Analisis dinamik bendungan urugan adalah suatu studi yang sangat penting untuk memastikan keamanan dan stabilitas bendungan terhadap beban gempa. Mengingat potensi bahaya yang besar jika terjadi kegagalan bendungan, analisis ini menjadi salah satu persyaratan utama dalam perencanaan dan evaluasi kondisi bendungan.
Pentingnya Analisis Dinamik
- Beban Gempa: Beban gempa merupakan beban dinamis yang signifikan dan dapat menyebabkan kerusakan serius pada bendungan.
- Kestabilan: Analisis dinamik membantu dalam mengevaluasi stabilitas lereng bendungan terhadap gaya-gaya inersia yang timbul akibat gempa.
- Deformasi: Analisis ini juga digunakan untuk memprediksi deformasi yang mungkin terjadi pada tubuh bendungan selama gempa.
- Perencanaan Mitigasi: Hasil analisis dapat digunakan untuk merancang tindakan mitigasi yang tepat, seperti perbaikan struktur atau pengembangan prosedur darurat.
Tahapan Analisis Dinamik
Secara umum, analisis dinamik bendungan urugan meliputi tahapan sebagai berikut:
Penelusuran Bahaya Gempa:
- Identifikasi sumber gempa: Menentukan sumber-sumber gempa potensial di sekitar lokasi bendungan.
- Penentuan parameter gempa: Menentukan parameter gempa seperti magnitudo, jarak episenter, dan mekanisme sumber.
Analisis Bahaya Gempa:
- Pembuatan peta gempa: Membuat peta yang menunjukkan distribusi guncangan gempa di sekitar lokasi bendungan.
- Penentuan spektrum respons: Menentukan spektrum respons gempa yang sesuai dengan kondisi tanah dan struktur bendungan.
Pemodelan Bendungan:
- Diskretisasi: Membagi bendungan menjadi elemen-elemen finite yang lebih kecil.
- Definisi material: Menentukan sifat-sifat material dari setiap elemen, seperti modulus elastisitas, berat jenis, dan koefisien Poisson.
- Pemberian beban: Menerapkan beban gempa pada model bendungan dalam bentuk percepatan tanah.
Analisis Respon:
- Analisis modal: Menentukan frekuensi dan mode getar alami bendungan.
- Analisis respons waktu: Menghitung respons bendungan terhadap beban gempa dalam domain waktu.
- Evaluasi hasil: Menganalisis hasil analisis untuk mengevaluasi tegangan, deformasi, dan faktor keamanan bendungan.
Metode Analisis
Beberapa metode analisis dinamik yang umum digunakan antara lain:
- Metode elemen hingga: Metode yang paling umum digunakan karena fleksibilitasnya dalam memodelkan geometri dan kondisi batas yang kompleks.
- Metode respons spektrum: Metode yang lebih sederhana dan efisien untuk mendapatkan gambaran umum tentang respons bendungan.
- Analisis sejarah waktu: Metode yang lebih akurat untuk memperhitungkan efek non-linearitas material dan interaksi tanah-struktur.
Faktor yang Mempengaruhi Analisis
- Karakteristik gempa: Magnitudo, jarak episenter, dan mekanisme sumber gempa sangat mempengaruhi respons bendungan.
- Karakteristik tanah: Sifat-sifat tanah dasar dan lapisan tanah di bawah bendungan sangat berpengaruh terhadap penyebaran gelombang gempa.
- Geometri bendungan: Dimensi, bentuk, dan konfigurasi bendungan akan mempengaruhi perilaku dinamiknya.
- Material bendungan: Sifat-sifat material penyusun bendungan, seperti kepadatan, modulus elastisitas, dan kekuatan geser, sangat penting dalam analisis.
Catatan: Analisis dinamik bendungan merupakan pekerjaan yang kompleks dan membutuhkan keahlian khusus. Oleh karena itu, sangat disarankan untuk melibatkan tenaga ahli yang berpengalaman dalam bidang ini.
Referensi Tambahan
Untuk informasi yang lebih detail, Anda dapat merujuk pada pedoman dan standar yang berlaku, seperti:
- Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air (Puslitbang SDA): Lembaga ini memiliki berbagai publikasi terkait analisis keamanan bendungan.
- Standar Nasional Indonesia (SNI): SNI terkait perencanaan dan konstruksi bendungan.
- International Commission on Large Dams (ICOLD): Organisasi internasional yang menerbitkan berbagai publikasi tentang bendungan.
Perbedaan Analisis Statis dan Dinamik
Analisis statis dan dinamik adalah dua pendekatan berbeda dalam menganalisis struktur. Perbedaan utama terletak pada pertimbangan waktu dalam penerapan beban.
Analisis Statis
- Beban: Beban dianggap bekerja secara perlahan dan konstan, tidak ada perubahan seiring waktu.
- Waktu: Waktu tidak menjadi faktor yang signifikan dalam perhitungan.
- Tujuan: Menghitung gaya dalam, tegangan, dan deformasi pada struktur dalam kondisi kesetimbangan.
- Contoh Beban: Beban mati struktur, beban hidup statis seperti perabotan, dan beban angin yang dianggap konstan.
- Metode: Biasanya menggunakan persamaan kesetimbangan gaya dan momen.
Analisis Dinamik
- Beban: Beban bervariasi terhadap waktu, seperti beban gempa, beban angin kencang, atau beban akibat lalu lintas.
- Waktu: Waktu menjadi variabel penting dalam perhitungan karena respons struktur terhadap beban berubah seiring waktu.
- Tujuan: Menghitung respons struktur terhadap beban dinamis, termasuk perpindahan, kecepatan, percepatan, dan gaya dalam yang berubah seiring waktu.
- Contoh Beban: Beban gempa, beban angin kencang, beban akibat lalu lintas, dan beban ledakan.
- Metode: Menggunakan persamaan diferensial gerak, analisis modal, dan analisis respons spektrum.
Tabel Perbandingan
| Aspek | Analisis Statis | Analisis Dinamik |
|---|---|---|
| Waktu | Tidak signifikan | Sangat signifikan |
| Beban | Konstan | Berubah seiring waktu |
| Tujuan | Kesetimbangan | Respons terhadap beban dinamis |
| Metode | Persamaan kesetimbangan | Persamaan diferensial gerak, analisis modal, respons spektrum |
Langkah Analisis
1. Pengumpulan Data
Langkah awal pengerjaan yang dilakukan pada tahap ini adalah mengumpulkan sumber-sumber gempa yang
berpengaruh terhadap lokasi studi. Dalam
penelitian ini diambil radius pengaruh sumber gempa terhadap lokasi studi adalah 500 km. Sumber-sumber gempa yang digunakan
dalam penelitian ini adalah megathrust,
benioff, dan shallow crustal. Data-data tersebut didapat melalui badan geologi serta Buku Peta Gempa Tahun
2021. Pengumpulan dan pengolahan data sumber-sumber
gempa dibantu dengan perangkat lunak Arc Gis.
2. Analisis Bahaya Gempa
Apabila seluruh
sumber gempa dengan radius pengaruh terhadap lokasi studi 500 km didapat, data tersebut dimasukkan kedalam perangkat lunak EZ Frisk.
Ez Frisk membantu penelitian dalam melakukan seismic hazard analysis. Adapun data penting dari sumber-sumber gempa yang
diperlukan dalam analisis adalah jarak serta magnitudo dari masing-masing sumber.
EZ Frisk akan melakukan perhitungan probabilistik berdasarkan probabilitas jarak, magnitudo, serta percepatan
gempa. Percepatan gempa didapatkan melalui sebuah fungsi atenuasi. Fungsi atenuasi didapat dari hasil
penelitian percepatan gempa yang ada disekitar
lokasi terjadinya gempa dengan memasukkan fungsi jarak, karakteristik
sumber gempa serta magnitudo. Di Indonesia pencatatan percepatan gempa terdahulu
tidak dilakukan sehingga
fungsi atenuasi yang menggambarkan kondisi
lokal tidak dapat ditemukan.
Oleh karena itu dalam penelitian ini digunakan fungsi atenuasi global yang kerap digunakan
di dunia. Penentuan
fungsi atenuasi dalam penelitian mengikuti acuan Buku Peta Gempa 2021
dimana dibedakan antara tiap sumber gempa
yakni megathrust, benioff, serta shallow crustal. Setelah data telah tersedia lengkap dimasukkan kedalam EZ Frisk maka EZ Frisk akan
menghitung Total Hazard Spectra yang
dihasilkan dari perhitungan. Total hazard spectra menggambarkan probabilitas dari percepatan gempa yang terlampaui di lokasi bendungan. Nantinya Total Hazard
Spectra akan diverifikasi dengan data Buku Peta Gempa 2021 untuk
masing-masing periode ulang yang dibutuhkan.
3. Mencari nilai deagregasi untuk setiap sumber gempa.
Dalam proses deagregasi dibutuhkan suatu nilai
periode natural dari bendungan. Nilai periode natural akan didapat
melalui analisis model dengan menggunakan Quake/W sesuai dengan karakter
tanah dan geometri Bendungan. Adapun tujuan dilakukannya deagregasi
adalah untuk membuat conditional mean spetra dan juga untuk menentukan nilai magnitudo, jarak, serta amplitudo percepatan yang menggambarkan sumber tersebut. Setelah proses deagregasi dilakukan pencarian time histories di lokasi lain yang memiliki keunikan
jarak, magnitudo, dan percepatan seperti
lokasi studi. Dari data
time histories tersebut akan
dilakukan spectral matching dengan
conditional mean spectra lokasi studi
agar tercipta time histories sintetik.
Time histories inilah yang akan digunakan
dalam melakukan analisis
respon dinamik Bendungan.
4. Analisis Deformasi Newmark
Pembuatan model geometri Bendungan dibuat bersamaan dengan dilakukannya seismic hazard analysis. Tujuannya agar pada tahap analisis deagregasi kebutuhan periode natural dari Bendungan dapat dimasukkan ke dalamnya.
Kemudian time histories yang telah sesuai dari hasil scaling akan dilakukan penjalaran gelombang menuju puncak dan diamati untuk setiap posisi y/h 0.1, 0.2, hingga 1. Nilai amplifikasi ataupun deamplifikasi untuk setiap ketinggian akan digunakan untuk mencari parameter 𝛽. Nilai 𝛽 akan digunakan sebagai faktor perbesaran atau pengecilan koefisien pseudo-statik.Selanjutnya dilakukan analisis deformasi
newmark yang digunakan untuk mengetahui
nilai perbandingan koefisien pseudo-statik terhadap percepatan gempa di permukaan. Dalam analisis ini pertama
tama menentukan empat bidang longsor di
bagian hulu dan hilir dengan ketentuan y/h = 1. Kemudian output dari analisis tersebut adalah nilai deformasi yang berpotensi terjadi. Nilai deformasi
untuk bendungan urugan sebagai angka
toleransi adalah 30 cm (Bray, 1998).
Arti dari deformasi 30 cm adalah pada
saat nilai angka keamanan pseudo-statik adalah 1, maka ditoleransi akan terjadi deformasi
sebesar 30 cm. Oleh karena
itu, pada tahap
ini akan dilakukan scaling ground
motion hingga tercipta
deformasi sebesar 30 cm. Nilai PGA dan koefisien pseudo-statik
akan dibandingkan sehingga didapatkanlah nilai
𝛼.
Setelah parameter 𝛽 dan
𝛼 maka
persamaan koefisien pseudo-statik yang menggambarkan
Bendungan telah didapatkan. Kemudian akan dilakukan perbandingan nilai koefisien pseudo-statik tersebut dengan studi literatur lainnya.
5. Analisis Dinamik Quake/W Untuk Mencari Periode Natural
Periode natural
bendungan dapat ditentukan dengan melihat bagaimana respon spectral kecepatan di puncak bendungan
yang terlihat signifkan
besar dalam perode
tertentu, Ghanbari (2013).
Pemodelan akan dilakukan
dengan metode elemen hingga 2D dengan model
perambatan adalah nonlinier. Meshing pemodelan elemen hingga yang digunakan berukuran 2 m. Adapun model Quake/W yang dibuat untuk dilakukan analisis
dinamik adalah nonlinier.
Dalam pemodelan
analisis dinamik mencari periode natural Bendungan cukup memasukkan beban ground
motion dari sembarang tempat. Dalam studi ini menggunakan 7 ground motion, di antaranya:
1. Tokachi-Oki 2003
2. Estern Honshu 2011
3. Niigata Ken Chuetsu 2004
4. Sintetik Bintang Bano
5. El Centro 1940
6. Treasure Island 1989
7. Palu 2018
6. Validasi Model
Sebuah model perlu
untuk divalidasi apakah sudah benar atau belum. Pada analisis ini model akan divalidasi dengan pedoman SNI 1726-2019 mengenai
amplifikasi akibat perambatan gelombang. Validasi dilakuakan pada 3 ground motion, yaitu Tokachi-Oki 2003, Estern
Honshu 2011, dan Niigata Ken Chuetsu (2004). Dalam pedoman tersebut dituliskan bahwa
material tanah dengan kelas situs terntentu
(i.e. SA, SB, SC, SD, SE, dan SF) akan merespon percepatan gempa dari batuan
dasar hingga ke permukaan dengan
perilaku yang berbeda.
Tabel dibawah menjelaskan klasifikasi kelas situs tanah berdasarkan Vs, Nspt, dan Su.
7. Memodelkan geometri bendungan dan batasan Pemodelan
- Definisi Geometri: Buat model 2D atau 3D yang merepresentasikan geometri bendungan, tanah dasar, dan lapisan tanah di sekitarnya.
- Material Model: Tentukan model material yang sesuai untuk masing-masing lapisan tanah dan material bendungan. Model material yang umum digunakan adalah Mohr-Coulomb, Drucker-Prager, atau model elastis sempurna.
- Parameter Material: Tentukan parameter material seperti modulus elastisitas, koefisien Poisson, berat jenis, sudut geser dalam, dan kohesi untuk setiap material. Parameter-parameter ini dapat diperoleh dari hasil uji laboratorium atau data lapangan.
8. Definisi Kondisi Batas
- Kondisi Batas Eksternal: Tentukan kondisi batas eksternal seperti penahanan lateral, kondisi drainase, dan pembebanan awal.
- Kondisi Batas Internal: Tentukan kondisi batas internal antara elemen-elemen finite.
9. Analisis Statis
- Beban Statis: Terapkan beban statis seperti berat sendiri bendungan, tekanan air, dan beban tanah.
- Verifikasi Model: Lakukan analisis statis untuk memverifikasi bahwa model yang telah dibuat berperilaku sesuai dengan yang diharapkan.
10. Analisis Dinamik
- Definisi Beban Gempa:
- Spektrum Respons: Tentukan spektrum respons gempa yang sesuai dengan kondisi tanah dan peraturan perencanaan yang berlaku.
- Sejarah Waktu: Jika tersedia data percepatan tanah dari gempa historis, maka dapat digunakan sebagai input beban gempa.
- Analisis Modal: Hitung frekuensi dan mode getar alami dari sistem bendungan-tanah.
- Analisis Respons: Hitung respons bendungan terhadap beban gempa, termasuk perpindahan, kecepatan, percepatan, dan tegangan.
11. Evaluasi Hasil
- Faktor Keamanan: Evaluasi faktor keamanan terhadap berbagai jenis kegagalan, seperti longsor, geser, dan retak.
- Deformasi: Periksa deformasi yang terjadi pada bendungan, terutama pada daerah kritis seperti lereng hulu dan hilir.
- Tekanan Pori dan Uplift pressure: Evaluasi perubahan tekanan pori dalam tanah untuk menilai potensi likuifaksi.
Modul GeoStudio yang relevan digunakan.
- SEEP/W: Untuk analisis aliran air dalam tanah dan tekanan pori.
- SLOPE/W: Untuk analisis stabilitas lereng.
- QUAKE/W: Untuk analisis respons gempa struktur.
- SIGMA/W: Untuk analisis tegangan dan deformasi.
Tips Tambahan
- Kalibrasi Model: Kalibrasi model dengan data hasil pengujian lapangan atau data monitoring bendungan yang ada.
- Sensitivitas Analisis: Lakukan analisis sensitivitas untuk mengetahui pengaruh perubahan parameter material dan beban terhadap hasil analisis.
- Perbandingan dengan Metode Lain: Bandingkan hasil analisis GeoStudio dengan hasil analisis yang diperoleh menggunakan metode lain dan software lain seperti Geo5 untuk verifikasi.
Contoh Analisis Sederhana
- Model 2D: Buat model 2D sederhana yang mewakili penampang melintang bendungan.
- Material: Tentukan parameter material untuk bendungan dan tanah dasar.
- Beban Gempa: Terapkan spektrum respons gempa yang sesuai.
- Analisis Modal: Hitung frekuensi dan mode getar alami.
- Analisis Respons: Hitung perpindahan maksimum dan faktor keamanan terhadap longsor.
Penting: Analisis gempa dinamik pada bendungan merupakan pekerjaan yang kompleks dan membutuhkan pemahaman yang mendalam tentang geoteknik, struktur, dan gempa bumi. Sebaiknya konsultasikan dengan ahli geoteknik dan struktural yang berpengalaman.
Perlu diingat bahwa ini adalah panduan umum. Langkah-langkah yang spesifik dapat bervariasi tergantung pada kompleksitas model, peraturan yang berlaku, dan tujuan analisis.
Penutup
Sekian Penjelasan Singkat Mengenai Pedoman Analisis Dinamik Bendungan Urugan. Semoga Bisa Menambah Pengetahuan Kita Semua.
