Aspek Rekayasa Gempa Pada Desain Struktur

Aspek Rekayasa Gempa Pada Desain Struktur 1

Aspek Rekayasa Gempa Pada Desain Struktur

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 11

0 LS, serta

diantara 950 BT dan 141

0 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 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 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.

Asp

ek R

ekay

asa

Gem

pa

Pad

a D

esai

n S

truktu

r

5

Gambar 3.

Ked

alam

an d

an m

agn

itu

de

gem

pa

di

Ind

on

esia

, ta

hu

n 1

99

1 s

/d 2

000

(S

um

ber

: B

adan

Met

ereo

log

i d

an G

eofi

sik

a ).


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. 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.

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 102

0 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.

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 15,87

0 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.

3.2 Gempa Nabire ( Februari 2004 )

Gempa Nabire di wilayah Papua terjadi pada 6 Februari 2004. Jumat 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 - 135,5

0 BT. tidak jauh dari kota Nabire.

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 5. Kerusakan-kerusakan pada bangunan akibat penggunaan mutu bahan dan pengerjaan

konstruksi yang buruk (Gempa Nabire, Februari 2004)


Gambar 6. Rangka atap terlepas dari dudukannya, karena tidak diangkur dengan baik (Gempa

Bengkulu, Juni 2000)

Gambar 7. Retak dan kegagalan pada sambungan pertemuan antara kolom dan balok (Gempa

Bengkulu, Juni 2000)

Gambar 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 faade 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.


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 135,0E, 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 9. Bagian dari Jembatan-layang, highway Osaka-Kobe, yang terputus akibat terlepasnya

balok jembatan dari pilar dan jatuh.


Gambar 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 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 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 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 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 :

4.1 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

1

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%).

4.2 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.

4.3 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 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 1, 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

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 1, berikut perkaliannya I.

Tabel 1. Faktor Keutamaan untuk berbagai kategori gedung dan bangunan

Kategori gedung/bangunan Faktor Keutamaan

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-) yang ditunjukkan dalam

Gambar 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 m yang sama dalam kondisi diambang keruntuhan.

Asumsi ini adalah konservatif, karena dalam keadaan sesungguhnya struktur bangunan

gedung yang daktail memiliki m yang relatif lebih besar dibandingkan struktur bangunan

gedung yang elastis, sehingga memiliki faktor daktilitas struktur () yang relatif lebih besar

dari pada yang diasumsikan

Gambar 14. Diagram beban (V) - simpangan () dari struktur bangunan gedung

Faktor daktilitas struktur () adalah rasio antara simpangan maksimum (m) struktur gedung

akibat pengaruh Gempa Rencana pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan, dengan

simpangan struktur gedung pada saat terjadinya pelelehan pertama (y), yaitu :

1,0 = my

m


Pada persamaan ini, = 1,0 adalah nilai faktor daktilitas untuk struktur bangunan gedung

yang berperilaku elastik penuh, sedangkan m 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 m 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 = R

eV 1f

yV=

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 = .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 2 dicantumkan nilai R untuk berbagai nilai yang

bersangkutan, dengan ketentuan bahwa nilai dan R tidak dapat melampaui nilai

maksimumnya.


Tabel 2. Parameter Daktilitas Struktur Gedung

Taraf kinerja struktur gedung 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 di dalam perencanaan struktur gedung dapat

dipilih menurut kebutuhan, tetapi tidak boleh diambil lebih besar dari nilai faktor daktilitas

maksimum m yang dapat dikerahkan oleh masing-masing sistem atau subsistem struktur

gedung. Dalam Tabel 3 ditetapkan nilai m yang dapat dikerahkan oleh beberapa jenis sistem

dan subsistem struktur gedung, berikut faktor reduksi maksimum Rm yang bersangkutan.


Tabel 3. Faktor daktilitas maksimum (m), 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

m Rm

f1

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)

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

b. Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5

& 6)

1,8 2,8 2,2

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)

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


daktail parsial

3,3 5,5 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)

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

4. Rangka batang baja pemikul momen

khusus (SRBPMK)

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)

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

bertulang

4,0 6,5 2,8

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

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

7. Subsistem tunggal (Subsistem

struktur bidang yang membentuk

struktur gedung secara keseluruhan)

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


daktail parsial

3,3 5,5 2,8

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.


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 15 dan Tabel 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.

Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah Ao untuk Wilayah

Gempa 1 yang ditetapkan dalam Gambar 15 dan Tabel 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. Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah untuk masing-masing

Wilayah Gempa Indonesia

Wilayah

Gempa

Percepatan

puncak

batuan dasar

(g)

Percepatan puncak muka tanah Ao (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 5. Spektrum Respons Gempa Rencana

Wilayah

Gempa

Tanah Keras

Tc = 0,5 det

Tanah Sedang

Tc = 0,6 det. Tanah Lunak

Tc = 1,0 det.

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 15. Peta kegempaan Indonesia, terdiri dari 6 Wilayah Gempa


Gambar 16. Spektrum Respon Gempa Rencana


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


lapisan setebal maksimum 30 m paling atas, dipenuhi syarat-syarat seperti yang tercantum

dalam Tabel 6.

Tabel 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

Tanah Lunak v s < 175 N < 15 S u < 50

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 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 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.

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 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 = Ao I

Dimana koefisien tergantung pada Wilayah Gempa tempat struktur bangunan gedung

berada dan ditetapkan menurut Tabel 7, Ao adalah percepatan puncak muka tanah menurut

Tabel 4, sedangkan I adalah Faktor Keutamaan gedung menurut Tabel 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 7. Koefisien untuk menghitung faktor respons gempa vertikal Cv

Wilayah Gempa

1

2

3

4

5

6

0,5

0,5

0,5

0,6

0,7

0,8


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.


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 = e), sedangkan sebagian

deformasi akan bersifat permanen (deformasi plastis = p). Perilaku deformasi elastis dan

plastis dari struktur diperlihatkan pada Gambar 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 17.a. Deformasi elastis pada struktur

Gambar 17.b. Deformasi plastis (inelastis) pada struktur

V0

e

V=0

e=0

V0

e+p

V=0

p


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

Aspek Rekayasa Gempa Pada Desain Struktur

Documents

Transcript of Aspek Rekayasa Gempa Pada Desain Struktur