Efektivitas Teknologi Damper Dalam Mereduksi Respon Dinamik Akibat Beban Seismik

Efek dari gempa bumi yang terjadi dan yang sangat nyata ada pada konstruksi bangunan. Gedung roboh, rumah ambruk maupun jalan miring adalah contoh kerusakan yang diakibatkan oleh gempa bumi (pembahasan sebelumnya). Banyak cara yang telah diterapkan untuk meminimalisir kerusakan akibat gempa bumi. Jepang sebagai salah satu negara terdepan dalam teknologi, telah mengaplikasikan salah satu teknologi tahan gempa yakni penggunaan kontrol pada struktur bangunan untuk mereduksi respon dinamik yang diakibatkan oleh beban seismik (gempa bumi).Kontrol pada struktur dibagi menjadi dua jenis berdasarkan perlu tidaknya energi untuk menghasilkan gaya kontrol, yaitu :

• Kontrol aktif memerlukan arus listrik untuk operasi alat dan menghasilkan gaya kontrol. Kelebihan kontrol aktif adalah karakteristik dinamik struktur dapat beradaptasi dengan beban dinamis yang timbul 
• kontrol pasif menggunakan energi potensial yang dibangkit kan oleh respons struktur untuk menghasilkan gaya kontrol. Kelebihan kontrol pasif adalah karena kesederhanaan dalam desain, pemasangan, dan terutama pemeliharaannya.

Salah satu alat kontrol pasif (isolasi seismik) pada struktur yang berdasarkan penggunaan massa tambahan sebagai sistem penyerap energi adalah penggunaan damper. Alat ini dapat dipasang pada bermacam-macam struktur seperti : gedung bertingkat tinggi, menara, bentangan yang panjang, dan jembatan. Tujuan utama pemasangan damper pada gedung tinggi dan menara untuk mengurangi goyangan gedung akibat gempa bumi dan angin, pada struktur berbentang panjang untuk mengurangi getaran akibat lalu lintas, dan pada jembatan untuk mengurangi goyangan akibat angin atau getaran akibat lalu lintas.

Pada tulisan ini akan disajikan mengenai perkembangan dan penggunaan teknologi damper pada struktur bangunan. Struktur bangunan yang ditinjau adalah rumah tinggal dan gedung tinggi dengan penggunaan bantalan karet (seismic bearing). Analisis kelebihan dan kekurangan penggunaan damper akan menunjukkan efektivitas dalam meminimalisir kerusakan akibat gempa bumi.

Azas utama penyediaan bangunan sipil adalah untuk tujuan kemanusiaan. Oleh karena itu perlu diperhatikan faktor keamanan dan kenyamanan bagi penghuninya. Beberapa tahun terakhir, perancangan isolasi dasar (base isolation) yang digunakan untuk perlindungan gedung dari bahaya dan kerusakan yang disebabkan oleh gempa bumi telah digunakan sebagai teknologi dalam perancangan struktur gedung di wilayah gempa tinggi. Beberapa tipe struktur telah didesain menggunakan teknologi ini, baik gedung yang telah dibangun maupun yang masih dalam tahap konstruksi.

Dalam pemodelan struktur gedung dengan base isolator diperlukan pemodelan base isolation yang optimum sehingga akan diperoleh lateral dan vertikal displacement yang akurat. Adapun alat peredam gempa tersebut, cukup banyak jenisnya seperti :

1. Bantalan karet tahan gempa (seismic bearing)
2. Lock Up Device (LUD)
3. Fluid Viscous Damper (FVD)
4. High Damping Device (HIDAM)

Penggunaan peralatan tahan gempa tersebut, pada prinsipnya berfungsi untuk menyerap energi gempa yang dipikul oleh elemen-elemen struktur. Sehingga, struktur bangunan menjadi lebih elastis dan terhindar dari kerusakan gempa yang parah.

Respon antara struktur dengan damper dan tanpa damper ketika diguncang gempa

1. Bantalan karet tahan gempa (seismic bearing)

Bantalan karet sering dikenal sebagai base isolation, tampaknya penggunaannya akan semakin berkembang luas di masa datang. Berbagai daerah di Indonesia yang dikategorikan rawan gempa, menjadikan bantalan karet peredam gempa ini sangat diperlukan untuk melindungi struktur bangunan. Bantalan karet ini tergolong murah, dan bukan merupakan alat berteknlogi tinggi. 

  Bantalan karet

Aplikasi bantalan karet

Dalam aplikasinya, bantalan karet tersebut dipasang pada setiap kolom, yaitu diantara pondasi dan bangunan. Bantalan karet alam ini, berfungsi untuk mengurangi getaran akibat gempa. Sedangkan lempengan baja, digunakan untuk menambah kekakuan bantalan karet, sehingga penurunan bangunan saat bertumpu di atas bantalan karet tidak terlalu besar.

Adapun prinsip kerja dari bantalan karet (base isolation seismic bearing) ini adalah pengaruh gempa bumi yang sangat merusak struktur bangunan, merupakan komponen getaran karet horizontal. Getaran tersebut, dapat menimbulkan gaya reaksi yang besar. Bahkan, pada puncak bangunan, dapat terlihat hingga mendekati dua kalinya. Oleh karena itu, apabila gaya yang sampai pada bangunan itu lebih besar dari kekuatan struktur maka bangunan itu akan rusak.

 Perletakan bantalan karet pada tiap kolom

 Gaya reaksi yang sampai pada bangunan tersebut, dapat dikurangi melalui penggunaan bantalan karet tahan gempa ini. Pada dasarnya, cara perlindungan bangunan oleh bantalan karet tahan gempa ini, dicapai melalui penggunaan getaran gempa bumi ke arah horizontal. Dengan bantalan tersebut, juga memungkinkan bangunan untuk bergerak bebas, pada saat berlangsung gempa bumi, tanpa tertahan oleh pondasi. Bantalan karet tersebut, dapat mengurangi daya reaksi hingga 70%. Karena, secara alami karet alam memiliki fleksibilitas yang tinggi dan dapat menyerap energi.

 Uji geser

Uji tekan

Peredam gempa berupa bantalan karet alam ini, kini mulai banyak diaplikasikan pada bangunan-bangunan hunian maupun gedung-gedung bertingkat. Dan berdasarkan pengalaman di lapangan., bangunan yang menggunakan bantalan karet peredam gempa ini, tidak mengalami kerusakan yang signifikan, ketika terjadi gempa.

2. Lock Up Device (LUD)

Selain bantalan karet, kini beberapa bangunan publik yang berlokasi di daerah rawan gempa, juga sudah mulai mengaplikasikan teknologi peredam gempa berteknologi tinggi dari mancanegara. Salah satunya adalah jalan layang (flyover) Pasupati, Bandung. Konon, bangunan publik ini, merupakan jalan layang pertama di indonesia, yang mengaplikasikan perangkat teknologi peredam gempa shock transmission unit, dipilih jenis Lock Up Devices (LUD) yang didatangkan dari Prancis. Teknik yang umumnya dipakai di Tank atau pesawat angkasa, sekarang ada di jalan Pasupati ini.

LUD pada jembatan Rigid

Salah satu alasan pemasangan LUD pada jalan layang Pasupati ini, karena Bandung termasuk kota rawan gempa. Kekuatan gempa di Indonesia, terutama Jawa, tercatat masuk region 3 – 4 atau sekitar 8 Ritcher. Karenanya, di sepanjang jalan laying Pasupati, setidaknya dipasang sekitar 76 unit LUD. Seluruh unit tersebut, dipasang pada tiang-tiang (pier) jalan layang. Pada setiap tiang yang ditentukan, dipasang dua unit LUD yang akan bekerja meredam guncangan pada konstruksi jalan layang ketika terjadi gempa.
Seperti pada produk peredam gempa LUD yang konon harga per-unitnya lebih dari 100 juta tersebut, jika dilihat dari dekat pada konstruksi jembatan layang Pasupati ini ada semacam dongkrak atau shockbreaker pada pertemuan antara tiang dan segmen jalan layang. Benda itulah yang dinamakan LUD, sebagai alat untuk meredam guncangan jika terjadi gempa.

 LUD

Prinsip kerja LUD

Prinsip kerja LUD sangat sangat sederhana, jika diibaratkan tiang dan badan jalan layang sebagai huruf  T. Dimana garis melintang sebagai badan jalan. Gerak redam LUD pada saat terjadi gempa, akan berlangsung dari arah kiri ke kanan atau sebaliknya. Dengan penggunaan cairan khusus (gel silikon) yang menjadi bantalan pada LUD, guncangan ekstrem akibat gempa, pada saat tertentu mengakibatkan LUD terkunci, dan mengakibatkan seluruh badan jalan dan tiang akan bergerak serentak ke arah yang sama seperti huruf T, ke kanan dan ke kiri. Sistem ini, juga bisa meredam gerakan liar, akibat guncangan yang disebabkan oleh getaran lainnya. Kekuatan LUD dengan gaya horizontal, adalah 3.400 kN/unit.

 Peletakan LUD pada jembatan (tampak atas)

Peletakan LUD pada jembatan (tampak samping)

Supaya awet LUD harus dirawat dengan mengganti cairan LUD (gel silikon) setiap 25 tahun, dan mengganti cincin karena 10 tahun. Umur struktur jembatan itu sendiri, diperkirakan bisa mencapai lebih dari 100 tahun.

3. Fluid Viscous Damper (FVD)

Peralatan peredam gempa lain yang cukup terkenal dan banyak diaplikasikan pada struktur bangunan, adalah fluid viscous damper (FVD). Fungsi utama dari peralatan ini, adalah menyerap energi gempa dan mengurangi gaya gempa rencana yang dipikul elemen-elemen struktur. Sehingga, struktur bangunan menjadi lebih elastis dan mampu meredam guncangan gempa. Dengan mengaplikasikan peralatan FVD, gempa rencana yang dipikul elemen struktur menjadi lebih kecil. Sehingga, dengan kondisi tersebut diharapkan tidak terjadi kerusakan struktur bangunan ketika gempa terjadi.

  Pemasangan FVD pada struktur gedung

Cara Kerja FVD

FVD merupakan alat peredam gempa yang berfungsi sebagai disipator energi, dengan cara memberikan perlawanan gaya melalui pergerakan yang dibatasi. Gaya yang diberikan oleh FVD timbul, akibat adanya gaya luar yang berlawanan arah, bekerja pada alat tersebut. Peralatan ini bekerja, dengan menggunakan konsep mekanika fluida dalam mendispasikan energi.

 Skema Kerja FVD

Pada perkuatan FVD kolom berfungsi sebagai pegas. FVD mampu mereduksi tegangan dan defleksi yang terjadi secara simultan (bersamaan), karena gaya FVD yang bekerja sebanding dengan perubahan kecepatan stroke-nya (stroking velocity). Mekanisme kerja ini, dianalogikan seperti suspensi atau shock absorbser pada mobil, yang digunakan untuk mengatur pergerakan pegas di posisi tumpuan. Gaya redaman yang dibutuhkan relatif kecil, dibandingkan gaya yang dipikul pegas, akibat beban kendaraan dan beban guncangan.

 FVD pada perkuatan struktur gedung

 

Jika pada struktur dipasang FVD, gaya redaman akan sama dengan nol pada saat defleksi maksimum, karena kecepatan stroke sama dengan nol dan kemudian berbalik arah. Saat kolom berbalik arah ke posisi semula, akan menyebabkan menjadikan kecepatan stroke menjadi maksimum atau gaya redamannya menjadi maksimum. Pada posisi kolom normal, tegangan kolom adalah minimum. Dengan, demikian penggunaan FVD sebagai alat peredam struktur, tidak akan meningkatkan beban pada kolom akibat gaya yang dikeluarkan FVD, karena saat terjadi gempa dan gaya damper maksimum, tegangan kolom justru minimum.

FVD pada jembatan

Adapun kelebihan FVD, yaitu

1. Dapat mereduksi tegangan, gaya geser dan defleksi pada struktur, dapat bekerja secara pasif (tidak membutuhkan peralatan atau sumber daya dalam penggunaannya).
2. Dapat bekerja dengan tekanan fluida lebih tinggi, sehingga bentuknya semakin kecil dan praktis.

4. High Damping Device (HIDAM)

Jepang adalah salah satu negara yang sering dilanda gempa, sehingga para engineer di jepang dituntut untuk dapat mengatasi kerusakan bangunan akibat guncangan gempa sehingga mengurangi korban jiwa dan materi. Alat peredam gempa ini adalah hasil penelitian dan pengembangan laboraturium Kobori, afiliasi perusahaan kontraktor Kajima. Di Jepang sendiri, alat ini berhasil diaplikasikan pada gedung-gedung tinggi dan struktur khusus lainnya. 

 Prinsip kerja HiDAM

Untuk HiDAM pada bagian struktur atas sebagai respon pasif juga mulai banyak diaplikasikan. Hal ini penting, karena berdasarkan simulasi, jika gempa berkekuatan 7-8 magnitude mengguncang Tokyo, maka lebih dari sepertiga areanya akan luluh lantah, dengan banyak korban jiwa.

Prinsip Kerja HiDAM

Sekilas mengenai prinsip kerja HiDAM, secara umum hampir sama dengan FVD taylor device . Yakni kedua alat ini sama-sama menggunakan prinsip viskositas dalam menciptakan gaya redaman. Berdasarkan hasil penelitian terhadap alat peredam gempa HiDAM ini, rasio redaman struktur, mampu ditingkatkan oleh HiDAM pada kisaran 10 – 20 %.  Angka ini, sangat signifikan dalam mengurangi respon struktur terhadap gempa dan kerusakan bangunan, serta telah memenuhi kriteria konvensional gempa di Jepang.

Aplikasi HiDAM dalam Bangunan

KESIMPULAN

Penggunaan damper memang sangat penting dalam meredam reduksi beban dinamik oleh gerakan seismik. Keunggulan damper adalah karena kesederhanaan dalam desain, pemasangan, dan terutama pemeliharaannya. Kita akui penggunaan damper membutuhkan biaya yang sangat mahal dibandingkan membangun tanpa damper. Tetapi, Biaya untuk memperbaiki kerusakan relatif kecil dan biaya terhentinya akibat terhentinya aktivitas hampir tidak ada.

Yang perlu diperhatikan tidak selamanya damper dapat digunakan dengan leluasa di daerah Jepang. Dengan banyaknya daerah yang tersidementasi (tanah pasir atau lempung) di Jepang perlu juga di perhatikan kejadian likuifaksi yang menyebabkan degradasi lahan. Pada daerah ini perlu juga pemakaian pondasi yang sesuai, baru dapat menerapkan damper pada bangunan.

Perilaku Struktur dengan dan tanpa Base Isolator

Horizontal Displacement Time History Plot

Diatas dapat kita lihat perbandingan antara bangunan yang menggunakan damper dan yang tidak menggunakan damper. Dengan menggunakan damper dapat meminimalisir perpindahan atau goncangan dimana ditunjukkan oleh difference line. Efektivitas damper pada saat kejadian gempa di Jepang memang mampu meminimalisir kerusakan bangunan. Pada kejadian gempa sendai 2011, bangunan di Jepang tidak mengalami kerusakan parah akibat gempa, melainkan kerusakan parah diakibatkan tsunami.

Damper merupakan solusi yang cocok untuk daerah rawan gempa. Baik itu bangunan rumah maupun gedung. Sebagai negara yang maju dalam teknologi, Jepang telah mampu menerapkan teknologi ini. Penggunaan damper untuk daerah tertentu di Jepang mampu mereduksi respon dinamik yang disebabkan beban seismik. Kerusakan-kerusakan yang dialami pada gempa di Jepang cenderung merupakan akibat tsunami. Untuk negara-negara yang rawan gempa patutnya dapat menerapkan teknologi damper khususnya base isolation untuk mengantispasi dan meminimalisir efek primer maupun efek sekunder dari gempa bumi.

Pustaka :

http://pustaka-ts.blogspot.com

http://sanggapramana.wordpress.com

http://www.georesources.co.uk

http://factsanddetails.com/japan.php?itemid=863&catid=26&subcatid=161.

http://www.bridgestone-dp.jp

http://www.wbdg.org

http://www.ndsse.com
http://www.ipard.com

http://rebar.ecn.purdue.edu

http://istgeography.wikispaces.com

dan masih banyak sumber yang lainnya

Strong Column Weak Beam Concept

Mengapa harus Kolom Kuat - Balok Lemah…?

Sederhananya, dalam struktur portal/ frame kolom adalah komponen struktur yang menopang  balok, lantai, seluruh beban di lantai , dan beban lantai-lantai di atasnya. Sedangkan balok hanya komponen struktur yang menopang dan mendistribusikan beban-beban di lantai tersebut menuju kolom-kolom.

Kalau sampai kolom runtuh, maka runtuhlah seluruh system struktur di atasnya. Tapi jika balok yang runtuh maka kerusakan awal hanya terjadi di bagian balok itu saja kemudian merambat ke elemen balok yang lain dan seterusnya dan seterusnya hingga struktur benar-benar runtuh ketika tidak lagi kuat menahan beban (dalam hal ini beban geser akibat gempa).

Maka tak heran jika bangunan- bangunan tingkat tinggi di desain dengan konsep “strong column weak beam”. Jika pada suatu saat terjadi goncangan yang besar akibat gempa, kolom bangunan di desain akan tetap bertahan, sehingga orang- orang yang berada dalam Gedung masing mempunyai waktu untuk menyelamatka diri sebelum Bangunan roboh seketika. Banyak cara yang bisa dilakukan untuk mendesain kolom yang kuat antara lain :  dengan mengatur jarak antar sengkang, mininggikan mutu beton, dan memperbesar penampang. Serta utuk struktur bangunan dengan baja, bisa dimodifkasi sambungan hubungan antara balok dengan kolom.

 Nah, inilah jika kita salah dalam mendesai. Kesalahan kolom yang lemah dan balok yang kuat

Foto diatas adalah foto Gedung DPU, di Padang saat gempa beberapa tahun lalu. Padahal kantornya orang- orang teknik sipil loh....

Pustaka :

http://www.duniatekniksipil.web.id

http://www.google.com/image.html

http://www.engineerwork.blogspot.com

http://www.infobangunan.com

Soft Story building ( Lantai Lunak)

Soft story adalah istilah yang sering digunakan dalam pembahasan tentang struktur gedung tahan gempa. Soft story kalo diterjemahkan mentah-mentah ya artinya lantai lunak. Maksudnya? Apakah berarti ada juga istilah Hard Story? Sekedar analogi, kita bisa misalkan gedung bertingkat sebagai lapisan-lapisan batu bata yang ditumpuk di atas sebuah meja. Tiap lapisan batu bata merepresentasikan lantai gedung. Sementara itu ada tumpukan batu bata lain. Tapi di tengah-tengah tumpukan tersebut, ada satu lapisan yang batu batanya mempunyai rongga yang cukup besar di dalamnya.

ilustrasi soft-story

Sekarang, misalkan kita guncang meja tersebut ke arah horizontal secara acak dan bolak balik. Dengan goncangan yang sama, ternyata kedua tumpukan batu mempunyai perilaku yang berbeda. Tumpukan pertama bisa saja masih bertahan selama goncangan berlangsung. Akan tetapi tumpukan kedua sudah runtuh akibat lapisan batu bata “palsu” yang ada di tengah-tengah tadi yang tidak kuat menahan gaya dorong “fiktif” yang bekerja secara lateral dan bolak balik.

Lapisan batu bata lunak ini bisa direpresentatifkan sebagai soft story. Jika lapisan lunak ini berada di lantai paling atas, tentu bukan masalah. Justru yang jadi masalah adalah kalau lantai lunak ini berada pada lapisan atau lantai yang paling bawah. Dan.. kenyataannya memang seperti ini yang banyak dijumpai di lapangan. Mengapa demikian?

Berikut ini saya coba berikan dua contoh faktor yang menyebabkan keruntuhan karena pengaruh soft story.

A. Kekakuan Dinding Bata Diabaikan.
Gedung-gedung tinggi yang bertipe gedung perkantoran, hotel, atau apartemen, khususnya di kota-kota besar, pada umumnya mempunyai lobi yang berada di lantai dasar atau lantai ground. Ciri-ciri lantai lobi adalah :

• Tinggi antar lantainya biasanya lebih besar daripada lantai tipikal di atasnya. Arsitek biasanya menginginkan hal ini agar ruangan lobi terlihat lebih besar, luas, dan megah.

• Karena ingin luas, maka di lantai lobi, penggunaan dinding bata relatif lebih sedikit daripada di lantai-lantai atas yang memang membutuhkan dinding-dinding sekat antar ruangan.

Lantai lunak akibat bukaan yang lebih banyak

Akibatnya, seperti yang terlihat pada gambar di atas, lantai paling bawah menjadi lantai yang paling lunak (kurang kaku) dibandingkan lantai di atasnya. Salah satu solusinya adalah menambah ukuran kolom sebesar mungkin sehingga bisa mengimbangi kekakuan-kekakuan lantai di atasnya.

B. Kekeliruan Antara Desain dan Pelaksanaan

Tumpuan didesain sebagai jepit

Kenyataannya, tumpuan berperilaku sendi

Contoh di atas adalah contoh kasus yang sepele namun dampaknya luar biasa. Tumpuannya didesain jepit, akan tetapi pada pelaksanaannya, justru tumpuan tersebut berperilaku sendi.

Kenapa sih tumpuan itu bisa sendi? Ada beberapa penyebabnya, antara lain:

1. Tidak ada yang mentransfer momen dari kolom ke pondasi.
   Ketika menentukan sebuah tumpuan itu adalah jepit, maka perlu diperhatikan bahwa akan ada momen lentur di kaki kolom (tumpuan), dan.. harus ada yang bisa mentransfer momen tersebut ke pondasi dan terus ke tanah. Jika pondasinya tipe tiang (pile) baik itu pancang atau bor, setidaknya harus ada pilecap yang cukup kuat untuk menahan momen dari kolom tersebut. Jika pondasinya pondasi tapak, sebaiknya kolom tidak didesain sebagai jepit. Pondasi tapak tidak efektif dalam menahan momen lentur akibat reaksi tumpuan jepit.
2. Pondasi tidak didesain untuk menahan momen.
   Kadang pondasi tapak sudah didesain untuk menahan momen, tetapi pada kenyataannya, jika ada momen yang terjadi pada pondasi, akan ada perbedaan tekanan pada tanah di daerah ujung-ujung pondasi. Akibatnya bisa terjadi perbedaan settlement. Jika ada perbedaan settlement di ujung-ujung pondasi tapak, maka akan timbul rotasi. Adanya rotasi menyebabkan perilaku jepit menjadi tidak sempurna lagi.

Rotasi pada pondasi tapak mengurangi kekuatan penjepitan

 

Kurang lebih 2 hal itulah yang paling banyak menyebabkan kegagalan soft-story. Lantas, apa yang sebaiknya dilakukan oleh perencana?

• Lantai yang dianggap “lunak” sebaiknya kekakuan kolomnya agak dilebihkan. Berbicara kekakuan artinya kita berbicara tentang variabel E, I, dan L. Menaikkan E berarti meninggikan mutu beton, hal ini relatif jarang dilakukan jika hanya mau meningkatkan kekauan satu lantai saja. Mengurangi nilai L (tinggi antar lantai) juga sulit dilakukan karena tinggi lantai yang sudah ditentukan oleh arsitek biasanya tidak bisa diubah lagi. Yang paling mungkin adalah menambah momen inersia, I, yaitu dengan memperbesar ukuran kolom. Hal ini memang membutuhkan koordinasi dengan pihak arsitek.
• Yang paling ideal adalah, kekakuan dinding bata juga sebaiknya dimasukkan ke dalam perhitungan. Akan tetapi di Indonesia khususnya, belum ada pedoman mengenai hal ini, apalagi dalam perencanaan bangunan tahan gempa. Sebenarnya boleh saja kita tidak memasukkan kekauan dinding bata ke dalam perhitungan, akan tetapi hal ini berarti dalam pelaksanaannya nanti dinding bata tersebut harus “terlepas” (tidak diikat) dari struktur utama. Hal ini tentu sangat berbahaya karena dinding tersebut sewaktu-watu bisa rubuh dan menimpa orang yang ada di dekatnya.
• Jika pondasinya tidak didesain untuk menahan momen, sebaiknya tidak menggunakan tumpuan jepit.

 

Pustaka :

http://www.duniatekniksipil.web.id

http://www.google.com/image.html

http://www.engineerwork.blogspot.com

http://www.infobangunan.com

 

KERUSAKAN STRUKTUR AKIBAR GEMPA

Gempa bumi berskala 7.6 telah meluluh lantakan kota Padang dan sekitarnya. Kerusakan terasa masif, terlihat dari berita-berita baik dimedia cetak maupun elektronik. Mengapa bangunan bisa sampai runtuh akibat gempa tersebut? Sengaja saya menulis artikel ini dengan harapan rekan-rekan Teknik Sipil UNISSULA dapat mengambil pelajaran dan manfa'at untuk kebaikan umat manusia dikemudian hari.

Belum terlambat untuk mengucapkan turut berduka cita atas koban musibah gempa di Padang beberapa waktu lalu (30/09/09). Karena Gempa padang merupakan salah satu gempa terkuat yang pernah terjadi di Indonesia, pembicaraan mengenai musibah tersebut pun sering terdengar di mana-mana, entah itu di pemberitaan TV, radio, obrolan sehari-hari, infotainment, dan juga di media internet: berita online, blog, sampai status facebook dan twitter.

Nah, dalam bidang keilmuan khususnya teknik sipil, topik ini juga tidak sepi dari berbagai macam diskusi, forum, maupun kajian-kajian keilmuan. Bagaimana tidak? Sebagian besar hasil karya mereka (para engineer) diuji langsung oleh alam. Tidak sedikit rekan berkomentar, “di sinilah ketahuan, mana perencana yang benar, mana yang asal-asalan”. Kalaupun perencananya sudah benar, berarti pelaksananya yang nggak beres. Dalam dunia kerja, hal seperti ini merupakan hal yang biasa.

Kerusakan struktur yang sering terjadi akibat gempa antara lain :

A. Kegagalan Soft Story

Hampir semua bangunan yang rubuh saya simpulkan mengalami keruntuhan soft story. Buat yang belum tahu, sekedar informasi, istilah soft story menunjuk kepada kondisi keruntuhan gedung (biasanya berlantai lebih dari satu) di mana lantai di bawah lebih “lunak” daripada lantai di atasnya, atau kalau dibalik, lantai di atas lebih “keras” atau kaku dibanding lantai di bawahnya.

Berikut ini adalah gambar beberapa bangunan yang mengalami kegagalan karena pengaruh soft story.

bangunan di atas terpisah dengan ruko di kiri-kanannya

lantai 1 seolah-olah tenggelam ke dalam tanah

kegagalan pada kolom di lantai 1

perhatikan kolom lantai 1...

soft story terjadi di lantai tengah ?

soft story di lantai 2

Pembahasan Tentang Soft Story (Klik disini)

B. Detailing Yang Tidak Tepat

Di dalam perencanaan bangunan tahan gempa, kita harus memahami filosofi keruntuhan sebuah bangunan (khususnya sistem frame/portal). Ada konsep yang dinamakan “strong column weak beam” (STWB). Konsep ini juga insya Allah akan dibahas lebih jauh di artikel lain. Intinya, pada konsep ini, sesuai namanya, kolom tidak boleh collapse lebih dulu dibandingkan balok. Bicara tentang STWB berarti bicara tentang beam-column joint, dan bicara tentang joint tidak lepas dari yang namanya detailing. Walaupun hitungannya benar, tapi kalau detail dan penertapannya salah, maka sama saja bo'ong. Beberapa gambar di bawah menunjukkan detailing yang kurang tepat :

salah satu sisi Hotel Ambacang

Masih ingat dengan Hotel Ambacang yang banyak diekspos media, ini adalah beberapa petunjuk yang menjelaskan penyebab keruntuhan. Beam-column joint ini misalnya. Kalau dilihat bentang tengah balok kiri, kanan, dan bagian tengah kolom di bawah, betonnya masih oke, tulangannya masih terbungkus aman. Tapi di daerah joint, terjadi collapse. Kurangnya sengkang (ties) di daerah joint bisa menyebabkan keruntuhan ini, buktinya adalah tulangan utama sudah tidak terkekang dan “terlempar” keluar akibat stress yang tinggi yang berasal dari inti beton.

Kasus yang sama terjadi pada beberapa gedung berikut:

keruntuhan kolom, sengkang tidak cukup kuat

Sengkang yang digunakan pada kolom di atas berukuran sangat kecil.  Sepanjang pengetahuan saya, di SNI Beton 2002 disebutkan bahwa diameter minimum untuk tulangan sengkang (lateral) elemen kolom (khususnya dalam memikul beban gempa) adalah 10 mm (boleh polos, sebaiknya ulir).

Pelanggaran yang kedua adalah, menggunakan tulangan polos pada elemen penahan gempa, padahal SNI sudah mengatur untuk menggunakan tulangan ulir untuk semua penulangan (kecuali sengkang boleh polos). Kenapa tulangan polos “diharamkan”? Karena mekanisme lekatannya hanya mengandalkan adhesi dan friksi. Menurut data, kuat lekat ini hanya 10% dari lekatan tulangan ulir dengan diameter yang sama. Pada saat gempa, di mana gaya gempa bekeja bolak-balik, gaya lekatan tulangan polos akan menurun drastis, bahkan bisa hilang (loss) kontak dengan beton, akibatnya sendi plastis yang diharapkan terjadi pada balok tidak akan terjadi.

keruntuhan pada kolom, sengkang kecil dan kurang, tulangan polos

tulangan utama tidak "diikat" dengan baik oleh sengkang

Pembahasan Tentang Strong Colum Weak Beam (Klik disini)

C. Dinding Bata Juga Mendisipasi Energi??

dinding rubuh

Walaupun dinding di atas cuma dinding pembatas dua lahan, tapi bisa dibayangkan jika dinding tersebut jatuh menimpa orang di sebelahnya. Kesalahan fatal dinding tersebut adalah, tidak ada struktur yang cukup untuk menahan dinding tersebut terhadap arah lateral.

Gambar di atas, sebenarnya dinding bata sudah dikekang dengan baik, tapi ikatannya terhadap beton kurang begitu kuat sehingga batanya sudah tidak mampu mendisipasi energi gempa. Struktur betonnya sendiri masih utuh, hanya beberapa lapisan finishing yang terlepas.

Dinding di Hotel Bumi Minang

Sementara gambar di atas, dinding batanya ikut mendisipasi energi gempa dan tidak ambruk. Walopun sudah porak-poranda, tapi dinding tersebut masih “menempel” pada struktur utama.

D. Mutu Beton Yang Kurang Baik

Beton hancur sementara kolom masih berdiri

Pada kolom di atas, tulangan masih terpasang dengan rapi. Sengkang tidak terlepas, tulangan utama tidak “berhamburan”, tapi justru inti betonnya yang hancur lebur. Ini menandakan kualitas beton yang terpasang kurang baik.

E. Keruntuhan Bangunan Baja

Salah satu bangunan struktur baja yang ambruk

 Bangunan di atas adalah bangunan hotel yang mempunyai struktur rangka baja.

Tanah bergeser

Di sekitar bangunan tersebut, ada lapisan tanah yang bergeser. Bisa jadi pemicu keruntuhan tersebut adalah bergesernya lapisan tanah yang mungkin membuat (sebagian) pondasi ikut bergeser, sehingga struktur di atasnya terganggu keseimbangan maupun kestabilannya.

Sambungan balok yang merobek sebagian kolom

Penutup

Itulah sebagian dari penelusuran saya di internet yang bisa saya share ke teman-teman. Walaupun banyak gedung yang rubuh, tapi tidak sedikit juga gedung-gedung serupa yang masih berdiri dengan kokoh dan tidak mengalami kerusakan yang berarti. Jadi, jangan sesalkan gempanya karena masalah gempa adalah masalah musibah yang sifatnya ghaib (hanya Yang Maha Kuasa yang mengatur semuanya). Kalaupun harus ada yang disesalkan, maka sesalkanlah konstruksi bangunannya yang kurang memenuhi syarat baik itu dalam segi perencanaan maupun pada waktu pelaksanaan.

Itulah sebabnya, perhitungan yang matang, detailing yang tepat, dll sangat perlu diperhatikan. Soalnya, berbicara masalah bangunan tahan gempa, artinya kita sebagai structural engineer punya tanggung jawab untuk mencegah atau mengurangi  jatuhnya korban yang bisa saja muncul akibat konstruksi yang salah dalam perencanaan dan atau pelaksanaan.

Pustaka :

http://www.duniatekniksipil.web.id

http://www.ilustri.org

SNI Beton 2002

http://www.google.com/image.html

http://www.engineerwork.blogspot.com

http://www.infobangunan.com

BANGUNAN GEDUNG YANG RISKAN TERHADAP GEMPA KUAT

Indonesia adalah negara kepulauan dengan tingkat resiko terhadap gempa bumi yang cukup tinggi, hal ini disebabkan karena wilayah kepulauan Indonesia berada di antara 4 (empat) sistem tektonik yang aktif. Yaitu tapal batas lempeng Eurasia, lempeng Indo-Australia, lempeng Filipina dan lempeng Pasifik. Di samping itu Indonesia adalah negara kepulauan dengan garis pantai terpanjang di dunia sehingga selain rawan terhadap gempa juga rawan terhadap tsunami.

 Kondisi Tektonik Kepulauan Indonesia

Gambar di atas menunjukkan kondisi tektonik Kepulauan Indonesia. Garis merah, jingga dan hijau menunjukkan batas-batas lempeng tektonik. Garis merah menunjukkan pemekaran lantai samudra. Garis jingga menunjukkan pensesaran relatif mendatar. Sedangkan garis hijau menunjukkan tumbukan/penunjaman antar lempeng tektonik.

Mari kita perhatikan satu per satu. Garis hijau di sebelah barat Pulau Sumatra dan di sebelah selatan Pulau Jawa, menerus hingga ke Laut Banda, sebelah selatan Flores kemudian membelok ke utara menuju Laut Arafuru (utara Maluku) menunjukkan zona penunjaman Lempeng Hindia-Australia dan Lempeng Eurasia. 

Apa implikasinya dari proses tektonik yang begitu rumit tersebut ? Kita lihat gambar kedua.

Sebaran Gunung Berapi dan Titik Pusat Gempa di Indonesia

Gambar di atas menunjukkan sebaran gunungapi (segitiga merah), titik gempa (tanda plus ungu) dan hot spot (tanda bintang jingga). Apa yang terjadi mudah ditebak kan! Rangkaian gunungapi dan titik gempa selalu berasosiasi dengan zona penunjaman. Animasi proses penunjamannya bisa dilihat pada video di bawah ini :

Pulau Sumatra, Jawa, Flores, Maluku, Sulawesi dan bagian utara Papua akan rawan dengan gunungapi dan gempa. Emang sudah dari sono-nya begitu. Berikut ini adalah peta gempa yang digunakan dalam Peraturan Gempa untuk Gedung di Indonesia tahun 2002 dengan judul Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung SNI-1726. Wilayah Indonesia dibagi dalam 6 zona gempa yang setiap zona memiliki intensitas kuat gempa yang berbeda. Gempa paling kuat terjadi pada Zona-6 (wilayah dengan warna merah) dan Zona-1 adalah zona yang gempanya paling kecil (relative tidak ada) seperti di terdapat di sebagian besar Kalimantan.

 Wilayah Gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar dengan perioda ulang 500 tahun

Dengan semakin majunya sosial-ekonomi Indonesia dewasa ini, semakin banyak pula bangunan-bangunan yang  berdiri atau dibangun dengan selera artistik yang semakin tinggi pula cita rasanya. Sehingga dapat kita saksikan banyak sekali gedung-gedung bertingkat tinggi yang menjulang dengan seni arsitektural mencengangkan. Kadang bentuknya aneh, monumental atau unik.

Dari segi estetika-arsitektur bangunan semacam ini memiliki daya tarik yang luar biasa, namun bila ditinjau dari segi ketahanan gempa bentuk-bentuk struktur yang aneh ini sangat rentan dan beresiko tinggi. Kalau pun ingin mempertahankan bentuk semacam ini, sudah tentu konstruksinya harus jauh lebih kuat dan jauh lebih mahal.

Seyogyanya, menurut kaidah-kaidah ketahanan gempa, suatu struktur bangunan haruslah berbentuk sebuah bangunan yang teratur. Yakni berbentuk persegi empat, tidak banyak tonjolan, simetris dalam dua arah sumbu utamanya; secara vertical bentuk struktur haruslah menerus secara kontinu, dan berbagai batasan yang tertuang di dalam peraturan bangunan tahan gempa untuk gedung di Indonesia (SNI-1726). Bentuk ideal dari sebuah bangunan yang memiliki ketahanan terhadap gempa dapat di-ilustrasikan dalam gambar 3D di bawah ini :

Bangunan yang teratur sesuai persyaratan Bangunan Tahan Gempa untuk Gedung. dengan tampak depan seperti ini :

Bangunan dengan keteraturan dalam arah vertical maupun horisontal

Sedangkan bangunan yang beresiko tinggi ketahanan gempanya dapat dijumpai pada gedung-gedung dengan pola seperti berikut ini :

Bangunan di atas adalah bangunan dengan loncatan muka yang rentan terhadap gempa

atau tampak depan bangunan terlihat seperti ini :

 Bangunan dengan ketidak-teraturan dalam arah vertical (loncatan muka)

Denah atau tampak atas dari bangunan yang simetris (yang dianjurkan)

 

Denah atau tampak atas dari bangunan yang tidak-simetri dan tidak beraturan (rentan)

Di samping itu bahkan banyak sekali bangunan yang tata letaknya lebih ekstrim daripada contoh yang saya sebutkan di atas ini.

Dengan demikian, untuk tetap mempertahankan bentuk arsitektural yang secara struktur “rentan terhadap resiko gempa”, diperlukan “biaya konstruksi” yang jauh lebih besar pula.

Kegagalan struktur bangunan pasca gempa sebagai ilustrasi dapat dilihat dari foto-foto berikut ini :

Pasca gempa Aceh 2004

Pasca gempa Yogya

 

Di samping kerusakan bangunan, kerugian materi, kegagalan struktur gedung pasca-gempa terutama mengancam keselamatan jiwa penghuninya.

Mari kita perhatikan beberapa bentuk bangunan yang rentan terhadap goncangan gempa bumi.

Foto 1 dan 2 secara struktur sangat riskan jika dilanda gempa, sedangkan foto 3 cukup baik ketahanan gempanya.

Semoga apa yang telah saya sampaikan dalam tulisan ini dapat bermanfaat dan mengakomodasikan informasi tentang resiko gempa bumi terhadap bangunan-bangunan di Indonesia.

Jadi pertanyaannya, bila anda ingin tinggal di gedung bertingkat atau apartemen, bentuk bangunan mana yang akan anda pilih ? Silahkan tentukan pilihan anda dengan mempertimbangkan resiko-resikonya.

Pustaka :

http://rumahdangedungtahangempa.blogspot.com

http://www.google.com/image.html

http://www.youtube.com/watch?v=wkc4lbhhSRs

http://yudi81.wordpress.com

STANDAR PERENCANAAN KETAHANAN GEMPA UNTUK STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG (SNI – 1726 - 2002)