Foto: STRUCTULAR HEALTH MONITORING SYSTEM (SHMS): TEKNOLOGI IDENTIFIKASI KERUSAKAN INFRASTUKTUR

Kemajuan teknologi instrumentasi dan teknologi informasi-komunikasi telah mempermudah monitoring kesehatan struktur jembatan. Metode pengujian non-destructive test menjadi bidang baru dalam mendeteksi kerusakan struktur dan menentukan tindakan yang sesuai untuk umur layan jembatan.

Kenal Lebih Dekat Teknologi SHMS Structural Health Monitoring System (SHMS) atau Sistem monitoring kesehatan struktural. SHMS merupakan salah satu bidang teknik sipil yang berkaitan dengan identifikasi kerusakan infrastuktur (jembatan, jalan, terowongan, gedung, dan lain-lain). Menurut Wenzel (2009), kerusakan tersebut umumnya berupa perubahan sifat material dan/atau geometri, yang meliputi perubahan kondisi batas dan sistem sambungannya. Hal penting dalam proses identifikasi kerusakan, yaitu: identifikasi kerusakan, lokasi kerusakan, tipe dan taraf kerusakan.
 
Penerapan SHMS salah satunya pada jembatan, penerapan ini bermanfaat untuk pengontrolan geometri, material, dan konstruksi. Monitoring pengamanan risiko selama konstruksi, validasi perhitungan perencanaan, dan dokumentasi karakteristik struktur dalam bentuk model 3D.

Indonesia menerapkan SHMS pada Jembatan Suramadu yang menghubungkan Pulau Jawa bagian timur dengan Pulau Madura. Jembatan yang terdiri dari tiga bagian, yaitu: bagian Causeway (PCI girder), Approach Bridge (gelagar boks beton prategang–cast in situ) dan Main Bridge (Cable-Stayed). Bagian SHMS hanya diterapkan pada Main Bridge dan sebagian dari Approach Bridge.

Penerapan SHMS pada Jembatan Suramadu, dengan biaya investasi tinggi dan struktur kompleks, bertujuan memantau jembatan selama 100 tahun. SHMS dapat mengurangi biaya perbaikan dan tingkat kesalahan pemantauan otomatis. Fungsinya sebagai penyaji data perubahan kondisi struktur akibat pembebanan, tegangan, deformasi, kekuatan gempa, angin, dan beban kendaraan berlebih.

Prosedur Monitoring Kesehatan Struktur Jembatan
Monitoring kesehatan struktur berperan dalam penyediaan informasi kerusakan pada suatu jembatan tentang kondisi terkini dari struktur jembatan. Prosedur pemeriksaan rutin yang sederhana hingga sistem monitoring yang canggih tergambar dalam konsep Wenzel (2009) tentang prosedur sistem monitoring kesehatan struktur jembatan.

Tingkatan 1: Pengkelasan (Rating)

Digunakan untuk memberikan penilaian konvensional pada struktur berdasarkan pemeriksaan visual yang bersifat subjektif. Investigasi awal dilakukan untuk menetapkan pengkelasan sebagai dasar untuk mengambil tindakan selanjutnya yang dapat diterapkan dalam sistem manajemen jembatan.

Tingkatan 2 : Penilaian kondisi (Condition assessment)

Informasi yang diperoleh dari pemeriksaan visual memiliki keakuratan yang rendah. Hasil ini menjadikan informasi yang diperoleh sudah cukup atau perlu ditingkatkan dengan penambahan instrumentasi yang lebih canggih.

Tingkatan 3 : Penilaian kinerja (Performance assessment)

Penilaian kinerja pada proses pendukung keputusan (decision support) bersifat detail dalam penyediaan data tambahan. Tingkatan ini menyediakan indikator penilaian dan kinerja struktur sehingga membutuhkan instrumentasi yang banyak dan monitoring yang sesuai.

Tingkatan 4 : Penilaian detail dan pengkelasan (Detail assessment and rating)

Memberikan analisis model yang mewakili struktur eksisting dengan membandingkan hasil monitoring. Jika identifikasinya sederhana, kembali ke Tingkatan 3. Jika hasil rekaman tidak bisa menjelaskan peristiwa yang terjadi, perlu diambil langkah selanjutnya, berupa pemasangan perekam yang permanen untuk mengambil peristiwa penting. Penetapan parameter kinerja dapat ditunjukan dengan menggunakan uji pembebanan (loading test).
 

Hasilnya, model sederhana yang telah diperbarui parameter kinerjanya dapat dinilai dan ditentukan kelasnya berdasarkan monitoring yang luas, waktu perekaman minimal 24 jam untuk memperoleh kondisi lingkungan dan lalu lintas yang representatif.

Tingkatan 5: Perkiraan masa layan/operasi (Lifetime prediction),

Untuk memprediksi masa layan yang tersisa, dibutuhkan perekaman data struktur selama setidaknya tiga siklus/tiga tahun berturut- turut. Simulasi dilakukan menggunakan model, untuk mendapatkan kinerja teoritis sebagai perbandingan. Peranti lunak (software) yang khusus, digunakan untuk pendukung keputusan. Uji pembebanan dilakukan dan diperluas dalam wilayah pengukurannya.

Setelah informasi kondisi suatu struktur dikumpulkan, selanjutnya digunakan alat pendukung keputusan berupa Sistem Manajemen Jembatan (Bridge Management System/BMS). BMS adalah alat pendukung keputusan untuk manajemen jembatan. Modulnya mencakup inventarisasi data, inspeksi, dan rekomendasi pemeliharaan. Terdiri dari Basis Data, Modul Deteriorasi, Modul Biaya, dan Optimasi Algoritma untuk analisis alternatif dana dan pemilihan rehabilitasi.Top of FormBottom of Form

Pengelolaan Data Sistem Monitoring

Kerusakan sistem infrastruktur jembatan umumnya tidak bisa dihindari walaupun telah didesain untuk beroperasi dengan jangka waktu yang panjang (Gambar 4). Perhitungan penurunan kemampuan fisik jembatan diperlukan penilaian kondisi kesehatan jembatan tersebut. Penilaian perlu dilakukan secara kontinyu agar dapat diambil tindakan yang tepat. Hal ini merupakan tantangan bagi komunitas ahli konstruksi jembatan.

Beberapa tujuan penggunaan sistem monitoring keamanan struktur; Memperoleh perencanaan pemeliharaan struktur yang rasional dan ekonomis; Mengidentifikasi penyebab respon yang tidak dapat diterima; Mencapai operasi yang aman dan ekonomis. Tujuan ini dapat tercapai dengan pengelolaan dan pemanfaatan data yang baik.

Pengaturan akuisisi data

Pengaturan akuisisi data disesuaikan dengan karakteristik yang diperlukan dan keterbatasan perencanaan pengukuran. Sistem monitoring menangkap efek frekuensi rendah, frekuensi tinggi, dan fenomena lingkungan (Gambar 5). Komponen akuisisi data harus fleksibel untuk pemantauan jangka panjang. Pengendalian data mempengaruhi analisis, penyimpanan, akses, dan penaksiran data.

Pengumpulan data, sinkronisasi, dan penyimpanan

Pengumpulan dan penyimpanan data merupakan bagian yang penting dalam sistem akuisisi data. Terdapat tiga langkah utama dalam bagian ini, yaitu: (1) buffering data, (2) pengolahan data, dan (3) penyimpanan data.

Data yang dikumpulkan oleh suatu sistem akuisisi sering mengalami penambahan karakteristik. Hal tersebut mempengaruhi ketersediaan data yang baik untuk proses analisis. Untuk menghilangkan komponen gangguan (noise) tersebut bisa
dilakukan pengolahan terhadap data.

metode penyimpanan data berupa penempatan data dalam basis-data yang tersimpan dalam komputer atau media elektronik lainnya. Metode penyimpanan yang dipilih harus memperhatikan
prosedur pengarsipan data.

Pemrosesan sinyal

Tahap pertama pemrosesan sinyal adalah penyaringan data untuk memilah komponen dengan informasi tertentu. Tujuan utamanya adalah menghilangkan gangguan (noise). Sinyal mencakup seluruh spektrum frekuensi, namun filter dapat dibentuk untuk mengisolasi noise yang tidak diinginkan. Misalnya, pita filter frekuensi 60
Hz digunakan untuk menghilangkan gangguan
dari daya listrik (Gambar 6, dengan ilustrasi

Tahap kedua adalah transformasi domain frekuensi memungkinkan sinyal terlihat dalam domain frekuensi, yang merupakan sebuah bentuk sinyal yang memiliki beberapa frekuensi yang berbeda (Gambar 7).

Tahap ketiga adalah analisis statistik, cara untuk mendefinisikan parameter yang menggambarkan sampel sinyal yang besar. Perangkat analisis statistik juga dapat membantu dalam menentukan jenis hubungan (keserupaan/perbedaan) antara dua himpunan data dalam faktor keterhubungan. Analisis statistik yang umum digunakan yaitu regresi, deviasi standar, rata-rata, penentuan ukuran sampel, pengujian hipotesis, dan lainnya.

Salah satu analisis statistik yang digunakan yakni analisis korelasi. Teknik statistik yang umum digunakan dengan memanfaatkan informasi dari identifikasi hubungan yang mungkin diantara pasangan data yang memiliki variabel yang berbeda. Dalam aplikasi nyata, analisis ini dapat dibagi kedalam beberapa tingkatan untuk penilaian hubungan sinyal/data yang ada. Seperti diilustrasikan dalam Gambar 9(a) di bawah, sebuah korelasi dapat bernilai positif, nol, atau negatif. Jenis-jenis korelasi data diilustrasikan dengan Gambar 9(b).

Pengarsipan data

Pentingnya perencanaan pengarsipan data untuk menghindari masalah penyimpanan dan manajemen data dari pemantauan jembatan. Proses pemprosesan data meliputi pengumpulan, penyimpanan, dan integrasi data. Pilihan sistem manajemen basis-data (share file atau client/server) berdampak pada perancangan aplikasi analisis. Sebuah sistem basis-data dapat dibagi berdasarkan fungsinya kedalam beberapa segmen. Seperti, (1) penyedia data (menyediakan arsip, manajemen, keamanan, dan manipulasi data), (2) penyedia kepentingan bisnis (menyediakan prosedur, aturan, dan objek pemrograman bisnis yang spesifik), dan (3) komponen pengguna(menyediakan tampilan grafis intuitif yang memungkinkan pengguna 

terhubung kedalam basis-data untuk mengambil data/informasi yang diinginkan).

Sistem Pendukung Keputusan (Decision Support Systems)

Suatu sistem monitoring kesehatan, pada umumnya, didukung oleh rangkaian proses pendukung keputusan. Rangkaian proses pendukung keputusan memiliki sifat berkelanjutan dalam lingkaran umpan-balik. Setelah memperoleh informasi baru, proses selanjutnya memastikan kembali pada salah satu atau setiap fase (intelijen, rancangan, pilihan, dan penerapan). Proses umpan-balik memungkinkan perubahan dan perbaikan pada keputusan sebelumnya untuk diselesaikan, sehingga dapat memenuhi kebutuhan dan tuntutan lingkup masalah terkini.

Sistem pendukung keputusan untuk sistem monitoring kesehatan struktur

Dalam masyarakat modern kita, penilaian monitoring (monitoring assessment) dan pendukung keputusan dari suatu pemeliharaan atau perbaikan struktur menjadi isu yang penting.

Kebanyakan sistem ini didasarkan pada pengalaman para insinyur dengan monitoring dan penilaian (assessment) suatu struktur/jembatan, sehingga prosedur pengambilan keputusan belum mencapai tingkat yang sempurna.
Mode operasi

Mode operasi memberikan ijin keikutsertaan operator dalam proses dan memengaruhi tingkat resiko. Mode operasi mencakup normal, batas bawah, sistem peringatan, darurat, analisis forensik, pengembangan platform, data ilmiah, dan modul prognosis. Komponen penyedia data dari sistem monitoring struktur melibatkan akuisisi data, pengolahan data, sistem informasi geografis, pengetahuan basis data, dan sistem peringatan. Pengolahan data melibatkan pengecekan keabsahan data dan pengambilan data mentah. Sistem informasi geografis menyediakan pilihan dalam pengaturan data dan informasi. Pengetahuan basis-data mencakup pengetahuan, basis-data eksternal, dan sejarah. Sistem peringatan memberikan informasi tingkat risiko dan tindakan otomatis jika risiko tinggi. Laporan periodik diberikan kepada pemilik dengan informasi pemeringkatan dan umur layan.

SHMS memberikan data untuk pengelolaan yang terdiri dari pengkelasan, penilaian kondisi, kinerja, penilaian detail, perkiraan masa layan, dan didukung oleh basis-data. Manajemen data diperlukan agar data monitoring bisa digunakan sebagai dasar keputusan. Teknologi monitoring ini membantu identifikasi elemen terlemah yang bisa diperkuat atau dipulihkan. Diperlukan perlindungan jembatan dengan melibatkan perkuatan, retrofit, rehabilitasi, atau pemeliharaan yang baik. Data dan informasi yang memadai diperlukan untuk menentukan tindakan yang tepat.