MENENTUKAN LEVEL KINERJA STRUKTUR BETON BERTULANG PASCA GEMPA

Transkripsi

1 Media Teknik Sipil, Volume XI, Januari 2010 ISSN MENENTUAN LEVEL INERJA STRUTUR ETON ERTULANG PASCA GEMPA Wibowo 1), Edy Purwano 2), Dwi Yano 3) 1) Jurusan Teknik Sipil, Fakulas Teknik, Uiversias Sebelas Mare, Jl. Ir. Suamai 36A, Surakara 57126; Telp ) Jurusan Sipil, Fakulas Teknik, Universias Sebelas Mare, Jl. Ir. Suami 36A, Surakara 57126; Telp ) Alumni Fakulas Teknik, Jurusan Sipil, Universias Sebelas Mare, Jl. Ir. Suami 36A, Surakara 57126; Absrak Tujuan dari kajian ini adalah unuk menjawab secara ilmiah permasalahan enang ingka keamanan srukur gedung beon berulang pasca serangan gempa (kasus gempa Jogja pada ahun 2006). Meode yang digunakan adalah dengan observasi langsung dilapangan, mengumpulkan daa perencanaan, daa asbuil drawing, membua model srukur dan melakukan analisis pushover. Sampel yang digunakan adalah sebuah gedung perkanoran di wilayah koa Surakara. Hasil kajian menunjukkan bahwa secara srukural, gedung yang menjadi sampel kajian, masuk kaegori Immediae Ocupancy (IO) yang berari belum erjadi kerusakan srukur yang berari akiba gempa erjadi, namun harus dilakukan perbaikan erhadap beberapa kerusakan agar idak menjadi kerusakan lebih besar akiba gaya graviasi dan beban layan gedung. aa kunci: analisa pushover, beon, gempa, srukur. Absrac The purpose of his sudy is o answer problems concerning he performance poin level reinforced concree building srucures on pos-earhquake aack (Jogjakara earhquake in 2006). The mehod used is direc observaion in he field, collecing daa of srucural design, collecing daa of as buil drawing, making models of srucure and perform pushover analysis. The sample used was an office building in he ciy of Surakara. The sudy shows ha srucurally, he building ha was sudied, was in he Immediae Occupancy (IO) crieria, which means no significan srucural damage caused by he earhquake, bu repairing mus be done o some damages in order o resis he possible larger damage caused by he graviaional force and he building service load. eywords: concree, earhquake, pushover analysis, srucure. 1. PENDAHULUAN Indonesia merupakan salah sau negara yang mempunyai poensi gempa sanga akif, hal ini erjadi karena sebagian besar wilayahnya merupakan leak peremuan lempeng ekonik yang saling berumbukan dan melepaskan energi yang merupakan sumber erjadinya gempa. eberapa kejadian gempa erjadi, elah menimbulkan banyak kerusakan pada bangunan gedung hingga memakan korban jiwa dianaranya adalah gempa Aceh (2004), gempa Jogja (2006), gempa Padang (2009) angunan seelah mengalami guncangan akiba gempa beragam kondisinya, bangunan yang runuh sudah pasi harus dibangun kembali. Permasalahan jusru erjadi pada bangunan yang masih berdiri akan eapi erliha nyaa adanya kerusakan-kerusakan yang pasi menimbulkan peranyaan: apakah bangunan masih layak digunakan? Hanya melalui kajian dengan meodologi ilmiah peranyaan ini dapa dijelaskan, sehingga para pengguna bangunan ersebu dapa diyakinkan kondisi riil kinerja bangunan. Seiap bangunan di Indonesia ini seharusnya direncanakan mampu berahan erhadap gempa, sehingga diperlukan suau perencanaan yang benar sesuai perencanaan gedung ahan gempa di Indonesia yang eruang dalam aa cara perencanaan keahanan gempa unuk bangunan gedung [1]. Perencanaan ahan gempa berbasis kekuaan (force based) elah erbuki berhasil mengurangi korban jiwa, eapi idak berfungsinya gedung dan fasilias umum karena kerusakan yang erjadi menyebabkan kerugian ekonomi yang cukup besar. Pada perencanaan berbasis kekuaan, kinerja srukur hanya erjamin pada dua level yaiu pada gempa gempa kecil bangunan berada dalam keadaan siap pakai (servicebiliy limi sae) sedangkan pada gempa rencana bangunan berada dalam 49

2 Wibowo, Menenukan Level inerja... Media Teknik Sipil, Vol. X, No. 1, Hal keadaan idak hancur (safey limi sae). Tidak dikeahui dengan jelas kinerja (performance) bangunan dalam keadaan gempa sedang. Saa ini arah meode perencanaan ahan gempa beralih dari pendekaan kekuaan (force based) menuju pendekaan kinerja (performance based) dimana srukur direncanakan erhadap beberapa ingka kinerja. Unuk mengeahui kinerja srukur saa menerima beban gempa, maka dibuuhkan analisis nonlinier yang sederhana eapi cukup akura. Salah sau cara analisis nonlinear yang dapa digunakan adalah Capaciy Specrum Mehod yang memanfaakan analisis beban dorong sais nonlinier (nonlinear saic pushover analysis) yang menggunakan kinerja srukur sebagai sasaran perencanaan. Perencanaan berbasis kinerja mensyarakan araf kinerja (level of performance) yang diinginkan unuk suau araf beban gempa dengan periode ulang erenu dengan meneapkan iga ingkaan kinerja, yaiu kinerja baas layan (serviceabliy limi sae), kinerja konrol kerusakan srukur (damage conrol limi sae) dan kinerja keselamaan (safey limi sae). Nonlinear Saic Pushover Analysis juga cukup handal unuk memprediksi pola kerunuhan suau gedung akiba adanya gempa. Akiba erjadinya gempa Jogja, kondisi gedung balai koa Surakara elah mengalami kerusakan pada beberapa iik akiba goncangan gempa beberapa ahun lalu. Sanga menarik unuk dilakukan evaluasi erhadap bangunan suau gedung beon berulang, unuk menenukan kinerja srukur dan memprediksikan perilaku kerusakan bangunan akiba gempa berdasarkan daa dan kerusakan yang erjadi. 2. DASAR TEORI 2.1. onsep inerja Srukur Tahan Gempa Saa ini, sebagian besar bangunan ahan gempa direncanakan dengan prosedur yang diulis dalam perauran perencanaan bangunan (building codes). Perauran dibua unuk menjamin keselamaan penghuni erhadap gempa besar yang mungkin erjadi, dan unuk menghindari aau mengurangi kerusakan aau kerugian hara benda erhadap gempa sedang yang sering erjadi. Perencanaan ahan gempa berbasis kinerja (performance-based seismic design) merupakan proses yang dapa digunakan unuk perencanaan bangunan baru maupun perkuaan (upgrade) bangunan yang sudah ada, dengan pemahaman yang realisik erhadap resiko keselamaan (life), kesiapan pakai (occupancy) dan kerugian hara benda (economic loss) yang mungkin erjadi akiba gempa yang akan daang. Proses perencanaan ahan gempa berbasis kinerja dimulai dengan membua model rencana bangunan kemudian melakukan simulasi kinerjanya erhadap berbagai kejadian gempa. Seiap simulasi memberikan informasi ingka kerusakan (level of damage), keahanan srukur, sehingga dapa memperkirakan berapa besar 50 keselamaan (life), kesiapan pakai (occupancy) dan kerugian hara benda (economic loss) yang akan erjadi. Mengacu pada NEHRP & FEMA 273 [2](Gambar 1.) yang menjadi acuan klasik bagi perencanaan berbasis kinerja, maka kaegori level kinerja srukur adalah: a. Operasional = Tidak ada kerusakan berari pada srukur dan non-srukrur (bangunan eap berfungsi). b. Segera dapa dipakai (IO = Immediae Occupancy), yaiu idak ada kerusakan yang berari pada srukur, dimana kekuaan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan kondisi sebelum gempa. c. eselamaan penghuni erjamin (LS = Life-Safey), yaiu erjadi kerusakan komponen srukur, kekakuan berkurang, eapi masih mempunyai ambang yang cukup erhadap kerunuhan. omponen non-srukur masih ada eapi idak berfungsi. Dapa dipakai lagi jika sudah dilakukan perbaikan. d. Terhindar dari kerunuhan oal (CP = Collapse Prevenion) yaiu kerusakan yang berari pada komponen srukur dan non-srukur. ekuaan srukur dan kekakuannya berkurang banyak, hampir runuh. ecelakaan akiba kejauhan maerial bangunan yang rusak sanga mungkin erjadi. Sumber : FEMA 273 (1997) Gambar 1. Ilusrasi level kinerja srukur berbasis kinerja Hal pening dari perencanaan berbasis kinerja adalah sasaran kinerja bangunan erhadap gempa dinyaakan secara jelas. Sasaran kinerja erdiri dari kejadian gempa rencana yang dienukan (earhquake hazard), dan araf kerusakan yang diijinkan aau level kinerja (performance level) dari bangunan erhadap kejadian gempa ersebu. ATC-40 [3] memberi baasan rasio drif aap unuk berbagai macam ingka kinerja srukur adalah sebagai beriku adalah sebagai beriku :

3 Wibowo, Menenukan Level inerja... Media Teknik Sipil, Vol. X, No. 1, Hal Tabel 1. aasan rasio drif aap menuru ATC-40 Performance Level Parameer Damage Srucural Sabiliy IO LS Conrol Maksimum Toal Drif Maksimum Inelasik Drif s.d s.d (Vi/Pi) no limi no limi balok efekif menahan gaya geser pada sumbu 2 dan momen dalam arah sumbu kua (sumbu-3), sehingga diharapkan sendi plasis erjadi pada balok. Sendi diasumsikan erleak pada masing-masing ujung pada elemen balok dan elemen kolom. dimana Vi adalah gaya geser pada lanai ke-i, dan Pi adalah jumlah oal beban grafiasi yang bekerja pada lanai ke-i (oal beban mai dan beban hidup). Adalah suau analisis saik nonlinier di mana pengaruh gempa rencana erhadap srukur bangunan gedung dianggap sebagai beban-beban saik yang menangkap pada pusa massa masing-masing lanai, yang nilainya diingkakan secara berangsur-angsur sampai melampaui pembebanan yang menyebabkan erjadinya pelelehan (sendi plasis) perama di dalam srukur bangunan gedung, kemudian dengan peningkaan beban lebih lanju mengalami perubahan benuk pasca elasik yang besar sampai mencapai kondisi plasik. NSP dianggap lebih unggul daripada analisis linier, seperi analisis klasik dengan beban laeral saik ekuivalen dan analisis superposisi modal, karena NSP secara jelas memperimbangkan fakor inelasik seelah baas leleh (yield) komponen srukur pada waku menahan inensias gempa sedang dan besar. NSP juga lebih menarik daripada analisa dinamik nonlinier yang merupakan analisa paling kompleks di anara semua analisa gempa yang ada, karena NSP menghasilkan perkiraan nilai unggal besaran akiba goncangan gempa (seperi deformasi laeral, inersory drif, gaya dalam dan momen, dan roasi sendi plasis) unuk desain aau evaluasi. Dari analisis ini didapa kurva kapasias yang menunjukkan hubungan gaya geser dasar erhadap peralihan, yang memperlihakan perubahan perilaku srukur dari linier menjadi nonlinier, berupa penurunan kekakuan yang diindikasikan dengan penurunan kemiringan kurva akiba erbenuknya sendi plasis pada kolom dan balok Sendi Plasis Sendi plasis merupakan benuk keidakmampuan srukur khususnya balok menahan gaya dalam. Pemodelan sendi digunakan unuk mendefinisikan perilaku nonlinear force-displacemen aau momen-roasi yang dapa diempakan pada beberapa empa berbeda di sepanjang benang balok aau kolom. Pemodelan sendi adalah rigid dan idak memiliki efek pada perilaku linier pada member. Dalam sudi ini, elemen kolom menggunakan ipe sendi defaul-pmm, dengan perimbangan bahwa elemen kolom erdapa hubungan gaya aksial dengan momen (diagram ineraksi P-M). Sedangkan unuk elemen balok menggunakan defaul-v2 dan defaul-m3, dengan dengan perimbangan bahwa 51 Sumber : FEMA 273 (1997) Gambar 2. Properi sendi defaul-pmm dan defaul-m Mekanisme erunuhan Gedung Unuk menghindari kerunuhan oal maka harus direncanakan suau mekanisme kerunuhan srukur bangunan yang aman, yaiu jika erjadi gempa idak mengakibakan kerunuhan oal (collapse) pada bangunan. Ada dua ipe mekanisme kerunuhan yang biasa erjadi pada analisis saik sebagai baas analisis, yaiu beam sidesway mechanism dan column sidesway mechanism. beam sidesway mechanism yaiu pembenukan sendi plasis pada ujung-ujung balok. Mekanisme ini hanya dapa dicapai bila kekuaan kolom lebih besar dari kekuaan balok. sedangkan column sidesway mechanism yaiu pembenukan sendi plasis pada ujung aas dan bawah dari elemen srukur verikal. Dalam perencanaannya mekanisme kerunuhan yang diharapkan adalah beam sway mechanism, Sumber : ATC-40 Gambar 3. Mekanisme kerunuhan gedung 3. METODE Poin level kinerja srukur dienukan dengan cara membua pemodelan dari srukur yang diinjau, kemudian dilakukan pembebanan secara incremenal menggunakan sofware program kompuer sampai dengan mendekai gaya gempa yang erjadi, kemudian dielii sampai seberapa besar kerusakan yang erjadi. Pada ahap awal dilakukan pengumpulan daa srukur yang menjadi obyek peneliian. Daa-daa ersebu adalah dimensi elemen srukur, kualias bahan, jumlah perkuaan (besi ulangan), dan konfigurasi srukur secara keseluruhan. Seelah daa diperoleh

4 Wibowo, Menenukan Level inerja... Media Teknik Sipil, Vol. X, No. 1, Hal lengkap dilakukan pemodelan srukur dan perhiungan pembebanan. Capaciy specrum merupakan salah sau meode unuk mendeskripsikan iik kelemahan srukur. Capaciy specrum adalah meode yang digunakan program ETAS dan dari oupu-nya dapa diperoleh parameer iik kinerja srukur. onsep desain kinerja srukur meode capaciy specrum pada dasarnya merupakan prosedur yang dilakukan unuk mendapakan peralihan akual srukur gedung. Peralihan akual yang didapakan dari hasil ini menunjukkan besar simpangan aap srukur. Perbandingan anara simpangan aap srukur erhadap inggi oal srukur menunjukkan kinerja srukur. Tahapan desain kinerja srukur dengan meode capaciy specrum sesuai ATC Daa-daa Teknis Srukur Srukur beon berulang merupakan model SRPM (Sisem Rangka Pemikul Momen) yang erdiri dari elemen balok dan kolom dengan bervariasi dimensinya Tabel 2.. Tabel 2. Jenis dan dimensi balok kolom alok Induk 300/ / / / / / /600 alok Anak 150/ / / / /500 alok anile ver 300/ / / / / / / Pemodelan Srukur alok Tepi 150/ /500 olom 600/ / / / /800 erdasar gambar srukur yang ada dan hasil observasi di lapangan, maka dapa dibua model srukur yang akan digunakan sebagai dasar analisis performance srukurnya. Gambar 4. Model Srukur 4. HASIL DAN PEMAHASAN Denah srukur gedung ini arah panjang m dengan lebar m. angunan 6 (enam) lanai dengan lay-ou srukur apak bangunan mempunyai luas 1100 m 2. Tinggi srukur poral ruang gedung ini m. Finishing gedung ini sisem dinding pasangan baa dengan kosen pinu dan jendela aluminium. Srukur aap ini erdiri aas kuda-kuda baja siku dengan penuup aap geneng. Unuk srukur balok dan kolom dibua srukur poral erbuka (open frame) beon berulang. Sisem srukur pada penjepi laeral dilaksanakan dengan sisem sloof (ie beam) dan poor (pile cap). Srukur poral ini dikonruksi dengan bahan beon berulang muu 225 dan aja U Jenis erusakan erusakan yang erjadi pada bangunan diklasifikasikan menjadi dua ype yaiu kerusakan srukural dan kerusakan non srucural Tabel 3. Daa-daa kerusakan yang erjadi dikumpulkan melalui observasi langsung di lapangan. erusakan srukur misalnya berupa: reak-reak pada balok aau kolom yang menggambarkan pola kerunuhan: kerunuan lenur, kerunuhan geser aau kegagalan join. Sedangkan kerusakan non srukur berupa kerusakan ringan berupa reak yang idak mengikui pola kegagalan srukur, misalnya reak yang erjadi pada embok, reak pada pleseran embok dll. Tabel 3 Tingka kerusakan srukur akiba erbenuknya sendi plasis eerangan Simbol Penjelasan Menunjukan baas linier yang kemudian diikui erjadinya pelelehan perama pada srukur Terjadi kerusakan yang kecil aau idak berari pada srukur, kekakuan srukur hampir sama pada saa belum erjadi gempa Terjadi kerusakan mulai dari kecil sampai ingka sedang. ekakuan srukur berkuarang, eapi masih mempunyai ambang yang cukup besar erhadap kerunuhan Terjadi kerusakan yang parah pada srukur sehingga kekuaan dan kekakuanya berkurang banyak. ecelakaan akiba kejauhan maerial mungkin erjadi aas maksimum gaya geser yang masih mampu diahan gedung Terjadinya degradasi kekuaan srukur yang besar, sehingga kondisi srukur idak sabil dan hampir collapse Srukur sudah idak mampu menahan gaya geser dan hancur 52

5 Wibowo, Menenukan Level inerja... Media Teknik Sipil, Vol. X, No. 1, Hal Analisis erusakan dan Level inerja Seismik Srukur Gedung Analisis kerusakan dilakukan dengan cara mengkomparasi anara: hasil pushover analysis dengan hasil observasi lapangan. Hasil analisis pushover menghasilkan daa seperi ercanum pada Tabel 4 : Tabel 4. Evaluasi kinerja gedung sesuai ATC Push arah x (poral arah memanjang) Gaya geser dari evaluasi pushover adalah on. Gaya geser ersebu lebih besar dari gaya geser rencana on, sehingga srukur aman erhadap gempa rencana. Displacemen maksimum = 0.02.H = 0.02 x 25 = 0.5 m. Displacemen dari analisis pushover gedung adalah 0,193 m. Displacemen pushover < displacemen maksimum, maka srukur aman diinjau dari displacemen. aasan rasio drif aap yang dievaluasi pada performance poin (PP) pada gedung, dengan parameer maksimum oal drif dan maksimum inelasik drif, maka : Maksimum oal drif = D = = m (1) H 25 Hasil V (on) D (m) Maksimum inelasik drif = (D D1) ( ) = = H 25 Teff (s) erdasarkan baasan rasio drif aap menuru ATC 40, hasil perhiungan maksimum oal drif menunjukkan bahwa gedung ermasuk dalam level kinerja Immediae Occupancy (IO), dan maksimum inelasik drif gedung ermasuk dalam level kinerja Damage Conrol Push arah y (poral arah pendek) Βeff (%) Push arah x Push arah y Gaya geser dari evaluasi pushover adalah on. Gaya geser ersebu lebih besar dari gaya geser rencana on, sehingga srukur aman erhadap gempa rencana. Displacemen maksimum = 0.02.H = 0.02 x 25 = 0.5 m. Displacemen dari analisis pushover gedung adalah m. Displacemen pushover < displacemen maksimum, maka srukur aman diinjau dari displacemen. (2) aasan rasio drif aap yang dievaluasi pada performance poin (PP) pada gedung, dengan parameer maksimum oal drif dan maksimum inelasik drif, maka : Maksimum oal drif = D H = = m (3) 25 Maksimum inelasik drif = (D D H 1 ) = ( ) 25 = erdasarkan baasan rasio drif aap menuru ATC 40, hasil perhiungan maksimum oal drif menunjukkan bahwa gedung ermasuk dalam level kinerja Immediae Occupancy (IO), dan maksimum inelasik drif gedung ermasuk dalam level kinerja Damage Conrol Mekanisme Terbenuknya Sendi Plasis Seiap langkah pemberian beban diberikan skema perubahan kondisi srukur. Analisis pushover menunjukkan erjadinya sendi plasis pada seiap ahapan peningkaan beban. Pada saa awal sendi plasis belum erbenuk, iu merupakan kondisi awal sebelum srukur dibebani gaya gempa. emudian seelah pemberian gaya gempa saik ekuivalen dinaikkan pada proses pushover, maka akan mulai erbenuk sendi plasis. Terbenuknya sendi plasis juga menunjukkan simulasi mekanisme kerunuhan yang akan erjadi pada srukur yang akan dikaji. Hasil analisis pushover, menunjukkan bahwa sendi plasis erbenuk mulai dari iik ujung balok, sebelum akhirnya erbenuk sendi plasis di beberapa kolom. Hal ini berari mekanisme kerunuhan yang diharapkan elah dapa dipenuhi, sehingga srukur beon berulang yang diinjau ini direncanakan cukup baik dari aspek mekanisme kerunuhan srukur akiba gaya gempa. 5. SIMPULAN Simpulkan yang dapa dirumuskan dari kajian ini adalah bahwa srukur rangka beon berulang yang diinjau dalam peneliian ini, dalam kondisi level kinerja Immediae Ocupancy (IO) menuru krieria ATC 40, arinya erdapa kerusakan srukur api idak signifikan, belum erjadi penurunan kekakuan srukur dan bangunan masih laik fungsi meskipun harus dilakukan perbaikan/ perkuaan pada bagian-bagian yang mengalami kerusakan. 6. REOMENDASI Hasil pengkajian ini hanya melipui srukur aas, masih diperlukan evaluasi unuk srukur bawah (pondasi), karena posisi bangunan berada deka (4) 53

6 Wibowo, Menenukan Level inerja... Media Teknik Sipil, Vol. X, No. 1, Hal dengan alur sungai sehingga kerusakan pondasi mungkin erjadi aau lebih parah kondisinya bila erjadi pengurangan daya dukung anah akiba liquifaksi pada saa erjadi gempa. 7. DAFTAR PUSTAA [1] Sandar Nasional Indonesia Sandar Perencanaan eahanan Gempa unuk Srukur angunan Gedung. SNI Jakara : SNI [2] ATC-33 Projec, 1997 FEMA NEHRP Guidelines For The Seismic Rehabiliaion Of uildings, uilding Seismic Safey Council, Washingon, D.C., [3] ATC Seismic Evaluaion and Rerofi of Concree uildings, Volume I. California. 54