ANALISIS KAPASITAS SEISMIK GEDUNG BETON BERTULANG

DI KOTA PADANG

Futi Annisa Akbar1)

, Maidiawati2)

, Agus2)

,

1)

Mahasiswa Teknik Sipil, Institut Teknologi Padang, Padang 2)

Dosen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Padang

email : akbar.annisa@ymail.com 1)

, maidiawati@yahoo.com 2)

Abstrak

Makalah ini memaparkan tentang kapasitas seismik gedung beton bertulang di kota Padang yang dievaluasi

berdasarkan standar Jepang, Standard for Seismic Evaluation of Existing Reinforced Concrete Building,

2001. Dalam analisis ini hanya meninjau element struktur, namun elemen dinding bata diperhitungkan

hanya untuk menentukan tinggi bersih struktur kolom. Analisis hanya dilakukan untuk lantai satu saja

karena dimana terdapat gaya geser terbesar pada struktur

Dalam penelitian ini dievaluasi kapasitas seismik gedung beton bertulang 3 (tiga) lantai yang dapat

bertahan selama gempa besar 30 Septemebr 2009 di kota Padang. Kapasitas seismik diberikan dalam bentuk

hubungan antara indeks kekuatan lateral dan indeks daktilitas. Kapasitas seismik gedung yang diinvestigasi

tersebut dibandingkan dengan kapasitas seismik gedung beton bertulang yang dirobohkan oleh gempa

Sumatra Barat September 2007. Sebagai hasilnya, didapatkan gambaran nilai kekuatan lateral untuk gedung

beton bertulang yang aman di daerah rawan gempa.

Kata kunci : gedung beton bertulang, kapasitas seismik, Padang

1. Pendahuluan

Sumatra Barat terletak pada pertemuan 2 (dua) lempeng, lempeng Eurasia dan Pasific, sehingga Sumatra

Barat khusunya kota Padang menjadi daerah dengan resiko gempa tinggi. Beberapa gempa besar telah terjadi

di Sumatra Barat yang mengakibatkan banyak gedung beton bertulang yang mengalami kerusakan dan roboh

seperti dalam referensi [1, 2]. Bangunan yang mengalami rusak dan roboh akibat gempa tersebut diasumsikan

memiliki kapasitas seismik yang kurang memadai untuk daerah rawan gempa.

Dalam penelitian ini dievaluasi kapasitas seismik gedung beton bertulang yang dapat bertahan ketika gempa

September 2009 di kota Padang. Karena belum adanya standar nasional untuk mengevaluasi kapasitas

seismik gedung beton bertulang eksisting, maka evaluasi dilakukan dengan berdasarkan pada standar Jepang,

Standard for Seismic Evaluation of Existing Reinforced Concrete Building, 2001, yang dipublikasikan oleh

The Japan Building Desaster Prevention Association [3] dalam referensi [1, 4]. Berdasarkan standar ini

kapasitas seismik gedung diberikan dalam bentuk hubungan antara indeks kekuatan lateral dan indeks

daktilitas.

2. Tinjauan Pustaka

2.1 Indeks kekuatan kolom

Indeks kekuatan kumulatif gedung, C adalah jumlah indeks kekuatan kolom-kolom pada daktilitas tertentu

yang ditentukan dengan persamaan (1) (JBDPA, 2001).

jcjic CCC (1)

b

uic

W

QC (2)

Dimana cCi adalah indeks kekuatan kolom yang memiliki indeks daktilitas yang sama yang dihitung dengan

Persamaan (2), Qu: Min {Qmu, Qsu}, cCj adalah indeks kekuatan kelompok-j yaitu kelompok anggota vertikal

memiliki indeks daktilitas yang lebih besar dari kelompok-i, αj adalah faktor kekuatan efektif untuk group j

(ditunjukkan dalam Tabel 1) yang dihitung berdasarkan pengaruh deformasi leleh kolom, Wb adalah berat

bangunan yang diasumsikan sebesat 12 kN/m2 setiap luas lantai [3]. 168

National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x

o

u

muh

MQ

2 (3)

c

ytufDb

NDNDaM

..1..5.0.8.0 (4)

jbPdQM

FPQ oww

tct

su .1.085.012.0)./(

)18(053.023.0

(5)

Dimana at adalah luas tulangan tarik, σy adalah tegangan leleh tulangan longitudinal, b adalah lebar kolom, D

adalah tebal kolom, N adalah gaya aksial kolom, Fc adalah kuat tekan beton, A adalah luas lantai yang

didukung oleh masing-masing kolom, Pt adalah rasio tulangan tarik (=at/(b.D).100%), Pw adalah rasio

tulangan geser (=Av/(b.s).100%) dimana Av adalah luas tulangan geser, apabila nilai Pw lebih besar dari 0.012,

maka nilai Pw yang digunakan adalah 0.012. σw adalah tegangan leleh tulangan geser. σ0 adalah tegangan

aksial dari kolom (=N/(b.D)), jika nilai σ0 bernilai lebih besar dari 8 N/mm2, maka nilai σ0 yang digunakan

adalah 8 N/mm2, adalah jarak antara center tulangan kearah luar selimut beton (=0,8 D). Ilustrasi penampang

kolom dan notasi dalam perhitungan ditunjukan dalam Gambar 1.

Gambar 1. Ilustrasi penampang kolom dan notasi

Tabel 1. Faktor kekuatan efektif (αj)

Jika Nilai F1 untuk kelompok pertama = 0.8 (R1 = R500 = 1/500)

F1 F1 = 0.8

R1 R1 = R500

Kelompok

Kedua dan

yang lebih

tinggi

Geser (Rsu = R250) αs

Geser (Rsu < R250) αs

Lentur (Rmy = R250) 0.65

Lentur (R250 < Rmy < R150) αm

Lentur (Rmy = R150) 0.51

Dinding geser dan lentur 0.65

Jika pada grup pertama nilai F1 ≥ 1.0 (R1 ≥ R250 = 1/250)

F1 F1 = 1.0 1.0<F1<1.27 1.27≤ F1

R1 R250 R250<R1<R150 R150≤R1

Kelompok

Kedua dan

yang lebih

tinggi

Geser (Rsu = R250) 1.0 0.0 0

Geser (R1<Rsu) αs αs 0

Lentur (Rmy<R1) 1.0 1.0 1.0

Lentur (R1<Rmy) αm αm 1.0

Lentur (Rmy=R150) 0.72 αm 1.0

Dimana:

αs = Q(F1)/Qsu = αmQmu/Qsu ≤ 1.0 αm = Q(F1)/Qmu = 0.3 + 0.7 x R1/Rmy

2.2 Indeks daktilitas kolom Indeks daktilitas, F adalah indeks untuk kemampuan deformabilitas struktur kolom yang dihitung sesuai

dengan spesifikasi struktural berdasarkan kekakuan, kekuatan, dimensi, bentuk keruntuhan dan lain-lain

(JBDPA, 2001). Berdasarkan jenis keruntuhannya, kolom terbagi menjadi kolom geser dan kolom lentur.

Kolom geser yaitu kolom yang memiliki rasio kuat geser terhadap kuat lentur kurang dari satu (Qsu/Qmu < 1)

dan kolom lentur adalah kolom yang memiliki rasio kuat geser dan kuat lentur besar dari 1 (Qsu/Qmu > 1).

Untuk kolom geser, diberikan dalam Persamaan (6) dan untuk kolom lentur ditentukan dengan Persamaan (7)

untuk kasus Rmn < Ry dan dengan Persamaan (8) untuk kasus Rmn≥ Ry (JBDPA, 2001) 169

National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x

250

25027.01RR

RRF

y

su

(6)

250

25027.01RR

RRF

y

mu

(7)

2.3

/05.0175.0

1/2

ymu

ymu

RR

RRF (8)

dimana :

Rsu = Drift kolom saat gaya geser ultimit. Nilai Rsu dapat dihitung dengan (Qsu/Qmu - 0.3)/0.7x. Rmy ≥ R250

untuk cα. Qmu<Qsu

cα = Faktor kekuatan efektif kolom, cα = 0.3 + 0.7 (R250/Rmy)

Rsu = R250 untuk cα. Qmu ≥ Qsu

Rmy = (ho/Ho).cRmy ≥ R250, dimana ho/Ho ≤ 1.0

cRmy = cR150 untuk ho/D ≥ 3.0

cRmy = cR250 untuk ho/D ≥ 2.0

cRmy = nilai interpolasi dari 2.0 < ho/D < 3.0

Ry = Deformasi leleh yang secara prinsip dapat diambil Ry = 1/150

Rmu = Drift kolom saat kekuatan lentur ultimit (ho/Ho) . cRmu ≥ R250

cRmu = cRmy + cRmp ≤ cR30

cRmp = 10(Qsu/Qmu - q) . cRmy ≥ 0

q = 1.0 untuk S ≤ 100 mm, s : jarak tulangan sengkang

q = 1,1 untuk S > 100 mm

ho = Tinggi bersih kolom

Ho = tinggi kolom yang dibatasi dari balok kolom atas dan plat lantai

D = tebal kolom

cR150 = Nilai standar sudut deformasi kolom (diukur dari tinggi bersih kolom) yang bernilai 1/150

cR250 = Nilai standar sudut deformasi kolom (diukur dari tinggi bersih kolom) yang bernilai 1/250

R250 = Nilai standar sudut saat terjadi deformasi tiap lantai

cRmy = Nilai sudut leleh (Yield drift angle) kolom.

Nilai cRmu dan cRmy tidak harus tidak lebih besar cRmax yaitu nilai batas atas drift kolom lentur yang diambil

sebagai nilai min{cRmax(n), cRmax(s), cRmax(t), cRmat(b), cRmax(h)}, dapat ditentukan sebagai berikut :

a. cRmax(n) adalah batas atas drift kolom lentur yang ditentukan oleh gaya aksial

cRmax(n) = R250 untuk η > ηH

cRmax(n) = cR30 (cR250)/(cR30) η’ ≤ cR30 untuk lainnya

Dimana : η = (η-ηL) (ηH - ηL)

η = Ns / (b.DFc)

ηL= 0,25 dan ηH = 0,5 untuk S ≤ 100 mm

ηL= 0,2 dan ηH = 0,4 untuk S > 100 mm

b. cRmax(s) adalah batas atas drift kolom lentur yang ditentukan oleh gaya geser

cRmax(s) = cR250 untuk cτ u /Fc cRmax(t) 0,2 dimana cτ u = {cQmu/(b.j),cQsu/(b.j)}

cRmax(s) = cR30 untuk yang lainnya.

c. cRmax(t) adalah batas atas drift kolom lentur yang ditentukan berdasarkan rasio tulangan tarik.

cRmax(t) = cR250 untuk Pt > 1%

cRmax(t) = cR30 untuk yang lainnya.

d. cRmax(b) adalah batas atas drift kolom lentur yang ditentukan berdasarkan jarak tulangan sengkang.

cRmax(b) = cR50 untuk S/db > 8

cRmax(b) = cR30 untuk kasus lainnya

e. cRmax(h) adalah batas atas drift kolom lentur yang ditentukan berdasarkan tinggi bersih kolom

cRmax(h) = cR250 untuk h0/ D ≤ 2

cRmax(h) = cR30 untuk lainnya

170

National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x

3. Metode Penelitian

Berdasarkan Standard for Seismic Evaluation of Existing Reinforced Concrete Building, 2001, yang d

publikasikan oleh The Japan Building Disaster Prevention Asociation (JBDPA, 2001) skrining level dua,

evaluasi dilakukan dengan terhadap struktur kolom tanpa memperhitungkan dinding bata, namun untuk

dinding parsial atau dinding yang tingginya hanya sebagian tinggi kolom, diperhitungkan untuk menentukan

tinggi bersih kolom. Tahapan evaluasi kapasitas seismik gedung eksisting dapat ditunjukan pada flowchart

dalam gambar 2.

Gambar 2. Bagan alir evaluasi kapasitas seismik bangunan beton bertulang eksisting

4. Hasil dan Pembahasan

4.1 Deskripsi Gedung Beton Bertulang

Dalam penelitian ini dilakukan evaluasi kapasitas seismik gedung perkuliahan kampus Institut Teknologi

Padang. Gedung ini merupakan bangunan beton bertulang tiga lantai seperti ditunjukan dalam gambar 3 yang

dibangun sebelum terjadinya gempa 2009. Gedung beton bertulang ini dapat bertahan ketika gempa Padang

September 2009, tanpa mengalami kerusakan yang berarti, sehingga menjadi hal yang menarik untuk

dievaluasi kapasitas bangunan tersebut.

Detail struktur gedung yang diperlukan untuk perhitungan didapatkan melalui inspeksi lapangan seperti

ditunjukan dalam gambar 4. Kuat tekan beton didapatkan melalui hummer test seperti ditunjukan dalam

gambar 4b dan data susunan serta dimensi tulangan didapat dengan menggunakan ferro scan (rebars scan)

seperti ditunjukan dalam gambar 4c. Karena data material tulangan tidak bisa didapatkan dari uji material,

maka nilai kuat leleh tulangan pokok (main bar) dan tulangan sengkang (hoop) diasumsikan berdasarkan

standar Jepang [3]. Berdasarkan inspeksi lapangan dibuatkan denah lantai 1 (satu) gedung yang ditunjukan

dalam Gambar 5a. Dimensi kolom 400x400 mm dengan tulangan pokok 12D22 dan tulangan sengkang Ø10-

150 ditunjukan dalam gambar 4b.

Mulai

Gambar gedung (denah,

tampak dan detail struktur)

Ambil data lapangan

(material elemen struktur)

Ada Tidak ada

Ambil data lapangan

(Dimensi struktur dan

material Gedung)

Buat gambar (denah

dan detail struktur)

Hitung indeks kekuatan, C

Hitung indeks daktilitas, F

Kapasitas seismik gedung

(Hubungan antara indeks C dan F)

Selesai

171

National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x

Gambar 3. Gedung perkuliahan Institut Teknologi Padang

a. Pengukuran struktur b. Tes hammer c. Scan tulangan

Gambar 4. Pengambilan data gedung

a. Denah lantai satu b. Detail kolom

Gambar 5. Denah lantai 1 gedung perkuliahan ITP

4.2 Kapasitas Seismik Gedung Beton Bertulang

Kapasitas seismik gedung perkuliahan ITP Padang dievaluasi hanya untuk lantai satu saja dimana lantai yang

memikul gaya geser paling besar. Perhitungan dilakukan dalam dua (2) arah yaitu arah melintang (arah X)

dan arah memanjang (arah Y). Dalam analisa keberadaan dinding bata diabaikan dalam perhitungan dengan

menganggap dinding sebagai nonstruktur.

Kapasitas seismik gedung dinyatakan dalam hubungan antara indeks kekuatan dan indeks duktilitas. Sebagai

hasilnya kapasitas seismik gedung perkuliahan Institut Teknologi Padang (ITP) unuk kedua arah ditunjukan

dinding bata penuh dinding bata ada

lobang kolom

E

N

172

National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x

dalam gambar 6. Gambar ini menunjukan bahwa gedung perkuliahan ITP memiliki kapasitas seismik yang

sama dalam ke dua arah.

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

Indek

s K

ekuat

an, C

3.53.02.52.01.51.00.50.0

Indeks Daktilitas, F

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

Indek

s K

ekuat

an, C

3.53.02.52.01.51.00.50.0

Indeks Daktilitas, F a. Arah X b. Arah Y

Gambar 6. Hubungan indeks kekuatan lateral dan daklitas gedung perkuliahan Institut Teknologi Padang

4.2 Perbandingan Kapasitas Seismik Beberapa Gedung Beton Bertulang

Kapasitas seismik gedung perkuliahan ITP ini dibandingkan dengan kapasitas seismik dua gedung beton

bertulang yang rusak akibat gempa September 2007, satu gedung roboh total dan satu lagi rusak sedang

seperti ditunjukan dalam gambar 7. Kapasitas seismik ke dua gedung tersebut dievaluasi dengan cara yang

sama oleh Maidiawati dkk seperti dilaporkan dalam referensi [1, 5]. Dengan mengabaikan pengaruh dinding

bata, ke dua gedung memiliki kapasitas seismik yang sangat rendah yaitu dengan indeks kekuatan kurang

dari 0.2 seperti ditunjukan dalam gambar 8 dan 9.

Dibandingkan dengan kapasitas seismik dua gedung yang rusak akibat gempa, gedung perkuliahan ITP

memiliki kekuatan lateral dan daktilitas yang lebih besar seperti ditunjukan dalam gambar 6. Hal ini

menjelaskan kenapa gedung perkuliahan ITP dapat bertahan selama gempa September 2007 dan 2009 tanpa

mengalami kerusakan.

Gambar 7. a) Gedung beton bertualng yang rusak akibat gempa september 2007, b) Bentuk gedung yang roboh sebelum gempa,

c) Gedung yang rusak setelah gempa

a)

b)

c)

173

National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

Str

ength

index

C

3.53.02.52.01.51.00.50.0

Ductility index F

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

Str

ength

index

C

3.53.02.52.01.51.00.50.0

Ductility index F a. Arah X b. Arah Y

Gambar 8. Hubungan indeks kekuatan lateral dan daktilitas gedung roboh akibat gempa September 2007

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

Str

ength

index

C

3.53.02.52.01.51.00.50.0

Ductility index F

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

Str

ength

index

C

3.53.02.52.01.51.00.50.0

Ductility index F a. Arah X b. Arah Y

Gambar 9. Hubungan indeks kekuatan lateral dan daktilitas gedung rusak sedang akibat gempa September 2007

5. Kesimpulan dan Saran

Kapasitas seismik gedung perkuliahan Institut Teknologi Padang yang merupakan struktur beton bertulang

dievaluasi dengan berdasarkan pada standar Jepang. Gedung ini adalah salah satu gedung yang dapat

bertahan selama gempa besar September 2007 dan 2009. Hasil analisa mendapatkan bahwa gedung

perkulihan ITP memiliki kapasitas seismik yang relative besar dibandingkan dengan kapasitas seismik dua

gedung beton bertulang yang roboh dan rusak akibat gempa September 2007. Hal ini menjelaskan kenapa

gedung perkuliahan ITP selamat dari keruntuhan.

Daftar Pustaka

[1] Maidiawati and Sanada Y., 2008, Investigation and analysis of buildings damaged during the September 2007

Sumatra, Indonesia earthquakes Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 7 (2), 371-378

[2] Earthquake Engineering Research Institute, Learning from Earthquakes, 2009, The Mw 7.6 Western Sumatra

earthquake of September 30, 2009, EERI Special Earthquake Report

[3] English Version, 1st, Standard for seismic evaluation of existing reinforced concrete buildings, 2001. The Japan

Building Disaster Prevention Association (JBDPA), 2005

[4] Maidiawati, Agus, 2016, Metoda Evaluasi Kapasitas Seismik Gedung Beton Bertulang Eksisting dengan Aplikasi

Model Dinding Bata, Jurnal Teknik Sipil ITB Vol. 23, Bandung

[5] Maidiawati, and Y Sanada, 2013, Modeling Of brick masonry infill and application to analyses Of Indonesian R/C

frame buildings in: International Conference EASEC-13 Sapporo, Japan

Biodata Penulis

[1] Futi Annisa Akbar, Mahasiswi Program Studi Teknik Sipil FTSP [ITP]

[2] Maidiawati, memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST), Program Studi Teknik Sipil FT [Universitas Andalas], lulus

tahun 1996. Tahun 2009 memperoleh gelar Master of Engineering (M.Eng) dari Architecture and Civil Engineering

Departement [Toyohashi University of Technology,Japan]. Program Doktor pada Mechanical and Structural System

Engineering Departement [Toyohashi University of Technology,Japan], lulus tahun 2013. Saat ini sebagai Dosen pada

Jurusan/Prodi Teknik Sipil [ITP]. 174

National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x

[3] Agus, memperoleh gelar Sarjana Pendidikan (S.Pd), Program Studi Teknik Sipil/Bangunan FPTK [IKIP PADANG],

lulus tahun 1994. Tahun 1998 memperoleh gelar Master of Science (M.Sc) dari Program Civil and Struktural

Engineering [Universitas Kebangsaan Malaysia]. Saat ini sebagai Dosen pada Jurusan/Prodi Teknik Sipil [ITP].

175

National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x