Menentukan Tipe Tanah Untuk Perencanaan Gempa 19 Maret 2011
Proses perencanaan ketahanan gempa sangat dipengaruhi oleh lokasi serta kondisi tanah. SNI 1726-2002 ta!el " telah mengklasi#ikasikan " $empat% tipe tanah &aitu tanah keras tanah sedang tanah lunak serta tanah khusus. 'SNI 1726-2010 ()* 1997 +S*, 7-10 dan I)* 2009 mengklasi#ikasikan 6 $enam% tipe tanah &aitu !atuan keras !atuan tanah sangat padat !atuan lunak tanah sedang tanah lunak serta tanah khusus. )erdasarkan pengalaman penulis pada kelas Perancangan )angunan edung /ahan /ahan empa pada urusan /eknik /eknik Sipil (II masih !an&ak teman-teman &ang masih kurang mengerti akan proses penentuan klasi#ikasi tanah terse!ut &ang sangat penting dilakukan pada proses perancangan. emikian lah maksud tulisan ini di!uat. Se!agaimana diketahui !aha getaran &ang dise!a!kan oleh gempa cenderung mem!esar pada tanah lunak di!andingkan pada tanah keras atau !atuan. Proses penentuan klasi#ikasi tanah terse!ut !erdasarkan atas data tanah pada kedalaman hingga 30 m karena menurut penelitian han&a lapisan-lapisan tanah sampai kedalaman 30 m sa4a &ang menentukan pem!esaran gelom!ang gempa $5angsadinata 2006%. ata tanah terse!ut adalah shear adalah shear wave velocity $kecepatan ram!at gelom!ang geser% standard geser% standard penetration resistance $(4i resistance $(4i Penetrasi Standard SP/% dan undrained shear strength $kuat geser undrained % . ari 3 $tiga% parameter terse!ut minimal harus dipenuhi 2 $dua% dimana data &ang ter!aik adalah s $ shear shear wave velocity% velocity% dan data &ang digunakan harus dimulai dari permukaan tanah !ukan dari !aah basement $+//I $+//I 2006%. Pada klasi#ikasi tanah tipe + sesuai ()* 1997 +S*, 7-10 dan I)* 2009 pada umumn&a !atuan dapat mereduksi ground mereduksi ground response response coefficient sampai sampai dengan 20 8. Sedangkan untuk tanah lunak soft $soft soil % &ang termasuk dalam tipe , dapat meningkatkan long period ground response sampai response sampai dengan 30 8 $/umillar 2009%. /anah keras &ang !ergetar aki!at gempa getarann&a cenderung mempun&ai kandungan #rekuensi tinggi. etaran #rekuensi tinggi terse!ut akan mempun&ai pan4ang gelom!ang
&ang relati# pendek. Menurut ilmu #isika !aha kemampuan suatu material untuk men&erap energi akan !er!anding ter!alik dengan pan4ang gelom!ang. :leh karena itu gelom!ang #rekuensi tinggi relati# le!ih mudah diserap energin&a oleh media &ang dilalui oleh gelom!ang gempa. engan demikian pada tanah keras intensitas gempa akan !eratenuasi le!ih cepat atau ampli#ikasi spektrum semakin !esar pada tanah &ang lunak $5idodo $5idodo 2002%. Penentuan tipe tanah didapat dari rumus !erikut $SNI 1726-2002 'SNI 1726-2010%.
di mana ti adalah te!al lapisan tanah ke-i ;si adalah kecepatan ram!at gelom!ang geser melalui lapisan tanah ke-i Ni nilai hasil /est Penetrasi Standar lapisan tanah ke-i Sui adalah kuat geser niralir lapisan tanah ke-i dan m adalah 4umlah lapisan tanah &ang ada di atas !atuan dasar. )erikut merupakan klasi#ikasi 4enis tanah menurut !e!erapa peraturan. 1.
2.
ari hasil terse!ut didapat tanah sedang.
maka dari gam!ar 1 dan 2 didapat tipe
emikianlah proses penentuan tipe tanah untuk penentuan gempa. (ntuk contoh lain n&a dapat dilakukan dengan cara &ang sama. 'e#erensi = 1. +S*, Standard +S*,>S,I. $2010%. Minimum esign ?oads @or )uildings and :ther Structures $+S*, 7-10%. irginia. 2. +//I. $2006%. esain eoteknik @ondasi dan )esmen. Shortcourse +
Perencanaan Respons Spektrum Sesuai ASCE 7-10 2B Maret 2011
)an&akn&a gempa &ang ter4adi deasa ini men&e!a!kan para peneliti !erusaha keras untuk terus meng-update pengetahuan di!idang Earthquake Engineering dan Structural Engineering. Pengetahuan terse!ut &ang tentu sa4a sangat luas sangat !erperan penting dalam mengem!angkan ilmu pengetahuan &ang pada akhirn&a akan mema4ukan umat manusia. Pengetahuan-pengetahuan terse!ut sedikit diantaran&a adalah semakin dipahamin&a perilaku gempa !umi $&ang selan4utn&a dise!ut gempa% misaln&a dengan pemetaan gempa &ang le!ih !aik semakin !erkem!angn&a Structural Engineering dan lain-lain. Pada tulisan ini hal &ang akan di!ahas adalah salah satu !agian &ang sangat penting dalam Earthquake Engineering $dan Structural Engineering 4uga tentun&a% &aitu perencanaan respons spektrum. 'espons spektrum adalah suatu spektrum &ang disa4ikan dalam !entuk gra#ik>plot antara periode getar struktur / laan respon-respon maksimum !erdasarkan rasio redaman dan gempa tertentu. 'espon-respon maksimum dapat !erupa simpangan maksimum $ spectral displacement, SD% kecepatan maksimum $ spectral velocity, SV % atau percepatan maksimum $ spectral acceleration, SA% massa struktur single degree of freedom $SD! % $5idodo 2001%. Spektrum percepatan akan !erhu!ungan dengan ga&a geser maksimum &ang !eker4a pada dasar struktur. /erdapat dua macam respons spektrum &ang ada &aitu respons spektrum elastik dan respons spektrum inelastik. Spektrum elastik adalah suatu spektrum respons spektrum &ang didasarkan atas respon elastik suatu struktur sedangkan spektrum inelastik $4uga dise!ut desain respons spektrum% adalah respon spektrum &ang di scale down dari spektrum elastik dengan nilai daktilitas tertentu. Se!agaimana diketahui SNI gempa Indonesia &ang terakhir adalah SNI-1726-2002 Standar Perencanaan
3 $1>1% &ang artin&a 4ika suatu struktur terkena suatu gempa 1 kali le!ih !esar dari gempa rencana
maka kecil kemungkinan struktur terse!ut untuk runtuh $Naeim 2001%. +kan tetapi #aktor aman sesungguh n&a masih dipengaruhi oleh tipe struktur detailing dan lain-lain $)oDorgnia and )ertero 200"%. engan pertim!angan !aha pencegahan terhadap runtuhn&a suatu !angunan &ang dikenai gempa !esar &ang relati# 4arang ter4adi $gempa 200 tahun% serta #aktor aman 1 terhadap keruntuhan maka +S*, $dan I)* serta N,'P% mende#inisikan desain gerakan tanah se!agai 1>1 $atau 2>3% kali gempa 200 tahun $Naeim 2001%. Penggunaan percepatan 02 detik dan 10 detik adalah karena pada inter;al 02 detik dan 10 detik mengandung energi gempa ter!esar $+IS* 200% selain itu periode 02 detik umumn&a meakili periode getar struktur terpendek $!angunan 2 tingkat% &ang direncanakan menurut ketentuan +S*, &ang telah mempertim!angkan e#ek dari tanah go&angan pada pondasi dan #aktor lain &ang !iasan&a dia!aikan dalam analisis struktur $/aranath 2010%. 'espons spektrum pada +S*, mengacu pada respon spektrum elastic &ang direduksi dengan suatu nilai ' dan redaman 8 $@,M+ "1) 2007%. Penggunaan nilai ' terse!ut diperhitungkan terhadap= • • • • •
Suplai daktilitas &ang diantisipasikan verstrength $kuat le!ih% 'edaman $4ika !er!eda dari 8%
am!ar 1. esain respons spektrum $+S*, 7-10%
am!ar 2. Site coefficient @a dan @; $+S*, 7-10%
am!ar 3. %mportance !actors $+S*, 7-10%
am!ar ". Peta respon spektra percepatan 02 detik $Ss% terlampaui 28 dalam 0 tahun $
am!ar . Peta respon spektra percepatan 10 detik $S1% terlampaui 28 dalam 0 tahun $
ata $Peta aDard empa Indonesia 2010% = ?okasi
= Meua"oh # Banda Aceh
enis /anah
= /anah Sedang $Site class %
@ungsi !angunan
= Perkantoran
am!ar 6. Peta respon spektra percepatan 02 detik $Ss% terlampaui 28 dalam 0 tahun ila&ah Meula!oh )anda +ceh $
am!ar 7. Peta respon spektra percepatan 10 detik $S1% terlampaui 28 dalam 0 tahun ila&ah Meula!oh )anda +ceh $
Menentukan site coefficient @a $+S*, 7-10%
idapat @a E 10 dan @; E 1.
Maka didapat respons spektrum rencana se!agai !erikut =
'e#erensi = 1.+merican Institute o# Steel *onstruction Inc. $200% F Seismic esign Manual $+IS* 327-0%. *hicago. 2.+S*, Standard +S*,>S,I. $2010%. Minimum esign ?oads #or )uildings and :ther Structures $+S*, 7-10%. irginia. 3.)oDorgnia C. and )ertero. $200"%. ,arthGuake ,ngineering @rom ,ngineering Seismolog& to Per#ormance-)ased ,ngineering. *'* Press. Ne Cork. ".@arDad Naeim. $2001%. /he Seismic esign and!ook 2nd ed. +*I Pro;isions. u!ai. 7.Imran I dan )oediono ). $2010%. Mengapa edung-gedung
10./umillar S. $2009%. Petun4uk Perancangan Struktur )erdasarkan
Perencanaan Be"an Gempa Sesuai ASCE 7-10 22 uli 2011
Setelah respons spektrum desain telah selesai di!uat maka langkah selan4utn&a adalah menentukan !esarn&a !e!an lateral aki!at gempa atau &ang !iasa dise!ut !e!an geser dasar $base shear % &ang disim!olkan dengan H. Se!agaimana diketahui !ersama !e!an gempa sesungguhn&a !ersi#at dinamik &ang !eru!ah menurut aktu. +kan tetapi perencanaan !e!an dinamik le!ih kompleks sehingga memerlukan le!ih !an&ak aktu dan tenaga. :leh karena itu code mengi4inkan untuk dilakukan pen&ederhanaan men4adi !e!an statik $statik eki;alen% dengan !e!erapa pers&aratan. Statik eki;alen adalah suatu representasi dari !e!an gempa setelah disederhanakan dan dimodi#ikasi &ang mana ga&a inersia &ang !eker4a pada suatu massa aki!at gempa disederhanakan men4adi ga&a horiDontal $5idodo 2001%. Se!agaimana di4elaskan oleh 5idodo $2001% !aha se4arah pemakaian !e!an gempa sudah diketahui se4ak aal a!ad 20 tepatn&a setelah gempa San @rancisco (S+ 1906 dan gempa Messina-'eggio Italia 190B. Pada saat itu perilaku dinamik !elum sepenuhn&a dikuasai terutama secara analitik sehingga di!entuk suatu komisi &ang terdiri dari para ahli &ang !ertugas mempela4ari perilaku gedung tahan gempa &ang menghasilkan 2 $dua% rekomendasi &aitu !angunan diisolasi terhadap tanah dengan dukungan roll dan !angunan disatukan rigid dengan pondasi. 'ekomendasi kedua &ang dipilih. ,#ek !e!an dinamik terhadap !angunan kemudian disederhanakan men4adi !e!an statik eki;alen &ang !eker4a pada pusat massa &ang !ersangkutan. Pada tahun 1909 disetu4ui !aha suatu !angunan harus didesain dengan !e!an horiDontal paling tidak 1>12 $B33 8% dari !erat total !angunan. Se4ak saat itu perencanaan !e!an statik eki;alen terus mengalami perkem!angan. )e!an geser dasar $base shear % statik eki;alen terse!ut meskipun si#at n&a statik namun tidak diperoleh murni dari prinsip statik tetapi sudah memperhitungkan prinsip-prinsip dinamik $5idodo 2001%. alam konsep statik eki;alen terse!ut han&a massa &ang diperhitungkan sedangkan konsep dinamik memperhitungkan massa kekakuan dan redaman. Pada statik eki;alen han&a mode 1 &ang diperhatikan &ang mana koordinat mode shape dianggap linier dengan tinggi !angunan. ekat tidakn&a !entuk mode 1 dengan segitiga linier ter!alik terse!ut akan !ergantung pada rasio antar kekakuan !alok dan kekakuan kolom. Semakin kecil rasio antar kekakuan terse!ut maka !entuk mode 1 akan semakin dekat dengan segitiga linier ter!alik $5idodo 2001%. Pada SNI 1726-2002 !e!an statik eki;alen han&a !oleh digunakan pada Hgedung !eraturan &ang memenuhi s&arat sesuai pasal ".2. ika pasal ".2 terse!ut tidak terpenuhi maka harus dilakukan analisa dinamik. edung !eraturan terse!ut umumn&a dianggap mempun&ai distri!usi inelastik &ang seragam pada keseluruhan elemen sistem penahan ga&a lateral.
am!ar 1. Statik ,ki;alen $hosh @anella 2003% +S*, 7-10 mem!erikan persamaan !erikut. E *s 5
*s min 1 E 00"" SS . I *s min 2 E 001
$+S*, 7-10 12.B-1%
$+S*, 7-10 12.B-%
am!ar 2. ,Gui;alent ?ateral @orce Procedure $@,M+ "1) 2007% ari persamaan diatas terlihat !aha *s dipengaruhi oleh spektra percepatan periode pendek 02 detik SS spektra percepatan periode 10 detik S1
= Meula!oh )anda +ceh
enis /anah
= /anah Sedang $Site class %
@ungsi !angunan
= Perkantoran
/ipe struktur
= Sistem 'angka Pemikul Momen $S'PM%
am!ar 3. *ontoh 'angka Pemikul Momen idapat respons spektrum rencana se!agai !erikut =
am!ar ". 'espons Spektrum 'encana idapat= SS S1
E 10 g E 06 g
/inggi struktur total hn E 20 m.
1!
Penentuan Risk Category
am!ar . &isk $ategory $+S*, 7-10% ianggap struktur termasuk dalam risk caterory II. +!
Penentuan Seismic Design Category
Penentuan Seismic Design $ategory $S*% disesuaikan dengan +S*, 11.6-1 dan 11.6-2.
am!ar 6. Seismic Design $ategory $+S*, 7-10% idapat Seismic Design $ategory $S*% .
,!
Penentuan tipe anaisis "e"an atera
Penentuan tipe analisis !e!an lateral disesuaikan d engan +S*, 7-10 ta!el 12.6.1 dimana karakteristik struktur terdapat pada poin " dimana Hstruktur tanpa ketidak!eraturan struktural dan memiliki ketinggian tidak le!ih dari 16 0 #t $"B m% dimana ketinggian struktur utama adalah 20 m sehinggga analisis !e!an lateral &ang digunakan adalah Equivalent 'ateral !orce Analysis atau Anaisis Be"an atera Eki.aen (Statik Eki.aen) .
am!ar 7. Prosedur analisis !e!an lateral $+S*, 7-10% /esimpuan anaisis statik eki.aen diiinkan untuk struktur ini!
2!
Penentuan sistem struktur sesuai ASCE 7-10 ta"e 1+!+-1!
am!ar B. Sistem struktur &ang dii4inkan $+S*, 7-10%
)erdasarkan +S*, 7-10 ta!el 12.2-1 didapat sistem struktur !eton !ertulang &ang dii4inkan untuk S* adalah = Special reinforced concrete moment frames atau Sistem Ran'ka Pemiku Momen /husus (SRPM/)%
dengan - 3iai R (/oe4isien Modi4ikasi Respon) $ 5 . - 6aktor kuat e"ih sistem 0 $ , - 6aktor pem"esaran de4eksi C d $ &%&
&!
Penentuan 6aktor /eutamaan 8 ( Importance Factors)!
@aktor keutamaan I didapat sesuai +S*, 7-10 ta!el 1.-2 dimana digunakan Seismic %mportance !actors.
am!ar 9. @aktor
*!
Perencanaan Base Shear !
)e!an lateral rencana dihitung sesuai persamaan +S*, 7-10. E *s . 5
E base shear
*s E koe#isien gempa
$+S*, 7-10 12.B-1%
5 E !erat struktur e#ekti# Periode getar struktur dihitung dengan = /a E 00"66 . hn09E 00"66 . 2009E 06907 detik
$+S*, 7-10 12.B-7%
ari hasil analisis komputer didapatkan periode getar struktur /c E 10 detik. Maka sesuai +S*, 7-10 pasal 12.B.2 dimana / E /a . *u J /c.
am!ar 10.
dilakukan 4ika seismic design !elum dilakukan. Menghadapi situasi ini code mem!erikan suatu #ormula pendekatan agar proses desain dapat dimulai. @ormula pendekatan terse!ut pada dasarn&a akan menghasilkan periode getar &ang le!ih singkat dari pada periode getar Hreal dimana maksud dari hal terse!ut adalah 4ika periode getar Hpertama terse!ut tidak dire;isi maka perancangan struktur akan tetap aman dimana periode getar struktur &ang kecil akan menghasilkan base shear &ang le!ih !esar &ang digunakan dalam desain $hosh @anella 2003%. Se!agaimana di4elaskan se!elumn&a !aha periode getar struktur sangat dipengaruhi oleh kekakuan $dan massa% &ang diasumsikan dimana per!edaan penggunaan H gross section ataupun Hcracked section mem!erikan per!edaan &ang !esar $misaln&a se!erapa Hrendah penggunaan Hcracked section%. engan maksud untuk mem!atasi digunakann&a periode getar &ang terlalu tinggi $misaln&a dari analisis komputer% &ang akan menghasilkan base shear &ang kecil maka periode getar di!atasi dengan suatu pengali *u.
7!
Perhitun'an Base Shear !
Suatu struktur sedemikian rupa !ertingkat $angka ditulis sedemikian rupa untuk memudahkan analisis%. SS E 10 g S1 E 06 g '
EB
I
E 10
/
E 0967 detik
*s min 1 E 00"" SS . I E 00"" . 10 . 1 E 00"" *s min 2 E 001
$+S*, 7-10 12.B-%
Maka digunakan *s E 00776 E *s . 5 E 00776 . 9 E $776 8 dari !erat struktur%. (ase shear terse!ut akan didistri!usikan pada setiap tingkat. Setelah dilakukan perhitungan didapat !erat struktur sedemikian rupa $termasuk !e!an hidup tereduksi% se!agai !erikut= L)e!erapa perhitungan dilakukan pen&ederhanaan agar praktisL 5 E B97" kN. 5t E 5i . n tingkat E B97" . E "" B70 kN E *s . 5 E 00776 . ""B70 E 3"B011 kN istri!usi !e!an lateral gempa=
E #aktor distri!usi ;ertikal
E base shear
5i dan 5
E !erat struktur e#ekti# pada tingkat i atau
hi dan h
E tinggi struktur dari dasarke tingkat i atau
k E suatu eksponen &ang !erhu!ungan dengan periode getar struktur $&ang mempertim!angkan higher mode effects% !ernilai 10 4ika periode getar J 0 detik $&ang !erarti distri!usin&a !erupa !entuk segitiga umumn&a pada !angunan rendah% dan !ernilai 20 4ika periode getar 2 detik $&ang !erarti distri!usin&a !erupa !entuk para!olik umumn&a pada !angunan tinggi%. (ntuk periode getar diantaran&a dapat dilakukan interpolasi. (ntuk / E 0967 detik didapat k E 1233.
am!ar 11. Nilai k $@,M+ "1) 2007% Maka didapat =
*atatan= karena denah gedung adalah simetris maka !e!an lateral adalah sama untuk kedua arah.
emikian lah proses perencanaan !e!an lateral gempa sesuai +S*, 7-10. Se!agaimana telah di4elaskan oleh !an&ak literatur !aha proses seismic design tidak cukup han&a sampai menentukan base shear .
'e#erensi = 1. S,I. $2010%. Minimum esign ?oads #or )uildings and :ther Structures $+S*, 7-10%. irginia. 3. @,M+ "1). $2007%. N,'P 'ecommended Pro;isions #or Ne )uildings :ther Structures F /raining Instructional Materials. 5ashington. ". /aranath ).S. $2010%. 'ein#orced *oncrete esign o# /all )uildings. *'* Press. Ne Cork. . hosh S.< and @anella .+. $2003%. Seismic 5ind esign o# *oncrete )uildings. International *ode *ouncil Inc. Illinois. 6. /umillar S. 2009. Petun4uk Perancangan Struktur )erdasarkan
