PENGARUH BEBAN PADA PERMUKAAN TANAH DAN FREKUENSI GEMPA TERHADAP RESPON SEISMIK LINIER ELASTIS LAPISAN TANAH As a Puiano Teknik Sipil Fakulas Teknik Universias Muhammadiyah Yoyakara Jl. Linkar Bara, Tamaniro, Banul Yoyakara 5583 Telp. 074-387656 ex 9 ABSTRAKSI Respon seismik lapisan anah akiba empa merupakan suau parameer erakan anah akiba empa. Selama earan meramba dari pusa empa sampai ke permukaan anah, maka fakor anah sebaai penhanar earan mempunyai peran yan sana penin. Berbaai parameer penin menenai enis anah ersebu melipui keadaan eoloi secara lokal dan kondisi anah iu sendiri. Di sampin iu ua ada beberapa fakor yan berpenaruh erhadap respon anah, di anaranya adalah indeks plasisias (PI), kandunan frekwensi empa sera keadaan beban diaas permukaan lapisan anah. Beban pada permukaan lapisan anah akan berpenaruh erhadap kekakuannya. Kekakuan anah yan mempunyai beban lebih kecil akan berbeda denan anah yan mempunyai beban lebih besar. Denan keadaan seperi iu maka anah yan mempunyai bera beban banunan berbeda akan menhasilkan respon yan berbeda ua. Peneliian denan menunakan sau daa profil anah anpa beban dan lima variasi pembebanan elah dilakukan, akiba empa Koyna dan Buchares yan elah dinormalisai, sehina hanya mempunyai perbedaan frekuensi. Analisis hiunan menunakan proram sederhana denan dasar meode analisis dinamika srukur Muli Deree of Freedom dan pemodelan maemais lapisan anah berupa model Shear Buildin sera penyelesaian problema dinamik denan meode numerik Cenral Difference. Hasil analisis menunukan bahwa Semakin besar beban menakibakan simpanan semakin kecil. Denan percepaan maksimum sama akiba empa Koyna dan Buchares, namun mempunyai frekuensi yan berbeda, menakibakan respon yan idak sama besar. Parameer percepaan anah bukan sau-saunya parameer yan dapa dipakai unuk meneahui damae poenial suau empa eapi erdapa parameer lain yan harus diperhaikan. Kandunan frekuensi empa Koyna maupun Buchares erhadap frekuensi srukur masih cukup auh (idak berimpi), sehina ika eradi empa denan frekuensi ersebu srukur anah idak akan menalami resonansi. Kaa kunci : percepaan anah, beban banunan, frekuensi, respon seismik Jurnal Ilmiah Semesa Teknika, Vol. 8, No., 005: 9
PENDAHULUAN Apabila eradi empa bumi, maka perama-ama yan merasakan earan adalah anah di sekelilin pusa empa. Gearan akiba empa kemudian disebarkan ke seala penuru sampai pada ke lokasi pencaa empa di permukaan anah. Selama earan menalar dari pusa empa sampai ke permukaan anah, maka fakor anah sebaai penhanar earan mempunyai peran yan sana penin. Berbaai parameer penin menenai enis anah ersebu melipui keadaan eoloi secara lokal dan kondisi anah iu sendiri. Kondisi eoloi dan kondisi anah erenu, akan menyebabkan respon anah akiba empa menadi berlainan. Di sampin iu ua ada beberapa fakor yan berpenaruh erhadap respon anah, di anaranya adalah indeks plasisias (PI), kandunan frekwensi empa sera keadaan beban di aas permukaan lapisan anah. Beban pada permukaan lapisan anah akan berpenaruh erhadap kekakuannya, sehina akan menakibakan respon anah yan berlainan. Oleh karena iu perlu dielii percepaan anah yan menalami perubahan perilaku akiba adanya pembebanan yan berbeda. Meliha problemaika ersebu maka dapa dirumuskan suau permasalahan yan akan menadi obek peneliian ini yaiu Apakah erdapa perbedaan respon anara anah yan mempunyai beban banunan berbeda ika erkena beban empa yan mempunyai frekwensi ini dan rendah. Berdasarkan perumusan masalah ersebu, maka peneliian ini mempunyai uuan inin meneahui apakah erdapa perbedaan respon ika bera beban banunan pada permukaan anah bervariasi, dan ua apakah erdapa perbedaan respon ika diunakan dua beban empa yan mempunyai dua frekuensi yan sana berlainan, yaiu beban empa Koyna (967) yan mempunyai frekuensi ini dan beban empa Buchares (977) yan mempunyai frekuensi cukup rendah. Denan analisis seperi iu akan dikeahui besarnya perbedaan nilai respon seismik yan berupa simpanan, kecepaan, percepaan dan ua frekuensi srukur anah. Denan meliha banyaknya fakor yan mempenaruhi respon seismik lapisan anah, misalnya seperi : Besarnya maniude empa, arak episener empa, properi lapisan anah, kondisi oporafi lapisan anah, keebalan lapisan anah, enis mekanisme eradinya empa, dan kondisi eoloi anah yan dilalui elomban empa, maka aar analisis ini menadi sederhana dan lebih mudah dipahami namun eap realisis, perlu adanya baasan masalah. Adapun baasan masalah pada peneliian ini adalah : anah berperilaku linier elasis (idak memperhiunkan adanya perubahan massa dan kekakuan seelah eradi empa), idak memperhiunkan adanya peninkaan ekanan air pori anah akiba eradinya empa, idak mempehiunkan enis mekanisme eradinya empa, lapisan anah dianap idak menalami defleksi dalam arah verikal, lapisan anah diinau dalam dua dimensi, lapisan anah dianap berperilaku seperi Shear Buildin, sera empa eradi pada base rock denan cara melakukan scale down rekaman empa dipermukaan anah. Penaruh Beban pada Permukaan Tanah (As a Puiano) 3
Karakerisik dan Dinamik Unuk mempelaari enan perilaku erakan anah (round moion), maka perlu dikeahui enan karakerisik saik dan dinamik lapisan anah empa elomban empa meramba. Semua karaker ersebu akan berpenaruh pada erakan anah dan respon srukur/banunan di aas permukaan anah. Karakerisik Saik, Secara umum anah dibedakan menadi anah berpasir (kohesi c = 0) dan anah lempun murni ( = 0). Karena pasir idak mempunyai kohesi, maka pada saa eradi empa, buir-buir pasir dapa memada aaupun bahkan menemban denan mudah seperi pada liquefacion, yaiu perisiwa hilannya esekan anar buir akiba meninkanya ekanan air pori sebaai akiba oncanan empa. Karena anah pasir bersifa kasar maka ahanan eser anah pasir berambah sehina akan menambah pula sudu esek dalamnya. Fakor-fakor yan mempenaruhi kua eser anah pasir adalah : ukuran buir, air yan erdapa di dalam buirannya, kekerasan buirannya, anka pori aau kekakuan relaifnya, disribusi ukuran buirnya, dan benuk buirannya. Dari fakor-fakor yan mempenaruhi kua eser anah pasir di aas, yan palin besar penaruhnya adalah nilai anka pori, karena anka pori akan berpenaruh erhadap kerapaannya. Pada penuian eser lansun maupun riaksial, bila anka pori rendah aau kerapaan relaif ini, maka nilai kua eser akan ini pula. Jika dua macam anah pasir mempunyai kerapaan relaif sama, eapi radasinya berlainan, maka pasir yan mempunyai radasi lebih baik akan mempunyai sudu esek dalam yan lebih besar. Ukuran buiran unuk pasir denan anka pori yan sama, idak banyak berpenaruh pada sudu esek dalamnya. Jadi pasir halus dan pasir kasar pada anka pori yan sama akan mempunyai sudu esek yan sama. Tanah lempun umumnya erdiri aas buir-buir yan sana halus dari enis mineral yan mempunyai nilai kohesi. Sifa kohesi ini adalah suau nilai ineraksi anara mineral-mineral penyusun lempun denan air. Denan adanya ineraksi ersebu maka akan eradi lekaan/rekaan anara buir yan sau denan buir yan lain. Perisiwa inilah yan menyebabkan lempun mempunyai nilai kohesi erenu. Karakerisik Dinamik, Respon anah akiba beban dinamik yan dilakukan pada percobaan di laboraorium adalah unuk mensimulasi perilaku elemen anah pada kedalaman erenu akiba earan elomban empa. Simulasi yan dilakukan umumnya menanap bahwa elomban eser meramba secara verikal sehina elomban eser ersebu akan menakibakan suau elemen anah berubah-ubah benuk akiba adanya aya eser bolak balik. Massa dan Kekuaan Lapisan Tanah Jika suau profil anah erdiri dari beberapa lapis, maka lapisan anah ersebu dapa dimodel sebaai suau massa erumpal (lump mass) seperi diunukan pada Gambar. Massa ersebu dapa dianap sebaai suau banunan eser dimana prinsip banunan eser (shear buildin) menasumsi bahwa balok 4 Jurnal Ilmiah Semesa Teknika, Vol. 8, No., 005: 9
pada lanai inka dianap eap horisonal baik sebelum maupun sesudah eradi penoyanan. k m h k m h m 3 k i- m -i h i- k i m i h i m +i k n m n h n Gambar. Massa erumpal pada lapisan horizonal. Dari Gambar ersebu massa (m, m, m 3,..., m n ) dan kekakuan lapisan anah dapa dihiun denan rumus pendekaan seperi diunukan pada Persamaan,, dan 3 (Idriss dan Seed, 968 dalam Das, 993). m = γ h () m i = γ i hi γ ihi denan i =,,,n () k i = Gi hi denan i =,,,n (3) denan: m i = massa erumpal yan erleak pada lapisan anah ke-i. k i = kekakuan yan menhubunkan massa m i dan m i+. i = bera sauan anah pada lapisan ke-i. h i = seenah kedalaman pada lapisan anah ke-i. Penaruh Beban pada Permukaan Tanah (As a Puiano) 5
Meode Penyebarabn Beban Apabila di aas lapisan anah erdapa beban banunan maka akan menambah besarnya eanan yan eradi. Bermacam-macam cara elah diunakan unuk menhiun penaruh eanan akiba beban fondasi. Salah sau cara pendekaan yan sana sederhana unuk menhiun ambahan eanan beban di permukaan diberikan oleh Boussinesq (885), yaiu denan cara membua aris penyebaran beban V : H ( verikal dibandin horisonal). Dalam cara ini dianap beban pondasi Q didukun oleh pyramid yan mempunyai kemirinan sisi V : H, seperi erliha pada Gambar. B Q B Z V : H Z B L L+Z B + Z B + Z Gambar. Penyebaran beban V : H (Boussinesq, 885). Cara pendekaan ini, menhasilkan nilai ambahan eanan verikal yan dinyaakan dalam Persamaan 4 dan 5. z = z = ( L ( L Q Z )( B Z ) qlb Z )( B Z ) (4) (5) denan : z = ambahan eanan verikal. Q = beban oal pada dasar pondasi. q = beban erbai raa pada dasar pondasi. L = panan area pondasi. B = lebar area pondasi. Z = kedalaman yan diinau. 6 Jurnal Ilmiah Semesa Teknika, Vol. 8, No., 005: 9
Cara ini dapa ua unuk menhiun pondasi berbenuk alur memanan. Dalam hal ini, benuk penyebaran beban yan berupa pyramid berubah menadi berbenuk rapezoidal. Selanunya, ambahan verikal pada pondasi memanan dinyaakan denan Persamaan 6. z = qb ( B Z ) Dalam menhiun besarnya eanan oal yan eradi dalam anah, seelah eanan verikal yan diperoleh dari persamaan-persamaan Boussinesq, Weseraard, maupun dari eori penyebaran V : H diperoleh, hasilnya masih harus diambahkan denan eanan akiba beban anah di kedalaman yan diinau (yaiu ekanan overberden). Hal ini perlu dimeneri, karena pada cara elasis dianap bahwa anah yan sedan menalami pembebanan idak mempunyai bera. Persamaan Differensial Gerakan MDOF Unuk memperoleh persamaan differensial erakan dipakai prinsip keseimbanan dinamik pada suau massa yan diinau. Persamaan erakan ersebu umumnya disusun berdasarkan aas oyanan srukur menuru mode perama. Seelah nilai mode shape didapa maka denan mudah nilai percepaan anah, kecepaan anah dan simpanan anah diperoleh, berdasarkan Persamaan 7. T T T T M Z C Z K Z M y (7) (6) Jika, T M = M Z T C = C Z T K = K Z T P = M y maka Persamaan 7 dapa menadi Persaamaan 8. M Z C Z K Z P y (8) Jika Persamaan 8 dibai denan M, denan C K P =.. J, = J, dan = J, (9) M M M Penaruh Beban pada Permukaan Tanah (As a Puiano) 7
Jurnal Ilmiah Semesa Teknika, Vol. 8, No., 005: 9 8 maka dapa diulis dalam benuk differensial menadi Persamaan 0 y Z Z Z (0) denan : Z = modal apliudo, yan diulis denan Persamaan s/d Persamaan 3. Z = () Z = () Z = (3) denan : = parisipasi mode. Denan mensubsiusi Persamaan s/d Persamaan 3 ke dalam Persamaan 0, maka didapa Persaamaan 4. y (4) Unuk menhiun besarnya dapa diunakan meode ceral difference, sehina diperoleh Persamaan 5. dan (5) Denan mesubsiusi Persamaan 5 ke dalam Persamaan 4 diperoleh Persamaan 6 yan dapa menhasilkan nilai +, yan dapa diulis menadi Persamaan 7. y (6) y (7) Persamaan 7 dapa diulis menadi Persamaan 8. kˆ b a y (8) denan : a =, b =, kˆ = = sep inerasi (d). = frekwensi sudu (rad/d). y = daa rekaman empa (percepaan anah).
Denan demikian diperoleh persamaan simpanan, kecepaan, dan percepaan yan diulis beruru-uru menadi Persamaan 9, Persamaan 0, dan Persamaan. y = y = y = Z Z (9) Z (0) () denan : = mode shape. y = y = y = simpanan anah. kecepaaan anah percepaan anah. Kandunan Frekuensi Gempa Unuk membua suau kaian seperi yan dimaksud di aas, maka perlu dikeahui erlebih dahulu enan kandunan frekuensi empa. Sebaaimana dikeahui bahwa empa bumi yan erekam dalam percepaan anah merupakan abunan dari beberapa frekuensi. Oleh karena iu dipakai beberapa isilah kandunan frekuensi sebaai suau cara unuk mendiskripsikan abunan beberapa frekuensi. Pada kenyaaannya kandunan frekuensi pada suau empa dapa saa mempunyai renan yan sempi sehina frekuensi dominan lebih elas aaupun kandunan frekuensi yan menyebar denan renan yan panan. Beberapa hal akan berpenaruh erhadap hal-hal ersebu. Kandunan frekuensi kemudian dikeahui menadi parameer penin selain durasi empa (Tso, dkk. 99). Hal ersebu dimunkinkan karena parameerparameer ersebu dapa dideeksi mulai dari cara yan sederhana. Housner (97) menusulkan cara yan sederhana unuk meneahui kandunan frekuensui empa yaiu denan menhiun umlah aris yan memoon sumbu-waku unuk seiap deik pada rekaman parcepaan anah akiba empa. Konsep ini sana sederhana dan ua dipakai oleh Araya dan Saraoni (988) dalam bukunya (Uan dan Berero 988) unuk mendiskripsikan damae poenial suau empa. Konsep lain yan cukup sederhana unuk mendeeksi kandunan frekuensi empa adalah seperi yan disampaikan oleh Tso dkk. (99). Konsep yan dimaksud adalah A/V raio yaiu denan memakai perbandinan anara percepaan dan kecepaan anah maksimum. Gazaeas (987) dalam buku (Baneree 987) menaakan bahwa media anah umumnya akan berfunsi menyarin frekuensi ini pada elomban empa, sehina pada arak yan auh percepaan anah akiba empa cenderun berbenuk sinusoidal/harmonik. Denan demikian pada daerah yan deka denan episener percepaan cenderun mempunyai frekuensi ini, bersifa implusif, percepaan anahnya relaif ini dan durasi empa relaif Penaruh Beban pada Permukaan Tanah (As a Puiano) 9
sinka. Pada daerah yan auh denan episener, keadaannya akan berkebalikan. Sebaai konsekuensinya nilai A/V raio akan ini (frekuensi ini) pada daerah yan deka denan episener A/V raio rendah (frekuensi rendah). Denan demikian A/V raio dapa ua dipakai unuk menenukan kandunan frekuensi empa secara lebih mudah. Krieria inilah yan dipakai dalam menhiun kandunan frekuensi anah. METODOLOGI PENELITIAN Model dan Daa Srukur. Daa anah yan diperunakan di dalam analisis ini diambil dari daerah Dermaa Pelabuhan Pankal Balam Banka sebaaimana erambar pada Gambar 3. Unuk meneahui penaruh beban banunan erhadap respon seismik pada lapisan anah, maka perlu diperunakan variasi beban banunan yan berbeda, sehina mempunyai eanan yan berbeda pula. Denan kondisi seperi iu, maka penaruh beban banunan erhadap respon seismik akan dapa dideeksi. Jika diasumsi ukuran banunan 60m x 8m, beban hidup dan beban mai dianap, /m, maka besarnya beban unuk : Tanah anpa beban banunan (free field) sebesar 0 Ton. Tanah denan beban banunan 0 lanai = 60 x 8 x, x 0 = 960 on 3 000 on. Tanah denan beban banunan 0 lanai = 60 x 8 x, x 0 = 5 90 on 6 000 on. Tanah denan beban banunan 30 lanai = 60 x 8 x, x 30 = 38 880 on 39 000 on. Tanah denan beban banunan 40 lanai = 60 x 8 x, x 40 = 5 840 on 5 000 on. 0 Jurnal Ilmiah Semesa Teknika, Vol. 8, No., 005: 9
+ 0.00 cm - 300 cm - 600 cm - 900 cm - 00 cm - 500 cm - 800 cm - 3045 cm Pasir kasar berlempun abu-abu kehiaman, lunak. b =,93 r/cm 3 d =,484 r/cm 3 e = 0,88 GS =,697 PI = 0 OCR = = 0 0 43 =,7 Lanau berlempun merah keabu-abuan, aak lunak. b =,65 r/cm 3 d =,033 r/cm 3 e =,44 GS =,5 PI = 30,99 ÒCR = = 0 0 49 =,8 Lempun kelanauan campur kayuan lapuk, hiam, kenyal. b =,695 r/cm 3 d =,83 r/cm 3 e =,00 GS =,367 PI = 63,07 OCR = = 00 0 57 = 0,95 Lempun kelanauan puih keabu-abuan, sana kenyal. b =,886 r/cm 3 d =,48 r/cm 3 e = 0,884 GS =,67 PI = 0 OCR = = 05 0 0 = 5,7 Lanau berpasir halus, puih kekuninan, keras. b =,070 r/cm 3 d =,477 r/cm 3 e = 0,77 GS =,55 PI = 6,60 OCR = = 00 0 4 = 0,7 Lanau berpasir halus, puih kekuninan, keras. b =,840 r/cm 3 d =,50 r/cm 3 e = 0,749 GS =,640 PI = 9,07 OCR = = 0 Lanau berpasir halus, puih kekuninan, keras. b =,070 r/cm 3 d =,705 r/cm 3 e = 0,605 GS =,737 PI = 0 ÒCR = = 0 Gambar 3. Daa properi anah asli Pelabuhan Pankal Balam Banka Daa Gempa. Unuk mendeeksi penaruh massa banunan erhadap respon seismik, maka dalam hal ini akan dipakai beban empa yan berbeda dan mempunyai kandunan frekuensi yan berbeda pula, dan elah discale down erlebih dahulu sehina mempunyai percepaan yan sama sebesar 56,8 cm/d. Adapun empaempa ersebu adalah sebaai beriku : Penaruh Beban pada Permukaan Tanah (As a Puiano)
Gempa Koyna, India, 967, yaiu empa yan mempunyai Maniude 6,5 Richer, arak episenum 5,6 km, dan percepaan maksimum sebesar 548,80 cm/d. Beban empa yan diambil adalah rekaman percepaan anah horisonal di Koyna Dam yan arahnya eak lurus erhadap sumbu panan Dam. Menuru Tso dkk. (99), empa ersebu erolon empa yan mempunyai frekuensi ini. Grafik yan elah dinormalisasi disaikan pada Gambar 4. Gempa Buchares, Rumania, 977 yaiu empa yan mempunyai Maniude 6,5 Richer dan arak episenum 5,6 km percepaan maksimum sebesar 5,4 cm/d. Berdasarkan krieria yan disusun oleh Tso dkk. (99), empa ersebu erolon empa yan mempunyai frekuensi rendah. Grafik yan elah dinormalisasi disaikan pada Gambar 5. 50 00 50 0-50 0 3 4 5 6 7 8 9 0-00 -50-00 Periode (d) Gambar 4. Rekaman Gempa Koyna Scale Down 0,0 (0 d). 50 00 50 0-50 0 4 6 8 0-00 -50-00 Periode (d) Gambar 5. Rekaman Gempa Buchares Scale Down 0,435 ( d). Jurnal Ilmiah Semesa Teknika, Vol. 8, No., 005: 9
Ala Analisis. Peneliian ini didasarkan aas analisis dinamika srukur denan model anah yan dipakai dan beban empa seperi disebukan sebelumnya. Unuk keperluan analisis ersebu perlu dibua suau proram sederhana yan dapa menhasilkan respon dinamik berupa pola/raam oyanan yan eradi berupa : simpanan, kecepaana dan percepaan. Cara Analisis. Perama yan perlu dihiun adalah kekakuan iap-iap lapis anah. Massa dan kekakuan unuk seiap lapis anah dapa dihiun denan memakai prinsip shear buildins berdasarkan persamaan dan 3. Tambahan eanan verikal akiba adanya beban pada permukaan dapa diunakan persamaan 5. Seelah nilai koordina mode shapes dihiun denan proram, maka proses analisis berikunya adalah inerasi secara numerik aas persamaan independen seperi pada persamaan 4. Meode cenral difference dipakai unuk menhiun nilai seperi erliha pada persamaan ersebu. Unuk dapa menhiun fakor ampliudo iap-iap mode, Z maka nilai parisipasi iap-iap mode (mode paricipaion facors) dapa dihiun dahulu denan menunakan persamaan 0. Nilai fakor ampliudo Z merupakan funsi dari waku. Selanunya simpanan horisonal, kecepaan dan percepaan pada anah dapa dihiun denan menunakan persamaan 9, 0, dan. ANALISIS DAN PEMBAHASAN Kandunan Frekuensi pada Respon Spekrum Beban Gempa. Selain denan cara seperi yan elah dikemukakan sebelumnya, maka respon spekrum sebeulnya ua dapa dipakai unuk meneahui kandunan/sebaran frekuensi empa. Sudi inensif seperi yan dilakukan oleh Seed dkk. (976), Sucuolu dan Nuru (995) menunukkan bahwa kondisi/properi anah dimana elomban empa meramba. Denan demikian respon spekrum dapa dipakai unuk mendeeksi kandunan frekuensi empa. Perbandinan benuk respon spekrum empa Koyna dan Buchares disaikan pada Gambar 6. Pada ambar ersebu ampak bahwa disribusi respon spekrum empa Koyna mencapai puncak-puncaknya pada renan yan relaif sempi dan berada pada periode ear anara 0,0-0,40 d. Hal ini sesuai denan eori secara umum aau seperi yan disampaikan oleh Kramer (996) bahwa empa bumi yan mempunyai kandunan frekuensi relaif ini, puncak-puncak spekrumnya mempunyai renan yan relaif sempi. Hal ini ua dikaakan bahwa periode dominan (predominan period) empa relaif lebih elas leaknya, karena puncak spekrumnya relaif sempi., yaiu sebesar T = 0.6 d. Sedankan empa Buchares sana berbeda dibandin denan empa Koyna. Benuk spekrum empa ini cenderun menyebar pada renan yan relaif lebar yaiu anara,35,68 d. Walaupun frekuensi empa menyebar pada renan yan relaif lebar, eapi frekuensi yan dianap dominan umumnya ua dapa diprakirakan, yaiu Penaruh Beban pada Permukaan Tanah (As a Puiano) 3
sebesar T =.68 d. Dari dua daa empa ersebu berari bahwa idak ada periode ear yan dominan aau idak ada frekuensi yan dominan. Hasil seperi ini senada seperi yan disampaikan oleh Kramer (996). Denan perbedaan kandunan frekuensi ersebu, diharapkan keduanya akan mempunyai penaruh yan berbeda erhadap respon srukur. 400 Respon Percepaan (cm/d ) 00 000 800 600 400 00 0 0 0.5.5.5 3 Periode Gear (d) Gambar 6. Respon Spekrum Efek Normalisasi Percepaan Tanah erhadap Simpanan. Normalisasi empa yan dimaksud dalam hal ini adalah bahwa semua percepaan anah akiba empa Koyna dan Buchares diskala sedemikian sehina percepaan anah maksimumnya sama denan empa Buchares, yaiu sebesar 56.8 cm/d. Denan percepaan anah yan sama, maka akan dapa dikeahui seberapa besar penaruh empa masin-masin erhadap respon (simpanan, kecepaan, dan percepaan) pada srukur yan sama denan srukur sebelumnya. Kadan-kadan hal ersebu ua diisilahkan sebaai damae poensial aau daya rusak empa erhadap srukur. Unuk membahas masalah ersebu dapa diinau dari hasil perbandinan simpanan horisonalnya. Hasil simpanan anah lapis eraas akiba empa Koyna anpa beban dan denan beban banunan sebesar 3000 on, 6000 on, 39000 on, dan 5000 on yan elah diabun menadi sau disaikan pada ambar 7, sedankan akiba empa Buchares disaikan pada Gambar 8. Perbandinannya selenkapnya disaikan pada Tabel. 4 Jurnal Ilmiah Semesa Teknika, Vol. 8, No., 005: 9
, Simpanan Akiba Gempa Koyna (cm) 0,9 0,6 0,3-0,3-0,6-0,9 -, 0 0 3 4 5 6 7 8 9 0 Waku (d) Gambar 7. Simpanan vs. Waku lapis eraas akiba Gempa Koyna. Beban 0 Ton Beban 3000 Ton Beban 6000 Ton Beban 39000 Ton Beban 5000 Ton,6, Simpanan Akiba Gempa Buchares (cm) 0,8 0,4-0,4-0,8 -, -,6 0 0 3 4 5 6 7 8 9 0 Waku (d) Beban 0 Ton Beban 3000 Ton Beban 6000 Ton Beban 39000 Ton Beban 5000 Ton Gambar 8. Simpanan vs. Waku lapis eraas akiba Gempa Buchares. Dari kedua kondisi ersebu simpanan anah berada pada sau phase arinya simpanan horisonal unuk semua beban yan berbeda eradi pada arah yan sama, baik akiba empa Koyna maupun Buchares. Besarnya perbandinan simpanan akiba empa Buchares anara,8 sampai denan,39 kali lebih besar dari pada empa Koyna, perbandinan ersebu mesinya sama karena percepaan empanya sama, namun ernyaa hasilnya idak sama. Kondisi ersebu menunukan bahwa parameer percepaan anah bukan sau- Penaruh Beban pada Permukaan Tanah (As a Puiano) 5
saunya parameer yan dapa dipakai unuk meneahui damae poenial suau empa eapi erdapa parameer lain yan harus diperhaikan. Kondisi ersebu ua diunukan adanya perbandinan kecepaan dan percepaan. Tabel. Selisih Respon maksimum anara anah akiba empa Buchares erhadap Koyna Beban Simpanan Kecepaan Percepaan (Ton) Buchares Koyna Selisih Buchares Koyna Selisih Buchares Koyna Selisih 0,54,8,37 5,975 6,393 0,97 8,636 38,79 0,70 3000,36 0,98,39 4,368 5,839 0,9 08,578 346,779 0,60 6000,48 0,9,37,63 5,3 0,8 75,676 367,358 0,5 39000,67 0,858,36 0,70 5,46 0,69 75,778 376,78 0,47 5000,095 0,853,8 0,058 6,077 0,63 69,567 370,54 0,46 Oleh karena iu kalau menanap bahwa percepaan anah merupakan sausaunya parameer empa adalah idak epa, aau dapa dikaakan bahwa parameer percepaan anah unuk mendiskripsikan damae poenial suau empa idaklah selalu valid. Hasil ersebu idaklah bersifa kasuisik melainkan dapa meneala sebaaimana diunukan oleh hasil penamaan kerusakan srukur akiba empa di lapanan seperi disampaikan oleh Housner (97) pada empa Parkfield di California pada ahun 966 dan empa Elcenro pada ahun 940. Gempa Parkfied mempunyai percepaan anah maksimum kuran lebih 0.48, namun demikian kerusakan yan eradi hanya relaif kecil (lile damae) ika dibandinkan denan empa Elcenro yan mempunyai percepaan anah maksimum 0.3. Hal inilah yan disebu oleh para ahli sebaai suau paradoks, karena percepaan anah akiba empa yan auh lebih besar usru idak menakibakan kerusakan banunan yan berari. Para penelii waku iu menyimpulkan bahwa oncanan empa yan kua eapi hanya eradi waku yan relaif sinka (pada empa Parkfied) idak akan menakibakan kerusakan. Kemunkinan yan kedua adalah adanya redaman yan cukup kua pada srukur, sehina respon srukur/kerusakan dapa dieliminasi. Lebih auh Housner (97) ua memberikan buki keidak akuraan percepaan anah akiba empa yaiu empa Koyna di India pada ahun 967. Percepaan anah maksimum akiba empa pada Dam Koyna kuran lebih mencapai 0.5, namun kerusakan pada dam relaif kecil walaupun dam hanya didisain denan aya horisonal 0.05 (berdasarkan eori meode ekivalen saik). Buki lain menunukan bahwa kerusakan kecil ua hanya eradi pada banunan 3- inka yan berarak 0 km dari paahan (pusa empa) denan esimasi percepaan anah sebesar 0.3. Berdasarkan buki-buki dilapanan, Tso dkk. (99), Paulay dan Priesley (99), Rodriuez (994) menaakan hal yan senada. Keidak akuraan anah sebaai parameer empa dapa dielaskan denan membua suau kaian/analisis denan memperhaikan kedekaan anara frekuensi beban dan frekuensi srukur. 6 Jurnal Ilmiah Semesa Teknika, Vol. 8, No., 005: 9
Penaruh Pembebanan erhadap Simpanan. Dari hasil simpanan yan disaikan pada Tabel ersebu, erliha bahwa semakin besar beban, simpanan yan eradi semakin kecil baik akiba empa Buchares maupun Koyna. Hal ersebu sesuai denan eori earan, yan dirumuskan denan = k m, denan semakin besarnya beban maka srukur akan mempunyai kekakuan (k) lebih besar pula, ika massa (m) berambah besar dan iniial eienvalue ( ) eap, sera menhasilkan Frekwensi naural ( ) yan lebih besar, maka menuru persamaam T = akan menhasilkan periode ear (T) yan lebih kecil. Jika periode ear kecil dan nilai frekwensi naural besar maka simpanan horisonalnya akan menadi lebih kecil. Disampin iu denan beramabah besarnya kekakuan anah akan mempunyai redaman yan lebih besar pula, sehina kemampuan unuk meredam earan semakin besar pula. Dari kondisi ersebu dapa disimpulkan, bahwa semakin besar beban maka akan menakibakan simpanannya semakin kecil Kandunan Frekuensi Srukur erhadap Simpanan. Kandunan frekuensi srukur dapa dihiun denan cara sebaaimana yan disampaikan oleh Tso dkk. (99), yaiu denan membandinkan anara percepaan dan kecepaan anah maksimum, aau serin dikenal denan Konsep A/V raio. Yaiu denan cara membai percepaan (cm/d ) denan raviasi (980 cm/d ), kemudian dibai lai denan kecepaan yan sauannya elah diadikan (m/d). Hasil selenkapnya akiba empa Buchares disaikan pada Tabel, dan akiba empa koyna disaikan pada Tabel 3. Tabel. Kandunan Frekuensi A/V rasio Akiba Gempa Buchares. Beban (Ton) Simpanan (cm) Kecepaan (cm/d) Percepaan (cm/d) Aplikasi (%) Frekuensi (cps) 0,54 5,975 8,636 45,8,46 3000,3608 4,368 08,578 33,0,48 6000,477,63 85,676 8,4,50 39000,670 0,70 75,778,0,68 5000,0953 0,058 69,567 8,4,7 Tabel 3. Kandunan Frekuensi A/V rasio Akiba Gempa Koyna. Beban (Ton) Simpanan (cm) Kecepaan (cm/d) Percepaan (cm/d) Aplikasi (%) Frekuensi (cps) 0,80 6,393 38,79 09,69,05 3000 0,987 5,839 346,779,6,3 6000 0,908 5,3 367,358 34,8,45 39000 0,8577 5,46 379,78 40,5,49 5000 0,8534 6,077 370,54 36,30,35 Penaruh Beban pada Permukaan Tanah (As a Puiano) 7
Frekuensi dominan empa Buchares pada base rock sebesar 0,6 /m/d, sedankan kandunan frekuensi pada lapis eraas anara,46 sampai denan,7. Frekuensi dominan empa Koyna pada base rock sebesar,68 /m/d, sedankan kandunan frekuensi pada lapis eraas anara,05 sampai denan,49. Dari Tabel dan Tabel 3 ersebu menunukan bahwa semakin besar beban, frekuensi pada lapis eraas semakin menauhi frekuensi dominannya. Sedankan simpanan menunukan bahwa semakin besar beban, simpanan yan eradi pada lapis eraas semakin kecil. Hal ersebu menunukan bahwa denan semakin menauhinya frekuensi lapis anah eraas erhadap frekuensi dominan akan menakibakan semakin kecil simpanannya. Sebaliknya denan semakin dekanya frekuensi srukur erhadap frekuensi empa menakibakan simpanan cenderun semakin besar. Hasil ersebu menunukan bahwa akiba empa Buchares maupun Koyna frekuensi srukur idak ada yan berimpi denan frekuensi empa, yan berari bahwa r idak sama denan, sehina dapa disimpulkan bahwa akiba empa Koyna dan Buchares idak akan eradi resonansi, yan berari bahwa srukur anah idak akan hancur oal. Selisih frekuensi ua masih masih auh (idak berdekaan) sehina simpanan yan eradi idak ada yan menalami pembesaran. Hal inilah yan dikaakan bahwa frekuensi yan eradi mempunyai efek posiif erhadap respon elasik sruur. KESIMPULAN Dari hasil analisis dan pembahasan yan elah dilakukan dapa diambil beberapa kesimpulan sebaai beriku :. Semakin besar beban menakibakan simpanan semakin kecil, baik akiba empa denan frekuensi ini maupun frekuensi rendah.. Denan percepaan maksimum sama akiba empa Koyna dan Buchares, namun mempunyai frekuensi yan berbeda, menakibakan respon yan idak sama besar. 3. Parameer percepaan anah bukan sau-saunya parameer yan dapa dipakai unuk meneahui damae poenial (daya rusak) suau empa eapi erdapa parameer lain yan harus diperhaikan. 4. Kandunan frekuensi empa Koyna maupun Buchares erhadap frekuensi srukur masih cukup auh (idak berimpi), sehina ika eradi empa denan frekuensi ersebu srukur anah idak akan menalami resonansi. 8 Jurnal Ilmiah Semesa Teknika, Vol. 8, No., 005: 9
DAFTAR PUSTAKA Clouh, R.W., Penzien, J., 988, Dinamika Srukur, (eremahan) ilid sau dan dua, Erlana Jakara. Das, B. M., 993, Principles of Soil Dynamic, PWS-Ken Publishin Company, Boson. Housner, G.W., 97, Earquake Reasearch for Nuclear Power Plans, Journal of he Power Devision, ASCE, Vol 97, PO. Meskouris, K., Krazi W.B., 989, Seismic Damae Assemen of Buildin, Proceedin of The Inernaional Conference of Earquake Resisan Consruion and Desin. Paz, M., 993, Dinamika Srukur, (eremahan edisi ke-3), Erlana, Jakara. Paulay, T., Priesly, M.J.N., 99, Seismic Desin of Reinforce Concree and Mansonry Buildin, John Wiley and Sons Inc. Rodiuesz, M., A Measure of he Capaciy of Earquake Ground Moions o Damae Srucure, Journal of Earquake Enineerin and Srucure Dynamic, Vol. 3, pp. 67-643. Trifunac, M. D., 997, Relaive Erhquake Moion of Buildin Foundaion, ASCE Journal, Vol. 3 No. 4., pae 46, 44 4. Widodo, 997, Validasi Parameer Percepaan Tanah dan efek Frekwensi Gempa Terhadap Respon Srukur Banunan Berinka, Journal Teknisia Vol. II, No. 7, pp. -5, UII, Yoyakara. Widodo, 00, Respon Dinamik Srukur Elasik, UII Press Joakara, Yoyakara. Penaruh Beban pada Permukaan Tanah (As a Puiano) 9