1

Efektivitas Teknologi Damper Dalam Mereduksi Respon

Dinamik Akibat Beban Seismik

(Gempa Bumi di Negara Jepang)

Nanggar Dwi Raharjo

Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Gunadarma

Abstrak

Jepang merupakan negara yang dikelilingi Lingkaran Api Pasifik yang mengakibatkan

wilayah Jepang rentan akan bencana gempa bumi dan tsunami. Bencana alam tersebut

mengakibatkan kerusakan fisik maupun non fisik yang sangat besar. Struktur konstruksi

bangunan perlu dipersiapkan sedemikian rupa untuk meminimimalisir dampak beban

seismik. Untuk mengatasi masalah guncangan yang berlebihan pada struktur gedung akibat

beban dinamis, telah dikembangkan konsep kontrol pada struktur dengan menggunakan

Damper (Base Isolatation). Tulisan ini menyajikan perkembangan teknologi peredam gempa

sebagai alternatif meminimalisir dampak gempa bumi di Jepang. Hasil studi menunjukkan

umumnya respons struktur dapat teredam. Meskipun demikian, pada beberapa kasus dapat

penggunaan Damper perlu diperhatikan lagi pada daerah-daerah rawan likuifaksi.

Kata Kunci : Gempa Bumi, Damper, Base Isolator, Bantalan Karet.

2

Pendahuluan

Jepang adalah sebuah negara yang di kelilingi Lingkaran Api Pasifik (ring of fire).

Hal ini menyebabkan Jepang terletak di persimpangan empat lempeng tektonik yakni

Lempeng Amerika Utara, Lempeng Eurasia, Lempeng Pasifik dan Lempeng Laut Filipina.

Lempeng ini semua bertemu tepatnya di Pulau Honshu, pulau terbesar di Jepang. Oleh karena

itu, bencana besar seperti gempa bumi sering terjadi dalam skala kecil maupun besar. Sampai

saat ini, tercatat ada tiga gempa bumi dengan skala besar telah memporak-porandakan

Jepang. Gempa-gempa bumi tersebut adalah Gempa Bumi di Nigata tahun 1964, Gempa

Bumi di Kobe 1995 dan Gempa Bumi di Sendai tahun 2011.

Efek dari gempa bumi yang terjadi di Jepang yang sangat nyata ada pada konstruksi

bangunan. Gedung roboh, rumah ambruk maupun jalan miring adalah contoh kerusakan yang

diakibatkan oleh gempa bumi. Banyak cara yang telah diterapkan untuk meminimalisir

kerusakan akibat gempa bumi. Jepang sebagai salah satu negara terdepan dalam teknologi,

telah mengaplikasikan salah satu teknologi tahan gempa yakni penggunaan kontrol pada

struktur bangunan untuk mereduksi respon dinamik yang diakibatkan oleh beban seismik

(gempa bumi).

Kontrol pada struktur dibagi menjadi dua jenis berdasarkan perlu tidaknya energi

untuk menghasilkan gaya kontrol, yaitu kontrol aktif dan kontrol pasif (isolasi seismik).

Kontrol aktif memerlukan arus listrik untuk operasi alat dan menghasilkan gaya kontrol,

sedangkan kontrol pasif menggunakan energi potensial yang dibangkit kan oleh respons

struktur untuk menghasilkan gaya kontrol. Kelebihan kontrol aktif adalah karakteristik

dinamik struktur dapat beradaptasi dengan beban dinamis yang timbul, sedangkan kelebihan

kontrol pasif adalah karena kesederhanaan dalam desain, pemasangan, dan terutama

pemeliharaannya.

Salah satu alat kontrol pasif (isolasi seismik) pada struktur yang berdasarkan

penggunaan massa tambahan sebagai sistem penyerap energi adalah penggunaan damper.

Alat ini dapat dipasang pada bermacam-macam struktur seperti : gedung bertingkat tinggi,

menara, bentangan yang panjang, dan jembatan. Tujuan utama pemasangan damper pada

gedung tinggi dan menara untuk mengurangi goyangan gedung akibat gempa bumi dan

angin, pada struktur berbentang panjang untuk mengurangi getaran akibat lalu lintas, dan

pada jembatan untuk mengurangi goyangan akibat angin atau getaran akibat lalu lintas.

Pada tulisan ini akan disajikan mengenai perkembangan dan penggunaan teknologi

damper pada struktur bangunan. Struktur bangunan yang ditinjau adalah rumah tinggal dan

3

Gambar 2 : Lock Up Device

gedung tinggi dengan penggunaan bantalan karet (seismic bearing). Analisis kelebihan dan

kekurangan penggunaan damper akan menunjukkan efektivitas dalam meminimalisir

kerusakan akibat gempa bumi.

Damper Isolator Gempa pada Struktur Bangunan

Azas utama penyediaan bangunan sipil adalah untuk tujuan kemanusiaan. Oleh

karena itu perlu diperhatikan faktor keamanan dan kenyamanan bagi penghuninya. Beberapa

tahun terakhir, perancangan isolasi dasar (base isolation) yang digunakan untuk perlindungan

gedung dari bahaya dan kerusakan yang disebabkan oleh gempa bumi telah digunakan

sebagai teknologi dalam perancangan struktur gedung di wilayah gempa tinggi. Beberapa tipe

struktur telah didesain menggunakan teknologi ini, baik gedung yang telah dibangun maupun

yang masih dalam tahap konstruksi.

Dalam pemodelan struktur gedung dengan base isolator diperlukan pemodelan base

isolation yang optimum sehingga akan diperoleh lateral dan vertikal displacement yang

akurat. Adapun alat peredam gempa tersebut, cukup banyak jenisnya seperti :

1. Bantalan karet tahan gempa (seismic bearing)

Bantalan karet sering dikenal sebagai base

isolation, berbagai daerah dikategorikan rawan gempa

seperti Jepang, menjadikan bantalan karet peredam

gempa ini sangat diperlukan untuk melindungi struktur

bangunan. Bantalan karet ini tergolong murah, dan

bukan merupakan alat berteknlogi tinggi.

Bantalan yang digunakan untuk melindungi gempa bumi dibuat dari kombinasi

lempengan karet alam dan lempeng baja. Bantalan tersebut dipasang disetiap kolom yaitu

diantara pondasi dan bangunan. Karet alam berfungsi untuk mengurangi getaran akibat

gempa bumi sedangkan lempeng baja digunakan untuk menambah kekakuan bantalan karet

sehingga penurunan bangunan saat bertumpu diatas bantalan karet tidak besar.

2. Lock Up Device (LUD)

Alat teknologi peredam gempa berteknologi

tinggi. Penggunaannya pada konstruksi jalan tol dan

jembatan layang.

Gambar 1 : Bantalan Karet

4

3. Fluid Viscous Damper (FVD)

FVD merupakan alat peredam gempa yang

berfungsi sebagai disipator energi, dengan cara

memberikan perlawanan gaya melalui pergerakan yang

dibatasi. Gaya yang diberikan oleh FVD timbul, akibat

adanya gaya luar yang berlawanan arah, bekerja pada

alat tersebut. Peralatan ini bekerja, dengan menggunakan konsep mekanika fluida dalam

mendispasikan energi.

4. High Damping Device (HIDAM).

Alat peredam gempa ini adalah hasil penelitian

dan pengembangan laboraturium Kobori, afiliasi

perusahaan kontraktor Kajima. Di Jepang sendiri, alat ini

berhasil diaplikasikan pada gedung-gedung tinggi dan

struktur khusus lainnya. Berdasarkan hasil penelitian

terhadap alat peredam gempa HiDAM ini, rasio redaman

struktur, mampu ditingkatkan oleh HiDAM pada kisaran

10 – 20 %. Angka ini, sangat signifikan dalam mengurangi respon struktur terhadap gempa

dan kerusakan bangunan, serta telah memenuhi kriteria konvensional gempa di Jepang.

Penggunaan peralatan tahan gempa tersebut, pada prinsipnya berfungsi untuk

menyerap energi gempa yang dipikul oleh elemen-elemen struktur. Sehingga, struktur

bangunan menjadi lebih elastis dan terhindar dari kerusakan gempa yang parah.

Hybrid Seismic Isolation System untuk Perumahan di Jepang

Bangunan tahan gempa pada prinsipnya memiliki struktur pondasi yang dapat

bergerak, menyerap, memperlambat dan memperkecil gerakan akibat gempa, sehingga dapat

mencegah bangunan menjadi hancur. Di Jepang sendiri saat ini dikenal bahan konstruksi

rumah tradisional yang ringan dan kokoh. Pada saat ini selain melalui pemilihan bahan, di

Jepang juga sudah diterapkan rumah dengan teknologi Earthquake Resistance dan Seismic

Isolation Structure.

Teknologi Earthquake Resistance (Tahan Gempa) memungkinkan bangunan untuk

gempa counter dengan membuat kekuatan dan ketahanan cukup besar untuk melawan

guncangan. Walaupun dapat melindungi bangunan, namun furniture di dalam rumah hancur

berantakan.

Gambar 3 : Fluid Viscous Damper

Gambar 4 : High Damping Device

5

Gambar 6 : Slider dan Multi-rubber

Teknologi yang disebut Seismic Isolation Structure mampu mengubah gerakan

seismik merusak menjadi lebih lambat dan pelan sehingga mencegah kerusakan. Teknologi

ini selain menjaga bangunan tetap kokoh juga mencegah kerusakan perkakas dalam bangunan

akibat jatuh atau pecah. Sehingga teknologi bangunan ini lebih baik daripada Earthquake

Resistant House teknologi.

Ciri khas dari dari base isolatation house adanya

Multi-karet dan Slider. Multi karet adalah dilaminasi karet

berperan dalam membangun berosilasi pada frekuensi rendah

pada saat terjadi gempa bumi. Dan slider berfungsi menyerap

energi gempa dengan menggeser bangunan bebas 360

derajat.

Melalui tes uji coba menggunakan akselerogram gempa bumi (Jepang), teknologi

Seismic Isolation Structure mampu meminimalisir guncangan dibandingkan rumah yang

tidak menggunakan teknologi ini.

Gambar 5 : Base Isolated House dan Earthquake Resistance House

Gambar 7 : Uji Ketahan Based Isolated House

6

Standar Bangunan Gedung di Jepang

Standar bangunan untuk penguatan struktur bangunan bertingkat dua ke atas disusun

dengan mengacu pada Peta Bahaya (hazard) percepatan pergerakan tanah di batuan dasar

akibat energi gempa.

Semua gedung bertingkat yang berada di daerah rawan gempa harus memiliki tiang

pancang yang bertumpu hingga ke batuan dasar, agar kokoh bila terguncang gempa.

Perancangan kekuatan struktur gedung harus melihat sumber gempa dan masa gedung. Sisi

bangunan yang berhadapan langsung dengan sumber gempa harus lebih kuat dibandingkan

dengan sisi lain.

Berikut ini diberikan beberapa jenis bangunan di Jepang yang sering menggunakan

sistem kontrol struktural agar kerusakan bangunan pada peristiwa gempa kuat dapat

diminimalisir dan tidak menganggu operasional bangunan tersebut.

Bangunan yang berhubungan dengan fasilitas keadaan darurat (rumah sakit,

pembangkit listrik, telekomunikasi, dsb)

Bangunan dengan komponen atau bahan yang beresiko tinggi terhadap makhluk

hidup( fasilitas nuklir, bahan kimia, dsb)

Bangunan yang berhubungan dengan orang banyak (mall, apartemen, perkantoran,

sekolah, dsb)

Bangunan yang berhubungan dengan pertahanan Negara

Bangunan yang memiliki komponen dan peralatan elektronik yang mahal

Bangunan/museum/monumen yang berhubungan dengan sejarah

Gambar 8 : Detail Bantalan Peredam Gempa

7

Gambar 9 : Gedung di Jepang

Stuktur dan Prinsip Kerja Damper pada Gedung Tingkat di Jepang

Prinsip utama cara kerja base isolation seperti

bearing (HDRB atau LRB) adalah dengan memperpanjang

waktu getar alami struktur diluar frekuensi dominan gempa

sampai 2.5 atau 3 kali dari waktu getar struktur tanpa

isolator (fixed base structures) dan memiliki damping

antara 10 s/d 20%. Akibatnya gaya gempa yang disalurkan

ke struktur menjadi lebih kecil. Sedangkan pada friction

pendulum system (FPS), parameter yang berpengaruh

terhadap besarnya reduksi gaya gempa yang bekerja pada

struktur adalah koefisien gesekan dan radius kelengkungan

dari permukaan cekung bidang gelincir sistem FPS.

Disamping itu satu hal yang unik dari sistem ini adalah

waktu getar struktur tidak tergantung kepada massa

bangunan tetapi tergantung kepada radius kelengkungan

dan percepatan gravitasi Bumi dari sistem FPS.

Sebuah bearing timbal-karet terbuat dari lapisan karet terjepit bersama-sama dengan

lapisan baja. Di tengah bantalan adalah memimpin plug. Solid di atas dan bawah, bantalan

dipasang dengan pelat baja yang digunakan untuk melampirkan bantalan untuk bangunan dan

pondasi. Bantalan ini sangat kaku dan kuat dalam arah vertikal, tetapi fleksibel dalam arah

horisontal.

Pengaruh gempa bumi yang sangat merusak struktur bangunan adalah komponen

arah horizontal. Getaran tersebut dapat menimbulkan gaya reaksi yang besar, bahkan pada

puncak bangunan dapat berlipat hingga mendekati dua kalinya. Oleh sebab itu apabila gaya

yang sampai pada bangunan tersebut lebih besar dari kekuatan struktur maka bangunan

tersebut akan rusak. Gaya reaksi yang sampai bangunan dapat dikurangi melalui penggunaan

Gambar 10 : Detail Base Isolator

8

bantalan karet tahan gempa. Pada dasarnya cara perlindungan bangunan oleh bantalan karet

tahan gempa dicapai melalui pengurangan getaran gempa bumi kearah horizontal dan

memungkinkan bangunan untuk begerak bebas saat berlangusung gempa bumi tanpa tertahan

oleh pondasi. Bila ditinjau gaya-gaya dalam pada struktur dengan base isolation, seolah olah

gedung tersebut dibangun di wilayah gempa yang lebih kecil.

Karena sifat kompleks gerakan gempa tanah, bangunan sebenarnya cenderung

bergetar bolak-balik dalam berbagai arah. Jadi, Gambar 9 adalah benar-benar merupakan

semacam snapshot bangunan hanya pada satu titik tertentu yang tanggap gempa bumi

tersebut.

Efektivitas Penggunaan Damper

Penggunaan damper memang sangat penting dalam meredam reduksi beban dinamik

oleh gerakan seismik. Keunggulan damper adalah karena kesederhanaan dalam desain,

pemasangan, dan terutama pemeliharaannya. Kita akui penggunaan damper membutuhkan

biaya yang sangat mahal dibandingkan membangun tanpa damper. Tetapi, Biaya untuk

memperbaiki kerusakan relatif kecil dan biaya terhentinya akibat terhentinya aktivitas hampir

tidak ada.

Gambar 11 : Perilaku Struktur dengan dan tanpa Base Isolator

d4

dN

d3

d2

d1

db

dg

dN

d4

d3

d2

d1

db

9

Gambar 12 : Gedung mengalami proses

likuifaksi

Yang perlu diperhatikan tidak selamanya

damper dapat digunakan dengan leluasa di daerah

Jepang. Dengan banyaknya daerah yang tersidementasi

(tanah pasir atau lempung) di Jepang perlu juga di

perhatikan kejadian likuifaksi yang menyebabkan

degradasi lahan. Pada daerah ini perlu juga pemakaian

pondasi yang sesuai, baru dapat menerapkan damper

pada bangunan.

Diatas dapat kita lihat perbandingan antara bangunan yang menggunakan damper

dan yang tidak menggunakan damper. Dengan menggunakan damper dapat meminimalisir

perpindahan atau goncangan dimana ditunjukkan oleh difference line. Efektivitas damper

pada saat kejadian gempa di Jepang memang mampu meminimalisir kerusakan bangunan.

Pada kejadian gempa sendai 2011, bangunan di Jepang tidak mengalami kerusakan parah

akibat gempa, melainkan kerusakan parah diakibatkan tsunami.

Kesimpulan dan Saran

Damper merupakan solusi yang cocok untuk daerah rawan gempa. Baik itu

bangunan rumah maupun gedung. Sebagai negara yang maju dalam teknologi, Jepang telah

mampu menerapkan teknologi ini. Penggunaan damper untuk daerah tertentu di Jepang

mampu mereduksi respon dinamik yang disebabkan beban seismik. Kerusakan-kerusakan

yang dialami pada gempa di Jepang cenderung merupakan akibat tsunami. Untuk negara-

negara yang rawan gempa patutnya dapat menerapkan teknologi damper khususnya base

isolation untuk mengantispasi dan meminimalisir efek primer maupun efek sekunder dari

gempa bumi.

Gambar 13 : Horizontal Displacement Time History Plot

Building ------- Damper -- - --- Difference -- --

10

Referensi

Beagle Graphics.2002. Kobe Earthquake. http://www.georesources.co.uk/kobehigh.htm.

27 Maret 2011

Hays, Jeffrey . 2010. KOBE EARTHQUAKE OF 1995.

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

27 Maret 2011

HRD.2007. Base Isolated House. http://hrd-s.com/pro_base.html. 28 Maret 2011

Kidokoro, Ryota.2008. Seismic Control System Inspired by the Pendulum Movement of an

Antique Clock. Beijing

Nagai, Masatsugu. 2006. Rationalized Design Methods in Japan. Tokyo

Pramana, Sangga.2010. “Damper” Isolator Gempa pada Struktur Bangunan.

http://sanggapramana.wordpress.com/2010/11/27/damper-isolator-gempa-pada-

struktur-bangunan/. 27 Maret 2011

Widana, Kadek. 2011. Kemajuan Teknik Desain Tahan Gempa. http://pustaka-

ts.blogspot.com/2011/01/kemajuan-teknik-desain-tahan-gempa.html. 27 Maret

2011