buku ajar mekanika getaran dan rekayasa gempa...statik yang sederhana, yaitu analisis beban gempa...

i

BUKU AJAR

MEKANIKA GETARAN

DAN REKAYASA GEMPA

Ir. Himawan Indarto, M.S

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO

Jl. Prof. Soedharto,SH. Kampus UNDIP Tembalang

Telp. : +62247460060, 7474770, Fax : +62247460055,

Email : [email protected] Semarang Indonesia

ii

DAFTAR ISI

Halaman

Kata Pengantar i

Daftar Isi ii

Bab 1. Pembebanan Pada Struktur

1.1. Pendahuluan I-1

1.2. Karakteristik Beban I-4

1.3. Beban Mati I-6

1.4. Beban Hidup I-7

1.5. Beban Angin I-9

1.6. Beban Tanah Dan Air I-12

1.7. Beban Gempa I-13

1.8. Kombinasi Pembebanan I-20

1.8.1. Kombinasi Pembebanan Pada Struktur Portal I-21

Bab 2. Fenomena Gempa

2.1. Pendahuluan II-1

2.2 Interior Bumi II-2

2.3 Pelat Tektonik II-4

2.4 Gempa Bumi II-8

2.5 Bencana Yang Ditimbulkan Gempa II-10

2.5.1 Pengaruh Akibat Goncangan Tanah II-10

2.5.2 Pergeseran Tanah II-12

2.5.3 Banjir II-12

2.5.4 Kebakaran II-12

2.6 Cara Mempelajari Gempa II-13

2.6.1 Parameter-parameter Gempa II-14

2.6.2 Menentukan Letak Episentrum dan Magnitude Gempa II-16

2.7 Patahan II-17

2.8 Mengukur Besaran Gempa II-18

2.8.1 Skala Mercalli II-18

2.8.2 Skala Richter II-21

2.9 Energi Gempa Dan Percepatan Tanah II-24

2.10 Frekuensi Terjadinya Gempa II-26

2.11 Gelombang Gempa II-27

2.11.1 Gelombang P II-27

2.11.2 Gelombang S II-28

2.11.3 Gelombang L II-28

2.11.4 Gelombang R II-29

2.11.5 Amplifikasi Gelombang Gempa II-29

2.11.6 Bentuk Gelombang Gempa II-31

2.12 Wilayah Gempa II-33

2.13 Tsunami II-34

Bab 3. Dasar-dasar Dinamika Struktur

3.1. Pendahuluan III-1

3.2. Permodelan Struktur Dan Persamaan Gerak III-2

3.2.1. Getaran Bebas Dari Struktur III-3

3.2.2. Sistem Dengan Redaman III-5

3.2.3. Getaran Paksa Pada Keadaan Tetap III-7

3.2.4. Getaran Paksa Pada Kondisi Tidak Tetap III-9

iii

3.3. Spektrum Respon III-12

3.4. Getaran Elastis Struktur dengan Banyak Tingkat III-16

3.4.1. Persamaan Gerak III-16

3.4.2. Periode Dan Ragam Getar Dari Sistem Struktur III-19

3.4.3. Sifat Orthogonal dari Ragam Getar III-21

3.4.4. Metode Analisis Ragam III-24

Bab 4. Aspek Rekayasa Gempa Pada Desain Struktur

4.1. Pendahuluan IV-1

4.2. Konstruksi Engineered Dan Non-Engineerred IV-6

4.3. Pelajaran Dari Kerusakan Bangunan Akibat Gempa IV-8

4.3.1. Gempa Karangasem-Bali ( Januari 2004 ) IV-9

4.3.2. Gempa Nabire ( Februari 2004 ) IV-9

4.3.3. Gempa Alor ( Nopember 2004 ) IV-10

4.3.4. Gempa Kobe di Jepang ( Januari 1995) IV-14

4. 4. Risiko Gempa di Indonesia IV-18

4.4.1.Gempa Ringan IV-19

4.4.2. Gempa Sedang IV-20

4.4.3. Gempa Kuat IV-20

4.4.4. Gempa Rencana IV-20

4. 5. Beban Gempa Nominal IV-21

4.5.1. Faktor Keutamaan Struktur IV-22

4.5.2. Daktilitas Struktur IV-23

4.5.3. Arah Pembebanan Gempa IV-28

4.6. Wilayah Gempa Dan Spektrum Respon IV-29

4.7. Jenis Tanah Dasar dan Perambatan Gelombang Gempa IV-35

4.8. Pengaruh Gempa Vertikal IV-37

4.9. Struktur Bangunan Tahan Gempa IV-39

4.10. Daktilitas Struktur IV-42

4.10. 1. Kemampuan Struktur Menahan Gempa Kuat IV-44

4.11. Perencanaan Kapasitas (Capacity Design) IV-45

4.12. Mitigasi Bencana Gempa IV-46

4.12.1. Penyusunan Peta Wilayah Gempa IV-47

4.12.2. Standar Konstruksi Bangunan IV-47

4.12.3. Pendeteksian dan Pemonitoran Gempa IV-47

4.12.4. Penyelidikan Seismotektonik IV-48

4.12.5. Penelitian Bangunan Tahan Gempa IV-48

Bab 5. Perilaku Struktur Terhadap Gempa

5.1. Pendahuluan V-1

5.2. Perilaku Material Dan Elemen Struktur V-2

5.2.1. Beton V-2

5.2.2. Baja V-3

5.2.3. Perilaku Struktur Beton Bertulang V-5

5.2.4. Interaksi Beton dan Tulangan V-6

5.2.5. Perilaku Struktur Beton Prategang (Prestressed Concrete) V-8

5.2.6. Perilaku Struktur Baja V-9

5.2.7. Perilaku Struktur Pasangan Batu Bata V-11

5.2.8. Perilaku Struktur Kayu V-13

Bab 6. Evaluasi Keamanan Dan Perkuatan Struktur Terhadap Gempa

6.1. Pendahuluan VI-1

iv

6.2. Evaluasi Keamanan Bangunan Terhadap Gempa VI-1

6.3. Perbaikan Dan Perkuatan Bangunan Yang Sudah Ada VI-3

6.3.1. Struktur baja VI-4

6.3.2. Struktur beton bertulang VI-4

6.3.3. Struktur beton pracetak dan beton prategang VI-6

6.3.4. Struktur kayu VI-6

6.3.5. Dinding bata VI-6

Bab 7. Kriteria Dasar Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa 7.1. Pendahuluan VII-1

7.2. Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa VII-2

7.2.1. Pengaruh Beban Gempa Horisontal VII-2

7.2.2. Pengaruh Beban Gempa Vertikal. VII-4

7.2.3. Pengaruh Beban Gravitasi Vertikal VII-5

7.3. Beban Gempa Statik Ekuivalen VII-5

7.3.1. Waktu Getar Struktur VII-8

7.3.2. Pembagian Beban Gempa Pada Struktur VII-9

7.4. Prosedur Analisis Dinamik VII-11

7.4.1. Analisis Ragam Spektrum Respons VII-11

7.4.2. Analisis Respons Dinamik Riwayat Waktu VII-12

7.4.3. Ragam Getar Struktur VII-13

7.5. Pemilihan Cara Analisis VII-15

7.6. Kriteria Dasar Perencanaan VII-16

7.6.1. Material Struktur VII-17

7.6.2. Jenis Struktur VII-19

7.6.3. Konfigurasi Struktur Bangunan VII-21

7.6.4. Perencanaan Elemen Struktur Beton VII-36

Bab 8. Perhitungan Beban Gempa Statik Ekuivalen Pada Bangunan Gedung

8.1. Pendahuluan VIII-1

8.2. Denah dan Konfigurasi Struktur VIII-2

8.3. Perhitungan Beban Gempa Pada Bangunan Gedung VIII-6

8.3.1. Perhitungan Berat Bangunan (Wt) VIII-6

8.3.2. Waktu Getar Empiris Struktur (TE) VIII-8

8.3.3. Faktor Keutamaan Struktur (I) VIII-8

8.3.4. Faktor Reduksi Gempa (R) VIII-9

8.3.5. Jenis Tanah Dasar VIII-12

8.3.6. Faktor Respon Gempa (C) VIII-13

8.3.7. Beban Geser Dasar Nominal Akibat Gempa VIII-14

8.3.8. Simpangan Horisontal Struktur VIII-15

8.3.9. Waktu Getar Alami Fundamental Struktur VIII-18

8.3.10. Pembatasan waktu getar alami struktur VIII-22

8.3.11. Kinerja Struktur Gedung VIII-23

8.4. Kesimpulan VIII-25

Bab 9 Beban Gempa Pada Jembatan 9.1 Pendahuluan IX-1

9.2 Respon Elastis dan Inelastis IX-2

9.3 Tipe Struktur Jembatan IX-4

9.3.1 Jembatan Tipe A IX-5

9.3.2 Jembatan Tipe B IX-6

9.3.3 Jembatan Tipe C IX-7

9.3.4 Pemilihan Jenis Jembatan Yang Sesuai IX-8

v

9.4 Waktu Getar Jembatan IX-9

9.4.1 Contoh Perhitungan Kekakuan Pilar Jembatan IX-10

9.5 Pembatasan Simpangan akibat Gempa IX-11

9.6 Beban Gempa Pada Jembatan IX-12

9.6.1 Contoh Perhitungan Beban Gempa Pada Jembatan IX-13

Daftar Pustaka

Pembebanan Pada Struktur�� I-1�

Bab 1. Pembebanan Pada Struktur

1. 1. Pendahuluan

Dalam menjalankan fungsinya, setiap struktur Teknik Sipil akan menerima pengaruh

dari luar yang perlu dipikul. Selain pengaruh dari luar, sistem struktur yang terbuat dari

material bermassa, juga akan memikul beratnya sendiri akibat pengaruh gravitasi. Selain

pengaruh dari luar yang dapat diukur sebagai besaran gaya atau beban, seperti berat sendiri

struktur, beban akibat hunian atau penggunaan struktur, pengaruh angin atau getaran

gempa, tekanan tanah atau tekanan hidrostatik air, terdapat juga pengaruh luar yang tidak

dapat diukur sebagai gaya. Sebagai contoh adalah pengaruh penurunan pondasi pada

struktur bangunan, atau pengaruh temperatur / suhu pada elemen-elemen struktur.

Dalam melakukan analisis dan desain dari suatu struktur bangunan, perlu adanya

gambaran yang jelas mengenai perilaku dan besarnya beban yang bekerja pada struktur.

Gambar 1 mengilustrasikan diagram dari beban-beban yang dapat bekerja pada struktur

teknik sipil.

Hal penting yang berkaitan dengan karakteristik beban untuk keperluan analisis

struktur adalah pemisahan antara beban-beban yang bersifat statis dan dinamis. Secara

umum, beban luar yang bekerja pada struktur Teknik Sipil dapat dibedakan menjadi beban

statis dan beban dinamis.

Beban statis adalah beban yang bekerja secara terus-menerus pada suatu struktur.

Beban statis juga diasosiasikan dengan beban-beban yang secara perlahan-lahan timbul

serta mempunyai variabel besaran yang bersifat tetap (steady states). Dengan demikian,

jika suatu beban mempunyai perubahan intensitas yang berjalan cukup perlahan

sedemikian rupa sehingga pengaruh waktu tidak dominan, maka beban tersebut dapat

dikelompokkan sebagai beban statik (static load). Deformasi dari struktur akibat beban

statik akan mencapai puncaknya jika beban ini mencapai nilainya yang maksimum. Beban

statis pada umumnya dapat dibagi lagi menjadi beban mati, beban hidup, dan beban

khusus, yaitu beban yang diakibatkan oleh penurunan pondasi atau efek temperatur

Beban dinamis adalah beban yang bekerja secara tiba-tiba pada struktur. Pada

umumya, beban ini tidak bersifat tetap (unsteady-state) serta mempunyai karakterisitik

besaran dan arah yang berubah dengan cepat. Deformasi pada struktur akibat beban

dinamik ini juga akan berubah-ubah secara cepat.


Gambar I-1. Beban pada struktur Teknik Sipil

Dengan demikian, jika suatu beban mempunyai perubahan intensitas yang bervariasi

secara cepat terhadap waktu, maka beban tersebut disebut sebagai beban dinamis

(dynamic load). Beban dinamis dapat menyebabkan terjadinya osilasi sehingga deformasi

puncak dari struktur tidak terrjadi bersamaan dengan terjadinya beban yang maksimum.

Beban Dinamik

Beban Pada Struktur

Beban Dinamik ( Bergetar ) :

• Beban akibat getaran gempa / angin

• Beban akibat getaran mesin

Beban Dinamik ( Impak ) :

• Beban akibat ledakan atau benturan

• Beban akibat getaran mesin

• Beban akibat pengereman kendaraan

�Beban Statik

Beban Mati :

• Beban akibat berat sendiri struktur

• Beban akibat berat elemen struktur

Beban Hidup :

• Beban akibat hunian atau penggunaan ( peralatan, kendaraan )

• Beban akibat air hujan

• Beban pelaksanaan / konstruksi

Beban Khusus :

• Pengaruh penurunan pondasi

• Pengaruh tekanan tanah / tekanan air

• Pengaruh temperatur / suhu


Pengaruh beban statis dan beban dinamis pada struktur, dapat digambarkan pada Diagram

Beban (P) – Waktu (t), seperti pada Gambar 1.2.

Gambar I- 2. Diagram Beban ( P ) – Waktu ( t )

Beban statis dapat dianggap sebagai beban dinamis dengan intensitas beban yang

tetap dari waktu ke waktu. Getaran mesin merupakan beban dinamis yang bersifat periodik

karena mempunyai intensitas beban dan frekuensi getar yang berulang. Bentuk dari getaran

yang ditimbulkan mesin pada umumnya berbentuk sinusoidal. Getaran gempa merupakan

beban dinamik dengan intesitas dan frekuensi getar yang acak dari waktu ke waktu.

Meskipun terjadi dalam waktu yang singkat, tetapi getaran gempa dapat menimbulkan

kerusakan pada struktur bangunan.

Untuk memudahkan prosedur analisis struktur terhadap pengaruh beban yang

ditimbulkan oleh ledakan, getaran mesin, dan pengaruh pergerakan kendaraan, sering

dilakukan memperlakukan beban-beban tersebut sebagai beban statik. Pengaruh dinamik

yang ditimbulkan oleh beban, diperhitungkan dengan mengalikan intensitas beban dengan

suatu faktor pembesaran dinamik yang dinamakan faktor kejut.

Untuk keperluan analisis struktur bangunan, sampai dengan tingkat intensitas beban

tertentu serta batasan dari kondisi struktur bangunan tertentu, beban dinamik yang bekerja

pada struktur, dapat diasumsikan sebagai beban statik ekuivalen. Sebagai contoh, analisis

struktur bangunan gedung terhadap getaran gempa dapat dilakukan dengan metode analisis

statik yang sederhana, yaitu Analisis Beban Gempa Statik Ekuivalen. Metode analisis

statik ini dapat digunakan untuk menggantikan metode analisis dinamik yang cukup rumit.

dengan persyaratan struktur yang dianalisis mempunyai bentuk yang simetris dengan

ketinggaan bangunan gedung tidak lebih dari 40 m. Untuk bangunan gedung dengan

t

P(t) P(t) P(t)

t t t ��

P(t)

0 0 0

Beban Statik Getaran Gempa Getaran Mesin Beban Impak


bentuk yang tidak beraturan atau bangunan dengan ketinggian lebih dari 40 m, analisis

struktur harus dilakukan secara dinamik.

1.2. Karakteristik Beban

Tujuan utama dari rancang bangun struktur adalah untuk menyediakan ruang agar

dapat digunakan untuk berbagai macam fungsi, aktifitas atau keperluan. Contoh dari

pemanfaatan struktur antara lain adalah :

� Struktur bangunan gedung (building) yang digunakan untuk tempat hunian atau

beraktifitas,

� Struktur jembatan (bridge) atau terowongan (tunnel) yang digunakan untuk

menghubungkan suatu tempat dengan tempat lainnya.

� Struktur bendungan, yang digunakan untuk penampungan dan pengelolaan /

pemanfaatan air, dan masih banyak lagi bentuk struktur.

Karena struktur terbuat dari bahan yang bermassa, maka struktur akan dipengaruhi

oleh beratnya sendiri. Berat sendiri dari struktur dan elemen-elemen struktur disebut

sebagai beban mati (dead load) . Selain beban mati, struktur dipengaruhi juga oleh beban-

beban yang terjadi akibat penggunaan ruangan. Beban ini disebut sebagai beban hidup (live

load). Selain itu struktur dipengaruhi juga oleh pengaruh-pengaruh dari luar akibat kondisi-

kondisi alam seperti pengaruh angin, salju, gempa, atau dipengaruhi oleh perbedaan

temperatur, serta kondisi lingkungan yang merusak (misalnya pengaruh bahan kimia,

kelembaban, atau pengkaratan).

Dalam meninjau suatu beban, kita tidak boleh hanya menentukan besaran atau

intensitasnya saja, tetapi juga harus meninjau dalam kondisi bagaimana beban tersebut

diterapkan pada struktur.

Sehubungan dengan sifat elastisitas dari bahan-bahan struktur, setiap sistem atau

elemen struktur akan berdeformasi jika dibebani, dan akan kembali kebentuknya yang

semula jika beban yang bekerja dihilangkan. Oleh karena itu struktur mempunyai

kecenderungan untuk bergoyang kesamping (sidesway), atau melentur ke bawah

(deflection ) jika dibebani.

Waktu yang diperlukan oleh struktur untuk melakukan suatu goyangan lengkap,

disebut periode getar atau waktu getar struktur. Suatu struktur biasanya mempunyai

sejumlah periode getar, dimana periode getar yang terpanjang disebut periode dasar atau

periode alami (fundamental period). Pada umumnya bangunan-bangunan Teknik Sipil


mempunyai kekakuan lateral yang beraneka ragam, sehingga mempunyai periode getar

yang berlainan juga. Periode getar dari struktur bangunan Teknik Sipil, pada umumnya

berkisar antara 0,2 detik untuk bangunan yang rendah atau sangat kaku, sampai 9 detik

untuk bangunan yang sangat tinggi atau sangat fleksibel.

Jika suatu beban diterapkan pada suatu struktur dalam jangka waktu yang lebih lama

dari pada periode dasarnya, maka beban tersebut dikatakan bekerja secara statis (statically)

pada struktur, dengan demikian beban tersebut harus ditentukan berdasarkan intensitas,

arah dan posisinya. Tekanan angin yang bekerja mulai dari nol sampai ke harga

maksimumnya dalam waktu 3 detik, merupakan suatu gaya statik untuk struktur yang kaku

dengan periode getar struktur lebih kecil dari 3 detik. Jika waktu bekerjanya beban adalah

lebih pendek dibandingkan dengan periode dasar struktur, maka beban ini dikatakan

bekerja secara dinamis (dynamically). Beban-beban dinamis harus dianalisis berdasarkan

intensitasnya yang maksimum dan variasi waktunya.

Suatu beban yang mencapai intensitas maksimumnya secara sangat cepat disebut

sebagai beban bentur (impact load), dan besarnya dapat dianggap sama dengan suatu

beban statis dengan intensitas yang lebih besar. Contoh dari beban bentur pada struktur

adalah pengaruh benturan/tumbukan atau pengaruh ledakan. Suatu beban yang yang

intensitasnya bertambah dan berkurang menurut waktu secara konstan, disebut beban

bergetar (oscilatory load). Contoh dari beban bergetar pada struktur adalah pengaruh

getaran mesin atau pengaruh getaran gempa.

Beban dinamis yang bergetar dapat sangat berbahaya apabila periode getarannya

berimpit dengan salah satu dari periode getar struktur. Jika periode getar beban berimpit

dengan periode getar struktur, hal ini dapat menyebabkan terjadinya resonansi pada

struktur. Resonansi pada struktur bangunan dapat menyebabkan terjadinya deformasi yang

besar, sehingga dapat menyebabkan kerusakan atau keruntuhan struktur. Sebagai contoh,

mesin-mesin seperti turbin, pompa, mesin tumbuk yang bergetar, dapat menyebabkan

terjadinya resonansi pada struktur pendukungnya. Pada prosedur desain dari struktur yang

mendukung mesin-mesin, perlu ditinjau pengaruh dari resonansi ini.

Berat dari sebuah elevator atau lift yang berhenti secara tiba-tiba, akan menyebabkan

beban bentur atau beban impak pada penyangganya, yang besarnya dapat sama dengan dua

kali dari berat elevator. Beban bentur yang bekerja ini mengalami pembesaran dua kali,

atau dikatakan beban ini mempunyai faktor pembesaran dinamik (dynamic magnification

factor) sebesar 2. Faktor pembesaran dinamik dapat digunakan untuk menyederhanakan


perhitungan desain struktur yang memikul beban-beban dinamik, misalnya getaran mesin.

Untuk keperluan analisis dan desain struktur, pada umumnya digunakan faktor pembesaran

dinamik antara 2 sampai 2,5.

Beban-beban dinamik pada struktur yang dihasilkan oleh gerakan-gerakan yang

cepat dari tanah seperti pengaruh gempa, sangat tergantung dari kekakuan dan berat

struktur. Beban pada struktur bangunan yang diakibatkan oleh pengaruh gempa merupakan

beban yang paling sulit untuk diprediksi besar, arah, dan datangnya.

Perbedaan temperatur antar elemen-elemen struktur, dapat menyebabkan pemuaian

atau penyusutan relatif. Jika pemuaian ini dicegah sebagian atau seluruhnya, maka akan

menimbulkan beban atau pengaruh tambahan pada struktur (bertambahnya tegangan pada

bahan). Pengaruh temperatur yang tinggi, misalnya pada kasus terbakarnya bangunan,

dapat mengakibatkan berkurangnya kekuatan dan stabilitas dari struktur secara parsial atau

menyeluruh, disebabkan oleh berkurangnya kekuatan dan modulus elastisitas bahan.

Kuat tekan beton akan sangat berkurang pada temperatur di atas 3000 C. Secara

umum bahan beton merupakan material bangunan yang memiliki ketahanan yang baik

terhadap api/panas, dibandingkan dengan material lainnya. Hal ini disebabkan karena

beton merupakan penghantar panas yang lemah, sehingga dapat membatasi kedalaman

penetrasi panas.

Kekuatan dan stabilitas material baja dipengaruhi oleh temperatur. Pada temperatur

5500 C tegangan leleh baja menurun sampai 50%. Kondisi ini tentunya sangat berpengaruh

pada kekuatan struktur bangunan pada saat terjadi kebakaran. Akibat panas yang tinggi,

tulangan baja didalam beton dapat mengalami tekuk (buckling) akibat tegangan tekan pada

temperatur tinggi. Di dalam peraturan pembebanan yang berlaku di Indonesia dicantumkan

perlunya memperhitungkan pengaruh kemungkinan naik turunnya suhu sebesar 100 C pada

struktur bangunan gedung, yang diakibatkan oleh selisih suhu udara luar.

1.3. Beban Mati

Untuk keperluan analisis dan desain struktur bangunan, besarnya beban mati harus

ditaksir atau ditentukan terlebih dahulu. Beban mati adalah beban-beban yang bekerja

vertikal ke bawah pada struktur dan mempunyai karakteristik bangunan, seperti misalnya

penutup lantai, alat mekanis, dan partisi. Berat dari elemen-elemen ini pada umumnya

dapat diitentukan dengan mudah dengan derajat ketelitian cukup tinggi. Untuk menghitung

besarnya beban mati suatu elemen dilakukan dengan meninjau berat satuan material


tersebut berdasarkan volume elemen. Berat satuan (unit weight) material secara empiris

telah ditentukan dan telah banyak dicantumkan tabelnya pada sejumlah standar atau

peraturan pembebanan. Volume suatu material biasanya dapat dihitung dengan mudah,

tetapi kadang kala akan merupakan pekerjaan yang berulang dan membosankan.

Berat satuan atau berat sendiri dari beberapa material konstruksi dan komponen

bangunan gedung dapat ditentukan dari peraturan yang berlaku di Indonesia yaitu

Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung 1983 atau peraturan tahun 1987.

Informasi mengenai berat satuan dari berbagai material konstruksi yang sering digunakan

perhitungan beban mati dicantumkan berikut ini.

� Baja = 7850 kg/m3 � Beton = 2200 kg/m3

� Batu belah = 1500 kg/m3 � Beton bertulang = 2400 kg/m3

� Kayu = 1000 kg/m3 � Pasir kering = 1600 kg/m3

� Pasir basah = 1800 kg/m3

� Pasir kerikil = 1850 kg/m3

� Tanah = 1700 - 2000 kg/m3

Berat dari beberapa komponen bangunan dapat ditentukan sebagai berikut :

� Atap genting, usuk, dan reng = 50 kg/m2

� Plafon dan penggantung = 20 kg/m2

� Atap seng gelombang = 10 kg/m2

� Adukan/spesi lantai per cm tebal = 21 kg/m2

� Penutup lantai/ubin per cm tebal = 24 kg/m2

� Pasangan bata setengah batu = 250 kg/m2

� Pasangan batako berlubang = 200 kg/m2

� Aspal per cm tebal = 15 kg/m2

1.4. Beban Hidup

Fungsi dari elemen struktur khususnya pelat lantai, adalah untuk mendukung beban-

beban hidup yang dapat berupa berat dari orang-orang atau hunian, perabot, mesin-mesin,

peralatan, dan timbunan-timbunan barang.


Beban hidup adalah beban yang bisa ada atau tidak ada pada struktur untuk suatu

waktu yang diberikan. Meskipun dapat berpindah-pindah, beban hidup masih dapat

dikatakan bekerja secara perlahan-lahan pada struktur. Beban yang diakibatkan oleh

hunian atau penggunaan (occupancy loads) adalah beban hidup. Yang termasuk ke dalam

beban penggunaan adalah berat manusia, perabot, barang yang disimpan, dan sebagainya.

Beban yang diakibatkan oleh salju atau air hujan, juga temasuk ke dalam beban hidup.

Semua beban hidup mempunyai karakteristik dapat berpindah atau, bergerak. Secara umum

beban ini bekerja dengan arah vertikal ke bawah, tetapi kadang-kadang dapat juga berarah

horisontal.

Beban hidup yang bekerja pada struktur dapat sangat bervariasi, sebagai contoh

seseorang dapat berdiri di mana saja dalam suatu ruangan, dapat berpindah-pindah, dapat

berdiri dalam satu kelompok. Perabot atau barang dapat berpindah-pindah dan diletakkan

dimana saja di dalam ruangan. Dari penjelasan ini, jelas tidak mungkin untuk meninjau

secara terpisah semua kondisi pembebanan yang mungkin terjadi. Oleh karena itu dipakai

suatu pendekatan secara statistik untuk menetapkan beban hidup ini, sebagai suatu beban

statik terbagi merata yang secara aman akan ekuivalen dengan berat dari pemakaian

terpusat maksimum yang diharapkan untuk suatu pemakaian tertentu.

Beban hidup aktual sebenarnya yang bekerja pada struktur pada umumnya lebih kecil

dar ipada beban hidup yang direncanakan membebani struktur. Akan tetapi, ada

kemungkinan beban hidup yang bekerja sama besarnya dengan beban rencana pada

struktur. Jelaslah bahwa struktur bangunan yang sudah direncanakan untuk penggunaan,

tertentu harus diperiksa kembali kekuatannya apabila akan dipakai untuk penggunaan lain.

Sebagai contoh, bangunan gedung yang semula direncanakan untuk apartemen tidak akan

cukup kuat apabila digunakan untuk gudang atau kantor.

Besarnya beban hidup terbagi merata ekuivalen yang harus diperhitungkan pada

struktur bangunan gedung, pada umumnya dapat ditentukan berdasarkan standar yang

berlaku. Beban hidup untuk bangunan gedung adalah sebagai berikut :

� Beban hidup pada atap = 100 kg/m2

� Lantai rumah tinggal = 200 kg/m2

� Lantai sekolah, perkantoran, hotel, asrama, pasar, = 200 kg/m2

rumah sakit

� Panggung penonton = 500 kg/m2


� Lantai ruang olah raga, lantai pabrik, bengkel, gudang,

tempat orang berkumpul, perpustakaan, toko buku,

masjid, gereja, bioskop, ruang alat atau mesin = 400 kg/m2

� Balkon, tangga = 300 kg/m2

� Lantai gedung parkir : Lantai bawah = 800 kg/m2

Lantai atas = 400 kg/m2

Pada suatu bangunan gedung bertingkat banyak, adalah kecil kemungkinannya

semua lantai tingkat akan dibebani secara penuh oleh beban hidup. Demikian juga kecil

kemungkinannya suatu struktur bangunan menahan beban maksimum akibat pengaruh

angin atau gempa yang bekerja secara bersamaan. Desain struktur dengan meninjau beban-

beban maksimum yang mungkin bekerja secara bersamaan, adalah tidak ekonomis.

Berhubung peluang untuk terjadinya beban hidup penuh yang membebani semua bagian

dan semua elemen struktur pemikul secara serempak selama umur rencana bangunan

adalah sangat kecil, maka pedoman-pedoman pembebanan mengijinkan untuk melakukan

reduksi terhadap beban hidup yang dipakai.

Reduksi beban dapat dilakukan dengan mengalikan beban hidup dengan suatu

koefisien reduksi yang nilainya tergantung pada penggunaan bangunan. Besarnya koefisien

reduksi beban hidup untuk perencanaan portal, ditentukan sebagai berikut :

� Perumahan : rumah tinggal, asrama hotel, rumah sakit = 0,75

� Gedung pendidikan : sekolah, ruang kuliah = 0,90

� Tempat pertemuan umum, tempat ibadah, bioskop,

restoran, ruang dansa, ruang pergelaran = 0,90

� Gedung perkantoran : kantor, bank = 0,60

� Gedung perdagangan dan ruang penyimpanan :

toko, toserba, pasar, gudang, ruang arsip, perpustakaan = 0,80

� Tempat kendaraan : garasi, gedung parkir = 0,90

� Bangunan industri : pabrik, bengkel = 1,00

1.5. Beban Angin

Besarnya beban angin yang bekerja pada struktur bangunan tergantung dari

kecepatan angin, rapat massa udara, letak geografis, bentuk dan ketinggian bangunan, serta

kekakuan struktur. Bangunan yang berada pada lintasan angin, akan menyebabkan angin


berbelok atau dapat berhenti. Sebagai akibatnya, energi kinetik dari angin akan berubah

menjadi energi potensial, yang berupa tekanan atau hisapan pada bangunan.

Gambar I-3. Pengaruh angin pada bangunan gedung

Salah satu faktor penting yang mempengaruhi besarnya tekanan dan isapan pada

bangunan pada saat angin bergerak adalah kecepatan angin. Besarnya kecepatan angin

berbeda-beda untuk setiap lokasi geografi. Kecepatan angin rencana biasanya

didasarkan untuk periode ulang 50 tahun. Karena kecepatan angin akan semakin

tinggi dengan ketinggian di atas tanah, maka tinggi kecepatan rencana juga demikian.

Selain itu perlu juga diperhatikan apakah bangunan itu terletak di perkotaan atau di

pedesaan. Seandainya kecepatan angin telah diketahui, tekanan angin yang bekerja pada

bagunan dapat ditentukan dan dinyatakan dalam gaya statis ekuivalen.

Pola pergerakan angin yang sebenarnya di sekitar bangunan sangat rumit, tetapi

konfigurasinya telah banyak dipelajari serta ditabelkan. Karena untuk suatu bangunan,

angin menyebabkan tekanan maupun hisapan, maka ada koefisien khusus untuk tekanan

dan hisapan angin yang ditabelkan untuk berbagai lokasi pada bangunan.

Untuk memperhitungkan pengaruh dari angin pada struktur bangunan, pedoman yang

berlaku di Indonesia mensyaratkan beberapa hal sebagai berikut :

� Tekanan tiup angin harus diambil minimum 25 kg/m2

� Tekanan tiup angin di laut dan di tepi laut sampai sejauh 5 km dari pantai, harus

diambil minimum 40 kg/m2

Bangunan

Kecepatan angin

Denah Bangunan

Tekanan Hisapan


Untuk tempat-tempat dimana terdapat kecepatan angin yang mungkin mengakibatkan

tekanan tiup yang lebih besar. Tekanan tiup angin (p) dapat ditentukan berdasarkan rumus

empris :

p = V2/16 (kg/m2)

dimana V adalah kecepatan angin dalam satuan m/detik.

Berhubung beban angin akan menimbulkan tekanan dan hisapan, maka berdasarkan

percobaan-percobaan, telah ditentukan koefisien-koefisien bentuk tekanan dan hisapan

untuk berbagai tipe bangunan dan atap. Tujuan dari penggunaan koefisien-koefisien ini

adalah untuk menyederhanakan analisis. Sebagai contoh, pada bangunan gedung tertutup,

selain dinding bangunan, struktur atap bangunan juga akan mengalami tekanan dan hisapan

angin, dimana besarnya tergantung dari bentuk dan kemiringan atap (Gambar 1.4). Pada

bangunan gedung yang tertutup dan rumah tinggal dengan tinggi tidak lebih dari 16 m,

dengan lantai-lantai dan dinding-dinding yang memberikan kekakuan yang cukup, struktur

utamanya ( portal ) tidak perlu diperhitungkan terhadap angin.

Gambar I- 4. Koefisien angin untuk tekanan dan hisapan pada bangunan

Pada pembahasan di atas, pengaruh angin pada bangunan dianggap sebagai

beban-beban statis. Namun perilaku dinamis sebenarnya dari angin, merupakan hal

yang sangat penting. Efek dinamis dari angin dapat muncul dengan berbagai cara. Salah

satunya adalah bahwa angin sangat jarang dijumpai dalam keadaan tetap (steadystate).

Dengan demikian, bangunan gedung dapat mengalami beban yang berbalik arah. Hal ini

khususnya terjadi jika gedung berada di daerah perkotaan. Seperti diperlihatkan pada Gambar

3, pola aliran udara di sekitar gedung tidak teratur. Jika gedung-gedung terletak pada lokasi

yang berdekatan, pola angin menjadi semakin kompleks karena dapat terjadi suatu aliran yang

turbulen di antara gedung-gedung tersebut.. Aksi angin tersebut dapat menyebabkan terjadinya

Kemiringan atap (α)

0,4 0,9

0,4 0,02α+0,4


goyangan pada gedung ke berbagai arah.

Angin dapat menyebabkan respons dinamis pada bangunan sekalipun angin dalam

keadaan mempunyai kecepatan yang konstan.. Hal ini dapat terjadi khususnya pada

struktur-struktur yang relatif fleksibel, seperti struktur atap yang menggunakan kabel.

Angin dapat menyebabkan berbagai distribusi gaya pada permukaan atap, yang pada

gulirannya dapat menyebabkan terjadinya perubahan bentuk, baik perubahan kecil maupun

perubahan yang besar. Bentuk baru tersebut dapat menyebabkan distribusi tekanan maupun

tarikan yang berbeda, yang juga dapat menyebabkan perubahan bentuk. Sebagai akibatnya,

terjadi gerakan konstan atau flutter (getaran) pada atap. Masalah flutter pada atap

merupakan hal penting dalam mendesain struktur fleksibel tersebut. Teknik mengontrol

fenomena flutter pada atap mempunyai implikasi yang cukup besar dalam desain. dengan

Efek dinamis angin juga merupakan masalah pada struktur bangunan gedung bertingkat

banyak, karena adanya fenomena resonansi yang dapat terjadi.

1.6. Beban Tanah Dan Air

Struktur bangunan yang terletak di bawah permukaan tanah seperti dinding penahan

tanah, terowongan, ruang bawah tanah (basement), perlu dirancang untuk menahan

tekanan tanah lateral. Jika struktur-struktur ini tenggelam sebagian atau seluruhnya di

dalam air, maka perlu juga diperhitungkan tekanan hidrostatis dari air pada struktur.

Sebagai ilustrasi, di bawah ini diberikan pembebanan yang bekerja pada dinding dan lantai

dari suatu ruang bawah tanah.

Gambar I-5. Gaya-gaya yang bekerja pada basement

Ruang Bawah Tanah

Tekanan air ke atas

Tekanan lateral akibat beban

Tekanan tanah

�

Tekanan hidrostatis

Beban

Muka air


Akibat tanah dan air, pada dinding basement akan mendapat tekanan lateral berupa

tekanan tanah dan tekanan hidrostatis. Sedangkan pada pelat lantai basement akan

mendapat pengaruh tekanan air ke atas (uplift pressure). Jika pada permukaan tanah di

sekitar dinding basement tersebut dimuati, misalnya oleh kendaraan-kendaraan, maka akan

terdapat tambahan tekanan lateral akibat beban kendaraan pada dinding.

1.7. Beban Gempa

Gempa adalah fenomena getaran yang diakibatkan oleh benturan atau pergesekan

lempeng tektonik (plate tectonic) bumi yang terjadi di daerah patahan (fault zone). Gempa

yang terjadi di daerah patahan ini pada umumnya merupakan gempa dangkal karena

patahan umumnya terjadi pada lapisan bumi dengan kedalaman antara 15 sampai 50 km.

Gempa terjadi jika tekanan pada lapis batuan yang disebabkan oleh pergerakan lempeng

tektonik bumi, melebihi kekuatan dari batuan tersebut. Lapisan batuan akan pecah di

sepanjang bidang-bidang patahan. Jika rekahan ini sampai ke permukaan bumi, maka akan

terlihat sebagai garis atau zona patahan. Jika terjadi pergerakan vertikal pada zona patahan

di dasar lautan, maka hal ini dapat menimbulkan gelombang pasang yang hebat yang

sering disebut sebagai tsunami.

Pada saat terjadi benturan antara lempeng-lempeng aktif tektonik bumi, akan terjadi

pelepasan energi gempa yang berupa gelombang-gelombang energi yang merambat di

dalam atau di permukaan bumi. Gelombang-gelombang gempa (seismic waves) ini dapat

berupa gelombang kompresi (compressional wave) atau disebut juga sebagai Gelombang

Primer, dan gelombang geser (shear wave) atau disebut sebagai Gelombang Sekunder.

Selain kedua gelombang tersebut ini, terdapat juga gelombang-gelombang yang merambat

di permukaan bumi, gelombang ini disebut gelombang Rayleigh-Love. Gelombang-

gelombang gempa yang diakibatkan oleh energi gempa ini merambat dari pusat gempa

(epicenter) ke segala arah, dan akan menyebabkan permukaan bumi bergetar. Permukaan

bumi digetarkan dengan frekuensi getar antara 0.1 sampai dengan 30 Hertz. Gelombang

Primer akan menyebabkan getaran dengan frekuensi lebih dari 1 Herzt, dan menyebabkan

kerusakan pada bangunan-bangunan rendah. Gelombang Sekunder, karena arah

gerakannya horisontal, maka gelombang ini dapat menyebabkan kerusakan pada

bangunan-bangunan yang tinggi. Gelombang Rayleigh dan Gelombang Love karena

frekuensinya getarnya yang rendah, menyebabkan gelombang ini dapat merambat lebih

jauh sehingga dapat mengakibatkan pengaruh kerusakan pada daerah yang sangat luas.


Karena arah gerakannya yang berputar maupun horisontal, menyebabkan gelombang

permukaan ini sangat berbahaya bagi bangunan-bangunan tinggi. Pada saat bangunan

bergetar akibat pengaruh dari gelombang gempa, maka akan timbul gaya-gaya pada

bangunan, karena adanya kecenderungan dari massa bangunan untuk mempertahankan

posisinya dari pengaruh gerakan tanah. Beban gempa yang terjadi pada struktur bangunan

merupakan gaya inersia.

Besarnya beban gempa yang terjadi pada struktur bangunan tergantung dari beberapa

faktor yaitu, massa dan kekakuan struktur, waktu getar alami dan pengaruh redaman dari

struktur, kondisi tanah, dan wilayah kegempaan dimana struktur bangunan tersebut

didirikan. Massa dari struktur bangunan merupakan faktor yang sangat penting, karena

beban gempa merupakan gaya inersia yang besarnya sangat tergantung dari besarnya

massa dari struktur.

Beban gempa yang diperhitungkan pada perencanaan struktur, pada umumnya adalah

gaya-gaya inersia pada arah horisontal saja. Pengaruh dari gaya-gaya inersia pada arah

vertikal biasanya diabaikan, karena struktur sudah dirancang untuk menerima pembebanan

vertikal statik akibat pembebanan gravitasi, yang merupakan kombinasi antara beban mati

dan beban hidup. Kebiasaan di dalam mengabaikan pengaruh gaya-gaya inersia pada arah

vertikal akibat pengaruh beban gempa pada prosedur perencanaan struktur, akhir-akhir ini

sedang ditinjau kembali.

Pada kenyataannya, jarang dijumpai struktur bangunan yang mempunyai hubungan

yang sangat kaku antara struktur atas dengan pondasinya. Bangunan-bangunan Teknik

Sipil mempunyai kekakuan lateral yang beraneka ragam, sehingga akan mempunyai waktu

getar alami yang berbeda-beda pula. Dengan demikian respon percepatan maksimum dari

struktur tidak selalu sama dengan percepatan getaran gempa.

Sistem struktur bangunan yang tidak terlalu kaku, dapat menyerap sebagian dari

energi gempa yang masuk kedalam struktur, sehingga dengan demikian beban yang terjadi

pada struktur dapat berkurang. Akan tetapi struktur bangunan yang sangat fleksibel, yang

mempunyai waktu getar alami yang panjang yang mendekati waktu getar dari gelombang

gempa di permukaan, dapat mengalami gaya-gaya yang jauh lebih besar akibat pengaruh

dari gerakan gempa yang berulang-ulang. Besarnya beban gempa horisontal yang dapat

terjadi pada struktur bangunan akibat gempa, tidak hanya disebabkan oleh percepatan

gempa saja, tetapi juga tergantung dari respons sistem struktur bangunan dengan

pondasinya.


Beberapa faktor lainnya yang berpengaruh terhadap besarnya beban gempa yang

dapat terjadi pada struktur adalah, bagaimana massa dari bangunan tersebut terdistribusi,

kekakuan dari struktur, mekanisme redaman pada struktur, jenis pondasi serta kondisi

tanah dasar, dan tentu saja perilaku serta besarnya getaran gempa itu sendiri. Faktor

yang terakhir ini sangat sulit ditentukan secara tepat karena sifatnya yang acak. Pada saat

terjadi gempa, gerakan tanah berperilaku tiga dimensi, ini berarti bahwa gaya inersia yang

terjadi pada struktur akan bekerja ke segala arah, baik arah horisontal maupun arah vertikal

secara bersamaan.

Analisis dan perencanaan struktur bangunan tahan gempa, pada umumnya hanya

memperhitungkan pengaruh dari beban gempa horisontal yang bekerja pada kedua arah

sumbu utama dari struktur bangunan secara bersamaan. Sedangkan pengaruh gerakan

gempa pada arah vertikal tidak diperhitungkan, karena sampai saat ini perilaku dari respon

struktur terhadap pengaruh gerakan gempa yang berarah vertikal, belum banyak diketahui.

Massa dari struktur bangunan merupakan faktor yang sangat penting, karena beban

gempa merupakan gaya inersia yang bekerja pada pusat massa, yang menurut hukum gerak

dari Newton besarnya adalah : V = m.a = (W/g).a , dimana a adalah percepatan pergerakan

permukaan tanah akibat getaran gempa, dan m adalah massa bangunan yang besarnya

adalah berat bangunan (W) dibagi dengan percepatan gravitasi (g). Gaya gempa horisontal

V = W.(a/g) = W.C, dimana C=a/g disebut sebagai koefisien gempa. Dengan demikian

gaya gempa merupakan gaya yang didapat dari perkalian antara berat struktur bangunan

dengan suatu koefisien.

Pada bangunan gedung bertingkat, massa dari struktur dianggap terpusat pada lantai-

lantai dari bangunan, dengan demikian beban gempa akan terdistribusi pada setiap lantai

tingkat. Selain tergantung dari massa di setiap tingkat, besarnya gaya gempa pada suatu

tingkat tergantung juga pada ketinggian tingkat tersebut dari permukaan tanah.

Berdasarkan pedoman yang berlaku di Indonesia yaitu Perencanaan Ketahanan Gempa

Untuk Struktur Rumah dan Gedung (SNI 03-1726-2003)., besarnya beban gempa

horisontal V yang bekerja pada struktur bangunan, dinyatakan sebagai berikut :

V = t WR.I C

C : Koefisien gempa, yang besarnya tergantung wilayah gempa dan waktu getar

struktur


Harga C ditentukan dari Diagram Respon Spektrum, setelah terlebih dahulu

dihitung waktu getar dari struktur

I : Faktor keutamaan struktur

R : Faktor reduksi gempa

Wt : Kombinasi dari beban mati dan beban hidup yang direduksi

Gambar I- 6. Beban Gempa Pada Struktur Bangunan

Besarnya koefisien reduksi beban hidup untuk perhitungan Wt, ditentukan sebagai

berikut :

� Perumahan / penghunian : rumah tinggal, asrama, hotel, rumah sakit = 0,30

� Gedung pendidikan : sekolah, ruang kuliah = 0,50

� Tempat pertemuan umum, tempat ibadah, bioskop, = 0,50

restoran, ruang dansa, ruang pergelaran = 0,50

� Gedung perkantoran : kantor, bank = 0,30

� Gedung perdagangan dan ruang penyimpanan, toko,

toserba, pasar, gudang, ruang arsip, perpustakaan = 0,80

� Tempat kendaraan : garasi, gedung parkir = 0,50

� Bangunan industri : pabrik, bengkel = 0,90

Salah satu aspek penting dalam meninjau perilaku struktur bangunan yang bergetar

akibat gempa adalah waktu getar alami struktur. Perhatikanlah struktur sederhana yang

diilustrasikan pada Gambar 1.7. Jika pada puncak dari struktur diberikan perpindahan

horisontal dan kemudian dilepaskan, maka bagian atas dari struktur akan bergetar atau

berosilasi bolak-balik dengan amplitudo yang semakin mengecil sampai akhirnya struktur

W

V

V1

V3

V2

W1

W2

W3


kembali pada kondisi diam. Yang menarik adalah bahwa gerakan dari getaran struktur ini

tidak acak sama sekali, tetapi teratur. Getaran seperti ini disebut sebagai getaran harmonis,

karena pola getaran berubah secara sinusoidal terhadap waktu.

Waktu yang diperlukan getaran untuk melakukan satu siklus bolak-balik lengkap

disebut waktu getar alami (T), sedangkan frekuensi getaran (f) didefinisikan sebagai

banyaknya siklus yang terjadi untuk satu satuan waktu. Hubungan antara waktu getar dan

frekuensi getar dinyatakan dalam bentuk persamaan : f = 1/T.

Gambar I-7. (a) Model dari struktur. (b) Getaran bebas dari struktur (c) Amplitudo getaran bebas

Besarnya frekuensi getaran yang terjadi pada struktur tergantung pada massa struktur

dan kekakuan kolom. Jika kolom pada struktur mempunyai kekakuan yang kecil, maka

gaya pemulihan yang diperlukan untuk mengembalikan struktur dari keadaan terdefleksi ke

posisi yang semula, juga relatif kecil. Dengan demikian, puncak dari struktur akan

bergerak bolak-balik secara relatif lebih lambat sampai getaran berhenti. Struktur dengan

kekakuan kolom yang kecil mempunyai waktu getar alami yang panjang. Sebaliknya

struktur dengan kolom yang kaku, akan memberikan gaya pemulihan yang besar sehingga

getaran yang terjadi akan berhenti dalam waktu yang relatif singkat. Struktur seperti ini

mempunyai waktu getar alami yang pendek.

Selain tergantung pada massa dan kekakuan kolom, panjang atau pendeknya waktu

getar dipengaruhi juga oleh mekanisme redaman pada struktur dalam hal menyerap energi

getaran. Sebagai contoh, gaya gesek dari sendi yang menghubungkan balok dan kolom dari

struktur pada Gambar 1-7 akan menyebabkan terjadinya redaman. Mekanisme redaman

pada struktur dapat juga terjadi, misalnya dengan adanya retakan dari elemen-elemen

struktur .


Jika pondasi atau dasar dari struktur tiba-tiba bertranslasi kearah horisontal,

maka masa dari struktur mula-mula akan bereaksi menahan translasi tersebut karena

adanya kecenderungan inersia. Dengan demikian struktur akan bergetar. Apabila

pondasi dari struktur bergerak bolak-balik terus-menerus kearah horisontal seperti

pada saat terjadi gempa, maka struktur akan terus bergetar selama gerakan tanah

terjadi. Getaran yang terjadi pada struktur akan dipengaruhi oleh gerakan tanah yang

tidak bergetar secara bebas. Jika frekuensi gerakan tanah akibat gempa sangat

berbeda dengan frekuensi getaran bebas dari struktur, maka tidak akan terjadi

resonansi. Sebaliknya, jika frekuensi gerakan tanah cukup dekat dengan frekuensi

getaran bebas struktur, dapat terjadi efek resonansi yang dapat mengakibatkan

bertambah besarnya amplitudo getaran dari struktur.

Resonansi yang terjadi pada bangunan yang bergetar merupakan masalah di dalam

desain, karena dapat menyebabkan kerusakan atau keruntuhan dari struktur bangunan.

Untuk mempelajari fenomena resonansi, akan ditinjau suatu benda yang digantung dengan

pegas (sistem benda-pegas)dan diberi gangguan pada tumpuannya, seperti terlihat pada

Gambar 1.8. Jika benda tersebut ditarik sehingga terjadi simpangan kemudian dilepaskan,

maka akan terjadi getaran bebas pada benda tersebut. Waktu getar alami dari getaran ini

dapat dihitung dari rumus umum W/gk2T �= , dimana W adalah berat benda, g adalah

percepatan gravitasi, dan k adalah konstanta pegas yang merupakan karakterisitik

deformasi dari pegas.

Jika tumpuan dari benda tersebut digerakkan ke atas dan ke bawah, maka akan tetjadi

salah satu dari fenomena berikut ini. Apabila gerakan osilasi yang diberikan sangat lambat

(yaitu waktu getarnya panjang), benda tersebut akan bertanslasi mengikuti gerakan

tumpuannya. Sebaliknya, apabila gerakan osilasi yang diberikan sangat cepat, maka benda

tersebut akan relatif diam, karena adanya gaya inersia sebagai akibat adanya gerakan cepat

dari tumpuan.

Suatu keadaan kritis dapat terjadi jika waktu getar osilasi yang diberikan, sama besar

dengan waktu getar sistem benda-pegas. Dalam hal ini osilasi yang diberikan akan

menyebabkan benda mulai bergetar ke atas dan ke bawah. Jika osilasi ini terus terjadi,

amplitudo gerak getaran akan terus-menerus bertambah. Dengan demikian, perpanjangan

dan perpendekkan yang relatif datar ini dapat sangat jauh lebih besar daripada osilasi

semula yang diberikan. Sebagai akibatnya, osilasi yang terjadi akan menjadi sangat besar.


(a) Jika mula-mula pada sistem diberi

peralihan kemudian dilepaskan, maka

massa akan bergetar bebas dengan

frekuensi tertentu.

(b) Jika sistem diberi gerakan osilasi dengan

frekuensi jauh lebih kecil daripada

frekuensi alaminya, massa akan

bertranslasi ke atas dan ke bawah

mengikuti gerakan tumpuan (tanpa ada

perpanjangan atau perpendekan pegas).

(c) Jika sistem diberi gerakan osilasi dengan

frekuensi jauh lebih besar daripada

frekuensi alami sistem, aksi inersia

mempunyai kecenderungan

mempertahankan keadaan semula

sehingga massa dapat dikatakan tetap

diam. Terjadi deformasi pegas yang

cukup besar dibandingkan dengan

amplitudo osilasi yang diberikan.

(d) Jika frekuensi osilasi yang diberikan

sama dengan frekuensi alami sistem,

timbul kondisi resonansi, dimana

amplitudo getaran massa akan melampaui

amplitudo osilasi yang diberikan. Dengan

demikian akan ada gaya yang sangat

besar pada pegas.

Gambar I- 8. Fenomena resonansi pada sistem massa-pegas


Struktur bangunan nyata dapat mempunyai perilaku seperti pada sistem-pegas yang

telah dibahas di atas. Apabila frekuensi alami dari gerakan yang diberikan sama dengan

frekuensi alami getaran sistem struktur itu sendiri, maka fenomena resonansi akan terjadi.

Pengaruh dari resonansi dapat sangat besar seperti yang terjadi pada kehancuran Tacoma

Narrows Bridge di Luashington pada tahun 1940. Angin menyebabkan terjadinya gerakan

berputar pada struktur jembatan. Struktur jembatan kemudian mulai berosilasi dengan

amplitudo yang membesar, sehingga menyebakan pelat lantai jembatan tersebut miring

pada posisi 45° dari horisontal, dan akhirnya strukturnya runtuh.

Jika tidak diperhitungkan dengan baik, struktur bangunan gedung dapat juga

mengalami resonansi akibat pengaruh getaran gempa. Resonansi pada bangunan gedung

akan mengakibatkan deformasi yang berlebihan, serta meningkatnya tegangan pada

elemen-elemen struktur. Oleh karena itu aksi dinamis akibat gempa perlu diperhatikan,

karena berpotensi menyebabkan terjadinya keruntuhan yang tak diinginkan.

Analisis dinamis suatu struktur bangunan gedung bertingkat cukup rumit karena

banyaknya ragam getaran yang mungkin terjadi pada bangunan. Bangunan gedung

bertingkat banyak dapat bergetar dengan berbagai ragam getaran yang dapat menyebabkan

lantai pada berbagai tingkat bangunan mempunyai percepatan dalam arah-arah yang

berbeda pada saat yang sama. Sekalipun demikian, prediksi analitis mungkin saja

dilakukan dengan memodelkan struktur bangunan gedung bertingkat sebagai sistem

kompleks yang terdiri atas massa-massa terpusat (yang menunjukkan berat dari setiap

lantai gedung), sistem pegas (menunjukkan kekakuan kolom-kolom struktur), dan sistem

peredam (menunjukkan mekanisme penyerapan energi yang ada pada gedung).

1.8 Kombinasi Pembebanan

Ada berbagai jenis beban yang dapat bekerja pada setiap struktur bangunan. Hal

penting dalam menentukan beban desain pada struktur adalah dengan pertanyaan, apakah

semua beban tersebut bekerja secara simultan atau tidak. Beban mati akibat berat sendiri

dari struktur harus selalu diperhitungkan. Sedangkan beban hidup besarnya selalu berubah-

ubah tergantung dari penggunaan dan kombinasi beban hidup. Sebagai contoh, adalah

tidak wajar merancang struktur bangunan untuk mampu menahan beban maksimum yang

diakibatkan oleh gempa dan beban angin maksimum, serta sekaligus memikul beban hidup

dalam keadaan penuh. Kemungkinan bekerjanya beban-beban maksimum pada struktur

pada saat yang bersamaan adalah sangat kecil. Struktur bangunan dapat dirancang untuk


memikul semua beban maksimum yang bekerja secara simultan. Tetapi struktur yang

dirancang demikian akan mempunyai kekuatan yang sangat berlebihan untuk memikul

kombinasi pembebanan yang secara nyata mungkin terjadi selama umur rencana struktur.

Dari sudut pandang rekayasa struktur, desain struktur dengan pembebanan seperti ini

adalah tidak realistis dan sangat mahal. Berkenaan dengan hal ini, maka banyak peraturan

yang merekomendasikan untuk mereduksi beban desain pada kombinasi pembebanan

tertentu.

Untuk pembebanan pada bangunan gedung bertingkat banyak, sangat tidak

mungkin pada saat yang sama semua lantai memikul beban hidup yang maksimum secara

simultan. Oleh karena itu diijinkan untuk mereduksi beban hidup untuk keperluan

perencanaan elemen-elemen struktur dengan memperhatikan pengaruh dari kombinasi

pembebanan dan penempatan beban hidup.

Untuk kombinasi pembebanan tertentu sering kali diizinkan untuk mereduksi gaya

desain total dengan faktor tertentu. Sebagai contoh, bukan kombinasi 1,0 (beban mati +

beban hidup + beban gempa atau angin) yang digunakan untuk perhitungan, melainkan

0,75 (beban mati + beban hidup + beban gempa atau angin) sebagaimana yang disyaratkan

oleh banyak peraturan. Yang dimaksudkan dengan ekspresi ini adalah bahwa tidak semua

beban akan bekerja pada struktur pada harga maksimumnya secara simultan, mengingat

beban gempa atau beban angin adalah beban yang bersifat sementara. Sebaliknya struktur

harus direncanakan untuk memikul kombinasi beban mati dan hidup penuh yang bekerja

secara simultan, atau diekspresikan sebagai 1,0 (beban mati + beban hidup). Untuk

perencanaan struktur bangunan, pada umumnya banyak kombinasi pembebanan yang harus

ditinjau di dalam analisis. Elemen-elemen struktur harus direncanakan untuk memikul

kombinasi pembebanan terburuk yang mungkin terjadi.

1.8.1 Kombinasi Pembebanan Pada Struktur Portal

Di Indonesia, pada umumnya umur rencana dari struktur bangunan rata-rata adalah

50 tahun. Oleh karena itu selama umur rencananya, struktur bangunan harus mampu untuk

menerima atau memikul berbagai macam kombinasi pembebanan (load combination) yang

mungkin terjadi. Beban-beban yang bekerja pada struktur bangunan, dapat berupa

kombinasi dari beberapa kasus beban (load case) yang terjadi secara bersamaan. Untuk

memastikan bahwa suatu struktur bangunan dapat bertahan selama umur rencananya, maka

pada proses perancangan dari struktur, perlu ditinjau beberapa kombinasi pembebanan


yang mungkin terjadi pada struktur.

Sebagai contoh, pada buku Tatacara Perencanaan Struktur Beton Untuk Bangunan

Gedung – SNI 03-2847-2002, disebutkan bahwa kombinasi pembebanan yang harus

diperhitungkan pada perancangan struktur bangunan gedung adalah :

• Kombinasi Pembebanan Tetap

Pada kombinasi Pembebanan Tetap ini, beban yang harus diperhitungkan bekerja

pada struktur adalah :

U = 1,4 D

U = 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (A atau R)

• Kombinasi Pembebanan Sementara

Pada kombinasi Pembebanan Sementara ini, beban yang harus diperhitungkan

bekerja pada struktur adalah :

U = 1,2 D + 1,0 L ± 1,6 W + 0,5 (A atau R)

U = 0,9 D ± 1,6 W

U = 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E

U = 0,9.D ± 1,0 W

U = 1,4 (D + F)

U = 1,2 (D + T) + 1,6 L + 0,5 (A atau R)

dimana D = Beban mati, L = Beban hidup, A = Beban atap, R = Beban hujan, W =

Beban angin, E = Beban gempa, F = tekanan fluida, T = Perbedaan penurunan pondasi,

perbedaan suhu, rangkak dan susut beton. Koefisien 1,0, 1,2, 1,6, 1,4, merupakan faktor

pengali dari beban-beban tersebut, yang disebut faktor beban (load factor). Sedangkan

faktor 0,5 dan 0,9 merupakan faktor reduksi.

Sistem struktur dan elemen struktur harus diperhitungkan terhadap dua kombinasi

pembebanan, yaitu Pembebanan Tetap dan Pembebanan Sementara. Momen lentur (Mu),

momen torsi atau puntir (Tu), gaya geser (Vu), dan gaya normal (Pu) yang terjadi pada

elemen-elemen struktur akibat kedua kombinasi pembebanan yang ditinjau, dipilih yang

paling besar harganya, untuk selanjutnya digunakan pada proses desain.

Untuk keperluan analisis dan desain dari suatu struktur bangunan gedung, perlu

dilakukan perhitungan mekanika rekayasa dari portal beton dengan dua kombinasi

pembebanan yaitu Pembebanan Tetap dan Pembebanan Sementara. Kombinasi


pembebanan untuk perencanaan struktur bangunan gedung yang sering digunakan di

Indonesia adalah U = 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (A atau R) dan U = 1,2 D + 1,0.L ± 1,0 E. Pada

umumnya, sebagai gaya horisontal yang ditinjau bekerja pada sistem struktur portal adalah

beban gempa, karena di Indonesia beban gempa lebih besar dibandingkan dengan beban

angin. Beban gempa yang bekerja pada sistem struktur dapat berarah bolak-balik, oleh

karena itu pengaruh ini perlu ditinjau di dalam perhitungan. Beban mati dan beban hidup

selalu berarah ke bawah karena merupakan beban gravitasi, sedangkan beban angin atau

beban gempa merupakan beban yang berarah horisontal. Kombinasi pembebanan dan

momen lentur yang terjadi pada struktur portal diperlihatkan pada Gambar 1.9.

Gambar 1-9.a. Bidang momen pada struktur portal akibat pembebanan tetap, U = 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (A atau R)

Gambar 1-9.b. Bidang momen pada struktur portal akibat pembebanan sementara, U = 1,2 D + 1,0.L ± 1,0 E (arah gempa dari kiri)


Gambar 1-9.c. Bidang momen pada struktur portal akibat pembebanan sementara, U = 1,2 D + 1,0.L ± 1,0 E (arah gempa dari kanan)

�

Akibat kombinasi pembebanan, pada elemen balok akan bekerja momen lentur yang

berarah bolak-balik. Penampang balok harus dirancang agar kuat menahan momen-momen

ini. Akibat beban gempa atau beban angin yang berarah horisontal, pada elemen-elemen

kolom dari struktur, akan bekerja momen lentur yang berarah bolak-balik. Penampang

kolom harus dirancang agar kuat menahan momen-momen ini. Untuk memikul momen

lentur yang berubah arah ini, pada umumnya untuk elemen kolom dipasang tulangan

simetris.

Fenomena Gempa II-1

Bab 2. Fenomena Gempa

2.1 Pendahuluan

Geofisika adalah bidang ilmu yang mempelajari fenomena-fenomena fisik yang yang

berhubungan dengan kebumian. Seismologi adalah cabang dari ilmu geofisika yang

mempelajari mekanisme terjadinya gempa serta gelombang seismik yang ditimbulkannya,

sedangkan orang yang mempelajari seimologi disebut seimolog. Dari sudut pandang

rekayasa bangunan, seimologi diharapkan dapat memberikan data atau informasi yang

akurat untuk memperkirakan pengaruh gempa yang perlu dipertimbangkan pada

perancangan struktur bangunan. Seimologi juga memberikan konstribusi yang penting bagi

kita untuk dapat memahami struktur bagian dalam dari bumi.

Kerusakan yang dapat ditimbulkan gempa tergantung dari besar (magnitude) dan

lamanya gempa, atau banyaknya getaran yang terjadi. Desain struktur dan material yang

digunakan untuk konstruksi bangunan, juga akan berpengaruh terhadap intensitas

kerusakan yang terjadi. Tingkat kekuatan gempa bervariasi mulai dari getaran yang ringan,

sedang, sampai getaran kuat yang dapat dirasakan sampai ribuan kilometer. Gempa dapat

menyebabkan perubahan bentuk dari permukaan bumi, menyebabkan runtuhnya struktur

bangunan, atau menyebabkan terjadinya gelombang pasang yang besar (tsunami). Akibat

kerusakan yang ditimbulkan oleh gempa akan menyebabkan jatuhnya korban jiwa dan

kerugian harta benda dalam jumlah yang banyak.

Di seluruh dunia, gempa dapat terjadi ratusan kali setiap harinya. Suatu jaringan alat

seismograph (alat untuk mencatat pergerakan tanah akibat gempa) yang terpasang di

seluruh dunia, mendeteksi sekitar 1 juta gempa ringan terjadi setiap tahunnya. Gempa

sangat kuat (great earthquake) seperti yang terjadi pada 1964 di Alaska yang

mengakibatkan kerugian jutaan dollar, terjadi sekali dalam beberapa tahun. Gempa-gempa

kuat (major earthquake) seperti yang terjadi di Loma Prieta, California pada 1989 dan di

Kobe, Jepang pada 1995, dapat terjadi 20 kali setiap tahunnya. Gempa kuat juga dapat

menyebabkan banyak kerugian materi dan korban jiwa.

Dalam 500 tahun terakhir, gempa telah menyebabkan jutaan korban jiwa di seluruh

dunia, termasuk 240000 korban saat terjadi gempa Tang-Shan di Cina pada 1976. Gempa

juga mengakibatkan kerugian properti dan kerusakan struktur. Persiapan-persiapan yang

memadai seperti pendidikan atau sosialisasai mengenai bahaya gempa, perancangan

Fenomena Gempa II-2

keselamatan saat terjadi gempa, perkuatan struktur bangunan yang sudah berdiri dan desain

struktur bangunan tahan gempa, dapat mengurangi jumlah korban jiwa dan kerusakan

infrastruktur yang disebabkan oleh gempa.

2.2 Interior Bumi

Seismolog juga mempelajari gempa untuk mengungkap lebih jauh mengenai struktur

bagian dalam (interior) dari bumi. Gempa memberikan kesempatan bagi ilmuwan untuk

melakukan observasi bagaimana bagian dalam dari bumi merespon ketika gelombang

gempa melewatinya. Mengukur kedalaman dan struktur geologi di dalam bumi dengan

menggunakan gelombang gempa adalah lebih sulit dibandingkan dengan mengukur jarak

pada permukaan bumi. Dengan menggunakan gelombang gempa, seismolog mendapatkan

gambaran mengenai susunan dari interior bumi yang terdiri dari 4 bagian, yaitu :

permukaan bumi (crust), selimut bumi (mantle), inti bagian dalam (inner core) dan inti

bagian luar (outer core). Susunan bagian dalam bumi diperlihatkan pada Gambar 2-1

Gambar 2-1. Susunan struktur bagian dalam bumi

Studi yang intensive terhadap gempa dimulai pada akhir abad ke 19, dimana pada

saat itu mulai banyak dipasang jaringan alat seismogragh untuk melakukan observasi di

seluruh dunia. Pada 1897, ilmuwan mendapatkan cukup banyak seismogram gempa yang

mengindikasikan bahwa gelombang gempa P dan S telah menjalar jauh sampai ke dalam

bumi. Dengan mempelajari perilaku perambatan gelombang gempa P dan S ini, seismolog

menemukan suatu struktur lapisan geologi yang besar di bagian dalam bumi. Dengan

Fenomena Gempa II-3

menggunakan hasil pengukuran ini, seismolog mulai menginterpretasikan struktur geologi

bumi yang dilewati oleh gelombang P dan S.

Berdasarkan pengamatan terhadap pola perambatan gelombang P dan S, pada 1904

seimolog dari Croatia A. Mohorovicic menyebutkan bahwa pada bagian luar bumi terdapat

suatu lapisan permukaan (crust) di atas lapisan batuan yang keras. Dia berpendapat bahwa

di dalam bumi, gelombang gempa dipantulkan secara tidak menerus (discontinue) akibat

adanya perubahan sifat kimiawi atau struktur geologi batuan. Dari penemuannya ini,

lapisan pertemuan antara lapisan permukaan bumi dengan lapisan selimut bumi (mantle) di

bawahnya,diberi nama Mohorovicic atau Moho Discontinuity.

Pada 1906, R.D. Oldham dari India menggunakan waktu kedatangan dari gelombang

P dan S untuk memastikan bahwa bumi mempunyai pusat atau inti (core) yang besar. Dia

menginterpretasikan struktur bagian dalam bumi dengan membandingkan kecepatan

rambat gelombang P terhadap gelombang S, dan diketahui bahwa perambatan gelombang P

mengalami perubahan arah akibat diskontinuitas seperti pada Moho Discontinuity.

Pada 1914, dengan menggunakan waktu perambatan dari gelombang gempa yang

dipantulkan dari batas antara selimut dan inti bumi, seismolog Beno Gutenberg dari Jerman

dapat memperkirakan besarnya radius dari inti bumi yaitu sekitar 3500 km. Pada 1936

seismolog Inge Lehmann dari Dermark menemukan pusat struktur bumi yang lebih kecil

yang dikenal sebagai inti bagian dalam (inner core) bumi. Dengan mengukur waktu

kedatangan gelombang gempa yang diakibatkan oleh gempa yang terjadi di Pasific Selatan

(South Pasific), dia dapat memperkirakan besarnya radius inti bagian dalam bumi sebesar

1216 km. Pada saat gelombang gempa merambat melewati bumi dan mencapai pusat

observatori gempa di Denmark, dia mendapatkan kesimpulan bahwa kecepatan dan waktu

kedatangan gelombang gempa telah mengalami pembelokan oleh inti bumi bagian dalam.

Pada penelitian-penelitian lebih lanjut terhadap gelombang gempa, seismolog menemukan

fakta bahwa inti bagian luar (outer core) dari bumi merupakan cairan, sedangkan inti

bagian dalam bumi terdiri dari benda padat.

Seperti sudah dijelaskan di atas, bumi terdiri dari beberapa lapisan yaitu lapisan

permukaan bumi, selimut bumi, inti bagian dalam dan bagian luar. Lapisan lithosphere

setebal kurang lebih (50-100) km adalah bagian dari lapisan permukaan dan lapisan selimut

bumi bagian atas, dan merupakan lapisan batuan sangat padat. Di atas lapisan lithosphere

ini terdapat benua (continent) dan lautan (ocean). Di bawah lapisan lithosphere terdapat

lapisan asthenosphere yang merupakan lapisan batuan kurang padat. Lapisan ini

Fenomena Gempa II-4

mengelilingi lapisan mantle. Lapisan lithosphere bumi patah menjadi lebih kurang dua

puluh keping bagian yang disebut pelat tektonik (plate tectonic). Pelat-pelat tektonik ini

mengambang di atas lapisan asthenosphere, dan secara perlahan bergerak. Secara periodik

beberapa pelat akan saling berbenturan satu dengan yang lainnya, dan dapat menyebabkan

patahan pada permukaan bumi. Tumbukan antara pelat dapat memicu timbulnya gempa.

Gambar 2-2. Lapisan Lithosphere dan Asthenosphere

2.3 Pelat Tektonik

Jika gempa vulkanik terjadi akibat aktifitas gunung berapi, maka gempa tektonik

terjadi akibat benturan antara pelat-pelat tektonik yang terdapat pada lapisan luar dari

bumi. Menurut teori pelat tektonik, lapisan terluar dari bumi terdiri dari pelat-pelat batuan

yang saling bergerak relatif satu dengan yang lainnya. Teori ini diformulasikan pada awal

1960, dan merupakan suatu penemuan yang baru di bidang geologi. Dengan menggunakan

teori ini, para ilmuwan dapat secara ilmiah menjelaskan beberapa fenomena geologi seperti

letusan gunung berapi, mekanisme terdinya gempa, terbentuknya pegunungan, serta

formasi dari lautan dan benua.

Teori pelat tektonik dikembangkan dari teori yang diusulkan oleh ilmuwan German

Alfred Wegener pada 1921. Dengan melihat bentuk dari benua-benua yang ada sekarang

ini dan dengan bukti-bukti geologi yang ditemukan di setiap benua, ia mengembangkan

suatu teori mengenai benua yang lepas (continental drift).

Fenomena Gempa II-5

Gambar 2-3. Perubahan formasi benua-benua yang ada di bumi.

Fenomena Gempa II-6

Teori continental drift diawali dengan pendapat bahwa pada masa lalu benua-benua

yang ada di bumi ini pernah bergabung menjadi satu membentuk benua yang sangat besar

(supercontinent) yang disebut Pangaea.

Gambar 2-3 menunjukkan formasi benua pada 200 juta tahun yang lalu ketika semua

benua masih berkumpul menjadi satu. Sekitar 160 juta tahun yang lalu Pangaea terpecah

menjadi dua benua yang besar yaitu Laurasia dan Gondwaland. Setelah sekian lama, kedua

benua besar tersebut pecah menjadi beberapa benua dengan dengan bentuk yang seperti

yang terlihat sekarang. Diperkirakan perubahan formasi dari benua-benua akan terus

berlangsung. Pada gambar juga diperlihatkan prediksi dari formasi benua pada 60 juta

tahun mendatang.

Para ahli geologi pada 1960 menemukan bukti yang mendukung ide dari pelat

tektonik dan pergerakannya. Mereka menggunakan teori dari Wegener pada berbagai aspek

dari perubahan bumi, dan menggunakan bukti-bukti ini untuk memperkuat teori mengenai

benua yang lepas. Pada 1968 para ilmuwan menggabungkan banyak kejadian geologi pada

suatu teori yang disebut Global Tektonik Baru (New Global Tectonics) atau lebih dikenalal

dengan nama Pelat Tektonik.

Saat ini terdapat tujuh buah pelat tektonik yang besar dan beberapa pelat yang

berukuran lebih kecil. Beberapa pelat yang besar meliputi pelat Pasific, pelat North

American, pelat Eurasian, pelat Antartica, dan pelat Africa. Pelat yang lebih kecil tediri

dari pelat Cocos, pelat Nazca, pelat Caribean, pelat Philippine.

Gambar 2-4. Pelat-pelat tektonik bumi

Fenomena Gempa II-7

Ukuran dari pelat tektonik sangat bervariasi, sebagai contoh, pelat Cocos mempunyai

lebar 2000 km, sedangkan pelat Pacific yang merupakan pelat yang terbesar mempunyai

ukuran lebar 14000 km.

Para ahli geologi mempelajari bagaimana pelat-pelat tektonik tersebut dapat bergerak

relatif terhadap suatu tempat yang tetap pada lapisan mantel, dan pergerakan relatif antara

satu pelat tektonik dengan pelat lainnya. Tipe gerakan yang pertama dari pelat tektonik

disebut gerakan absolut, dan gerakan ini dapat menjebabkan terbentuknya rangkaian

gunung berapi. Tipe gerakan yang kedua disebut gerakan relatif, dan gerakan ini dapat

menyebabkan berbagai bentuk perubahan permukaan bumi.

Teori yang dapat digunakan untuk menjelaskan terjadinya pergerakan-pergerakan

pelat-pelat tektonik bumi adalah teori Sea Floor Spreading yang dikembangkan oleh F. J.

Vien dan D. H. Mathews pada 1963. Teori ini menyatakan bahwa permukaan bumi

seluruhnya tertutup oleh lebih kurang 20 lapisan lithospere, yaitu lapisan batuan yang

berbentuk pelat-pelat tektonik yang mempunyai ukuran berbeda-beda serta tebalnya

berkisar antara 50–100 km.

Karena lapisan permukaan bumi dengan ketebalan (50-100) km mempunyai

temperatur relatif jauh lebih rendah dibanding dengan lapisan didalamnya, yaitu lapisan

asthenosphere yang terdiri selimut bumi dan inti bumi, maka akan terjadi aliran konveksi

dimana massa dengan temperatur tinggi mengalir ke daerah temperatur rendah atau

sebaliknya. Teori aliran konveksi ini sudah lama berkembang untuk menerangkan

pergeseran pelat-pelat tektonik yang menjadi penyebab utama terjadinya gempa.

Benua dan lautan yang terletak di atasnya, diangkut oleh pergerakan pelat-pelat

tektonik ini akibat proses geologi. Pelat-pelat tektonik selalu bergerak antara satu dengan

yang lainnya. Pergerakan pelat-pelat tektonik ini bervariasi, dan ada yang mencapai 10

cm pertahun.

Pada perbatasan atau pertemuan antara pelat-pelat tektonik, dapat terjadi beberapa

proses geologi yaitu :

� Subduction, yaitu pelat tektonik yang satu bergerak membelok ke bawah, sedangkan

pelat yang lain sedikit terangkat.

� Extrusion, yaitu kedua pelat tektonik saling bergerak ke atas kemudian saling

menjauh.

� Intrusion, yaitu kedua pelat tektonik saling mendekat kemudian bergerak ke bawah

Fenomena Gempa II-8

� Trancursion, yaitu pelat tektonik yang satu bergerak vertikal atau horisontal terhadap

pelat yang lainnya.

2.4 Gempa Bumi

Gempa bumi (earth quake) adalah suatu gejala fisik yang ditandai dengan

bergetarnya bumi dengan berbagai intensitas. Getaran gempa dapat disebabkan oleh

banyak hal antara lain peristiwa vulkanik, yaitu getaran tanah yang disebabkan oleh

aktivitas desakan magma ke permukaan bumi atau meletusnya gunung berapi. Gempa yang

terjadi akibat aktivitas vulkanik ini disebut gempa vulkanik. Gempa vulkanik terjadi di

daerah sekitar aktivitas gunung berapi, dan akan menyebabkan mekanisme patahan yang

sama dengan gempa tektonik.

Getaran gempa dapat juga diakibatkan oleh peristiwa tektonik, yaitu getaran tanah

yang disebabkan oleh gerakan atau benturan antara lempeng-lempeng tektonik yang

terdapat di dalam lapisan permukaan bumi. Gempa yang terjadi akibat aktivitas tektonik

ini disebut gempa tektonik.

Selain gempa vulkanik dan gempa tektonik, terdapat juga gempa runtuhan, gempa

imbasan, dan gempa buatan. Gempa runtuhan disebabkan oleh runtuhnya tanah di daerah

pegunungan, sehingga akan terjadi getaran disekitar runtuhan tersebut. Gempa imbasan

biasanya terjadi di sekitar dam karena fluktuasi air dam, sedangkan gempa buatan adalah

gempa yang sengaja dibuat oleh manusia seperti ledakan nuklir atau ledakan untuk mencari

bahan mineral. Skala gempa tektonik jauh lebih besar dibadingkan dengan jenis gempa

lainnya, sehingga efeknya lebih banyak terhadap bangunan.

Gerakan atau getaran tanah yang terjadi akibat gempa disebabkan oleh terlepasnya

timbunan energi yang tersimpan di dalam bumi secara tiba-tiba. Energi yang terlepas ini

dapat berbentuk energi potensial, energi kinetik, energi kimia, atau energi regangan elastis.

Pada umumnya gempa-gempa yang merusak lebih banyak diakibat oleh terlepasnya energi

regangan elastis di dalam batuan (rock) di bawah permukaan bumi. Energi gempa ini

merambat ke segala arah. dan juga kepermukaan tanah sebagai gelombang gempa

(seismic wave), sehingga akan menyebabkan permukaan bumi bergetar.

Sifat merusak dari suatu gempa tergantung dari besarnya atau magnitude dan

lamanya gempa, serta banyaknya getaran yang terjadi. Perencanaan konfigurasi struktur

bangunan dan jenis material yang digunakan pada konstruksi bangunan, juga akan

berpengaruh terhadap banyaknya kerusakan struktur bangunan. Gempa dan gelombang

Fenomena Gempa II-9

gempa terjadi beberapa ratus kali setiap hari diseluruh dunia. Suatu jaringan dunia dari alat

seismograph (mesin yang mencatat gerakan tanah) medeteksi sekitar 1 juta kali gempa

kecil pertahun. Gempa sangat kuat seperti yang terjadi di Alaska pada tahun 1964 yang

menyebabkan kerugian jutaan dollar, dapat terjadi sekali setiap satu tahun. Sedangkan

gempa kuat seperti yang terjadi di Loma Prieta, California pada 1989 dan gempa Kobe di

Jepang pada 1995, terjadi rata-rata 20 kali setiap tahunnya.

Pada 500 tahun terakhir ini, jutaan orang telah meninggal dunia akibat gempa yang

terjadi diseluruh dunia, termasuk 240.000 korban jiwa yang meninggal akibat gempa Tang-

Shan di China pada 1976. Gempa-gempa yang terjadi di seluruh dunia juga telah

menyebabkan kerusakan properti dan kerusakan berbagai macam struktur bangunan.

Antisipasi awal terhadap bencana gempa seperti, pendidikan dan sosialisasi terhadap

pemahaman gempa, mitigasi, perkuatan struktur bangunan, perencanaan struktur bangunan

tahan gempa yang lebih fleksibel dan aman, dapat membatasi korban jiwa dan mengurangi

kerusakan yang ditimbulkan oleh gempa.

Lapisan paling atas bumi yaitu crust atau lapisan litosfir merupakan batuan yang

relatif dingin dan bagian paling atas berada pada kondisi padat dan kaku. Di bawah lapisan

ini terdapat batuan yang jauh lebih panas yang disebut mantle. Lapisan ini sedemikian

panasnya sehingga senantiasa dalam keadaan tidak kaku dan dapat bergerak sesuai dengan

proses pendistribusian panas, yang kita kenal sebagai aliran konveksi.

Pelat-pelat tektonik yang merupakan bagian dari lapisan litosfir padat dan terapung

di atas mantel ikut bergerak satu sama lainnya. Ada tiga kemungkinan pergerakan yang

dapat terjadi antara satu pelat tektonik relatif terhadap pelat lainnya, yaitu :

� Spreading, jika kedua pelat tektonik bergerak saling menjauhi

� Collision, jika kedua pelat tektonik bergerak saling mendekati

� Transform, jika kedua pelat tektonik bergerak saling menggeser

Jika dua buah pelat tektonik bertemu pada suatu daerah sesar atau patahan (fault),

keduanya dapat bergerak saling menjauhi, saling mendekati atau saling bergeser.

Umumnya gerakan dari pelat tektonik ini berlangsung sangat lambat dan tidak dapat

dirasakan oleh manusia, namun terukur sebesar 0 sampai 15 cm pertahun. Kadang-kadang

gerakan pelat tektonik macet dan saling mengunci, sehingga terjadi pengumpulan energi

yang berlangsung terus sampai pada suatu saat batuan pada pelat tektonik tersebut tidak

mampu lagi menahan gerakan tersebut, sehingga terjadi pelepasan energi regangan secara

Fenomena Gempa II-10

mendadak. Mekanisme pelepasan energi regangan ini yang kita kenal sebagai pemicu

terjadinya gempa tektonik.

Gempa dapat terjadi kapan saja, tanpa mengenal musim. Meskipun demikian,

konsentrasi gempa cenderung terjadi di tempat-tempat tertentu saja, seperti di daerah

pertemuan antara dua pelat tektonik. Gempa dapat terjadi dimanapun di bumi ini, tetapi

pada umumnya banyak terjadi di sekitar perbatasan antara pelat-pelat tektonik

2.5 Bencana Yang Ditimbulkan Gempa

Gempa tektonik adalah gempa yang disebabkan oleh terlepasnya energi regangan

elastis pada formasi batuan yang ada dipermukaan bumi . Salah satu teori yang dipakai

untuk menjelaskan mekanisme terjadinya gempa tektonik adalah teori Elastic Rebound

yang dikemukakan oleh Prof. H. F. Reid. Teori ini dapat dipaparkan secara sederhana

sebagai berikut : di dalam permukaan bumi senantiasa terdapat aktivitas geologis yang

mengakibatkan pergerakan relatif suatu massa batuan di dalam permukaan bumi terhadap

massa batuan lainnya. Gaya-gaya yang menimbulkan pergerakan batuan-batuan ini disebut

gaya-gaya tektonik (tectonic forces). Batuan-batuan ini bersifat elastis dan dapat

menimbun regangan bilamana ditekan atau ditarik oleh gaya-gaya tektonik. Ketika

tegangan yang terjadi pada batuan tersebut melampaui kekuatannya, maka batuan tersebut

akan hancur di daerah terlemah yang disebut patahan (fault). Batuan yang hancur tersebut

akan melepaskan sebagian atau seluruh tegangan untuk kembali ke dalam keadaan semula

yang bebas tegangan.

Gempa secara langsung tidak begitu membahayakan manusia. Ini berarti bahwa

korban jiwa tidak disebabkan karena adanya goncangan tanah yang disebabkan oleh

gempa. Kebanyakan dari bencana gempa yang menimbulkan korban jiwa dan kerugian

materi diakibatkan oleh struktur bangunan yang dibuat oleh manusia. Bahaya yang

sesungguhnnya disebabkan oleh keruntuhan dari struktur bangunan, korban banjir yang

disebabkan oleh jebolnya suatu bendungan atau tanggul, longsoran batuan dan tanah pada

tebing yang curam, dan kebakaran.

2.5.1 Pengaruh Akibat Goncangan Tanah

Bencana pertama yang disebabkan oleh gempa adalah pengaruh dari goncangan

tanah. Struktur bangunan dapat mengalami kerusakan dan keruntuhan, baik oleh

goncangan itu sendiri maupun oleh lapisan tanah dibawahnya yang mengalami penurunan

elevasi (subsidence) saat terjadi gempa.


Struktur bangunan bahkan dapat ambles ke dalam tanah ketika terjadi liquifaksi

(liquefaction). Liquifaksi adalah peristiwa tercampurnya pasir atau tanah berpasir dengan

air tanah, selama terjadi goncangan gempa. Ketika air dan pasir dicampur, lapisan ini

menjadi sangat lunak dan berperilaku seperti pasir hisap. Jika liquifaksi terjadi di bawah

suatu bangunan, dapat menyebabkan longsoran atau amblesan. Lapisan tanah bergerak ke

atas lagi setelah gempa berlalu dan air tanah kembali turun ke tempatnya yang semula.

Peristiwa liquifaksi lebih berpengaruh pada lokasi tanah berpasir dimana air tanah terletak

cukup dekat dengan permukaan tanah.

Gambar 2-5. Salah satu bagian jalan mengalami kerusakan yang parah akibat Gempa Good Friday di Alaska, 1964.

Gambar 2-6. Keruntuhan bangunan akibat likuifaksi saat terjadi gempa Kobe di Jepang, 1995.


Struktur banguan juga dapat mengalami kerusakan akibat gelombang permukaan

yang kuat yang berasal dari dorongan dan rekahan tanah. Struktur bangunan apapun yang

berada di alur gelombang permukaan ini dapat bergeser atau roboh akibat dari pergerakan

tanah. Goncangan tanah dapat juga menyebabkan tanah longsor yang dapat merusak

bangunan atau mencederai manusia.

2.5.2 Pergeseran Tanah

Bencana utama akibat gempabumi yang kedua adalah pergeseran tanah di sepanjang

patahan. Jika sebuah bangunan seperi gedung, jembatan atau jalan dibangun melintasi

daerah patahan, maka pergeseran tanah akibat gempa akan sangat merusak dan bahkan

akan meruntuhkan bangunan tersebut.

2.5.3 Banjir

Bencana yang ketiga yang dapat ditimbulkan gempa adalah banjir. Sebuah gempa

dapat merusak tanggul atau bendungan sepanjang sungai. Air yang berasal dari sungai atau

reservoir akan membanjiri daerah tersebut dan merusak bangunan atau mungkin

menghanyutkan dan menenggelamkan orang.

Tsunami dan seiche dapat juga menyebabkan banyak kerusakan. Kebanyakan orang

menyebut tsunami sebagai ombak pasang yang sangat besar, tetapi ini tidak ada kaitannya

dengan gelombang pasang air laut biasa. Tsunami merupakan suatu gelombang yang

sangat besar disebabkan oleh gempa yang terjadi di bawah samudera. Tsunami dapat

mencapai tinggi tiga meter dan mempunyai kecepatan yang tinggi pada saat mencapai

daerah pantai, sehingga dapat menyebabkan kerusakan yang besar di daerah pantai. Seiche

adalah gelombang air sama seperti tsunami, tetapi dengan skala yang lebih kecil. Seiche

terjadi pada danau yang diakibatkan oleh gempa, dan pada umumnya hanya memiliki

tinggi setengah meter. Meskipun demikian, seiche juga dapat menyebabkan banjir.

2.5.4 Kebakaran

Bencana lainnya yang dapat diakibatkan oleh gempa adalah kebakaran. Kebakaran

ini diawali oleh terputusnya jaringan kabel listrik atau meledaknya pipa gas. Hal tersebut

dapat menjadi masalah yang serius, kususnya pada saat saluran air yang menyokonng

pompa hydrant juga terputus. Sebagai contoh terjadinya kebakaran akibat gempa adalah

terbakarnya kota San Fransisco setelah gempa kuat pada tahun 1906. Kota ini terbakar


selama 3 hari yang menyebabkan sebagian besar kota hancur dan 250,000 penduduk

kehilangan tempat tinggal.

Gambar 2-7. Kebakaran di kota San Francisco setelah terjadi gempa kuat pada 1906 .

2.6 Cara Mempelajari Gempa

Para ahli seismologi mempelajari gempa bumi dengan cara melihat kerusakan yang

disebabkan oleh gempa dan dengan menggunakan seismograf. Seismograf adalah alat yang

dapat merekam goncangan pada permukaan bumi akibat gelombang gempa.. Seismograf

pertama kali ditemukan oleh seorang ahli astronomi Cina bernama Chang Heng.

Kebanyakan seismograf modern saat ini adalah bersifat elektronik, tetapi komponen-

komponen dasar dari alat seismograf adalah tetap yaitu drum yang diberi kertas diatasnya

(rotating drum records motion), suatu ruang yang dihubungkan dengan suatu engsel yang

dapat bergerak pada kedua ujungnya, suatu beban (mass), dan suatu pena (pen).

Salah satu ujungnya dipalang dengan kotak logam yang tertancap di tanah. Beban

diletakkan pada ujung lainnya dari palang dan pena ditancapkan pada beban itu. Drum

dengan kertas di atasnya akan berputar secara konstan (Gambar 2-8)

Ketika terjadi gempa, semua peralatan di seismograf bergerak; kecuali beban dengan

pena di atasnya. Saat drum dan kertas berguncang mendekati pena, maka pena akan

membuat garis-garis yang tak beraturan di atas kertas, dan membuat catatan mengenai

pergerakan tanah akibat gempa. Catatan yang terekam oleh seismograf ini disebut

seismogram.


Dengan mempelajari seismogram, para ahli seismologi dapat memperkirakan

seberapa jauh dan seberapa kuat gempa yang terjadi. Catatan ini tidak dapat menceritakan

letak pusat gempa secara tepat, hanya dapat memberitahukan bahwa gempa terjadi sejauh

beberapa mil atau kilometer dari seismograf. Untuk memperoleh letak pusat gempa yang

tepat, dibutuhkan setidaknya 2 seismograf lain yang berada di tempat lain

Gambar 2-8. Komponen-komponen dasar alat seismograph

2.6.1 Parameter-parameter Gempa

Suatu peristiwa gempa biasanya digambarkan dengan beberapa parameter, sebagai

berikut :

� Tanggal dan waktu terjadinya gempa

� Koordinat epicenter ( dinyatakan dengan garis lintang dan garis bujur geografi )

� Kedalaman pusat gempa (focus)

� Magnitude dan Intensitas maksimum gempa

Pusat gempa atau focus adalah titik di bawah permukaan bumi di mana gelombang

gempa untuk pertama kali dipancarkan. Fokus biasanya ditentukan berdasarkan

perhitungan data gempa yang diperoleh melalui peralatan pencatat gempa (seismograf).

Lokasi sumber gempa pada umumnya terdapat diperbatasan antara pelat-pelat tektonik, di

mana pada tempat ini sering terjadi patahan bidang permukaan bumi. Pada prinsipnya


gempa adalah suatu peristiwa pelepasan energi pada suatu tempat di perbatasan antara

pelat-pelat tektonik.

Episentrum (Epicenter) adalah titik pada permukaan bumi yang didapat dengan

menarik garis melalui focus, tegak lurus pada permukaan bumi. Episentrum dapat

ditentukan melalui peralatan pencatat gempa atau secara makroseismik. Episentrum yang

ditentukan melalui peralatan pencatat getaran gempa disebut instrumental epicenter.

Bilamana tidak ada hasil pencatatan getaran gempa, episentrum ditentukan berdasarkan

pengamatan terhadap kerusakan pada suatu daerah. Episentrum pada cara ini adalah titik

di mana kerusakan terbesar terjadi, dan disebut macroseismic epicenter.

Kedalaman fokus adalah kedalaman jarak antara fokus dengan epicentrum.

Berdasarkan kedalaman fokus ini, suatu gempa dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

� Gempa dengan kedalaman fokus lebih kecil dari 70 km, disebut Gempa Dangkal.

� Gempa dengan kedalaman fokus antara 70 km sampai dengan 300 km, disebut

Gempa Menengah.

� Gempa dengan kedalaman fokus lebih besar dari 300 km, disebut Gempa Dalam.

Gambar 2-9. Focus, Epicenter, seismic waves, dan fault

Kedalaman fokus adalah kedalaman jarak antara fokus dengan epicentrum.

Berdasarkan kedalaman fokus ini, suatu gempa dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

� Gempa dengan kedalaman fokus lebih kecil dari 70 km, disebut Gempa Dangkal.

� Gempa dengan kedalaman fokus antara 70 km sampai dengan 300 km, disebut

Gempa Menengah.

� Gempa dengan kedalaman fokus lebih besar dari 300 km, disebut Gempa Dalam.


2.6.2 Menentukan Letak Episentrum dan Magnitude Gempa

Untuk menentukan di mana gempa terjadi, perlu dipelajari data rekaman gempa

(seismogram) yang tercatat pada seismograf. Sekurang-kurangnya diperlukan 2 seismograf

yang berbeda untuk gempa yang sama. Gambar 2-10 menunjukkan contoh rekaman gempa

yang tercatat pada seismograf. Jarak antara awal permulaan gelombang P dan awal mula

gelombang S menunjukkan berapa detik gelombang tersebut terpisah.

Gambar 2-10. Rekaman gempa yang tercatat pada seismograf.

Hasil ini dapat digunakan untuk memperkirakan jarak dari seismograf ke pusat gempa.

Untuk menentukan jarak episentrum dan magnitude gempa dapat dilakukan dengan

menggunakan grafik seperti pada Gambar 2-11.

Gambar 2-11. Grafik untuk menentukan jarak episentrum dan magnitud gempa


Prosedur untuk menentukan jarak episentrum dan magnitude gempa, sbb. : � Mengukur jarak antara awal gelombang P dan gelombang S. Dalam hal ini, awal

gelombang P dan S adalah terpisah 24 detik. Plot 24 detik ini pada grafik skala S-P,

akan didapatkan jarak pusat gempa adalah 215 kilometer (Gambar 2-11).

� Ukur amplitudo maksimum dari gelombang gempa yang terekam pada seismograf. Pada

rekaman seismograf di dapat amplitudo maksimum adalah 23 mm (lihat Gambar 2-10)

� Plot 23 mm ini pada grafik skala Amplitude yang sudah tersedia (Gambar 2-11).

� Tarik garis lurus melalui dua yaitu titik 24 detik dan 23 mm, sehingga memotong grafik

skala Magnitude. Dengan membaca titik potong pada grafik skala Magnitude,

didapatkan besarnya magnitude gempa adalah M = 5 pada Skala Richter.

2.7 Patahan

Patahan (fault) adalah retakan di permukaan bumi dimana dua buah pelat tektonik

bergerak dengan arah yang berbeda. Patahan dapat terjadi karena tumbukan dan gesekan

antar pelat tektonik. Tergantung dari arah terjadinya patahan, pada dasarnya ada dua jenis

patahan yang dapat terjadi, yaitu patahan dip slip dan patahan strike slip.

Gambar 2-12. Jenis-jenis patahan yang dapat terjadi akibat gempa.

Patahan dip slip atau patahan normal (normal fault) adalah retakan dimana satu

bagian dari batuan bergeser kearah vertikal menjauhi bagian yang lain. Patahan jenis ini

biasanya terjadi pada wilayah dimana suatu pelat tektonik terbelah dengan sangat lambat,

atau pada dua buah pelat tektonik yang saling mendorong satu sama lain. Patahan strike-

slip adalah retakan antara dua pelat tektonik yang bergesekan satu sama lain dalam arah

horisontal. Patahan strike slip yang terkenal adalah adalah patahan San Andreas sepanjang


300 km dengan lebar patahan 6,4 m. Patahan San Andreas di California ini disebabkan

oleh gempa San Francisco yang berkekuatan M = 8,3 pada Skala Richter pada 1906.

Patahan berlawanan arah (reverse fault) adalah retakan yang terbentuk dimana salah

satu pelat tektonik terdorong menuju pelat lainnya. Patahan ini juga terjadi jika sebuah

pelat tektonik terlipat akibat tekanan dari pelat yang lain. Pada patahan jenis ini, salah satu

bagian dari pelat bergeser kebawah, sedangkan bagian lainnya terdorong ke atas.

2.8 Mengukur Besaran Gempa

Jika terjadi gempa yang merusak disuatu tempat, mungkin pertanyaan yang pertama-

tama timbul adalah : Berapakah besarnya gempa tersebut dan bagaimana cara

mengukurnya?. Besaran yang dipakai untuk mengukur suatu gempa ada dua, yaitu

Intensitas (Intencity) dan Magnitude (Magnitude). Kedua ukuran ini menunjukkan aspek-

aspek yang berbeda mengenai suatu gempa.

2.8.1 Skala Mercalli

Sebelum ditemukannya alat-alat pencatat getaran gempa, satu-satunya cara untuk

mengukur besarnya gempa adalah dengan jalan pengamatan langsung oleh manusia. Untuk

memudahkan pengamatan tersebut, dibuatlah daftar-daftar yang mengklasifikasikan

besarnya gempa, berdasarkan derajat kerusakan yang ditimbulkan oleh gempa terhadap

bangunan-bangunan. Skala daftar derajat kerusakan ini dinyatakan dalam angka Romawi

( I, II, III, …. ). Skala ini pada umumnya digunakan untuk pengamatan oleh orang-orang

yang sudah berpengalaman untuk memperkirakan tingkat intensitas suatu gempa.

Derajat kerusakan akibat gempa yang sama dengan ukuran yang terdapat dalam

daftar yang dipakai untuk menyatakan intensitas suatu gempa. Intensitas yang dilaporkan

untuk suatu gempa adalah intensitas maksimum yang disebabkan oleh aktivitas gempa

pada suatu lokasi. Intensitas ini sering juga disebut sebagai intensitas lokal. Intensitas lokal

berhubungan langsung dengan percepatan tanah maksimum yang terjadi akibat gempa.

Dengan demikian intensitas lokal gempa akan berhubungan pula dengan besar kecilnya

kerusakan yang terjadi pada bangunan-bangunan disuatu lokasi.

Daftar skala intensitas, pertama kali dikembangkan oleh Rossi dari Italia dan Forrel

dari Swiss. Skala ini, merujuk pada nilai I sampai X, yang untuk pertama kalinya

digunakan untuk melaporkan gempa San Fransisco yang terjadi pada tahun 1906. Pada

tahun 1902 seorang seimolog dan vulkanolog dari Italia bernama Giuseppe Mercalli


mengusulkan skala intensitas dari I sampai dengan XII. Pada tahun 1931, Harry O. Wood

dan Frank Neumann memodifikasi skala Mercalli ini, dan disebut skala Modified Mercalli

Intensity (MMI Scale) untuk mengukur intensitas gempa yang terjadi di California,

Amerika.

Skala MMI mempunyai 12 tingkatan intesitas gempa (I s/d XII). Setiap tingkatan

intensitas didefinisikan berdasarkan pengaruh gempa yang didapat dari pengamatan, seperti

goncangan tanah, dan kerusakan dari struktur bangunan seperti gedung, jalan, dan

jembatan. Tingkat intensitas I sampai VI, digunakan untuk mendeskripsikan apa yang

dilihat dan dirasakan orang selama terjadinya gempa ringan dan gempa sedang. Sedangkan

tingkat intensitas VII sampai dengan XII digunakan untuk mendeskripsikan kerusakan

pada struktur bangunan selama terjadinya gempa kuat.

Di dunia, setiap tahunnya terjadi rata-rata satu gempa dengan tingkat intensitas X

sampai XII, 10 sampai 20 gempa dengan intensitas VII sampai IX, dan lebih dari 500

gempa dengan intensitas I sampai VI. Setiap tahun terjadi hampir 100000 gempa tetapi

tidak dicatat manusia, oleh karena itu gempa-gempa ini tidak diklasifikasikan di dalam

skala MMI. Gempa dengan intensitas II dan III pada skala MMI dapat dianggap setara

dengan gempa dengan magnitude M=3 sampai M=4 pada Skala Richter. Gempa dengan

intensitas XI dan III pada skala MMI dapat dianggap setara dengan gempa dengan

magnitude M=8 sampai M=9 pada Skala Richter.

Hal-hal yang dapat menyebabkan banyaknya kerusakan dari bangunan pada saat

terjadi gempa adalah, desain dari konstruksi bangunan, jarak lokasi bangunan dari pusat

gempa, dan kondisi lapisan permukaan tanah dimana bangunan tersebut didirikan. Desain

dari konstruksi bangunan yang berbeda, akan memiliki daya tahan terhadap gempa yang

berbeda pula, serta semakin jauh lokasi bangunan dari pusat gempa, semakin sedikit

kerusakan yang akan terjadi. Demikian juga pengaruh dari kondisi tanah dasar dimana

bangunan didirikan, akan menyebabkan perbedaan pada tingkat kerusakan yang dapat

terjadi. Pada lokasi dimana lapisannya merupakan tanah lunak, gempa akan menyebabkan

bangunan bergoncang lebih keras dibandingkan jika lapisan tanahnya merupakan tanah

lunak. Bangunan-bangunan yang didirikan di atas lapisan tanah lunak akan mengalami

kerusakan yang lebih parah dibandingkan dengan bangunan-bangunan yang didirikan di

atas lapisan tanah keras.


Dari penjelasan mengenai tingkat kerusakan bangunan yang dapat terjadi akibat

gempa, terlihat bahwa penentuan dari nilai Skala Mercalli sangat bersifat subjektif karena

beberapa hal sebagai berikut :

� Tergantung pada jarak epicenter sampai tempat yang dimaksud.

� Keadaan geologi setempat

� Kualitas dari bangunan-bangunan setempat di lokasi terjadinya gempa.

� Pengamatan manusia sangat dipengaruhi oleh keadaan panik akibat kekacauan yang

biasanya terjadi pada saat gempa,

Skala Mercalli tidak dapat digunakan secara ilmiah seperti Skala Richter. Karena

skala ini bersifat subjektif, maka untuk suatu kerusakan yang diakibatkan oleh gempa,

pengamatan yang dilakukan oleh beberapa orang akan mempunyai pendapat yang berbeda

mengenai tingkat kerusakan yang terjadi.

Tabel 2-1. Skala Intensitas Modified Mercalli ( MMI Scale )

Skala Intensitas

Keterangan

I Tidak terasa orang, hanya tercatat oleh alat pencatat yang peka

II Getaran terasa oleh orang yang sedang istirahat, terutama orang yang berada di lantai dan di atasnya

III Benda-benda yang tergantung bergoyang, bergetar ringan

IV Getaran seperti truk lewat. Jendela, pintu dan barang pecah belah bergemerincing

V Getaran terasa oleh orang di luar gedung. Orang tidur terbangun. Benda-benda tidak stabil di atas meja terguling atau jatuh. Pintu bergerak menutup dan membuka.

VI Getaran terasa oleh semua orang. Banyak orang takut dan keluar rumah. Berjalan kaki sulit. Kaca jendela pecah. Meja dan kursi bergerak.

VII Sulit berdiri. Getaran terasa oleh pengendara motor dan mobil. Genteng di atap terlepas.

VIII Pengemudi mobil terganggu. Tembok bangunan retak.

IX Semua orang panik. Tembok bangunan mengalami kerusakan berat. Pipa-pipa dalam tanah putus.

X Sebagian konstruksi portal dan temboknya rusak beserta pondasinya. Tanggul dan bendungan rusak berat. Rel kereta api bengkok sedikit. Banyak terjadi tanah longsor.

XI Rel kereta api rusak berat. Pipa-pipa di dalam tanah rusak

XII Terjadi kerusakan total. Bangunan-bangunan mengalami kerusakan. Barang-barang terlempar ke udara.


Beberapa orang saksi mungkin akan melebih-lebihkan betapa banyaknya hal buruk

yang terjadi saat terjadi gempa. Jumlah kerusakan yang disebabkan oleh gempa tidak dapat

didata dengan teliti, sama halnya dengan kekuatan gempa itu sendiri. Dengan demikian,

skala intensitas tidak dapat digunakan sebagai ukuran untuk menyatakan besarnya suatu

gempa. Meskipun demikian, skala intensitas sangat berguna untuk membuat garis

isoseismal pada peta suatu daerah atau lokasi guna menetapkan tempat-tempat atau daerah-

daerah yang mempunyai derajat kerusakan yang sama. Peta ini adalah yang sering disebut

sebagai peta jalur gempa, dan berguna sekali sebagai informasi di dalam perencanaan

struktur bangunan tahan gempa.

Dengan ditemukannya alat seismograf, yaitu alat pencatat getaran gempa, maka

terbukalah kemungkinan untuk mengukur besarnya suatu gempa dengan lebih teliti. Dari

hasil pencatatan suatu alat seismograf, akan dapat diketahui jumlah energi kinetik yang

terlepas pada pusat gempa.

2.8.2 Skala Richter

Salah satu skala yang paling sering digunakan untuk mengukur kekuatan atau

besarnya gempa adalah Skala Richter (Richter Magnitude Scale), atau disebut Local

Magnitude (ML). Skala ini dibuat oleh DR. Charles F. Richter dari California Institute of

Technology pada 1934. Skala Richter didasarkan pada skala logaritma dan ditulis dalam

angka Arab (1, 2, 3, …. ). Besaran dari Skala Richter ditentukan dengan mengukur

amplitudo maksimum dari gelombang seismik yang tercatat pada alat seismograf standart

Wood-Anderson, yang ditempatkan pada jarak 100 km dari pusat gempa. Alat seismograf

dapat mendeteksi gerakan tanah yang sangat kecil sebesar 0,00001 mm, sampai gerakan

tanah sebesar 1 meter.

Karena besaran pada Skala Richter ditulis berdasarkan skala logaritma (base 10), ini

berarti bahwa setiap penambahan satu angka pada Skala Richter, akan mempresentasikan

kenaikan sebesar 10 kali lipat pada pergerakan tanah akibat gempa. Jadi dengan

menggunakan skala ini, gempa yang tercatat 5 pada Skala Richter (magnitude gempa

M=5), akan mengakibatkan goncangan tanah sepuluh kali lipat lebih kuat dibandingkan

gempa dengan skala 4 (magnitude gempa M=4), dan permukaan bumi akan bergerak

sejauh 10 kali.

Untuk memberi gambaran mengenai angka-angka pada Skala Richter, maka

anggaplah hal ini sebagai suatu bentuk energi yang dilepaskan oleh bahan peledak. Suatu


gelombang gempa dengan tingkat magnitude gempa M=1 pada Skala Richter akan

melepaskan energi setara dengan energi ledakan 6 ton bahan peledak TNT. Sebuah gempa

dengan tingkat magnitude gempa M=8 akan melepaskan energi setara dengan banyaknya

energi yang dihasilkan oleh ledakan 6 juta ton TNT. Untungnya, kebanyakan dari gempa

yang terjadi setiap tahunnya mempunyai tingkat magnitude kurang dari 2.5, sehingga

terlalu kecil untuk dapat dirasakan oleh manusia.

Meskipun Richter yang pertama kali mengusulkan cara ini untuk mengukur kekuatan

gempa, ia hanya menggunakan suatu jenis alat seismograf tertentu dan mengukur gempa

dangkal di California Selatan. Untuk penggunaan berbagai jenis alat seismograf untuk

mengukur magnitude dan kedalaman gempa dari semua tingkatan gempa, para Ilmuwan

sekarang telah membuat skala magnitude yang lain, yang semuanya sudah dikalibrasikan

terhadap metoda asli dari Richter. Berikut ini adalah sebuah tabel yang menggambarkan

tingkatan magnitude dan kekuatan gempa, pengaruh-pengaruhnya, serta perkiraan jumlah

gempa yang terjadi setiap tahunnya.

Tabel 2-2. Magnitude dan Kelas Kekuatan Gempa

Magnitude Gempa

Kelas Kekuatan Gempa

Pengaruh gempa Perkiraan kejadian pertahun

< 2,5 Minor earthquake

Pada umumnya tidak dirasakan, tetapi dapat direkam oleh seismograf.

900,000

2,5 s.d 4,9 Light earthquake

Selalu dapat dirasakan, tetapi hanya menyebabkan kerusakan kecil.

30,000

5,0 s.d 5,9 Moderate earthquake.

Menyebabkan kerusakan pada bangunan dan struktur-struktur yang lain.

500

6,0 s.d 6,9 Strong earthquake

Kemungkinan dapat menyebabkan kerusakan besar, pada daerah dengan populasi tinggi.

100

7.0 s.d 7.9 Major earthquake

Menimbulkan kerusakan yang serius. 20

≥ 8.0 Great earthquake

Dapat menghancurleburkan daerah yang dekat dengan pusat gempa.

satu setiap 5-10 tahun

Gempa dengan magnitude M=5 dianggap sebagai gempa sedang (moderate

earthquake), sedangkan gempa dengan magnitude M=6 merupakan gempa kuat (strong

earthquake). Gempa dengan magnitude M=8 atau lebih, merupakan gempa sangat kuat

(great earthquake). Sebagai contoh gempa Los Angeles 1994 mempunyai magnitude

M=6,7 dan gempa San Fransisco 1906 mempunyai magnitude M=7,9.


Meskipun Skala Richter tidak mempunyai batas atas, tetapi gempa dengan magnitude

lebih dari M=8 sangat jarang terjadi. Gempa ini hanya terjadi sekali setiap 5 sampai 10

tahunnya di dunia. Demikian juga tidak terdapat batas bawah pada Skala Richter. Suatu

gempa berukuran 1/10 dari gempa dengan magnitude M=1, adalah gempa dengan skala 0

pada Skala Richter. Dan gempa berukuran 1/10 dari gempa dengan magnitude 0, adalah

gempa dengan skala -1 pada Skala Richter. Gempa dengan magnitude negatif pada skala

Richter terjadi setiap hari, tetapi sangat kecil getarannya sehingga sulit untuk dideteksi.

Magnitude gempa dapat mencermikan kondisi sesungguhnya dari besarnya gempa.

Magnitude tidak memberikan gambaran mengenai derajat kerusakan yang disebabkan oleh

gempa. Perlu dicatat, bahwa suatu gempa dengan magnitude besar yang terjadi di tengah

samudera, mungkin tidak akan mengakibatkan kerusakan pada bangunan, bahkan

getarannya pun mungkin tidak akan dirasakan oleh manusia yang berada di darat.

Sebaliknya suatu gempa dengan magnitude rendah tetapi mempunyai pusat gempa yang

dekat pada suatu kota yang padat penduduk serta penuh dengan bangunan-bangunan,

mungkin akan menyebabkan banyak kerusakan. Hubungan sesungguhnya antara intensitas

dan magnitude sangat sulit untuk ditentukan. Banyak faktor disamping magnitude gempa

dan jarak yang mempengaruhi besarnya intensitas. Salah satu faktor yang berpengaruh

adalah kondisi tanah. Meskipun demikian, hubungan perkiraan antara besaran magnitude

(Richter) dengan intensitas (MMI dapat ditentukan sebagai berikut :

Tabel 2-3. Hubungan antara Magnitude dan Intensitas Gempa

Magnitude ( Richter )

Intensitas ( MMI ) Pengaruh-pengaruh Tipikal

≤ 2 I – II Pada umumnya tidak terasa

3 III Terasa di dalam rumah, tidak ada kerusakan

4 IV – V Terasa oleh banyak orang, barang-barang bergerak, Tidak adak kerusakan struktural

5 VI – VII Terjadi beberapa kerusakan struktural, seperti Retak-retak pada dinding

6 VII – VIII Kerusakan menengah, seperti hancurnya dinding

7 IX – X Kerusakan besar, seperti runtuhnya bangunan

≥ 8 XI – XII Rusak total atau hampir hancur total


2.9 Energi Gempa Dan Percepatan Tanah

Gempa tektonik hanya dapat terjadi jika dua syarat utamanya terpenuhi, yaitu :

� Harus terjadi penimbunan regangan secara perlahan-lahan pada batu-batuan di dalam

kulit bumi dalam waktu yang lama

� Batuan-batuan di dalam kulit bumi tersebut harus cukup kuat untuk dapat menimbun

tegangan hingga mencapai energi, kira-kira (1020–1025) erg. Sebagai perbandingan :

bom atom Hiroshima mempunyai energi sebesar 8x1020 erg.

Jika kedua syarat tersebut tidak tercapai, maka dapat dipastikan gempa tektonik tidak akan

terjadi. Seperti telah di sebutkan di atas, anggapan yang dapat diterima sampai saat ini

adalah, suatu gempa akan terjadi karena adanya pelepasan energi regangan yang telah lama

tertimbun di dalam batu-batuan, dan terjadinya penimbunan tegangan adalah karena

pergerakan di dalam bumi.

Pada saat terjadi pergerakan tanah akibat gempa, akan terjadi pelepasan energi pada

sumber gempa. Besarnya energi yang dilepas pada sumber gempa diukur dengan skala

Richter. Hubungan antara Skala Richter dan besarnya energi yang dilepaskan pada saat

terjadi gempa, dapat ditulis dalam suatu persamaan :

Log E = 11,4 + 1,5 M

dimana E adalah energi gempa yang dilepaskan (erg atau dyne-cm), dan M adalah besaran

atau magnitude gempa pada Skala Richter.

Dari rumus di atas terlihat bahwa peningkatan dalam satu satuan Skala Richter

berarti peningkatan energi sebesar 32 kali, dan peningkatan dua satuan pada Skala Richter

berati peningkatan energi sebesar 1000 kali. Jadi suatu gempa yang tercatat M=7 pada

Skala Richter, akan melepaskan energi sebanyak 32 kali dari energi yang dilepas dari

gempa yang tercatat M=6 pada Skala Richter. Jumlah energi yang dilepaskan gempa

dengan magnitude M=4,3 adalah ekivalen dengan energi yang dilepas oleh bom atom yang

menghancurkan kota Hirosima di Jepang, yaitu sebanding dengan 20 kiloton TNT.

Diperkirakan suatu gempa dengan magnitude M=12 pada Skala Richter, akan melepaskan

cukup banyak energi yang dapat mengakibatkan bumi terbelah menjadi dua bagian.

Pembagian besaran gempa menurut skala Richter ini kurang begitu tepat digunakan

di bidang rekayasa struktur bangunan tahan gempa, karena meskipun gempa yang tercatat

melepaskan energi sangat besar, tetapi kadang-kadang kurang terasa di permukaan tanah,

karena jarak sumber gempa sangat jauh di dalam bumi. Sebagai contoh, gempa yang


melanda Chili dan Agadir (Maroko), keduanya terjadi pada 1960. Magnitude gempa yang

terjadi di Chili tercatat sebesar M=7,5 pada Skala Richter, tetapi tidak mengakibatkan

kerusakan yang berat karena sumber gempa terletak 100 km di bawah muka tanah.

Sedangkan magnitude gempa yang melanda Agadir tercatat hanya sebesar M=5,7 pada

Skala Richter, tetapi mengakibatkan kerusakan yang hebat karena sumber gempa terletak

hanya 6 km dari permukaan tanah. Jadi pengaruh gempa di permukaan tanah tidak hanya

ditentukan oleh besarnya energi yang dilepaskan dari sumber gempa saja, akan tetapi juga

kedalaman atau jarak sumber gempa.

Hubungan antara Skala Richter dan percepatan tanah maksimum atau Peak Ground

Acceleration (PGA) akibat pengaruh gempa pada suatu wilayah, dapat dihitung dengan

menggunakan rumus Donovan dan Matuschka. Jika M adalah besarnya gempa menurut

Skala Richter, H adalah jarak hypocenter (dalam km), maka besarnya percepatan tanah

maksimum a (dalam cm/detik2) adalah :

� Rumus Donovan (1973) : a = 1080.(2,718)0,5.R (H+25)–1,32

� Rumus Matuschka (1980) : a = 119.(2,718)0,81.R.(H+25)–1,15

Perpindahan materi biasa disebut displacement. Jika dapat diketahui waktu yang

diperlukan untuk perpindahan tersebut, maka akan dapat dihitung kecepatan materi

tersebut. Sedangkan percepatan adalah parameter yang menyatakan perubahan kecepatan

mulai dari keadaan diam sampai pada kecepatan tertentu. Percepatan gelombang gempa

yang sampai di permukaan bumi disebut percepatan tanah, dan merupakan gangguan yang

perlu dikaji untuk setiap gempa, kemudian dipilih percepatan tanah yang maksimum untuk

dipetakan agar bisa memberikan pengertian tentang efek paling parah yang pernah dialami

suatu lokasi.

Efek primer gempa adalah kerusakan struktur bangunan baik yang berupa gedung,

perumahan rakyat, gedung bertingkat, fasilitas umum, monumen, jembatan dan

infrastruktur lainnya, yang diakibatkan oleh getaran yang ditimbulkannya. Secara garis

besar, tingkat kerusakan yang mungkin terjadi tergantung dari kekuatan dan kualitas

bangunan, kondisi geologi dan geotektonik lokasi bangunan, dan percepatan tanah di lokasi

bangunan akibat dari getaran gempa. Faktor yang merupakan sumber kerusakan dapat

dinyatakan dalam parameter percepatan tanah. Sehingga data percepatan tanah maksimum

akibat gempa pada suatu lokasi menjadi penting untuk menggambarkan tingkat resiko


gempa di suatu lokasi tertentu. Semakin besar nilai percepatan tanah maksimum yang

pernah terjadi disuatu tempat, semakin besar resiko gempa yang mungkin terjadi.

Gempa bisa terjadi berulang-ulang di suatu tempat. Hal ini dikenal sebagai perioda

ulang gempa. Terjadinya gempa yang berulang di suatu tempat didukung oleh teori Elastic

Rebound yang mempunyai fase pengumpulan energi dalam jangka waktu tertentu, dan

kemudian masa pelepasan energi pada saat gempa besar. Perioda ulang gempa bisa 10

tahun, 50 tahun, 100 tahun, 500 tahun, atau bahkan 2500 tahun, sehingga tingkat resiko

bangunan terhadap gempa bisa terkait dengan periode ulang terjadinya gempa.

2.10 Frekuensi Terjadinya Gempa

Hubungan antara besarnya gempa menurut Skala Richter dengan frekuensi terjadinya

gempa pada suatu wilayah, oleh Gutenberg dan Richter dapat dinyatakan dengan rumus :

Log N = A – b.M

dimana N adalah jumlah rata-rata gempa yang besarnya M atau lebih pada Skala Richter

yang terjadi pada suatu wilayah, M adalah magnitude gempa menurut Skala Richter, A dan

b adalah konstanta yang besarnya tergantung pada lokasi atau wilayah yang ditinjau.

Sebagai contoh, untuk wilayah Jepang Timur Laut, harga A=6,88 dan b=1,06, untuk

Jepang Barat Daya, harga A=4,19 dan b=0,72, untuk wilayah Amerika Barat, harga

A=5,94 dan b=1,14, untuk wilayah Amerika Timur, harga A=5,79 dan b=1,34. Untuk

Indonesia, besarnya konstanta A dan b dapat diambil sebesar A=7,30 dan b=0,94.

Rumus Gutenberg dan Richter di atas menunjukkan hubungan antara frekuensi dan

besarnya gempa yang ditinjau berdasarkan besarnya energi yang dilepas pada sumber

gempa, pada suatu wilayah tertentu. Untuk keperluan rekayasa Teknik Sipil, rumus ini

jarang digunakan, karena pada rekayasa Teknik Sipil yang diperlukan adalah besarnya

percepatan maksimum tanah permukaan pada saat terjadinya gempa. Hubungan yang

banyak dipakai di bidang Teknik Sipil adalah hubungan antara frekuensi terjadinya gempa

dan besarnya percepatan permukaan tanah yang maksimum pada suatu wilayah tertentu.

Jika untuk suatu wilayah tertentu telah diketahui besarnya percepatan permukaan

tanah yang pernah terjadi, maka dapat dibuat hubungan antara besarnya percepatan tanah

dengan frekuensi terjadinya gempa. Misalnya pada suatu daerah, berdasarkan catatan-

catatan gempa yang lalu, rata-rata mengalami 1 kali getaran gempa dengan percepatan

permukaan tanah sebesar 0,10 gal (gal = gravity acceleration atau percepatan gravitasi)


atau lebih untuk setiap 50 tahun, dan mengalami 1 kali getaran gempa dengan percepatan

permukaan tanah sebesar 0,08 gal atau lebih untuk setiap 10 tahun, maka dapat dikatakan

bahwa daerah tersebut mempunyai gempa 50 tahunan sebesar 0,10 gal dan gempa 10

tahunan sebesar 0,08 gal. Makin lama waktu atau periode ulang terjadinya gempa, maka

akan makin besar percepatan permukaan tanahnya.

2.11 Gelombang Gempa

Hancurnya massa batuan di dalam kulit bumi akan disertai dengan pemancaran

gelombang-gelombang gempa (seismic wave) ke segala arah, kadang-kadang sampai ke

tempat yang jauh sekali tergantung dari banyaknya energi yang terlepas. Pada dasarnya ada

dua jenis gelombang yang dilepas pada saat terjadi gempa, yaitu Gelombang Badan (Body

Waves) dan Gelombang Permukaan (Surface Wave). Gelombang badan ada dua jenis, yaitu

Gelombang P (Primer) dan Gelombang S (Secunder). Gelombang permukaan ada dua

jenis, yaitu Gelombang R (Rayleigh) dan Gelombang L (Love).

Gelombang P merambat pada arah longitudinal, dengan cara memampat dan

mengembang searah dengan arah rambatan. Kecepatan perambatan gelombang P antara 1,4

sampai dengan 6,4 km/detik. Gelombang S merambat pada arah transversal. Perambatan

dari Gelombang S ini disertai juga dengan gerakan berputar sehingga dapat lebih

membahayakan di bandingkan Gelombang P. Kecepatan perambatan Gelombang S sekitar

2/3 kali kecepatan Gelombang P. Karena perbedaan kecepatan rambat dari kedua

gelombang ini, maka dari hasil rekaman gempa, dapat diperkirakan jarak sumber

gempanya berdasarkan selisih waktu tiba antara kedua gelombang tersebut pada alat

seismograf. Gelombang R dan Gelombang L hanya merambat di permukaan tanah saja.

Gelombang R arah gerakannya pada bidang vertikal, sedangkan Gelombang L bergerak

transversal pada bidang horisontal.

2.11.1 Gelombang P

Gelombang P adalah gelombang gempa yang tercepat. Gelombang P ini dapat

merambat melalui media padat dan cair, seperti lapisan batuan, air atau lapisan cair bumi.

Pada saat merambat, gelombang ini akan menekan media batuan yang dilewatinya.

Mekanisme perambatan Gelombang P yang menekan lapisan batuan, identik dengan

mekanisme terjadinya getaran pada jendela kaca saat terjadi suar*a petir yang keras.

Jendela bergetar karena adanya tekanan dari gelombang suara pada kaca jendela. Pada saat

terjadi gempa, pengaruh dari Gelombang P dapat dirasakan berupa getaran.


Gambar 2-13. Perambatan Gelombang P

2.11.2 Gelombang S

Jenis kedua dari Gelombang Badan adalah Gelombang S, yang merupakan

gelombang kedua yang dapat dirasakan pada saat gempa. Gelombang S lebih lambat dari

pada Gelombang P, dan hanya dapat merambat melalui batuan padat. Arah gerakan dari

gelombang ini naik-turun atau bergerak menyamping.

Gambar 2-14. Perambatan Gelombang S

2.11.3 Gelombang L

Jenis pertama dari Gelombang Permukaan disebut Gelombang L. Gelombang ini

diberi nama sesuai dengan nama penemunya yaitu A.E.H. Love seorang ahli matematika

dari Inggris yang mengerjakan model matematika untuk jenis gelombang ini di pada 1911.

Gelombang ini adalah yang tercepat dan menggerakkan tanah dari samping ke samping.

Gambar 2-14. Perambatan Gelombang L


2.11.4 Gelombang R

Jenis Gelombang Permukaan lainnya adalah Gelombang R. Keberadaan dari

gelombang ini diperkirakan secara matematika oleh W.S. Rayleigh pada 1885. Pada saat

merambat, Gelombang R akan menggulung media yang dilewatinya, dimana gerakan dari

gelombang ini mirip dengan gerakan gelombang air di laut. Karena gerakan yang

menggulung ini, maka lapisan tanah atau batuan akan naik dan turun, dan akan ikut

bergerak searah dengan gerakan gelombang. Kebanyakan goncangan dari gempa

berhubungan erat dengan Gelombang R ini. Pengaruh kerusakan yang diakibatkan oleh

Gelombang R dapat lebih besar dibandingkan gelombang-gelombang gempa lainnya.

Gambar 2-15. Perambatan Gelombang R

2.11.5 Amplifikasi Gelombang Gempa

Karena lapisan permukaan bumi tidak homogen dan terdiri dari bermacam-macam

bahan dan lapisan, maka gelombang-gelombang gempa tersebut dalam perjalanannya

mencapai permukaan bumi akan mengalami berbagai perubahan, yaitu diredam,

dipantulkan, dibiaskan baik pada lapisan-lapisan maupun pada permukaan bumi. Sebagai

akibatnya jalannya gelombang menjadi tidak beraturan, rumit, serta sulit untuk diprediksi.

Lapisan permukaan bumi merupakan lapisan yang penting di bidang rekayasa gempa,

karena pada lapisan ini sering terjadi retakan atau patahan yang dapat menyebabkan

terjadinya gempa. Pengalaman menunjukkan bahwa, kondisi geologi dan kondisi tanah

setempat sangat mempengaruhi gerakan permukaan tanah pada saat terjadi gempa.

Beberapa faktor yang mempengaruhi gerakan tanah akibat gempa adalah : panjang dan

tebalnya lapisan tanah di atas lapisan batuan, perubahan jenis lapisan tanah, kemiringan

lapisan tanah endapan, retakan di dalam lapisan batuan, dan lain-lain.

Pada saat gelombang gempa menyebar di tanah, maka akan terjadi pemantulan dan

penyebaran pada perbatasan antara lapisan-lapisan permukaan tanah yang mempunyai sifat

karakterisitik yang berbeda. Seperti diilustrasikan pada Gambar 2-16, hubungan antara


sudut θ1 pada bagian lapisan batuan dasar dan sudut gelombang θn pada permukaan

teratas, dapat dinyatakan dalam persamaan :

11

nn sin

cc

sin θ=θ

Sebagai contoh, jika cn = 0,1c1 dan θ1 = 900 , maka θn = 60 . Hal ini menunjukkan bahwa

arah penyebaran gelombang seismik hampir vertikal pada saat mencapai permukaan tanah.

Jika gelombang gempa dengan percepatan yang tetap (stationary wave) merambat

dari lapisan batuan dasar ke permukaan tanah, maka amplitudo dari gelombang pada saat

mencapai permukaan tanah akan menjadi lebih besar dari pada gelombang asalnya. Dalam

hal ini disebut bahwa gelombang seismik mengalami amplifikasi. Fenomena resonansi

dapat terjadi terutama jika waktu getar dari gelombang gempa sama dengan atau mendekati

waktu getar alami dari lapisan tanah yang dilewatinya.

Gambar 2-16. Perambatan gelombang gempa pada beberapa lapisan tanah

Pada kondisi sebenarnya, gelombang gempa mempunyai percepatan rambat yang

tidak tetap (nonstationary wave).

Gambar 2-17. Distribusi akar kuadrat rata-rata dari pembesaran amplitudo percepatan tanah untuk komponen utara-selatan gempa El Centro, California, 1940 (Toki, 1981)


Amplifikasi yang terjadi pada gelombang gempa nonstationary lebih kecil dari pada

gelombang gempa stationary. Meskipun demikian, gelombang gempa akan semakin

membesar saat mendekati permukaan tanah, seperti yang terlihat pada contoh numerik

pada Gambar 2-17.

2.11.6 Bentuk Gelombang Gempa

Bentuk, amplitudo, durasi, serta karakteristik lainnya dari gelombang gempa tidak

hanya dipengaruhi oleh ukuran besarnya gempa dan jarak hiposentrum saja, tetapi juga

dipengaruhi oleh mekanisme yang terjadi pada sumber gempa, dan struktur geologi tanah

yang dilalui gelombang gempa. Pada suatu tempat yang letaknya jauh dari pusat gempa,

gelombang gempa akan mempunyai intensitas dan bentuk yang berbeda dengan

gelombang yang terjadi di dekat pusat gempa. Derajat dari amplifikasi dan perubahan

bentuk dari gelombang gempa dipengaruhi juga oleh kekerasan dan ketebalan dari lapisan

tanah di bawah lokasi setempat. Bentuk dari gelombang gempa sangat komplek dan

berbeda satu dengan lainnya. Newmark dan Rosenblueth (1971) mengklasifikasikannya

dalam empat tipe gelombang yaitu :

1. Single-shock type. Pusat gempa terdapat pada kedalaman yang dangkal, dimana

lapisan dasar terdiri dari lapisan batuan yang keras, seperti gempa Port Hueneme

1957 (Gambar 2-18), gempa Libya 1963, dan gempa Skopje 1963.

2. A moderately long, extremely irregular motion. Pusat gempa terdapat pada

kedalaman sedang, dimana lapisan dasar terdiri dari lapisan batuan yang keras,

seperti gempa El Centro 1940 (Gambar 2-19). Tipe ini sering terjadi pada sabuk

Sirkum Pasifik , dimana lapisan batuan dasarnya keras.

3. A long ground motion exhibiting pronounced prevailing periods of vibration. Pada

tipe ini, gelombang gempa tersaring oleh banyak lapisan tanah lunak, dan terjadi

refleksi berurutan pada permukaan tanah, seperti pada gempa Meksiko 1964.

4. A ground motion involving large-scale permanent deformation of the ground.

Gempa seperti ini terjadi di pelabuhan Alaska 1064 dan Niigata 1064.

Sudah barang tentu gempa-gempa lainnya yang terjadi tidak akan memiliki bentuk

gelombang gempa yang tepat sama dengan salah satu dari keempat tipe yang disebutkan

diatas. Sejumlah gempa memperlihatkan bentuk gelombang diantara atau kombinasi dari

keempat tipe tersebut.


Gambar 2-18. Komponen timur-barat dari gempa Port Hueneme, 1957.

Gambar 2-19. Komponen utara-selatan gempa El Centro, California, 1940.


2.12 Wilayah Gempa

Gempa dapat terjadi kapan saja dan dimanapun di bumi ini, tetapi pada umumnya gempa

terjadi di sekitar batas pelat tektonik dan banyak disekitar sesar aktif disekitar batas pelat

tektonik. Dengan demikian lokasi gempa cenderung terkonsentrasi pada tempat-tempat

tertentu saja, seperti pada batas pelat tektonik Pasific. Tempat ini dikenal dengan nama

Lingkaran Api (Ring of Fire) karena banyaknya gunung berapi dan aktivitas geologi.

Gambar 2-20. Lingkaran Api (Ring of Fire)

Dengan melihat tempat-tempat dimana gempa sering terjadi, maka telah dipetakan

tiga jalur gempa yang ada di bumi, yaitu :

1. Circum Pasific Earthquake Belt ( Jalur Gempa Pasifik ), yang meliputi : Chili,

Equador, California, Jepang, Taiwan, Philipina, Sulawesi Utara, Kepulauan

Maluku, Irian, Melanesia, Polynesia, dan Selandia Baru.

2. Trans Asiatic Earthquake Belt ( Jalur Gempa Asia ), yang meliputi : Pegunungan

Alpine di Eropa, Asia Kecil, Irak, Iran, Afganistan, Himalaya, Birma, Sumatera,

Jawa, Nusa Tenggara, dan Irian.

3. Mid Atlantic Earthquake Belt ( Jalur Gempa Atlantik Tengah ), yang meliputi :

Atlantik Selatan melintas ke utara melalui Iceland dan Spitzbergen.

Dari jalur gempa di atas terlihat bahwa kepulauan Indonesia menjadi tempat pertemuan dua

jalur gempa, yaitu Circum Pasific Earthquake Belt dan Trans Asiatic Earthquake Belt.

Dengan demikian kepulauan Indonesia merupakan daerah yang rawan gempa.


2.13 Tsunami

Istilah tsunami berasal dari kosa kata Jepang tsu yang berarti gelombang dan nami

yang berarti pelabuhan, sehingga secara bebas, tsunami diartikan sebagai gelombang laut

yang melanda pelabuhan. Bencana tsunami terbukti menelan banyak korban manusia

maupun harta benda, sebagai contoh untuk tsunami di Flores (1992) mengakibatkan

meninggalnya lebih dari 2000 manusia, kemudian untuk tsunami di Banyuwangi (1994)

telah menelan korban 800 orang lebih, belum termasuk hitungan harta benda yang telah

hancur, dan yang terakhir di Aceh yang menyebabkan lebih dari 100.000 ribu korban jiwa.

Tsunami ditimbulkan oleh adanya perubahan bentuk (deformasi) pada dasar lautan,

terutama perubaan permukaan dasar lautan dalam arah vertikal. Perubahan pada dasar

lautan tersebut akan diikuti dengan perubahan permukaan lautan, yang mengakibatkan

timbulnya penjalaran gelombang air laut secara serentak tersebar keseluruh penjuru mata-

angin. Kecepatan rambat penjalaran tsunami di sumbernya bisa mencapai ratusan hingga

ribuan km/jam, dan berkurang pada saat menuju pantai, dimana kedalaman laut semakin

dangkal.

Gambar 2-21. Gelombang Tsunami

Meskipun tinggi gelombang tsunami disumbernya kurang dari satu meter, tetapi pada

saat menghempas di pantai, tinggi gelombang tsunami bisa mencapai lebih dari 5 meter.

Hal ini disebabkan karena berkurangnya kecepatan merambat gelombang tsunami

disebabkan semakin dangkalnya kedalaman laut menuju pantai. Tetapi ini akan

mengakibatkan tinggi gelombangnya menjadi lebih besar karena harus sesuai dengan

hukum kekekalan energi.


Penelitian menunjukkan bahwa tsunami dapat timbul bila kondisi tersebut di bawah

ini terpenuhi :

� Gempa dengan pusat gempa di tengah lautan.

� Gempa dengan magnitude lebih besar dari M=6.0 pada Skala Ricter

� Gempa dengan pusat gempa dangkal, kurang dari 33 Km

� Gempa dengan pola mekanisme dominan adalah sesar naik atau sesar turun

� Lokasi sesar (fault) di lautan yang dalam.

Dasar-dasar Dinamika Struktur III-1

Bab. 3 Dasar-dasar Dinamika Struktur

3.1 Pendahuluan

Suatu aksi atau beban mempunyai karakteristik dinamik jika beban tersebut

mempunyai perubahan atau variasi yang cepat terhadap waktu (rapid time variation).

Suatu beban dinamik dapat menyebabkan terjadinya gaya inertia pada struktur, dan dapat

menyebabkan pengaruh yang cukup signifikan pada struktur dibandingkan beban statik.

Beban yang bersifat dinamik akan mempunyai arah dan intensitas yang tergantung waktu

(time dependent). Beberapa contoh dari pengaruh getaran yang dapat berpengaruh pada

bangunan teknik sipil, adalah :

� Gerakan tanah akibat gempa

� Getaran yang disebabkan oleh angin

� Getaran yang disebabkan oleh gelombang

� Getaran yang disebabkan oleh ledakan

� Getaran yang disebabkan oleh mesin

� Getaran yang disebabkan oleh gerakan kendaraan

� Gaya akibat pukulan atau tumbukan

Dua konsep yang berbeda dapat digunakan untuk mendefinisikan beban dinamik,

yaitu konsep deterministik dan konsep nondeterministik atau stokastik atau acak (random).

Suatu beban dinamik mempunyai sifat deterministik jika karakteristik dari beban tersebut

untuk suatu fungsi waktu tertentu diketahui secara pasti. Sebagai contoh, getaran mesin

adalah beban dinamik yang bersifat deterministik. Hal yang berbeda, suatu beban dinamik

mempunyai sifat indeterministik jika sebagian dari parameter beban atau riwayat waktu

(time history) yang lengkap dari beban, dapat didefinisikan secara statistik. Sebagai

contoh, getaran yang disebabkan oleh angin atau gerakan tanah akibat gempa adalah beban

dinamik yang bersifat indeterministik

Semua besaran yang dapat menyebabkan pengaruh dari beban dinamik pada struktur,

didefinisikan sebagai respon dinamik. Sebagai contoh, jika suatu struktur bangunan

mendapat pengaruh gerakan tanah akibat gempa, maka pada struktur bangunan dapat

terjadi respon dinamik yang berupa perpindahan (displacement), kecepatan (velocity),

percepatan (acceleration), gaya dalam (internal force), tegangan (stress), dan regangan

(strain).


Metode analisis dinamik struktur mempunyai konsep yang sama dengan konsep yang

digunakan untuk mendefinisikan beban dinamik. Untuk beban dinamik yang bersifat

deterministik, metode analisis yang digunakan adalah deterministik, sehingga respon

dinamik dari struktur yang didapat juga bersifat deterministik. Jika aksi dinamik pada

struktur bersifat acak, maka metode analisis yang sesuai adalah analisis stokastik, dan

respon struktur yang didapat tergantung dari sifat statistiknya.

3.2 Permodelan Struktur Dan Persamaan Gerak

Untuk dapat melakukan analisis dinamik struktur terhadap pengaruh pergerakan

tanah yang diakibatkan oleh gempa, langkah pertama yang perlu dilakukan adalah

membuat suatu model struktur yang sederhana yang mencerminkan sifat-sifat mekanisnya.

Dalam analisis dinamik struktur bangunan bertingkat, pada umumnya massa struktur (m)

diasumsikan terpusat pada tiap-tiap lantai tingkat (lump mass model). Redaman (damping)

yang ada pada struktur dimodelkan dengan suatu dashpot (c), dan kekakuan horisontal dari

struktur dimodelkan dengan konstanta pegas (k). Konstanta pegas (spring constant)

menghubungkan besarnya defleksi lateral (u) yang terjadi dengan gaya geser FS yang

bekerja pada struktur. Dengan menggunakan asumsi ini, suatu struktur bangunan satu

tingkat dapat disederhanakan dengan model seperti ditunjukkan pada Gambar. 3-1.

Gambar 3-1 menggambarkan suatu model sistem dengan satu derajad kebebasan atau

single-degree-of-freedom (SDOF) yang mendapat pengaruh gaya yang berubah terhadap

waktu F(t). Gaya redaman (viscous damping) FD adalah perkalian antara koefisien redaman

dengan kecepatan.

Gambar 3-1. Sistem SDOF yang mendapat pengaruh gaya horisontal.

Dengan menerapkan prinsip d'Alembert's, maka persamaan gerak (equation of

motion) dari sistem SDOF dapat dinyatakan sbb. :


FI + FD + FS = F(t) (3-1)

di mana : FI = m� = gaya inersia

FD = c� = gaya redaman

FS = k� = gaya pegas

ü = percepatan dari sistem

ú = kecepatan dari sistem

u = perpindahan dari sistem

Dengan memasukkan harga-harga ini kedalam Pers. (3-1), akan didapat

m ü + c ú + k u = F(t) (3-2)

Jika struktur mendapat pengaruh percepatan tanah �g seperti pada Gambar 3.2, maka gaya

inersia dapat dinyatakan sbb.

FI = m (ü + �g)

Untuk selanjutnya persamaan gerak dari model sistem SDOF ditulis sbb. :

m ü + c ú + k u = -m.�g (3-3)

Gambar 3-2. Sistem SDOF yang mendapat pengaruh gerakan tanah

3.2.1 Getaran Bebas Dari Struktur

Jika tidak terdapat gerakan tanah pada model struktur SDOF dan pengaruh dari

redaman tidak diperhitungkan, maka persamaan gerak untuk getaran bebas (free vibration)

didapat dengan menyederhanakan Pers. (3-3) menjadi :


m ü + k u = 0 (3-4)

Solusi dari Pers. (3-4) adalah :

u = A cos �t + B sin �t, dimana � = (k/m)1/2 (3-5)

A dan B adalah konstanta yang dapat ditentukan dari kondisi awal. (A2+ B2)1/2 dan �,

berturut-turut adalah amplitudo dan frekuensi melingkar dari sistem. Ketika u = u(0) dan

ú = ú(0) pada saat t = 0, konstanta A dan B besarnya adalah

A = u(0) B = �

)0(ú

Gambar 3-3 menggambarkan hubungan antara lendutan � dan waktu t untuk kondisi

di atas. Waktu getar alami T didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan sudut fase �t

untuk bergerak dari nol sampai 2π. Dengan demikian �t = 2�, dan besarnya waktu getar

sistem adalah :

T = 2�/� = 2�.(m/k)1/2 (3-6)

Gambar 3-3. Respon getaran bebas tidak teredam.

Jika pengaruh redaman diperhitungkan di dalam sistem, maka persamaan gerak menjadi :

m ü + c ú + k u = 0 (3-7)

atau dengan membagi persamaan di atas dengan m, akan didapat :

ü + 2�� ú + �2 u = 0 (3-8)

dimana : 2�� = c/m dan �2 = k/m (3-9)


Solusi dari Pers. (3-8) adalah :

u = A exp (�1t) + B exp (�2t) (3-10)

dimana �1, �2 = � [-� ± (�2 - 1)1/2] (3-11)

3.2.2. Sistem Dengan Redaman

Pers. (3-10) menunjukkan bahwa solusi dari persamaan akan tergantung dari nilai �.

Jika �2 < 1,

u = exp (-��t) (A cos �Dt + B sin �Dt ) (3-12)

atau u = C exp (-��t) sin (�Dt +�) (3-13)

dimana C = (A2 + B2)1/2 ; � = tan-1 A/B ; ωD = (1-�2 )1/2 � (3-14)

ωD disebut frekuensi getaran teredam (damped vibration frequency). Amplitudo getaran

diperoleh sbb. :

C exp (-��t) = (A2 + B2)1/2 exp (-��t)

Sistem akan terus bergertar terhadap kedudukan netral ketika amplitudo berubah terhadap

waktu t.

Jika �2 > 1, maka sistem tidak bergetar karena pengaruh dari redaman. Redaman jenis

ini disebut overdamping.

Kondisi �2 = 1 menandai adanya suatu batasan dari nilai redaman, di mana sistem

kehilangan karakteristik getarannya. Redaman ini disebut redaman kritis (critical

damping). Jika ccr adalah koefisien redaman pada redaman kritis, maka dari Pers. (3-9)

didapat :

ccr = 2�m = 2(mk)1/2 (3-15)

� = c/ccr (3-16)

� adalah perbandingan dari koefisien redaman terhadap nilainya pada redaman kritis, dan

disebut sebagai rasio redaman (damping ratio). Konstanta A, B, C dan θ pada Pers. (3-12)


dan Pers. (3-13) dapat ditentukan dari kondisi awal. Sebagai suatu contoh, jika u = 0 dan ú

= ú (0) pada waktu t = 0,

u = tt DD

�sin)�exp(�

(0)ú ξ− (3-17)

dan hubungan antara u dan t dapat digambarkan seperti pada Gambar. 3-4. Waktu getar

alami TD dituliskan sbb. :

2/12 )1()1(

2

ξ−=

ωξ−

π= TT

1/2D (3-18)

Di mana T = (2�/�) adalah waktu getar alami dari sistem tanpa terendam.

Jika � << 1, maka T = TD

Gambar 3-4. Respon getaran bebas dari sistem dengan redaman

Jika amplitudo pada saat tn dan tn + TD berturut-turut adalah �n dan �n+1, maka

perbandingan �n/�n+1 dapat ditulis :

2/121 )1(

2exp

ξπξ

−=

+n

nuu

(3-19)

Perbandingan ini disebut rasio penurunan amplitudo (amplitudo-decay ratio). Dengan

menggunakan logaritma biasa untuk kedua sisi dari Pers. (3-19), akan didapatkan

penurunan logaritma :

πξξπξπ 2

)1(

22ln

2/121=

−=

+n

nuu

(3-20)


3.2.3. Getaran Paksa Pada Keadaan Tetap

Jika sistem pada Gambar 3-2 mendapat pengaruh gerakan tanah dengan bentuk

fungsi sinusoidal

�g = �o sin �’t (3-21)

Maka dari Pers. (3-3) akan dihasilkan :

ü + 2�� ú + �2 u = -�o sin �’t (3-22)

Solusi dari Pers. (3-22) adalah penjumlahan dari solusi komplementer Pers. (3-13) dan

solusi partikularnya. Saat getaran yang sesuai dengan solusi komplementer dengan cepat

menurun, solusi partikular akan mengendalikan getaran dari sistem pada kondisi yang

tetap. Getaran pada kondisi tetap ini disebut sebagai getaran paksa (forced vibration),

dimana solusi partikularnya adalah :

�g = C1 sin �’t + C2 cos �’t (3-23)

Dengan mensubstitusikan Pers. (3-23) ke dalam Pers. (3-22), akan didapat :

)sin(]4)1[()( ,2/1222220 θωβξβ

ωα

−+−−= = ttu (3-24)

dimana � = tan-1 [2�� / (1-�2)] (3-25)

� = �’/�

Suatu pengaruh gaya luar statis yang besarnya sama dengan gaya inersial (m�o) akan

menjadikan sistem berubah bentuk menjadi (m�o)/k = �o/�2. Perubahan bentuk atau

perpindahan yang terjadi adalah :

�st = - (�o/�2) (3-26)

Menurut Pers. (3-24) dan Pers. (3-26), perbandingan dari resultante respon amplitudo

terhadap lendutan statis �st disebut faktor pembesaran perpindahan dinamik (dynamic

displacement magnification factor) Dd, yang besarnya adalah :


2/12222 ]4)1[( −+−== βξβ

stuu

Dd (3-27)

Gambar 3-5 menunjukan hubungan antara Dd dan rasio frekuensi �. Ketika �’

mendekati �, amplitudo getaran akan meningkat, kecenderungan ini akan diperbesar untuk

nilai-nilai � yang lebih kecil. Kondisi getaran di mana �’ = � atau � = 1, disebut kondisi

resonansi (resonance).

Dari Pers. (3-3), percepatan absolut dituliskan dalam bentuk :

ü + �g = - (�2 u + 2�� ú ) (3-28)

Gambar 3-5. Faktor pembesaran perpindahan dinamik dengan redaman dan frekwensi sebagai parameter.

Dengan mensubstitusikan Pers.(3-24) dan turunan pertamanya ke dalam sisi kanan dari

Pers.(3-28), akan didapatkan

ü + �g = �� [(1 – �2)2 + 4�2�2]-1/2 [1 + 4�2�2]1/2 sin[�’t – (� – ��)] (3-29)

dimana �� = tan –1 2�� (3-30)

Dengan demikian, rasio respon untuk percepatan tanah adalah :


2/1222/12222..

....

]41[]4)1[(

βξβξβ ++−=+

= −

g

ga

v

vuD (3-31)

Da disebut faktor perbesaran percepatan dinamis (dynamic acceleration magnification

factor). Hubungan antara Da dan � diperlihatkan pada Gambar 3-6. Untuk � = 2, faktor

pembesaran Da adalah satu untuk semua semua nilai �, dan Da menjadi kecil untuk nilai-

nilai � yang lebih kecil di sekitar � > 2.

Gambar 3-6. Faktor perbesaran percepatan dinamik dengan peredam dan frekuensi sebagai parameter

3.2.4 Getaran Paksa Pada Keadaan Tidak Tetap

Getaran yang terjadi pada suatu sistem SDOF akan tergantung dari kondisi awalnya.

Pada kondisi awal, getaran sistem yang sesuai dengan solusi komplementer tidak bisa

diabaikan. Getaran yang terjadi pada sistem sebelum mencapai keadaan tetapnya disebut

getaran peralihan (transient vibration). Untuk penyederhanaan diasumsikan �’ = � dan

gerakan tanah �g = �o sin �’t. Dengan mengambil harga β = 1, maka akan didapatkan

solusi dari Pers. (3-12), ( 3-24), dan ( 3-25) :

u(t) = exp (-��t)(A cos �Dt + B sin �Dt) + (��/�

2)[1(2�)] cos �t (3-32)

Ketika u = 0 dan ú = 0 pada saat t = 0, harga dari konstanta A dan B adalah :


ξω

α=

21

A2o AB

2/12 )1( ξξ

−=

Gambar 3-7 secara skematis menunjukkan fluktuasi dari amplitudo getaran, yang

secara berangsur-angsur akan meningkat dengan bertambahnya waktu, dan mendekati

amplitudo pada kondisi tetap.

Gambar 3-7. Respon peralihan dari sistem dengan redaman

Tinjau respon dari suatu sistem SDOF dengan redaman yang mendapat pengaruh

gerakan tanah sembarang. Untuk menghitung respon dari sistem, gerakan tanah

diasumsikan sebagai suatu rangkaian penjumlahan beban impuls. Gaya luar efektif F(t)

yang disebabkan oleh gerakan tanah adalah (Gambar 3-8)

F(t) = -m �g (3-33)

Gambar 3-8. Penurunan dari persamaan Integral Duhamel

Dengan mengambil F(t) sebagai suatu beban impuls yang diterapkan dalam suatu interval

waktu yang sangat kecil dτ, dan dari kondisi bahwa momentum m� sama dengan beban

impuls F(τ) dτ , maka akan didapat :


m� = F(�) d� (3-34)

Persamaan ini berarti bahwa selama perubahan waktu dt beban impuls membuat

percepatan dari massa berubah menjadi F(�) d�/m. Oleh karena itu, solusinya diperoleh dari

kondisi batas :

u = 0 dan ú = F() d/m pada saat t =

Kondisi batas di atas menyatakan solusi getaran bebas. Dengan mensubstitusikan

kecepatan awal ú(0) = [F(�)/m] d� = -�g(�)d pada t = � dan t = (t – ) ke dalam Pers. (3-

17), akan diperoleh persamaan :

u(t) = -[�g(�) d�/�D] exp [-�� (t – �)] sin �D(t – �) (3-35)

Pers. (3-35) mewakili getaran sistem ketika diterapkan suatu beban impuls F(�) = -

m.�g(). Ketika F(t) diberlakukan pada sistem secara menerus, getaran dari sistem

diperoleh dengan menjumlahkan Pers. (3-35) terhadap waktu , dan akan didapat :

ττ−τ−ξ−τ−= � d)t(�sin)]t(�exp[)(v�

1)t(u D

..g

t

0D (3-36)

Persamaan ini disebut Integral Duhamel. Karena � << 1 pada sebagian besar struktur

bangunan gedung, harga (1 - �²)1/2 = 1.0 dan Pers. (3-36) dapat didekati dengan :

d)t(�sin)]t(�exp[)(v�1

)t(u..g

t

0

−−ξ−−= � (3-37)

Kecepatan dari sistem diperoleh dari turunan pertama Pers. (3-17). Dengan menggunakan

prosedur yang sama dalam menurunkan Pers. (3-36), maka didapat :

τdttvtú g

t]�)(�cos[)](��exp[)( )(

..

0

+−−−−= � (3-38)

dimana

2/12 )1(

1tanξ−ξ−=ψ (3-39)


Secara analog, percepatan absolut akan diperoleh dengan mengabaikan bagian kedua pada

sisi kanan Pers. (3-28), sehingga didapatkan :

d�ttvvü..g

t

0

..g ))]sin�(��()exp[( � −−−τ=+ � (3-40)

3.3 Spektrum Respon

Di dalam merancang struktur bangunan yang yang mendapat pengaruh getaran tidak

tetap (non-steady-state) seperti halnya getaran gempa, hal utama yang perlu diperhatikan

adalah nilai maksimum dari responnya. Respon perpindahan relatif v dari struktur akan

mencapai nilai maksimumnya jika hasil integral dari Pers. (3-37) mencapai nilai

maksimumnya. Dengan nilai maksimum kecepatan yang dinyatakan S�, akan didapat :

max��2

�1 =

π=

ω= S

TSSd (3-41)

Sd disebut spektrum perpindahan (displacement spectrum) , dan besarnya Sv adalah :

S� = { � g ()exp [-��(t-)] sin �(t-) d}max (3-42)

Pada struktur dengan redaman, harga S� tidak sama tapi mendekati respon kecepatan

maksimumnya. S� dianggap sebagai kecepatan maksimum dan disebut spektrum kecepatan

semu (spektrum pseudo velocity) atau biasa disebut spektrum kecepatan. Dengan cara

pendekatan dapat dinyatakan :.

S� = �max (3-43)

Menurut Pers. (3-40) dan Pers. (3-42)

Sa = � S� = (2�/T) S� = (� + �g) max (3-44)

Sa disebut spektrum percepatan atau secara akurat disebut spektrum percepatan semu.

Jika beban gempa bekerja pada struktur, maka gaya geser dasar maksimum Vmax

adalah :


Vmax = m Sa (3-45)

Persamaan ini menunjukkan bahwa gaya geser dasar yang maksimum bisa dihitung jika

massa struktur dan spektrum percepatran diketahui. Dengan penggunaan Pers.(3-41)

sampai Pers. (3-44), harga-harga Sd, Sv, dan Sa, untuk suatu sistem SDOF yang mendapat

pengaruh gerakan gempa dapat digambarkan pada suatu diagram untuk masing-masing

kombinasi koefisien redaman dan waktu getar alami.

Harga-harga Sd, Sv, dan Sa yang diplotkan pada diagram disebut spektrum respon

perpindahan, spektrum respon kecepatan, dan spektrum respon percepatan. Gambar 3-9

menunjukkan spektrum respon percepatan Sa dari suatu Sistem SDOF yang mendapat

pengaruh percepatan komponen utara-selatan gempa El-Centro, California, 1940. Untuk

periode atau waktu getar alami dan koefisien redaman tertentu dari suatu struktur, respon

maksimum dari struktur akibat pengaruh gempa El-Centro dapat dapat secara langsung

dilihat dari diagram ini. Selanjutnya gaya geser dasar maksimum pada struktur dapat

dihitung dengan menggunakan Pers.(3-45). Seperti ditunjukkan pada Gambar. 3-9,

spektrum respon sangat bervariasi terhadap periode getar alami struktur.

Gambar 3-9. Respon spektrum percepatan Sa dari komponen utara-selatan gempa El Centro 1940.

Untuk keperluan desain struktur, penggunaan spektrum respon yang umum lebih

dianjurkan dari pada menggunaan spektrum respon yang spesifik. Gambar 3-10 sampai

Gambar 3-12 menunjukan spektrum respon rata-rata yang dibuat oleh Housner (1959),

masing-masing untuk dua komponen dari empat gempa berbeda yang terekam di Amerika

Serikat. Seperti ditunjukkan Gambar 3-10, spektrum kecepatan hampir konstan untuk


periode getar alami yang lebih panjang. Spektrum percepatan menurun seiring

bertambahnya periode getar alami (Gambar 3-11), sedangkan spektrum perpindahan

meningkatkan sebanding dengan periode waktu alami (Gambar. 3-12).

Gambar 3-10. Spektrum respon rata-rata kecepatan dari empat gempa di Amerika (Housner, 1959)

Gambar 3-11. Spektrum respon rata-rata percepatan dari empat gempa di Amerika (Housner, 1959)

Gambar 3-12. Spektrum respon rata-rata perpindahan dari empat gempa di Amerika (Housner, 1959)


Untuk berbagai macam gempa, bentuk umum dari spektrum respon perpindahan (Sd),

kecepatan (Sv), dan percepatan (Sa) seperti pada Gambar 3-13.

Gambar 3-13. Bentuk umum dari spektrum respon perpindahan, kecepatan, dan percepatan

Spektrum respon perpindahan, kecepatan, dan percepatan dapat diplot pada satu

diagram. seperti pada gambar 2-14. Pada diagram, absis mewakili periode getar alami

struktur dan ordinat mewakili spektrum kecepatan (Sv). Kedua sumbu mengunakan skala

logaritma. Spektrum perpindahan (Sd) dan spektrum percepatan (Sa) dibaca dari sumbu

yang bersudut - 45o dan + 45o terhadap sumbu x (absis ).Spektrum respon dari komponen

utara-selatan gempa El-Centro, California, diperlihatkan pada Gambar 3-14.

Gambar 3-14. Spektrum respon dari komponen utara-selatan gempa E1-Centro, California, 1940.


3.4 Getaran Elastis Struktur dengan Banyak Tingkat

3.4.1 Persamaan Gerak

Dalam menganalisa struktur bangunan gedung bertingkat banyak terhadap pengaruh

beban yang bervariasi terhadap waktu misalnya beban gempa, model sistem dengan massa

dan pegas seperti diperlihatkan pada Gambar 3-15 sering digunakan. Struktur bangunan

gedung bertingkat dapat dibagi dalam dua kelompok menurut karakter deformasinya. Jenis

yang pertama adalah struktur yang diasumsikan lantai-lantai tingkatnya hanya bergerak

kearah horisontal saja. Struktur seperti ini disebut tipe struktur penahan geser (shear-type

structure). Jenis struktur yang kedua adalah struktur yang lantai-lantai tingkatnya dapat

bergerak kearah arah horisontal maupun berotasi. Struktur jenis ini disebut tipe struktur

penahan momen-geser (moment-shear-type structure).

Gambar 3-15. Model sistem struktur dengan dua derajad kebebasan

Persamaan gerak dari sistem seperti pada Gambar. 3-15 adalah :

FI1 + FD1 + FS1 = F1(t) (3-46)

FI2 + FD2 + FS2 = F2(t)

Gaya inersia pada pada persamaan gerak :

FI1 = m1 ü1 (3-47)

FI2 = m2 ü2

atau ditulis dalam bentuk matrik :


��

��

��

��

=��

��

2

1

2

1

2

1�

�

00

��

��

m

m

F

F

I

I (3-48)

Pers. (3-48) dapat ditulis dalam bentuk :

FI = m � (3-49)

dimana FI = vektor gaya inersia, � = vektor percepatan, dan m = matrik massa, yang

berturut-turut seperti ditunjukkan pada Gambar. 3-15b. Karena massa dari struktur

dipusatkan pada setiap lantai, maka matrik massa merupakan matriks diagonal. Gaya pegas

dan perpindahan yang terjadi pada masing-masing tingkat adalah :

FS1 = k1.u1 – k2.(u2 – u1) (3-50)

FS2 = k2.(u2 – u1)

Dengan memperkenalkan k11, k12, k21, dan k22 :

k11 = k1 + k2 dan k12 = -k2 (3-51)

k21 = -k2 dan k22 = k2

dengan mensubstitusikan harga-harga ini ke dalam Pers. (3-50), akan diperoleh persamaan

(Gambar. 3-16) :

FS1 = k11.u1 + k12.u2 (3-52)

FS2 = k21.u1 + k22.u2

Gambar 3-16. Beban dan lendutan dari suatu sistem dengan dua derajad kebebasan ( a) Lendutan total. ( b) Dekomposisi dari lendutan.


Persamaan (3-52) dapat ditulis dalam bentuk martik sbb. :

��

��

��

��

=��

��

2

1

2221

1211

2

1�

�

kk

kk

F

F

S

S (3-53)


FS = k u (3-54)

dimana FS = vektor gaya elastis, k = matrik kekakuan, dan u = vektor perpindahan. Pada

persamaan ini, matrik kekakuan k adalah matriks simetris.

Jika gaya redaman (viscous damping) diasumsikan sebanding dengan kecepatan, maka

didapatkan hubungan sbb. :

��

��

��

��

��

��

=��

��

'2

'1

2221

1211

2

1

�

�cc

cc

F

F

D

D (3-55)


FD = c � (3-56)

dimana FD = vektor gaya peredam, c = matrik redaman, dan � = vektor kecepatan

Vektor beban luar yang bekerja pada sistem :

F(t) = ��

��

)()(

2

1

tF

tF (3-57)

Dengan penggunaan Pers.(3-49), (3-54), (3-56) dan (3-57), persamaan gerak untuk sistem

dengan banyak derajad kebebasan (Multi Degrees of Freedom/MDOF) dapat ditulis sbb. :

FI + FD + FS = F(t) (3-58)

atau m � + c � + k u = F(t) (3-59)

Jika percepatan tanah g akibat gempa diberlakukan pada struktur, maka akan didapatkan

persamaan gerak dari untuk sistem MDOF sbb. :


m � + c � + k u = -m 1 g (3-60)

dimana 1 adalah vektor satuan.

3.4.2 Periode Dan Ragam Getar Dari Sistem Struktur

Untuk sistem MDOF tanpa redaman yang bergetar akibat getaran bebas, Pers. (3-

60) menjadi :

m � + k u = 0 (3-61)

solusi dari persamaan gerak di atas diasumsikan menjadi

u = û sin �t (3-62)

û merepresentasikan bentuk getaran sistem. Dengan mendeferensialkan persamaan ini dua

kali, akan didapat :

� = - �2 û sin �t (3-63)

Dengan mensubstitusikan Pers. (3-62) dan (3-63) ke dalam Pers. (3-61), didapat :

k û – �2 m û = 0 (3-64)

Pers. (3-64) disebut persamaan frekuensi yang berhubungan dengan frekuensi sirkular (�)

dari sistem. Jika sistem mempunyai n derajat-derajat kebebasan, maka dengan

menggunakan Pers. (3-64) akan diperoleh n frekuensi getar alami dari sistem. Frekuensi

getar yang paling rendah dari sistem disebut frekuensi getar alami pertama (�1). Untuk

sistem dengan dua derajat kebebasan, Pers. (3-64) menjadi :

[k11 - �2 m1] û1 + k12 û2 = 0

k21 û1 + [k22 - �2 m2] û2 = 0 (3-65)

Agar û mempunyai solusi nontrivial, maka determinan dari Pers. (3-65) harus nol :

02

22221

1212

11 =ω−

ω−mkk

kmk (3-66)


(m1�² - k11) (m2 �² - k22) – k12 k21 = 0 (3-67)

Solusi dari Pers. (3-67) akan mendapatkan empat akar positif berturut-turut untuk

frekuensi getar alami pertama �1 dan kedua �2. Dengan mensubstitusikan ke dalam

Pers.(3-65), akan didapatkan perbandingan perpindahan û2/û1 secara unik untuk masing-

masing �1 dan �2 seperti ditunjukkan pada Gambar. 2-17. Ragam getar yang sesuai dengan

�1 dan �2 disebut ragam getar pertama dan ragam getar kedua dari sistem. Pada umumnya

perpindahan maksimum yang terjadi pada lantai atas atau lantai bawah ditetapkan sebagai

satu satuan untuk acuan.

Gambar 2-17. Ragam getar dari sistem dengan dua derajat kebebasan

(a) Ragam pertama, (b) Ragam kedua

Jika suatu sistem mempunyai N derajad kebebasan, ragam getar ke n (�n) maka bentuk

ragam getar dari sistem dapat dituliskan sbb. :

�n =

�

��

�

=

�

��

�

φ

φφ

Nn

û

Nn

n

n

û

û

.

.

.

kn

1

.

.

.22

11

û

2

1

(3-68)

Di sini û merupakan komponen acuan. Matrik bujur sangkar yang terdiri dari n vektor

ragam bentuk, disebut sebagai matrik ragam bentuk dan ditulis sbb. :


� [ ]

�

��

�

φφφ

φφφφφφ

=φφφ=

NmNN

n

n

N

......21

2.....2221

1.....1211

....21 ................. (3-69)

3.4.3 Sifat Ortogonal dari Ragam Getar

Vektor ragam bentuk mempunyai sifat hubungan ortogonalitas. Dengan memasukkan

vektor ragam bentuk ke n yaitu ûn ke dalam Pers. (3-65), akan didapatkan :

k ûn – �n

2 m ûn = 0 (3-70)

Dengan mengalikan Pers. (3-70) dengan transpos dari vektor ragam bentuk ke m ûm akan

diperoleh :

ûm

T k ûn - �n2 ûm

T m ûn = 0 (3-71)

Menukar m dan n di dalam Pers. (3-71) akan memberikan :

ûn

T k ûm – � m

2 ûnT m ûm = 0 (3-72)

Dengan menggunakan sifat simetris dari matriks m dan k :

ûm

T k ûn = ûnT k ûm

ûmT m ûn = ûn

T m ûm

dan kemudian mengurangi Pers. ( 3-71) dari Pers. (3-72) akan memberikan :

(�n

2 -- �m

2) ûnT m ûm = 0

Dengan menggunakan kondisi bahwa �n

2 -- �m

2 � 0 ( m � n ), maka :

ûn

T m ûm = 0 (3-73)


�mi ûin ûim = 0 (3-74)


Persamaan ini menunjukkan bahwa kedua vektor ragam bentuk ûn dan ûm bersifat

ortogonal terhadap matrik massa m. Dengan mensubstitusikan Pers. (3-73) ke dalam Pers.

(3-72) didapat :

ûn

T k ûm = 0 (3-75)

Vektor ragam bentuk juga bersifat ortogonal terhadap matrik kekakuan k. Suatu sistem

dengan N derajad kebebasan mengandung N ragam bentuk yang terpisah. Sembarang

perpindahan u dari sistem dapat ditulis sebagai penjumlahan dari vektor ragam bentuk ke n

(�n) dikalikan dengan suatu amplitudo Yn ( Gambar. 3-18) :

u =�=

N

n 1 �n Yn (3-76)

atau dengan menggunakan matrik ragam bentuk pada Pers. (3-69),

v = � Y (3-77)

Gambar 3-18. Lendutan sebagai penjumlahan dari komponen ragam

Vektor Y disebut vektor koordinat umum atau koordinat normal sistem. Dengan

mengalikan persamaan (3-77) dengan �nT m dan menggunakan kondisi ortogonalitas

pada Pers. (3-73), maka amplitudo yang sesuai dengan ragam bentuk ke n (Yn) dapat

diturunkan sbb. :

�n

Tm u = �nTm �nYn

Yn = �n

Tm u / �nTm �n (3-78)


Atau

�=

�== N

1i

2in.�im

N

1ii.uini�m

nY (3-79)

Untuk sistem dengan dua derajad kebebasan :

Y1 = 2212

2111

22121111

��

��

mm

umum

+

+ (3-80)

Y2 = 2222

2121

22221121

��

��

mm

umum

+

+

� dan � dapat juga dinyatakan dengan menggunakan koordinat normal karena u kini

dinyatakan seperti di Pers. (3-76). Ketika persamaan untuk getaran paksa [Pers.(3-60)]

dipecahkan berkenaan dengan koordinat normal, sebelah kanan persamaan juga harus

dinyatakan dengan koordinat ini juga. Pertama, suatu unit vektor 1 dirumuskan sbb. :

1 = �=

N

n 1�n �n (3-81)

atau 1 = � � (3-82)

Pada sistem dengan dua derajat kebebasan dan dengan mengacu pada Gambar 3.19, Pers.

3.82 dapat ditulis :

1 = �1 �1 + �2 �2 (3-83)

Untuk temukan �n, Persamaan. (3-82) dikalikan dengan �n

T m, menjadi :

�n

T m 1 = �nT m � � (3-84)

Dari kondisi ortogonalitas, didapat :


�

�

=

===N

1i

2ini

N

1iini

nTn

Tn

n

�m

�m

m��

m1�� (3-85)

Gambar 3-19. Satuan lendutan sebagai penjumlahan dari komponen ragam

�1 mewakili pengaruh relatif dari ragam bentuk ke n pada seluruh getaran dari sistem, dan

disebut sebagai earthquake-participation faktor untuk ragam ke-n.

3.4.4 Metode Analisis Ragam

Persamaan gerak untuk n derajad kebebasan dapat dirubah menjadi n persamaan

bebas dengan menggunakan koordinat normal. Persamaan gerak sistem MDOF teredam

yang berhubungan dengan getaran bebas diberikan pada Pers. (3-59) dengan sisi kanan

diambil sama dengan nol :

m � + c � + k u = 0 (3-86)

substitusi Pers. [3-78] ke dalam persamaan di atas didapatkan :

m�� + c�� + k�� = 0 (3-87)

Mengalikan Pers. (3-87) dengan �T memberikan ::

�Tm�� + �Tc�� + �Tk�Y = 0 (3-88)

Jika kondisi ortogonalitas diasumsikan berlaku pada matrik redaman c maka �Tm�,

�Tk�, dan �Tc� akan menjadi matrik diagonal. Oleh karena itu Pers. (3-88) dapat

diuraikan menjadi persamaan-persamaan yang lepas sbb. :


�nTm�n�n + �n

Tc�n�n + �nTk�nYn = 0 (3-89)

atau Mn�n + Cn�n + KnYn = 0 (3-90)

Mn = �nTm�n

Cn =�nTc�n

Kn = �nTk�nYn

Mn, Cn, dan Kn disebut massa umum, koefisien redaman umum, dan konstanta pegas

umum dari ragam ke n. Pers. (3-90) dapat juga ditulis :

�n + 2�n�n�n + �²nYn = 0 (3-91)

n

nn M

K=2�

nn

nn ω

=MC

2�

Biasanya persamaan gerak dari suatu sistem dengan n derajad kebebasan dirubah untuk

menjadi n persamaan gerak yang terlepas dengan acuan koordinat normal. Karena Pers. (3-

91) identik dengan persamaan gerak dari sistem SDOF, maka dalam memecahkan sistem

dengan n derajad kebebasan terhadap pengaruh getaran bebas ekuivalen dengan pemecahan

sistem SDOF untuk getaran bebas, kemudian menggabungkan persamaan-persaman lepas

mereka sesuai dengan pengaruh. Teknik penyelesaian sistem MDOF dengan cara ini

disebut analisis ragam (modal analysis).

Dalam menganalisa sistem MDOF yang terkait dengan gerakan tanah, teknik ini lebih

efektif dari pada pengintegralan langsung dari Pers. (3-60). Mensubstitusikan Pers. (3-77)

dan (3-82) ke dalam Pers. (3-60) dan menggunakan prosedur untuk menganalisa sistem

MDOF terhadap pengaruh getaran bebas, akan didapatkan :

�n + 2�n�n�n + �2

nYn = - �n�g (3-92)

Dengan menetapkan

Yn = �n Yno (3-93)

Pers. (3-92) menjadi :

�no + 2�n�n�no + �2

nYno = -�g (3-94)


Persamaan ini identik dengan persamaan sistem SDOF yang mendapat pengaruh gerakan

tanah. Menurut Persamaan. (3-76), perpindahan dapat dinyatakan :

�=

=N

nnonn

1Y��u (3-95)

�n�n disebut earthquake participation function. Kecepatan dari sistem adalah :

� �=

=N

nnn

1�� no (3-96)

Percepatan relatif dari sistem :

� �=

=N

nnonn

1

..Y�� (3-97)

dengan mengubah �g menjadi bentuk vektor dengan menggunakan Pers. (3-81) dan

mensuperposisikannya ke dalam Pers. (3-97), akan diperoleh :

� + 1 �g �=

=N

nn n

1�� ( �no + �g ) (3-98)

bagian kedua pada sisi kiri dari Pers. (3-94) jauh lebih kecil dari bagian pertama, sehingga

dapat diabaikan :

�no + �g = -�n

2 Yno (3-99)

substitusi Pers.(3-99) ke dalam Persamaan. (3-98), akan didapatkan :

� + 1 �g �=

−=N

nn n

1�� n

2 Yno (3-100)

Solusi dari Pers. (3-94) untuk gerakan tanah non-steady-state dapat diturunkan dari Pers.

(3-36) :

Yno = � τ−−−τ−t

DnngDn

dttv0

)(sin�)](��exp[)(�

1�� (3-101)


Seperti diuraikan di atas, getaran paksa dari sistem dengan n derajad kebebasan dapat

direpresentasikan sebagai penjumlahan getaran paksa dari n sistem SDOF yang lepas

Dalam kebanyakan permasalahan perancangan, hanya nilai ekstrim dari perpindahan,

kecepatan, dan percepatan yang diperlukan. Jika nilai maksimum dari semua ragam terjadi

secara bersamaan, maka respon maksimumnya :

...max2max1max ++= uuu

Nilai-nilai ekstrim dari banyak ragam getar tidak dapat terjadi secara bersamaan, dan dapat

mempunyai tanda yang berbeda. Pendekatan terbaik untuk memperkirakan respon yang

maksimum dari sistem adalah adalah dengan mengkombinasi nilai-nilai ekstrim dari semua

ragam yang ditinjau. Diantara banyak pendapat untuk evaluasi probabilitas respon

maksimum, yang paling populer adalah metode akar jumlah kuadrat (root-sum-square

method). Dalam metode ini perpindahan maksimum adalah :

u max = ( u2

1max + u22max + . . . )0,5 (3-102)

Di dalam praktek perancangan struktur, analisis ragam digunakan bersama dengan

respon spektrum. Pada metode teknik ini, pertama struktur disusun menjadi sistem SDOF

dengan koordinat normal. Respon maksimum dari masing-masing sistem SDOF diturunkan

berdasar pada respon spektrum yang berkaitan. Gaya geser dasar yang diperoleh dari

respon didistribusikan ke seluruh tingkat. Akhirnya respon maksimum dari masing-masing

lantai dihitung berdasar metode akar jumlah kuadrat. Dalam prosedur perhitungan ini,

massa Mn masing-masing sistem SDOF (yang digambarkan sesuai dengan koordinat

normal) dapat dinyatakan dari kondisi bahwa jumlah gaya geser dasar sistem SDOF sama

dengan gaya geser dasar V dari sistem MDOF , yaitu :

�=

−=N

iim

1V ( �i + �g ) = �

=−

NM

1in (�no + �g) (3-103)

Substitusi Per.(3-99), (3-100), dan (3-85) ke dalam persamaan di atas, akan didapatkan :


�

��

�φ−

�

��

�φ−

=

�

�

=

=N

i

N

iM

1

2

2

1

ini

ini

n

m

m

(3-104)

nM disebut massa efektif , dan penjumlahan dari semua nM harus sama dengan massa

total dari sistem. Ini berarti bahwa nM berpengaruh pada ragam getar ke n.

Gaya geser dasar Vn dari ragam ke n didistribusikan pada tiap lantai dimana gaya gempa

Fin diterapkan . Menurut Persamaan. (3-100), Fin dihitung sbb :

Fin = - mi�in�n�n²Yno (3-105)

dan

�=

=N

1inV in

iinonnin mF φωβ−= �

=

NY

1

2 (3-106)

kemudian :

�=

φ

φ=

N

1iini

ininin

m

mVF (3-107)

Dengan menggunakan Per. (3-95) didapatkan suatu persamaan untuk perpindahan pada

tingkat ke i yang disebabkan oleh ragam getar ke n :

uin = �in�nYno (3-108)

Dari Pers. (3-105) dan Pers. (3-108) didapat :

uin in

in

m

F2ω

−= (3-109)

Aspek Rekayasa Gempa Pada Desain Struktur�� IV-1

Bab. 4 Aspek Rekayasa Gempa Pada Desain Struktur

4.1 Pendahuluan

Gempa bumi (earthquake) adalah salah satu peristiwa alam yang dapat menimbulkan

bencana, yang pada umumnya terjadi akibat rusak atau runtuhnya gedung, rumah, atau

bangunan buatan manusia. Lapisan kulit bumi dengan ketebalan 100 km mempunyai

temperatur relatif jauh lebih rendah dibanding dengan lapisan dalamnya ( mantel dan inti

bumi ), sehingga terjadi aliran konveksi dimana massa dengan temperatur tinggi mengalir ke

daerah temperatur rendah atau sebaliknya. Teori aliran konveksi ini sudah lama berkembang

untuk menerangkan terjadinya pergeseran pelat tektonik yang menjadi penyebab utama

terjadinya gempa bumi tektonik. Disamping itu kita juga mengenal gempa vulkanik, gempa

runtuhan, gempa imbasan, dan gempa buatan. Gempa vulkanik disebabkan oleh desakan

magma ke permukaan, gempa runtuhan banyak terjadi di pegunungan yang runtuh, gempa

imbasan biasanya terjadi di sekitar dam karena fluktuasi air dam, sedangkan gempa buatan

adalah gempa yang dibuat oleh manusia seperti ledakan nuklir atau ledakan untuk mencari

bahan mineral. Skala gempa tektonik jauh lebih besar dibandingkan dengan jenis gempa

lainnya, sehingga efeknya lebih banyak terhadap bangunan.

Hampir setiap tahun bencana gempa bumi terjadi di berbagai wilayah di Indonesia.

Walaupun bencana ini berpengaruh sangat besar terhadap perekonomian regional dan

pembangunan, kelihatannya masih sangat sedikit usaha-usaha yang dilakukan untuk

mengantisipasi, mempersiapkan, atau mengurangi pengaruh bencana dari gempa-gempa yang

akan datang. Sepanjang sejarah manusia, gempa bumi telah menimbulkan banyak korban

jiwa serta harta benda di seluruh dunia. Bencana ini pada umumnya disebabkan oleh

gagalnya bangunan-bangunan buatan manusia. Sampai saat ini manusia belum dapat berbuat

banyak untuk mencegah terjadinya gempa bumi, meskipun demikian manusia dapat berihtiar

dan berusaha untuk mengurangi dampak buruk yang dapat ditimbulkan oleh bencana gempa.

Oleh karena itu, salah satu upaya nyata untuk mengurangi atau mencegah pengaruh gempa

bumi yang akan datang adalah dengan memberikan ketahanan gempa yang cukup terhadap

bangunan-bangunan tersebut.

Secara geografis, kepulauan Indonesia berada di antara 60 LU dan 110 LS, serta

diantara 950 BT dan 1410 BT, serta terletak pada perbenturan tiga lempeng kerak bumi yang

disebut triple juntion, yaitu : Lempeng Eurasia, Lempeng Pasific, dan Lempeng Indo


Australia (Gambar 4.1). Lempeng Indo-Australia bertabrakan dengan lempeng Eurasia di

lepas pantai Sumatera, Jawa dan Nusa Tenggara, sedangkan dengan lempeng Pasific di utara

Irian dan Maluku Utara. Di sekitar lokasi pertemuan antara lempeng ini, akumulasi energi

tabrakan terkumpul sampai suatu titik dimana lapisan bumi tidak lagi sanggup menahan

tumpukan energi, sehingga energi yang terkumpul akan dilepaskan berupa gempa bumi.

Pelepasan energi sesaat ini akan menimbulkan berbagai dampak terhadap bangunan karena

percepatan gelombang seismik, tsunami, longsoran, dan liquefaction. Besarnya dampak

gempa terhadap bangunan bergantung pada beberapa hal; diantaranya adalah skala gempa,

jarak epicenter, mekanisme sumber gempa, jenis tanah di lokasi bangunan, dan kualitas dari

bangunan.

Benturan tiga lempeng tektonik bumi yang terjadi di Indonesia membuat kawasan ini

berpola tektonik yang sangat komplek. Oleh karena itu di Indonesia terdapat berbagai jalur

rawan tektonik yang dapat menimbulkan gempa tektonik, dan sebagian besar bersifat

merusak. Gempa bumi tektonik dapat digolongkan sebagai bencana alam geologi, karena

bencana ini ditimbulkan oleh bencana alam dengan karakteristik yang spesifik yaitu terjadi

secara cepat dan mendadak, tanpa dapat diramalkan terlebih dahulu intensitas besar dan

arahnya, serta waktu kejadiannya.

Pada akhir abad ke 20 ini sangat banyak gempa yang terjadi di Indonesia. Gempa-

gempa yang terjadi ini umumnya menyebabkan bencana yang mengakibatkan korban jiwa

dan kerugian harta benda. Tidak kurang dari belasan gempa bumi besar telah melanda

Indonesia, dan beberapa diantaranya mencapai magnitude > M=6 pada Skala Richter, bahkan

ada yang disertai dengan gelombang pasang (Tsunami) seperti gempa yang terjadi di

Sumbawa, Flores, dan Banyuwangi. Kita tidak bisa melupakan gempa-gempa hebat yang

terjadi di Bali (1976), Flores (1992), Halmahera (1994), Liwa (1994), Banyuwangi (1994),

Kerinci (1995), Biak (1996), Pandeglang (1997,1999), Sukabumi (2000), Bengkulu (2000),

Papua (2004), Bali (2004), dan Kepulauan Alor (2004). Beberapa gempa bahkan dirasakan

dampaknya di Jakarta, sehingga mendorong kita semua untuk memperhatikan fenomena

gempa lebih serius. Terjadinya gempa bumi di beberapa wilayah di Indonesia mengingatkan

kita bahwa, kepulauan Indonesia termasuk daerah yang rawan terhadap bencana gempa.

Distribusi gempa bumi besar yang bersifat merusak dengan magnitude M > 6 pada

Skala Richter yang terjadi di Indonesia sejak tahun 1900 sampai dengan 1996, diperlihatkan

pada Gambar 4.2. Dari distribusi gempa besar yang pernah terjadi, terlihat bahwa kawasan

Indonesia khususnya sebagian Sumatera dan Jawa, serta hampir seluruh wilayah Indonesia


bagian timur yang meliputi kepulauan Bali, NTT, dan NTB adalah daerah yang rawan

bencana gempa.

Gambar 4-1. Lingkungan tektonik Indonesia terdiri dari tiga lempeng tektonik; Indo-Australia, Pasifik dan Eurasia yang bergerak relatif terhadap lainnya (lihat arah panah). Batas lempeng tektonik merupakan daerah konsentrasi aktifitas gempa bumi yang diplot sebagai garis hitam dan segi tiga. Garis tebal merupakan sesar aktif, sedangkan lingkaran adalah stasiun seismograf (Sumber : Badan Metereologi dan Geofisika).

Gambar 4-2. Distribusi lokasi gempa bumi besar yang pernah terjadi tahun 1900 s/d 1996 dengan magnitude M > 6 pada Skala Richter (Sumber : Badan Metereologi dan Geofisika).

Lempeng Pasifik

Lempeng Eurasia

Lempeng Indo-Australia

71 mm / yr

110 mm / yr

Lempeng Eurasia Lempeng

Pasifik

Lempeng Indo-Australia


Kerusakan maupun kerugian yang diakibatkan bencana gempa cukup besar, baik dari

kerusakan sarana dan prasarana, serta hancurnya banyak rumah penduduk di suatu wilayah

permukiman. Lebih parah lagi adalah, sebagian besar dampak diakibat gempa adalah

kerusakan dari bangunan rumah sederhana yang dihuni oleh sebagian besar masyarakat di

Indonesia. Sementara itu banyaknya korban jiwa maupun luka-luka akibat terjadinya gempa

mengindikasikan kurangnya antisipasi dan kesiapsiagaan masyarakat akan terjadinya bencana

gempa. Untuk itulah diperlukan upaya terpadu pengurangan dampak bencana gempa yang

melibatkan seluruh potensi masyarakat. Untuk dapat mengurangi bencana yang diakibatkan

oleh gempa, beberapa usaha yang dapat dilakukan manusia diantaranya adalah :

� Memahami tingkah laku alam, sehingga manusia dapat mengikuti keinginan alam,

dengan demikian manusia dapat hidup berdampingan secara harmonis dan selaras

dengan alam.

� Mencoba untuk memperkirakan kapan suatu gempa tektonik atau gempa vulkanik

akan terjadi. Usaha-usaha ini telah mendorong berkembangnya suatu disiplin ilmu

yang dikenal dengan Peramalan Gempa (Earthquake Prediction).

� Mencoba untuk mempelajari perilaku dari suatu struktur atau konstruksi bangunan

jika diguncang gempa, dengan harapan akan dapat direncanakan dan dibangun

struktur atau konstruksi bangunan yang tahan terhadap pengaruh gempa. Usaha ini

telah mendorong lahirnya suatu disiplin ilmu yang disebut Rekayasa Gempa

(Earthquake Engineering). Ilmu ini merupakan bagian dari ilmu Teknik Sipil.

Indonesia merupakan kawasan rawan gempa tektonik, dengan intensitas kegempaan yang

cukup besar. Dalam 50 tahun terakhir ini, tidak kurang dari belasan gempabumi besar telah

melanda kawasan ini, dan beberapa diantaranya mencapai magnitude gempa M=7 pada Skala

Richter. Sebagai negara berkembang dengan pertumbuhan ekonomi yang banyak

dimanifestasikan pada sektor properti seperti pembangunan gedung-gedung bertingkat dalam

jumlah yang besar, pengaruh gempa dapat menambah kerawanan akan jatuhnya korban jiwa

dan harta benda, bila perencanaan struktur bangunan terhadap gempa tidak ditangani dengan

memadai.


Gambar 4-3. Kedalaman dan magnitude gempa di Indonesia, tahun 1991 s/d 2000 (Sumber : Badan Metereologi dan Geofisika ).


4.2 Konstruksi Engineered Dan Non-Engineerred

Rekayasa struktur bangunan tahan gempa merupakan salah satu cara yang dapat

dilakukan manusia untuk mengantisipasi pengaruh-pengaruh yang dapat ditimbulkan oleh

bencana gempa, agar kerugian material / harta benda dan jatuhnya korban jiwa dapat ditekan

seminimal mungkin. Rekayasa struktur bangunan di daerah rawan gempa, memerlukan

filosofi dan antisipasi yang tepat dengan menggunakan spesifikasi atau peraturan yang

berlaku. Di Indonesia, syarat-syarat minimum untuk prosedur perencanaan struktur bangunan

tahan gempa telah tercantum di dalam beberapa peraturan yang berlaku.

Pada dasarnya, bangunan-bangunan yang ada dapat dibagi menjadi dua kategori

berdasarkan proses perencanaan dan pelaksanaannya, yaitu Engineered Construction dan

Non-Engineered Construction. Engineered Construction adalah bangunan yang direncanakan

berdasarkan perhitungan struktur, dan dilaksanakan atau dibangun di bawah pengawasan para

Ahli Bangunan. Sebagai contoh dari Engineered Construction adalah struktur bangunan

gedung bertingkat, struktur jembatan dan jalan layang, fasilitas pembangkit tenaga listrik atau

tenaga nuklir, dan bendungan. Bangunan-bangunan ini pada umumnya menggunakan bahan-

bahan dan sistem struktur yang modern, seperti beton bertulang dan baja.

Non-Engineered Construction adalah bangunan yang dibangun secara spontan

berdasarkan kebiasaan tradisional setempat, dan pelaksanaannya tidak dibantu Arsitek atau

Ahli Bangunan, melainkan mengikuti cara-cara yang diperoleh dari hasil pengamatan tingkat

laku bangunan sejenis yang mengalami gempa bumi di masa lalu. Non-Engineered

Construction mencakup bangunan tradisional, bangunan tembokan (bata, batu, batako) yang

memakai perkuatan (kolom dan balok praktis) maupun yang tidak memakai perkuatan,

bangunan kayu dan bambu, bangunan beton bertulang sederhana, bangunan rangka baja

sederhana.

Bangunan Non-Engineered Construction dapat dibagi menjadi dua katergori. Yang

termasuk kategori pertama adalah, bangunan yang dibangun menurut tradisi dan disesuaikan

dengan budaya dan bahan bangunan yang tersedia di daerah tersebut. Bangunan yang

termasuk kategori ini pada umumnya disebut bangunan tradisional. Bangunan tradisional

pada umumnya mempunyai ketahanan yang cukup baik terhadap gempa. Pola permukiman

manusia, cara-cara tradisional, serta bahan bangunan yang dipakai untuk bangunan

tradisional pada suatu wilayah merupakan bukti dari keselerasan hidup berdampingan secara

harmonis antara manusia dengan dengan alam. Kearifan tradisional, pengalaman dan keahlian


yang berkembang selama berabad-abad, mampu menghasilkan karya bangunan tradisional

yang tahan terhadap pengaruh gempa.

Gambar 4-4. Bangunan tradisional dengan Arsitektur Bali. Sistem struktur bangunan tradisional ini terdiri dari saka (kolom) dan balok sunduk dengan penguat pasak. Struktur tradisional ini cukup kuat menahan gempa Karangasem 2 Januari 2004

Bangunan tradisional ini lambat laun hilang dan digantikan dengan bangunan Non-

Engineered Construction yang termasuk kategori kedua yaitu bangunan rumah tinggal

sederhana atau bangunan komersial yang dibangun oleh pemilik bangunan atau tukang-

tukang setempat, tanpa mendapatkan bantuan dari Arsitek atau Ahli Bangunan. Bangunan-

bangunan tersebut terutama mencakup bangunan tembokan (bata, batu, batako) atau

bangunan beton bertulang sederhana. Bangunan-bangunan tersebut pada umumnya dibangun

dengan tidak memperhatikan prinsip-prinsip yang diperlukan agar memiliki ketahahan yang

baik terhadap gempa.

Bangunan Non-Engineered Construction kategori yang kedua ini merupakan

bangunan yang paling banyak dibangun di negara-negara berkembang termasuk di Indonesia.

Di Indonesia bangunan-bangunan ini banyak dijumpai di daerah permukiman penduduk, baik

yang berada di perkotaan maupun pedesaan. Dari pengalaman gempa yang terjadi di

Indonesia, kegagalan atau kehancuran struktur dari bangunan kategori kedua inilah yang

sering menimbulkan korban jiwa dan kerugian harta benda.

Jumlah perbandingan masing-masing kategori bangunan agak berbeda untuk negara-

negara maju, negara-negara sedang berkembang, dan negara-negara belum. Di Indonesia,

Engineered Construction pada umumnya hanya terdapat di kota-kota besar, sedangkan Non-

Engineered Construction tersebar baik di kota-kota besar atau kecil, maupun di pedesaan.


Meskipun berbeda dalam proses perencanaan dan pelaksanaannya, tapi kedua kategori

bangunan ini sesungguhnya harus dapat berfungsi dengan baik pada saat terjadi gempa, aman

bagi keselamatan jiwa dan harta benda, serta ekonomis dalam biaya pembangunannya.

Batasan untuk mendapatkan fungsi tersebut dalam kaitannya dengan ketahanan bangunan

terhadap pengaruh gempa bumi, biasanya dikaitkan dengan pertimbangan biaya dan risiko

yang dapat diterima.

Sejak beberapa tahun yang lalu, batasan atau kriteria desain untuk Engineered

Construction didasarkan pada kriteria performance based design, karena orientasinya adalah

penyelamatan korban jiwa dan juga harta benda, pada saat struktur bangunan digoncang

gempa. Sedangkan pada Non-Engineered Construction orientasinya lebih dititik beratkan

pada kriteria “ penyelamatan korban jiwa “ pada saat terjadi gempa.

4.3 Pelajaran Dari Kerusakan Bangunan Akibat Gempa

Setiap gempa bumi yang merusak selalu memberikan pelajaran baru untuk diteliti.

Hal ini berlaku untuk bangunan Engineered Construction maupun Non-Engineered

Construction. agar struktur bangunan mempunyai performance yang baik pada saat terjadi

gempa. Suatu gempa dapat secara efektif mencari dan menemukan kelemahan-kelemahan

suatu struktur bangunan. Kebanyakan kegagalan struktur hasil dari pengamatan kerusakan

akibat gempa masa lampau, erat kaitannya dengan kekurangan-kekurangan pada bangunan

yang didirikan, apakah itu disebabkan karena perencanaan yang tidak benar, kurangnya

pengawasan, atau pelaksanaan yang tidak memadai.

Penelitian kerusakan bangunan akibat gempa di masa lampau dan pengaruhnya pada

berbagai macam struktur, dapat memberikan informasi yang jelas untuk peningkatan

pengetahuan mengenai rekayasa struktur bangunan tahan gempa. Inspeksi lapangan terhadap

bangunan yang rusak akibat gempa adalah cara yang paling efektif untuk memperoleh

informasi tersebut. Ini terutama sekali benar untuk bangunan-bangunan Non-Engineered

Construction, karena untuk bangunan ini perencanaan tahan gempanya kebanyakan hanya

berdasarkan performance bangunan yang terobservasi pada saat terjadi gempa dimasa

lampau.

Untuk memperoleh informasi mengenai ragam kerusakan dari bangunan-bangunan

pada saat terjadi gempa, di bawah ini diuraikan secara singkat 3 gempa besar yang pernah

terjadi di wilayah Indonesia Timur selama tahun 2004, yaitu gempa Karangasem di Bali

(Januari 2004), gempa Nabire di Papua (Februari 2004) , dan gempa Alor di NTT


(Nopember 2004). Selain gempa-gempa yang terjadi di wilayah Indonesia Timur, sebagai

pelajaran akan ditinjau juga kerusakan-kerusakan bangunan yang terjadi akibat gempa

Bengkulu. Gempa Bengkulu terjadi pada 4 Juni 2000, dan merupakan salah satu gempa besar

dan merusak dengan kekuatan gempa utama (main shock) M=7,9 pada Skala Richter (SR).

Pusat gempa (epicenter) berada pada koordinat 4,70 LS dan 1020 BT, dengan kedalaman

gempa 33 kilometer. Dari hasil catatan USGS (US Geological Survey National Earthquake

Information Center), terjadi banyak gempa susulan berkekuatan di atas 5,6 SR. Hal seperti ini

jarang terjadi di Indonesia.

4.3.1 Gempa Karangasem-Bali ( Januari 2004 )

Jumat pagi, 2 Januari 2004 pukul 4.59.31.1 WITA sepanjang Kepulauan Bali-Lombok

merasakan kerasnya guncangan gempa. Guncangan paling keras dirasakan hampir di seluruh

daerah di kawasan Pulau Bali bagian timur dan Pulau Lombok bagian barat. Guncangan

gempa dirasakan di Ampenan (IV-V MMI), Karangasem (V-VI MMI), dan Denpasar

(IV-V MMI). Kerugian akibat gempa di Karangasem tercatat puluhan orang luka-luka, ribuan

bangunan termasuk tempat ibadah (pura dan masjid) retak dan roboh, bahkan di Lombok

dilaporkan seorang meninggal dunia.

Berdasarkan analisis Pusat Gempa Regional III, Balai Meteorologi dan Geofisika

Wilayah III, pusat gempa berada pada koordinat 8,340 LS dan 15,870 BT, dengan kedalaman

gempa 33 kilometer. Adapun magnitude atau besarnya energi yang terpancar dari pusat

hiposentrumnya memiliki kekuatan 6,1 pada Skala Richter. Getaran yang terasa terjadi

selama 10 detik dengan durasi catatan signal gempa selama 5 menit. Gempa yang terjadi

memiliki tipe gempa utama yang diikuti dengan gempa susulan (after shock). Karena pusat

gempa berada di laut (Selat Lombok) kurang lebih 27 kilometer sebelah timur Kota

Karangasem, maka tidak terjadi kerusakan dan korban jiwa yang lebih parah. Sebelumnya,

pada 20 Oktober 1979 di Karangasem juga pernah terjadi gempa yang mengakibatkan 7

orang tewas, 34 orang luka parah, dan 250 orang luka ringan.

4.3.2 Gempa Nabire ( Februari 2004 )

Gempa Nabire di wilayah Papua terjadi pada 6 Februari 2004. Jum’at pagi pukul

04.05 WIT di daerah " leher burung " Papua diguncang gempa berkekuatan 6,9 pada Skala

Richter, dengan intensitas hingga 6-7 Skala MMI, sehingga daerah tersebut porak-poranda.

Lokasi kerusakan terparah terjadi di kota Nabire, yang merupakan kota terpadat penduduknya

di wilayah tersebut. Data resmi dari pemerintah menyatakan bahwa 37 orang tewas, 110 luka


berat, dan 150 orang cedera. Kerugian fisik yang diakibatkan oleh gempa Nabire ini tidak

kurang mencapai Rp 360 miliar, termasuk gedung DPRD Nabire yang baru saja diresmikan.

Kerusakan lainnya yang terjadi akibat gempa adalah rusaknya bandara udara, 14

gedung sekolah, jembatan putus, jalan-jalan retak, dan puluhan bangunan serta sejumlah

rumah penduduk. Untuk membangun gedung SD saja yang rusak akibat gempa diperlukan

biaya sebesar Rp 58 miliar. Gempa di Nabire adalah gempa tektonik dengan tipe inland

earthquake. Merupakan gempa yang sangat dangkal hiposenternya, yaitu 10 kilometer, pada

posisi 3,360 LS - 135,50 BT. tidak jauh dari kota Nabire.

4.3.3 Gempa Alor ( Nopember 2004 )

Gempa berkekuatan 6 pada Skala Richter mengguncang Kabupaten Alor pada tanggal

12 Nopember 2004. Kabupaten Alor berada di palung antara Flores dan Provinsi Maluku (37

km di timur Kota Kalabahi, ibu kota Kabupaten Alor, NTT). Gempa mulai terasa pukul 6.30

hingga 10 WIT. Setelah sempat berhenti sebentar, gempa susulan terjadi hingga pukul 17.00

WIT, dengan Frekuensi terjadi gempa setiap 20 menit. Pusat gempa diperkirakan berada di

Laut Banda. Gempa yang terjadi di Kepulauan Alor pada 12 Nopember 2004 ini lebih besar

dari pada gempa sebelumnya yang pernah terjadi pada tahun 1991, yakni 5,4 SR.

Akibat guncangan dahsyat ini, sejumlah fasilitas umum rusak berat. Transportasi ke

pulau paling timur Flores putus total. Bandara Mali Alor tidak bisa didarati pesawat karena

landasan retak-retak. Kawasan paling parah akibat guncangan gempa terletak di Kenari Lang,

kelurahan Kalabahi Barat. Akibat gempa ini 27 orang meninggal dunia, 118 orang luka berat,

dan 119 orang luka ringan. Sedangkan kerugian material berupa 4203 rumah penduduk rusak

berat, 4863 rumah rusak ringan. Bangunan ibadah yang mengalami kerusakan berjumlah 16

buah rusak total, 143 buah rusak berat, dan 60 buah rusak ringan. Gedung perkantoran yang

mengalami rusak ringan sebanyak 117, 153 rusak berat, dan 130 rusak total. Untuk gedung

sekolah, 63 rusak total, 98 rusak berat, dan 75 rusak ringan.

Kerusakan-kerusakan infrastruktur yang terjadi akibat gempa di Bengkulu (2000), di

Karangasem, di Nabire, dan di Kepulauan Alor, dapat dikelompokkan menjadi 4 macam,

yaitu kerusakan pada bangunan Non-Engineered Construction, kerusakan non-struktural pada

bangunan rangka sederhana, kerusakan struktural pada bangunan Engineered Construction,

dan kerusakan pada prasarana transportasi (jalan, jembatan, dermaga, pelabuhan udara).

Sebagian besar bangunan-bangunan yang ada di Karangasem, di Nabire, maupun di

Kepulauan Alor seperti rumah tinggal, sekolahan, instansi pemerintah, pukesmas, termasuk

dalam kategori bangunan Non-Engineered Construction. Bangunan-bangunan ini pada


umumnya adalah bangunan tembokan satu atau dua lantai dengan dinding terbuat dari

pasangan batu bata atau batako. Kerusakan-kerusakan pada bangunan tembokan yang terjadi

akibat gempa Karangasem, gempa Nabire dan gempa Alor, pada umumnya sama dengan

kerusakan bangunan akibat gempa yang terjadi di Bengkulu tahun 2000. Kerusakan-

kerusakan tersebut adalah :

� Hancur atau rubuhnya dinding akibat beban gempa yang bekerja tegak lurus bidang

dinding.

� Keretakan pada dinding, di tempat-tempat yang terdapat bukaan besar pada bangunan.

� Terpisahnya bagian dinding pada sudut-sudut bangunan atau pertemuan.

� Kehancuran pada pojok-pojok dinding bangunan.

� Retak-retak diagonal pada dinding bangunan yang terjadi pada siar-siar dan/atau

unsur-unsur penyusun dinding.

� Rangka atap terlepas dari dudukannya

� Retak dan kegagalan pada sambungan atau pertemuan antara kolom dan balok

� Kerusakan bangunan akibat penggunaan mutu bahan dan pengerjaan konstruksi yang

buruk.

Gambar 4-5. Kerusakan-kerusakan pada bangunan akibat penggunaan mutu bahan dan pengerjaan konstruksi yang buruk (Gempa Nabire, Februari 2004)


Gambar 4-6. Rangka atap terlepas dari dudukannya, karena tidak diangkur dengan baik (Gempa Bengkulu, Juni 2000)

Gambar 4-7. Retak dan kegagalan pada sambungan pertemuan antara kolom dan balok (Gempa Bengkulu, Juni 2000)

Gambar 4-8. Kegagalan kolom menahan gaya geser yang besar di bagian atas, karena adanya perbedaan kekakuan yang besar antara lantai tingkat. Kerusakan ini disebut kerusakan akibat soft first story. (Gempa Bengkulu, Juni 2000).


Penyebab utama dari kerusakan-kerusakan di atas adalah karena pengerjaan bangunan

yang tidak mengikuti persyaratan minimal dari detail konstruksi yang harus dipenuhi untuk

bangunan di daerah rawan gempa. Sebagai contoh untuk hal ini adalah : tidak adanya unsur-

unsur perkuatan untuk bidang-bidang dinding yang luasnya ≥ 6m2 , detail penulangan yang

tidak benar pada pertemuan antara unsur-unsur perkuatan, diameter dan total luas penampang

tulangan yang dipasang terlalu kecil, serta jarak antar tulangan geser (sengkang) yang

dipasang terlalu besar.

Kerusakan akibat gempa dapat berupa kerusakan non-struktural atau kerusakan

struktural. Kerusakan non-struktural adalah kerusakan pada elemen-elemen bangunan yang

tidak difungsikan untuk menahan beban, dengan demikian kerusakan ini tidak mempengaruhi

kekuatan struktur dari bangunan secara keseluruhan. Kerusakan non-struktural pada

umumnya meliputi :

� Penutup atap (genteng) melorot dari dudukannya.

� Rangka plafond rusak atau plafond terlepas dari rangkanya.

� Dinding pengisi dan dinding façade rusak atau roboh karena dinding-dinding ini

tidak diangkur pada elemen-elemen struktur penahan beban, atau dinding tidak

diberi balok-balok dan kolom-kolom praktis.

Kerusakan struktural adalah kerusakan yang terjadi pada elemen-elemen bangunan

yang difungsikan untuk menahan beban, seperti balok-balok dan kolom-kolom utama dari

struktur bangunan. Kerusakan dari elemen-elemen struktural dapat menyebabkan

berkurangnya kekuatan dari bangunan, atau bahkan dapat menyebabkan keruntuhan dari

bangunan. Rusaknya kolom-kolom utama dari struktur bangunan, pada umumnya disebabkan

oleh :

� Kegagalan kolom menahan gaya geser yang besar di bagian atas dan di bagian bawah

kolom karena gaya geser terpusat akibat perbedaan kekakuan yang besar antara lantai

tingkat. Kerusakan ini disebut kerusakan akibat soft first storey.

� Kegagalan kolom menahan gaya geser yang besar pada bagian kolom yang berada

diantara 2 bukaan jendela. Kerusakan ini disebut short column effect.

� Kegagalan kolom menahan gaya geser yang besar.


4.3.4 Gempa Kobe di Jepang ( Januari 1995)

Peristiwa Gempa Kobe di Jepang pada tanggal 17 Januari 1995, telah memberikan

pelajaran baru bagi kita, bahwa bukan saja jiwa manusia yang harus diamankan, tetapi juga

harta benda. Kerugian finansial yang telah diderita Jepang oleh Gempa Kobe dengan

magnitude gempa M=7,2 pada Skala Richter yang terjadi hanya selama lebih kurang 20 detik,

mencapai 140 milyar dollar AS atau sekitar 315 trilyun rupiah, telah sangat mengejutkan

dunia karena begitu besarnya. Bila kita bandingkan dengan RAPBN 1995/1996 negara kita

yang berjumlah 78,024 trilyun rupiah, maka kerugian finansial yang telah diderita Jepang

oleh Gempa Kobe tersebut, adalah setara dengan empat kali RAPBN kita. Dapat

dibayangkan jika gempa seperti itu melanda negara yang sedang berkembang seperti

Indonesia, tidak mustahil negara tersebut akan langsung bangkrut karenanya.

Gempa Kobe yang terjadi pada jam 05:46 pagi waktu Jepang dengan lokasi epicenter

34,6� N dan 135,0�E, yang dinamakan Gempa Kuat Hanshin, telah mengakibatkan korban

meninggal lebih dari 5270 orang, 26.815 orang cedera, 60 orang hilang, dan 150.787 rumah

hancur atau terbakar dalam wilayah seluas 150 hektar. Wilayah yang mengalami kerusakan

berat meliputi daerah sepanjang 25 km. dan selebar 2 km. Gempa dahsyat ini ternyata juga

telah meruntuhkan banyak bangunan gedung bertingkat serta jalan layang yang terbuat dari

struktur baja, struktur beton dan struktur komposit, yang tentunya sudah diantisipasi dan

direncanakan aman terhadap pengaruh gempa.

Gambar 4-9. Bagian dari Jembatan-layang, highway Osaka-Kobe, yang terputus akibat terlepasnya balok jembatan dari pilar dan jatuh.


Gambar 4-10. Pilar jembatan jalan layang mengalami kerusakan akibat kombinasi antara gaya tekan dan geser.

Secara resmi Pemerintah Daerah Kobe telah mengumumkan bahwa 94.109 bangunan

gedung di kota Kobe telah mengalami rusak berat, dimana 54.949 bangunan diantaranya

hancur total, dan 31.783 mengalami rusak ringan. Musnahnya rumah tinggal mengakibatkan

sekitar 300.000 orang kehilangan tempat tinggal. Gempa juga telah mengakibatkan pelabuhan

besar kontainer Kobe mengalami hancur total dan tidak dapat berfungsi. Kota Kobe yang

merupakan kota pelabuhan modern yang telah dibangun selama 130 tahun, ternyata hancur

oleh gempa yang berlangsung hanya 20 detik.

Gambar 4-11. Kerusakan pada lantai pelataran pelabuhan peti kemas akibat liquefaction

Jika hal ini tidak terjadi di Jepang, mungkin orang tidak akan begitu heran. Selama ini

orang terlanjur menganggap bahwa Jepang adalah negeri yang sudah menguasai kiat untuk

meredam gempa dengan menggunakan teknologinya yang maju.


Penggunaan standar konstruksi nasional untuk struktur bangunan tahan gempa di

Jepang, memberikan jaminan keamanan bahwa bangunan-bangunan di perkotaan mampu

untuk menahan gempa hebat. Bahkan ketika Los Angeles di Amerika Serikat diguncang

Gempa Kuat setahun sebelumnya, banyak ahli gempa dari Jepang dengan penuh keyakinan

mengatakan bahwa, kerusakan yang terjadi pada kawasan metropolis di California Selatan

tersebut tidak akan terjadi di Jepang. Akan tetapi, ketika gempa datang mengguncang,

jaminan keamanan tadi terbukti hanya tinggal sebuah kata. Jalan layang, pelabuhan, lintasan

jalur kereta api cepat dan kereta api lokal, serta beberapa gedung bertingkat yang konon telah

dibangun atas dasar standar konstruksi nasional, ternyata tidak mampu meredam Gempa Kuat

dengan magnitude M=7,2 pada Skala Richter. Tidak sedikit bagunan bertingkat tinggi yang

runtuh sepenuhnya atau miring, termasuk gedung rumah sakit Kobe yang berlantai delapan.

Di gedung rumah sakit Kobe ini puluhan pasien, dokter dan perawat tewas seketika.

Gambar 4-12. Rumah Sakit Kobe runtuh akibat gempa berkekuatan M=7,2 pada Skala Richter

Di lokasi fasilitas LPG Higashi-Nada-Ku, sebuah tangki gas berkapasitas 20.000 ton

mengalami kebocoran, sehingga 8.000 warga sekitarnya perlu dievakuasi. Jalur kereta api

cepat shinkansen di Kobe yang direncanakan tahan terhadap gempa berkekuatan M=7,9 pada

Skala Richter, ternyata rusak berat hanya dalam waktu 12 detik akibat pengaruh gempa yang

berarah vertikal. Getaran gempa yang berarah vertikal lebih sulit diantisipasi pangaruhnya

terhadap kekuatan struktur, dengan demikian gempa berarah vertikal lebih berbahaya

pengaruhnya dibandingkan dengan gempa yang berarah horisontal yang dapat menimbulkan

gerakan-gerakan menyamping pada struktur bangunan.


Gambar 4-13. Kerusakan pada fasilitas jalur kereta api cepat shinkansen di Kobe

Jaminan-jaminan keamanan seperti di atas, tentu bukan hanya diberikan di bidang

konstruksi saja. Perusahaan Osaka Gas misalnya, juga telah menjamin bahwa bila guncangan

gempa mencapai magnitude M=5 pada Skala Richter, gas akan berhenti secara otomatis dan

oleh karenanya kecemasan masyarakat terhadap kebocoran gas, tidaklah diperlukan.

Pernyataan dari perusahaan gas kaliber raksasa ini tentunya wajar untuk dipercaya oleh

masyarakat. Tetapi ketika getaran gempa Kobe telah mencapai magnitude M=7,2 pada Skala

Richter, banyak kalangan yang menyangsikan bahwa sungguhkah gas memang berhenti

secara otomatis. Beberapa korban bahkan banyak yang meninggal bukan disebabkan karena

tertimpa reruntuhan bangunan, melainkan karena mengisap gas yang berbahaya ini.

Jalan layang, gedung bertingkat, pelabuhan, jalur kereta api serta pipa gas, bukanlah

satu-satunya bangunan yang porak poranda akibat gempa kuat yang melanda Kobe. Gempa

Kobe juga telah menghancurkan keyakinan dari masyarakat Jepang bahwa negeri itu mampu

untuk menahan goncangan gempa yang hebat. Hal ini mungkin akan menyebabkan

diadakannya peninjauan secara radikal terhadap langkah-langkah untuk mengantisipasi

pengaruh gempa. “Masalah terpenting yang perlu dikaji kembali adalah standar-standar

konstruksi bangunan“, demikian pernyataan yang dikatakan oleh Prof. Isao Sakamoto dari

Fakultas Teknik Universitas Tokyo.

Gempa Kobe mengingatkan semua pihak, bahwa suatu wilayah yang dianggap tidak

mempunyai risiko dilanda Gempa Kuat, belum tentu anggapan tersebut sepenuhnya benar.

Meskipun dari data sejarah kegempaan selama 100 tahun atau lebih, menunjukkan tidak

pernah terjadi gempa yang hebat, ada kemungkinan pada suatu saat dapat terjadi Gempa Kuat

yang dapat menghancurkan wilayah yang luas serta menimbulkan kerugian harta dan jiwa

dalam jumlah sangat besar. Kerusakan yang terjadi pada suatu kawasan padat penduduk atau


kota industri yang sudah dipenuhi bangunan-bangunan penting, akan sangat sulit dibangun

kembali seperti semula.

Seperti halnya dengan Gempa Kuat yang terjadi di Kobe yang tidak diduga sebelumnya,

maka kejadian seperti ini dapat saja terjadi di mana saja termasuk Indonesia, khususnya di

kota-kota besar yang banyak memiliki gedung-gedung tinggi dan jalan-jalan layang. Di

dalan standar gempa yang berlaku di Indonesia, Jakarta termasuk di dalam wilayah atau zona

gempa 4 yang termasuk wilayah dengan pengaruh kegempaan sedang. Apakah ketentuan

tersebut perlu ditinjau ulang ?. Sudahkah para ahli struktur dan ahli gempa di Indonesia

memikirkan langkah-langkah pengamanan seperlunya untuk menghadapi kemungkinan

seperti gempa yang terjadi di Kobe ?.

�

4.4 Risiko Gempa di Indonesia

Berdasarkan akibat-akibat yang dapat ditimbulkan oleh bencana gempa di Indonesia,

maka perlu adanya upaya-upaya untuk menekan bahaya bencana yang diakibatkan oleh

gempa. Aspek rekayasa gempa sangat perlu diterapkan pada rekayasa struktur, agar

bangunan mempunyai ketahanan yang baik terhadap pengaruh gempa. Penggunaan standar

bangunan sangat penting untuk menjamin bahwa bangunan tersebut aman untuk dihuni.

Penentuan tingkat risiko terjadinya gempa untuk suatu wilayah, secara analitis

dimungkinkan, berkat sifat-sifat dari peristiwa gempa yang pernah terjadi sebelumnya,

sebagaimana halnya pada beberapa bencana alam lainnya, seperti halnya banjir. Peristiwa

terjadinya gempa dapat direpresentasikan dengan suatu model matematik dan teori

probabilitas. Tingkat risiko gempa pada suatu wilayah diartikan sebagai probabilitas atau

kemungkinan terlampauinya respon pergerakan tanah yang maksimum pada wilayah tersebut,

dalam suatu kurun waktu tertentu. Dengan mengetahui sejarah kegempaan suatu daerah yang

diperoleh dari pengamatan atau rekaman gempa yang pernah terjadi di masa lalu, tingkat

risiko atau peluang terjadinya gempa pada suatu wilayah dapat diperkirakan dengan

menggunakan rumus-rumus matematika dan statistik.

Tingkat risiko gempa pada suatu wilayah atau zona, tidak dapat ditentukan hanya

berdasarkan frekuensi terjadinya gempa saja. Hal ini disebabkan karena tingkat risiko gempa

diukur berdasarkan kerusakan struktur yang ada pada suatu lokasi, yang tidak hanya

tergantung dari besarnya gempa, tetapi juga tergantung pada jarak pusat gempa (epicenter)

dari lokasi yang ditinjau, serta kondisi tanah pada lokasi tersebut. Sebagai contoh, gempa

kuat dengan magnitude M=7 pada Skala Richter dengan pusat gempa berjarak 300 km dari

lokasi yang ditinjau, belum tentu menimbulkan kerusakan yang lebih besar dibandingkan


gempa dengan magnitude M=5 atau M=6 pada Skala Richter, tetapi dengan pusat gempa

yang berjarak 50 km. dari lokasi yang ditinjau. Demikian pula halnya pengaruh beban gempa

pada struktur bangunan yang terletak di atas tanah lunak dan di atas tanah keras, dapat juga

berlainan.

Konsep keamanan dari suatu struktur terhadap pengaruh gempa, harus dikaitkan

dengan risiko atau peluang terjadinya (incidence risk) gempa tersebut selama umur rencana

(design life time) dari struktur bangunan yang ditinjau. Karena gempa merupakan peristiwa

probabilistik, maka gempa dengan kekuatan atau intensitas tertentu, mempunyai periode

ulang (return period) yang tertentu pula. Dengan demikian, jika risiko terjadinya suatu gempa

selama umur rencana bangunan sudah tertentu, maka periode ulang dari gempa tersebut

sudah tertentu pula. Hubungan antara umur rencana bangunan, periode ulang gempa, dan

risiko terjadinya gempa, berdasarkan teori probabilitas dapat dinyatakan dalam suatu

persamaan matematika sebagai berikut :

dimana : RN = Risiko terjadinya gempa selama umur rencana (%)

TR = Periode ulang terjadinya gempa (tahun)

N = Umur rencana dari bangunan (tahun)

Pada perencanaan struktur bangunan tahan gempa, perlu ditinjau 3 taraf beban gempa,

yaitu Gempa Ringan, Gempa Sedang dan Gempa Kuat, untuk merencanakan elemen-elemen

dari sistem struktur, agar tetap mempunyai kinerja yang baik pada saat terjadi gempa. Gempa

Ringan, Gempa Sedang, Gempa Kuat, dan Gempa Rencana untuk keperluan prosedur

perencanaan struktur didefinisikan sebagai berikut :

4.4.1 Gempa Ringan

Gempa Ringan adalah gempa yang peluang atau risiko terjadinya dalam periode umur

rencana bangunan 50 tahun adalah 92% (RN = 92%), atau gempa yang periode ulangnya

adalah 20 tahun (TR = 20 tahun). Akibat Gempa Ringan ini struktur bangunan harus tetap

berperilaku elastis, ini berarti bahwa pada saat terjadi gempa elemen-elemen struktur

bangunan tidak diperbolehkan mengalami kerusakan struktural maupun kerusakan non-

struktural. Pada saat terjadi Gempa Ringan, penampang dari elemen-elemen pada sistem

1 TR

��

N

1 –

RN = x 100%


struktur dianggap tepat mencapai kapasitas nominalnya, dan akan berdeformasi lebih lanjut

secara tidak elastis (inelastis) jika terjadi gempa yang lebih kuat.

Karena risiko terjadinya Gempa Ringan adalah 92%, maka dapat dianggap bahwa

selama umur rencananya, struktur bangunan pasti akan akan mengalami Gempa Ringan, atau

risiko terjadinya Gempa Ringan adalah 100% (RN = 100%).

4.4.2 Gempa Sedang

Gempa Sedang adalah gempa yang peluan atau risiko terjadinya dalam periode umur


adalah 75 tahun (TR = 75 tahun). Akibat Gempa Sedang ini struktur bangunan tidak boleh

mengalami kerusakan struktural, namun diperkenankan mengalami kerusakan yang bersifat

non-struktural. Gempa Sedang akan menyebabkan struktur bangunan sudah berperilaku tidak

elastis, tetapi tingkat kerusakan struktur masih ringan dan dapat diperbaiki dengan biaya yang

terbatas.

4.4.3 Gempa Kuat

Gempa Kuat adalah gempa yang peluang atau risiko terjadinya dalam periode umur

rencana bangunan 50 tahun adalah 2% (RN = 2%), atau gempa yang periode ulangnya adalah

2500 tahun (TR = 2500 tahun). Akibat Gempa Kuat ini struktur bangunan dapat mengalami

kerusakan struktural yang berat, namun struktur harus tetap berdiri dan tidak boleh runtuh

sehingga korban jiwa dapat dihindarkan. Gempa kuat akan menyebabkan struktur bangunan

berperilaku tidak elastis, dengan kerusakan struktur yang berat tetapi masih berdiri dan dapat

diperbaiki.

4.4.4 Gempa Rencana

Karena beban pada struktur yang diakibatkan oleh gempa merupakan beban yang tidak

pasti, maka untuk menentuklan besarnya beban gempa yang akan digunakan di dalam

perencanaan, tidak dipergunakan beban yang diakibatkan oleh Gempa Kuat sebagai dasar

perhitungannya. Desain struktur terhadap pengaru Gempa Kuat akan menghasilkan bangunan

yang tidak ekonomis. Di dalam standar gempa yang baru dicantumkan bahwa, untuk

perencanaan struktur bangunan terhadap pengaruh gempa digunakan Gempa Rencanan.

Gempa Rencana adalah gempa yang peluang atau risiko terjadinya dalam periode umur


adalah 500 tahun (TR = 500 tahun).


Dengan menggunakan Gempa Rencana ini, struktur dapat dianalisis secara elastis untuk

mendapatkan gaya-gaya dalam yang berupa momen lentur, gaya geser, gaya normal, dan

puntir atau torsi yang bekerja pada tiap-tiap elemen struktur. Gaya-gaya dalam ini setelah

dikombinasikan dengan dengan gaya-gaya dalam yang diakibatkan oleh beban mati dan

beban hidup, kemudian digunakan untuk mendimensi penampang dari elemen struktur

berdasarkan metode LRFD (Load Resistance Factor Design) sesuai dengan standar desain

yang berlaku.

Peluang atau risiko terjadinya gempa pada struktur bangunan selama umur rencananya

dapat dihitung dengan menggunakan rumus probabilitas di atas. Jika periode ulang terjadinya

Gempa Ringan : TR = 20 tahun, Gempa Sedang : TR = 75 tahun, dan Gempa Kuat : TR = 2500

tahun, serta umur rencana rata-rata bangunan di Indonesia adalah N=50 tahun, maka akan

didapatkan besarnya risiko terjadinya gempa pada struktur bangunan adalah : RN Gempa

Ringan = 92% ≅100%, RN Gempa sedang = 50%, dan RN Gempa Kuat = 2%.

Dalam filosofi perencanaan struktur bangunan tahan gempa, dikenal suatu konsep

pembebanan gempa yang disebut Pembebanan Dua Tingkat. Konsep Pembebanan Dua

Tingkat mempunyai pengertian bahwa, struktur bangunan selama umur rencananya

diperkirakan akan dibebani berulang kali oleh Gempa Ringan dan Gempa Sedang, yang

mempunyai periode ulang lebih kecil dari 75 tahun. Serta struktur selama umur rencananya

diharapkan mampu menahan sekali terjadinya Gempa Kuat dengan periode ulang 2500 tahun.

Pemilihan periode ulang 500 tahun yang dipilih sebagai dasar perhitungan beban

Gempa Rencana untuk keperluan perencanaan struktur, didasarkan pada tingkat probabilitas

terjadinya gempa yang dapat diterima yaitu 10%, mengingat umur efektif rata-rata struktur

bangunan di Indonesia adalah sekitar 50 tahun. Berdasarkan kemungkinan terjadinya Gempa

Ringan, Gempa Sedang dan Gempa Kuat dengan periode ulang 20, 75, dan 500 tahun,

ternyata tingkat risiko gempa yang dapat terjadi pada struktur-struktur bangunan di Indonesia

selama umur rencananya adalah cukup besar, hal ini perlu kiranya menjadi perhatian bagi

para perencana struktur.

4.5 Beban Gempa Nominal

Besarnya beban Gempa Nominal yang digunakan untuk perencanaan struktur

ditentukan oleh tiga hal, yaitu oleh besarnya Gempa Rencana, oleh tingkat daktilitas yang

dimiliki struktur, dan oleh nilai faktor tahanan lebih yang terkandung di dalam struktur.

Berdasarkan pedoman gempa yang berlaku di Indonesia yaitu Perencanaan Ketahanan


Gempa Untuk Struktur Rumah dan Gedung (SNI 03-1726-2002)., besarnya beban gempa

horisontal V yang bekerja pada struktur bangunan, ditentukan menurut persamaan :

V = t WR.I C

Dimana, I adalah Faktor Keutamaan Struktur menurut Tabel I, C adalah nilai Faktor Respon

Gempa yang didapat dari Respon Spektrum Gempa Rencana menurut Gambar 2 untuk waktu

getar alami fundamental T, dan Wt ditetapkan sebagai jumlah dari beban-beban berikut :

� Beban mati total dari struktur bangunan gedung

� Jika digunakan dinding partisi pada perencanaan lantai, maka harus diperhitungkan

tambahan beban sebesar 0,5 kPa

� Pada gudang-gudang dan tempat penyimpanan barang, maka sekuran-kurangnya 25%

dari beban hidup rencana harus diperhitungkan

� Beban tetap total dari seluruh peralatan dalam struktur bangunan gedung harus

diperhitungkan

4.5.1 Faktor Keutamaan Struktur

Dengan probabilitas terjadinya Gempa Rencana adalah 10% dalam kurun waktu umur

rencana bangunan gedung 50 tahun, maka menurut teori probabilitas Gempa Rencana ini

mempunyai periode ulang 500 tahun. Gempa Rencana ini akan menyebabkan struktur

bangunan gedung mencapai kondisi di ambang keruntuhan, tetapi masih dapat berdiri

sehingga dapat mencegah jatuhnya korban jiwa. Untuk berbagai kategori bangunan gedung,

tergantung pada probabilitas terjadinya keruntuhan struktur bangunan gedung selama umur

rencananya, pengaruh Gempa Rencana terhadapnya harus dikalikan dengan suatu Faktor

Keutamaan Struktur (I) menurut persamaan :

I = I1.I2

Dimana I1 adalah Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa berkaitan

dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur rencana gedung,

sedangkan I2 adalah Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan umur rencana gedung tersebut.

Karena gedung-gedung bertingkat, monumen dan bangunan monumental sama-sama

memiliki fungsi biasa, tanpa sesuatu keistimewaan, kekhususan atau keutamaan dalam

fungsinya, maka probabilitas terjadinya gempa tersebut selama kurun waktu umur rencana


gedung ditetapkan sama sebesar 10%, sehingga berlaku I1 = 1,0. Tetapi umur rencana dari

gedung-gedung tersebut berbeda-beda. Gedung-gedung dengan jumlah tingkat sampai 10,

karena berbagai alasan dan tujuan pada umumnya mempunyai umur kurang dari 50 tahun,

sehingga I2 < 1 karena periode ulang gempa tersebut adalah kurang dari 500 tahun. Gedung-

gedung dengan jumlah tingkat lebih dari 30, monumen dan bangunan monumental,

mempunyai masa layan yang panjang, bahkan harus dilestarikan untuk generasi yang akan

datang, sehingga I2 > 1 karena perode ulang gempa tersebut adalah lebih dari 500 tahun.

Gedung-gedung penting pasca gempa (rumah sakit, instalasi air bersih, pembangkit

tenaga listrik, pusat penyelamatan dalam keadaan darurat, fasilitas radio dan televisi),

gedung-gedung yang membahayakan lingkungan bila rusak berat akibat gempa (tempat

penyimpanan bahan berbahaya) atau membahayakan bangunan di dekatnya bila runtuh aibat

gempa (cerobong, tangki di atas menara), mempunyai umur manfaat tidak berbeda dengan

gedung-gedung dengan fungsi biasa, yaitu sekitar 50 tahun, sehingga berlaku I2 = 1,0. Tetapi

probabilitas terjadinya gempa tersebut selama kurun waktu umur gedung harus dibedakan

dan semuanya harus kurang dari 10%, sehingga I1 > 1 karena periode ulang gempa tersebut

adalah lebih dari 500 tahun. Kombinasi I1 dan I2 untuk beberapa kategori gedung ditetapkan

dalam Tabel 4.1, berikut perkaliannya I.

Tabel 4-1. Faktor Keutamaan untuk berbagai kategori gedung dan bangunan

Faktor Keutamaan

Kategori gedung/bangunan I1 I2 I

Gedung umum seperti untuk penghunian, perniagaan dan perkantoran.

1,0 1,0 1,0

Monumen dan bangunan monumental 1,0 1,6 1,6

Gedung penting pasca gempa seperti rumah sakit, instalasi air bersih, pembangkit tenaga listrik, pusat penyelamatan dalam keadaan darurat, fasilitas radio dan televisi

1,4 1,0 1,4

Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya seperti gas, produk minyak bumi, asam, bahan beracun.

1,6 1,0 1,6

Cerobong, tangki di atas menara 1.5 1,0 1,5

4.5.2 Daktilitas Struktur

Salah satu faktor penting yang dapat mempengaruhi besar kecilnya beban gempa yang

bekerja pada struktur bangunan adalah daktilitas struktur. Beberapa standar perencanaan


ketahanan gempa untuk struktur gedung, menggunakan asumsi constant maximum

displacement rule, untuk mendefinisikan tingkat daktilitas struktur. Asumsi yang dianut

divisualisasikan dalam diagram beban-simpangan (diagram V-δ) yang ditunjukkan dalam

Gambar 4.14. Asumsi ini menyatakan bahwa struktur bangunan gedung yang bersifat daktail

dan struktur bangunan gedung yang bersifat elastik penuh, akibat pengaruh Gempa Rencana

akan menunjukkan simpangan maksimal δm yang sama dalam kondisi diambang keruntuhan.

Asumsi ini adalah konservatif, karena dalam keadaan sesungguhnya struktur bangunan

gedung yang daktail memiliki δm yang relatif lebih besar dibandingkan struktur bangunan

gedung yang elastis, sehingga memiliki faktor daktilitas struktur (µ) yang relatif lebih besar

dari pada yang diasumsikan

Gambar 4-14. Diagram beban (V) - simpangan (δ) dari struktur bangunan gedung

Faktor daktilitas struktur (µ) adalah rasio antara simpangan maksimum (δm) struktur gedung

akibat pengaruh Gempa Rencana pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan, dengan

simpangan struktur gedung pada saat terjadinya pelelehan pertama (δy), yaitu :

1,0 ≤ µ = my

m � �

� ≤


Pada persamaan ini, µ = 1,0 adalah nilai faktor daktilitas untuk struktur bangunan gedung

yang berperilaku elastik penuh, sedangkan µm adalah nilai faktor daktilitas maksimum yang

dapat dikerahkan oleh sistem struktur bangunan gedung yang bersangkutan.

Jika Ve adalah pembebanan maksimum akibat pengaruh Gempa Rencana yang dapat

diserap oleh struktur gedung yang bersifat elastik penuh dalam kondisi di ambang

keruntuhan, dan Vy adalah pembebanan yang menyebabkan pelelehan pertama di dalam

struktur gedung, maka dengan asumsi bahwa struktur gedung daktail dan struktur gedung

elastik penuh akibat pengaruh Gempa Rencana menunjukkan simpangan maksimum δm yang

sama dalam kondisi di ambang keruntuhan, maka berlaku hubungan sebagai berikut :

Vy = �

Ve

Jika Vn adalah pembebanan Gempa Nominal akibat pengaruh Gempa Rencana yang

harus ditinjau dalam perencanaan struktur gedung, maka berlaku hubungan sebagai berikut :

Vn = ReV

1fyV

=

dimana f1 adalah faktor kuat lebih beban dan bahan yang terkandung di dalam struktur

bangunan gedung dan nilainya ditetapkan sebesar f1 = 1,6 dan R disebut faktor reduksi

gempa yang nilainya dapat ditentukan menurut persamaan :

1,6 ≤ R = µ.f1 ≤ Rm

R = 1,6 adalah faktor reduksi gempa untuk struktur gedung yang berperilaku elastik penuh,

sedangkan Rm adalah faktor reduksi gempa maksimum yang dapat dikerahkan oleh sistem

struktur yang bersangkutan. Dalam Tabel 4.2 dicantumkan nilai R untuk berbagai nilai µ

yang bersangkutan, dengan ketentuan bahwa nilai µ dan R tidak dapat melampaui nilai

maksimumnya.


Tabel 4-2. Parameter Daktilitas Struktur Gedung

Taraf kinerja struktur gedung µ R

Elastis penuh 1,0 1,6

Daktail parsial

1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

2,4 3,2 4,0 4,8 5,6 6,4 7,2 8,0

Daktail penuh 5,3 8,5

Nilai faktor daktilitas struktur gedung µ di dalam perencanaan struktur gedung dapat

dipilih menurut kebutuhan, tetapi tidak boleh diambil lebih besar dari nilai faktor daktilitas

maksimum µm yang dapat dikerahkan oleh masing-masing sistem atau subsistem struktur

gedung. Dalam Tabel 4.3 ditetapkan nilai µm yang dapat dikerahkan oleh beberapa jenis

sistem dan subsistem struktur gedung, berikut faktor reduksi maksimum Rm yang

bersangkutan.


Tabel 4-3. Faktor daktilitas maksimum (µm), faktor reduksi gempa maksimum (Rm ), faktor kuat lebih struktur (f1) dari beberapa jenis sistem dan subsistem struktur bangunan gedung

Sistem dan subsistem struktur gedung Uraian sistem pemikul beban gempa µm Rm

f1

1. Dinding geser beton bertulang 2,7 4,5 2,8 2. Dinding penumpu dengan rangka baja

ringan dan bresing tarik 1,8 2,8 2,2

3. Rangka bresing di mana bresingnya memikul beban gravitasi

a. Baja 2,8 4,4 2,2

1. Sistem dinding penumpu (Sistem struktur yang tidak memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Dinding penumpu atau sistem bresing memikul hampir semua beban gravitasi. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing)

b. Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6)

1,8 2,8 2,2

1. Rangka bresing eksentris baja (RBE) 4,3 7,0 2,8 2. Dinding geser beton bertulang 3,3 5,5 2,8 3. Rangka bresing biasa a. Baja 3,6 5,6 2,2 b. Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5

& 6) 3,6 5,6 2,2

4. Rangka bresing konsentrik khusus a. Baja 4,1 6,4 2,2 5. Dinding geser beton bertulang berangkai

daktail 4,0 6,5 2,8

6. Dinding geser beton bertulang kantilever daktail penuh

3,6 6,0 2,8

2. Sistem rangka gedung (Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing)

7. Dinding geser beton bertulang kantilever daktail parsial

3,3 5,5 2,8

1. Rangka pemikul momen khusus (SRPMK) a. Baja 5,2 8,5 2,8 b. Beton bertulang 5,2 8,5 2,8 2. Rangka pemikul momen menengah beton

(SRPMM) 3,3 5,5 2,8

3. Rangka pemikul momen biasa (SRPMB) a. Baja 2,7 4,5 2,8 b. Beton bertulang 2,1 3,5 2,8

3. Sistem rangka pemikul momen (Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul rangka pemikul momen terutama melalui mekanisme lentur)

4. Rangka batang baja pemikul momen khusus (SRBPMK)

4,0 6,5 2,8

1. Dinding geser a. Beton bertulang dengan SRPMK beton

bertulang 5,2 8,5 2,8

b. Beton bertulang dengan SRPMB saja 2,6 4,2 2,8 c. Beton bertulang dengan SRPMM beton


2. RBE baja a. Dengan SRPMK baja 5,2 8,5 2,8 b. Dengan SRPMB baja 2,6 4,2 2,8 3. Rangka bresing biasa a. Baja dengan SRPMK baja 4,0 6,5 2,8 b. Baja dengan SRPMB baja 2,6 4,2 2,8 c. Beton bertulang dengan SRPMK beton

bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6) 4,0 6,5 2,8

d. Beton bertulang dengan SRPMM beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6)

2,6 4,2 2,8

4. Rangka bresing konsentrik khusus a. Baja dengan SRPMK baja 4,6 7,5 2,8

4. Sistem ganda (Terdiri dari : 1) rangka ruang yang memikul seluruh beban gravitasi; 2) pemikul beban lateral berupa dinding geser atau rangka bresing dengan rangka pemikul momen. Rangka pemikul momen harus direncanakan secara terpisah mampu memikul sekurang-kurangnya 25% dari seluruh beban lateral; 3) kedua sistem harus direncanakan untuk memikul secara bersama-sama seluruh beban lateral dengan memperhatikan interaksi/sistem ganda)

b. Baja dengan SRPMB baja 2,6 4,2 2,8


5. Sistem struktur gedung kolom kantilever (Sistem struktur yang memanfaatkan kolom kantilever untuk memikul beban lateral)

Sistem struktur kolom kantilever 1,4 2,2 2

6. Sistem interaksi dinding geser dengan rangka

Beton bertulang biasa (tidak untuk Wilayah 3, 4, 5 & 6)

3,4 5,5 2,8

1. Rangka terbuka baja 5,2 8,5 2,8 2. Rangka terbuka beton bertulang 5,2 8,5 2,8 3. Rangka terbuka beton bertulang dengan

balok beton pratekan (bergantung pada indeks baja total)

3,3 5,5 2,8

4. Dinding geser beton bertulang berangkai daktail penuh

4,0 6,5 2,8

7. Subsistem tunggal (Subsistem struktur bidang yang membentuk struktur gedung secara keseluruhan)

5. Dinding geser beton bertulang kantilever daktail parsial

3,3 5,5 2,8

4.5.3 Arah Pembebanan Gempa

Jika besarnya beban gempa sudah dapat diperkirakan, maka pertanyaan selanjutnya

adalah, bagaimana menentukan arah beban gempa terhadap bangunan. Dalam kenyataannya

arah datangnya gempa terhadap bangunan tidak dapat ditentukan dengan pasti, artinya

pengaruh gempa dapat datang dari sembarang arah. Jika bentuk denah dari bangunan

simetris dan teratur, sehingga bangunan jelas memiliki sistem struktur pada dua arah utama

bangunan yang saling tegak lurus, perhitungkan arah gempa dapat dilakukan lebih sederhana.

Pembebanan gempa tidak penuh tetapi biaksial atau sembarang dapat menimbulkan

pengaruh yang lebih rumit terhadap struktur gedung ketimbang pembebanan gempa penuh

tetapi uniaksial. Untuk mengantisipasi kondisi ini Applied Technology Council (ATC, 1984)

menetapkan bahwa, arah gempa yang biaksial dapat disimulasikan dengan meninjau beban

Gempa Rencana yang disyaratkan oleh peraturan, bekerja pada ke dua arah sumbu utama

struktur bangunan yang saling tegak lurus secara simultan. Besarnya beban gempa pada

struktur dapat diperhitungkan dengan menjumlahkan 100% beban gempa pada satu arah

dengan 30% beban gempa pada arah tegak lurusnya.

Bila bentuk denah dari bangunan tidak simetris atau tidak beraturan, maka sulit untuk

menentukan arah beban gempa yang paling menentukan. Untuk ini perlu dilakukan analisis

struktur dengan meninjau pengaruh dari beban gempa pada masing-masing arah dari struktur.

Untuk berbagai arah gempa yang bekerja, bagian yang kritis dari elemen-elemen struktur

akan berbeda pula. Berapa kemungkinan arah gempa yang akan ditinjau pada analisis,

sepenuhnya tergantung pada perencana struktur.


4.6 Wilayah Gempa Dan Spektrum Respon

Salah satu faktor yang mempengaruhi besar kecilnya beban gempa yang bekerja pada

struktur bangunan adalah faktor wilayah gempa. Dengan demikian, besar kecilnya beban

gempa, tergantung juga pada lokasi dimana struktur bangunan tersebut akan didirikan.

Indonesia ditetapkan terbagi dalam 6 Wilayah Gempa seperti ditunjukkan dalam Gambar 1,

dimana Wilayah Gempa 1 adalah wilayah dengan kegempaan paling rendah, dan Wilayah

Gempa 6 adalah wilayah dengan kegempaan paling tinggi. Pembagian Wilayah Gempa ini,

didasarkan atas percepatan puncak batuan dasar akibat pengaruh Gempa Rencana dengan

perioda ulang 500 tahun, yang nilai rata-ratanya untuk setiap Wilayah Gempa ditetapkan

dalam Gambar 4.15 dan Tabel 4.4.

Peta Wilayah Gempa Indonesia dibuat berdasarkan analisis probabilistik bahaya

gempa (probabilistic seismic hazard analysis), yang telah dilakukan untuk seluruh wilayah

Indonesia berdasarkan data seismotektonik mutakhir yang tersedia saat ini. Data masukan

untuk analisis pembuatan peta gempa adalah, lokasi sumber gempa, distribusi magnitudo

gempa di daerah sumber gempa, fungsi perambatan gempa (atenuasi) yang memberikan

hubungan antara gerakan tanah setempat, magnitudo gempa di sumber gempa, dan jarak dari

tempat yang ditinjau sampai sumber gempa, serta frekuensi kejadian gempa per tahun di

daerah sumber gempa. Sebagai daerah sumber gempa, ditinjau semua sumber gempa yang

telah tercatat dalam sejarah kegempaan di Indonesia, baik sumber gempa pada zona subduksi,

sumber gempa dangkal pada lempeng bumi, maupun sumber gempa pada sesar-sesar aktif

yang sudah teridentifikasi.

Hasil analisis probabilistik bahaya gempa ini diplot pada peta Indonesia berupa garis-

garis kontur percepatan puncak batuan dasar dengan periode ulang 500 tahun (periode ulang

Gempa Rencana), yang kemudian menjadi dasar bagi penentuan batas-batas wilayah gempa.

Percepatan batuan dasar rata-rata untuk Wilayah Gempa 1 s/d 6, telah ditetapkan berturut-

turut adalah sebesar 0,03 g, 0,10 g, 0,15 g, 0,20 g, 0,25 g dan 0,30 g. Dengan percepatan

batuan dasar ini, maka ditetapkan percepatan puncak muka tanah (Ao) untuk Tanah Keras,

Tanah Sedang dan Tanah Lunak seperti yang tercantum pada Tabel 4.4.

Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah Ao untuk Wilayah

Gempa 1 yang ditetapkan dalam Gambar 4.15 dan Tabel 4.4, ditetapkan juga sebagai

percepatan minimum yang harus diperhitungkan dalam perencanaan struktur gedung untuk

menjamin kekekaran (robustness) minimum dari struktur gedung tersebut. Jadi beban gempa

yang disyaratkan tersebut merupakan pengaruh dari gempa yang bukan Gempa Rencana. Di


dalam peraturan bangunan negara tetangga kita Singapura yang berbatasan dengan Wilayah

Gempa 1, terdapat suatu ketentuan yang berkaitan dengan kekekaran struktur gedung, yaitu

bahwa setiap struktur gedung harus diperhitungkan terhadap beban-beban horisontal nominal

pada taraf masing-masing lantai tingkat sebesar 1,5% dari beban mati nominal lantai tingkat

tersebut. Dengan menggunakan kriteria ini, maka suatu struktur bangunan gedung bertingkat

rendah (gedung dengan periode getar T yang pendek) yang terletak di Wilayah Gempa 1 dan

di atas Tanah Sedang dengan faktor reduksi gempa misalnya sekitar R = 7 (struktur dengan

daktilitas sebagaian / parsial), harus diperhitungkan terhadap faktor respons gempa sebesar

0,13 I/R = 0,13 x 0,8/7 = 0,015. Hasil ini selaras dengan peraturan yang ditetapkan di

Singapura. Dengan demikian, standar gempa SNI 2002 ini boleh dikatakan memelihara

kontinuitas kegempaan regional lintas batas negara, jadi tidak lagi seperti menurut standar

SNI 1989 yang lama, dimana Wilayah Gempa 1 merupakan daerah yang bebas gempa sama

sekali.

Tabel 4-4. Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah untuk masing-masing Wilayah Gempa Indonesia

Percepatan puncak muka tanah Ao (‘g’) Wilayah Gempa

Percepatan puncak

batuan dasar (‘g’)

Tanah Keras Tanah Sedang Tanah Lunak Tanah Khusus

1

2

3

4

5

6

0,03

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,04

0,12

0,18

0,24

0,28

0,33

0,05

0,15

0,23

0,28

0,32

0,36

0,08

0,20

0,30

0,34

0,36

0,38

Diperlukan evaluasi

khusus di setiap lokasi

Untuk menentukan pengaruh Gempa Rencana pada struktur gedung, yaitu berupa

beban geser dasar nominal statik ekuivalen pada struktur bangunan gedung beraturan, dan

gaya geser dasar nominal sebagai respons dinamik ragam pertama pada struktur bangunan

gedung tidak beraturan, untuk masing-masing Wilayah Gempa ditetapkan Spektrum Respons

Gempa Rencana C-T seperti ditunjukkan dalam Gambar 2. Dalam gambar tersebut C adalah

Faktor Respons Gempa yang dinyatakan dalam percepatan gravitasi, dan T adalah waktu

getar alami struktur gedung yang dinyatakan dalam detik.


Secara umum Spektrum Respons adalah suatu diagram yang memberi hubungan

antara percepatan respons maksimum suatu sistem Satu Derajat Kebebasan (SDK) akibat

suatu gempa masukan tertentu, sebagai fungsi dari faktor redaman dan waktu getar alami

sistem SDK tersebut. Spektrum Respons C-T yang ditetapkan untuk masing-masing Wilayah

Gempa, adalah suatu diagram yang memberikan hubungan antara percepatan respons

maksimum (= Faktor Respons Gempa) C dan waktu getar alami T sistem SDK akibat Gempa

Rencana, dimana sistem SDK tersebut dianggap memiliki rasio redaman kritis sebesar 5%.

Kondisi T = 0 mengandung arti, bahwa sistem SDK tersebut adalah sangat kaku,

sehingga getaran dari sistem tersebut sepenuhnya akan mengikuti gerakan tanah. Dengan

demikian, untuk T = 0 percepatan respons maksimum menjadi identik dengan percepatan

puncak muka tanah (C = Ao). Bentuk dari Spektrum Respons yang sesungguhnya

menunjukkan suatu fungsi yang acak, dimana untuk harga T yang meningkat akan

menunjukkan nilai yang mula-mula meningkat dulu sampai mencapai suatu nilai maksimum,

kemudian akan turun lagi secara asimtotik mendekati sumbu-T. Untuk mempermudah

penggunaan, Spektrum Respons C-T yang digunakan di dalam SNI Gempa 2002 telah

diidealisasikan sebagai berikut : untuk 0 ≤ T ≤ 0,2 detik, C meningkat secara linier dari Ao

sampai Am; untuk 0,2 detik ≤ T ≤ Tc, C bernilai tetap C = Am; untuk T > Tc, C mengikuti

fungsi hiperbola C = Ar/T. Dalam hal ini Tc disebut waktu getar alami sudut. Idealisasi fungsi

hiperbola ini mengandung arti, bahwa untuk T > Tc kecepatan respons maksimum yang

bersangkutan bernilai tetap. Am dan Ar masing-masing adalah percepatan respons maksimum

atau Faktor Respons Gempa maksimum dan pembilang dalam persamaan hiperbola Faktor

Respons Gempa C pada Spektrum Respons Gempa Rencana.

Dari berbagai hasil penelitian ternyata, bahwa untuk 0 ≤ T ≤ 0,2 detik terdapat

berbagai ketidakpastian, baik dalam karakteristik gerakan tanahnya sendiri maupun dalam

sifat-sifat daktilitas sistem SDK yang bersangkutan. Karena itu untuk 0 ≤ T ≤ 0,2 detik C

ditetapkan harus diambil sama dengan Am. Dengan demikian untuk T ≤ Tc, Spektrum

Respons berkaitan dengan percepatan respons maksimum yang bernilai tetap. Sedangkan

untuk T > Tc, berkaitan dengan kecepatan respons maksimum yang bernilai tetap.

Berbagai hasil penelitian menunjukkan, bahwa Am berkisar antara 2 Ao dan 3 Ao,

sehingga Am = 2,5 Ao merupakan nilai rata-rata yang dianggap layak untuk perencanaan.

Selanjutnya, dari berbagai hasil penelitian juga ternyata, bahwa sebagai pendekatan yang baik

waktu getar alami sudut Tc untuk jenis-jenis Tanah Keras, Tanah Sedang dan Tanak Lunak


dapat diambil sebesar berturut-turut 0,5 detik, 0,6 detik dan 1,0 detik. Dalam Tabel 5, nilai-

nilai Am dan Ar dicantumkan untuk masing-masing Wilayah Gempa dan masing-masing jenis

tanah.

Tabel 4-5. Spektrum Respons Gempa Rencana

Tanah Keras Tc = 0,5 det

Tanah Sedang Tc = 0,6 det.

Tanah Lunak Tc = 1,0 det. Wilayah

Gempa Am Ar Am Ar Am Ar

1 2 3 4 5 6

0,10 0,30 0,45 0,60 0,70 0,83

0,05 0,15 0,23 0,30 0,35 0,42

0,13 0,38 0,55 0,70 0,83 0,90

0,08 0,23 0,33 0,42 0,50 0,54

0,20 0,50 0,75 0,85 0,90 0,95

0,20 0,50 0,75 0,85 0,90 0,95


Gambar 4-15. Peta kegempaan Indonesia, terdiri dari 6 Wilayah Gempa


Gambar 4-16. Spektrum Respon Gempa Rencana


4.7 Jenis Tanah Dasar dan Perambatan Gelombang Gempa

Gelombang gempa merambat melalui batuan dasar di bawah permukaan tanah. Dari

kedalaman batuan dasar ini gelombang gempa tersebut kemudian merambat ke permukaan

tanah sambil mengalami pembesaran (amplifikasi), bergantung pada jenis lapisan tanah yang

berada di atas batuan dasar tersebut. Dengan adanya pembesaran gerakan ini, maka pengaruh

Gempa Rencana di permukaan tanah harus ditentukan dari hasil analisis perambatan

gelombang gempa dari kedalaman batuan dasar ke permukaan tanah.

Ada dua kriteria yang dapat digunakan untuk mendefinisikan batuan dasar, yaitu

berdasarkan nilai hasil Test Penetrasi Standar N, atau berdasarkan besarnya kecepatan rambat

gelombang geser vs. Batuan dasar adalah lapisan batuan di bawah permukaan tanah yang

memiliki nilai hasil Test Penetrasi Standar (SPT) paling rendah N = 60, dan tidak ada lapisan

batuan lain di bawahnya yang memiliki nilai SPT<N = 60, atau lapisan batuan yang memiliki

kecepatan rambat gelombang geser vs yang mencapai 750 m/detik, dan tidak ada lapisan

batuan lain di bawahnya yang memiliki nilai kecepatan rambat gelombang < 750 m/detik.

Dalam praktek definisi yang pertama yang umumnya dipakai, mengingat data nilai N

merupakan data standar yang selalu diketemukan dalam laporan hasil penyelidikan geoteknik

suatu lokasi, sedangkan untuk mendapatkan nilai vs diperlukan percobaan-percobaan khusus

di lapangan. Apabila tersedia ke-2 kriteria tersebut, maka kriteria yang menentukan adalah

yang menghasilkan jenis batuan yang lebih lunak.

Menurut SNI Gempa 2002, ada empat jenis tanah dasar harus dibedakan dalam

memilih harga C, yaitu Tanah Keras, Tanah Sedang, Tanah Lunak, dan Tanah Khusus.

Definisi dari jenis Tanah Keras, Tanah Sedang dan Tanah Lunak dapat ditentukan

berdasarkan tiga kriteria, yaitu kecepatan rambat gelombang geser vs, nilai hasil Test

Penetrasi Standar N, dan kekuatan geser tanah Su (shear strength of soil). Untuk menetapkan

jenis tanah yang dihadapi, paling tidak harus tersedia 2 dari 3 kriteria tersebut, dimana

kriteria yang menghasilkan jenis tanah yang lebih lunak adalah yang menentukan. Apabila

tersedia ke-3 kriteria tersebut, maka jenis suatu tanah yang dihadapi harus didukung paling

tidak ada 2 kriteria tadi.

Dari berbagai penelitian ternyata, bahwa hanya lapisan setebal 30 m paling atas yang

menentukan pembesaran gerakan tanah di permukaan tanah. Karena itu, nilai rata-rata

berbobot dari ke-3 kriteria tersebut harus dihitung sampai kedalaman tidak lebih dari 30 m.

Jenis tanah ditetapkan sebagai Tanah Keras, Tanah Sedang, atau Tanah Lunak, apabila untuk


lapisan setebal maksimum 30 m paling atas, dipenuhi syarat-syarat seperti yang tercantum

dalam Tabel 4-6.

Tabel 4-6. Jenis-Jenis Tanah

Jenis tanah

Kecepatan rambat gelombang geser

rata-rata v s (m/det)

Nilai hasil Test Penetrasi Standar

rata-rata N

Kuat geser tanah rata-rata S u (kPa)

Tanah Keras v s ≥ 350 N ≥ 50 S u ≥ 100

Tanah Sedang 175 ≤ v s < 350 15 ≤ N < 50 50 ≤ S u < 100

v s < 175 N < 15 S u < 50 Tanah Lunak

Atau, setiap profil dengan tanah lunak yang tebal total lebih

dari 3 m, dengan PI > 20, wn ≥ 40%, dan Su < 25 kPa

Tanah Khusus Diperlukan evaluasi khusus di setiap lokasi

Dalam Tabel 4-6 di atas, v s, N dan S u adalah nilai rata-rata berbobot besaran tanah dengan

tebal lapisan tanah sebagai besaran pembobotnya, yang harus dihitung menurut persamaan-

persamaan sebagai berikut :

siv/m

1 iit

m

1 iit

sv

�

�

=

==

iN/m

1 iit

m

1 iit

N

�

�

=

==

uiS/m

1 iit

m

1 iit

uS

�

�

=

==


dimana ti adalah tebal lapisan tanah ke-i, vsi adalah kecepatan rambat gelombang geser

melalui lapisan tanah ke-i, Ni nilai hasil Test Penetrasi Standar lapisan tanah ke-i, Sui adalah

kuat geser tanah lapisan ke-i, dan m adalah jumlah lapisan tanah yang ada di atas batuan

dasar. Selanjutnya, PI adalah Indeks Plastisitas tanah lempung, wn adalah kadar air alami

tanah, dan Su adalah kuat geser lapisan tanah yang ditinjau.

Karena sifat dari jenis Tanah Khusus tidak dapat dirumuskan secara umum, maka

sifatnya harus dievaluasi secara khusus di setiap lokasi dimana jenis tanah tersebut

ditemukan. Pada jenis Tanah Khusus, gerakan gempa di permukaan tanah harus ditentukan

dari hasil analisis perambatan gelombang gempa. Dalam analisis perambatan gelombang

gempa ini, accelerogram gempa harus diambil dari rekaman getaran akibat gempa yang ada

atau yang didapatkan dari suatu lokasi, yang kondisi geologi, topografi, dan seismotonik,

mirip dengan lokasi tempat Tanah Khusus yang ditinjau berada.

Yang dimaksud dengan jenis Tanah Khusus dalam Tabel 4-6, adalah jenis tanah yang

tidak memenuhi persyaratan yang tercantum dalam tabel tersebut. Di samping itu, yang

termasuk dalam jenis Tanah Khusus adalah tanah yang memiliki potensi likuifaksi yang

tinggi, lempung sangat peka, pasir yang tersementasi rendah yang rapuh, tanah gambut, tanah

dengan kandungan bahan organik yang tinggi dengan ketebalan lebih dari 3 m, lempung

sangat lunak dengan PI > 75 dan ketebalan lebih dari 10 m, lapisan lempung dengan 25 kPa

< Su < 50 kPa dan ketebalan lebih dari 30 m.

4.8 Pengaruh Gempa Vertikal

Pengalaman dari Gempa Northridge (1994) di Amerika dan Gempa Kobe (1995) di

Jepang telah menunjukkan, bahwa banyak unsur-unsur bangunan yang memiliki kepekaan

yang tinggi terhadap beban gravitasi, mengalami kerusakan berat akibat percepatan vertikal

gerakan tanah. Analisis respons dinamik yang sesungguhnya dari unsur-unsur bangunan

tersebut terhadap gerakan vertikal tanah akibat gempa sangat rumit, karena terjadi interaksi

antara respons unsur-unsur bangunan dengan respons struktur secara keseluruhan. Oleh

karena itu, permasalahan ini disederhanakan dengan meninjau pengaruh percepatan vertikal

gerakan tanah akibat gempa sebagai beban gempa vertikal nominal statik ekuivalen.

Dapat dimengerti, bahwa komponen vertikal gerakan tanah akibat gempa akan relatif

semakin besar jika semakin dekat letak pusat gempa dari lokasi yang ditinjau. Menurut

beberapa standar gempa, percepatan vertikal gerakan tanah ditetapkan sebagai perkalian suatu

koefisien Ψ dengan percepatan puncak muka tanah Ao.


Unsur-unsur struktur bangunan gedung yang memiliki kepekaan yang tinggi terhadap

beban gravitasi seperti balkon, kanopi dan balok kantilever berbentang panjang, balok

transfer pada struktur gedung tinggi yang memikul beban gravitasi dari dua atau lebih tingkat

diatasnya, serta balok beton pratekan berbentang panjang, harus diperhitungkan terhadap

komponen vertikal gerakan tanah akibat pengaruh Gempa Rencana, yang berupa beban

gempa vertikal nominal statik ekuivalen. Beban gempa ini harus ditinjau bekerja ke atas atau

ke bawah yang besarnya harus dihitung sebagai perkalian antara Faktor Respons Gempa

Vertikal (Cv) dengan beban gravitasi, termasuk beban hidup yang sesuai. Faktor Respons

Gempa Vertikal dihitung menurut persamaan :

Cv = ψ Ao I

Dimana koefisien ψ tergantung pada Wilayah Gempa tempat struktur bangunan gedung

berada dan ditetapkan menurut Tabel 4-7, Ao adalah percepatan puncak muka tanah menurut

Tabel 4.4, sedangkan I adalah Faktor Keutamaan gedung menurut Tabel 4-1.

Persamaan di atas menunjukkan bahwa, dalam arah vertikal respon struktur dianggap

sepenuhnya mengikuti gerakan vertikal dari tanah, dan tidak tergantung pada waktu getar

alami serta tingkat daktilitasnya. Dalam persamaan ini faktor reduksi gempa dianggap sudah

diperhitungkan.

Tabel 4-7. Koefisien ψ untuk menghitung faktor respons gempa vertikal Cv

Wilayah Gempa ψ

1 2 3 4 5 6

0,5 0,5 0,5 0,6 0,7 0,8


4.9 Struktur Bangunan Tahan Gempa

Perencanaan serta rekayasa struktur bangunan tahan gempa merupakan salah satu cara

untuk mengantisipasi pengaruh-pengaruh yang dapat ditimbulkan oleh gempa, agar kerugian

harta benda serta jatuhnya korban jiwa dapat ditekan seminimal mungkin. Di Indonesia,

syarat-syarat minimum untuk prosedur perencanaan struktur bangunan tahan gempa telah

tercantum di dalam beberapa peraturan yang berlaku. Untuk struktur bangunan gedung

persyaratan-persyaratan ini tercantum di dalam beberapa pedoman yaitu :

� Tatacara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI-03-2847-2002)

� Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung

(SNI 1726-2002)

� Tatacara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung (SNI-03-1729-2002)

Sedangkan untuk struktur jembatan atau struktur jalan layang (fly over), ketentuan mengenai

persyaratan desain struktur terhadap pengaruh gempa, tercantum di dalam pedoman atau

manual Sistem Manajemen Jembatan-1992.

Perencanaan struktur bangunan di daerah rawan gempa, memerlukan filosofi dan

antisipasi yang tepat dengan menggunakan spesifikasi atau peraturan yang berlaku. Dalam

kaitannya dengan perencanaan struktur bangunan tahan gempa, struktur bangunan

diklasifikasikan menjadi dua jenis struktur, yaitu Engineered Structures dan Non-engineered

Structures. Engineered Structures adalah struktur-struktur bangunan yang memerlukan

tenaga ahli di dalam proses perencanaan maupun pelaksanaannya. Sebagai contoh dari

Engineered Structures adalah struktur gedung bertingkat, struktur jembatan dan jalan layang,

fasilitas pembangkit tenaga listrik atau tenaga nuklir, bendungan serta bangunan air, dan lain-

lain. Sedangkan Non-engineered Structures adalah struktur-struktur bangunan yang

direncanakan dan dilaksanakan tanpa bantuan tenaga ahli, tetapi masih harus memenuhi

kriteria persyaratan bangunan pada umumnya, sesuai yang tercantum di dalam standar

bangunan (building code) yang ada.

Pada suatu proyek bangunan Teknik Sipil, pada umumnya biaya yang diperhitungkan

meliputi biaya untuk perencanaan, biaya pelaksanaan atau pembangunan konstruksi, dan

biaya perawatan atau perbaikan jika terjadi kerusakan. Makin tinggi tingkat kekuatan dari

struktur bangunan terhadap pengaruh gempa, maka akan semakin besar biaya yang

diperlukan untuk pembuatan konstruksi bangunan, akan tetapi akan semakin kecil biaya yang

diperlukan untuk perbaikan jika bangunan tersebut mengalami kerusakan akibat gempa.

Begitu juga sebaliknya, makin kurang kuat struktur bangunan terhadap gempa, maka akan


semakin kecil biaya yang diperlukan untuk pembuatan konstruksi bangunannya, tetapi akan

semakin besar biaya yang harus disediakan untuk perbaikan jika bangunan tersebut

mengalami kerusakan akibat gempa.

Dari beberapa segi pertimbangan tersebut di atas, maka merupakan suatu hal yang

tidak wajar, atau bahkan tidak mungkin untuk membuat konstruksi bangunan yang tidak

mengalami kerusakan sama sekali pada saat terjadi gempa. Dari segi konstruksi, perlu

ditinjau tingkat kerusakan yang dapat terjadi pada bangunan pada saat terjadi gempa.

Kerusakan yang terjadi pada bangunan dapat berupa kerusakan ringan, kerusakan berat, atau

bahkan keruntuhan dari bangunan.

Menurut saran dari Applied Technology Council (ATC, 1984), struktur bangunan

tahan gempa harus memenuhi beberapa persyaratan sebagai berikut :

� Struktur bangunan harus tetap utuh dan tidak mengalami kerusakan yang berarti,

pada saat terjadi Gempa Ringan.

� Komponen non-struktural dari struktur bangunan diperkenankan mengalami

kerusakan, tetapi komponen struktural harus tetap utuh pada saat terjadi Gempa

Sedang.

� Pada saat terjadi Gempa Kuat, komponen non-struktural dan komponen struktural dari

sistem struktur diperbolehkan mengalami kerusakan, tetapi struktur bangunan secara

keseluruhan tidak boleh runtuh. Kerusakan struktur bangunan pada saat terjadi Gempa

Kuat diijinkan, akan tetapi terjadinya korban jiwa harus selalu dihindarkan.

Jadi pada persyaratan struktur bangunan tahan gempa, kemungkinan terjadinya risiko

kerusakan pada bangunan merupakan hal yang dapat diterima, tetapi keruntuhan total

(collapse) dari struktur yang dapat mengakibatkan terjadinya korban yang banyak, harus

dihindari.

Dari persyaratan di atas, dapat disimpulkan juga bahwa, adalah tidak ekonomis untuk

mendesain suatu struktur bangunan yang tetap berperilaku elastis pada saat terjadi Gempa

Kuat. Perencanaan struktur bangunan seperti ini akan menyebabkan struktur bangunan

menjadi sangat mahal. Agar didapatkan struktur bangunan yang kuat terhadap pengaruh

gempa tetapi juga ekonomis, perlu dirancang struktur yang berperilaku daktail pada saat

terjadi Gempa Kuat. Ini berarti bahwa struktur harus dirancang dengan tingkat daktilitas yang

tinggi, sehingga pada saat terjadi Gempa Kuat struktur mempunyai kemampuan untuk

mengalami deformasi yang besar tanpa mengakibatkan keruntuhan.


Kemampuan dari struktur bangunan untuk mampu berdeformasi di atas batas

elastisnya, dapat mengurangi pengaruh dari gaya gempa yang masuk ke dalam struktur.

Energi gempa yang masuk ke dalam struktur, akan dipancarkan keluar melalui kemampuan

mekanisme perubahan bentuk yang besar dari struktur.

Berdasarkan pertimbangan ini, di dalam peraturan perencanaan bangunan tahan

gempa yang berlaku di Indonesia, ditetapkan suatu taraf beban Gempa Rencana yang lebih

kecil dari beban gempa sesungguhnya yang mungkin terjadi selama umur rencana dari

struktur bangunan. Hal ini dapat diterima dengan dua alasan yaitu :

� Beban gempa adalah beban dinamik dengan arah bolak-balik, yang tidak bersifat terus

menerus bekerja pada struktur bangunan, atau dapat dikatakan bahwa beban gempa

merupakan beban sementara yang bekerja pada struktur bangunan.

� Struktur bangunan harus direncanakan sebagai struktur yang daktail, sehingga jika

kekuatannya terlampaui pada saat terjadi Gempa Kuat, struktur tidak akan runtuh

melainkan akan berdeformasi plastis, melalui mekanisme terbentuknya sejumlah

sendi-sendi plastis pada struktur dengan cara yang terkontrol.

Dari kedua alasan tersebut, jelas bahwa persyaratan yang paling penting pada perencanaan

struktur bangunan tahan gempa adalah daktilitas struktur. Elemen-elemen struktural dari

bangunan seperti balok dan kolom, harus direncanakan dengan tingkat daktilitas yang cukup,

sehingga pada saat terjadi Gempa Kuat struktur bangunan mempunyai kemampuan untuk

menyerap dan memancarkan energi gempa melalui deformasi plastis. Dengan demikian

keruntuhan dari struktur secara keseluruhan dapat dihindari. Dengan terhindarnya struktur

bangunan dari keruntuhan, maka dapat diharapkan adanya korban jiwa dapat dihindarkan.

Menurut saran dari Applied Technology Council (ATC, 1984), suatu struktur

bangunan yang didirikan di daerah rawan gempa, harus mampu menahan Gempa Kuat tanpa

mengalami keruntuhan. Akibat pengaruh Gempa Kuat, struktur bangunan diperkenankan

mengalami kerusakan, tetapi secara keseluruhan struktur bangunan tidak boleh runtuh. Hal

ini dimaksudkan agar keselamatan jiwa manusia harus dapat terjamin. Untuk mendapatkan

struktur bangunan seperti yang disyaratkan oleh ATC, saat ini telah dikembangkan suatu cara

perencanaan struktur tahan gempa, yang disebut Perencanaan Kapasitas (Capacity Design).

Perencanaan Kapasitas pada struktur bangunan dimaksudkan untuk mendapatkan sifat

daktilitas yang memadai bagi struktur-struktur bangunan yang dibangun di daerah rawan

gempa.


4.10 Daktilitas Struktur

Pada umumnya struktur Teknik Sipil dianggap bersifat elastis sempurna, artinya bila

struktur mengalami perubahan bentuk atau berdeformasi sebesar 1 mm oleh beban sebesar 1

ton, maka struktur akan berdeformasi sebesar 2 mm jika dibebani oleh beban sebesar 2 ton.

Hubungan antara beban dan deformasi yang terjadi pada struktur, dianggap elastis sempurna

berupa hubungan linier. Jika beban tersebut dikurangi besarnya sampai dengan nol, maka

deformasi pada struktur akan hilang pula (deformasi menjadi nol). Jika beban diberikan pada

arah yang berlawanan dengan arah beban semula, maka deformasi struktur akan negatif pula,

dan besarnya akan sebanding dengan besarnya beban. Pada kondisi seperti ini struktur

mengalami deformasi elastis. Deformasi elastis adalah deformasi yang apabila bebannya

dihilangkan, maka deformasi tersebut akan hilang, dan struktur akan kembali kepada

bentuknya yang semula.

Pada struktur yang bersifat getas (brittle), maka jika beban yang bekerja pada struktur

sedikit melampaui batas maksimum kekuatan elastisnya, maka struktur tersebut akan patah

atau runtuh. Pada struktur yang daktail (ductile) atau liat, jika beban yang ada melampaui

batas maksimum kekuatan elastisnya, maka struktur tidak akan runtuh, tetapi struktur akan

mengalami deformasi plastis (inelastis). Deformasi plastis adalah deformasi yang apabila

bebannya dihilangkan, maka deformasi tersebut tidak akan hilang. Pada kondisi plastis ini

struktur akan mengalami deformasi yang bersifat permanen, atau struktur tidak dapat kembali

kepada bentuknya yang semula. Pada struktur yang daktail, meskipun terjadi deformasi yang

permanen, tetapi struktur tidak mengalami keruntuhan.

Pada kenyataannya, jika suatu beban bekerja pada struktur, maka pada tahap awal,

struktur akan berdeformasi secara elastis. Jika beban yang bekeja terus bertambah besar,

maka setelah batas elastis dari bahan struktur dilampaui, struktur kemudian akan

berdeformasi secara plastis (inelastis). Dengan demikian pada struktur akan terjadi deformasi

elastis dan deformasi plastis, sehingga jika beban yang bekerja dihilangkan, maka hanya

sebagian saja dari deformasi yang hilang (deformasi elastis = δe), sedangkan sebagian

deformasi akan bersifat permanen (deformasi plastis = δp). Perilaku deformasi elastis dan

plastis dari struktur diperlihatkan pada Gambar 4-17.

Dari uraian di atas tampak bahwa, pada struktur yang daktail, beban yang besar akibat

gempa tidak akan menyebabkan keruntuhan dari struktur, lebih-lebih karena beban gempa

merupakan beban dinamis yang arahnya bolak-balik. Beban gempa yang besar akan

menyebabkan deformasi yang permanen dari struktur akibat rusaknya elemen-elemen dari


struktur seperti balok dan kolom. Pada kondisi seperti ini, walaupun elemen-elemen struktur

bangunan mengalami kerusakan, namun secara keseluruhan struktur tidak mengalami

keruntuhan.

Energi gempa yang bekerja pada struktur bangunan, akan dirubah menjadi energi

kinetik akibat getaran dari massa struktur, energi yang dihamburkan akibat adanya pengaruh

redaman dari struktur, dan energi yang dipancarkan oleh bagian-bagian struktur yang

mengalami deformasi plastis. Dengan demikian sistem struktur yang bersifat daktail dapat

membatasi besarnya energi gempa yang masuk pada struktur, sehingga pengaruh gempa

dapat berkurang.

Gambar 4-17.a. Deformasi elastis pada struktur

Gambar 4-17.b. Deformasi plastis (inelastis) pada struktur

V≠0

δe

V=0

δe=0

V≠0

δe+δp

V=0

δp


4.10.1 Kemampuan Struktur Menahan Gempa Kuat

Beban gempa sebenarnya yang bekerja pada struktur bangunan dapat melampaui beban

gempa rencana yang tercantum di dalam peraturan. Di dalam peraturan, besarnya beban

gempa rencana yang diperhitungkan bekerja pada struktur bangunan adalah Gempa Sedang.

Dengan demikian, jika terjadi Gempa Kuat, maka gaya-gaya dalam (momen lentur, gaya

lintang, gaya normal, dan torsi) yang terjadi pada elemen-elemen struktur seperti balok dan

kolom, dapat melampaui gaya-gaya dalam yang sudah diperhitungkan. Jika hal ini tidak

ditinjau di dalam perencanaan, maka pada saat terjadi Gempa Kuat, elemen-elemen dari

struktur akan mengalami kerusakan, bahkan secara keseluruhan struktur dapat mengalami

keruntuhan. Agar struktur bangunan mempunyai kemampuan yang cukup dan tidak terjadi

keruntuhan pada saat terjadi Gempa Kuat, maka dapat dilakukan dua cara sbb. :

� Membuat struktur bangunan sedemikian kuat, sehingga struktur bangunan tetap

berperilaku elastis pada saat terjadi Gempa Kuat. Struktur bangunan yang dirancang

tetap berperilaku elastis pada saat terjadi Gempa Kuat adalah tidak ekonomis.

Meskipun pada saat terjadi Gempa Kuat struktur ini tidak mengalami kerusakan yang

berarti, sehingga tidak memerlukan biaya perbaikan yang besar, namun pada saat

pembuatannya, struktur bangunan ini memerlukan biaya yang sangat mahal. Struktur

bangunan yang didesain tetap berperilaku elastis pada saat terjadi Gempa Kuat,

disebut Struktur Tidak Daktail. Penggunaan sistem struktur portal tidak daktail masih

dianggap ekonomis untuk bangunan gedung bertingkat menengah dengan ketinggian

tingkat antara 4 s/d 7 lantai, dan terletak pada wilayah dengan pengaruh kegempaan

ringan sampai sedang.

� Membuat struktur bangunan sedemikian rupa sehingga mempunyai batas kekuatan

elastis yang hanya mampu menahan Gempa Sedang saja. Dengan demikian, struktur

ini masih bersifat elastis pada saat terjadi Gempa Ringan atau Gempa Sedang. Pada

saat terjadi Gempa Kuat, struktur bangunan harus dirancang agar mampu untuk

berdeformasi secara plastis. Jika struktur mempunyai kemampuan untuk dapat

berdeformasi plastis cukup besar, maka hal ini dapat mengurangi sebagian dari energi

gempa yang masuk ke dalam struktur. Struktur bangunan yang didesain berperilaku

plastis pada saat terjadi Gempa Kuat, disebut Struktur Daktail. Penggunaan sistem

struktur portal daktail cukup ekonomis untuk bangunan gedung bertingkat menengah

sampai tinggi, yang dibangun pada wilayah dengan pengaruh kegempaan kuat.


4.11 Perencanaan Kapasitas (Capacity Design)

Dari penjelasan di atas, untuk mendapatkan struktur bangunan yang cukup ekonomis,

tetapi tidak mengalami keruntuhan pada saat terjadi Gempa Kuat, maka sistem struktur harus

direncanakan bersifat daktail. Untuk mendapatkan sistem struktur yang daktail, disarankan

untuk merencanakan struktur bangunan dengan menggunakan cara Perencanaan Kapasitas.

Pada prosedur Perencanaan Kapasitas ini, elemen-elemen dari struktur bangunan yang akan

memancarkan energi gempa melalui mekanisme perubahan bentuk atau deformasi plastis,

dapat terlebih dahulu dipilih dan ditentukan tempatnya. Sedangkan elemen-elemen lainnya,

direncanakan dengan kekuatan yang lebih besar untuk menghindari terjadinya kerusakan.

Pada struktur beton bertulang, tempat-tempat terjadinya deformasi plastis yaitu tempat-

tempat dimana penulangan mengalami pelelehan, disebut daerah sendi plastis. Karena sendi-

sendi plastis yang terbentuk pada struktur portal akibat dilampauinya Beban Gempa Rencana

dapat diatur tempatnya, maka mekanisme kerusakan yang terjadi tidak akan mengakibatkan

keruntuhan dari struktur bangunan secara keseluruhan.

Karena pada prosedur Perencanaan Kapasitas ini terlebih dahulu harus ditentukan

tempat-tempat di mana sendi-sendi plastis akan terbentuk, maka dalam hal ini perlu diketahui

mekanisme kelelehan yang dapat terjadi pada sistem struktur portal. Dua jenis mekanisme

kelelehan yan dapat terjadi pada sistem struktur portal akibat pembebanan gempa,

ditunjukkan pada Gambar 4-18 di bawah.

Gambar 4-18. Mekanisme leleh pada struktur portal akibat beban gempa : (a) Mekanisme leleh pada balok, (b) Mekanisme leleh pada kolom

Kedua jenis mekanisme kelelehen atau terbentuknya sendi-sendi plastis pada struktur

portal adalah :


a) Mekanisme Kelelehan Pada Balok (Beam Sidesway Mechanism), yaitu keadaan

dimana sendi-sendi plastis terbentuk pada balok-balok dari struktur bangunan, akibat

penggunaan kolom-kolom yang kuat (Strong Column–Weak Beam).

b) Mekanisme Kelelehan Pada Kolom (Column Sidesway Mechanism), yaitu keadaan di

mana sendi-sendi plastis terbentuk pada kolom-kolom dari struktur bangunan pada

suatu tingkat, akibat penggunaan balok-balok yang kaku dan kuat (Strong Beam–

Weak Column)

Pada perencanaan struktur portal daktail dengan metode Perencanaan Kapasitas,

mekanisme kelelehan yang dipilih adalah Beam Sidesway Mechanism, karena alasan-alasan

sebagai berikut :

� Pada Column Sidesway Mechanism, kegagalan dari kolom pada suatu tingkat akan

mengakibatkan keruntuhan dari struktur bangunan secara keseluruhan.

� Pada struktur dengan kolom-kolom yang lemah dan balok-balok yang kuat (strong

beam– weak column), deformasi akan terpusat pada tingkat-tingkat tertentu, sehingga

daktilitas yang diperlukan oleh kolom agar dapat dicapai daktilitas dari struktur yang

disyaratkan, sulit dipenuhi.

� Kerusakan-kerusakan yang terjadi pada kolom-kolom bangunan, akan lebih sulit

diperbaiki dibandingkan jika kerusakan terjadi pada balok. Jadi mekanisme kelelehen

pada portal yang berupa Beam Sidesway Mechanism, merupakan keadaan keruntuhan

struktur bangunan yang lebih terkontrol. Pemilihan perencanaan struktur bangunan

dengan menggunakan mekanisme ini membawa konsekuensi bahwa kolom-kolom

pada struktur bangunan harus direncanakan lebih kuat dari pada balok-balok struktur,

sehingga dengan demikian sendi-sendi plastis akan terbentuk lebih dahulu pada balok.

Karena hal tersebut di atas, maka dalam perencanaan portal daktail pada struktur

bangunan tahan gempa, sering juga disebut perencanaan struktur dengan kondisi

desain Kolom Kuat – Balok Lemah (Strong Column–Weak Beam).

4.12 Mitigasi Bencana Gempa

Berdasarkan akibat-akibat yang dapat ditimbulkan oleh bencana gempa di Indonesia,

maka perlu adanya upaya-upaya untuk menekan bahaya bencana yang diakibatkan oleh

gempa. Di Indonesia, upaya-upaya ini telah dilakukan secara struktural melalui pelembagaan

yang khusus menangani bencana secara keseluruhan.


Seperti juga yang terjadi di negara lain, masalah bencana biasanya mendapatkan

perhatian setelah terjadinya bencana tersebut. Jadi sesungguhnya sebelum terjadinya bencana,

banyak langkah yang sudah dapat ditempuh, dan karenanya bencana tersebut seharusnya

tidak datang secara mengejutkan. Dalam upaya mitigasi terhadap bahaya gempa, beberapa

hal yang perlu dilakukan adalah sebagai berikut :

4.12.1 Penyusunan Peta Wilayah Gempa

Dengan adanya peta wilayah gempa yang akurat, dapat diketahui tingkat kerawanan

suatu wilayah terhadap ancaman gempa. Pada wilayah gempa ini perlu diperlihatkan tempat-

tempat yang sering dilanda gempa, sehingga statistik kemungkinan terjadinya kembali gempa

pada tempat tersebut dapat diperkirakan dengan lebih baik. Perlu dicantumkan juga

magnitude dari gempa yang sudah pernah terjadi sebelumnya, yang mungkin dapat

memberikan gambaran besarnya intensitas gempa yang akan datang. Di dalam buku Standar

Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI 1726 - 2002), telah

dicantumkan zona atau wilayah kegempaan untuk Indonesia. Menurut pedoman tersebut,

Indonesia dibagi menjadi 6 wilayah gempa dengan taraf beban gempa yang berlainan.

4.12.2 Standar Konstruksi Bangunan

Penyusunan standar bangunan (building code) sangat penting untuk menjamin bahwa

bangunan tersebut aman untuk dihuni. Dengan adanya standar konstruksi bangunan yang

memadai, maka sekiranya standar ini diterapkan dengan baik, maka jika terjadi gempa, akibat

yang ditimbulkan oleh gempa dapat ditekan seminimum mungkin. Teknologi rekayasa

struktur bangunan tahan gempa sudah diketahui, namun karena berbagai alasan teknologi ini

belum dapat diterapkan sepenuhnya, sehingga seringkali gempa masih menimbulkan

kerusakan yang cukup besar. Penerapan standar konstruksi bangunan dengan ketat

hendaknya merupakan suatu kewajiban bagi semua pihak yang terlibat, terutama bagi

bangunan-bangunan umum yang dipergunakan oleh banyak orang, seperti bangunan rumah

sakit, sekolahan dan lain-lain. Banyak kasus di Indonesia menunjukkan bahwa, bangunan-

bangunan umum seperti rumah sakit dan sekolahan merupakan bangunan yang mudah

dihancurkan oleh gempa, sementara bangunan lainnya masih mampu bertahan.

4.12.3 Pendeteksian Dan Pemonitoran Gempa

Pendeteksian dan pemonitoran gempa dilakukan oleh Badan Meterologi dan Geofisika

yang bernaung di bawah Departemen Perhubungan. Dewasa ini pemonitoran gempa dapat

dilakukan dengan menggunakan Jaringan Telemetri, dengan memanfaatkan Satelit Palapa.


Dari sejumlah 55 stasiun pemantauan gempa, 27 diantaranya telah diintegrasikan di dalam

Jaringan Telemetri. Ke 27 stasiun ini dilengkapi dengan Jaringan Telemetri melalui satelit

yang bertindak sebagai Pusat Gempa Regional yang terletak di Ciputat, Medan, Denpasar,

Ujung Pandang, dan Jayapura. Informasi yang dikirim dari Pusat Gempa Regional diterima

oleh Pusat Gempa Nasional yang berada di Jakarta. Pusat Gempa Regional yang terletak di

Ciputat, Medan, dan Denpasar, sudah dilengkapi dengan peralatan untuk menentukan lokasi

terjadinya gempa. Dengan jaringan pemantauan ini, gempa dengan magnitude M=2 pada

Skala Richter ke atas, dapat dideteksi oleh semua statsiun pemantauan gempa yang sudah

diintegrasikan.

4.12.4 Penyelidikan Seismotektonik

Penyelidikan seismotektonik dimaksudkan untuk mengetahui sifat kegempaan dalam

kaitannya dengan kondisi geologi. Upaya ini perlu dilakukan karena adanya hubungan yang

erat antara gempa dengan keadaan geologi suatu wilayah. Dengan mempelajari sifat-sifat

gelombangnya dan menganalisis mekanisme dari pusat gempa, maka akan dapat diketahui

sifat-sifat tektonik suatu wilayah. Dengan diketahuinya sifat-sifat tektonik ini, maka akan

dapat diperkirakan mengenai kemungkinan gempa yang akan datang.

4.12.5 Penelitian Bangunan Tahan Gempa

Penelitian mengenai rekayasa bangunan tahan gempa sangat penting dilakukan, oleh

karena usaha ini merupakan upaya satu-satunya yang berada di tangan manusia, untuk dapat

menghindari bencana yang diakibatkan oleh pengaruh gempa. Pusat Penelitian Bangunan dan

Pemukiman (Puslitbang Pemukiman) Departeman Pekerjaan Umum di Bandung, merupakan

lembaga utama yang melakukan kegiatan penelitian, selain itu pihak dari perguruan-

perguruan tinggi banyak juga yang melakukan penelitian mengenai masalah ini.

Dari hasil penelitian, dapat dikeluarkan standar-standar atau pedoman-pedoman untuk

membuat struktur bangunan rumah, gedung, atau bangunan-bangunan Teknik Sipil lainnya

yang mampu bertahan terhadap pengaruh gempa, dengan tidak mengurangi faktor sosial dan

faktor ekonomi dari daerah yang bersangkutan. Selain itu, standar atau pedoman ini juga

berguna untuk memperkuat struktur-struktur bangunan yang sudah ada, yang sebelumnya

tidak dirancang tahan terhadap pengaruh gempa.

Perilaku struktur terhadap gempa V-1

Bab 5. Perilaku Struktur Terhadap Gempa

5.1 Pendahuluan

Perencanaan struktur bangunan tahan gempa yang baik memerlukan pengetahuan

tentang bagaimana perilaku dari struktur tersebut saat terjadi gempa. Banyak faktor yang

mempengaruhi respon dari struktur pada saat terjadi gempa. Gambar 5.1 menunjukkan

hubungan antara beban horisontal akibat gempa yang arahnya bolak-balik dengan

perpindahan yang terjadi dari dua struktur portal (frame structure) yang dengan perilaku

yang berbeda. Struktur pada Gambar 5.1.a menunjukkan perilaku ketahanan gempa yang

buruk. Pada struktur ini, setelah tercapainya kekuatan batas (ultimate) dari struktur (Hu),

akan terjadi penurunan kekuatan yang sangat signifikan akibat beban gempa yang

berulang. Dari kurva siklus histeresis yang terbentuk terlihat bahwa struktur pada Gambar

5.1.a mempunyai kapasitas disipasi energi yang kecil atau terbatas, dengan demikian

struktur ini tidak mempunyai kemampuan daya dukung yang baik di dalam menahan beban

gempa. Struktur-struktur seperti ini pada umumnya bersifat getas (brittle).

Gambar 5-1. Perilaku struktur akibat pembebanan horisontal berulang, (a). Perilaku struktur yang buruk , (b). Perilaku struktur yang baik

Struktur pada Gambar 5.1.b mempunyai perilaku yang baik didalam memikul beban

gempa. Kurva siklus histeresis yang terbentuk pada struktur ini lebih besar dibandingkan

dengan struktur yang pertama. Hal ini menunjukkan bahwa struktur mempunyai kapasitas

disipasi energi yang besar, sehingga struktur mempunyai kemampuan daya dukung yang


baik di dalam menahan beban gempa. Struktur-struktur seperti ini pada umumnya bersifat

daktil (ductile). Perilaku daktail dari struktur merupakan hal yang sangat penting di dalam

merencanakan struktur bangunan tahan gempa.

5.2 Perilaku Material Dan Elemen Struktur

5.2.1 Beton

Kuat tekan beton biasanya didapat dari pengujian tekan benda uji berbentuk silinder

berukuran tinggi 30 cm dan diameter 15 cm. Gambar 5.2 menunjukkan bentuk parabolik

dari kurva atau diagram tegangan (f’c) - regangan (ε) untuk benda uji beton berbentuk

silinder. Modulus Young atau modulus elastisitas beton (Ec) bisa diambil sebesar

4730 cf ' MPa, dimana f’c merupakan kuat tekan beton dalam Mpa.. Nilai regangan

beton pada tegangan maksimum kira-kira 0,002 untuk semua mutu beton. Bentuk

penurunan percabangan kurva tegangan-regangan bervariasi sesuai tulangan melintang

yang terpasang.

Gambar 5-2. Diagram tegangan (fc) – regangan (ε) beton tertekan : (a) Diagram fc-ε beton sebenarnya. (b) Diagram fc-ε beton yang di idealisasikan

Untuk keperluan desain, pada umumnya dilakukan penyederhanaan atau

idealisasi dari bentuk Diagram fc-ε yang sebenarnya. Gambar 5.2.b menunjukkan model

Diagram fc-ε yang diusulkan oleh Hognestad (1952) yang terdiri parabola dan garis lurus.

Gambar 3a menunjukkan hubungan antara tegangan dan regangan beton yang didapat dari

hasil eksperimen untuk pembebanan berulang. Sedangkan Gambar 5.3.b menunjukkan

idealisasi Diagram fc-ε dari Gambar 5.3.a (Blakeley dan Park,1973). Modulus retak dari


beton dapat diperoleh dari pengujian lentur. Besarnya modulus retak dapat diperkirakan

dengan rumus 0,62 cf ' MPa.. Besarnya tegangan tarik dari beton berkisar antara 50

sampai dengan 75 % dari modulus retaknya

Gambar 5-3. Diagram fc-ε beton akibat beban berulang : (a) Diagram fc-ε beton sebenarnya. (b) Diagram fc-ε beton yang di idealisasikan

5.2.2 Baja

Hubungan antara tegangan regangan sebenarnya untuk material baja yang didapat

dari pengujian tarik diperlihatkan pada Gambar 5.4. Untuk keperluan desain biasanya

dipergunakan Diagram fc-ε yang sudah diidealisasikan dengan bentuk garis bilinear seperti

pada Gambar b. Nilai modulus Young atau modulus elastisitas baja (Es) besarnya dapat

diambil sekitar 0,2 x 106 MPa untuk semua mutu baja.

Berbeda dengan material beton yang bersifat getas, baja merupakan material yang

bersifat daktail. Selain itu baja mempunyai sifat elastis dan plastis. Dari diagram fc-ε

terlihat jelas batas antara sifat elastis dan plastis dari baja, yaitu pada titik leleh bahan.


Titik leleh bahan adalah titik dimana bahan mencapai tegangan lelehnya (fy) akibat

pembebanan yang bekerja.

Sifat daktail dari suatu material ditunjukkan oleh besarnya perbandingan atau rasio

antara tegangan leleh (fy) dengan tegangan batasnya (fu). Semakin besar nilai rasio antara

(fy) dan (fu), akan semakin tinggi sifat daktilitas dari bahan. Dari diagram fc-ε untuk beton

terlihat bahwa bahan beton mempunyai rasio (fy) dan (fu) yang kecil, sehingga beton

merupakan material yang tidak daktail atau getas.

Gambar 5-4. Diagram tegangan (fc) – regangan (ε) baja tertarik : (a) Diagram fc-ε baja sebenarnya. (b) Diagram fc-ε baja yang diidealisasikan

Hubungan sebenarnya antara tegangan dan regangan dari material baja akibat

pembebanan berulang diperlihatkan pada Gambar 5.5.a. Sedangkan Gambar 5.5.b, 5.5.c,

dan 5.5.d memperlihatkan idealisasi dari diagram fc-ε sebenarnya.


Gambar 5-5. Diagram fc-ε baja akibat beban berulang : (a) Diagram fc-ε sebenarnya, (b) Diagram fc-ε baja untuk model elastis-plastis, (c) Diagram fc-ε baja untuk model bilinier, (d) Diagram fc-ε baja untuk model Bauschinger.

5.2.3 Perilaku Struktur Beton Bertulang

Pengalaman yang didapat dari kerusakan bangunan akibat gempa pada masa lalu

menunjukkan bahwa struktur beton bertulang mempunyai ketahanan yang lebih baik

dibandingkan dengan struktur yang terbuat dari pasangan dinding bata. Selain ekonomis,

struktur beton bertulang juga cocok digunakan untuk bangunan-bangunan di daerah rawan

bencana gempa. Seiring dengan berkurangnya kerusakan gempa pada struktur beton

bertulang karena berkembangnya desain bangunan tahan gempa, faktor-faktor di bawah ini

perlu diperhatikan sebagai penyebab kerusakan yang potensial :

1. Kurangnya kekuatan geser dari struktur bangunan akibat penggunaan kolom dan

dinding geser yang terlalu sedikit.

2. Retak pada kolom atau balok yang dikibatkan oleh gaya geser

3. Retak pada kolom akibat komponen non struktural.

4. Slip antara beton dan tulangan baja, atau kegagalan geser pada pertemuan antara balok

dan kolom.

5. Torsi yang disebabkan karena adanya eksentrisitas antara pusat massa dan pusat

kekakuan dari struktur


6. Terpusatnya kerusakan pada lantai tertentu akibat distribusi kekakuan yang tidak

merata sepanjang tingkat bangunan

7. Terlepasnya komponen sekunder seperti dinding akibat hubungan yang tidak baik

Gambar 5-6. Keruntuhan struktur bangunan beton bertulang akibat getaran gempa yang berulang

Faktor 1,5, dan 6 berhubungan dengan konsep perencanaan struktur. Hal ini dapat

dihindarkan dengan merencanakan tata letak struktur yang baik. Sedangkan faktor 2,3,4,

dan 7 dapat dihindari dengan melakukan detail penulangan, minimal sesuai yang

disayaratkan di dalam peraturan. Selain faktor-faktor tersebut di atas, kerusakan pada

struktur bangunan beton bertulang dapat juga diakibatkan oleh mutu bahan dan mutu

pelaksanaan yang jelek.

5.2.4 Interaksi Beton dan Tulangan

a. Ikatan Antara Beton dan Tulangan

Kekuatan ikatan antara tulangan baja dan beton ditimbulkan karena adanya sifat adesi

kimia dan friksi. Saat terjadi slip, maka ikatan dapat ditimbulkan oleh friksi saja. Dalam

prakteknya, terkelupasnya tulangan disertai dengan retaknya beton disekitarnya. Kekuatan

ikatan yang berhubungan dengan mekanisme kegagalan ini dapat ditingkatkan dengan

penambahan ketebalan selimut beton dan tulangan tranversal.


b. Efek Ikatan Tulangan Geser

Saat tegangan silinder beton mencapai batas tegangan tekan, retak internal terjadi

secara progresif dan penampang beton. Jika zona tekan dibatasi dengan tulangan geser

spiral ataupun tulangan pengikat (hoop ties), daktilitas beton akan meningkat seperti

ditunjukkan pada Gambar 5.7. Jika digunakan tulangan geser berbentuk persegi (beugel),

maka beton seputar diagonalnya akan terkekang dan hasil tegangan-regangan yang terjadi

diperlihatkan pada Gambar 5.8, dimana kemiringan (slope) akan berkurang dengan

penambahan jumlah beugel (Kent and Park,1971 ;Sheik and Uzumeri,1980 ;sheik ,1982).

Gambar 5-7. Efek pengekangan tulangan spiral pada hubungan tegangan-regangan beton

Gambar 5-8. Pengaruh jumlah tulangan geser pada tegangan-regangan beton

c. Tekuk Pada Tulangan

Tekuk pada tulangan memanjang atau longitudinal kolom yang tertekan dapat

dihindari dengan mengurangi jarak antara tulangan geser, atau memasang tulangan

melintang tambahan kearah lateral. Pada Gambar 5.9 diperlihatkan bahwa tulangan geser

saja tidak efektif untuk mendukung tulangan longitudinal yang terletak pada pertengahan

antar titik sudut penampang, ketika tulangan geser membengkok keluar. Untuk


menghindari tertekuknya tulangan longitudinal kolom perlu dipasang tulangan geser

tambahan seperti pada Gambar 8c.

Gambar 5-9. Efek tulangan melintang pada kolom untuk pencegahan tekuk pada tulangan utama. (a) Tekuk pada tulangan longitudinal. (b) Tanpa tulangan geser tambahan . (c) Dengan tulangan geser tambahan. 5.2.5 Perilaku Struktur Beton Prategang (Prestressed Concrete)

Perilaku struktur beton prategang terhadap beban berulang dapat dipelajari dari kurva

histeresisnya. Gambar 5.10 menunjukkan skema pengujian dari suatu balok beton

prategang terhadap beban berulang atau siklis, serta kurva histeresis yang didapat dari hasil

pengujian. Selama proses pembebanan, balok beton prategang akan mengalami retak,

tetapi akan tertutup kembali serta deformasi dari balok akan kembali kebentuknya yang

semula jika beban dilepas. Kurva histeresis dari beban dan deformasi akan berbentuk S,

dan kapasitas disipasi energinya kecil (Muguruma, Watanabe, dan Nagai,1978). Dari hasil

pengujian ini dapat disimpulkan bahwa struktur beton prategang mempunyai perilaku yang

kurang baik dalam hal memikul beban gempa dibandingkan dengan struktur beton

bertulang biasa, karena mempunyai tingkat daktilitas yang rendah.

Agar struktur beton prategang mempunyai kinerja yang baik untuk memikul beban

gempa, maka dapat ditambah dengan tulangan biasa. Adanya penambahan tulangan ini

akan membuat perilaku beton prategang mirip dengan beton bertulang biasa, dan kapasitas

daya dukungnya terhadap beban gempa akan bertambah. Penggunaan beton prategang

parsial juga efektif untuk memikul beban gempa.

Struktur portal yang terdiri dari elemen-elemen balok beton prategang dan

kolombeton bertulang akan berperilaku lebih menyerupai portal beton bertulang biasa, dari

padaportal yang hanya terdiri dari elemen-elemen beton prategang saja. Sistem struktur

yangterdiri dari elemen-elemen gabungan antara beton prategang dengan dan beton

bertulangbiasa akan mempunyai kemampuan yang baik di dalam memikul beban gempa.


Gambar 5-10. Hubungan antara momen dan kurva histeresis untuk balok beton prategang

5.2.6 Perilaku Struktur Baja

Baja merupakan material yang baik digunakan untuk struktur bangunan tahan gempa

karena daktilitasnya yang tinggi, serta mempunyai rasio yang tinggi antara kekuatan

terhadap beratnya. Struktur baja juga masih mempunyai kekuatan cukup untuk memikul

beban setelah terjadi gempa. Meskipun struktur baja termasuk struktur yang paling baik di

dalam hal ketahanannya terhadap gempa dibandingkan dengan struktur beton bertulang,

tetapi beberapa faktor yang berhubungan dengan ketidakstabilan struktur (instability) perlu

mendapatkan perhatian. Beberapa hal yang termasuk masalah ketidakstabilan pada struktur

baja adalah :

� Tekuk lokal atau setempat dari elemen plat karena adanya rasio yang besar antara

lebar dan tebalnya.

� Tekuk dari kolom atau batang-batang yang panjang akibat kelangsingan batang

atau akibat gaya tekan yang besar.

� Tekuk lateral pada balok dan kolom yang mempunyai penampang tidak kompak

� Pengaruh P-∆ pada struktur akibat simpangan dan pengaruh beban vertikal yang

besar

Selain pengaruh ketidakstabilan, pada struktur baja perlu juga diperhatikan masalah retak

(crack) dan masalah kelelahan bahan (fatigue). Retak pada struktur baja dapat terjadi

akibat kegagalan tarik pada sambungan baut atau paku keling, retak yang diakibatkan


adanya konsentrasi tegangan, retak atau robekan pada plat akibat momen. Kelelehan atau

fatigue pada bahan dapat terjadi akibat beban siklik.

a. Tekuk Lokal

Elemen dinding atau pelat baja dengan rasio antara lebar dan tebal yang besar, tidak

akan mampu mencapai tegangan lelehnya karena adanya tekuk setempat lokal. Walaupun

tegangan lelehnya dapat dicapai, tetapi daktilitasnya sangat rendah.. Untuk itu diperlukan

adanya pembatasan rasio antara lebar dan tebal plat. Beberapa batasan mungkin lebih

diperlukan untuk struktur tahan gempa dengan daktilitas tinggi, dari pada untuk struktur

yang hanya menahan beban vertikal saja. Gambar 5.11 menunjukkan tekuk lokal pada pipa

baja persegi. Untuk panjang yang sama, kekuatan pipa menahan tekuk tergantung dari

perbandingan antara lebar (B) dan tebal pipa (t).

Gambar 5-11. Tekuk lokal pipa baja persegi

Gambar 5-12 menunjukkan kurva hubungan antara momen (M) – rotasi (θ) yang

didapat dari hasil pengujian elemen balok-kolom profil H yang dilakukan oleh Mitani,

Makino, dan Matsui, pada 1977. Terlihat dari kurva M-θ bahwa kekuatan dan

daktilitasnya dari profil baja H tergantung pada nilai rasio antara lebar (b) dan tebal sayap

(t). (Mitani, Makino, and Matsui,1977).


Gambar 5-12. Hubungan antara momen (M) dan rotasi (θ) dari balok kolom kantilever dengan berbagai variasi rasio antara lebar-tebal sayap

Gambar 5-13 menunjukkan kurva histeresis yang menunjukkan hubungan antara

beban dan defleksi dari elemen balok-kolom yang menerima beban horisontal siklik. Pada

percobaan ini dilakukan pengujian pada tiga benda uji, masing-masing dengan nilai rasio

yang berbeda antara lebar (b) dan tebal sayap (t), yaitu b/t=8, b/t=11, dan b/t=15. Dari

kurva histeresis terlihat bahwa kekuatan dan daktilitas dari elemen akan berkurang jika

rasio antara lebar dan tebal sayap, besar

Gambar 5-13. Kurva histeresis yang menunjukkan hubungan antara beban (P) dan defleksi (∆) dari elemen balok-kolom yang menerima beban horisontal siklik

5.2.7 Perilaku Struktur Pasangan Batu Bata

Pasangan batu bata merupakan bahan konstruksi yang sering digunakan sebagai

struktur bangunan gedung sampai pada awal abad 20. Saat ini pasangan batu bata hanya


digunakan sebagai dinding penyekat, sedangkan struktur utamanya digantikan oleh

material lain, seperti baton bertulang dan baja. Karena mudah pemeliharaannya, harganya

yang ekonomis, serta mudah pelaksanaannya, konstruksi pasangan batu bata masih banyak

digunakan untuk konstruksi bangunan perumahan di daerah rawan gempa. Pada Gempa

San Fransisco (1906), Gempa Kanto(1923) dan Gempa Hawke’s Bay (1931), banyak

bangunan dari struktur pasangan batu bata yang mengalami karusakan. Sejak itu dinding

batu bata tidak lagi digunakan di negara seperti Jepang,

Beberapa faktor yang membuat konstruksi pasangan dinding bata kurang baik

digunakan untuk bangunan di daerah rawan gempa adalah :

1. Materialnya getas dan mudah retak, sehingga mempunyai kekuatan yang rendah untuk

memikul beban gempa yang sifatnya bolak-balik / siklik.

2. Karena cukup berat, maka beban gempa yang merupakan gaya inersia juga akan besar

3. Karena kaku, struktur pasangan batu bata mempunyai waktu getar yang pendek,

sehingga gaya gempa yang bekerja akan menjadi besar.

4. Kekuatannya bervariasi tergantung dari kualitas konstruksi.

Material batu bata bervariasi mulai dari material batu bata biada sampai material yang

tahan terhadap gempa dan beton block. Agar dapat tahan terhadap pengaruh gempa,

konstruksi dari pasangan batu bata perlu diberi perkuatan dengan grouting beton dan

tulangan.

Gambar 5-14. Pola retak pada dinding non struktural sebuah apartemen di jepang, yang disebabkan oleh Gempa Miyagiken-Oki pada 1978


Pada Gambar 5.15 diperlihatkan metode perkuatan dari konstruksi pasangan dinding

batu bata, yaitu (a) Reinforced grouted mansory dan (b) Reinforced hollow mansory. Pada

Reinforced grouted mansory, tulangan baja ditempatkan diantara dua lapisan pasangan

bata, kemudian ruang antara diisi dengan beton. Sedangkan pada Reinforced hollow

mansory, pada lubang-lubang dari beton block diberi tulangan vertikal dan horisontal,

kemudian diisi mortar.

Gambar 5-15. Metode perkuatan konstruksi pasangan dinding batu bata : (a) Reinforced grouted mansory, (b) Reinforced hollow mansory.

5.2.8 Perilaku Struktur Kayu

Struktur kayu merupakan struktur yang ringan serta mempunyai kekuatan dan

daktilitas yang tinggi, sehingga sangat baik digunakan untuk konstruksi bangunan di

daerah rawan gempa. Karena termasuk konstruksi ringan, maka struktur kayu dapat

digunakan sebagai konstruksi rumah tinggal tanpa perlu perhitungan struktural. Jika akan

digunakan sebagai konstruksi yang harus tahan terhadap gempa, maka struktur kayu perlu

diperiksa kekuatannya dan diberi perkuatan-perkuatan struktural, serta perlu detil

konstruksi yang baik. Struktur kayu tahan gempa biasanya terdiri elemen-elemen balok,

kolom, diafragma dan dinding. Material yang sering digunakan untuk dinding adalah,

panel yang diselubungi playwood, dinding kayu ditutup plaster, gypsum tertutup papan,

dan papan-fiber. Gambar 5.16 menunjukkan hasil pengujian yang dilakukan oleh

Watanabe dan Kawashima (1971) untuk berbagai macam dinding kayu yang mendapat

pengaruh gaya geser. Dari diagram beban (P) dan defleksi (δ) yang didapat dari percobaan


terlihat bahwa dinding kayu mempunyai daktilitas yang besar. Perilaku dinding kayu

terhadap pembebanan berulang terlihat pada Gambar 17 (Medearis, 1966).

Gambar 5-16. Hubungan antara beban (P) dan defleksi (δ) dari berbagai macam dinding kayu yang mendapat pengaruh gaya geser

Meskipun material kayu mempunyai kemampuan yang baik dalam hal menahan pengaruh

gempa, tapi berdasarkan pengamatan di lapangan banyak struktur kayu yang mengalami

kerusakan berat pada saat terjadi gempa. Hal ini disebabkan karena struktur kayu tidak

dirancang dengan baik, serta tidak adanya perkuatan dan detail konstrusi yang baik.

Gambar 5-17. Kurva histeresis yang menunjukkan antara beban (P) dan defleksi (δ) dari dinding kayu yang mendapat pengaruh gaya geser siklik

Beberapa faktor yang menyebabkan kerusakan dari bangunan kayu pada saat terjadi

gempa adalah :


1. Kurangnya dinding kayu yang dipasang pada bangunan

2. Pengaruh torsi akibat penempatan dinding yang tidak teratur (eksentris).

3. Atap yang terlalu berat.

4. Penjepitan yang kurang baik antara kolom dan pondasi.

5. Detail sambungan yang tidak baik antara elemen-elemen struktur

6. Tanah longsor atau problem tanah lainnya.

Gambar 5-18. Keruntuhan struktur bangunan kayu akibat getaran gempa yang berulang

Gambar 5-19. Keruntuhan Bangunan Konstruksi Kayu akibat Tanah Longsor yang Disebabkan Gempa

Evaluasi keamanan dan perkuatan struktur terhadap gempa VI-1

Bab. 6 Evaluasi Keamanan Dan Perkuatan Struktur Terhadap Gempa

6.1 Pendahuluan

Evaluasi keamanan terhadap struktur bangunan gedung yang sudah berdiri

diperlukan untuk memastikan kinerja bangunan pada saat terjadi gempa. Dengan adanya

evaluasi keamanan ini diharapkan kerusakan atau keruntuhan dari bangunan akibat gempa

yang terjadi di masa mendatang dapat dihindarkan atau diminimalkan. Dengan demikian,

secara umum tujuan dari evaluasi keamanan struktur bangunan terhadap gempa adalah :

- Menghindari terjadinya korban jiwa manusia oleh runtuhnya bangunan akibat gempa

yang kuat

- Membatasi kerusakan bangunan akibat gempa ringan sampai sedang, sehingga masih

dapat diperbaiki dengan biaya yang terbatas

- Membatasi ketidaknyamanan penghunian bagi penghuni bangunan ketika terjadi

gempa ringan sampai sedang

- Mempertahankan setiap saat fungsi layanan bangunan.

Pada umumnya evaluasi kekuatan dilakukan pada bangunan-bangunan lama yang

strukturnya belum dirancang dengan menggunakan kaidah-kaidah perencanaan struktur

bangunan tahan gempa. Evaluasi keamanan terhadap bangunan diperlukan juga untuk

menyesuaikan standar perencanaan baru yang digunakan. Sebagai contoh, dengan

berlakunya standar gempa Indonesia yang baru yaitu Standar Perencanaan Ketahanan

Gempa Untuk Struktur Gedung (SNI 03-1726-2002), maka standar gempa yang lama yaitu

SNI 03-1726-1989 tidak berlaku lagi. Menurut standar yang baru ini Gempa Rencana

yang harus diperhitungkan pada struktur bangunan mempunyai perode ulang 500 tahun,

sedangkan menurut standar yang lama periode ulang tersebut hanya 200 tahun. Seperti

diketahui, makin panjang periode ulang suatu gempa, makin besar juga pengaruh gempa

tersebut pada struktur bangunan. Dengan demikian evaluasi keamanan struktur bangunan

diperlukan untuk mengantisipasi perbedaan besarnya beban gempa menurut kedua standar

tersebut.

6.2 Evaluasi Keamanan Bangunan Terhadap Gempa

ATC-3 (1978) menetapkan dua langkah evaluasi keamanan terhadap gempa untuk

bangunan gedung yang telah berdiri, yaitu evaluasi kualitatif dan evaluasi analitis. Evaluasi

kualitatif melibatkan pemeriksaan dokumen desain (gambar dan perhitungan) dan inspeksi


lapangan. Evaluasi kualitatif terhadap bangunan gedung akan menghasilkan salah satu dari

ketiga keputusan berikut :

1. Bangunan gedung sesuai dengan persyaratan desain

2. Bangunan gedung tidak sesuai dengan persyaratan desain

3. Bangunan gedung tidak dapat dievaluasi keamanannya secara kualitatif

Jika keamanan terhadap gempa tidak dapat dievaluasi secara kualitatif, maka perlu

dilakukan evaluasi analitis.

Pada 1979, Okada dan Bresler mengembangkan prosedure evaluasi keamanan

struktur beton bertulang terhadap gempa untuk bangunan gedung tingkat rendah (sampai 5

lantai) dan gedung-gedung sekolah. Untuk menilai secara sistematis tingkat keamanan

terhadap gempa dari beberapa gedung yang sudah ada dalam waktu singkat, mereka

menggunakan metode seleksi melalui beberapa tahapan. Pertama, keamanan dari bangunan

dihitung dengan metode analisis yang sederhana. Jika dari hasil analisis ini keamanan

bangunan tidak memenuhi persyaratan, maka dilakukan analisis ulang dengan

menggunakan teknik analisis yang lebih teliti. Prosedure ini disebut screening, dan

dilakukan berulang-ulang sampai didapatkan gambaran keamanan yang jelas dari

bangunan yang dievaluasi. Prosedure untuk melakukan evaluasi keamanan bangunan

terhadap gempa, terdiri atas lima tahapan yaitu :

1. Permodelan struktur, terdiri dari :

1. Pengecekan sistem struktur (perencanaan, elemen-elemen struktur dan detail

struktur)

2. Pengecekan intensitas beban yang bekerja pada struktur

3. Pengecekan properti material

4. Pemeriksaan terhadap metode desain yang digunakan, gambar dan perhitungan

perencanaan, spesifikasi konstruksi, laporan pelaksanaan konstruksi, dan

penyelidikan lapangan.

2. Permodelan analitis

Untuk memeriksa perilaku struktur terhadap beban gempa, dilakukan analisis

dinamik terhadap struktur bangunan. Untuk keperluan analisis dinamik, struktur

dimodelkan sebagai sistem massa-pegas (mass spring system). Tiap tingkat dari

bangunan disederhanakan sebagai pegas dengan massa terpusat yang mempunyai

satu derajat kebebasan. Pemodelan sistem massa-pegas ini dimaksudkan untuk

menghitung waktu getar atau frekuensi getar alami dari struktur. Analisis struktur


dilakukan dengan hanya meninjau ragam getar yang pertama atau ragam getar

fundamental dari struktur. Tiga jenis kegagalan struktur yang ditinjau adalah momen,

geser, serta kombinasi momen-geser. Analisis dinamik respon spektrum digunakan

untuk mengevaluasi kinerja bangunan dan tingkat daktilitasnya.

3. Evaluasi kekuatan struktur

Untuk memeriksa kekuatan dari struktur, dilakukan dengan prosedur yang umum

digunakan dalam praktek perencanaan struktur, yaitu melakukan analisis struktur

untuk menentukan gaya-gaya dalam yang bekerja pada elemen-elemen struktur,

kemudian dilakukan pemeriksaan tegangan yang terjadi pada penampang.

4. Evaluasi kekakuan struktur

Untuk memeriksa kekakuan dari struktur, dilakukan dengan memeriksa simpangan

yang terjadi pada tiap-tiap lantai struktur, serta memeriksa tingkat daktilitas dari

struktur.

5. Evaluasi keamanan struktur

Dengan menggabungkan hasil evaluasi kekuatan struktur dan kekakuan struktur,

kemudian dilakukan penilaian akhir untuk menentukan kesimpulan apakah bangunan

tersebut aman atau tidak. Jika didapat penilaian yang positif, maka ini berati

bangunan dinyatakan aman. Tetapi jika didapatkan hasil yang negatif, maka

bangunan dinyatakan tidak aman. Jika didapatkan hasil penilaian yang meragukan

maka perlu dilakukan sreening lebih lanjut.

6.3 Perbaikan Dan Perkuatan Bangunan Yang Sudah Ada

Kerusakan bangunan gedung akibat gempa harus diperbaiki dengan cara yang tepat,

sehingga dapat dipastikan bahwa tingkat kekuatan semula dari bangunan dapat dicapai atau

dilampaui. Dengan demikian struktur bangunan akan dapat bertahan jika terjadi gempa di

masa depan. Perbaikan kerusakan gedung akibat gempa harus dilakukan sesuai peraturan.

Tergantung dari tingkat kerusakan yang terjadi, perbaikan kerusakan pada bangunan pada

umumnya mahal. Oleh karena itu, jika sudah diambil keputusan untuk melakukan

perbaikan atau perkuatan struktur, perlu dipertimbangkan metode perbaikan dan perkuatan

yang akan digunakan. Beberapa metode untuk perbaikan dan perkuatan struktur adalah :

1. Membuang elemen rusak dan mengganti dengan yang baru.

2. Menebalkan, memperluas,dan memperkuat elemen yang lama

3. Menambah dinding geser baru, pengaku vertikal, dan kolom pada struktur

4. Merubah sambungan geser menjadi sambungan penahan momen


5. Mengurangi massa struktur dengan menghilangkan tingkat teratas

6. Memeriksa karakteristik dinamik dari perbaikan dan perkuatan struktur

Efektivitas dari metode-metode perbaikan dan/atau perkuatan tersebut diatas bisa sangat

berhasil jika disertai dengan penggunaan dokumen prencanaan dan laporan pelaksanaan

konstruksi.

6.3.1. Struktur Baja

Untuk memeriksa kekuatan material atau tingkat pengelasan dari elemen-elemen baja

yang terdapat pada struktur bangunan gedung, harus digunakan standar desain dan

konstruksi. Hal ini membutuhkan peninjauan terhadap peraturan desain yang dipakai

bangunan tersebut. Adanya gejala lelah (fatique) dan pengurangan kualitas sambungan

yang disebabkan oleh korosi, harus diperhitungkan. Penggunaan alat deteksi ultrasonik

untuk pemeriksaan proses penyambungan elemen baja, sangat dianjurkan. Perkuatan

struktur baja dapat dilakukan dengan beberapa metode tanpa harus mengubah sistem

strukturnya :

a. Mengganti baut dan paku keling yang ada dengan baut mutu tinggi

b. Menyatukan dengan baik sambungan yang kurang kuat

c. Mengurangi bentang elemen yang panjang

d. Menambah luasan penampang melintang dari profil

e. Mengganti dengan baja mutu tinggi

6.3.2. Struktur Beton Bertulang.

Dokumen perencanaan yang berupa gambar dan perhitungan serta catatan

pelaksanaan konstruksi, sangat berguna untuk memeriksa properti material pada tiap-tiap

bagian dari struktur beton bertulang. Lokasi tulangan yang terpasang harus ditentukan, jika

perlu dengan pengukuran. Material-material yang sering digunakan untuk perbaikan

struktur beton adalah : (a). Shotcrete, (b). Epoxy resin, digunakan untuk memperbaiki

retakan dan rongga yang kecil, (c). Epoxy mortar, untuk mengisi rongga yang besar, (d).

Gypsum cement concrete, (e). Portland cement, (f). Cement mortar, (g). Agregat. Beberapa

metode perbaikan menggunakan :

a. Jika ukuran rongga kurang dari 6mm, maka injeksi epoxy lebih baik digunakan

b. Jika retak yang terjadi cukup lebar atau beton hancur, teknik injeksi sudah tidak cocok

lagi. Dalam hal ini penggunaan shotcrete lebih tepat. Tulangan tambahan bisa

digunakan jika terdapat ruang yang cukup.


c. Kerusakan tulangan dapat diperbaiki dengan cara pengelasan tumpuan atau

penyambungan tulangan. Pelaksanaan pengelasan harus hati-hati agar distribusi

kekuatan dalam sistem struktur dapat terjamin.

Perkuatan pada struktur beton dapat dilakukan dengan penambahan batang tulangan pada

balok dan kolom struktur, atau dengan penebalan dinding geser, atau dengan menambah

lapisan beton bertulang. Pada Gambar 6.1 diperlihatkan langkah-langkah perbaikan kolom

struktur beton bertulang yang mengalami kerusakan.

Gambar 6-1.a. Perbaikan kolom beton bertulang (langkah 1)

Gambar 6-1.b. Perbaikan kolom beton bertulang (langkah 2 dan 3)


Gambar 6-1.c. Perbaikan kolom beton bertulang (langkah 4 dan 5)

6.3.3 Struktur Beton Pracetak dan Beton Prategang

Pada struktur beton pracetak dan struktur beton prategang, metode perbaikan dan

perkuatan intinya sama dengan struktur beton bertulang.

6.3.4 Struktur Kayu

Metode perbaikan dan perkuatan pada struktur kayu yang telah terpasang indentik

dengan metode pelaksanaan konstruksi baru. Langkah pertama adalah memeriksa kualitas

material kayu yang digunakan. Beberapa bagian dari elemen struktur kayu yang rusak

perlu dibuang dan diganti dengan elemen yang baru dengan kualitas yang sama. Untuk

beberapa kasus, disarankan adanya modifikasi dari sistem struktur gedung untuk

meningkatkan ketahanannya terhadap gempa.

6.3.5 Dinding Bata.

Untuk melakukan perbaikan pada dinding bata perlu terlebih dahulu diperiksa secara

cermat retak-retak yang ada. Pemeriksaan retak dapat dilakukan secara visual atau dengan

menggunakan peralatan deteksi ultrasonic. Perbaikan dinding bata yang retak dapat

dilakukan dengan shotcrete, dry packing dengan campuran agregat –portland cement atau

dengan injeksi mortar dan epoxi. Perkuatan dinding bata dapat dilakukan dengan

prestressing, dengan menambahkan tulangan pada permukaan dinding bata memakai

plester, dengan memasang elemen pengaku dari besi dengan baut. Pada Gambar 6.2

diperlihatkan perkuatan pada dinding pasangan bata yang mengalami retakan. Perkuatan


pada dinding bata dilakukan secara sederhana dengan menggunakan jaringan kawat ayam.

kerusakan.

Gambar 6-2. Perkuatan pada dinding bata dengan menggunakan jaringan kawat ayam.

Perkuatan pada struktur bangunan bertujuan untuk meningkatkan kapasitas daya

dukung struktur atau daktilitas struktur, atau meningkatkan keduanya.

1. Meningkatkan kekuatan struktur

Jika persyaratan daktilitas dari struktur tidak menjadi persyaratan yang utama, maka

untuk meningkatkan kekuatan struktur bangunan gedung dapat dilakukan dengan

memasang atau menambah Wing wall (dinding sayap) atau Infilled wall (dinding

pengisi), Bracing (pengaku silang baja), atau Buttress wall (dinding penyokong) pada

struktur utama bangunan. Pemasangan perkuatan dinding sayap atau dinding pengisi,

pengaku baja, dan dinding penyokong diperlihatkan pada Gambar 6.3.

a. Wing wall (dinding sayap) atau Infilled wall (dinding pengisi) yang ditambahkan

pada kolom dan dinding geser yang ada pada struktur bangunan (Gambar 3a). Wing

wall dan Infilled wall pada umumnya dari beton bertulang yang dibuat di tempat,

tetapi dapat juga menggunakan panel-panel dinding pracetak.


b. Bracing atau pengaku silang dari baja adalah sistem perkuatan yang

menguntungkan jika ditambahkan dalam berat yang minimal pada stuktur

bangunan. Seperti halnya pada perkuatan dengan wing wall, pemasangan bracing

pada rangka utama struktur (portal) tetap harus berhati-hati, karena tempat

sambungan antara pengaku dan portal ini merupakan bagian yang terlemah dari

sistem struktur pada saat memikul beban gempa.

c. Buttress wall atau dinding penyokong, merupakan cara perkuatan yang cocok untuk

struktur bangunan gedung jika tersedia ruang yang cukup.

Gambar 6-3. Beberapa cara perkuatan pada struktur bangunan


2. Meningkatkan daktilitas struktur.

Jika perkuatan dengan pengaku silang baja atau dinding sayap tidak mencukupi, maka

perbaikan daktilitas struktur merupakan alternatif yang harus dipilih. Sebagai contoh,

kegagalan pada kolom yang diakibatkan oleh gaya geser merupakan kegagalan yang

diikategorikan sebagai kegagalan daktilitas (Gambar 6.4). Kegagalan geser pada kolom

dapat dihindarkan dengan memasang tulangan geser dengan jarak rapat. Pemasangan

perkuatan pada kolom beton bertulang dapat dilakukan dengan beberapa metode seperti

diperlihatkan pada Gambar 5. Beberapa metode perkuatan kolom beton adalah sebagai

berikut :

a. Disekeliling kolom yang rapuh atau rusak dipasang plat baja pembungkus. Rongga

diantara kolom dan pelat baja pembungkus kemudian diisi dengan adukan beton.

b. Pada sudut-sudut dari kolom diberi perkuatan dengan menggunakan profil-profil

baja siku yang disatukan dengan plat-plat penyambung atau besi strip.

c. Memperbesar dimensi kolom dengan cara memasang jaringan tulangan yang terdiri

dari tulangan memenjang dan tulangan geser (geser) disekeliling kolom, kemudian

dilakukan pengecoran beton.

Gambar 6-4. Kegagalan geser pada kolom beton bertulang


Gambar 6-5. Beberapa cara perkuatan pada kolom beton bertulang

Kriteria Dasar Perencanaan Struktur Bangunan Gedung Tahan Gempa VII-1

Bab 7. Kriteria Dasar Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa

7.1 Pendahuluan

Beban gempa merupakan beban yang sangat tidak dapat diperkirakan baik besarnya,

arahnya, maupun saat terjadinya. Besarnya beban gempa yang bekerja pada struktur

bangunan, tergantung dari banyak variabel. Gaya horisontal, gaya vertikal dan momen

torsi yang terjadi akibat gempa pada struktur, sangat tergantung pada berat dan kekakuan

material struktur, konfigurasi dan sistem struktur, periode atau waktu getar struktur,

kondisi tanah dasar, wilayah kegempaan, serta perilaku gempa itu sendiri.

Agar beban gempa pada struktur bangunan yang diperhitungkan tidak terlalu besar

dan arahnya cukup dapat diperkirakan, serta distribusi beban gempa dapat dilakukan

dengan cara yang sederhana, maka ketentuan yang perlu diperhatikan dalam perencanaan

struktur bangunan di daerah rawan gempa adalah : tata letak dari struktur, perencanaan

kapasitas (capacity design) dengan konsep strong column – weak beam, serta pendetailan

yang baik dari elemen-elemen struktur. Dengan memenuhi persyaratan-persyaratan di atas,

maka dapat diharapkan perencanaan struktur di daerah rawan gempa dapat dilakukan

dengan cara yang sederhana, aman, dan ekonomis.

Banyak kejadian menunjukkan bahwa kesalahan di dalam memilih konfigurasi

struktur, jenis material yang digunakan, serta sistem struktural dari bangunan, dapat

mengakibatkan kerusakan bahkan kehancuran secara menyeluruh dari struktur bangunan

tersebut, akibat pembebanan berulang yang disebabkan oleh pengaruh gempa. Hal ini

disebabkan karena struktur bangunan tidak mempunyai kinerja dan respon yang baik pada

saat terjadi gempa, serta tidak mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap pengaruh beban

gempa yang bersifat dinamik, meskipun telah dilakukan prosedur perencanaan struktur

tahan gempa.

Agar perencanaan struktur dapat dilakukan dengan cara analisis statik yang

sederhana, tanpa melakukan prosedur analisis dinamik yang rumit, serta perilaku struktur

diharapkan mempunyai kinerja yang baik pada saat terjadi gempa, maka sangat penting

untuk mengatur tata letak dari struktur bangunan. Beberapa kriteria dasar yang dapat

dipakai sebagai acuan untuk merencanakan tata letak struktur bangunan di daerah rawan

gempa adalah :


� Struktur bangunan harus mempunyai bentuk yang sederhana, kompak dan simetris

� Struktur bangunan tidak boleh terlalu langsing, baik pada denahnya maupun

potonganya, serta mempunyai kekakuan yang cukup.

� Distribusi dari massa, kekakuan dan kekuatan disepanjang tinggi bangunan diusahakan

seragam dan menerus.

� Elemen-elemen vertikal dari struktur (kolom) harus dibuat lebih kuat dari elemen-

elemen horisontal dari struktur (balok), agar sendi plastis terbentuk terlebih dahulu pada

balok-balok (strong column – weak beam).

7.2 Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa

Prosedur analisis yang paling sederhana dan yang langsung dapat digunakan untuk

menentukan pengaruh dari beban gempa terhadap struktur bangunan adalah prosedur

analisis statik. Analisis statik hanya boleh dilakukan untuk struktur-struktur bangunan

dengan bentuk yang sederhana dan beraturan atau simetris, yang tidak menunjukkan

perbandingan yang menyolok dalam perbandingan antara berat dan kekakuan pada tingkat-

tingkatnya. Prosedur analisis statik ini hanyalah suatu cara pendekatan yang menirukan

pengaruh dinamik dari beban gempa yang sesungguhnya.

Untuk struktur-struktur bangunan gedung lainnya yang tidak begitu mudah untuk

diperkirakan perilakunya terhadap pengaruh gempa (struktur dengan bentuk yang tidak

beraturan), harus di analisis dengan prosedur analisis dinamik. Perubahan-perubahan

bentuk yang terjadi pada struktur akibat beban gempa yang bersifat dinamik, akan

menyebabkan simpangan-simpangan yang tidak beraturan, sehingga gaya-gaya inersia

yang ditimbulkan oleh pengaruh gempa menjadi tidak beraturan pula. Oleh karena itu

tidaklah mungkin untuk memperkirakan dengan tepat pembagian dari gaya-gaya gempa di

dalam struktur bangunan ini dengan analisis statik. Struktur-struktur bangunan yang

beraturan, dapat juga dianalisis dengan prosedur analisis dinamik jika diinginkan.

7.2.1 Pengaruh Beban Gempa Horisontal

Pengaruh beban gempa horisontal dapat bekerja pada masing-masing arah dari

sumbu utama bangunan, atau pada kedua arah sumbu utama dari struktur bangunan secara

bersamaan. Pengaruh bekerjanya beban gempa secara bersamaan pada kedua arah sumbu

utama, dapat sangat membahayakan kekuatan struktur. Oleh karena itu agar sistem struktur

tetap mampu untuk menahan beban gempa yang bekerja, maka unsur-unsur vertikal utama


(kolom-kolom) dari struktur bangunan yang berfungsi untuk menahan gaya horisontal,

perlu direncanakan kekuatannya terhadap pengaruh 100% dari beban gempa dalam satu

arah sumbu utama bangunan, dikombinasikan dengan pengaruh 30% dari beban gempa

dalam arah tegak lurus padanya. Kombinasi pembebanan yang perlu ditinjau untuk

merencanakan kekuatan dari kolom-kolom struktur adalah :

Beban gravitasi + 100% beban gempa arah X + 30% beban gempa arah Y

Beban gravitasi + 30% beban gempa arah X + 100% beban gempa arah Y

Gambar 7-1. Arah bekerjanya beban gempa pada struktur bangunan

Beban gravitasi yang ditinjau pada perhitungan di atas adalah beban mati ditambah

dengan beban hidup yang direduksi. Kombinasi pembebanan yang menghasilkan keadaan

yang paling berbahaya bagi kolom-kolom struktur dan elemen-elemen vertikal struktur

penahan gempa seperti dinding geser (shear wall), dinding inti (core wall), adalah yang

digunakan untuk perencanaan. Pengaruh dari bekerjanya beban gempa secara bersamaan

pada elemen-elemen horisontal struktur seperti balok, pelat, atau elemen-elemen horisontal

lainnya adalah kecil, sehingga dapat diabaikan. Untuk perencanaan kekuatan dari elemen-

elemen ini cukup direncanakan terhadap pengaruh beban gempa horisontal dalam satu arah

saja. Gambar 1 di atas menunjukkan kemungkinan dari arah beban gempa yang dapat

bekerja secara bersamaan pada struktur bangunan.


7.2.2 Pengaruh Beban Gempa Vertikal.

Selain percepatan gerakan tanah pada arah horisontal, pada saat terjadi gempa

terdapat juga percepatan gerakan tanah berarah vertikal. Gerakan tanah kearah vertical ini

ini dapat mengakibatkan pengaruh beban gempa berarah vertikal yang bekerja pada

struktur bangunan. Meskipun dari beberapa pengalaman gempa menunjukkan mekanisme

ini, tapi sampai saat ini respon dari struktur bangunan terhadap gerakan tersebut belum

banyak diketahui. Pada umumnya, tinjauan perencanaan struktur terhadap pengaruh beban

gempa arah vertikal ini dapat diabaikan, dengan anggapan bahwa elemen-elemen dari

struktur telah direncanakan berdasarkan beban gravitasi (beban mati dan beban hidup)

yang arahnya vertikal ke bawah.

Pengalaman dari Gempa Northridge (1994) di Amerika dan Gempa Kobe (1995) di

Jepang telah menunjukkan, bahwa banyak unsur-unsur bangunan gedung yang memiliki

kepekaan yang tinggi terhadap beban gravitasi, seperti balkon, kanopi, balok kantilever

berbentang panjang, balok transfer pada struktur bangunan tinggi, balok prategang

berbentang panjang, mengalami kerusakan berat akibat percepatan vertikal gerakan tanah.

Unsur-unsur struktur ini harus diperhitungkan terhadap komponen vertikal gerakan tanah

akibat pengaruh gempa. Analisis respon dinamik yang sesungguhnya dari unsur-unsur

struktur tersebut terhadap gerakan vertikal tanah akibat gempa sangat rumit, karena terjadi

interaksi antara respon elemen dengan respon struktur secara keseluruhan. Analisis

terhadap unsur-unsur dari struktur bangunan ini dapat dilakukan secara sederhana dengan

meninjau pengaruh dari percepatan vertikal tanah akibat gempa, sebagai beban gempa

vertikal statik ekuivalen. Beban vertikal statik ekuivalen yang harus ditinjau bekerja ke

atas atau ke bawah, besarnya dihitung sebagai perkalian antara Faktor Respon Gempa

vertikal Cv dengan beban gravitasi, termasuk beban hidup yang sesuai.

Faktor Respon Gempa vertikal Cv dapat dihitung menurut persamaan Cv = ψ .Am.I,

dimana koefisien ψ bergantung pada Wilayah Gempa tempat struktur bangunan berada.

Besarnya harga untuk koefisien ψ adalah 0,5 sampai 0,8. Am adalah percepatan tanah

maksimum, dan I adalah Faktor Keutamaan struktur bangunan.

Dapat dimengerti, bahwa komponen vertikal gerakan tanah akibat gempa relatif akan

semakin besar, jika semakin dekat dengan pusat gempa dari lokasi yang ditinjau.

Percepatan gerakan tanah ditetapkan sebagai perkalian koefisien ψ dengan percepatan

tanah maksimum Am. Karena itu, semakin tinggi kegempaan suatu wilayah gempa,


semakin dekat wilayah tersebut dengan sumber gempa, maka koefisien ψ nilainya akan

meningkat. Perhitungan beban gempa kearah vertikal akibat pergerakan tanah, tidak

tergantung pada waktu getar alami dan tingkat daktilitas struktur.

7.2.3 Pengaruh Beban Gravitasi Vertikal.

Beban gravitasi vertikal pada struktur bangunan dapat terdiri dari kombinasi antara

beban mati dan beban hidup. Beban-beban hidup yang bekerja pada struktur bangunan

pada umumnya dapat direduksi pada saat dilakukan analisis beban gempa pada struktur

tersebut, sehubungan dengan kecilnya kemungkinan bekerjanya beban hidup penuh dan

pengaruh beban gempa penuh secara bersamaan pada struktur secara keseluruhan. Tujuan

mereduksi beban hidup ini adalah untuk mendapatkan desain struktur yang cukup

ekonomis. Besarnya beban mati dan beban hidup dapat dihitung dengan mengacu pada

standar pembebanan yang berlaku.

7.3 Beban Gempa Statik Ekuivalen

Analisis perancangan struktur bangunan terhadap pengaruh beban gempa secara

statik, pada prinsipnya adalah menggantikan gaya-gaya horisontal yang bekerja pada

struktur bangunan akibat pengaruh pergerakan tanah yang diakibatkan gempa, dengan

gaya-gaya statik yang ekuivalen.

Dalam analisis respons dinamik terhadap pengaruh gempa, suatu struktur gedung

dimodelkan sebagai suatu sistem Banyak Derajat Kebebasan (BDK). Dengan menerapkan

metoda Analisis Ragam, persamaan-persamaan gerak dari sistem BDK tersebut yang

berupa persamaan-persamaan diferensial orde dua simultan yang saling terikat, dapat

dilepaskan saling keterikatannya sehingga menjadi persamaan-persamaan gerak terlepas

sistem Satu Derajat Kebebasan (SDK). Hal ini dilakukan melalui suatu transformasi

koordinat dengan matriks eigenvektor sebagai matriks transformasinya. Respons dinamik

total dari sistem BDK tersebut selanjutnya menampilkan diri sebagai superposisi dari

respons dinamik masing-masing ragamnya. Respons dinamik masing-masing ragamnya ini

berbentuk respons dinamik suatu sistem SDK, dimana ragam yang semakin tinggi

memberikan sumbangan respons dinamik yang semain kecil dalam menghasilkan respons

dinamik total.

Pada struktur gedung beraturan akan berperiilaku sebagai struktur 2D, respons

dinamik ragam fundamentalnya adalah sangat dominan, sehingga respons dinamik ragam-


ragam lainnya dianggap dapat diabaikan. Kemudian, berhubung struktur gedung tidak

terlalu tinggi yaitu kurang dari 10 tingkat atau 40 m, maka bentuk ragam fundamental

dapat dianggap mengikuti garis lurus. Dengan dua anggapan penyederhanaan ini, respons

dinamik dari struktur bangunan gedung beraturan dapat ditampilkan seolah-olah sebagai

akibat dari suatu beban gempa statik ekuivalen. Analisis perancangan struktur bangunan

terhadap pengaruh beban gempa secara statik, pada prinsipnya adalah menggantikan

beban-beban horisontal yang bekerja pada struktur bangunan akibat pengaruh dinamik

pergerakan tanah yang diakibatkan gempa, dengan beban-beban statik yang ekuivalen.

Tujuan dari analisis statik adalah untuk menyederhanaan prosedur perhitungan.

Prosedur analisis statik yang sering digunakan pada praktek perencanaan struktur

bangunan gedung, adalah Analisis Beban Gempa Nominal Statik Ekuivalen. Pada metode

ini diasumsikan bahwa gaya horisontal akibat gempa yang bekerja pada suatu elemen

struktur, besarnya ditentukan berdasarkan perkalian antara suatu koefisien atau konstanta,

dengan berat atau massa dari elemen-elemen struktur tersebut.

Pada standar gempa yang berlaku di Indonesia, metode analisis statik untuk

memperhitungkan pengaruh beban gempa pada struktur bangunan hanya boleh digunakan

untuk menganalisis struktur bangunan yang beraturan. Struktur bangunan gedung dapat

dianggap beraturan jika memenuhi beberapa ketentuan antara lain, tinggi struktur

bangunan tidak lebih dari 10 tingkat atau 40 meter, denah struktur bangunan berbentuk

persegi panjang tanpa adanya tonjolan-tonjolan, sistem struktur bangunan gedung

mempunyai bentuk yang sederhana dan beraturan, serta mempunyai massa dan kekakuan

yang hampir seragam pada seluruh tingginya.

Analisis Beban Gempa Nominal Statik Ekivalen merupakan metode pendekatan dari

sifat-sifat dinamik yang sebenarnya dari beban gempa yang bekerja pada struktur.

Struktur-struktur yang tidak begitu mudah untuk diperkirakan perilakunya terhadap beban

gempa, struktur-struktur dengan tinggi tingkat lebih dari 40 meter, atau struktur-struktur

gedung yang tidak beraturan dengan ketinggian tingkat kurang dari 40 meter, harus

dianalisis dengan prosedur analisis dinamik.

Besarnya beban Gempa Nominal statik ekuivalen yang digunakan untuk perencanaan

struktur ditentukan oleh tiga hal, yaitu oleh besarnya Gempa Rencana, oleh tingkat

daktilitas yang dimiliki struktur, dan oleh nilai faktor tahanan lebih yang terkandung di

dalam struktur. Berdasarkan pedoman gempa yang berlaku di Indonesia yaitu Perencanaan


Ketahanan Gempa Untuk Struktur Rumah dan Gedung (SNI 03-1726-2002)., besarnya

Beban Gempa Nominal (V) yang bekerja pada struktur bangunan, ditentukan menurut

persamaan :

V = tW R.I C

Dimana, I adalah Faktor Keutamaan Struktur, C adalah nilai Faktor Respon Gempa yang

didapat dari Respon Spektrum Gempa Rencana untuk waktu getar alami fundamental

struktur T, dan Wt ditetapkan sebagai jumlah dari beban mati ditambah beban hidup yang

direduksi. R adalah Faktor Reduksi Gempa yang besarnya tergantung dari besarnya tingkat

daktilitas struktur. Untuk struktur bangunan gedung yang berperilaku elastik penuh harga

R=1,6, sedangkan untuk bangunan gedung yang berperilaku daktail penuh harga R=8,5.

Pada struktur bangunan gedung bertingkat, beban gempa horisontal V, untuk

selanjutnya didistribusikan pada setiap tingkat dari struktur bangunan gedung. Besarnya

gaya gempa yang bekerja pada masing-masing tingkat dari bangunan gedung tergantung

dari berat dan ketinggian tingkat.

Beban gempa yang bekerja pada struktur bangunan merupakan gaya inersia.

Besarnya gaya inersia ini tergantung dari banyak faktor. Berat atau massa bangunan dan

percepatan gempa merupakan faktor yang paling utama. Faktor-faktor lainnya yang juga

mempengaruhi besarnya beban gempa pada struktur adalah bagaimanan cara massa dari

bangunan tersebut terdistribusi, kekakuan dari sistem struktur bangunan, kondisi tanah di

dasar bangunan, mekanisme redaman pada struktur bangunan, dan perilaku dari getaran

gempa. Faktor yang terakhir ini paling sulit ditentukan secara tepat karena sifatnya yang

acak (random). Gerakan tanah yang ditimbulkan oleh getaran gempa dapat berperilaku tiga

dimensi. Pada umumnya, hanya gerakan tanah kearah horisontal saja yang ditinjau di

dalam perencanaan struktur.

Periode atau waktu getar struktur yang besarnya dipengaruhi oleh massa dan

kekakuan struktur, merupakan faktor penting yang mempengaruhi respon struktur terhadap

getaran gempa. Struktur yang kaku dengan periode getar yang pendek, misalnya struktur

portal dengan dinding geser, akan menerima beban gempa yang lebih besar dibandingkan

struktur yang fleksibel dengan periode getar yang panjang, misalnya struktur portal biasa.

Penggunaan dinding geser pada sistem struktur sering tidak dapat dihindari, khususnya


pada bangunan-bangunan tinggi atau pada bangunan-bangunan yang didirikan di wilayah

atau zona gempa yang berat. Fungsi dari dinding geser disini adalah untuk membatasi

besarnya simpangan horisontal yang terjadi pada struktur.

Gambar 7-2. (a) Struktur fleksibel : Struktur portal, periode getar panjang, (b) Struktur kaku : Struktur portal dengan dinding geser, periode getar pendek

7.3.2 Waktu Getar Struktur

Untuk keperluan analisis pendahuluan, waktu getar alami (T) dari struktur bangunan

gedung (dalam detik) dapat ditentukan dengan rumus pendekatan atau rumus empiris

sebagai berikut :

� Untuk struktur-struktur bangunan gedung yang berbentuk portal tanpa unsur pengaku

(dinding geser/ shear wall atau bracing) yang membatasi simpangan :

T empiris = 0,085 H 0,75 ( untuk portal baja )

T empiris = 0,060 H 0,75 ( untuk portal beton )

� Untuk struktur-struktur bangunan gedung lainnya :

T empiris = 0,009 H/( B ) 0,5

dimana H adalah ketinggian dari struktur bangunan gedung (dalam meter) di ukur dari

taraf penjepitan lateral, dan B adalah panjang dari denah struktur bangunan dalam arah

gempa yang ditinjau (dalam meter).

Setelah didapatkan gaya-gaya gempa pada struktur dengan menggunakan T empiris,

waktu getar sebenarnya dari struktur gedung beraturan dalam arah masing-masing sumbu

utama dapat dihitung ulang dengan menggunakan Rumus Rayleigh sebagai berikut :


T = 6,3

�

�

=

=n

1iii

n

1i

2ii

d Fg

d W

dimana : Wi = Bagian dari seluruh beban vertikal yang disumbangkan oleh beban-beban

vertikal yang bekerja pada lantai tingkat ke i (dalam kg) pada peninjauan gempa

Fi = Beban gempa horisontal pada arah yang ditinjau yang bekerja pada lantai tingkat

ke i (dalam kg)

di = Simpangan horisontal pusat berat pada lantai tingkat ke i (dalam mm)

akibat beban gempa

n = Jumlah lantai tingkat pada struktur bangunan gedung

g = Percepatan gravitasi yang ditetapkan sebesar 9810 mm/det2.

Waktu getar alami fundamental dari struktur bangunan gedung ditentukan dengan rumus-

rumus empirik atau didapat dari hasil analisis vibrasi bebas 3 dimensi, nilainya tidak boleh

menyimpang lebih dari 20% dari nilai waktu getar struktur yang dihitung dengan Rumus

Rayleigh.

7.3.3 Pembagian Beban Gempa Pada Struktur

Beban Gempa Nominal Statik Ekuivalen (V) akibat gempa harus didistribusikan di

sepanjang tinggi tingkat gedung menjadi beban-beban horisontal terpusat (Fi), yang

bekerja pada masing-masing lantai tingkat (Gambar 4), dengan rumus :

Fi = V

h W

h Win

1 iii

i

�=

dimana Wi adalah berat lantai tingkat ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai, hi adalah

ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral, dan sedangkan n adalah

nomor lantai tingkat paling atas.


Taraf penjepitan lateral adalah taraf dimana gerakan tanah akibat gempa dipindahkan dari

tanah kepada struktur atas bangunan melalui struktur bawahnya. Dalam analisis, struktur

atas dapat dianggap terjepit pada taraf penjepitan lateral. Jika terdapat basement, taraf

penjepitan lateral dapat dianggap terjadi pada taraf lantai dasar. Jika tidak ada basement,

taraf penjepitan lateral dapat dianggap terjadi pada bidang telapak pondasi langsung atau

pondasi rakit, dan pada bidang atas pile cap pondasi tiang.

Pembagian beban gempa statik ekuivalen (V) horisontal, harus memenuhi ketentuan

sebagai berikut :

� Jika perbandingan antara tinggi struktur dan lebar denah bangunan adalah sama atau

melebihi 3, maka 0,10 V harus dianggap sebagai beban horisontal terpusat yang bekerja

pada pusat massa lantai puncak bangunan, sedangkan 0,90 V sisanya harus dibagikan

menjadi beban-beban horisontal terpusat menurut rumus di atas.

� Untuk cerobong yang berdiri di atas tanah, 0,20 V harus dianggap sebagai beban

horisontal terpusat yang bekerja pada puncaknya, sedangkan 0,80 V sisanya harus

dibagikan menjadi beban-beban horisontal terpusat menurut rumus di atas.

� Untuk tangki di atas menara, beban horisontal terpusat sebesar V harus dianggap

bekerja pada titik berat seluruh struktur menara dan tangki berikut isinya.

Gambar 7-3. Distribusi beban gempa pada pada masing-masing tingkat bangunan


7.4 Prosedur Analisis Dinamik

Analisis dinamik pada perencanaan struktur bangunan gedung tahan gempa

dilakukan jika diperlukan evaluasi yang lebih akurat dari distribusi gaya-gaya gempa yang

bekerja pada struktur bangunan gedung, serta untuk mengetahui perilaku dari struktur

akibat pengaruh gempa yang sifatnya berulang atau dinamik. Pada struktur bangunan

gedung yang tinggi atau struktur bangunan gedung dengan bentuk atau konfigurasi yang

tidak beraturan, analisis dinamik diperlukan untuk mengevaluasi secara akurat respons

dinamik yang terjadi dari struktur. Analisis dinamik perlu dilakukan pada struktur-struktur

bangunan gedung dengan karakteristik sebagai berikut :

� Gedung-gedung dengan konfigurasi struktur sangat tidak beraturan

� Gedung-gedung dengan loncatan-loncatan bidang muka yang besar

� Gedung-gedung dengan kekakuan tingkat yang tidak merata

� Gedung-gedung yang tingginya lebih dari 40 meter

Posedur analisis dinamik yang dapat digunakan untuk menentukan besarnya beban

gempa pada struktur seperti yang tercantum di dalam standar Perencanaan Ketahanan

Gempa Untuk Struktur Rumah dan Gedung (SNI 03-1726-2002), adalah metode Analisis

Ragam Spektrum Respon (Spectral Modal Analysis) dan Analisis Respon Dinamik

Riwayat Waktu (Time History Analysis).

Nilai akhir dari respons dinamik struktur bangunan gedung terhadap pembebanan

gempa dalam suatu arah tertentu, tidak boleh diambil kurang dari 80% nilai respons ragam

yang pertama. Bila respons dinamik struktur gedung dinyatakan dalam gaya gempa (V),

maka persyaratan tersebut dapat dinyatakan menurut persamaan berikut :

V ≥ 0,8 V1

dimana V1 adalah Beban Gempa Nominal.

7.4.1 Analisis Ragam Spektrum Respons

Analisis Ragam Spektrum Respon pada umumnya dapat dipakai untuk menentukan

respon elastis dari struktur bangunan tidak beraturan dengan Banyak Derajat Kebebasan

yang didasarkan pada kenyataan bahwa respon suatu struktur merupakan superposisi dari

respon masing-masing ragam getarnya. Masing-masing ragam getar memberikan respon

dengan sifat-sifatnya tersendiri, seperti bentuk simpangan dan frekuensi getaran. Untuk


Perhitungan respons dinamik struktur gedung tidak beraturan terhadap pembebanan

gempa nominal akibat pengaruh Gempa Rencana, dapat dilakukan dengan metoda Analisis

Ragam Spektrum Respons dengan memakai Spektrum Respons Gempa Rencana yang nilai

ordinatnya dikalikan faktor koreksi I/R, dimana I adalah Faktor Keutamaan, sedangkan R

adalah Faktor Reduksi Gempa dari struktur gedung yang bersangkutan. Dalam hal ini,

jumlah ragam getar yang ditinjau dalam penjumlahan respons ragam menurut metoda ini

harus sedemikian rupa, sehingga partisipasi massa dalam menghasilkan respons total harus

mencapai sekurang-kurangnya 90%.

Penjumlahan respons ragam getar untuk struktur gedung tidak beraturan yang

memiliki waktu-waktu getar alami yang berdekatan, harus dilakukan dengan metoda yang

dikenal dengan Kombinasi Kuadratik Lengkap (Complete Quadratic Combination atau

CQC). Waktu getar alami harus dianggap berdekatan, apabila selisih nilainya kurang dari

15%. Untuk struktur gedung tidak beraturan yang memiliki waktu getar alami yang

berjauhan, penjumlahan respons ragam tersebut dapat dilakukan dengan metoda yang

dikenal dengan Akar Jumlah Kuadrat (Square Root of the Sum of Squares atau SRSS).

Gaya gempa nominal akibat pengaruh Gempa Rencana sepanjang tinggi struktur

gedung hasil dari Analisis Ragam Spektrum Respons dalam suatu arah tertentu, harus

dikalikan nilainya dengan suatu Faktor Skala :

Faktor Skala = V

V 8,0

t

1 ≥ 1

dimana V1 adalah gaya gempa sebagai respons dinamik yang pertama saja dan Vt adalah

gaya gempa yang didapat dari hasil analisis ragam spektrum respons yang telah dilakukan.

7.4.2 Analisis Respons Dinamik Riwayat Waktu

Perhitungan respons dinamik struktur bangunan gedung tidak beraturan terhadap

pengaruh Gempa Rencana, dapat dilakukan dengan metoda analisis dinamik berupa

Analisis Respons Dinamik Riwayat Waktu yang bersifat linier atau non-linier dengan suatu

akselerogram gempa yang diangkakan sebagai gerakan tanah masukan. Untuk Analisis

Respons Dinamik Linier Riwayat Waktu terhadap pengaruh Gempa Rencana pada taraf

pembebanan gempa nominal, percepatan muka tanah asli dari gempa masukan harus


diskalakan ke taraf pembebanan gempa nominal tersebut, sehingga nilai percepatan

puncaknya A menjadi :

A = R

IAo

dimana Ao adalah Percepatan Puncak Muka Tanah, R adalah Faktor Reduksi Gempa dari

struktur yang bersangkutan, sedangkan I adalah Faktor Keutamaan dari struktur bangunan.

Nilai-nilai Ao, I, dan R tercantum didalam standar gempa. Dalam analisis ini redaman

struktur yang harus diperhitungkan dapat dianggap 5% dari redaman kritis.

Untuk mengkaji perilaku pasca-elastik struktur gedung terhadap pengaruh Gempa

Rencana, harus dilakukan Analisis Respons Dinamik Non-linier Riwayat Waktu, dimana

percepatan muka tanah asli dari gempa masukan harus diskalakan, sehingga nilai

percepatan puncaknya menjadi sama dengan AoI.

Akselerogram gempa masukan yang ditinjau harus diambil dari rekaman gerakan

tanah akibat gempa yang didapat di suatu lokasi yang mirip kondisi geologi, topografi dan

seismotektoniknya dengan lokasi tempat struktur gedung yang ditinjau berada. Untuk

mengurangi ketidakpastian mengenai kondisi lokasi ini, paling sedikit harus ditinjau 4

buah akselerogram dari 4 gempa yang berbeda, salah satunya harus diambil akselerogram

Gempa El Centro N-S yang telah direkam pada tanggal 15 Mei 1940 di California.

Berhubung gerakan tanah akibat gempa pada suatu lokasi tidak mungkin dapat

diperkirakan dengan tepat, maka sebagai gempa masukan dapat juga dipakai gerakan tanah

yang disimulasikan. Parameter-parameter yang menentukan gerakan tanah yang

disimulasikan ini antara lain terdiri dari waktu getar predominan tanah, konfigurasi

spektrum respons, jangka waktu gerakan dan intensitas gempanya.

7.4.3 Ragam Getar Struktur

Pada perhitungan distribusi beban gempa dengan cara analisis dinamik, struktur

bangunan gedung biasanya dimodelkan sebagai sistem BDK dengan berat atau massa

setiap tingkat dipusatkan pada bidang lantainya. Pemodelan massa bangunan seperti ini

disebut model massa terpusat (lumped mass model), yang bertujuan untuk mengurangi

jumlah derajat kebebasan yang terdapat pada struktur.


Sebagai contoh, pada Gambar 7.4 diperlihatkan struktur bangunan gedung 5 lantai

yang dimodelkan sebagai bangunan geser dengan massa-massa terpusat pada bidang

lantainya. Struktur mendapat pengaruh gempa pada tanah dasar.

Gambar 7-4. Model struktur bangunan gedung untuk analisis dinamik : (a). Model struktur portal. (b). Model massa terpusat

Dari hasil analisis dinamik untuk 3 ragam getar (mode shape), didapatkan waktu

getar (T) dari struktur bangunan gedung adalah : T1 = 1,16 detik, T2 = 0,46 detik, dan T3

= 0,31 detik. Ragam getar dari struktur diperlihatkan pada Gambar 7.5.

Gambar 7-5. Ragam getar (mode shape) dari struktur bangunan gedung 5 lantai

7.5. Pemilihan Cara Analisis

Ragam 2 Ragam 3

Ragam 1

( a )

( b )


Di dalam standar perencanaan struktur terhadap gempa pada umumnya dicantumkan

konsep dari prosedur analisis statik maupun analisis dinamik. Pemilihan metode analisis

yang akan digunakan untuk perencanaan suatu struktur bangunan pada umumnya

ditentukan berdasarkan bentuk atau konfigurasi dari struktur bangunan, serta fungsi atau

kegunaan dari bangunan yang bersangkutan.

Pada analisis respon dari struktur terhadap gempa, semakin teliti prosedur

perhitungan yang digunakan, akan semakin handal dan ekonomis struktur bangunan yang

direncanakan. Dari sudut pandang rekayasa struktur, untuk melakukan analisis yang

memadai bagi suatu sistem struktur perlu dipertimbangkan beberapa hal antara lain, ukuran

dan bentuk struktur, kepentingan dan kegunaan struktur, serta hal-hal lain yang

berhubungan dengan kondisi tanah dasar dan wilayah kegempaan.

Untuk struktur bangunan yang kecil dan tidak bertingkat, elemen-elemen struktural

dan non-strukturalnya tidak perlu didesain khusus terhadap pengaruh gempa. Dalam hal ini

hanya diperlukan adanya detail struktural yang baik dari elemen-elemen struktur tersebut,

serta harus memenuhi persyaratan minimum seperti yang ditetapkan dalam standar

konstruksi bangunan yang berlaku.

Untuk keperluan analisis perencanaan gempa dari struktur bangunan yang berukuran

sedang atau menengah, dapat dilakukan prosedur analisis statik dengan metode Analisis

Beban Gempa Nominal Statik Ekuivalen. Dalam hal ini disarankan untuk memeriksa gaya-

gaya gempa yang bekerja pada struktur dengan menggunakan Spektrum Respon Gempa

Rencana yang sesuai dengan wilayah gempa serta kondisi tanah dasar dimana struktur

bangunan tersebut akan didirikan. Untuk struktur bangunan yang besar dan cukup penting,

analisis perencanaan terhadap pengaruh gempa tidak cukup hanya dilakukan dengan

analisis statik saja, tetapi harus menggunakan prosedur analisis dinamik untuk

mendapatkan hasil yang lebih akurat.

Metode analisis dinamik yang sering digunakan dalam praktek perencanaan struktur

adalah metode Analisis Ragam Spektrum Respon. Analisis dinamik perlu dilakukan pada

struktur-struktur dengan karakteristik : bangunan gedung dengan konfigurasi struktur

sangat tidak beraturan, bangunan gedung dengan loncatan-loncatan bidang muka yang

besar, bangunan gedung dengan kekakuan tingkat yang tidak merata, bangunan gedung

dengan tingginya lebih dari 40 meter.


Metoda analisis dinamik ini dapat digunakan untuk menganalisis struktur dengan

distribusi kekakuan dan massa yang tidak merata ke arah vertikal, dengan hasil yang cukup

akurat. Selain Analisis Ragam Spektrum Respon, analisis dinamik dapat juga dilakukan

dengan metode Analisis Respon Dinamik Linier Riwayat Waktu. Untuk struktur bangunan

yang sangat besar atau struktur yang sangat penting, selain analisis dinamik yang bersifat

elastis, kadang-kadang diperlukan juga analisis dinamis yang bersifat inelastis dengan

metode Analisis Respon Dinamik Non-linier Riwayat Waktu untuk memastikan bahwa

struktur tersebut cukup aman terhadap pengaruh gempa kuat.

Untuk keperluan analisis dinamis, baik yang bersifat elastis maupun tidak elastis,

pada umumnya struktur bangunan dimodelkan sebagai bangunan geser dengan sistem

massa-massa yang terpusat (lumped-mass model), dengan tujuan untuk mengurangi jumlah

derajat kebebasan yang ada pada struktur. Model massa terpusat dapat menyederhanakan

prosedur perhitungan.

7.6. Kriteria Dasar Perencanaan

Pada tahap awal dari perencanaan (preliminary design) struktur bangunan gedung

tahan gempa, konfigurasi dari denah bangunan, material struktur dan bentuk atau sistem

struktur, harus ditentukan terlebih dahulu. Pemilihan ini akan mempengaruhi tahap

selanjutnya dari prosedur perencanaan struktur bangunan tahan gempa. Material-material

untuk struktur bangunan, mempunyai sifat atau karakteristik yang berlainan dalam

menerima pengaruh beban gempa yang bersifat dinamik, oleh karena itu meterial dari

struktur harus dipilih sedemikian rupa sehingga didapatkan sistem struktur yang ekonomis

dan cukup aman terhadap pengaruh beban-beban yang bekerja selama umur rencananya.

Yang perlu diperhatikan oleh seorang perencana struktur di dalam merancang

struktur tahan gempa adalah bahwa, bentuk atau konfigurasi struktur akan berpengaruh

terhadap respons statik maupun respons dinamik dari struktur, di dalam menerima beban

gempa. Jika suatu struktur mempunyai bentuk atau konfigurasi yang tidak menguntungkan

terhadap pengaruh gempa, maka struktur tersebut tidak akan mempunyai ketahanan yang

baik di dalam menerima beban gempa, meskipun elemen-elemen strukturalnya sudah

direncanakan tahan terhadap pengaruh gempa.

7.6.1 Material Struktur


Dari sudut pandang rekayasa sipil terhadap perencanaan struktur bangunan tahan

gempa, beberapa kriteria atau persyaratan yang harus dipunyai oleh material dari struktur

agar mampu untuk menahan pengaruh beban gempa adalah :

1. Perbandingan antara kekuatan dan berat dari material struktur, harus cukup

besar.

Karena beban gempa yang bekerja pada suatu struktur bangunan merupakan gaya

inersia yang besarnya dipengaruhi oleh berat atau massa struktur dan percepatan gempa,

maka akan lebih menguntungkan jika digunakan material konstruksi yang ringan tetapi

kuat, sehingga intensitas gaya gempa yang bekerja pada struktur dapat berkurang. Sebagai

contoh, material baja adalah material yang baik digunakan untuk struktur bangunan tahan

gempa, karena material ini mempunyai rasio perbandingan yang besar antara kekuatan dan

beratnya. Karena mempunyai kekuatan tekan dan kekuatan tarik yang tinggi, maka

elemen-elemen dari struktur baja, pada umumnya mempunyai dimensi penampang yang

lebih kecil dibandingkan dengan elemen-elemen dari struktur beton. Dengan dimensi

penampang yang kecil, akan menyebabkan berkurangnya berat sendiri dari struktur

bangunan. Struktur beton bertulang pada umumnya mempunyai berat sendiri yang besar,

sehingga beban gempa yang bekerja pada struktur bangunan relatif besar.

2. Material struktur harus mempunyai kemampuan untuk berdeformasi (bersifat

daktail).

Material struktur yang mempunyai kemampuan berdeformasi plastis serta

mempunyai sifat daktilitas yang tinggi, akan mempunyai ketahanan yang baik terhadap

pengaruh beban gempa yang bersifat bolak-balik, karena material struktur ini mempunyai

tingkat pemencaran energi gempa yang baik. Sifat daktilitas adalah kemampuan dari

material untuk mampu mengalami deformasi yang besar tanpa mengalami putus atau

mengalami kehancuran. Sifat daktilitas dapat membatasi besarnya gaya gempa yang

bekerja pada struktur. Semakin besar sifat daktilitas dari material yang digunakan pada

struktur, maka akan semakin besar pula tingkat pemencaran energi yang dipunyai oleh

sistem struktur tersebut, sehingga gaya gempa yang bekerja atau masuk ke dalam struktur

akan semakin kecil. Baja adalah material yang bersifat daktail, sedangkan beton tanpa

tulangan adalah material yang bersifat getas (tidak daktail). Sifat daktail dari beton didapat

dengan memasang tulangan-tulangan baja yang cukup pada elemen-elemen struktur beton.


3. Sifat degradasi kekuatan dan degradasi kekakuan dari material struktur, harus

cukup rendah.

Material-material struktur, khususnya material untuk elemen-elemen struktur yang

difungsikan menahan beban gempa, sedapat mungkin harus digunakan material yang

mempunyai sifat degradasi kekakuan serta degradasi kekuatan yang rendah di bawah

pengaruh beban gempa yang berulang. Degradasi adalah pengurangan kekuatan dan

kekakuan dari suatu material akaibat beban berulang. Material-material yang bersifat getas

atau material dengan tingkat daktilitas yang rendah, seperti dinding pasangan bata,

pasangan batu, atau material beton tanpa detail penulangan yang baik, tidak mempunyai

ketahanan yang baik terhadap pengaruh beban gempa yang arahnya bolak-balik. Material-

material ini mudah mengalami degradasi kekuatan dan degradasi kekakuan pada saat

terjadi gempa.

4. Keseragaman Kekuatan dan Kekakuan

Agar didapatkan respons dinamik yang baik dari struktur pada saat terjadi gempa.

maka perlu diusahakan agar konfigurasi dari sistem struktur yang meliputi ukuran dan

jenis material yang digunakan, harus mempunyai kekuatan serta kekakuan yang seragam,

baik dalam arah vertikal maupun arah horizontal bangunan. Pemisahan dari elemen-elemen

struktural yang dapat terjadi akibat pengaruh beban gempa harus dihindari. Sambungan

antara elemen-elemen struktural, harus direncanakan lebih kuat dari pada elemen-elemen

yang disambung, agar kerusakan struktur akibat gempa tidak terjadi pada sambungan.

5. Harga yang ekonomis.

Selain pertimbangan struktural, perencanaan struktur bangunan tahan gempa akan

ditentukan pula berdasarkan pertimbangan biaya yang tersedia. Oleh karena itu, di dalam

perencanaan struktur bangunan tahan gempa perlu diusahakan pemilihan material dengan

harga yang cukup ekonomis, tetapi dari segi struktural atau dari segi kekuatan dapat

dipertanggungjawabkan.

7.6.2 Jenis Struktur

Perilaku dari elemen-elemen struktur bangunan terhadap pengaruh gempa tidak

dapat dievaluasi hanya dari segi material saja. Faktor-faktor lain seperti kontinuitas


sambungan, keseragaman kekakuan, dan detail struktural, harus ikut pula diperhitungkan

di dalam mengevaluasi sistem struktur secara keseluruhan, agar tahan terhadap pengaruh

gempa. Dengan memperhatikan kriteria-kriteria di atas, secara umum tingkat ketahanan

suatu sistem struktur bangunan terhadap pengaruh beban gempa dapat diklasifikasikan

sebagai berikut :

1. Struktur Baja (Steel Structure)

Struktur baja sangat sesuai digunakan untuk bangunan bertingkat tinggi (highrise

building), karena material baja mempunyai kekuatan serta tingkat daktilitas yang tinggi

dibandingkan dengan material-material struktur lainnya. Sifat daktail diperlukan agar

struktur mampu mengalami deformasi atau perubahan bentuk secara daktail dengan cara

memencarkan energi gempa dan membatasi gaya gempa yang masuk ke dalam struktur.

Selain itu material baja mempunyai kekuatan tarik dan kekuatan tekan yang sama besar,

sehingga sangat sesuai digunakan sebagai elemen struktur yang memikul beban dinamik

yang berarah bolak-balik.

Material baja memenuhi kriteria 1 sampai dengan kriteria 4 seperti disebutkan di

atas. Di beberapa negara seperti Amerika dan Jepang, struktur baja tidak banyak

dipergunakan untuk struktur bangunan gedung tingkat rendah dan menengah (low–midlle

rise building), karena ditinjau dari segi biaya, penggunaan material baja untuk bangunan-

bangunan ini, tidak ekonomis.

2. Struktur Komposit (Composite Structure)

Struktur komposit merupakan struktur gabungan yang terdiri dari dua jenis material

atau lebih. Pada umumnya struktur komposit yang sering dipergunakan adalah kombinasi

antara baja struktural dengan beton bertulang. Di dalam menerima pembebanan gempa,

struktur komposit menunjukkan perilaku yang baik karena struktur ini mempunyai sifat-

sifat dari struktur baja dan struktur beton bertulang. Di Jepang, struktur komposit banyak

dipergunakan untuk struktur bangunan gedung tingkat menengah sampai bangunan gedung

tingkat tinggi.

3. Struktur Kayu (Wooden Structure)

Struktur kayu merupakan struktur dengan ketahanan yang cukup baik terhadap

pengaruh gempa, dan mempunyai harga yang ekonomis. Struktur kayu merupakan struktur


yang ringan dan mampu menyerap banyak energi gempa sebelum runtuh. Jadi struktur

kayu memenuhi kriteria 1 sampai dengan kriteria 5. Kelemahan dari struktur kayu ini

adalah tidak tahan terhadap kebakaran. Struktur kayu banyak dipergunakan untuk rumah

tinggal dan bangunan gedung tingkat rendah di daerah gempa.

4. Struktur Beton Bertulang (Reinforced Concrete Structure)

Struktur beton bertulang banyak digunakan untuk struktur bangunan tingkat rendah,

tingkat menengah sampai bangunan tingkat tinggi. Struktur beton bertulang merupakan

struktur yang paling banyak digunakan atau dibangun orang dibandingkan dengan jenis

struktur yang lainnya. Struktur beton bertulang lebih murah dan lebih monolit

dibandingkan dengan struktur baja maupun struktur komposit. Karena elemen-elemen dari

struktur beton bersifat monolit, maka struktur ini mempunyai perilaku yang baik di dalam

memikul beban gempa. Sebagai material struktur, beton bertulang tidak memenuhi kriteria

2 dan kriteria 3 seperti tersebut di atas. Untuk mengatasi hal ini , maka di dalam

perancangan struktur beton bertulang tahan gempa, perlu diperhatikan adanya detail

penulangan yang baik dan benar.

5. Struktur Beton Pracetak (Precast Concrete Structure)

Struktur beton dengan elemen-elemen struktural yang terbuat dari elemen-elemen

pracetak, umumnya digunakan untuk struktur bangunan gedung tingkat rendah sampai

tingkat menengah. Kelemahan daripada struktur beton pracetak ini adalah, struktur beton

pracetak bersifat kurang monolit dan kurang daktail dibandingkan dengan struktur beton

yang dicor di tempat, sehingga ketahanannya terhadap pengaruh gempa kurang baik.

Evaluasi terhadap respon statik maupun respon dinamik dari struktur beton pracetak

yang tersusun dari elemen-elemen pracetak berbentuk batang (balok atau kolom) lebih

sulit diperhitungkan, dibandingkan dengan struktur beton pracetak yang tersusun dari

elemen berbentuk panel (dinding atau pelat). Selain itu, tempat-tempat pada sambungan

antara elemen-elemen struktural pada umumnya merupakan bagian yang terlemah pada

sistem struktur, dan sering mengalami kerusakan atau kegagalan pada saat terjadi gempa.

6. Struktur Beton Prategang (Prestress Concrete Structure)

Penggunaan sistem prategang pada suatu elemen struktur beton, akan berakibat

kurang menguntungkan pada kemampuan berdeformasi dari sistem struktur tersebut secara


keseluruhan, dan akan mempengaruhi karakteristik respon dari struktur terhadap pengaruh

beban gempa. Elemen struktur beton prategang mempunyai sifat daktilitas yang lebih

rendah dibandingkan elemen struktur beton bertulang biasa, sehingga struktur beton

prategang mempunyai sifat penyerapan energi gempa yang kurang baik. Struktur beton

prategang digunakan pada struktur bangunan tingkat rendah dan dan struktur jembatan.

7. Struktur Pasangan Bata (Mansory Structure)

Struktur pasangan bata yang diperkuat, memenuhi kriteria 1 sampai dengan 3.

Struktur jenis ini juga memenuhi kriteria 5, yaitu harganya cukup ekonomis dibandingkan

dengan struktur-struktur lainnya. Ketahanan yang baik terhadap beban gempa dari struktur

ini dapat dicapai dengan melakukan prosedur perancangan serta pelaksanaan konstruksi

yang baik dan benar. misalnya dengan memasang perkuatan dari baja. Dibeberapa negara,

struktur pasangan bata yang diperkuat dengan profil atau tulangan baja, digunakan pada

bangunan tingkat rendah dan tingkat menengah.

7.6.3 Konfigurasi Struktur Bangunan

1. Sederhana dan Simetris

Denah dari struktur bangunan gedung harus diusahakan mempunyai bentuk yang

sederhana, kompak, dan simetris, agar mempunyai perilaku dan kinerja yang baik pada

saat terjadi gempa, serta mempunyai kekakuan yang besar terhadap pengaruh momen

puntir akibat gempa. Pengalaman dari banyak gempa di waktu yang lalu menunjukkan

bahwa, struktur–struktur bangunan dengan bentuk yang sederhana dan simetris seperti

bujursangkar, persegi panjang, atau lingkaran, mempunyai ketahanan yang paling baik

terhadap pengaruh gempa. Sebab utama dari hal ini adalah, pada bangunan berbentuk

simetris, perilaku dan respon dinamik struktur akibat pengaruh gempa dapat diperkirakan

dengan lebih baik serta lebih rendahnya tingkat daktilitas struktur yang diperlukan,

dibandingkan dengan struktur yang berbentuk tidak simetris, yang pada umumnya

menerima pengaruh momen puntir yang cukup besar pada saat terjadi gempa. Berhubung

dengan hal ini, maka hendaknya denah dari bangunan dibuat sesimetris mungkin dalam

kedua arah sumbu utama bangunan.

Pada struktur–struktur dengan bentuk denah yang tidak simetirs, serta pada struktur

yang mempunyai bagian–bagian yang menonjol seperti bentuk L, T, U, H,Y serta bentuk-

bentuk lain (Gambar 7-6), akibat pengaruh gempa, pada bagian–bagian ini kadang-kadang


akan runtuh terlebih dahulu diakibatkan adanya konsentrasi tegangan di daerah ini

(Gambar 7-7).

Gambar 7-6. Bentuk-bentuk struktur bangunan yang tidak beraturan

Gambar 7-7. Keruntuhan pada struktur dengan bentuk tidak beraturan

Pada struktur-struktur bangunan dengan konfigurasi denah seperti ini, perlu adanya

dilatasi gempa (seismic joint) untuk memisahkan bagian struktur yang menonjol dengan

struktur utamanya (Gambar 7.8). Dilatasi gempa harus mempunyai jarak yang cukup

(minimal 10 cm), agar bagian-bagian dari struktur yang dipisahkan tidak saling

berbenturan pada saat berlangsungnya gempa. Pada struktur dengan bentuk denah yang

panjang, mekanisme gaya gempa yang rumit dapat terjadi di dalam struktur. Untuk

mengatasi hal ini maka diperlukan juga adanya dilatasi gempa yang dipasang pada tempat-

tempat yang tepat (Gambar 7-9).


Gambar 7-8. Dilatasi gempa pada struktur dengan bentuk yang tidak beraturan

Gambar 7-9. Dilatasi gempa pada struktur dengan denah yang panjang

Respon dari sayap-sayap pada struktur bangunan gedung dengan tonjolan-tonjolan,

dapat berbeda dari respon struktur gedung tersebut secara keseluruhan, sehingga dapat

menimbulkan gaya-gaya setempat yang besar. Hal ini mungkin tidak dapat terungkap

dengan baik jika bangunan ini dianalisis dengan prosedur analisis statik. Karena itu di

dalam peraturan disyaratkan dilakukannya prosedur analisis dinamik untuk bangunan

gedung dengan konfigurasi denah yang tidak simetris.

Struktur dengan bentuk denah yang simetris, dimana pusat kekakuan (center of

stiffness) berimpit dengan pusat massa (center of mass) dari struktur, dapat menghilangkan

kemungkinan terjadinya deformasi torsi yang terjadi akibat beban gempa. Pada struktur

dengan denah bangunan yang tidak simetris, dimana terdapat eksentrisitas diantara pusat

kekakuan dan pusat massa, keruntuhan dari struktur dapat disebabkan oleh terjadinya

deformasi torsi yang berlebihan. Deformasi akibat torsi dan pembesaran gerakan gempa


akan terjadi lebih besar pada struktur dengan kekakuan torsi (torsinal rigidity ) yang kecil

(Gambar 7.10).

Gambar 7-10. Kekakuan torsi pada struktur bangunan : (a) Kekakuan torsi besar, (b) Kekakuan torsi kecil

2. Pengaruh Momen Puntir

Pengaruh dari momen puntir merupakan hal yang sulit untuk diperkirakan. Baik

getaran rotasi dari gempa maupun respon terhadapnya, hanya diketahui dengan sangat

terbatas, bila dibandingkan dengan apa yang telah diketahui mengenai getaran translasi.

Namun demikian pengaruh dari momen puntir ini tidak boleh diabaikan, karena momen

puntir telah menyebabkan keruntuhan dari banyak bangunan gedung akibat gempa di

waktu yang lalu, terutama pada sudut dan tonjolan-tonjolan struktur.

Karena sulit untuk memperkirakan pengaruh dari momen puntir akibat gempa pada

struktur bangunan, maka akan lebih baik kiranya bila perencana struktur berusaha untuk

membuat konfigurasi denah bangunan yang simetris atau mendekati simetris. Momen

puntir tingkat yang harus ditinjau dalam perencanaan unsur-unsur di dalam suatu tingkat

terdiri dari 2 bagian. Yang pertama adalah momen puntir tingkat yang diakibatkan oleh

adanya eksentrisitas, yang terdapat antara pusat massa dan pusat kekakuan dalam arah

tegak lurus pada arah gempa. Dan yang kedua adalah momen puntir tingkat tak terduga,

yang diperhitungkan dengan menganggap adanya eksentrisitas tambahan antara pusat

massa dan pusat kekakuan sebesar 5% dari lebar bangunan dalam arah tegak lurus gempa.

Eksentrisitas tambahan ini untuk memperhitungkan bermacam hal yang terduga seperti

penyimpangan dalam masa pelaksanaan, ketidaktelitian dalam perhitungan pusat

kekakuan, dan pengaruh gerakan tanah yang memuntir.

Pengaruh pembesaran akibat interaksi antara ragam-ragam puntir dan translasi dapat

diperhitungkan dengan mengalikan nilai eksentrisitas teoritis dengan faktor sebesar 1,5.

Unsur-unsur penahan momen puntir tingkat sebagai bagian dari sistem penahan gempa,

( a ) ( b )


hendaknya ditempatkan sepanjang keliling gedung dan jauh letaknya dari pusat

kekakuannya.

Contoh-contoh dimana pengaruh dari momen puntir dapat sangat membahayakan

adalah, pada bangunan gedung dengan bentuk struktur yang tidak beraturan, atau pada

gedung-gedung dengan inti struktur (core) yang terletak hanya pada salah satu tepi atau

sudut dari bangunan tersebut. Pada Gambar 7-11.a dan 7-11.b ditunjukkan denah struktur

bangunan yang mempunyai ketahanan yang cukup baik terhadap pengaruh torsi,

sedangkan pada Gambar 7-11.c dan 7-11.d ditunjukkan denah struktur bangunan yang

mempunyai ketahanan yang kurang baik tehadap pengaruh torsi.

Gambar 7-11. Penempatan komponen struktur (core) penahan beban gempa

a. & b. Core lerletak di tengah bangunan c. Core lateral terletak di dua sisi bangunan d. Core lateral terletak di satu sisi bangunan

Perlu diingat bahwa perilaku gerakan memuntir dapat menyebabkan pembagian yang

tidak merata dalam pemencaran energi gempa pada struktur. Sebagai akibatnya, untuk

tingkat daktilitas struktur yang sama, daktilitas elemen yang diperlukan dari bagian-bagian

tertentu dari struktur, dapat menjadi sangat besar dan berlebihan. Hal ini ditunjukkan pada

Gambar 7-12 yang memperlihatkan sebuah denah struktur gedung yang berotasi ( sampai

kedudukan menurut garis terputus-putus ) akibat momen puntir tingkat. Pada ujung sebelah

kiri dari gedung ini hanya terjadi simpangan yang kecil, sehingga daktilitas yang

diperlukan pada bagian ini adalah kecil. Sebaliknya pada ujung sebelah kanan, simpangan

yang terjadi cukup besar, sehingga daktilitas yang diperlukan di bagian ini lebih besar


pula. Tingkat daktilitas yang tidak merata pada suatu tingkat, akan menyebabkan distribusi

gaya gempa yang tidak merata pada tingkat tersebut. Distribusi beban gempa yang tidak

merata, akan menyebabkan kesulitan di dalam analisis struktur.

Kesimetrisan bentuk dari struktur bangunan merupakan kriteria dasar dari

perencanaan struktur bangunan gedung tahan gempa yang perlu diperhatikan oleh seorang

perencana struktur, selain kriteria lainnya seperti material dan sistem struktur,

keseragaman kekakuan tingkat, daktilitas struktur, serta detail penulangan.

Kesimetrisan dari bentuk merupakan kriteria mendasar untuk perencanaan struktur

bangunan gedung tahan gempa, yang perlu diperhatikan oleh seorang perencana struktur.

Kriteria-kriteria lainnya yang perlu diperhatikan adalah material dan sistem struktur,

keseragaman kekakuan tingkat, daktilitas struktur, serta detail penulangan. Kesimetrisan

bentuk struktur dapat mengurangi pengaruh momen torsi yang sangat sulit untuk

diperkirakan di dalam perhitungan. Beberapa bentuk dari konfigurasi struktur yang tidak

simetris, dapat disebabkan oleh pemasangan dari elemen-elemen struktur seperti dinding

atau kolom yang kurang tepat, sehingga pada saat terjadi gempa, akan tejadi deformasi

torsi yang sulit diperhitungkan di dalam analisis.

Gambar 7-12. Pengaruh momen puntir akibat gempa pada struktur bangunan

Pusat massa lantai tingkat suatu struktur gedung adalah titik tangkap resultante beban

mati berikut beban hidup yang sesuai, yang bekerja pada lantai tingkat itu. Pada

erencanaan struktur gedung, pusat massa adalah titik tangkap beban gempa statik

ekuivalen atau beban gempa dinamik. Pusat kekakuan atau pusat rotasi lantai tingkat suatu

struktur gedung adalah suatu titik pada lantai tingkat itu yang bila suatu beban horisontal

bekerja padanya, lantai tingkat tersebut tidak berotasi, tetapi hanya bertranslasi, sedangkan

Pusat Kekakuan

Pusat Massa

e V

B


lantai-lantai tingkat lainnya yang tidak mengalami beban horisontal semuanya berotasi dan

bertranslasi.

Antara pusat massa dan pusat kekakuan lantai tingkat harus ditinjau suatu

eksentrisitas rencana ed. Apabila ukuran horisontal terbesar denah struktur gedung pada

lantai tingkat itu, diukur tegak lurus pada arah pembebanan gempa, dinyatakan dengan B,

maka eksentrisitas rencana ed harus ditentukan sebagai berikut :

- Untuk 0 < e ≤ 0,3 B : ed = 1,5 e + 0,05 B atau ed = e – 0,05 B

dan dipilih diantara keduanya yang pengaruhnya paling menentukan untuk unsur atau

subsistem struktur gedung yang ditinjau.

- Untuk e > 0,3 b : ed = 1,33 e + 0,1 B atau ed = 1,17 e – 0,1 B

dan dipilih diantara keduanya yang pengaruhnya paling menentukan untuk unsur atau

subsistem struktur gedung yang ditinjau. Dalam perencanaan struktur gedung terhadap

pengaruh Gempa Rencana, eksentrisitas rencana ed antara pusat massa dan pusat kekakuan

lantai tingkat harus ditinjau baik dalam analisis statik, maupun dalam analisis dinamik 3

dimensi.

Unsur-unsur penahan beban gempa dari suatu struktur bangunan sejauh keadaan

memungkinkan, hendaknya diletakkan sesimetris mungkin terhadap pusat massa dari

struktur tersebut. Tonjolan-tonjolan pada denah struktur bangunan hendaknya dihindari.

Apabila hal ini tidak dapat dihindari dan panjang dari tonjolan-tonjolan dari struktur

melampaui 0,25 dari ukuran terbesar bagian utama dari denah strukturnya, maka struktur

demikian harus dianggap sebagai struktur dengan bentuk yang sangat tidak beraturan.

Agar didapat perilaku yang baik dari struktur pada saat terjadi gempa, dan analisis

struktur dapat dilakukan secara sederhana dengan analisis statik dua dimensi, maka

tonjolan-tonjolan yang ada pada struktur harus dibatasi.

Pada Gambar 7-13, diperlihatkan beberapa bentuk denah struktur bangunan dengan

tonjolan-tonjolan. Struktur-struktur ini harus dianggap sangat tidak beraturan apabila harga

k1 dan / atau k2 lebih besar dari 0,25 A atau 0,25 B. Pada struktur-struktur yang sangat

tidak beraturan, pengaruh beban gempa harus dianalisis berdasarkan analisis dinamik tiga

dimensi, termasuk peninjauan respon struktur terhadap puntir. Pengaruh dari tonjolan-

tonjolan struktur dapat ditiadakan dengan menempatkan dilatasi-dilatasi gempa di daerah

ini.


Gambar 7-13. Pembatasan denah atau tata letak struktur bangunan

3. Konfigurasi Vertikal Bangunan

Pada arah vertikal dari struktur bangunan gedung, perlu dihindari adanya perubahan

bentuk yang tidak menerus, seperti loncatan bidang muka akibat denah lantai tingkat yang

tidak sama, atau perubahan kekakuan dan kekuatan akibat perubahan dimensi kolom yang

mendadak dari suatu tingkat ke tingkat lainnya. Jika konfigurasi dari struktur dalam arah

vertikal tidak seragam dan menerus (Gambar 7.14), maka suatu gerakan getaran yang besar

akan terjadi pada tempat-tempat tertentu pada struktur. Pada kasus seperti ini, perlu

dilakukan prosedur analisis dinamis untuk mengetahui respons dari struktur.

Suatu struktur bangunan gedung yang mempunyai rasio antara tinggi (H) dan lebar

(B) yang besar (H/B>4), akan mengalami simpangan horizontal yang besar akibat

pengaruh beban gempa, karena struktur bangunan tidak mempunyai kekakuan lateral yang

cukup besar untuk menahan gaya horizontal akibat gempa. Meskipun simpangan

horizontal yang terjadi pada struktur bangunan dapat dikurangi dengan memasang

beberapa dinding geser (shear wall), tetapi momen guling yang terjadi pada struktur

akibat beban gempa, tetap akan berpengaruh pada stabilitas struktur.

Beban gempa dapat mengakibatkan momen guling yang besar pada struktur

bangunan. Akibat momen guling ini, maka pada kolom-kolom luar dan pondasi-pondasi

dari struktur bangunan akan bekerja gaya aksial tekan dan gaya aksial tarik yang cukup

besar (Gambar 7-15). Gaya tarik yang besar ini dapat mengakibatkan tertariknya pondasi

bangunan.

Kearah tinggi dari bangunan, sebaiknya kelangsingan dari bangunan gedung dibatasi

dengan perbandingan antara tinggi dan lebar bangunan. lebih kecil dari 4. Makin langsing

konfigurasi dari struktur bangunan, maka akan semakin besar tegangan-tegangan yang

terjadi pada kolom-kolom luar struktur, serta akan semakin besar gaya-gaya aksial dan


momen lentur yang harus didukung oleh pondasi. Hal ini perlu kiranya menjadi perhatian

bagi seorang perencana struktur.

Gambar 7-14. Perubahan bentuk struktur bangunan pada arah vertical

Gambar 7-15. Gaya tarik dan gaya tekan pada pondasi struktur

Dalam perancangan struktur bangunan tahan gempa, perlu dihindari adanya

perubahan kekuatan (strength) dan kekakuan (stiffness) yang mendadak pada arah vertikal

dari struktur. Jika pada struktur bangunan gedung terdapat suatu tingkat yang lemah (soft

storey), dimana kekakuan dan kekuatan dari suatu tingkat lebih rendah dibandingkan

dengan tingkat-tingkat yang berada di atas atau di bawahnya seperti diperlihatkan pada


Gambar 7-16, maka pada saat terjadi gempa kuat, tegangan dan deformasi plastis akan

terkonsentrasi pada tingkat ini, dan hal ini dapat mengakibatkan keruntuhan dari struktur.

Lantai tingkat yang lemah pada bangunan gedung bertingkat banyak, dapat

disebabkan karena tidak seragamnya tinggi kolom tingkat dari bangunan. Lantai tingkat

yang lemah terdapat juga pada bangunan gedung dengan lantai dasar yang terbuka tanpa

dinding penyekat, sedangkan lantai-lantai di atasnya tertutup penuh oleh dinding-dinding

penyekat.

Pada bangunan ini, lantai dasar yang terbuka umumnya digunakan sebagai tempat

parkir, karena terbatasnya lahan yang tersedia. Struktur bangunan dengan lantai tingkat

yang lemah sejauh keadaan memungkinkan harus dihindari, karena hal ini dapat

menyebabkan keruntuhan dari struktur pada tingkat ini akibat terbentuknya sendi-sendi

plastis di kolom.

Gambar 7-16. Lantai tingkat yang lemah ( soft storey ) pada gedung bertingkat

Untuk mendapatkan respon yang baik dari struktur, distribusi dari kekakuan

sepanjang tinggi bangunan harus direncanakan seragam dan menerus. Konsep ini sangat

berkaitan dengan prinsip kesederhanaan dan kesimetrisan. Struktur bangunan akan sangat

tahan terhadap pengaruh gempa, jika persyaratan-persyaratan di bawah ini dipenuhi :

� Distribusi dari kekakuan dan kekuatan sepanjang tinggi bangunan harus

seragam dan menerus.

� Semua kolom struktur dan dinding geser ( jika ada ), harus menerus dan

tanpa pemutusan dari atap sampai pondasi.


� Semua balok struktur harus berhubungan secara menerus.

� Balok-balok dan kolom-kolom struktur diusahakan mempunyai sumbu

yang sama.

� Penampang dari elemen-elemen struktur penahan gempa, tidak boleh

berubah bentuk secara tiba-tiba.

� Elemen-elemen struktur sedapat mungkin harus berhubungan secara

monolit.

Meskipun persyaratan di atas bukan merupakan persyaratan mutlak yang harus

dipenuhi oleh sistem struktur, tetapi telah terbukti dari pengalaman masa lalu bahwa

struktur-struktur yang direncanakan dengan mengacu pada persyaratan-persyaratan di atas,

mempunyai ketahanan yang baik terhadap pengaruh gempa, serta cukup ekonomis. Selain

itu, konsentrasi tegangan pada elemen-elemen struktur dan momen puntir yang besar dapat

dihindari.

Dimensi dari kolom-kolom struktur yang terdapat pada suatu tingkat, sebaiknya

mempunyai ukuran yang sama dan seragam. Jika pada suatu tingkat terdapat kolom-kolom

struktur dengan beberapa ukuran yang tidak seragam (kolom pendek dan kolom panjang),

maka gaya geser akibat gempa yang bekerja pada tingkat tersebut akan terkonsentrasi pada

kolom-kolom yang lebih kaku, yaitu kolom-kolom pendek. Konsentrasi gaya geser dapat

menyebabkan runtuhnya kolom pendek terlebih dahulu sebelum keruntuhan dari kolom

panjang terjadi.

Gambar 7-17 di bawah menunjukkan kolom-kolom dari suatu tingkat dengan ukuran

yang seragam (Tingkat-j), serta kolom-kolom dengan ukuran yang tidak seragam (

Tingkat-k ) yang terdapat pada suatu sistem struktur bangunan, serta perubahan yang

mendadak dari ukuran kolom dari suatu tingkat ke tingkat lain di atasnya.

Masalah penting lainnya dalam perencanaan struktur adalah terputusnya elemen-

elemen vertikal (kolom dan/atau dinding geser) penahan gempa (Gambar 7-18). Bila hal

ini terjadi maka meskipun analisis dan desain struktur menggunakan perhitungan dengan

komputer, tegangan-tegangan yang terjadi pada elemen-elemen struktur tidak dapat

dihitung secara akurat.


Gambar 7-17. Konfigurasi kolom-kolom tingkat pada struktur gedung.

Gambar 7-18. Soft storey pada struktur bangunan akibat terputusnya kolom.

4. Keseragaman Kekakuan Tingkat

Telah dibuktikan secara analitis dan terbukti dalam praktek pada banyak peristiwa

gempa, bahwa perubahan-perubahan yang menyolok dalam kekakuan di dalam elemen-

elemen struktural bangunan gedung, khususnya pada kolom-kolom struktur, akan

mengakibatkan terbentuknya mekanisme sendi plastik yang terbentuk pada kolom-kolom

struktur. Terbentuknya sendi-sendi plastik pada kolom- kolom struktur harus dihindari,

karena hal ini dapat menyebabkan keruntuhan dari struktur secara keseluruhan.

Dari hasil-hasil penelitian yang dilakukan oleh T. Kelly (New Zealand, Desembar

1977) terhadap struktur bangunan gedung 8 tingkat dari beton bertulang dengan kekakuan


tingkat yang tidak seragam, terungkap bahwa keruntuhan struktur sudah akan terjadi pada

pengaruh gempa yang tidak terlalu kuat, terlebih lagi jika pengaruh dari eksentrisitas-

eksentrisitas tambahan dari gaya-gaya aksial di dalam kolom ikut diperhitungkan

(Pengaruh P-Delta/P-δeffect). Pengaruh dari P-Delta akan menyebabkan terjadinya

momen-momen sekunder pada struktur.

Sistem struktur bangunan yang tidak menunjukkan keseragaman dalam kekakuan

tingkat dan/atau yang tingginya melampaui 40 meter, harus diperhitungkan terhadap

Pengaruh P-Delta. Yang dimaksudkan dengan kekakuan tingkat adalah perbandingan

antara berat lantai tingkat, dengan kekakuan lateral struktur tingkat di bawahnya.

Kekakuan tingkat adalah, gaya geser yang bila terjadi di dalam struktur tingkat itu,

akan menyebabkan satu satuan simpangan antar tingkat. Kekakuan tingkat suatu sistem

struktur dinyatakan tidak seragam, bila selisih perbandingan kekakuan tingkat tersebut

terhadap nilai rata-rata kekakuan tingkat untuk seluruh bangunan melampaui 25%.

Gambar 7-19. Sendi-sendi plastis terbentuk pada kolom struktur akibat kekakuan tingkat yang

tidak seragam ( soft storey effect ).

Kekakuan elemen-elemen struktur beton bertulang dari suatu bangunan, harus

dihitung berdasarkan sifat-sifat penampang yang ditentukan menurut pedoman beton.

Reduksi dari momen inersia penampang yang disebabkan oleh adanya retakan beton harus

ditinjau. Suatu pendekatan yang sederhana untuk portal-portal beton terbuka dan portal-


portal baja (komposit) dapat dilakukan dengan memperhitungkan momen inersia

penampang tersebut sebesar 75% dari momen inersia penampang utuh. Modulus elastisitas

beton harus diambil sesuai dengan mutu (kuat tekan) yang dipakai, sesuai dengan standar

Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Rumah dan Gedung (SNI 03-1726-2002),

sedangkan modulus elastisitas baja untuk menentukan besaran-besaran penampang

komposit, diambil sebesar E =210000 MPa.

5. Sistem Struktur Bangunan Gedung

a. Rangka Penahan Momen

Sistem struktur yang berbentuk rangka penahan momen (moment-resisting frame),

merupakan sistem struktur yang paling banyak digunakan. Pada struktur portal beton

bertulang, sistem Rangka Penahan Momen dapat berbentuk struktur portal yang dicor di

tempat (cast-in-place frame), atau struktur portal yang disusun oleh elemen-elemen

pracetak (precast frame). Sistem struktur portal beton yang dicor ditempat, dapat

berbentuk : sistem portal yang tersusun oleh elemen balok (beam) dan elemen kolom

(column), sistem portal yang tersusun oleh elemen pelat (flat slab) dan elemen kolom, dan

sistem portal yang tersusun oleh elemen pelat dan dinding pemikul beban (load bearing

wall). Pada struktur portal yang dicor ditempat, tidak diperlukan adanya sambungan

khusus dari elemen-elemen struktur. Sambungan elemen pada umumnya bersifat kaku dan

monolit. Pada struktur portal dengan elemen-elemen pracetak, umumnya digunakan

pengelasan untuk membuat sambungan antar elemen. Dalam hal ini sangat sulit untuk

mendapatkan kontinuitas dan keseragaman kekakuan dari struktur. Untuk menjamin

keruntuhan yang bersifat daktail dari struktur akibat pembebanan yang berulang,

dianjurkan untuk merancang bagian sambungan (joint) lebih kuat dari elemen-elemen yang

disambung.

b. Rangka Dengan Diafragma Vertikal

Jika kekuatan dan kekakuan dari suatu struktur portal tidak mencukupi untuk

mendukung beban-beban yang diperkirakan akan bekerja, khususnya beban-beban

horisontal akibat gempa, maka perlu dipasang dinding-dinding untuk memikul beban

dan/atau rangka pengaku (bracing). Bracing pada umumnya digunakan pada struktur portal

baja, tetapi jarang dipasang pada struktur portal beton karena kesulitan di dalam

pemasangannya. Dinding geser (shear wall) dan rangka pengaku berguna untuk


melindungi elemen-elemen nonstruktural dari keruntuhan akibat berkurangnya kekakuan

tingkat.

Gambar 7-20.b menunjukkan penggunaan dari dinding geser pada suatu struktur

rangka (load bearing shear wall), sedangkan Gambar 7-20.c menunjukkan penggunaan

dari dinding geser yang dikombinasikan dengan kolom-kolom dari struktur (shear wall

with columns). Gambar 7-20d menunjukkan suatu sistem struktural portal, dimana diantara

balok dan kolom struktur dipasang dnding untuk menahan beban (infilled shear walls).

Sedangkan Gambar 7-20e menunjukkan sistem rangka struktural dengan rangka pengaku

(braced frame). Ditinjau dari ketahanannya memikul beban gempa, shear wall with

columns dan infilled shear walls lebih kuat dibandingkan load bearing shear wall

.

Gambar 7-20. Sistem Struktur Bangunan Gedung : (a) Moment Resisting Frame, (b) Shear wall (c) Shear Wall With Column, (d) Infilled Shear Wall, (e) Braced Frame


Shear wall dan bracings yang berfungsi sebagai diafragma vertikal dari rangka

struktural, biasanya diletakkan pada dinding-dinding bagian dalam atau bagian luar dari

bangunan, atau dapat juga diletakkan pada core walls. Penempatan dari core walls harus

dipilih sedemikian rupa sehingga eksentrisitas antara pusat massa dan pusat kekakuan dari

struktur dapat seminimal mungkin. Core walls yang ada pada suatu struktur bangunan,

biasanya diletakkan pada tempat-tempat seperti diperlihatkan pada Gambar 7-11.

�

�

�

Perhitungan Beban Gempa Pada Bangunan Gedung VIII-1

Bab 8. Perhitungan Beban Gempa Pada Bangunan Gedung

8.1 Pendahuluan

Dengan adanya standar gempa Indonesia yang baru yaitu Perencanaan Ketahanan

Gempa Untuk Struktur Rumah dan Gedung (SNI 03-1726-2002), hal ini menekankan tidak

berlakunya lagi standar gempa yang lama yaitu SNI 03-1726-1989. Hal ini penting karena

menurut standar yang baru ini, Gempa Rencana untuk perhitungan beban gempa pada

struktur bangunan gedung, mempunyai periode ulang 500 tahun, sedangkan menurut

standar yang lama periode ulang tersebut hanya 200 tahun. Seperti diketahui, semakin

panjang periode ulang suatu gempa, akan semakin besar juga pengaruh gempa tersebut

pada struktur bangunan. Di samping itu, di dalam standar yang baru ini diberikan juga

definisi baru mengenai jenis tanah yang berbeda dengan yang tercantum dalam standar

yang lama.

Dengan demikian, jelas standar yang lama tidak dapat dipakai lagi untuk

perencanaan. Meskipun demikian, struktur bangunan gedung yang sudah ada yang

ketahanan gempanya telah direncanakan berdasarkan standar lama, ketahanan tersebut

pada umumnya masih cukup memadai. Untuk hal ini dapat dikemukakan beberapa alasan.

Pertama, faktor reduksi gempa R menurut standar lama adalah relatif lebih kecil dari pada

menurut standar yang baru. Misalnya untuk struktur yang direncanakan bersifat daktail

penuh, menurut standar lama besarnya faktor reduksi gempa R = 6, sedangkan menurut

standar yang baru R = 8,5, sehingga untuk periode ulang gempa yang berbeda beban

gempa yang harus diperhitungkan menurut standar lama dan standar baru saling

mendekati. Kedua, dengan definisi jenis tanah yang baru. Banyak jenis tanah yang menurut

standar lama termasuk jenis tanah lunak, menurut standar baru termasuk jenis tanah

sedang, sehingga beban gempa yang perlu diperhitungkan lebih saling mendekati lagi.

Ketiga, bangunan gedung yang sudah ada telah menjalani sebagian dari umur rencananya,

sehingga dengan risiko yang sama terjadinya keruntuhan struktur bangunan gedung dalam

sisa umur rencananya, beban gempa yang harus diperhitungkan menjadi relatif lebih

rendah dari pada menurut standar yang baru untuk bangunan gedung baru.

Meskipun menggunakan periode ulang gempa yang berbeda, tetapi baik standar

gempa yang lama maupun standar gempa yang baru menggunakan falsafah perencanaan

ketahanan gempa yang sama, yaitu bahwa akibat gempa yang kuat, struktur bangunan


dapat mengalami kerusakan yang berat tetapi tidak diperkenankan untuk runtuh, hal ini

dapat mencegah jatuhnya korban manusia. Sedangkan akibat gempa ringan sampai gempa

sedang, kenyamanan penghunian tetap terjamin, kerusakan yang terjadi masih dapat

diperbaiki dan pelayanan dari fungsi bangunan tetap dapat berjalan.

Untuk memberikan gambaran mengenai standar gempa yang baru di bawah ini

diberikan contoh perhitungan beban gempa pada bangunan gedung dengan menggunakan

Metode Analisis Statik Ekuivalen. Prosedur perhitungan mengacu pada buku standar

Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Rumah dan Gedung (SNI 03-1726-2002)

atau sering disebut SNI Gempa 2002.

8.2 Denah dan Konfigurasi Struktur

Pada contoh perhitungan ini, akan dihitung besarnya distribusi gaya gempa yang

diperkirakan akan bekerja pada suatu struktur bengunan gedung perkantoran bertingkat 5

yang akan dibangun di kota Semarang. Denah bangunan diperlihatkan pada Gambar 8-1,

dimana untuk Lantai 1 sampai dengan Lantai 5 mempunyai denah yang tipikal.

Konfigurasi portal dari struktur bangunan pada kedua arah sumbu utama bangunan

diperlihatkan Gambar 8-2. Distribusi beban gempa akan dihitung untuk masing-masing

arah sumbu utama dari bangunan (arah sumbu X dan sumbu Y).

Gambar 8-1. Denah struktur bangunan gedung

5 m

5 m

5 m

X

Dinding Pasangan Bata Y

5 m 5 m 5 m 5 m


Gambar 8-2. Konfigurasi sistem portal arah X dan portal arah Y

Ketebalan pelat atap (lantai 5) dari bangunan 10 cm, dan tebal pelat lantai 1 sampai

dengan adalah 12 cm. Ukuran seluruh balok yang digunakan adalah 30/45 cm, dan ukuran

seluruh kolom struktur adalah 45/45 cm (tipikal). Tinggi antar tingkat dari bangunan 3,6 m,

di sekeliling dinding luar dari bangunan, terdapat pasangan tembok batu bata. Beban hidup

yang bekerja pada pelat atap diperhitungkan sebesar 100 kg/m2, dan pada pelat lantai

sebesar 250 kg/m2. Berat jenis beton 2400 kg/m3 dan modulus elastisitas beton E = 200000

kg/cm2.

Karena bangunan gedung termasuk bangunan bertingkat rendah (low rise building),

dan kota Jogjakarta terletak pada wilayah kegempaan sedang (terletak di Wilayah Gempa

4 pada peta kegempaan Indonesia ), maka sistem struktur akan direncanakan menggunakan

portal beton bertulang yang bersifat elastis (tidak daktail).

Pengaruh beban gempa pada bangunan gedung dapat dianalisis dengan menggunakan

metode analisis statik atau analisis dinamik. Untuk bangunan gedung dengan bentuk yang

beraturan, pembebanan gempa nominal akibat pengaruh Gempa Rencana dapat dianggap

sebagai beban-beban gempa nominal statik ekuivalen yang bekerja pada pusat massa

5m 5m 5m 5m

30/45

45/45

45/45

30/45

3,6m

3,

6m

3,6m

3,

6m

3,6m

Portal arah-X :

5m 5m 5m

30/45

45/45

45/45

30/45

Portal arah-Y :


lantai-lantai tingkat. Pengaruh beban-beban gempa nominal statik ekuivalen pada

bangunan gedung dapat dianalisis dengan Metoda Analisis Statik Ekuivalen.

Struktur bangunan gedung dengan bentuk yang beraturan pada umumnya simetris

dalam denah, dengan sistem struktur yang terbentuk oleh subsistem-subsistem penahan

beban lateral yang arahnya saling tegak lurus dan sejajar dengan sumbu-sumbu utama

ortogonal denah tersebut. Apabila untuk analisis 3D sumbu-sumbu koordinat diambil

sejajar dengan arah sumbu-sumbu utama denah struktur, kemudian dilakukan analisis

getaran bebas, maka pada struktur bangunan gedung beraturan gerak ragam pertamanya

akan dominan dalam translasi pada arah salah satu sumbu utamanya, sedangkan gerakan

ragam keduanya akan dominan dalam translasi pada arah sumbu utama lainnya. Dengan

demikian, struktur 3D dari bangunan gedung dengan bentuk yang beraturan akan

berperilaku sebagai struktur 2D pada masing-masing arah sumbu utamanya.

Berhubung struktur bangunan gedung dengan bentuk beraturan pada arah masing-

masing sumbu utamanya berperilaku sebagai struktur 2D, maka waktu getar alami

fundamentalnya pada arah masing-masing sumbu utamanya dapat dihitung dengan rumus

Rayleigh yang berlaku untuk struktur 2D. Rumus Rayleigh diturunkan dari hukum

kekekalan energi pada suatu struktur 2D yang melendut pada saat bergetar. Dengan

menyamakan energi potensial struktur dengan energi kinetiknya, akan didapatkan waktu

getar alami dari struktur.

Berdasarkan SNI Gempa 2002, struktur bangunan gedung beraturan harus memenuhi

beberapa persyaratan sbb. :

- Tinggi struktur gedung diukur dari taraf penjepitan lateral tidak lebih dari 10 tingkat

atau 40 m.

- Denah struktur gedung adalah persegi panjang tanpa tonjolan dan kalaupun mempunyai

tonjolan, panjang tonjolan tersebut tidak lebih dari 25% dari ukuran terbesar denah

struktur gedung pada arah tonjolan tersebut

- Denah struktur gedung tidak menunjukkan coakan sudut dan kalaupun mempunyai

coakan sudut, panjang sisi coakan tidak lebih dari 15% dari ukuran terbesar denah

struktur gedung pada arah sisi coakan tersebut

- Sistem struktur gedung tidak menunjukkan loncatan bidang muka dan kalaupun

mempunyai loncatan bidang muka, ukuran dari denah struktur bagian gedung yang

menjulang pada masing-masing arah, tidak kurang dari 75% dari ukuran terbesar denah

struktur bagian gedung sebelah bawahnya. Dalam hal ini, struktur rumah atap yang


tingginya tidak lebih dari 2 tingkat tidak perlu dianggap menyebabkan adanya loncatan

bidang muka.

- Sistem struktur gedung memiliki kekakuan lateral yang beraturan, tanpa adanya tingkat

lunak. Yang dimaksud dengan tingkat lunak suatu tingkat, dimana kekuatan lateralnya

adalah kurang dari 70% kekuatan lateral tingkat di atasnya atau kurang dari 80%

kekuatan lateral rata-rata 3 tingkat diatasnya. Dalam hal ini, yang dimaksud dengan

kekakuan lateral suatu tingkat adalah gaya geser yang bila bekerja di tingkat itu

menyebabkan satu satuan simpangan antar tingkat.

- Sistem struktur gedung memiliki berat lantai tingkat yang beraturan, artinya setiap

lantai tingkat memiliki berat yang tidak lebih dari 150% dari berat lantai tingkat di

atasnya atau dibawahnya.

- Sistem struktur gedung memiliki unsur-unsur vertikal dari sistem penahan beban lateral

yang menerus, tanpa perpindahan titik beratnya, kecuali bila perpindahan tersebut tidak

lebih dari setengah ukuran unsur dalam arah perpindahan tersebut.

- Sistem struktur gedung memiliki lantai tingkat yang menerus, tanpa lubang atau

bukaan yang luasnya lebih dari 50% luas seluruh lantai tingkat. Kalaupun ada lantai

tingkat dengan lubang atau bukaan seperti itu, jumlahnya tidak boleh melebihi 20%

dari jumlah lantai tingkat seluruhnya.

Dengan mengacu pada ketentuan-ketentuan di atas dan berdasarkan denah serta

konfigurasi bangunan yang ada, gedung perkantoran yang akan dianalisis merupakan

struktur bangunan gedung dengan bentuk yang beraturan. Dengan demikian, pengaruh

gempa pada bangunan ini dapat ditinjau sebagai pengaruh beban gempa statik ekuivalen,

dan analisisnya dapat dilakukan dengan metode analisis statik.

Apabila struktur bangunan gedung tidak memenuhi ketentuan-ketentuan yang

ditetapkan di atas, maka struktur tersebut termasuk struktur bangunan gedung dengan

bentuk tidak beraturan. Untuk struktur bangunan gedung dengan bentuk tidak beraturan,

pengaruh gempa harus dianalisis secara dinamik. Analisis dinamik struktur terhadap

pengaruh gempa dapat dilakukan dengan Metode Analisis Ragam, dimana pada metode ini

respons terhadap gempa dinamik merupakan superposisi dari respons dinamik sejumlah

ragamnya yang berpartisipasi. Analisis respon dinamik dari struktur dapat dilakukan

dengan menggunakan software ETABS, SAP, atau SANS.


Dari hasil penyelidikan tanah, susunan lapisan tanah di bawah bangunan gedung terdiri

dari 4 lapisan, dengan karakteristik tanah, seperti pada Gambar 8.3. Kondisi jenis tanah

dapat ditentukan dengan menghitung nilai rata-rata berbobot kekuatan geser tanah (S u )

dari lapisan tanah yang terdapat di bawah bangunan.

Gambar 8-3. Karakteristik lapisan tanah di bawah bangunan

8.3 Perhitungan Beban Gempa Pada Bangunan Gedung

8.2.1 Perhitungan Berat Bangunan (Wt)

Karena besarnya beban gempa sangat dipengaruhi oleh berat dari struktur bangunan,

maka perlu dihitung berat dari masing-masing lantai bangunan. Berat dari bangunan dapat

berupa beban mati yang terdiri dari berat sendiri material-material konstruksi dan elemen-

elemen struktur, serta beban hidup yang diakibatkan oleh hunian atau penggunaan

bangunan. Karena kemungkinan terjadinya gempa bersamaan dengan beban hidup yang

bekerja penuh pada bangunan adalah kecil, maka beban hidup yang bekerja dapat direduksi

besarnya. Berdasarkan standar pembebanan yang berlaku di Indonesia, untuk

memperhitungkan pengaruh beban gempa pada struktur bangunan gedung, beban hidup

yang bekerja dapat dikalikan dengan faktor reduksi sebesar 0,3.

�1 = 1,76 t/m3

Ø1= 22o c1=0,20 kg/cm2

�2 = 1,80 t/m3

Ø2= 20o c2=0,10 kg/cm2

� 3 = 1,80 t/m3

Ø3= 25o c3=0,15kg/cm2

�4 = 1,60 t/m3

Ø4= 18o c4=0,10 kg/cm2

h1 =4m

h2 =3m

h3 =4m

h4 =3m

Keterangan :

� : Berat jenis tanah Ø : Sudut geser tanah c : Kohesi tanah h : Tebal lapisan tanah

Lapisan Tanah Keras


Berat Lantai 5.

Beban Mati (Wm) :

- Pelat atap = 20.15.0,12.2400 = 86400

- Balok = (4.20 + 5.15). 0,3. 0,33.2400 = 36828

- Kolom = 20.1,8.0,45.0,45.2400 = 17496

- Dinding = 85.1,8.250 = 31500

- Plafond = 20.15.50 = 15000

Wm = 187224 kg

Beban Hidup (Wh) :

- qh atap = 100 kg/m2

- Koefisien reduksi = 0,3

- Wh = 0,3.(20.15.100) = 9000 kg

Berat total lantai 5 : W5 =Wm + Wh = 187224 + 9000 = 196224 kg

Berat lantai 4

Beban Mati (Wm) :

- Pelat lantai = 20.15.0,12.2400 = 86400

- Balok = (4.20 + 5.15). 0,3. 0,33.2400 = 36828

- Kolom = 20.3,6.0,45.0,45.2400 = 34992

- Dinding = 70.3,6.250 = 63000

- Plafond = 20.15.50 = 15000

- Spesi = 20.15.21 = 6300

- Tegel = 20.15.24 = 7200

Wm = 249720 kg

Beban Hidup (Wh) :

- qh lantai = 250 kg/m2

- Koefisien reduksi = 0,3

- Wh = 0,3.(20.15.250) = 22500 kg

Berat total lantai 4 : W4 =Wm + Wh = 249720 + 22500 = 272220 kg

Berat lantai 3, 2, dan 1 sama dengan berat lantai 4

Berat total bangunan : Wt = W1 + W2 + W3 + W4 + W5

= 4(272220) + 196224 = 1285104 kg = 1285,104 ton


8.3.2 Waktu Getar Empiris Struktur (TE)

Karena besarnya beban gempa belum diketahui, maka waktu getar dari struktur

belum dapat ditentukan secara pasti. Untuk perencanaan awal, waktu getar dari bangunan

gedung pada arah X (TEx) dan arah Y (TEy) dihitung dengan menggunakan rumus empiris :

TEx = TEy = 0,06 . H0,75 (dalam detik)

Pada rumus di atas, H adalah tinggi bangunan (dalam meter). Untuk H = 5.3,6 = 18m,

periode getar dari bangunan adalah TEx = TEy = 0,06.(18)0,75 = 0,524 detik. Waktu getar

struktur yang didapat dari rumus empiris ini perlu diperiksa terhadap waktu getar

sebenarnya dari struktur yang dihitung dengan rumus Rayleigh

8.3.3 Faktor Keutamaan Struktur (I)

Menurut SNI Gempa 2002, pengaruh Gempa Rencana harus dikalikan dengan suatu

Faktor Keutamaan (I) menurut persamaan :

I = I1.I2

Dimana I1 adalah Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa berkaitan

dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa selama umur rencana dari gedung.

Sedangkan I2 adalah Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan umur rencana dari gedung

tersebut. Faktor-faktor Keutamaan I1, I2 dan I ditetapkan menurut Tabel 8.1.

Besarnya beban Gempa Rencana yang direncanakan untuk berbagai kategori

bangunan gedung, tergantung pada probabilitas terjadinya keruntuhan struktur bangunan

selama umur rencana yang diharapkan. Karena gedung perkantoran merupakan bangunan

yang memiliki fungsi biasa, serta dengan asumsi probabilitas terjadinya gempa tersebut

selama kurun waktu umur gedung adalah 10%, maka berlaku I1 = 1,0.

Gedung-gedung dengan jumlah tingkat sampai 10, karena berbagai alasan dan tujuan

pada umumnya mempunyai umur kurang dari 50 tahun, sehingga I2 < 1 karena periode

ulang gempa tersebut adalah kurang dari 500 tahun. Gedung-gedung dengan jumlah tingkat

lebih dari 30, monumen dan bangunan monumental, mempunyai masa layan yang panjang,

bahkan harus dilestarikan untuk generasi yang akan datang, sehingga I2 > 1 karena periode

ulang gempa tersebut adalah lebih dari 500 tahun. Pada contoh ini, bangunan perkantoran


direncanakan mempunyai umur rencana 50 tahun, dengan demikian I2 = 1. Untuk

bangunan gedung perkantoran dari Tabel 8.1 didapatkan harga Faktor Keutamaan I = 1.

Tabel 8-1. Faktor Keutamaan untuk berbagai kategori gedung dan bangunan

Faktor Keutamaan Kategori gedung

I1 I2 I Gedung umum seperti untuk penghunian, perniagaan dan perkantoran.

1,0 1,0 1,0

Monumen dan bangunan monumental 1,0 1,6 1,6

Gedung penting pasca gempa seperti rumah sakit, instalasi air bersih, pembangkit tenaga listrik, pusat penyelamatan dalam keadaan darurat, fasilitas radio dan televise

1,4 1,0 1,4

Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya seperti gas, produk minyak bumi, asam, bahan beracun.

1,6 1,0 1,6

Cerobong, tangki di atas menara 1.5 1,0 1,5

8.3.4 Faktor Reduksi Gempa (R)

Jika Ve adalah pembebanan maksimum akibat pengaruh Gempa Rencana yang dapat

diserap oleh struktur bangunan gedung yang bersifat elastik penuh dalam kondisi di

ambang keruntuhan, dan Vn adalah pembebanan gempa nominal akibat pengaruh Gempa

Rencana yang harus ditinjau dalam perencanaan struktur bangunan gedung, maka berlaku

hubungan sebagai berikut :

RVe

Vn =

R disebut Faktor Reduksi Gempa yang besarnya dapat ditentukan menurut persamaan :

1,6 ≤ R = µ f1 ≤ Rm

Pada persamaan di atas, f1 adalah Faktor Kuat Lebih Beban dan Bahan yang terkandung di

dalam sistem struktur, dan µ (mu) adalah Faktor Daktilitas Struktur bangunan gedung.

Faktor Daktilitas Struktur adalah perbandingan/rasio antara simpangan maksimum dari

struktur gedung akibat pengaruh Gempa Rencana pada saat mencapai kondisinya di

ambang keruntuhan, dengan simpangan struktur gedung pada saat terjadinya pelelehan


yang pertama pada elemen struktur. Rm adalah Faktor Reduksi Gempa yang maksimum

yang dapat dikerahkan oleh sistem struktur yang bersangkutan. Pada Tabel 8.2

dicantumkan nilai R untuk berbagai nilai µ yang bersangkutan, dengan ketentuan bahwa

nilai µ dan R tidak dapat melampaui nilai maksimumnya.

Tabel 8-2. Parameter Daktilitas Struktur Gedung

Taraf kinerja struktur gedung µ R Elastis penuh 1,0 1,6

Daktail parsial

1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

2,4 3,2 4,0 4,8 5,6 6,4 7,2 8,0

Daktail penuh 5,3 8,5

Nilai Faktor Daktilitas Struktur (µ) di dalam perencanaan struktur bangunan gedung

dapat dipilih menurut kebutuhan, tetapi harganya tidak boleh diambil lebih besar dari nilai

Faktor Daktilitas Maksimum µm yang dapat dikerahkan oleh masing-masing sistem atau

subsistem struktur gedung. Pada Tabel 8-3 ditetapkan nilai µm dari beberapa jenis sistem

dan subsistem struktur gedung, berikut Faktor Reduksi Maksimum Rm yang bersangkutan.

Bangunan gedung perkantoran pada contoh di atas direncanakan sebagai Sistem

Rangka Pemikul Momen. Sistem struktur ini pada dasarnya memiliki rangka ruang

pemikul beban gravitasi secara lengkap, dimana beban lateral dipikul rangka pemikul

momen terutama melalui mekanisme lentur. Dari Tabel 8-3, untuk sistem rangka pemikul

momen biasa dari beton bertulang harga Faktor Daktilitas Maksimum µm = 2,1 dan Faktor

Reduksi Gempa Maksimum Rm = 3,5. Untuk struktur bangunan gedung yang direncanakan

beperilaku elastis penuh pada saat terjadi Gempa Rencana, dari Tabel 8-2 didapat harga µ

= 1 dan R = 1,6.


Tabel 8-3. Faktor Daktilitas Maksimum (µm), Faktor Reduksi Gempa Maksimum (Rm), Faktor Tahanan Lebih Struktur (f1) beberapa jenis sistem/subsistem struktur gedung

Sistem dan subsistem struktur gedung Uraian sistem pemikul beban gempa

µm

Rm

f1

1. Dinding geser beton bertulang 2,7 4,5 2,8 2. Dinding penumpu dengan rangka baja

ringan dan bresing tarik 1,8 2,8 2,2

3. Rangka bresing di mana bresingnya memikul beban gravitasi

a. Baja 2,8 4,4 2,2

1. Sistem dinding penumpu (Sistem struktur yang tidak memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Dinding penumpu atau sistem bresing memikul hampir semua beban gravitasi. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing)

b. Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6) 1,8 2,8 2,2

1. Rangka bresing eksentris baja (RBE) 4,3 7,0 2,8 2. Dinding geser beton bertulang 3,3 5,5 2,8 3. Rangka bresing biasa a. Baja 3,6 5,6 2,2 b. Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5

& 6) 3,6 5,6 2,2

4. Rangka bresing konsentrik khusus a. Baja 4,1 6,4 2,2 5. Dinding geser beton bertulang berangkai

daktail 4,0 6,5 2,8

6. Dinding geser beton bertulang kantilever daktail penuh 3,6 6,0 2,8

2. Sistem rangka gedung (Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing)

7. Dinding geser beton bertulang kantilever daktail parsial 3,3 5,5 2,8

1. Rangka pemikul momen khusus (SRPMK) a. Baja 5,2 8,5 2,8 b. Beton bertulang 5,2 8,5 2,8 2. Rangka pemikul momen menengah beton

(SRPMM) 3,3 5,5 2,8

3. Rangka pemikul momen biasa (SRPMB) a. Baja 2,7 4,5 2,8 b. Beton bertulang 2,1 3,5 2,8

3. Sistem rangka pemikul momen (Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul rangka pemikul momen terutama melalui mekanisme lentur)

4. Rangka batang baja pemikul momen khusus (SRBPMK) 4,0 6,5 2,8

1. Dinding geser a. Beton bertulang dengan SRPMK beton


b. Beton bertulang dengan SRPMB saja 2,6 4,2 2,8 c. Beton bertulang dengan SRPMM beton


2. RBE baja a. Dengan SRPMK baja 5,2 8,5 2,8 b. Dengan SRPMB baja 2,6 4,2 2,8 3. Rangka bresing biasa a. Baja dengan SRPMK baja 4,0 6,5 2,8 b. Baja dengan SRPMB baja 2,6 4,2 2,8 c. Beton bertulang dengan SRPMK beton

bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6) 4,0 6,5 2,8

4. Sistem ganda (Terdiri dari : 1) rangka ruang yang memikul seluruh beban gravitasi; 2) pemikul beban lateral berupa dinding geser atau rangka bresing dengan rangka pemikul momen. Rangka pemikul momen harus direncanakan secara terpisah mampu memikul sekurang-kurangnya 25% dari seluruh beban lateral; 3) kedua sistem harus direncanakan untuk memikul secara bersama-sama seluruh beban lateral dengan memperhatikan interaksi/sistem ganda)

d. Beton bertulang dengan SRPMM beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6) 2,6 4,2 2,8

4. Rangka bresing konsentrik khusus a. Baja dengan SRPMK baja 4,6 7,5 2,8

b. Baja dengan SRPMB baja 2,6 4,2 2,8


5. Sistem struktur gedung kolom kantilever (Sistem struktur yang memanfaatkan kolom kantilever untuk memikul beban lateral)

Sistem struktur kolom kantilever 1,4 2,2 2

6. Sistem interaksi dinding geser dengan rangka

Beton bertulang biasa (tidak untuk Wilayah 3, 4, 5 & 6) 3,4 5,5 2,8

1. Rangka terbuka baja 5,2 8,5 2,8 2. Rangka terbuka beton bertulang 5,2 8,5 2,8 3. Rangka terbuka beton bertulang dengan

balok beton pratekan (bergantung pada indeks baja total)

3,3 5,5 2,8

4. Dinding geser beton bertulang berangkai daktail penuh 4,0 6,5 2,8

7. Subsistem tunggal (Subsistem struktur bidang yang membentuk struktur gedung secara keseluruhan)

5. Dinding geser beton bertulang kantilever daktail parsial 3,3 5,5 2,8

8.3.5 Jenis Tanah Dasar

Menurut SNI Gempa 2002, jenis tanah ditetapkan sebagai Tanah Keras, Tanah

Sedang dan Tanah Lunak, apabila untuk lapisan setebal maksimum 30 m paling atas

dipenuhi syarat-syarat yang tercantum dalam Tabel 8-4, sebagai berikut :

Tabel 8-4. Jenis-Jenis Tanah

Jenis tanah

Kecepatan rambat gelombang geser

rata-rata v s (m/det)

Nilai hasil Test Penetrasi Standar

rata-rata N

Kuat geser niralir rata-rata S u (kPa)

Tanah Keras v s ≥ 350 N ≥ 50 S u ≥ 100

Tanah Sedang 175 ≤ v s < 350 15 ≤ N < 50 50 ≤ S u < 100

v s < 175 N < 15 S u < 50 Tanah Lunak

Atau, setiap profil dengan tanah lunak yang tebal total lebih dari 3 m dengan PI > 20, wn ≥ 40% dan Su < 25 kPa

Tanah Khusus Diperlukan evaluasi khusus di setiap lokasi

Dalam Tabel 8-4, v s, N dan S u adalah nilai rata-rata berbobot besaran tersebut dengan

tebal lapisan tanah sebagai besaran pembobotnya. PI adalah Indeks Plastisitas tanah

lempung. wn adalah kadar air alami tanah, dan Su adalah kuat geser niralir lapisan tanah

yang ditinjau. Untuk data tanah seperti pada Gambar 8-3, besarnya kekuatan geser tanah

(Su) untuk setiap lapisan, dapat dihitung dengan rumus shear strenght of soil :

s = c + � h tan Ø


Nilai kekuatan geser untuk setiap lapisan tanah dihitung sebagai berikut :

Lapis 1 : Su1 = 0,20 + ( 0,00176 . 400 ). tan 22 = 0,484 kg/cm2

Lapis 2 : Su2 = 0,10 + ( 0,00180 . 300 ). tan 20 = 0,296 kg/cm2

Lapis 3 : Su3 = 0,15 + ( 0,00180 . 400 ). tan 25 = 0,486 kg/cm2

Lapis 4 : Su4 = 0,10 + ( 0,00160 . 300 ). tan 18 = 0,256 kg/cm2

Kekuatan geser niralir rata-rata (S u) :

S u = ( Su1.h1 + Su2.h2 + Su3.h3 + Su4.h4 ) / (h1 + h2 + h3 + h4)

= ( 0,484.400 + 0,296.300 + 0,486.400 + 0,256.300 )/( 400+300+400+300 )

= 553,6/1400 = 0,395 kg/cm2 = 39,5 kPa

Dari Tabel 8-4, untuk nilai kekuatan geser niralir rata-rata (S u) = 39,5 kPa < 50 kPa, maka

jenis tanah di atas merupakan tanah lunak.

8.3.6 Faktor Respon Gempa (C)

Setelah dihitung waktu getar dari struktur bangunan pada arah-X (Tx) dan arah-Y

(Ty), maka harga dari Faktor Respon Gempa C dapat ditentukan dari Diagram Spektrum

Respon Gempa Rencana (Gambar 8-4).

Gambar 8-4. Spektrum Respon Gempa Rencana untuk Wilayah Gempa 4

0,6

0,24

0,34

0,28

0 0,2 0,5 0,75

0,60

2,0 3,0

0,33 C = (tanah sedang) T

Wilayah Gempa 4

C

T

0,70

0,85 0,85 C = (tanah lunak) T

0,23 C = (tanah keras) T


Untuk Wilayah Gempa 4 dan jenis tanah di bawah bangunan merupakan tanah lunak,

maka untuk waktu getar TEx = TEy = 0,524 detik, dari Diagram Spektrum Respon Gempa

Rencana didapatkan harga C = 0,85.

8.3.7 Beban Geser Dasar Nominal Akibat Gempa

Beban geser dasar nominal horisontal akibat gempa yang bekerja pada struktur

bangunan gedung, dapat ditentukan dari rumus :

V = t WR

I C

Dengan menggunakan rumus di atas, didapatkan beban geser dasar dalam arah-X (Vx) dan

arah-Y (Vy) adalah :

Vx = Vy = 1285,104 1,6

1 . 0,85 = 682,7 ton

Beban Geser Dasar Nominal (V) harus didistribusikan di sepanjang tinggi struktur

bangunan gedung menjadi beban-beban gempa statik ekuivalen yang bekerja pada pusat

massa lantai-lantai tingkat.. Besarnya beban statik ekuivalen Fi pada lantai tingkat ke-i

dari bangunan dihitung dengan rumus :

Fi = V n

1 iiz iW

iz Wi

�=

Dimana Wi adalah berat lantai tingkat ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai (direduksi),

zi adalah ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral struktur

bangunan, dan n adalah nomor lantai tingkat paling atas.

Jika perbandingan antara tinggi struktur gedung dan ukuran denahnya dalam arah

pembebanan gempa sama dengan atau melebihi 3, maka 0,1V harus dianggap sebagai

beban horisontal terpusat yang bekerja pada pusat massa lantai tingkat paling atas,

sedangkan 0,9V sisanya harus dibagikan sepanjang tinggi struktur gedung menjadi beban-

beban gempa nominal statik ekuivalen.

Pada arah-X, lebar dari bangunan adalah B = 20 m, dan tinggi dari bangunan H = 18

m. Karena perbandingan antara tinggi dan lebar dari bangunan : H/B = 18/20 = 0,9 < 3,


maka seluruh beban gempa Vx, distribusikan menjadi beban-beban terpusat yang bekerja di

setiap lantai tingkat di sepanjang tinggi bangunan.

Pada arah-Y, lebar dari bangunan : B = 15 m, dan tinggi dari bangunan : H = 18 m.

Karena perbandingan antara tinggi dan lebar bangunan : H/B = 18/15 = 1,2 < 3, maka

seluruh beban gempa Vy didistribusikan menjadi beban-beban terpusat yang bekerja di

setiap lantai di sepanjang tinggi bangunan.

Distribusi beban gempa di setiap lantai dari bangunan gedung pada arah-X dan arah-

Y, tergantung dari banyaknya struktur portal yang ada. Dari denah struktur bangunan,

dapat dilihat bahwa pada arah-X terdapat 4 buah portal, dan pada arah-Y terdapat 5 buah

portal. Pada Tabel distribusi gaya gempa, Fix adalah distribusi gaya gempa pada portal

arah-X, dan Fiy adalah distribusi gaya gempa pada portal arah-Y.

Tabel 8-5. Distribusi Beban Gempa Disepanjang Tinggi Bangunan ( Perhitungan I)

Untuk tiap portal

Arah X Untuk tiap portal

Arah Y Lantai zi (m) Wi (ton)

Wi.zi Fix = Fiy

(ton) 1/4 Fix (ton) 1/5 Fiy (ton)

5 18 196,22 3532 181 45 36 4 14,40 272,22 3920 201 50 40 3 10,8 272,22 2940 151 38 30 2 7,2 272,22 1960 100 25 20 1 3,6 272,22 980 50 13 10 13332

Distribusi beban nominal statik ekuivalen pada portal arah X dan arah Y, diperlihatkan

pada Gambar 8-5 dan Gambar 8-6. Beban-beban gempa yang didapat dari hasil

perhitungan pada Tabel 8-5, selanjutnya digunakan untuk menghitung waktu getar dari

struktur

8.3.8 Simpangan Horisontal Struktur

Akibat beban gempa yang bekerja disepanjang tinggi bangunan, maka struktur akan

mengalami simpangan kearah horisontal. Besarnya simpangan horisontal perlu dihitung

untuk menentukan waktu getar alami fundamental sebenarnya dari struktur. Besarnya

simpangan horisontal dari struktur untuk portal arah-X dan portal arah-Y dapat dihitung

dengan bantuan komputer. Dari hasil analisis struktur dengan Program SAP2000 untuk


portal arah-X dan portal arah-Y, didapatkan simpangan horisontal dari struktur seperti pada

Gambar 8.7 dan Gambar 8.8.

Gambar 8-5. Distribusi beban gempa pada portal arah-X

Gambar 8-6. Distribusi beban gempa pada portal arah-Y

45 ton

50 ton

38 ton

25 ton

12 ton

36 ton

40 ton

30 ton

20 ton

10 ton


Gambar 8-7. Simpangan horisontal portal arah-X akibat beban gempa

Gambar 8-8. Simpangan Horisontal portal arah-Y akibat beban gempa

45 ton

50 ton

38 ton

25 ton

12 ton

d5=22cm

d4=19,6cm

d3=15,8cm

d2=10,3cm

d1=4,1cm

36 ton

40 ton

30 ton

20 ton

10 ton

d5=23,1cm

d4=20,7cm

d3=16,5cm

d2=10,7cm

d1=4,3cm


8.3.9 Waktu Getar Alami Fundamental Struktur

Setelah distribusi beban gempa pada bangunan gedung diketahui, maka perlu

dilakukan pemeriksaan terhadap waktu getar sebenarnya dari struktur dengan

menggunakan Rumus Rayleigh. Waktu getar sebenarnya untuk setiap arah dari

bangunan, dihitung berdasarkan besarnya simpangan horisontal yang terjadi pada struktur

bangunan akibat gaya gempa horisontal. Simpangan horisontal dari struktur bangunan

dapat dihitung berdasarkan analisis struktur secara manual, atau dengan menggunakan

program komputer. Waktu getar alami fundamental T dari struktur gedung beraturan dalam

arah masing-masing sumbu utama dapat ditentukan dengan rumus Rayleigh sebagai

berikut :

TR = 6,3

�

�

=

=n

1iid iFg

1

2id iW

n

i

Dimana Wi adalah berat lantai tingkat ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai (direduksi),

zi adalah ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral, Fi adalah beban

gempa statik ekuivalen pada lantai tingkat ke-i, di adalah simpangan horisontal lantai

tingkat ke-i dinyatakan dalam mm, g adalah percepatan gravitasi yang ditetapkan sebesar

9810 mm/det2., dan n adalah nomor lantai tingkat paling atas.

Waktu getar alami struktur T yang dihitung dengan rumus empiris (TE) untuk

penentuan Faktor Respons Gempa C, nilainya tidak boleh menyimpang lebih dari 20%

dari nilai waktu getar alami fundamental dari struktur yang dihitung dengan rumus

Rayleigh (TR). Jika antara nilai TE dan TR berbeda lebih dari 20%, maka perlu dilakukan

analisis ulang.

Untuk bangunan gedung lima lantai, waktu getar alami fundamental dari struktur

(TR) dihitung dengan rumus Rayleigh sebagai berikut :

W1.d1

2 + W2.d22 + W3.d3

2 + W4.d42 + W5.d5

2 0,5 TR = 6.3

g. (F1.d1 + F2.d2 + F3.d3 + F4.d4 + F5. d5)


dimana :

W1 s/d W5 = Berat lantai 1 s/d lantai 5 dari bangunan gedung

d1 s/d d5 = Simpangan pada lantai 1 s/d 5 akibat beban gempa horisontal F

F1 s/d F5 = Beban gempa horizontal yang bekerja pada lantai 1 s/d lantai 5

g = Percepatan gravitasi = 980 cm/dt2

Perhitungan waktu getar alami fundamental dari struktur (TR) untuk portal arah-X dan

portal arah-Y ditabelkan pada Tabel 8-6 dan Tabel 8-7.

Tabel 8-6. Perhitungan waktu getar alami struktur arah-X (Perhitungan I)

Lantai Wi (ton)

di (cm) di2 Fix Wi.di

2 Fix.di

5 196,22 22 484 181 94970 3981 4 272,22 19.8 392 201 106721 3976 3 272,22 15.8 250 151 67957 2380 2 272,22 10.3 106 100 28880 1034 1 272,22 4.1 17 50 4576 206 303104 11577

303104 0,5 TRx = 6,3 = 1,03 detik 980.(11577)

Tabel 8-7. Perhitungan waktu getar alami struktur arah-Y (Perhitungan I)

Lantai Wi (ton)

di (cm) di2 Fiy Wi.di

2 Fiy.di

5 196,22 23.1 534 181 104705 4180 4 272,22 20.7 428 201 116644 4157 3 272,22 16.5 272 151 74112 2485 2 272,22 10.7 114 100 31166 1074 1 272,22 4.3 18 50 5033 216 331660 12112

331660 0,5 TRy = 6,3 = 1,05 detik 980.(12112)


Karena waktu getar alami fundamental dari portal arah-X (TRx = 1,03 detik) dan

portal arah-Y (TRy = 1,05 detik) yang dihitung dengan Rumus Rayleigh lebih besar dari

waktu getar struktur bangunan yang didapat dengan rumus empiris (TE = 0,524detik)

dengan selisih yang lebih dari 20%, maka perlu dilakukan perhitungan ulang untuk

penentuan distribusi beban gempa pada struktur.

Untuk perhitungan yang kedua ini, waktu getar dari struktur bangunan dapat

diperkirakan dengan mengambil nilai 1,03 detik (waktu getar alami fundamental portal

arah-X). Dari Diagram Spektrum, untuk kondisi tanah lunak didapatkan Faktor Respon

Gempa C = 0,85/T = 0,85/1,03 = 0,82.

Dengan Faktor Respon Gempa C = 0,82, besarnya beban geser dasar nominal

horisontal akibat gempa yang bekerja pada struktur bangunan gedung adalah :

V = t WR

I C = 1285,104

1,6 1 . 0,82

= 658,6 ton

Beban geser dasar nominal V = 658,6 ton ini kemudian didistribusikan di sepanjang tinggi

struktur bangunan gedung menjadi beban-beban gempa statik ekuivalen, kemudian

dilakukan prosedur perhitungan yang sama seperti pada perhitungan yang pertama.

Perhitungan kedua untuk untuk mendapatkan waktu getar alami fundamental dari

struktur diperlihatkan pada Tabel 8-8, Tabel 8-9, dan Tabel 8-10.

Tabel 8-8. Distribusi Beban Gempa Disepanjang Tinggi Bangunan (Perhitungan II)

Untuk tiap portal

Arah X Untuk tiap portal

Arah Y Lantai zi (m) Wi (ton)

Wi.zi Fix = Fiy

(ton) 1/4 Fix (ton) 1/5 Fiy (ton)

5 18 196,22 3532 174 44 35 4 14,40 272,22 3920 194 48 39 3 10,8 272,22 2940 145 36 29 2 7,2 272,22 1960 97 24 19 1 3,6 272,22 980 48 12 10 13332


Tabel 8-9. Perhitungan waktu getar alami struktur arah-X (Perhitungan II)

Lantai Wi (ton)

di (cm) di2 Fix Wi.di

2 Fix.di

5 196.22 21.3 454 174 89023 3716 4 272.22 19.1 365 194 99309 3699 3 272.22 15.2 231 145 62894 2208 2 272.22 9.9 98 97 26680 959 1 272.22 4 16 48 4356 194 282261 10775

282261 0,5 TRx = 6,3 = 1,03 detik 980.(10775)

Tabel 8-10. Perhitungan waktu getar alami struktur arah-Y (Perhitungan II)

Lantai Wi (ton)

di (cm) di2 Fiy Wi.di

2 Fiy.di

5 196.22 22.4 502 174 98455 3908 4 272.22 20.1 404 194 109980 3892 3 272.22 16 256 145 69688 2324 2 272.22 10.4 108 97 29443 1007 1 272.22 4.1 17 48 4576 198 312143 11330

312143 0,5 TRy = 6,3 = 1,06 detik 980.(11330)

Dari hasil perhitungan pada langkah kedua ini di dapatkan waktu getar alami struktur arah-

X (TRx = 1,03 detik) dan arah-Y (TRy = 1,06 detik). Karena waktu getar alami struktur

yang didapat dari perhitungan pada langkah kedua ini sama atau mendekati harga dari

waktu getar alami struktur yang didapat dari perhitungan pada langkah pertama (TRx = 1,03

detik TRy = 1,05 detik), maka waktu getar alami fundamental dari struktur bangunan

gedung perkantoran adalah TRx = 1,03 detik dan TRy = 1,06 detik.


8.3.10 Pembatasan waktu getar alami struktur

Pemakaian struktur bangunan gedung yang terlalu fleksibel sebaiknya dihindari

dengan membatasi nilai waktu getar fundamentalnya. Pembatasan waktu getar fundamental

dari suatu struktur gedung dimaksudkan untuk:

- untuk mencegah Pengaruh P-Delta yang berlebihan;

- untuk mencegah simpangan antar-tingkat yang berlebihan pada taraf pembebanan

gempa yang menyebabkan pelelehan pertama, yaitu untuk menjamin kenyamanan

penghunian dan membatasi kemungkinan terjadinya kerusakan struktur akibat

pelelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan, maupun kerusakan non-struktural.

- untuk mencegah simpangan antar-tingkat yang berlebihan pada taraf pembebanan

gempa maksimum, yaitu untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur

yang menelan korban jiwa manusia;

- untuk mencegah kekuatan (kapasitas) struktur terpasang yang terlalu rendah,

mengingat struktur gedung dengan waktu getar fundamental yang panjang menyerap

beban gempa yang rendah (terlihat dari Diagram Spektrum Respons), sehingga gaya

internal yang terjadi di dalam unsur-unsur struktur menghasilkan kekuatan terpasang

yang rendah.

Menurut SNI Gempa 2002, pembatasan waktu getar alami fundamental dari struktur

bangunan gedung tergantung dari banyaknya jumlah tingkat (n) serta koefisien ζ untuk

Wilayah Gempa dimana struktur bangunan gedung tersebut didirikan. Pembatasan waktu

getar alami fundamental (T) dari struktur bangunan gedung ditentukan sbb. :

T < ζ n

Dimana koefisien ζ ditetapkan menurut Tabel 8.11.

Tabel 8-11. Koefisien ζ yang membatasi waktu getar alami fundamental struktur

Wilayah Gempa ζ

1 2 3 4 5 6

0,20 0,19 0,18 0,17 0,16 0,15


Untuk gedung perkantoran lima lantai (n=5) yang terletak di Wilayah Gempa 4 (ζ=0,17),

waktu getar alami fundamental maksimum dari struktur yang diijinkan adalah : T = ζ n =

0,17.5 = 0,85 detik.

Waktu getar alami fundamental dari struktur bangunan gedung perkantoran yang

didapat dari perhitungan dengan rumus Rayleigh adalah TRx = 1,03 detik > T = 0,85 detik,

dan TRy = 1,06 detik > T = 0,85 detik. Karena waktu getar alami fundamental dari struktur

bangunan gedung perkantoran lebih besar dari 0,85 detik, maka struktur bangunan gedung

ini sangat fleksibel baik pada arah-X maupun arah-Y, sehingga perlu dilakukan perubahan

pada dimensi dari elemen-elemen struktur, khususnya dimensi kolom-kolom struktur.

8.3.11 Kinerja Struktur Gedung

Kinerja batas layan struktur bangunan gedung ditentukan oleh simpangan antar-

tingkat akibat pengaruh gempa, yang bertujuan untuk membatasi terjadinya pelelehan baja

dan peretakan beton yang berlebihan, di samping untuk mencegah kerusakan non-

struktural dan ketidaknyamanan penghuni. Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas

layan struktur bangunan gedung, dalam segala hal simpangan antar-tingkat yang dihitung

dari simpangan struktur tidak boleh melampaui δ1 = 0,03/R kali tinggi tingkat yang

bersangkutan, atau δ2 = 30 mm, bergantung yang mana yang nilainya terkecil. Perhitungan

simpangan antar tingkat dari struktur pada arah-X dan arah-Y dicantumkan pada Tabel 8-

12 dan Tabel 8-13.

Tabel 8-12. Perhitungan simpangan antar tingkat portal arah-X

Lantai Tinggi tingkat h (mm)

Simpangan struktur di (mm)

Simpangan antar tingkat

δi (mm)

δ1=0,03/R.h (mm)

δ2 (mm)

5 3600 220 22 67,5 30 4 3600 198 40 67,5 30 3 3600 158 55 67,5 30 2 3600 103 62 67,5 30 1 3600 41 41 67,5 30

Pondasi


Tabel 8-13. Perhitungan simpangan antar tingkat portal arah-Y

Lantai Tinggi tingkat h (mm)

Simpangan struktur di (mm)

Simpangan antar tingkat

δi (mm)

δ1=0,03/R.h (mm)

δ2 (mm)

5 3600 231 24 67,5 30 4 3600 207 42 67,5 30 3 3600 165 58 67,5 30 2 3600 107 64 67,5 30 1 3600 43 43 67,5 30

Pondasi Dari hasil perhitungan, simpangan antar tingkat (δ) untuk lantai 1 sampai dengan lantai 4

untuk arah-X maupun arah-Y menunjukkan harga

yang lebih besar dari δ2 = 30 mm, kecuali untuk lantai 5, yaitu 22 mm (arah-X) dan 24

mm (arah-Y). Dengan demikian kinerja dari struktur bangunan perkantoran ini tidak

memenuhi ketentuan seperti yang disyaratkan.

8.4 Kesimpulan

1. Struktur 3D bangunan gedung dengan bentuk yang beraturan akan berperilaku

sebagai struktur 2D pada masing-masing arah sumbu utamanya (arah-X dan arah-

Y), dengan demikian waktu getar alami pada arah masing-masing sumbu utamanya

dapat dihitung dengan menggunakan rumus Rayleigh yang berlaku untuk struktur

2D. Pada metode ini waktu getar alami yang ditinjau hanya untuk ragam getar

struktur yang pertama saja. Waktu getar ragam pertama dari struktur sering disebut

sebagai waktu getar alami fundamental. Untuk struktur bangunan gedung dengan

bentuk tidak beraturan, pengaruh gempa harus dianalisis secara dinamik. Analisis

dinamik struktur terhadap pengaruh gempa dapat dilakukan dengan Metode

Analisis Ragam, dimana pada metode ini respons terhadap gempa dinamik

merupakan superposisi dari respons dinamik sejumlah ragamnya yang

berpartisipasi.

2. Untuk bangunan gedung dengan bentuk yang beraturan, analisis distribusi beban

gempa pada bangunan gedung dapat dilakukan secara statik dengan menggunakan

Metode Analisis Statik Ekuivalen. Metode Analisis Statik Ekuivalen adalah metode

analisis yang bersifat trial and error, sehingga untuk mendapatkan hasil yang

akurat diperlukan proses perhitungan yang berulang. Pada contoh perhitungan di


atas, dilakukan dua kali proses pengulangan perhitungan untuk mendapatkan waktu

getar alami fundamental yang akurat dari struktur. Pada arah-X, waktu getar

struktur gedung perkantoran pada perhitungan awal = 0,524 detik, pada perhitungan

pertama = 1,03 detik, dan pada perhitungan kedua = 1,03 detik. Dengan demikian

waktu getar struktur gedung perkantoran pada arah-X adalah 1,03 detik. Pada arah-

Y, waktu getar struktur pada perhitungan awal = 0,524 detik, pada perhitungan

pertama = 1,05 detik, dan pada perhitungan kedua = 1,06 detik. Pada arah-Y

meskipun pada perhitungan waktu getar struktur yang didapat dari perhitungan

pertama dan kedua belum tepat sama, tapi tidak perlu dilakukan perhitungan ulang.

Hal ini dijelaskan dalam SNI Gempa 2002 bahwa, jika perbedaan antara nilai

waktu getar struktur yang didapat dari perhitungan tidak lebih dari 20% dari nilai

yang didapat dari perhitungan sebelumnya, maka tidak perlu dilakukan perhitungan

ulang. Dengan demikian dapat dianggap bahwa waktu getar struktur gedung

perkantoran pada arah-Y adalah 1,05 detik.

3. Untuk mendapatkan konfigurasi sistem struktur yang baik dimana struktur

bangunan gedung mempunyai kekakuan yang cukup serta mempunyai kinerja yang

baik pada saat terjadi gempa, maka SNI Gempa 2002 menyaratkan pembatasan

waktu getar alami struktur dan pemeriksaan kinerja struktur gedung. Dari hasil

analisis sistem struktur bangunan gedung perkantoran dengan dimensi balok dan

kolom struktur adalah 45/30 cm dan 45/45 cm, didapatkan hasil sbb. :

� Waktu getar dari struktur pada arah-X (TRx = 1,03 detik) dan arah-Y (TRy =

1,06 detik) lebih besar dari waktu getar maksimum yang disyaratkan yaitu

0,85 detik.

� Kecuali lantai 5, simpangan antar tingkat yang terjadi pada lantai 1 sampai

dengan lantai 4 akibat beban gempa, lebih besar dari simpangan antar

tingkat maksimum yang disyaratkan yaitu 30 mm.

Dari hasil analisis ini dapat disimpulkan bahwa konfigurasi dari sistem struktur

bangunan gedung perkantoran tersebut perlu dirubah, misalnya dengan mengganti

dimensi kolom yang semula 45/45 cm menjadi 50/50 cm. Dengan perubahan

dimensi dari kolom-kolom struktur, maka perlu dievaluasi lagi waktu getar struktur

serta distribusi beban gempa pada struktur bangunan gedung.

Beban gempa pada jembatan � �IX-1�

Bab. 9 Beban Gempa Pada Jembatan

9.1 Pendahuluan

Struktur jembatan harus memenuhi dua tingkat kriteria kinerja di dalam memikul

beban gempa. Tingkat kinerja yang pertama, adalah yang berhubungan dengan Gempa

Rencana, yang mungkin terjadi berulang-ulang selama umur rencana dari jembatan

tersebut. Sedangkan tingkat kinerja yang kedua adalah berhubungan dengan Gempa Kuat,

yang jarang terjadi atau mungkin terjadi sekali selama umur rencana dari jembatan.

Pada saat terjadi Gempa Rencana, gaya-gaya, perpindahan-perpindahan, dan

pengaruh-pengaruh lain, dapat menyebabkan terjadinya kerusakan pada struktur jembatan,

akan tetapi kerusakan ini tidak parah, dan terbatas hanya pada beberapa tempat saja.

Kerusakan yang terjadi dapat dengan mudah diperbaiki dengan biaya yang relatif murah.

Struktur jembatan termasuk jalan-jalan pendekatnya (oprit), harus segera dapat dilewati

kendaraan lagi segera setelah terjadinya gempa rencana ini.

Pada tingkat kinerja yang kedua, akibat terjadinya Gempa Kuat, tingkat kerusakan

yang terjadi pada struktur jembatan dapat sangat parah, akan tetapi struktur jembatan tidak

diperbolehkan untuk mengalami runtuh. Jembatan harus dapat digunakan untuk lalu lintas

darurat segera setelah diadakan perbaikan sementara. Setelah diperbaiki secara permanen,

jembatan harus dapat digunakan lagi untuk dilewati oleh beban lalu lintas dengan beban

yang lebih rendah dari beban semula yang diijinkan

Gambar 9-1. Keruntuhan dari jalan layang yang menghubungkan Kobe dan Osaka akibat gempa dengan kekuatan M=7,2 pada Skala Richter, terjadi di Jepang, Januari 1995.


Kekuatan dari elemen-elemen struktur jembatan pada umumnya tidak direncanakan

untuk memikul beban gempa kuat (tingkat kinerja yang kedua), karena hal ini akan

menghasilkan desain struktur yang sangat mahal. Kinerja jembatan pada saat terjadi

Gempa Kuat, dikontrol dengan detail struktural yang teliti dan baik sedemikian rupa,

sehingga pada saat terjadi gempa kuat, keruntuhan jembatan secara keseluruhan dapat

dihindari. Pada jembatan dari beton, keruntuhan jembatan dapat dihindari dengan cara

memasang detail penulangan yang cukup, khususnya tulangan geser (sengkang).

Dari uraian di atas, dapat dijsimpulkan bahwa, struktur jembatan harus didesain

tetap bersifat elastis pada saat terjadi Gempa Rencana, dan diijinkan untuk berperilaku

tidak elastis (inelastis) pada saat terjadi Gempa Kuat. Perilaku inelastis pada struktur

jembatan dapat diperoleh dengan cara merencanakan elemen-elemen struktur jembatan

bersifat daktail. Struktur jembatan yang dirancang dengan tingkat daktilitas yang cukup,

akan mempunyai kemampuan untuk berdeformasi yang cukup besar. Deformasi yang

cukup besar akan menyebabkan struktur jembatan dapat meredam atau menyerap sebagian

dari energi gempa yang masuk kedalam struktur. Dengan demikian, sifat daktilitas ini akan

membatasi atau mengurangi pengaruh dari beban gempa yang bekerja pada struktur

jembatan. Sifat daktilitas dari struktur jembatan, dapat diperoleh dengan cara mengijinkan

terbentuknya sendi-sendi plastis pada struktur. Tempat terjadinya sendi plastis harus diatur

dan didesain sedemikian rupa, sehingga tidak akan menyebabkan terjadinya keruntuhan

secara keseluruhan dari struktur jembatan.

9.2 Respon Elastis dan Inelastis

Untuk keperluan analisis struktur terhadap pengaruh beban gempa, pada umumnya

digunakan pemodelan struktur dengan model massa terpusat (lumped mass model).

Pemodelan massa terpusat dimaksudkan untuk mengurangi derajat kebebasan (Degree Of

Freedom / DOF) dari struktur, sehingga akan lebih memudahkan perhitungan.

Pada Gambar 9-2 diperlihatkan pilar jembatan yang dimodelkan sebagai sistem

bandul getar dengan massa yang terpusat di bagian atasnya. Akibat pengaruh beban gempa

(V), massa struktur (m) akan bergoyang kearah horisontal. Besarnya goyangan kesamping

(δ) tergantung dari kekakuan pilar (k) dan waktu getar struktur (T). Karena dianggap

bahwa massa hanya bergerak kearah horisontal saja, maka struktur hanya mempunyai satu

derajat kebebasan (Single Degree Of Freedom / SDOF). Respon elastis dan respon inelastis

dari struktur jembatan yang dimodelkan sebagai SDOF, diperlihatkan pada Gambar 9-3.


Gambar 9-2. Pemodelan struktur sistem SDOF

Gambar 9-3. Respon elastis dan respon Inelastis dari model struktur SDOF

Pondasi

�

V m

k

Model Bandul Getar Sistem SDOF

Pilar

�

Pile cap

�

δ

V

δ

V

Model Struktur SDOF

Terbentuk sendi plastis

Respon Inelastis �

g

b

h o

V

e ��

δ

Ve

δ

V

Model Struktur SDOF

Tidak terbentuk sendi plastis

a

b

c

d o δ

V

Respon Elastis �

Vb


Jika struktur direncanakan tetap bersifat elastis pada saat terjadi gempa rencana dan

gempa kuat, maka struktur akan bergoyang dengan simpangan horisontal dari titik o ke

titik d, sedangkan beban gempa yang bekerja pada struktur sebesar Vb. Respon struktur

akan mengikuti garis o-b. Setelah mencapai titik b, respon struktur akan kembali ke titik o,

dan kemudian ke titik a, untuk kemudian kembali lagi ke titik o. Luas daerah obd yang

diarsir merupakan ukuran dari besarnya energi potensial yang terjadi di dalam struktur.

Karena struktur bergetar dari titik o ke titik d, dan kemudian kembali ke titik c, maka

energi potensial yang ada akan berubah menjadi energi kinetik.

Jika struktur jembatan direncanakan bersifat daktail, maka pada saat terjadi Gempa

Rencana, struktur akan berespon secara elastis. Pada saat terjadi Gempa Kuat, pada

struktur jembatan diijinkan terbentuk sendi-sendi plastis. Setelah terbentuk sendi plastis

maka struktur akan berespons secara inelastis. Setelah beban gempa mencapai Ve, respon

struktur akan mengikuti garis o-e-f dan berhenti pada titik f, kemudian akan kembali ke

titik h.

Luas daerah oefg merupakan ukuran dari besarnya energi potensial yang terjadi di

dalam struktur. Karena pada respon inelastis struktur tidak dapat kembali lagi pada

kedudukannya yang semula yaitu titik o, maka hanya bagian hfg dari energi potensial yang

akan berubah menjadi energi kinetik. Dengan demikian pada respon inelastis terjadi

lendutan horisontal yang bersifat permanen sebesar oh.

Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa sifat daktail dari struktur jembatan,

dapat membatasi besarnya beban gempa yang bekerja pada struktur (Ve < Vb). Meskipun

beban gempa yang bekerja pada struktur yang daktail dapat mengurangi beban gempa yang

masuk kedalam struktur, tetapi struktur yang daktail dapat mengalami deformasi yang

cukup besar, sehingga hal ini harus diperhatikan agar tidak terjadi keruntuhan dari struktur

jembatan. Untuk menghindari keruntuhan dari struktur jembatan, maka perlu dilakukan

detail penulangan yang baik dari elemen-elemen struktur, khususnya pilar dari jembatan.

9.3 Tipe Struktur Jembatan

Berdasarkan konsep daktilitas di atas, struktur jembatan (tidak termasuk abutment)

dapat dikelompokkan untuk tujuan perencanaan pendetailan ke dalam tiga jenis struktur

menurut perilaku daktilitasnya pada saat terjadi gempa, yaitu :


d

Atau

L

Pergeseran untuk penahan memanjang Penahan untuk gerakan melintang

Sambungan dilatasi untuk jembatan panjang (khusus didetail untuk gaya dan deformasi termasuk gempa)

9.3.1 Jembatan Tipe A

Jembatan Tipe A (Gambar 9-4) adalah jembatan dengan tingkat daktilitas penuh dan

monolit, serta mempunyai karakterisitik berikut :

� Pilar-pilar dari jembatan bersifat daktail

� Bangunan atas jembatan (balok dan pelat), merupakan sistem struktur yang

menerus (monolit)

� Semua pilar jembatan menyatu secara monolit dengan bangunan atas dan pondasi

� Semua gaya lateral termasuk beban gempa horisontal, sepenuhnya ditahan oleh

pilar jembatan.

� Bangunan atas jembatan dapat tergelincir pada pangkal jembatan (abutment),

tetapi harus dicegah agar tidak jatuh kebawah.

� Struktur jembatan ini sesuai digunakan pada daerah kegempaan kuat yaitu

Wilayah Gempa 5 dan Wilayah Gempa 6.

Pada Jembatan Tipe A disarankan mengunakan pilar berbentuk bulat, serta konfigurasi

struktur jembatan harus memenuhi persyaratan :

(L/d) maksimum : (L/d) minimum ≤ 2 : 1

dimana L adalah adalah jarak antara sendi-sendi plastis yang terbentuk di pilar, dan d

adalah dimensi potongan melintang dari pilar jembatan

Gambar 9-4. Struktur Jembatan Tipe A


Atau

Lantai terletak sederhana atau menerus

Sambungan dilatasi untuk jembatan panjang

Pergeseran untuk penahan memanjang Penahan untuk gerakan melintang

9.3.2 Jembatan Tipe B

Jembatan Tipe B (Gambar 9-5), adalah jembatan dengan tingkat daktilitas penuh tetapi

antara bangunan atas dan bawah tidak monolit, serta mempunyai karakterisitik berikut :

� Pilar-pilar dari jembatan bersifat daktail

� Bangunan atas jembatan (balok dan pelat), merupakan sitem struktur yang tidak

menerus dan tidak menyatu secara monolit dengan pilar-pilar jembatan.

� Semua pilar jembatan harus menyatu secara monolit dengan pondasi


pilar jembatan.


tetapi harus dicegah agar tidak jatuh ke bawah.

� Struktur jembatan ini sesuai digunakan pada daerah kegempaan sedang yaitu

Wilayah Gempa 3 dan Wilayah Gempa 4.

Dimensi potongan melintang dari pilar Jembatan Tipe B juga harus memenuhi persyaratan

konfigurasi seperti Jembatan Tipe A.

Catatan : × : menunjukkan sendi plastis

• : menunjukkan sendi plastis yang dapat terbentuk selama gerakan melintang

pada puncak kolom pilar.

Gambar 9-5. Struktur Jembatan Tipe B


Jangkar bila perlu

Terjepit bila tidak terjepit pada paling sedikit satu pangkal

Lantai terletak sederhana atau menerus

Terjepit (atau bergeser bila perlu)

9.3.3 Jembatan Tipe C

Jembatan Tipe C (Gambar 9-6), adalah jembatan yang bersifat elastis (tidak daktail) serta

mempunyai karakteristik berikut :

� Pilar-pilar dari jembatan bersifat elastis (tidak daktail)

� Bangunan atas jembatan (balok dan pelat), merupakan sitem struktur yang tidak

menerus dan tidak menyatu secara monolit dengan pilar-pilar jembatan.


pilar jembatan.


tetapi harus dicegah agar tidak jatuh ke bawah.

� Umumnya digunakan pada jembatan-jembatan kecil dengan satu atau dua

bentang.

Gambar 9-6. Struktur Jembatan Tipe C Tipe jembatan yang diterangkan di atas adalah jenis-jenis struktur jembatan yang sering

digunakan. Selain jembatan Tipe A, B dan C terdapat juga beberapa jenis jembatan lainnya

yang mencakup :

1. Jembatan dengan konstruksi khusus :

� Jembatan yang ditumpu oleh struktur kabel

� Jembatan lengkung

� Jembatan yang menggunakan penyerap energi khusus


2. Jembatan dengan geometri khusus

� Jembatan dengan pilar yang tinggi, sehingga berat pilar lebih dari 20% berat

bangunan atas jembatan

� Jembatan dimana kekakuan pilar berbeda lebih dari yang disyaratkan.

� Jembatan dengan panjang bentang lebih dari 200 m.

� Jembatan dengan kemiringan yang besar.

� Jembatan dengan lengkung horisontal yang besar.

3. Jembatan pada lokasi yang sulit

� Jembatan yang melalui atau dekat patahan aktif.

� Jembatan yang terletak di dekat lereng yang tidak stabil.

� Jembatan dengan pondasi terletak di atas lapisan pasir lepas.

� Jembatan dengan pondasi terletak di atas lapisan tanah sangat lunak

2. Jembatan yang sangat penting

� Jembatan dengan kepentingan ekonomis tinggi, dengan biaya konstruksi yang

mahal.

� Jembatan yang dapat menyebabkan keruntuhan yang fatal.

9.3.4 Pemilihan Jenis Jembatan Yang Sesuai

Struktur jembatan Tipe A mempunyai perilaku seismik yang paling baik

dibandingkan Tipe B dan Tipe C, sehingga harus dipilih untuk jembatan yang terletak di

zona kegempaan berat yaitu Wilayah Gempa 6 atau 5. Struktur jembatan Tipe B sesuai

digunakan untuk jembatan-jembatan di zona kegempaan sedang, yaitu Wilayah Gempa 4

atau 3. Jembatan Tipe B akan mengalami deformasi permanen yang berlebihan jika

digunakan di zona kegempaan kuat. Untuk jembatan-jembatan kecil yang tidak begitu

penting atau untuk jembatan-jembatan sementara, dapat digunakan Jembatan Tipe C.

Meskipun mengalami kerusakan, Jembatan Tipe A dan Tipe B pada umumnya mampu

menahan goncangan tanah akibat Gempa Kuat, karena kedua type jembatan ini

direncanakan bersifat daktail. Jembatan Tipe C akan mengalami keruntuhan pada saat

terjadi Gempa Kuat, karena struktur jembatan ini tidak dirancang berperilaku daktail.

Jembatan Tipe A dan Tipe B, sebaiknya didukung pada pondasi yang daktail.

Pondasi yang daktail dapat dicapai dengan penggunaan tiang-tiang vertikal. Tiang-tiang

vertikal harus dalam perbandingan sedemikian rupa sehingga daerah sendi plastis berada


pada kedalaman dangkal. Hal ini dimaksudkan agar dapat dilakukan perbaikan jika pondasi

mengalami kerusakan akibat Gempa Kuat.

Agar balok-balok jembatan tidak terlepas dari dudukannya atau jatuh kebawah

akibat gerakan gempa kearah melintang jembatan, maka pada pilar dan pangkal jembatan

perlu diberi konstruksi penahan lateral (Gambar 9-7).

Gambar 9-7. Konstruksi penahan lateral pada jembatan

Selain konstruksi penahan lateral, pada pangkal jembatan dimana tidak terdapat

penahan memanjang, atau pada pilar dimana balok-balok jembatan tidak direncanakan

menerus, maka perlu adanya persyaratan jarak lebih minimum antara ujung-ujung balok

jembatan dan tepi perletakan, seperti dijelaskan pada Gambar 9-8. Persyaratan jarak

minimum tersebut adalah : d0 = 0,7 + 0,005 S untuk S < 100 m, atau

d0 = 0.8 + 0.004 S untuk S > 100 m

dimana d0 = jarak lebih minimum antara ujung balok dan tepi perletakan (m) dan S =

panjang bentang jembatan (m).

Gambar 9-8. Jarak lebih minimum

9.4 Waktu Getar Jembatan

Bila type jembatan telah dipilih dan denah jembatan telah dibuat, maka waktu getar

jembatan (T) dapat dihitung. Untuk struktur jembatan yang dapat dimodelkan sebagai

sistem dengan satu derajat kebebasan, waktu getar dihitung dengan rumus :


K.gW

�2T T=

dimana :

WT = Berat nominal total dari bangunan atas termasuk beban mati tambahan dan

setengah berat pilar

g = Percepatan gravitasi yang besarnya adalah 980 cm/dt2.

K = Kekakuan pilar-pilar jembatan, yang dinyatakan sebagai besarnya gaya horisontal

yang diperlukan untuk menghasilkan satuan lendutan pada puncak pilar.

= 3 EI/L3 , untuk pilar kantilever dimana dasar pilar terjepit dan puncak pilar bebas,

L adalah panjang atau tinngi pilar

= 12 EI/L3 , untuk pilar monolit, dimana dasar dan puncak pilar terjepit, L adalah

tinggi pilar. Anggapan puncak terjepit adalah wajar jika pelelehan plastis terjadi

pada puncak pilar sedangkan bangunan atas atau balok kepala pilar tetap elastis.

Pada rumus kekakuan pilar, I adalah moment inersia penampang pilar yang diambil

sebesar 60% dari momen inersia penampang dalam kondisi tanpa retakan, sedangkan E

adalah modulus elastis bahan pilar. Karena waktu getar dari struktur jembatan pada

umumnya berbeda dalam arah melintang dan memanjang, maka beban statik ekuivalen

yang dihasilkan akan juga berbeda.

9.4.1 Contoh Perhitungan Kekakuan Pilar Jembatan

Contoh 1, suatu jembatan dengan 3 buah pilar beton berukuran 50/50 cm (Gambar

9-9), terjepit monolit pada balok dan pondasi, dengan tinggi pilar L=8m.. Modulus

elastisitas bahan beton : E = 200000 kg/cm2 = 2000000000 kg/m2

Gambar 9-9. Jembatan dengan 3 pilar penyangga dan model bandul getar

Pilar 50/50 cm

�

Balok �

�

Pondasi

�

L=8m

m=WT/g

K

V

Model Bandul Getar


Kekakuan melintang pilar jembatan (K) :

Momen inersia pilar : I = 1/12 X 0,5 x (0,5)3 = 0,0052 m4

Kekakuan 1 pilar : k = 12 (EI/L3).(60%)

= (12 x 2000000000 x 0,0052 )/83.(60%)

= 243750 kg/m .(60%) = 146250 kg/m

Kekakuan 3 pilar : K = 3 x (146250 kg/m) = 438750 kg/m

Contoh 2, suatu pilar jembatan dengan 1 buah pilar berukuran 80/50 cm (Gambar

9-10), terjepit pada pondasi dan terletak bebas pada ujung atas (kantilever).

Kekakuan melintang pilar jembatan ( K) :

Momen inersia pilar : I = 1/12 X 0,5 x (0,8)3 m4

Kekakuan 1 pilar : K = 3 (E I/L3).(60%)

= (3 x 2000000000 x 0,0213)/83 .(60%)

= 199687,5 kg/m

Gambar 9-10. Jembatan dengan pilar tunggal dan model bandul getar

9.5 Pembatasan Simpangan akibat Gempa

Integritas dari suatu sistem struktur jembatan hanya dapat dipelihara jika simpangan

maksimum yang terjadi antara pilar dan balok-balok jembatan dibatasi untuk mencegah

terjatuhnya balok-balok dari perletakannya. Dengan demikian perlu diadakan pemeriksaan

untuk untuk menjamin bahwa simpangan yang terjadi akibat gempa tidak melampaui jarak

lebih minimum yang disayaratkan. Jika sistem struktur jembatan yang dapat dimodelkan

Pondasi

�

Kolom 80/50 cm

Balok �

�

L=8m

m=WT/g �

K

V

Model Bandul Getar


sebagai sistem dengan satu derajat kebebasan, simpangan maksimum dari pusat massa ∆h,

dapat diperkirakan dengan rumus :

∆h = 250 C(S/R)T2 (mm)

Untuk bentang jembatan di atas 200 m, kemungkinan simpangan relatif yang terjadi

pada pilar akibat gerakan tanah diluar ragam getar yang ada harus dipertimbangkan. Perlu

dipertimbangkan juga untuk memperhitungkan pengaruh amplifikasi pada pondasi yang

berada di atas lapisan tanah lunak.

9.6 Beban Gempa Pada Jembatan

Beban gempa yang bekerja pada struktur jembatan dapat berasal dari gaya inersia

akibat goncangan tanah, atau dari beban gempa tambahan akibat tanah dan air. Beban

gempa horisontal (V) pada jembatan dapat ditentukan dari rumus :

V = T WR

C.I.S

dimana :

WT = Berat nominal total dari bangunan atas termasuk beban mati tambahan dan

setengah berat pilar

C = Koefisien geser dasar untuk wilayah gempa, waktu getar struktur, dan kondisi

tanah yang sesuai

R = Faktor reduksi gempa, untuk jembatan Tipe A dan Tipe B yang bersifat daktail

penuh, harga R = 8,5, sedangkan untuk jembatan Tipe C yang bersifat elastis harga

R = 1,6.

S = Faktor tipe struktur jembatan sehubungan dengan kapasitas penyerapan energi atau

tingkat daktilitas struktur jembatan (Tabel 1)

I = Faktor kepentingan jembatan (Tabel 2)


Tabel 9-1. Faktor daktilitas struktur jembatan (S)

Jenis Jembatan Tipe

Jembatan Faktor daktilitas

struktur jembatan (S)

Keterangan

A S = 1,25 - 0,025.n struktur dengan daktilitas

B S = 1,25 - 0,025.n struktur dengan daktilitas Jembatan dari struktur beton bertulang biasa atau dari struktur baja C S = 3 struktur tanpa daktilitas/elastis


B S = 1,15 - 0,025.n struktur dengan daktilitas

Jembatan dari struktur beton prategang

sebagian ( partially prestressed )

C S = 3 struktur tanpa daktilitas/elastis


B S = 1,30 - 0,025.n struktur dengan daktilitas

Jembatan dari struktur beton prategang

penuh ( fully prestressed ) C S = 3 struktur tanpa daktilitas/elastis

Tabel 9-2. Faktor kepentingan struktur jembatan (I)

No Jenis jembatan I

1 Jembatan yang dilewati lebih dari 2000 kendaraan perhari, jembatan pada jalan utama atau jalan arteri, atau jembatan pada jalan dimana tidak terdapat rute alternatif

1,2

2 Jembatan-jembatan permanen dan terdapat rute alternatif, atau jembatan yang tidak direncanakan untuk mengurangi beban lalu-lintas

1,0

3 Jembatan-jembatan tidak permanen (misalnya, Jembatan Bailey) dan jembatan yang direncanakan untuk mengurangi beban lalu-lintas

0,8

9.6.1 Contoh Perhitungan Beban Gempa Pada Jembatan

Suatu pilar jembatan terdiri dari 2 buah kolom beton bertulang berukuran 50/50 cm

dan balok kepala berukuran 70/50 cm panjang 8m. Berat jenis beton = 2,5 ton/m3 dan

modulus elastisitas beton : E = 200000 kg/cm2.

Pilar jembatan harus mendukung 5 buah beban terpusat sebesar F = 40 ton (Gambar

9.10) akibat berat dari bangunan atas jembatan dan beban kendaraan. Balok-balok dari

jembatan yang harus di dukung pilar merupakan balok beton prategang penuh (full

prestressing). Pilar jembatan merupakan struktur yang terpisah dengan struktur bagian atas

jembatan (Jembatan Tipe B).

Jembatan terletak di wilayah gempa 4, dimana tanah dasar merupakan tanah sedang.

Spektrum respon gempa yang digunakan untuk perhitungan, seperti ditunjukkan pada

Gambar 9-12.


Jembatan terletak di suatu ruas jalan arteri dilewati 3200 kendaraan perhari, serta

tidak terdapat jalur lalu lintas alternatif lainnya.

9-

9-11. Struktur pilar jembatan dan model bandul getar

Gambar 9-12. Spektrum Respon Gempa Rencana untuk Wilayah Gempa 4

Tentukan : Besarnya beban gempa (V) dan simpangan horizontal (s) pada struktur

jembatan.

Pilar 50/50 cm

�

Balok

50/70 cm �

Pondasi

�

F F F F F

L=8m

Model Bandul Getar

m

k

V

Sendi Plastis

0,6

0,24

0,34

0,28

0 0,2 0,5 0,75

0,60

2,0 3,0

0,33 C = (tanah sedang) T

Wilayah Gempa 4

C

T

0,70

0,85 0,85 C = (tanah lunak) T

0,23 C = (tanah keras) T


Perhitungan :

Faktor Kepentingan : I = 1,2 ( Jembatan dilewati lebih dari 2000 kendaraan perhari, dan

tidak tersedia jalur alternatif lainnya)

Faktor daktilitas struktur jembatan : S = 1,30 – 0,025.n = 1,30 – 0,025.(6) = 1,15

( Jembatan Tipe B : struktur bagian atas jembatan dari balok beton prategang penuh, dan

terpisah dengan pilar jembatan, terbentuk 6 sendi plastis di bagian bawah dan atas pilar ).

Berat struktur jembatan ( WT ) terdiri berat bangunan bagian atas, berat balok pilar, dan

berat setengah pilar = 5 x 40000 + ( 0.5 x 0.7 x 8 x 2500 ) + 3 ( 0.5 x 0.5 x 4 x 2500 )

= 214500 kg

Pada Arah Melintang Jembatan

Kekakuan pilar jembatan ( k ) :

Modulus elastisitas : E = 200000 kg/cm2 = 2000000000 kg/m2

Momen inersia kolom : I = 1/12 X 0,5 x (0,5)3 = 0,0052 m4

Kekakuan 1 kolom : k = 12 E I / L3

= (12 x 2000000000 x 0,0052) / 83 = 243750 kg/m

Kekakuan 3 kolom : k = 3 x 243750 kg/m = 731250 kg/m

Waktu getar jembatan : T = 2Π x [ W/( g x k ) ] 0,5

T = 2 x 3,14 x [ 214500 / (9,8 x 731250) ] 0,5

T = 1,09 detik

Untuk waktu getar T = 1,09 detik, dari Spektrum Respon Gempa Rencana didapatkan

harga C = 0,33/T = 0,33/1,09 = 0,30

Beban gempa horisontal : V = (C.I.S/R)WT

V = (0,3 x 1,2 x 1,15 / 8,5) x 214500 = 10447 kg.

Simpangan horizontal : δ = V / k = 10447 / 731250 = 0,014 m = 1,4 cm = 14 mm

Simpangan maksimum : ∆h = 250 C.(S/R).T2 = 250 x 0,3 x (1,15/8.5) x (1,09)2

= 12 mm

Karena simpangan yang terjadi δ = 14 mm > dari ∆h = 12 mm, maka dimensi dari kolom-

kolom jembatan dalam arah memanjang perlu diperbesar, misal dirubah menjadi 60 cm,


kemudian dilakukan perhitungan ulang.

Pada Arah Memanjang Jembatan

Kekakuan pilar jembatan ( k ) :

Modulus elastisitas : E = 200000 kg/cm2 = 2000000000 kg/m2

Momen inersia kolom : I = 1/12 X 0,5 x (0,5)3 = 0,0052 m4

Kekakuan 1 kolom : k = 3 E I / L3

= (12 x 2000000000 x 0,0052) / 83 = 60937.5 kg/m

Kekakuan 3 kolom : k = 3 x 60937.5 kg/m = 182812.5 kg/m

Waktu getar jembatan : T = 2Π x [ W/( g x k ) ] 0,5

T = 2 x 3,14 x [ 214500 / (9,8 x 182812.5) ] 0,5

T = 6,87 detik

Untuk waktu getar T = 6,87 detik, dari Spektrum Respon Gempa Rencana didapatkan

harga C = 0,33/T = 0,33/6,87 = 0,05

Beban gempa horisontal : V = (C.I.S/R)WT

V = (0,05 x 1,2 x 1,15 / 8,5) x 214500 = 1741 kg.

Simpangan horizontal : δ = V / k = 1741 / 182812.5 = 0,009 m = 0,9 cm = 9 mm

Simpangan maksimum : ∆h = 250 C.(S/R).T2 = 250 x 0,05 x (1,15/8.5) x (1,09)2

= 2 mm

Karena simpangan yang terjadi δ = 9 mm > dari ∆h = 2 mm, maka dimensi dari kolom-

kolom jembatan dalam arah memanjang perlu diperbesar, misal dirubah menjadi 60 cm,

kemudian dilakukan perhitungan ulang.

buku ajar mekanika getaran dan rekayasa gempa...statik yang sederhana, yaitu analisis beban gempa...

Documents