1) Indonesia berada pada wilayah rawan gempa sehingga desain jembatan harus mempertimbangkan mekanisme gempa. 2) Perubahan peraturan mengenai periode ulang gempa menjadi 1000 tahun memerlukan optimasi struktur agar biaya tidak meningkat drastis dan struktur tetap aman. 3) Seismic isolator seperti LRB efektif untuk mengurangi gaya gempa yang masuk ke pondasi hingga 50%.
2. PENDAHULUAN
Indonesia berada di wilayah gempa yang tersebar di seluruh wilayahnya. Sehingga mekanisme gempa pada struktur
jembatan menjadi suatu hal yang secara umum harus selalu diperhatikan.
Seiring dengan adanya perubahan peraturan gempa untuk jembatan sejak SNI 2833 – 2016 disahkan, yang mensyaratkan
penggunaan perioda ulang gempa 1000 tahun untuk semua lokasi dan semua tipe jembatan, yang sebelumnya masih bisa
menggunakan perioda ulang gempa 500 tahun; maka diperlukan adanya suatu rekayasa struktur untuk mengoptimalkan
desain agar tidak menimbulkan lonjakan harga struktur yang cukup tinggi, selain memperhatikan keandalan struktur agar
tidak mengalami kerusakan atau kegagalan struktur.
Bagian yang paling dipengaruhi dari adanya perubahan besaran gempa tersebut adalah pondasi dan pier. Terutamanya
adalah pondasi, karena untuk zona gempa 3 dan 4, disyaratkan pondasi menggunakan nilai modification factor adalah 1
atau dengan desain kapasitas non linier yang lebih kompleks cara perhitungannya.
Seismic isolator merupakan alternatif yang cukup effektif untuk melakukan rekayasa mekanisme struktur yang mampu
mendisipasi energi gempa cukup besar, sehingga gaya yang masuk ke pondasi bisa tereduksi sampai 50%.
3. HANYA ADA PETA GEMPA PERIODA ULANG 1000TAHUN
DI SNI 2833 -2016
8. SEISMIC ISOLATOR
LRB adalah salah satu dari seismic isolator. Seismic isolation adalah adalah mekanisme untuk memodifikasi respon
struktur, yang bertujuan untuk mengurangi effek dari gempa pada jembatan atau bangunan lainnya.
Secara fisik, LRB ini “memisahkan” pergerakan struktur atas jembatan dari komponen gaya horizontal pergerakan
tanah akibat gempa, yang bertujuan untuk mereduksi gaya gempa yang terjadi pada struktur jembatan.
“Pemisahan” struktur atas dan struktur bawah ini diatur dengan memposisikan / menyisipkan di antranya, suatu alat
yang memiliki kekakuan horizontal yang relatif sangat rendah. Sehingga pada saat terjadi gempa, deformasi yang lebih
dulu terjadi adalah pada seismic isolator tersebut, bukan pada struktur bawahnya. Hal ini akan sangat mengurangi gaya
gempa yang masuk ke struktur bawah yang ditrasfer dari massa struktur atasnya.
9. KARAKTERISTIK LRB PADA STRUKTUR
Memberikan fleksibilitas pada struktur untuk memperpanjang perioda getaran jembatan sehingga dapat
mengurangi gaya gempa yang masuk ke struktur bawah.
Disipasi energi untuk membatasi perpindahan relatif antar struktur di atas isolator / LRB dan struktur di
bawahnya.
Memberikan kekakuan yang memadai untuk beban layan (angin, pengereman kendaraan) serta dapat sekaligus
mengakomodir efek lingkungan seperti suhu, rangkak, susut dan tarikan kabel prestress.
13. SIMPLIFIKASI PERUBAHAN PERIODA STRUKTUR
Semakin panjang perioda struktur, maka nilai
percepatannya akan berkurang, maka gaya
gempa yang masuk ke struktur penahan gempa
juga akan berkurang.
Besaran gempa merupakan fungsi dari massa
dan percepatan gempa.
17. Based on NCHRP 20-7
1-Step. Simplified methode Solution for Design LRB
Number of Pier 4 Side Pier Main Pier
Number of Isolator per Pier : 8 18
Preeliminary Total LRB Properties
Qd = 12480 kN assume 5% total Weight, or equivalent deflection result
k1 = 1068521.98 kN/m assume k2/k1 = 0.15
k2 = 160278.297 kN/m Post Yield stiffeness, first can be assume as equal to twice Kd = 0.05 W/d , or equivalent deflection result
Δy = Qd/k1-k2
= 0.01 m
Δmax = 0.134 m first assumtion
error 4.0229E-05 goalseek to 0
Q2 = Qd + k2Δmax
= 33880 kN
keff = Qd/Δmax+k2
= 253749 kN/m
Total Permanent Mass Structure 107000 KN
K Base 1.00E+07
Based on Guide Specifications for Seismic Isolation Design (AASHTO, 2010
F (kN)
Q2
k2
Qd
keff
k1
Δy Δmax Δ (m)
18. Long Direction
n-Support W j Q d,j K d,j K sub,j 𝞪 j K eff,j d isol,j K isol,j d sub,j F sub,j
P20 15000 1749.5 22468.9202 1.00E+07 3.56E-03 3.55E+04 1.33E-01 3.56E+04 4.74E-04 4738.88
P21 33000 3849 49431.6244 1.00E+07 7.85E-03 7.79E+04 1.32E-01 7.85E+04 1.04E-03 10397.58
P22 33000 3849 49431.6244 1.00E+07 7.85E-03 7.79E+04 1.32E-01 7.85E+04 1.04E-03 10397.58
P23 15000 1749.5 22468.9202 1.00E+07 3.56E-03 3.55E+04 1.33E-01 3.56E+04 4.74E-04 4738.88
P-
P-
P-
P-
𝞢 F base = 30272.92 KN 10397.58 KN
used as first iteration values (2-Step)
K eff = 5.67E+04 KN/m
T eff = 1.305 s
x = 23%
B = 1.58894417 Damping factor
SD1 = 0.64 Soil Class
Δ itr = 0.1334775 m Compared to first Assumtion
K isol = 7.09E+03
max Base Shear Longitudinal =
K eff,j ( d isol,j + d sub,j )2
632.73
1388.26
1388.26
632.73
Q d,j d isol,j
232.76
509.90
509.90
232.76
keff
k1
Δy Δmax Δ (m)
21. 2-Step. Multi Mode methode Solution for Design LRB
LRB Properties ( Based on simplified methode )
n-Support Q d,i K d,i K u,i d y,i k isol,i Q 2,i
P20 218.691589 2808.6 18724.1001 0.013741 4436.5678 593.69159
P21 213.831776 2746.2 18308.009 0.013741 4326.3386 580.49844
P22 213.831776 2746.2 18308.009 0.013741 4326.3386 580.49844
P23 218.691589 2808.6 18724.1001 0.013741 4436.5678 593.69159
P-
P-
P-
P-
0.013741 m
K isol = 7.09E+03 KN/m used as first iteration
x = 23%
First Iteration Composite Response Spectra
Teff = 1.13 s time perode 1st mode ( Long )
K Base 1.00E+07
yield displacement isolator =
Performance requirements for the structural system and limitations on
total movements can used to define the optimum effective period and
level of damping.np
22. n-Support d isol,i K isol,i Keff,j disol,j d sub,j
P20 0.09 5238.5 5236 0.0897 0.0003
P21 0.101 4863.3 4861 0.1002 0.0008
P22 0.076 5559.8 5557 0.0754 0.0006
P23 0.071 5888.8 5885 0.0707 0.0003
P-
P-
P-
P-
Used as 2nd iteration values
K isol = 5388 KN/m
T eff = 1.13 s
x = 25%
B = 1.622 Damping factor
2nd Iteration Composite Response Spectra
Teff = 1.24 s time perode 1st mode ( Long )
First 2nd
n-Support d isol,i d isol,i error
P20 0.09 0.078 13%
P21 0.101 0.11 9%
P22 0.076 0.063 17%
P23 0.071 0.06 15%
P-
P-
P-
P-
42.7
50.4
K eff,j ( d isol,i + d sub,j )2
32.6
29.9
1.00E+07
Q d,i (d isol,i -d y,i)
K sub,j
1.00E+07
1.00E+07
13.31299407
12.52210417
1.00E+07
18.65878846
16.67724436
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Spectral
Acceleration
(g)
Periode (s)
Composite Respon Spektra 1000 Yr
23. n-Support d isol,i K isol,i Keff,j disol,j d sub,j
P20 0.078 5612.4 5609 0.0777 0.0003
P21 0.11 4690.1 4688 0.1091 0.0009
P22 0.063 6140.4 6137 0.0625 0.0005
P23 0.06 6453.5 6449 0.0598 0.0002
P-
P-
P-
P-
Used as 3th iteration values
K isol = 5724 KN/m
T eff = 1.24 s
x = 25%
B = 1.623 Damping factor
1.00E+07 10.53318098 24.7
1.00E+07 10.11649669 23.4
1.00E+07 20.58327444 57.6
K sub,j Q d,i (d isol,i -d y,i) K eff,j ( d isol,i + d sub,j )2
1.00E+07 14.05294529 34.4
24. 3th Iteration Composite Response Spectra
Teff = 1.21 s time perode 1st mode ( Long )
2nd 3th
n-Support d isol,i d isol,i error
P20 0.078 0.075 4%
P21 0.11 0.11 0%
P22 0.063 0.062 2%
P23 0.06 0.058 3%
P-
P-
P-
P-
n-Support d isol,i K isol,i Keff,j disol,j d sub,j
P20 0.075 5724.5 5721 0.0747 0.0003
P21 0.11 4690.1 4688 0.1091 0.0009
P22 0.062 6195.1 6191 0.0615 0.0005
P23 0.058 6579.2 6575 0.0578 0.0002
P-
P-
P-
P-
Used as 4 iteration values
K isol = 5797.22252 KN/m
T eff = 1.21 s
x = 25%
B = 1.624 Damping factor
1.00E+07 9.679113517 22.3
1.00E+07 20.58327444 57.6
1.00E+07 10.31934921 24.2
K sub,j Q d,i (d isol,i -d y,i) K eff,j ( d isol,i + d sub,j )2
1.00E+07 13.39687053 32.4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Spectral
Acceleration
(g)
Periode (s)
Composite Respon Spektra 1000 Yr
25. Used as 4 iteration values
K isol = 5797.22252 KN/m
T eff = 1.21 s
x = 25%
B = 1.624 Damping factor
4th Iteration Composite Response Spectra
Teff = 1.21 s time perode 1st mode ( Long )
3th 4th
n-Support d isol,i d isol,i error
P20 0.075 0.075 0%
P21 0.11 0.11 0%
P22 0.062 0.06 3%
P23 0.058 0.06 3%
P-
P-
P-
P-
n-Support d isol,i K isol,i Keff,j disol,j d sub,j
P20 0.075 5724.5 5721 0.0747 0.0003
P21 0.11 4690.1 4688 0.1091 0.0009
P22 0.06 6310.1 6306 0.0595 0.0005
P23 0.06 6453.5 6449 0.0598 0.0002
P-
P-
P-
P-
Used as final iteration values
K isol = 5795 KN/m
T eff = 1.21 s
x = 25%
B = 1.625 Damping factor
1.00E+07 9.891685657 23.1
1.00E+07 10.11649669 23.4
1.00E+07 13.39687053 32.4
1.00E+07 20.58327444 57.6
K sub,j Q d,i (d isol,i -d y,i) K eff,j ( d isol,i + d sub,j )2
0.0000
0.2000
0.4000
0.6000
0.8000
1.0000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Spectral
Acceleration
(g)
Periode (s)
Composite Respon Spektra 1000 Yr
27. PERFORMANCE PADA LRB
Performance pada LRB harus dilakukan dengan memberikan input ground motion pada struktur dan akan terbaca
pada spring LRB berupa histeristik loop dari beban dan displacement.
Jumlah ground motion yang diberikan sesuai dengan ketentuan
30. EFFEKTIFITAS PENGGUNAAN LRB DI DAERAH ZONA 1 DAN 2
Pada Zona 1 dan 2, pada umumnya besaran pondasi lebih ditentukan oleh besaran yang diakibatkan beban layan,
seperti rangkak susut, suhu, dan beban kendaraan. Dalam kondisi ekstrim atau ultimate, kondisi tanpa gempa
terkadang lebih menentukan. Sehingga secara sederhana pada umumnya, di zona 1 dan 2, LRB tidak akan bekerja
effektif.
Namun ada kondisi dimana jembatan adalah elevated atau jembatan layang tipikal yang menerus secara kontinu
beberapa bentang. Sehingga ada kebutuhan pergerakan bearing saat rangkak susut dan saat gempa walaupun kecil,
dapat dipikul oleh seluruh pilar, tidak hanya satu pilar yang di fix kan dari sepanjang struktur menerus tersebut.
32. CONTOH PENGGUNAAN LRB DI ZONA 2
Box menerus sepanjang bentang (EJ hanya diujung ujungnya saja)
Tiap pier bila menggunakan elastomer dengan fix dan move di setiap bentangnya, harus ada EJ di setiap bentang.
Bila menggunakan elastomer biasa tanpa ada EJ di setiap bentang, maka hanya ada satu pin yang fix dan pada saat
gempa hanya ada satu pier yang menahan. Hal ini bisa mengakibatkan satu pier saja yang menahan gempa untuk
semua struktur dan akan mengakibatkan pondasi yang cukup banyak.
Bila menggunakan LRB, semua pier dapat bergerak untuk kebutuhan rangkak susut dan suhu, namun juga semua
pier bisa bersamaan mendistribusikan gaya gempa ke semua pier.
39. DESKRIPSI
Distribusi gempa yang bisa merata di seluruh pier
Reduksi gaya gampa pada pondasi yang bisa mengurangi jumlah pondasi sehingga selain mengoptimasi biaya
struktur, juga dapat mengurangi lahan untuk pondasi yang pada umumnya sangat terbatas untuk lokasi jalan layang
yang pada umumnya berada di daerah yang tidak bebas.
Untuk biaya konstruksi secara keseluruhan, pengurangan jumlah / biaya pondasi akan jauh lebih besar dibandingkan
kenaikan biaya bearing biasa menjadi LRB
44. DESKRIPSI
Panjang bentang utama 120 m
Pier pendek / tanpa pier. Perioda struktur tanpa bearing akan sangat kaku. Bila dimonolitkan akan mengakibatkan
rangkak susut yang memberikan tegangan sangat besar di struktur.
Pengaplikasian pot bearing biasa harus dengan konfigurasi fix dan move, hanya satu pier yang menahan gempa,
pondasi akan sangat banyak.
Penggunaan LRB di semua pier akan memberikan optimasi : semua pier akan menahan gaya gempa, gaya gempa
yang masuk sudah terdisipasi oleh LRB.
Jumlah pondasi yang tidak terlalu banyak mengantisipasi struktur pondasi tidak sampai masuk ke dalam sungai.
48. DESKRIPSI
Panjang bentang utama 120 m
Pier sangat pendek.Tapi untuk mekanisme soil – structure interaction yang memodelkan pile cap dan pondasi
menjadi satu kesatuan struktur (karena pondasi di air), maka perioda struktur menjadi lebih panjang.
Ada dua pusat massa, yaitu box jembatan dan pile cap.
Bila menggunakan LRB, pergerakan lebih dulu terjadi akibat pergerakan pile cap, sehingga gaya lateral di pier selalu
lebih besar dari gaya lateral yang masuk ke LRB.
52. DESKRIPSI
Diperlukan struktur pier dan box yang monolit untuk mengantisipasi pergerakan struktur jembatan akibat adanya
rotasi dari jembatan yang mempunyai kelengkungan.
Sebagian besar gaya gempa akan terserap ke pier monolit
Penggunaan LRB di posisi end pier tidak akan memberikan kontribusi yang optimal.
53. PENGGUNAAN LRB PADA STRUKTURYANG SUDAH TERBANGUN
Beberapa struktur elevated yang sudah terbangun masih menggunakan besaran gempa dengan perioda ulang 500
tahun.
Salah satu cara untuk menyesuaikan performance struktur terhadap gempa perioda ulang 1000 tahun adalah
dengan mengganti elastomer / pot bearing pada struktur tersebut menjadi LRB
54. KESIMPULAN
Untuk zona 1 dan zona 2, pada umumnya LRB tidak effektif digunakan
Untuk zona 3 dan zona 4 :
a. Bentang tipikal (40 – 50 m an), perioda struktur kurang dari 2 detik, tanah lunak ke sedang, lokasi padat (lahan
terbatas) : LRB effektif digunakan.
b. Bentang tipikal (40 – 50 m an), perioda struktur lebih dari 2 detik (pier fleksibel), dan / atau tanah lunak LRB
tidak effektif digunakan.
c. Bentang panjang : pier pendek, pile cap tertanam di tanah, periode struktur kaku LRB effektif digunakan (harus
diperhatikan juga daya dukung aksial yang ditahan).
d. Bentang panjang : pier pendek, pile cap di atas air, pondasi di air, perioda struktur tinggi LRB tidak effektif
digunakan.
