12.0 -13 -2.7 -6.0 -5 -1.1 0.01 0 0 0 -18 -3.8 -5.9 -38 -8.0 -11.3 -23 -4.8 -14.0 -20 -4.2 -11.3 -6 -1.3 -5.9 -3 -0.6 0.02 0 0 0 10 2.1 -6.1 19 4.0 -12.0 27 5.7 -16.0 32 6.7 -12.0 28 5.9 -6.1 7 1.5 0.03 0 0 0 -13 -2.7 -6.4 -18 -3.8 -12.9 -30 -6.3 -15.1 14 2.9 -12.9 9 1.9 -6.4 3 0.6 0.04 0 0 0 -14 -2.9 -3.5 -18 -3.8 -7.2 -28 -5.9 -8.9 -17 -3.6 -7.2 -11 -2.3 -3.5 -6 -1.3 0.05 0 0 0 -16 -3.4 -3.5 -29 -6.1 -7.2 -37 -7.8 -8.9 -25 -5.3 -7.2 -15 -3.2 -3.5 -10 -2.1 0.06 0 0 0 54 11.3 7.6 106 22.3 14.8 142 29.8 19.2 111 23.3 14.8 91 19.1 7.6 23 4.8 0.07 0 0 0 49 10.3 7.6 100 21.0 14.7 137 28.8 19.1 105 22.1 14.7 84 17.6 7.6 23 4.8 0.08 0 0 0 44 9.2 -0.3 76 16.0 8.0 105 22.1 12.5 72 15.1 8.0 59 12.4 -0.3 15 3.2 0.09 0 0 0 -15 -3.2 -3.9 -35 -7.4 -12.0 -55 -11.6 -11.9 -45 -9.5 -12.0 -28 -5.9 -3.9 -10 -2.1 0.0

10 0 0 0 31 6.5 0.3 28 5.9 -5.4 34 7.1 -9.1 5 1.1 -5.4 33 6.9 0.3 12 2/5 0.011 0 0 0 71 14.9 8.1 109 22.9 11.7 128 26.9 11.7 95 20.0 11.7 72 15.1 8.1 32 6.7 0.012 0 0 0 68 14.3 10.8 99 20.8 13.9 156 32.8 16..7 109 22.9 13.9 91 19.1 10.8 11 2.3 0.013 0 0 0 47 9.9 9.6 72 15.1 17.9 83 17.4 19.6 46 9.7 17.9 29 6.1 9.6 9 1.9 0.014 0 0 0 60 12.6 12.9 102 21.4 19.0 167 35.1 20.5 112 23.5 19.0 71 14.9 12.9 22 4.6 0.015 0 0 0 -28 -5.9 15.9 -65 -13.7 15.9 -99 -20.8 20.7 -68 -14.3 15.9 -45 -9.5 15.9 -18 -3.8 0.016 0 0 0 22 4.6 -6.7 65 13.7 -12.1 89 18.7 -11.9 80 16.8 -12.1 101 21.2 -6.7 -27 -5.7 0.017 0 0 0 xxxx xxxx -12.0 xxxx xxxx -12.1 xxxx xxxx -11.8 xxxx xxxx -12.1 xxxx xxxx -12.0 xxxx xxxx 0.018 0 0 0 xxxx xxxx 1.8 xxxx xxxx 1.4 xxxx xxxx -2.2 xxxx xxxx 1.4 xxxx xxxx 1.8 xxxx xxxx 0.019 0 0 0 xxxx xxxx -11.7 xxxx xxxx -15.2 xxxx xxxx -15.9 xxxx xxxx -15.2 xxxx xxxx -11.7 xxxx xxxx 0.0

9

18

12

6 7

19

15102 3

13

9

16

11

17

14

4. ANALISIS

4.1Uji Dinamik

Pada uji dinamik terlihat bahwa mode 1 dan mode 2 vertikal jembatan berdekatan

dengan mode 1 dan mode 2 translasi dengan amplitudo translasi yang cukup

besar. Hal ini dapat mengindikasi kekakuan jembatan dalam arah translasi yang

relatif fleksibel.

Frekuensi Getar akibat Uji Jumping Test

4.2Uji Statik

4.2.1 Tegangan pada Batang Utama

Tegangan pada member-member utama hasil bacaan strain gauge melebihi

tegangan pada model struktur. Hal ini dapat disebabkan ketidak seragaman

beban uji yang ada. Selain itu perlu dilakukan koreksi terhadap bacaan strain

gauge akibat panjang kabel dan kondisi inisial. Perbedaan bacaan hasil uji juga

dapat disebabkan belum stabilnya jembatan pada saat pembacaan strain gauge

akibat mobilisasi truk maupun tidak stabilnya daya listrik pada saat pengujian.

Dari hasil uji beban yang telah dilakukan didapat nilai regangan maksimum

sebesar 167μ pada lokasi strain gauge No 15 dengan total beban truk total truk

10

1

1

21

3

2

diseluruh bentang 24 truk (beban penuh 300 ton) atau 12 truk di tengah bentang

(150 ton). Batang yang mengalami regangan maksimum adalah batang bawah

yang berada di tengah bentang. Berdasarkan informasi pihak pelaksana

konstruksi diketahui berat struktur rangka baja jembatan di tengah bentang

adalah 370 ton dan berat lantai jembatan 0.576 ton/m2 sehingga berat total

struktur jembatan= 966 ton. Berdasarkan data tersebut, diperkirakan nilai

regangan yang terjadi sebelum pengujian adalah 966/150x167μ= 1075μ (material

masih bersifat elastis). Sehingga nilai regangan maksimum total yang terjadi pada

member adalah 1242 μ.

Berdasarkan hasil pengukuran dan analisis perhitungan regangan dapat

disimpulkan bahwa kondisi regangan maksimum yang terjadi masih lebih kecil

dibandingkan dengan batas regangan leleh bahan yaitu 1750μ. Selain itu, nilai

regangan maksimum total yang terjadi tersebut pada dasarnya masih berada

dalam batas-batas regangan ijin bahan, yaitu 1250μ. Hal ini membuktikan bahwa

struktur jembatan baja yang diuji masih memperlihatkan perilaku yang elastis.

4.2.2 Lendutan Pada Buhul Bawah

Pada dasarnya, pola lendutan yang terjadi pada saat pengujian mengikuti tren

pada model struktur. Lendutan terbesar adalah 2.0 cm, mendekati lendutan pada

model yaitu sebesar 2.7 cm. Nilai satuan terkecil bacaan teodolite yang hanya

sampai satuan cm menyebabkan bacaan tidak terlalu akurat.

5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan

Dari kegiatan uji beban ini dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Frekuensi getar aktual jembatan berdasarkan uji dinamik lebih rendah dari

frekuensi rencana. Hal ini dapat mengindikasikan kekakuan jembatan yang

relatif lebih kecil dibandingkan model.

2. Pola lendutan yang terjadi pada saat pengujian mengikuti pola model struktur.

Lendutan terbesar adalah 2 cm, mendekati lendutan pada model yaitu

sebesar 2.7 cm.

3. Tegangan pada member-member utama hasil bacaan strain gauge melebihi

tegangan pada model struktur. Perlu dilakukan koreksi terhadap bacaan strain

gauge akibat panjang kabel dan kondisi inisial.

5.2Saran

1. Disarankan agar dilakukan penilaian laik fungsi jembatan sebelum

operasional yang menyangkut aspek kenyamanan dan keselamatan

11

pengguna jembatan baik terkait dengan rambu-rambu lalu-lintas,

penerangan, lapis aspal, railing pada ujung jembatan, dll.

2. Kemampuan alat baca lendutan pada uji statik minimal sampai dengan

satuan milimeter sehingga diperoleh data uji yang lebih akurat.

3. Pada uji statik, jembatan disarankan didiamkan dalam waktu yang relatif

lama untuk tiap tahap uji sehingga jembatan dalam keadaan stabil pada saat

pengukuran.

4. Jembatan agar dibersihkan dari kotoran sebelum dioperasikan.

5. Uji dinamik dilakukan secara berkala untuk melihat perilaku penurunan

kondisi struktur.

12

uji-pembebanan

Documents