Runtuhnya Jembatan Cable Stayed Chirajara di Colombia

15 Januari 2018, setengah bagian jembatan cable stay Chirajara di negara Colombia yang dalam proses konstruksi rubuh, merenggut nyawa 10 orang pekerja konstruksi dan melukai beberapa orang lainnya. Saat kejadiaan di lapangan, di-estimasi ada 20 orang pekerja yang berada di atas jembatan saat jembatan tersebut runtuh.

Foto Udara Sebelum Kegagalan Terjadi (Atas) dan Setelah Kegagalan Terjadi (Bawah)

Jembatan Cable Stayed Chirajara di Columbia
Jembatan cable stay Chirajara merupakan 1 dari 47 jembatan yang direncanakan oleh pemerintah Colombia untuk pembangunan infrastruktur transportasi dari Bogota ke Villanvicencia.

Jembatan ini berfungsi untuk mengurangi panjang jalan yang berkelok – kelok akibat lokasinya yang di pinggir tebing, dimana dengan jembatan Chirajara ini salah satu kelok panjang dapat ditembus sehingga lama perjalanan bisa dikurangi (lihat gambar di bawah).

Sistem Struktur Jembatan Secara General

Tampak Skematik Jembatan Chirajara, Dimana Tower Grid B adalah Tower Yang Runtuh (sumber : Pujol et al, 2019)

Jembatan Chirajara merupakan jembatan cable stayed dengan total panjang 446.3 meter, membentangi 150 meter kedalaman jurang di Chirajara Gorge. Jembatan ini di support oleh 2 tower beton bertulang, yang masing – masing tower men-support 52 stay cables. Setiap tower memiliki ketinggian 107.34 meter diatas caisson foundation dan jarak antar tower adalah 286.3 meter. Stay cables pada jembatan menggunakan material ASTM A416/A416M Grade 270 strands (1860 MPa) kuat tarik. Tipikal spasi dari stay anchorages pada sepanjang dek jembatan adalah 9.25 meter seperti dapat terlihat di gambar berikut :

Tampak Skematik dari Sisi Barat Tower Grid B Sebelum Runtuh 15 Januari 2018 (sumber : Pujol et al, 2019)

Bagian bentang eksterior memiliki panjang sekitar 80 meter. Pada terminal ujung di bentang eksterior dibangun abutment masif yang berfungsi sebagai angkur reaksi dan untuk counter beban pada span panjang bagian tengah.

Struktur Tower
Struktur tower pada jembatan Chirajara merupakan tower berbentuk diamond dengan web diaprgama di bagian bawah dek. Sisi atas kolom disebut Mast merupakan lokasi dimana stay cables diangkur. Mast merupakan kolom box hollow setinggi 38 meter. Dibawah Mast ada 2 upper columns berbentuk segitiga yang mana di sisi bawah upper columns ini disambung dengan tower slab yang juga berfungsi sebagai tie beam slab. Bagian bawah upper columns ada 2 bottom columns yang disambung dengan diapragma web tepat dibawah tie beam slab.

(Sumber Pujol et al, 2019 dan Jaime Diaz Presentation)

Semua material baja tulangan yang digunakan memenuhi kriteria maksimal dan minimal kuat tarik 420 MPa dan 540 MPa dengan minimal elongasi 14%, yang memenuhi kriteria ASTM A706/A706M Grade 60.

Tie Beam dan Deck
Pada sisi terlebar dari diamond shape kolom terdapat slab yang berfungsi sebagai jalan kendaraan dan tie beam slab yang menahan gaya tarik.

(Sumber Pujol et al, 2019)

Terlihat dari gambar di atas, bahwa sambungan antara diamond kolom dan tie beam slab ada cold joint, yang membuat tulangan longitudinal tidak diteruskan ke diamond kolom. Sambungan antara tie beam slab dengan diamond kolom dilakukan dengan 12 tendon 0.60 inch diameter strand, yang juga berfungsi untuk menahan gaya tarik di tie beam slab.

Deck jalan pada jembatan Chirajara merupakan struktur komposit baja-beton. Dua girder baja ketinggian 1500 mm merupakan longitudinal girder, yang mana diantara 2 balok girder baja dikoneksikan oleh balok baja tegak lurus dengan ketinggian 840 mm tiap 3 meter spasi. Rangka deck baja ini menahan 200 mm tebal beton diatasnya.

(Sumber gambar : Jaime Diaz Presentation)

Struktur Pondasi
Harus diakui kalau pondasi untuk jembatan Chirajara ini bukanlah pondasi yang mudah untuk dikonstruksi. Hal ini dikarenakan topografi lokasi jembatan berada di jurang yang sangat curam. Berikut gambaran pondasi caisson pada sisi tower grid B yang runtuh:

(Sumber gambar : Jaime Diaz Presentation)

Pondasi caisson menembus layer deposit coluvial setebal 20 meter, dimana untuk support lateral pondasi dibantu dengan permanen ground angkur yang tembus sampai lapisan tanah keras (Filita). Pondasi caisson ini merupakan pondasi sumuran dengan 8 meter diameter. Timbul keraguan apakah pondasi ini dapat diasumsikan rigid support mengingat deformasi lateral sangat mungkin terjadi jika ada masalah di ground angkur atau proses pembuatan masif caisson ini.

(Sumber gambar : Jaime Diaz Presentation)

Metode Konstruksi Jembatan
Metode konstruksi jembatan Chirajara adalah dimulai dari pembuatan kedua abutment dan tower. Setelah tower dan abutment dibangun, deck jembatan selanjutnya dibangun dari tiap – tiap abutment ke tower sebelahnya. Digunakan shoring untuk menahan deck selama proses konstruksi pada sisi ini. Selanjutnya segmen yang di konstruksi adalah segmen deck tower ke bagian tengah pada span terpanjang. Segmen bagian ini ditahan oleh stay cables, dimana cable stays di balance beban tariknya dengan cable stays di sisi span abutment tower tahap – bertahap. Setelah 7 segmen dibuat (lihat gambar tampak skematik dari sisi barat tower grid B diatas), sisa segmen selanjutnya di tengah span di balance dengan cable stay yang di-angkur ke abutment.

Investigasi Penyebab Keruntuhan
Ada 5 hipotesa awal penyebab kegagalan jembatan Chirajara yaitu:

1. Akibat mutu beton atau reinforcement (baja tulangan dan tendon) yang rendah.
2. Beban live load berlebih saat konstruksi
3. Gempa atau turbulen angin (tambahan gaya akibat fenomena alam)
4. Deformasi dari pondasi tower pylon
5. Desain error

Investigasi dilakukan untuk mengetahui lebih jauh penyebab dari kegagalan pada jembatan ini saat proses konstruksi. Data yang digunakan sebagai bahan investigasi yaitu dari wawancara terhadap pekerja lapangan, video saat keruntuhan yang beruntung tertangkap oleh kamera security, data assesmen lapangan untuk elemen – elemen struktur yang rubuh, dan inspeksi untuk tower sisi grid C yang tidak runtuh.

Wawancara terhadap pekerja lapangan
Kondisi Jembatan sisi barat Grid B saat keruntuhan terjadi menurut kontraktor adalah saat baru 13 pasang dari stay cables yang dipasang dari tower ke sisi tengah span panjang, dengan total deck kantilever terpasang sepanjang 129.5 meter termasuk deck untuk stayed cable ke 14. Semua beton deck tebal 200 mm telah di cor diatas rangka baja deck (lihat gambar tampak skematik dari sisi barat tower grid B diatas).

Pada jembatan sisi timur Grid C (sisi yang belum runtuh), baru 12 pasang pasang dari stay cables yang dipasang dari tower ke sisi tengah span panjang, dan deck rangka baja telah di pasang sampai sisi lokasi cable stay ke 13. Namun, pelat beton di atas deck pada jembatan sisi timur baru di cor sampai lokasi cable stay nomor 11, yang artinya sebagian segmen terujung belum di cor pelat betonnya.

Saat keruntuhan terjadi, telah dikonfirmasi bahwa tidak ada peristiwa gempa atau angin kuat pada lokasi. Selain itu dari hasil wawancara pekerja yang selamat bahwa tidak ada juga kendaraan konstruksi berat di atas deck saat keruntuhan terjadi. Hal ini menjelaskan bahwa hipotesa penyebab keruntuhan nomor 2 dan 3 akibat beban live load berlebih atau akibat beban gempa atau beban angin berlebih dihilangkan.

Video Saat Keruntuhan
Saat keruntuhan terjadi, kamera sekuriti berhasil menangkap video keruntuhan tersebut. Video keruntuhan jembatan Chirajara dapat dilihat sebagai berikut:

Frame pada video tersebut beberapa detik saat keruntuhan terjadi dapat dilihat sebagai berikut (interval tiap gambar sekitar 1 detik):

(Sumber Pujol et al, 2019)

Dari gambar frame video di atas, terlihat jelas bahwa keruntuhan di-trigger oleh tekuk keluar menjauh dari kedua diamond shape kolom.

Data Assesmen Lapangan
Rasanya semua insinyur yang biasa inspeksi dari sisa keruntuhan struktur sudah paham jika sangat sulit menentukan penyebab kegagalan struktur hanya dari assesmen visual sisa – sisa puing struktur saat runtuh. Hal ini dikarenakan sulit membedakan apakah kerusakan yang di-deteksi di puing bukan akibat benturan ke ground, atau secondary efek akibat beban dari deformasi besar bagian struktur yang runtuh di awal.

Foto dengan Drone untuk puing jembatan. LCS dan LCN artinya Lower Column South and North Side (Kolom bawah tower sisi selatan dan utara). UCS dan UCN artinya Upper Column South and North Side (Kolom atas tower sisi selatan dan utara). Sumber Pujol et al, 2019

Namun dikarenakan hasil investigasi dari video sesaat sebelum keruntuhan terlihat jelas bahwa keruntuhan yang terjadi diawali oleh tekuk keluar oleh kolom tower, investigasi untuk puing keruntuhan bisa di-fokuskan ke sambungan tie beam slab dan web ke diamond shape kolom. Berikut foto – foto untuk sambungan baja antara web dan kolom tower bawah, terlihat bahwa tulangan horizontal untuk menyambung antara web dan kolom yang terpasang hanya diameter D13, dan tulangan ini gagal putus fracture (gambar c dibawah).

(Sumber Pujol et al, 2019)

Assesmen dari puing juga dilakukan pada cables stayed untuk melihat apakah ada indikasi kegagalan di sana, selain itu banyak sample juga diambil agar dapat dilakukan pengujian kuat tekan beton dan tarik tulangan sehingga dapat dikonfirmasi apakah ada indikasi rendahnya mutu material yang digunakan.

Hasil dari assesmen cables stayed menunjukkan tidak ada indikasi kegagalan pada kabel, dan report dari intensif laboratorium test menunjukkan bahwa baik material beton dan baja tulangan memenuhi minimum spesifikasi yang dipersyaratkan di kontrak. Hipotesa awal nomor 1 yaitu penyebab keruntuhan akibat rendahnya mutu material yang digunakan dapat dihilangkan.

Inspeksi Untuk Tower Grid C yang Tidak Runtuh
Karena di-khawatirkannya kekuatan struktur untuk Tower grid C jembatan, inspeksi akhirnya dilakukan dengan bantuan drone. Hasil dari foto drone dilokasi sambungan antara tie beam slab, web, dan diamond kolom menunjukkan ada celah cold joint antara tie beam slab dan kolom, serta ada retak di web pas dibawah tie beam slab.

(Sumber Pujol et al, 2019)

Dari investigasi data – data tersebut, semakin jelas penyebab awal keruntuhan jembatan Chirajara ini.

Analisa Sederhana untuk Menkonfirmasi Desain
Kalkulasi secara manual berdasarkan tributary dilakukan oleh Pujol et al, 2019 untuk mendapatkan gaya tekan pada tower jembatan sisi barat Grid B. Gaya tekan ini berdarkan kondisi struktur terpasang saat keruntuhan terjadi. Gaya tekan tersebut dapat dilihat sebagai berikut:

(Sumber Pujol et al, 2019)

Total gaya aksial vertikal dari kedua kolom di lokasi tie beam slab adalah 41300 kN (termasuk beban dari deck). Tahanan gaya horizontal yang diperlukan menjadi 4130 kN (lihat gambar bawah).

Ilustrasi Gaya Yang Terjadi Pada Diamond Kolom, Faktor 1/5 Adalah Shape Factor Dari Tangen Kemiringan Kolom

Dapat terlihat bahwa terdapat gaya tarik yang besar di tie beam slab. Seperti yang banyak insinyur ketahui, bukanlah suatu hal yang mudah untuk mendesain struktur beton menahan gaya tarik sustained (tetap). Hal ini dikarenakan gaya tarik pada beton menyebabkan retak yang dapat membuat baja tulangan atau stand exposed ke cuaca dan lebih berpotensi untuk korosi, selain itu retak ini juga dapat membuat konsentrasi tegangan tarik ke lokasi retak dengan lebar terbesar, belum juga men-konsider lebar retak berlebih yang tidak enak dilihat oleh pengguna jasa. Oleh karenanya, beberapa insinyur mendesain struktur beton yang kena tarik sustained berdasarkan lebar retak, yang mana lebih rendah daripada kapasitas ultimate-nya. Contoh kegagalan struktur lainnya yang melibatkan tarik sustained pada beton adalah FIU Bridge yang penulis bahas di artikel sebelumnya.

Seperti diketahui sebelumnya (lihat catatan bagian struktur Tie Beam dan Deck), struktur tie beam slab yang dapat menahan gaya tarik hanya tendon strand Grade 270 sebanyak 12 tendon dengan 1×0.6 inch (15.24 mm) diameter strand, dimana kapasitas breaking load adalah 3120 kN yang mana kurang dari kebutuhan tahanan perlu dari hitungan manual yaitu 4130 kN (kapasitas hanya 76%). Hal ini di-perparah oleh adanya cold joint antara tie beam slab ke kolom yang mana menyebabkan konsentrasi regangan tendon hanya di lokasi cold joint, dan brittle behaviour terjadi.

Memang ada tambahan kapasitas tarik web, namun seperti dibahas sebelumnya bahwa tulangan horizontal yang menerus sampai ke kolom dari web hanyalah D13 (No 4 Bar) – 200 mm spasi.

Finite elemen studi juga juga dilakukan oleh Pujol et al, 2019 untuk mengetahui pengaruh tulangan di web (lihat gambar dibawah).

Analisa finite elemen, dimana untuk kasus (a), clamping force (P) = 3100 kN,
kasus (b) P = 3560 kN, dan kasus (c) P = 4450 kN

Dari gambar kontur tegangan web diatas terlihat, untuk clamping force sebesar 3100 kN (kapasitas tarik tendon) didapat bahwa tegangan tarik di tulangan web > 420 MPa. Hal ini menyebabkan putus fracture di web. Se-andainya konsultan mendesain kapasitas tendon di tie beam slab sebesar > 4130 kN clamping force, maka tegangan tarik di web dapat minimal.

Kesimpulan Penyebab Kegagalan
Dari simple kalkulasi diatas dapat disimpulkan bahwa penyebab kegagalan adalah hipotesa terakhir, yaitu desain error. Seandainya konsultan perencana menghitung dengan benar gaya tarik di tie beam slab, termasuk semua beban mati dan beban live load maksimum serta faktor safety, maka harusnya tendon yang terpasang minimal lebih dari 3 x lipat dari yang terpasang sekarang sekarang.

Misteri Apakah Pergerakan Pondasi Juga Men-Trigger Kegagalan
Hal yang belum terjawab adalah sebenarnya pertanyaan judul bagian ini, yaitu pengaruh pondasi. Seperti diketahui pondasi caisson di jembatan ini berada pada slope yang terjal. Dari dokumentasi proses pembuatan pondasi caisson, diketahui untuk menggali lubang diperlukan peledakan batuan tanah. Akibat peledakan ini dapat mengganggu integritas batuan tanah disekitarnya yang menyebabkan pelemahan kapasitas terutama kapasitas lateral.

(Sumber gambar : Jaime Diaz Presentation)

Sedikit saja deformasi lateral dari pondasi dapat memperbesar panjang tekuk dari tower pondasi.

(Sumber gambar : Jaime Diaz Presentation)

Namun cukup sulit untuk membuktikan hipotesa ini, bisa jadi juga hal ini ikut menambah beban pada tie beam slab dan membuat struktur menjadi runtuh.

Tower Sisi Timur Grid C
Tower yang masih berdiri menurut analisa dikarenakan sebagian beban deck beton belum ada karena belum di cor, sehingga tower ini sangat berbahaya dan mungkin hanya perlu sedikit tambahan beban untuk terjadi keruntuhan. Oleh karenanya, tim ahli menyarankan untuk segera di-demolish. Berikut video proses demolish tower sisi timur grid C.

Jembatan Cirajara Tower C yang di demolish

Pelajaran yang Bisa Diambil
Seandainya dalam proses desain jembatan ini ada multi layer design check, mungkin tragedi yang merenggut nyawa 10 manusia ini tidak akan terjadi. Insinyur berpengalaman pasti akan sadar bahwa kolom yang tidak lurus seperti ini akan membuat gaya tarik horizontal yang cukup besar.

Selain itu, gaya tarik juga terkonsentrasi ditahan oleh tendon prestress dengan sedikit sekali tambahan kapasitas dari tulangan baja, padahal kita ketahui bahwa tendon prestress tidak se-ductile dari tulangan baja. Hal ini diperparah dengan adanya cold joint antara tie beam slab dan kolom yang membuat konsentrasi regangan di lokasi cold joint. Semua inilah yang menyebabkan kegagalan yang terjadi langsung menyebabkan keruntuhan struktur tanpa tanda – tanda terlebih dahulu, yang bisa menyelamatkan nyawa para pekerja diatasnya saat itu.

Referensi
Banyak sumber dari tulisan ini diambil dari :

2019, Pujol et al – Investigation of the Collapse of the Chirajara Bridge, Concrete International Magazine

Ing. Jaime Diaz Presentation – What prompted the collapse of Chirajara Bridge ?. Translated by Benjamin Gil

Dan sumber lainnya.

————————-END————————-