BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pada jembatan cable stayed ( cable stayed bridge) dan jembatan suspensi (suspension bridge), struktur kabel ( wire rope) memegang peranan yang sangat penting dan integritas/ kekokohan dari wire rope sangat erat kaitannya dengan keamanan dari jembatan tersebut. Kekokohan wire rope dapat dievaluasi dengan mengukur gaya aksial tarik yang terjadi di dalam wire rope. Wire rope yang terekspose pada lingkungan dapat mengalami degradasi berupa korosi dan fatique selama masa layannya dan degradasi tersebut menyebabkan berkurangnya kemampuan tarik dari wire rope. Berkurangnya kemampuan tarik dari salah satu wire rope akan merambat kepada kemampuan wire rope lain pada jembatan tersebut yang berpengaruh terhadap berkurangnya stabilitas dari keseluruhan jembatan. Oleh karena itu pengukuran secara reguler dan terus menerus dalam mengukur gaya aksial tarik dari wire rope sangat diperlukan untuk menjamin keamanan dan keberlanjutan operasional dari jembatan cable stayed maupun jembatan suspensi. Metode evaluasi jembatan telah banyak dikembangkan. Secara umum metode yang dapat dilakukan adalah metode destruksi dan non destruksi. Metode destruksi dilakukan dengan mengambil sampel bagian dari konstruksi yang selanjutnya diuji untuk mendapatkan nilai ukur dari evaluasi struktur, sedangkan metode non destruksi dilakukan dengan evaluasi pendekatan tanpa mengganggu struktur tersebut secara fisik. Dari perbandingan efisiensi dan kenyamanan, metode evaluasi non-destruksi merupakan pilihan yang lebih populer. Wire rope pada jembatan suspensi tersusun dari untaian strand baja yang berfungsi sebagai penggantung dari struktur utama ( main cable) jembatan dan selalu mengalami gaya aksial tarik selama masa layannya. Pengukuran yang dilakukan pada wire rope jembatan bisa dilakukan dengan beberapa metode non destruksi. Gaya aksial tarik dari wire rope dapat diukur secara langsung ( direct

2 method) dengan menggunakan alat pengukur beban ( load measurement device) atau secara tidak langsung ( indirect method) dengan mengestimasi respon dari wire rope (cho, dkk, 2013). Pengukuran langsung dilakukan dengan memasang load cell atau pressure meter pada bagian luar wire rope. Pengukuran tersebut sangat akurat dan data bisa dengan mudah diperoleh, tetapi instrumentasi pengukurannya sangat mahal dan mudah rusak. Oleh karena itu pengukuran tidak langsung (indirect method) terus dikembangkan dengan menggunakan berbagai variasi respon dari wire rope. Pengukuran respon wire rope dengan metode vibrasi merupakan pengukuran yang praktis dan banyak digunakan dalam pemeliharaan jembatan saat ini. Metode vibrasi merupakan metode pengukuran tidak langsung yang didasarkan pada frekuensi alami, dikembangkan atas dasar hubungan antara modal properties (frekuensi alami dan mode shape) dan gaya aksial tarik pada wire rope. Penggunaan metode vibrasi mulai digunakan untuk mengukur wire rope yang menerima gaya aksial saja tanpa mempertimbangkan pengaruh sag dan kekakuan lentur ( bending stiffness) yang dikembangkan oleh Irvine (1981) dan terus dilanjutkan oleh Shimada (1994), Zui dkk, (1996), Kim dan Park (2007), Bellino (2010), Fang dan Wang (2012) yang kemudian mempertimbangkan pengaruh sag, kekakuan lentur dan kondisi batas tumpuan untuk memperbaiki akurasi dan aplikasinya di lapangan. Prosedur metode vibrasi pada kabel secara umum digunakan dengan mengumpulkan respon kabel yang mengalami getaran bebas (free vibration) yang ditangkap oleh accelerometer dan dilakukan perekaman frekuensi alami struktur dengan menggunakan bantuan software dan A/D converter terhadap gaya eksitasi berupa impact dengan pukulan tangan atau hammer, kabel ditarik kemudian dilepaskan ( pull release) maupun ambient vibration. Kemudian frekuensi alami dan nomer mode diekstrak dari hasil analisis menggunakan teknik analisis modal untuk mengumpulkan data dan akhirnya gaya aksial tarik wire rope ditentukan berdasarkan analytical close form solution yang menghubungkan antara frekuensi alami dan gaya aksial tarik (Kim dan Park (2007)).

3 Gaya aksial tarik yang terjadi pada wire rope sangat menentukan kapasitas dari struktur jembatan itu sendiri. Efek variasi jenis tumpuan dan gaya aksial tarik yang diberikan pada wire rope memberikan karakter yang berbeda terhadap frekuensi alami dan gaya internal yang terjadi pada wire rope. Selain itu pengaruh dari panjang, diameter dan jenis konstruksi wire rope juga memberikan kontribusi terhadap hal tersebut. Tumpuan yang digunakan pada penelitian adalah tumpuan sederhana berupa sendi yang umumnya digunakan pada jembatan cable stayed ataupun jembatan suspensi dan hasil pengukuran frekuensi alami digunakan untuk memprediksi gaya aksial tarik yang kemudian dibandingkan dengan gaya aksial tarik yang diberikan saat pengujian. Dengan memvariasikan panjang wire rope dan dilakukan pengukuran dinamik di laboratorium terhadap getaran bebas yang terjadi akibat impact dan ambient vibration diharapkan akan diperoleh hubungan antara variasi panjang wire rope terhadap prediksi gaya aksial serta frekuensi alami dan mode shape dari wire rope dengan menggunakan metode vibrasi Tujuan Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan tujuan : 1. Mengetahui hubungan antara gaya dan kekakuan aksial non linier yang terjadi pada wire rope. 2. Mengetahui pengaruh variasi panjang wire rope yang mengalami gaya aksial tarik pada frekuensi alami dari wire rope. 3. Mengetahui pengaruh peningkatan gaya aksial tarik pada frekuensi alami dari wire rope. 4. Membandingkan hasil perhitungan beberapa metode vibrasi dengan hasil pengukuran wire rope vertikal dengan tumpuan sendi Manfaat Penelitian Melalui penelitian ini diharapkan dapat mengetahui pengaruh panjang, pengaruh peningkatan gaya aksial serta pengaruh peningkatan kekakuan aksial wire rope pada frekuensi alami dan mode shape dengan menggunakan metode vibrasi serta

4 dapat diketahui akurasi prediksi gaya aksial tarik menggunakan berbagai metode vibrasi yang ada. Dengan mengetahui hubungan tersebut diharapkan hasil penelitian ini dapat diimplementasikan di lapangan dalam rangka pengukuran gaya aksial tarik kabel jembatan baik pada tahap pembangunan jembatan (construction site monitoring) ataupun pada tahap pemeliharaan jembatan (structural health monitoring) dengan menentukan frekuensi alami melalui metode vibrasi Batasan Penelitian Ruang lingkup pada penelitian ini dibatasi pada hal-hal berikut : 1. Pengujian dilakukan pada wire rope dengan diameter 6 mm dengan konstruksi 6x37 + IWRC dengan panjang benda uji 1 m, 2 m, 3 m dan 3,5 m. 2. Wire rope dibebani tarik dengan posisi vertikal sehingga lebih tepat digunakan untuk mewakili wire rope pada jembatan suspensi dari pada jembatan cable stayed. 3. Pemberian gaya aksial tarik dilakukan secara bertahap dimulai dengan 1580 N, 3160 N, 4740 N, 6120 N, 7900 N dan N dengan peningkatan beban sebesar 8,7 % dari beban teoritis yang menghasilkan tegangan leleh (fy) sampai dengan 58% beban leleh (masih di bawah tegangan ijin dari wire rope). 4. Jenis tumpuan wire rope yang digunakan adalah sendi. 5. Pengukuran karakteristik dinamik akibat gaya aksial tarik dibatasi pada frekuensi alami dan mode shape pada wire rope baja yang diukur dengan menggunakan gaya eksitasi berupa impact vibration dengan pukulan tangan dan ambient vibration. 6. Pengaruh thermal, resonansi dan faktor lain diabaikan Keaslian Penelitian Penelitian yang berbuhungan dengan efek gaya aksial dengan menggunakan metode vibrasi telah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya. Adapun penelitian yang pernah dilakukan adalah sebagai berikut :

5 1. Zui, dkk, 1996 meneliti tentang formula praktis dalam mengestimasi gaya aksial kabel dengan menggunakan metode vibrasi. 2. Kim, dkk, 2007 melakukan studi perbandingkan metode estimasi gaya aksial untuk jembatan kabel. 3. Picauly, 2009 meneliti tentang identifikasi frekuensi alami struktur kabel (cable stayed) dan kaitannya pada gaya-gaya dalam (model laboratorium). 4. Hasibuan, 2012 meneliti tentang identifikasi gaya batang tekan pada profil baja siku untuk berbagai macam tumpuan dengan menggunakan metode vibrasi. 5. Irawan, 2012 mengevaluasi tentang gaya-gaya batang yang terjadi pada struktur rangka baja (truss) dengan menggunakan metode vibrasi. 6. Fang dan Wang, 2012 melakukan penelitian untuk mendapatkan formula praktis dalam mengestimasi gaya aksial tarik kabel melalui metode vibrasi. 7. Belino, dkk, 2013 mengesitimasi gaya aksial tarik pada kabel dengan berbagai kondisi batas dengan teknik penambahan massa. 8. Cho, dkk, 2013 melakukan studi lapangan tentang perbandingan metode pengukuran gaya aksial tarik jembatan untuk jembatan cable stayed. 9. Ferdina, 2014 memantau gaya aksial jembatan gantung atau cable stayed pada hinge jembatan dengan penampang besi silinder pejal menggunakan metode getaran. Penelitian dengan judul Pengaruh Panjang Kabel ( Wire Rope) Pada Frekuensi Alami dan Prediksi Gaya Aksial Tarik belum pernah dilakukan sebelumnya berdasarkan referensi tema tesis yang ada di Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan UGM maupun di luar instansi pendidikan Universitas Gadjah Mada.