ESRC National Conference 2011 DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 Feb 26, 2011

ESRC National Conference 2011 DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 Feb 26, 2011 ASPEK PENTING DALAM PEMODELAN DAN ANALISIS DINAMIK GEDUNG TAHAN GEMPA DENGAN SANSPRO (TINJAUAN TERHADAP PETA GEMPA 2010) By NATHAN MADUTUJUH ESRC

DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 1. POTENSI BAHAYA GEMPA - Telah terjadi banyak gempa Besar (Aceh 9.2, Nias 8.6, Padang 7.6, Jogja 6.3, Tasikmalaya 7.4, Jambi 6.6, dsb) - Terjadi berbagai Fenomena: Tsunami (Aceh, Nias, Mentawai, Pangandaran), Liquefaction (Padang, Ende) - Terjadi banyak korban jiwa dan gedung Aceh, Jogja, Tasik, Pangalengan, dsb

DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 PENYEBABNYA : - Indonesia terletak di daerah bahaya gempa Berapa besar bahayanya? Potensi Tsunami dan Liquefaction? Gempa vertikal? Peta 1983 Peta 2003 Peta 2010 NEXT? - Banyak gedung tidak direncanakan dengan baik : Kenapa? Siapa yang bertanggung jawab? - Tidak ada Manajemen Pencegahan / Penanggulangan Bencana yang baik

DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 POTENSI BAHAYA GEMPA - Percepatan Tanah akibat gempa dan Durasi getaran gempa Peta PGA (1983 2003 2010) Padang +15%, Bandung +70% Kenaikan Cd tergantung Soil Type, To - Potensi kerusakan pada gedung - Potensi Liquefaction ( Peta?) - Potensi Tsunami ( Peta? ) - Potensi Landslide ( Peta?)

DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 (Mahsyur Irsham, 2010)

DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010

Peta 2010 terhadap peta 2003: (Indonesia Bagian Barat) - Secara keseluruhan hampir sama Ada kenaikan nilai pada pantai barat Sumatra karena adanya data baru akibat gempa 2005, 2009 Pulau Jawa, pembagian Zona lebih halus dan ada zona lokal (Sukabumi, Bandung, Jogja) akibat data yang lebih lengkap

Peta 2010 terhadap peta 2003: (Indonesia Bagian Tengah dan Timur) Ada perbaikan signifikan akibat penggunaan data yang lebih banyak dibandingkan 2003 Terutama Daerah Sulawesi tengah, Kepala Burung, Maluku, dan Pegunungan tengah Papua Zona gempa pada peta banyak yang bergeser Hati-hati

DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 Keakuratan Peta Gempa Baru 2010: Probabilistik 1/2500 (1 kejadian per 2500 thn) (2% untuk 50 tahun umur bangunan) Data yang digunakan adalah 200 tahun terakhir saja (data sebelumnya tidak ada) Kalau ada data sebelumnya mungkin beda Lokasi dan magnitude pusat gempa sulit ditentukan secara akurat (apalagi 100 tahun yang lalu, belum ada PC) USGS vs BMKG, dsb Fungsi peredaman yang berbeda-beda dan seharusnya tergantung pada kondisi lokal dan jenis sumber gempa Interpolasi akibat peta kontur by computer

PERHITUNGAN Cd MENURUT ASCE-07 dan IBC-2009 1. Dari Peta Gempa : Ss, S1 2. Tentukan Site Class atau Soil Classification (Tbl 20.3-1) 3. Dari Site Class dan Ss didapat Fa (Table 11.4-1) 4. Dari Site Class dan S1 Didapat Fv (Table 11.4-2) 5. Hitung Sms dan Sm1 : Sms = Fa * Ss, Sm1 = Fv * S1 6. Hitung Sds dan Sd1 : Sds = (2/3) Sms, Sd1 = (2/3) Sm1 7. Buat Kurva Respons Spektra: Untuk T T0 : Sa = (0.60) (SDS/To)T + 0.40 SDS Untuk T = 0 : Sa = 0.40 SDS Pada puncak kurva : Sa = SDS

PERHITUNGAN Cd MENURUT ASCE-07 dan IBC-2009 BERIKUT INI ADALAH CONTOH PERHITUNGAN YANG DILAKUKAN IR. STEFFIE (2010) YANG MEMBANDINGKAN : PETA LAMA + SNI-1726-2003 DAN PETA BARU + ASCE-07 + IBC-2009 KESIMPULAN: UNTUK KONDISI JAKARTA & TANAH LUNAK, GUNAKAN Ss, S1 YANG LEBIH BESAR

ASCE 7-05. Table 20.3-1 From Steffie 2010

Peta Gempa 2010 (Daerah Jakarta) ~ 0.60g-0.70g From Steffie 2010 Misalkan diambil : SS = 0.65g

Peta Gempa 2010 (Daerah Jakarta) ~ 0.25g From Steffie 2010 Misalkan diambil : S1 = 0.25g

ASCE 7-05 SS = 0.65g Fa = 1.40 S1 = 0.25g Fv = 3.0 Steffie 2010

Adjusted Maximum Considered Earthquake (MCE) Spectral Response Accelerations SMS = Fa SS = 1.40 (0.65g) = 0.91g SM1 = Fv S1 = 3.0 (0.25g) = 0.75g Design Spectral Response Acceleration Parameters SDS = 2/3 SMS = 2/3 (0.91g) = 0.61g SD1 = 2/3 SM1 = 2/3 (0.75g) = 0.50g From Steffie 2010

Untuk Perioda T T0 ; Sa = (0.60) (SDS/To)T + 0.40 SDS Untuk T = 0 ; Sa = 0.40 SDS = 0.40 (0.61g) = 0.24g Pada puncak kurva : Steffie 2010 Sa = SDS = 0.61g

SNI 03-1726-2002 From Steffie 2010

Jakarta - from Steffie 2010

SNI 03-1726-2002 (Tanah Lunak) SNI 03-1726-2010 (Tanah Lunak) Sa = (SD1)/T Steffie 2010

PERBANDINGAN PETA LAMA (2003) dan BARU (2010) UNTUK DAERAH LAIN DAN JENIS TANAH LAIN BAGAIMANA? PERLU DIAMBIL NILAI YANG LEBIH BESAR ANTARA METODE LAMA DAN BARU. DENGAN BANTUAN PROGRAM SANSPRO DAPAT DIHASILKAN TABEL BERIKUT INI:

NILAI Cd dengan SANSPRO (SNI-1726-2003)

NILAI Cd dengan SANSPRO (SNI-1726-2010)

GEDUNG 15 LT, SOFT SOIL Perbandingan Nilai Cd (Lama vs Baru) Bangunan Menengah 15 Lt, Soft Soil Kota Jakarta Padang Aceh Bandung 1 Bandung 2 Jogja Palu Balikpapan Jayapura Nias 2003 0.047 0.059 0.056 0.053 0.053 0.053 0.053 0.031 0.056 0.059 2010 0.035 0.060 0.060 0.060 0.040 0.050 0.120 0.015 0.090 0.120 % Diff -25.5 1.7 7.1 13.2-24.5-5.7 126.4-51.6 60.7 103.4

GEDUNG 15 LT, MEDIUM SOIL Perbandingan Nilai Cd (Lama vs Baru) Bangunan Menengah 15 Lt, Medium Soil Kota Jakarta Padang Aceh Bandung 1 Bandung 2 Jogja Palu Balikpapan Jayapura Nias 2003 0.022 0.034 0.030 0.026 0.026 0.026 0.026 0.014 0.030 0.034 2010 0.023 0.044 0.044 0.038 0.027 0.031 0.075 0.017 0.075 0.075 % Diff 4.5 29.4 46.7 46.2 3.8 19.2 188.5 21.4 150.0 120.6

GEDUNG 15 LT, STIFF SOIL Perbandingan Nilai Cd (Lama vs Baru) Bangunan Menengah 15 Lt, Stiff Soil Kota Jakarta Padang Aceh Bandung 1 Bandung 2 Jogja Palu Balikpapan Jayapura Nias 2003 0.014 0.026 0.022 0.019 0.019 0.019 0.019 0.009 0.022 0.026 2010 0.019 0.033 0.033 0.033 0.023 0.027 0.065 0.007 0.049 0.065 % Diff 35.7 26.9 50.0 73.7 21.1 42.1 242.1-22.2 122.7 150.0

GEDUNG 4 LT, SOFT SOIL Perbandingan Nilai Cd (Lama vs Baru) Bangunan Rendah 4 Lt, Soft Soil Kota Jakarta Padang Aceh Bandung 1 Bandung 2 Jogja Palu Balikpapan Jayapura Nias 2003 0.171 0.217 0.206 0.194 0.194 0.194 0.194 0.114 0.206 0.217 2010 0.086 0.127 0.127 0.169 0.086 0.127 0.212 0.076 0.169 0.212 % Diff -49.7-41.5-38.3-12.9-55.7-34.5 9.3-33.3-18.0-2.3

GEDUNG 4 LT, MEDIUM SOIL Perbandingan Nilai Cd (Lama vs Baru) Bangunan Rendah 4 Lt, Medium Soil Kota Jakarta Padang Aceh Bandung 1 Bandung 2 Jogja Palu Balikpapan Jayapura Nias 2003 0.131 0.206 0.183 0.160 0.160 0.160 0.160 0.086 0.183 0.206 2010 0.082 0.141 0.141 0.188 0.089 0.141 0.235 0.056 0.188 0.235 % Diff -37.4-31.6-23.0 17.5-44.4-11.9 46.9-34.9 2.7 14.1

GEDUNG 4 LT, STIFF SOIL Perbandingan Nilai Cd (Lama vs Baru) Bangunan Rendah 4 Lt, Stiff Soil Kota Jakarta Padang Aceh Bandung 1 Bandung 2 Jogja Palu Balikpapan Jayapura Nias 2003 0.088 0.161 0.137 0.117 0.117 0.117 0.117 0.059 0.137 0.161 2010 0.060 0.105 0.105 0.105 0.068 0.087 0.196 0.023 0.157 0.196 % Diff -31.8-34.8-23.4-10.3-41.9-25.6 67.5-61.0 14.6 21.7

DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 SOLUSI: Gunakan nilai PGA yang konservatif dari Peta Gempa Baru Hindari daerah yang memiliki patahan atau gunakan nilai PGA yang lebih tinggi Untuk daerah dengan tanah lunak Gunakan nilai yang lebih tinggi (Peta Lama vs Baru?) Untuk daerah dengan potensi Liquefaction Gunakan disain pondasi khusus Perhatikan differential settlement Jangan membangun diatas lereng Untuk daerah dekat pusat gempa : av

2. FAKTOR PENTING LAINNYA DALAM ANALISIS DINAMIK GEMPA: JENIS LAPISAN TANAH + M.A.T JARAK TERHADAP PUSAT GEMPA ARAH RAMBATAN GEMPA PERCEPATAN GEMPA VERTIKAL FUNGSI BANGUNAN (IMPORTANCY) REDUKSI BEBAN HIDUP NILAI R (TINGKAT DAKTILITAS STRUKTUR) BENTUK BANGUNAN DAN TINGKAT

PENGARUH JARAK TERHADAP PUSAT GEMPA: (Posisi Anda?) 1. Jauh (> 60km) - Getaran horizontal, arah beraturan - Pada Getaran durasi panjang berbahaya untuk gedung tinggi 2. Dekat (< 60 km) - Getaran horizontal + Vertikal, Arah tidak beraturan - Differential settlement akibat gelombang gempa vertikal dan Liquefaction - Tambahan beban gravitasi akibat percepatan gempa vertikal

DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 Besar av = 0.3g 1.0g, Disp. Vertical = s/d 50cm SNI-2003 av,max = 0.304 (Zone 6, I=1.0) Use 0.5g

DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 Akselerasi Vertikal Besar: Besar av = 0.3g 1.0g SNI-2003 av,max = 0.304 (Zone 6,I=1) Use 0.5g Perlu Pencatatan av aktual untuk validasi Antisipasi untuk Large av : - Hindari penggunaan Balok/Pelat Prestress - Kombinasi Beban dengan pengaruh av = 0.5 - Penambahan Tulangan Lapangan Balok 20% 1.2 DL + 1.6 LL 1.5 * (DL + LL) +/- EQx +/- 0.3 EQz 1.5 * (DL + LL) +/- EQz +/- 0.3 EQx

DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 Pengaruh displacement vertikal permukaan yang besar : - Differential Settlement Besar, pondasi dapat turun/terangkat naik, Potensi Kegagalan Sloof besar Gunakan min = L/100 - Arah Gempa = Arah Panjang Gedung -> Berbahaya Karena sebagian bangunan dapat terangkat. - Arah tipis bangunan sebaiknya sejajar arah gempa, dengan rasio L:W max = 4:1 - Arah kuat bangunan (arah kolom/wall) sebaiknya sejajar arah gempa

IMPORTANCY FACTOR Category I,II (STANDARD) : 1.0 Category III (PUBLIC) : 1.25 Category IV (EMERGENCY) : 1.5 STANDARD: Houses, Farms, Temporary PUBLIC: School, Hotel, Auditorium, Power Plant, Water supply EMERGENCY : SAR, Fire, Pusat Bencana, Toxic, Chemical, Aviation, Nuclear

SOIL TYPE VERY SOFT SOIL SPECIAL CASE Response Spectrum SOFT SOIL MEDIUM SOIL STIFF SOIL = SOFT ROCK ROCK SOFTER SOIL LARGER Cd FINE / LOOSE SAND LAYER + HIGH GROUND WATER LEVEL POTENSI LIQUEFACTION

REDUKSI BEBAN HIDUP Gunakan Faktor Reduksi maksimum = 50% (Peraturan beban lama = 30%) Untuk Daerah dengan Potensi Gempa Vertikal, Faktor Reduksi Beban Hidup diambil 100% (Tanpa Reduksi) Tidak menggunakan faktor reduksi? Why not.

PENENTUAN NILAI R Nilai R menentukan : 1. Besar gempa yang diberikan pada bangunan 2. Disain kapasitas balok/kolom 3. Drift maksimum 4. Disain kapasitas pondasi Nilai R maksimum yang diperbolehkan diberikan dalam SNI-1726-2003 dan IBC-2009 Untuk Daerah dengan Potensi Gempa Besar, dan/atau Mutu pekerjaan kurang baik, Gunakan Nilai R yang lebih rendah Tidak menggunakan Rmax? Why not.

LATERAL RESISTANT SYSTEM Komponen Struktur mana yang direncanakan menahan beban gempa : Kolom, Shearwall, atau keduanya Lateral System harus ada pada kedua arah dominan gempa Lateral System harus tersebar merata (Mengurangi eksentrisitas) Kekakuan lateral setiap tingkat jangan terlalu berbeda jauh (Soft-Story / Stiff-Story effects)

EFEK DARI LIQUEFACTION Gaya aksial dan Displacement Vertikal besar : - Kegagalan pondasi (Daya dukung pondasi berkurang, fs=0) - Kegagalan sloof - Kegagalan struktur balok - Bangunan terguling Bangunan di lereng bergerak ke samping (Horizontal Liquefaction) : - Kalau bisa dihindari - Gunakan pondasi tiang menembus bedrock

MENGURANGI EFEK DARI LIQUEFACTION - Menggunakan Pondasi Tiang menembus sampai bedrock - Perbaikan tanah dengan menggunakan grouting air semen sampai lapisan Liquefaction dengan tekanan - Menggunakan kombinasi Pile + Raft

HAL-HAL LAIN YANG PERLU DIPERHATIKAN SOFT STORY EFFECTS SHORT-COLUMN EFFECTS EFEK TORSI YANG BESAR FLAT SLAB STRUCTURE WALL-SLAB STRUCTURE PILE-RAFT FOUNDATION

Soft-Story Effects

Short-Column Effects

Torsion

FLAT SLAB STRUCTURE - Konstruksi mudah, Daktilitas rendah, penulangan pelat rapat - Maksimum Tingkat NF <= 20 - Untuk daerah gempa kecil/sedang - Kolom Kantilever (Tanpa Shear Wall) : Nilai R = 2.2 (sangat kecil), NF <= 8 - Kolom + Shearwall : Nilai R = 4.0, NF <= 20 Penempatan Shearwall harus seimbang pada kedua arah dominan gempa

FLAT SLAB STRUCTURE - Alt. 1 : Menggunakan balok ekivalen Misalkan: B=400cm, h=20cm Untuk bangunan dengan denah regular - Efek Pons tidak dapat dicheck - Penulangan seperti untuk balok - Unit weight balok ekivalen = 0 - Alt. 2 : Flat slab menggunakan elemen shell, dengan ukuran a <= 1.0-1.5m, t=20-30cm Untuk bangunan dengan denah sembarang - Efek pons dapat dicheck - Penulangan dengan mencari Mx,My,Mxy dari FEM dan program tulangan balok/pelat.

KONTUR MOMEN FLAT SLAB / RAFT

KONTUR MOMEN FLAT SLAB / RAFT SANSPRO dapat menghitung momen lentur dan melakukan penulangan pelat Flat Slab dan Pelat RAFT secara otomatis, termasuk koreksi terhadap Mx,My akibat Mxy. Alternatif: Menggunakan Program SAFE dari CSI.

PILE-RAFT FOUNDATION MODEL - Pile / Pile-Raft Foundation Model menggunakan Model pelat raft dengan elemen shell dengan berbagai ketebalan - Pada bagian pilecap elemen dapat lebih tebal - Dibawah raft, diberikan Spring vertikal, lateral dengan beberapa opsi model spring - Penulangan raft prosedurnya sama dengan penulangan flat slab

PILE-RAFT FOUNDATION MODEL 1. Spring vertikal dan lateral Ksp untuk setiap tiang atau spring vertikal dan lateral dari grup tiang untuk satu pilecap (Unit = N/cm) Ksp = dari loading test vertikal dan lateral Aproksimasi : Ksp = Pijin/dmax 2. Spring vertikal terdistribusi Ksd untuk tanah dibawah raft (Unit = N/cm3) Aproksimasi : Ksd = qall / dmax Ksd dapat diperoleh dari Plate Bearing Test.

EFEK DINDING BESMEN TERHADAP GEMPA 1. Efek dinding Besmen terhadap gempa dapat dimodelkan dengan Spring lateral ekivalen Ks1 (tanpa elemen shell) atau Spring lateral terdistribusi ksd (dengan elemen shell) pada dinding besmen. (Ks1 = Ksd x Area) 2. Karena tanah hanya dapat menahan tekan, Nilai Ks direduksi 50% (kalau ada dua sisi dinding yang berhadapan). 3. Kalau hanya ada satu dinding besmen, sebaiknya diabaikan, karena perlu metode analisis Kontak/Time History.

3. PEMODELAN BEBAN LATERAL GEMPA 1. STATIK (Static Equivalent Model) Tergantung Zona, Jumlah tingkat, denah, SDC 2. DINAMIK (Dynamic Response Spectrum) Untuk bangunan menengah, tinggi, ada torsi 3. TIME HISTORY (Dynamic Direct Integration) Untuk bangunan tidak beraturan, sangat tinggi, Interaksi tanah-struktur, dsb Metode 2 umumnya dapat digunakan untuk semua gedung tipikal.

4. VERIFYING DYNAMIC ANALYSIS OUTPUT Effective Mass Participant: EMF > 90% Naikkan jumlah Eigen bila perlu Dominant Mode direction: Mode 1,2 = Translasi Atur kembali masa dan kolom/wall bila perlu Time Period: T1,T2 <= 0.17 NF (or 0.13 NF) Perkaku kolom/wall, naikkan mutu beton, Perpendek tingkat

4. VERIFYING DYNAMIC ANALYSIS OUTPUT Base Shear: Vd >= 80% Vs Sesuaikan Td dan Ts terlebih dahulu Design Eccentricity: Eksentrisitas Rencana <= edmax Atau gunakan koreksi Eksentrisitas P-Delta Effect: Gunakan P-delta Effect bila NF >= 20, dan Kolom langsing Lateral Drift: Check drift <= drift,max Drift overall (per floor) or per column

KESIMPULAN METODE ANALISIS Karena kompleksitas yang tinggi, analisis struktur harus dikerjakan dengan bantuan komputer Pemodelan dan penggunaan program komputer harus dilandasi dasar pengetahuan yang benar. Dengan adanya program SANSPRO, keahlian ini dapat dipelajari dengan mudah dan cepat.

5. DISAIN KAPASITAS Keruntuhan Daktail harus lebih dahulu terjadi Kolom lebih kuat dari Balok Kapasitas geser lebih kuat dari lentur Pondasi harus kuat pada saat gempa kuat Disain Kapasitas harus dengan bantuan komputer (SANSPRO dll) kalau tidak akan lama dan sulit akhirnya tidak dikerjakan. Disain kapasitas Bergantung pada kualitas pendetailan (Paper Prof. Iswandi)

Short-Column Effects

Torsion

Detail Balok

Detail Kolom

Disain Tulangan dengan SANSPRO

Gambar Detail Pondasi

Disain Kapasitas dengan SANSPRO

Mengurangi Potensi Kegagalan Pondasi Pemilihan Jenis Pondasi: - Pondasi Tiang Pancang - Pondasi Pile-Raft - Pondasi Raft + Grouting Perencanaan Pondasi dengan Cara Kapasitas: DL + Llrt <= P DL + Llrf + EQx +/- 0.3 Eqz <= 1.3 P DL + Llrf + W(EQx +/- 0.3 Eqz) <= 2.0 P Redundansi Sistem Pondasi: Large Pilecap (s >= 3.0 D) Grouting sekeliling Pile Concrete Slab on ground + Pile

Detail Balok

Detail Kolom

6. MENGURANGI EFEK KERUNTUHAN Masih mungkin gagal? Kalaupun gagal bagaimana? - Meningkatkan Redundansi Tulangan lapangan tambahan, Kolom praktis, Pelat besmen, dsb - Jalur Evakuasi (Perhatikan koridor dan penulangan angkur tangga) - Tempat berkumpul pada saat gempa

7. KESIMPULAN DISAIN TAHAN GEMPA YANG BAIK MEMERLUKAN: 1. Data gempa yang lebih akurat (2010) 2. Pemahaman bahan dan perilaku model struktur 3. Pemodelan, analisis, disain dengan program komputer 4. Pendetailan secara kapasitas 5. Cadangan kekuatan dengan redundansi 6. Penyediaan jalur evakuasi

TERIMA KASIH