PREDIKSI KERUSAKAN MODEL TIANG JEMBATAN BETON BERTULANG BERDASARKAN MUTU BETON DENGAN METODE JARINGAN SARAF TIRUAN

Transkripsi

1 Annual Civil ngineering Seinar 2015, Pekanbaru PRDIKSI KRUSAKAN MODL TIANG JMBATAN BTON BRTULANG BRDASARKAN MUTU BTON DNGAN MTOD JARINGAN SARAF TIRUAN Reni Suryanita 1 1 Jurusan Teknik Siil, Fakultas Teknik, Universitas Riau reni.suryanita@eng.unri.ac.id ABSTRAK Artikel ini bertujuan untuk erediksi kerusakan ada tiang jebatan yang diodelkan dengan skala odel kecil enggunakan etode Jaringan Saraf Tiruan (JST). Model tiang jebatan skala kecil (ini scale) ini diaksudkan untuk enggabarkan erilaku struktur jebatan (rototye) dala bentuk odel labroratoriu. Prototye jebatan yang dianalisis berua jebatan 1 bentang berukuran 34 eter, sedangkan odel jebatan enggunakan skala 1:34. Skala odel ini diaksudkan untuk engatasi keterbatasan ruang, bahan aterial dan alat engujian di laboratoriu. Kinerja struktur jebatan dianalisis dengan etode analisis beban dorong (Pushover Analysis). Tingkat kerusakan yang ditibulkan berdasarkan standard FMA 356 diana level kerusakan dikategorikan keada Iediate Occuancy (IO), Life Safety (LS) dan Collase Prevention (CP). Arsitektural odel Jaringan Saraf Tiruan yang digunakan terdiri dari inut berua utu beton, gaya geser dan erindahan. Sedangkan outut yang dirediksi adalah tingkat kerusakan. Berdasarkan hasil analisis, kerusakan ada odel tiang jebatan daat dirediksi enggunakan etode JST dengan tingkat kesalahan (Mean Squared rror) sebesar dan nilai regresi (R) untuk roses training dan testing asingasing sebesar dan Dengan deikian daat disiulkan etode JST daat digunakan untuk erediksi kerusakan ada tiang jebatan yang diodelkan dengan skala laboratoriu dengan rediksi endekati 99 ersen nilai yang ditargetkan. Kata kunci: analisis beban dorong, Jaringan Saraf Tiruan, skala odel, tiang jebatan, tingkat kerusakan. 1. PNDAHULUAN Wilayah Indonesia yang terdiri dari ribuan sungai dan selat telah enyebabkan esatnya ebangunan jebatan sebagai enghubung antar daerah dan bahkan antar ulau di Indonesia. Seiring dengan ertubuhan ebangunan jebatan di Indonesia, uaya eeliharaan erlu dilakukan terhada struktur jebatan yang sudah ada. Ditinjau dari bentuk strukturalnya, jebatan sangat rawan terhada kerusakan dan bahkan keruntuhan ketika engalai bencana ala, seerti banjir dan gea bui. Kerusakan terberat adalah runtuhnya ilar atau tiang yang enoang berdirinya jebatan. Kerusakan tiang jebatan aling fatal akibat gea bui yang ernah ada daat dilihat ada Gabar 1. Pada gabar tersebut terlihat gea Kobe yang terjadi ada tahun 1995 telah enibulkan kerusakan skala besar ada 637 tiang jebatan (ier) dengan bentang jebatan lebih dari 1300 bentang. Dierkirakan 50 bentang dari jebatan yang rusak tersebut erlu dibangun kebali. Karakteristik jebatan ditentukan dari eriode fundaental getaran ayoritas jebatan yang uunya berkisar 0,2-1,2 detik. Dala rentang ini resons struktur jebatan enyeruai eriode doinan gerakan tanah yang disebabkan gea (Kunde & Jangid, 2003). Untuk struktur jebatan yang kaku, seerti jebatan noral dengan bentang endek erioda waktu getar seringkali sangat kecil, yaitu kecil dari 0,2 detik. Bahkan untuk beberaa jebatan ada yang eunyai resons struktur hair saa dengan erceatan tanah. 368

2 Annual Civil ngineering Seinar 2015, Pekanbaru Gabar.1 Keruntuhan Higashi-Nada Viaduct ada tahun 1995 akibat gea Kobe (Chen & Duan, 2003) Tingkat kinerja struktur jebatan berdasarkan Standar Federal ergency Manageent Agency (FMA) 356 (ASC, 2000) daat diilustrasikan dengan taha-taha keruntuhan bangunan seerti ada Gabar.2. Taha analisis statis nonlinear (ushover analysis) daat dinyatakan sebagai tingkat transisi kerusakan oerasional (B) dan tingkat kerusakan (daage level) sebagai Iediate Occuancy (IO), Life Safety (LS) dan Collase Prevention (CP) seerti yang terlihat ada Gabar.2. Gabar.2 Tingkat kinerja dan deforasi struktur. Berdasarkan Gabar.2 daat dilihat bahwa IO enyatakan tingkat kerusakan ringan dan struktur daat di dihuni kebali. Tingkat LS enyatakan kerusakan oderat (sedang) diana setelah terjadinya gea bui, struktur engalai kerusakan yang eerlukan erbaikan untuk daat dihuni kebali. Sedangkan tingkat CP enyatakan struktur engalai kerusakan berat dan tidak bisa dihuni kebali. Uunya asalah yang dihadai dala eeliharaan jebatan konvensional tidak daat dileaskan dari kerusakan yang disebabkan oleh kesalahan konstruksi dan kesalahan anusianya sendiri. Untuk engurangi kesalahan dala konstruksi daat dilakukan dengan usaha endekatan erkiraan terbaik enggunakan etode Jaringan Saraf Tiruan (JST) atau dikenal juga dengan Artificial Neural Network. Jaringan Saraf Tiruan (JST) adalah odel erhitungan yang eniru ekanise kerja jaringan saraf akhluk hidu. JST terdiri dari neuron-neuron yang eruakan unit engolahan inforasi seerti ada jaringan saraf biologis. JST telah digunakan dala berbagai disilin ilu karena au eodelkan erhitungan yang koleks dengan nonlinearitas tinggi. Struktur JST uunya terdiri dari inut layer, hidden layer, dan outut layer. Inut layer berisi neuronneuron yang eneria data langsung dari luar (eksternal). Hidden layer eneria sinyal dari inut layer 369

3 Annual Civil ngineering Seinar 2015, Pekanbaru dan eneruskannya ke outut layer. Julah neuron dala hidden layer eengaruhi keakuratan dan keauan JST dala eodelkan nonlinearitas. Sedangkan Outut layer berisi neuron-neuron yang ereresentasikan target dan outut dari odel erhitungan. Selisih target dan outut dari odel erhitungan JST adalah tingkat kesalahan JST. Alikasi enggunaan JST di dala onitoring kesehatan jebatan telah dikebangkan dala enelitian sebelunya (Suryanita & Adnan, 2013, 2014). Dala enelitian sebelunya ini JST daat erediksi tingkat kerusakan struktur jebatan sebesar 98% endekati nilai target. Selain itu JST juga daat erediksi tingkat kerusakan yang ditibulkan di dala siste eringatan dini yang dikoneksikan dengan jaringan internet. Sehingga daat eberikan inforasi tentang kesehatan jebatan keada instansi terkait dan asyarakat uu. Dengan seakin berkebangkan teknologi inforasi, aka eranan JST di bidang ilu teknik siil seakin dierlukan. Dala engujian di laboratoriu, odel tiang dibuat sedeikian rua dikarenakan keterbatasan ruang dan alat sehingga dieroleh skala rototi jebatan dengan odel jebatan yaitu skala 1:34. Pebuatan odel tiang jebatan enggunakan huku keirian (Siilitude Law) yang diturunkan dari teorea Buckinghan Pi. Studi hubungan kuantitatif antara odel skala laboratoriu dan rototi nya telah dikebangkan oleh Lu et al (2008) and Beyer (2013). Banyak faktor yang erlu disederhanakan dan diasusikan untuk ebuat odel skala laboratoriu yang bererilaku endekati erilaku struktur rototi yang sebenarnya (full scale). Untuk itu kajian akalah ini bertujuan erediksi kerusakan jebatan beton bertulang ada odel tiang jebatan skala laboratoriu berdasarkan variasi utu beton. Diharakan dengan diketahuinya rediksi tingkat kerusakan ada jebatan akan ebantu ihak terkait dan asyarakat uu untuk engetahui kesehatan suatu jebatan. 2. MTODOLOGI Studi kasus ada kajian ini adalah struktur jebatan beton bertulang dengan satu bentang seanjang 34 seerti ada Gabar.3. Panjang bentang adalah 34 dengan dan tiang (ier) ditengah bentang. Gabar.3 Bentang jebatan dengan tiang (ier) di tengah jebatan. Skala odel tiang jebatan dibuat berdasarkan rasio ukuran yang sebenarnya (rototi) terhada ukuran odel skala laboratoriu yang dieroleh dari erhitungan ersaaan siilitude yang terdaat ada Tabel.1. Adaun odel tiang (ier) dengan skala laboratoriu 1:34 daat dilihat ada Gabar

4 Annual Civil ngineering Seinar 2015, Pekanbaru Gabar.4 Model tiang (ier) skala laboratoriu Tabel. 1 Paraeter skala odel yang digunakan Paraeter Persaaan Nilai skala (S) Ukuran odel Diensi (anjang l dan tinggi), S l l 34 l S 34 Perceatan (a) and a Gravitasi(g), asusi Sa 1 1 S a=s g= 1 a Modulus Young, Untuk tiang : (*), S S S = = Massa (), S 3 S = S ρ. S l 4700 = 4700 f f l l l S 34 a Sa t a a 1 S S Kekakuan (k), S k S k = S.S l Perioda (t), S t 1 2 S S = t Sk Gaya (F), S f S. S k k k S k T T T S t F F F S 1492 F Catatan: beton = 4700 f c dengan f c ada hari ke 28 engujian kekuatan beton dala satuan MPa (satuan SI) (Aerican Concrete Institute 318 Code) Ukuran odel tiang yang dibuat berdasarkan ersaaan siilitude ada Tabel 1. Tinggi odel adalah 32,8 c dengan lebar 42,4 c dengan utu beton 30 MPa. Dala engujian statis non linear (ushover test) digunaka 2 strain gauge yang diasang ada erukaan odel dan 2 sensor LVDT yang diasang ada bagian atas tiang dengan enabahan assa yang diberikan elalui load cell. Beban dorong diberikan elalui load cell yang diasang lateral ada ertengahan lengan tiang odel seerti terlihat ada Gabar

5 Annual Civil ngineering Seinar 2015, Pekanbaru Gabar.5 Ukuran odel dan osisi sensor ada engujian beban dorong lateral Data untuk roses training dan testing dala siste Jaringan Saraf Tiruan dihasilkan dari analisis beban dorong nonlinar statis (Pushover analysis) enggunakan SAP2000. Inut data terdiri dari utu beton (F c), erindahan (DISPL), dan gaya (FORC) yang digunakan dala roses training. Sedangkan data outut adalah tingkat kerusakan (DAMAG) yang ditibulkan ada tiang jebatan akibat beban dorong. Arsitektural odel Jaringan Saraf Tiruan untuk odel tiang jebatan skala kecil daat dilihat ada Gabar 6 berikut. Gabar 6. Arsitektural odel Jaringan Saraf Tiruan 372

6 Annual Civil ngineering Seinar 2015, Pekanbaru Mutu beton odel tiang jebatan yang disiulasikan di dala rogra SAP2000 berkisar ulai 20 Ma saai dengan 30 Ma. Proses training enggunakan 75 ersen data erindahan dan gaya, sedangkan roses testing enggunakan 25 ersen data erindahan dan gaya yang dihasikan elalui analisis statis non linear. Siulasi rediksi enggunakan Jaringan Saraf Tiruan enggunakan rogra MATLAB. Mutu beton (F c) yang digunakan untuk roses training dan testing JST yaitu yaitu 20 Ma, 21 Ma, 22 MPa, 24MPa, 26MPa, 28 Ma, 29 Ma dan 30 Ma seerti terlihat ada Tabel 2. NO. Tabel.2 Data inut dan outut untuk roses training dan testing Jaringan Saraf Tiruan INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT NO. NO. F'c DISPL FORC DAMAG F'c DISPL FORC DAMAG F'c DISPL FORC DAMAG B CP IO B CP LS B B LS B B CP B B CP IO B CP IO B CP LS IO CP LS IO B CP LS B CP LS B CP CP B CP CP IO B CP IO B CP LS B CP LS B B CP B B CP IO B CP IO B CP LS IO CP LS IO CP CP LS B CP LS B CP CP B B CP B B CP IO B CP IO B CP LS B CP LS IO CP CP IO B CP LS B CP LS B CP CP B CP IO CP HASIL DAN PMBAHASAN Pengujian tingkat kerusakan ada odel tiang jebatan skala laboratoriu ini dilakukan untuk engidentifikasi erilaku non linear dari tiang jebatan ukuran yang sebenarnya. Pengujian dengan etode beban dorong (ushover test) telah eberikan hasil endekati yang analisis secara nuerikal enggunakan SAP2000 seerti yang terlihat ada Gabar 7. Validasi hasil nuerik dengan enggunakan engujian beban dorong terhada odel ukuran laboratoriu telah enghasilkan kurva deforasi ideal yang daat eberikan inforasi erilaku tiang jebatan yang sebenarnya. Pada engujian di laboratoriu telah enghasil retak ertaa terjadi akibat gaya 9 kn. Sedangkan erindahan aksiu yang dihasil adalah sebesar 9 akibat gaya lateral 26 kn. 373

7 Annual Civil ngineering Seinar 2015, Pekanbaru Gabar 7. Kurva statis nonlinear akibat beban lateral ada odel tiang jebatan Hasil erindahan dan gaya yang ditibulkan akibat beban lateral ada engujian di laboratoriu divalidasi dengan hasil siulasi nuerik SAP2000 dengan berbagai utu beton ulai dari 20 MPa saai 30 Ma enggunakan etode Jaringan Saraf Tiruan. Hasil rediksi deforasi yang ditibulkan untuk utu 23 MPa daat dilihat ada Tabel 3. Tabel.3 Data validasi rediksi deforasi enggunakan utu beton 23 MPa F'c Dislaceent Force Daage () (kn) Level Actual Prediction B B B B B IO IO LS LS CP CP CP CP Hasil training dan testing data enggunakan Jaringan Saraf Tiruan telah enghasilkan nilai kesalahan terbaik (Mean Squared rror, MS) sebesar dan nilai regresi validasi sebesar seerti terlihat ada Gabar

8 Annual Civil ngineering Seinar 2015, Pekanbaru Gabar 8. Nilai kesalahan (MS) dan Regresi hasil rediksi tingkat kerusakan odel tiang jebatan 3. KSIMPULAN Berdasarkan hasil analisis yang telah dilakukan daat disiulkan bahwa untuk engetahui erilaku non linear suatu struktur jebatan daat dilakukan engujian dengan odel skala laboratoriu dengan ersaaan siilitude laws berdasarkan teorea Backingha. Pengujian di laboratoriu daat dilakukan dengan engujian beban dorong (Pushover test). Nilai MS sebesar Nilai MS ini endekati nilai nol yang berarti nilai rediksi telah enghasilkan kesalahan relatif kecil yaitu kecil dari 5%. Sedangkan nilai regresi validasi sebesar engidentifikasi hasil rediksi endekati 97, 5 % endekati nilai aktual nya. Dengan deikian alikasi etode Jaringan Saraf Tiruan (JST) ada odel struktur jebatan daat enjadi solusi bagi erencana struktur dala erediksi keruntuhan rototi jebatan yang sebenarnya. DAFTAR PUSTAKA Anoni. (1996). Seisic valuation and Retrofit of Concrete Building Volue 1. California: Alied Technology Council. ASC. (2000). FMA 356 Prestandard and Coentary for The Seisic Rehabilitation of Buildings (Vol. FMA 356). Beyer, K. (2013). Testing Methods in arthquake ngineeering. Paer resented at the -SR Worksho October 16-18, 2013 Universiti Teknologi Malaysia. Chen, W.-F., & Duan, L. (ds.). (2003). Bridge ngineering Seisic Design. Florida: CRC Press. Kunde, M., & Jangid, R. (2003). Seisic behavior of isolated bridges: A-state-of-the-art review. lectronic Journal of Structural ngineering, 3(2), Lu, X., Fu, G., Shi, W., & Lu, W. (2008). Shake table odel testing and its alication. The Structural Design of Tall and Secial Buildings, 17(1), doi: /tal.338. Maesah, H. Y., Wallah, S.., & Windah, R. S. (2014). Analisis Pushover ada Bangunan dengan Soft First Story. JURNAL SIPIL STATIK, 2(4). Nurjannah, S. A., & Megantara, Y. (2011). Peodelan Struktur Bangunan Gedung Bertingkat Beton Bertualang Rangka Terbuka Sietris di Daerah Rawan Gea Dengan Metoda Analisis Pushover. Pawirodikroo, W. (2012). Seisologi Teknik dan Kegeaan. Yogyakarta: Pustaka Pelajar. Pranata, Y. A. (2013). valuasi Kinerja Gedung Beton Bertulang Tahan Gea dengan Pushover Analysis (sesuai ATS-40, FMA 356 dan FMA 440). Suryanita, R., & Adnan, A. (2013). Alication of Neural Networks in Bridge Health Prediction based on Acceleration and Dislaceent Data Doain. Lecture Notes in ngineering and Couter Science: Proceedings of The International MultiConference of ngineers and Couter Scientists 2013, March, 2013, Hong Kong, 2202(1), Suryanita, R., & Adnan, A. (2014). arly-warning Syste in Bridge Monitoring Based on Acceleration and Dislaceent Data Doain. In G.-C. Yang, S.-I. Ao, X. Huang, & O. Castillo (ds.), Transactions on ngineering Technologies (Vol. 275, ): Sringer Netherlands. 375