Kajian Parameter dalam Beberapa Prosedur

Kajian Parameter dalam Beberapa Prosedur Desain Metoda Perpindahan

Bab I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
A.1. Umum
Statistik bangunan-bangunan yang mengalami kerusakan dan yang tidak mengalami
kerusakan dibawah pengaruh beban gempa merupakan masukan penting untuk
penilaian dan pengembangan prosedur desain tahan gempa (seismic/earthquake

y
l

resistant design). Fokus pemikirannya terletak pada jawaban terhadap pertanyaan ini:
“Apakah standar peraturan bangunan yang diterapkan (di banyak negara) dapat
mengakomodasi kebutuhan mitigasi bencana gempa?”. Beberapa pemeriksaan
(reconnaisance report) akan diberikan disini.

n

Berdasar observasi yang termuat dalam

jurnal elektronik JSCE (Japan Society for Civil Engineers), jurnal EERI (Earthquake

O
tf
a
r
D

Engineering Research Institute), dan beberapa laporan(36, 19, 13, 22) :
1. Gempa Northridge, California, 17 Januari 1994 (Jangkauan PGA(30): 0.34g – 1.78g)
.

Struktur

beton bertulang

yang

didirikan setelah 1976,

yang didesain

menggunakan metoda analisis gaya (Force-Based Design) mampu mencegah
terjadinya kerusakan berat (heavy damage) dan keruntuhan (collapse), akan tetapi
tidak adekuat dalam pencegahan bahaya kerusakan potensial akibat deformasi
lateral.

2. Gempa Kobe, 17 Januari 1995 (Jangkauan PGA(30): 0.63g – 1.09g).
Struktur Jembatan, struktur bawah tanah, pier dan konstruksi beton bertulang yang
didirikan setelah pemberlakuan standar 1980-an dengan konsep kekuatan
(Ultimate Strength-Based Design) mengalami tingkat kerusakan yang kurang parah
dibanding struktur-struktur yang dibangun pada era sebelumnya. Observasi yang
memeriksa sampel 3900 (bangunan) tersebut

menemukan bahwa sementara

kerusakan struktur atas bangunan (above/upper-structures) didominasi oleh efek
akselerasi gempa bumi atau gaya inersia,
(below/under-ground

structures)

kerusakan struktur bawah tanah

benar-benar

merupakan

akibat

langsung

pergeseran tanah (ground-displacement). Konsep yang kelihatannya terpisah ini
Civil Structure Engineering Postgraduate_Hasanuddin University

1

Master Thesis © Yoppy Soleman, 2006

Kajian Parameter dalam Beberapa Prosedur Desain Metoda Perpindahan

memiliki satu persamaan yaitu hakekat kerusakan struktural yang terjadi
disebabkan deformasi. Dan, dalam hal suatu struktur bangunan bawah tanah
berdiri di atas fondasi dangkal (shallow underground structures), perilaku struktural
bangunan

mungkin

merespons

secara

berbeda

dari

lingkungannya

dan

menyerupai struktur di atas permukaan.
Laporan-laporan observasi pasca gempa menegaskan kekurangmampuan

metoda-

metoda tradisional, yaitu metoda gaya-kekuatan (Force/Strength-Based Design) dalam
efektivitas struktur tahan gempa, khususnya pada wilayah dengan percepatan
maksimum tanah dasar yang tinggi (PGA > 0.30g). Bercermin pada statistik dampak
gempa-gempa besar yang terkenal (Tabel 1.1.) untuk membuktikan kebenaran pernyataan
diatas.

y
l

Tabel 1.1. Korban jiwa dan statistik kerusakan struktur (moderate-severe-collapse)
akibat gempa Loma Prieta, Northridge dan Kobe [DIS. Earthquake Facts and
Statistics]

Even Gempa

Loma Prieta, 17-10-89
Northridge,17-1-94
Kobe, 17-1-95

O
tf
a
r
D
Korban
JIwa

Struktur
Bangunan
Gedung/
Kantor/
RS/Pusat
Bisnis

Bangunan
rumah
tinggal
biasa (ord.
people
buildings)

62

100

518

58

18

29000

5502

3700

167833

n

Infrastruktur
Transportasi
(Jalan/Jembatan/
Pelabuhan)

3 jembatan, 2
ruas jalan
9 jembatan, 11
ruas jalan
2 pelabuhan, …
jembatan

Est. Biaya

Kerusakan
Langsung (Direct
Damage Cost)

8.3 milyar US$
44 milyar US$
200 milyar US$

Fakta-fakta yang telah dikemukakan diatas mendasari suatu arah baru dalam penelitian
teoretik dan eksperimental rekayasa struktur tahan gempa. Sehingga, dalam dekade
terakhir konsep desain tahan gempa telah bergeser dari konsep desain berdasarkan
kekuatan struktural (force-strength-based design) menjadi konsep desain yang
ditentukan berdasarkan keadaan batas (limit states design), yang disebut PerformanceBased Engineering (PBE). Perubahan filosofi desain dalam standar/kode bangunan ini
pertama kali dimuat dalam tinjauan

Structural Engineering Association of California

(SEAOC Bluebook) dan Applied Technology Council (ATC-40) 1996. Kemudian konsep
baru tersebut didokumentasikan dalam NEHRP 1997, FEMA 302 dan UBC 1997. Dan,
yang terakhir dimuat dalam SEAOC Vision 2000.

Civil Structure Engineering Postgraduate_Hasanuddin University

2

Master Thesis © Yoppy Soleman, 2006

Kajian Parameter dalam Beberapa Prosedur Desain Metoda Perpindahan

Desain

berdasarkan

Berdasarkan Kinerja)

kinerja

(Performance-Based

didefinisikan

sebagai(1,31)

Design,

proses

atau

desain

DBK=Desain

struktur/jaringan

infrastruktur untuk menjamin terpenuhinya kriteria perilaku tertentu dari komponenkomponen struktural/non-struktural dibawah skenario pembebanan simultan dengan
probabilitas yang berbeda-beda. Dalam Vision 2000 [Vision 2000 Report, SEAOC], telah
didiskusikan sejumlah 6 pendekatan untuk pengembangan desain berdasarkan kinerja,
namun demikian hanya 3 pendekatan yang dianggap telah mencapai tahapan yang
matang untuk implementasi

PBD(31), yaitu: (1) metoda spektra kapasitas (capacity

spectrum method, CSM), (2) metoda N2, dan, (3) metoda deformasi langsung (directdisplacement-based method, DDBD). Semua teknik yang disebutkan ini mengandung
satu hal mendasar yang sama, yaitu menggunakan perpindahan (displacement)

y
l

maksimum sebagai parameter kunci, dan oleh sebab itu kesemuanya digolongkan
sebagai Metoda Perpindahan (Displacement-Based Design Method). Dengan demikian,

n

displacement-based design, didefinisikan sebagai prosedur desain yang menggunakan
(estimasi) displasemen lateral struktur tertentu sebagai parameter kunci

O
tf
a
r
D

respons

struktur sehubungan terjadinya gempa bumi atau getaran tanah dasar.

A.2. Spesifik

Dampak kegagalan desain dalam peristiwa gempa Northridge dan Kobe segera menarik
minat banyak peneliti untuk mengembangkan prosedur baru analisis dan desain tahan
gempa. Sedikitnya ada 8 prosedur/metoda yang sudah diusulkan oleh beberapa peneliti
dalam beberapa tahun belakangan ini (Timothy Sullivan, The Current Limitations of
Displacement Based Design, 2003). Implementasi metoda-metoda perpindahan yang
berbeda pada suatu kasus tertentu segera menggambarkan bahwa metoda ini
dikembangkan

secara terpisah oleh para peneliti, dan karena itu menghasilkan

perbedaan yang signifikan dalam hasil-hasil desain. Pada (Gambar 1.1) diberikan model
suatu portal simetrik beton bertulang bertingkat tujuh (7 storeys) yang hasil desainnya
diberikan dalam (Tabel 1.2). Adalah suatu hal yang menarik untuk mengetahui mengapa
metoda-metoda itu memberikan hasil-hasil yang berbeda cukup signifikan.

Civil Structure Engineering Postgraduate_Hasanuddin University

3

Master Thesis © Yoppy Soleman, 2006

Kajian Parameter dalam Beberapa Prosedur Desain Metoda Perpindahan

6 lantai
@ 3.66 m

Lantai dasar
4.27 m

y
l

Gambar 1.1. Struktur portal simetrik beton bertulang 7 lantai

n

Tabel 1.2. Gaya geser dasar total bangunan untuk 8 prosedur
Metoda Perpindahan(34)
Gaya Geser Dasar
Deviasi*
Metoda
Total (kN)
(%)
13406
273
Panagiotakos
3732
4
Ascheim
3077
-14
Chopra
4499
25
Freeman
3596
0
SEAOC
6136
71
Priestly
9627
168
Kappos
13369
272
Browning

O
tf
a
r
D

* Ditentukan terhadap metoda SEAOC 1997.

B. Rumusan Masalah

Metoda displasemen didefinisikan sebagai suatu prosedur analisis yang didasarkan atas
parameter deformasi elastik dan inelastik yang tertentu

(y, y, maks, maks) ataupun

spektra perpindahan (SD) sebagai dasar analisis. Pendekatan sedemikian ini bertitik
tolak dari fakta yang diobservasi bahwa kerusakan-kerusakan (baik struktural maupun
non-struktural) selama terjadinya gempa bumi terutama berhubungan

dengan

terlampauinya limit operasional deformasi lateral.

Civil Structure Engineering Postgraduate_Hasanuddin University

4

Master Thesis © Yoppy Soleman, 2006

Kajian Parameter dalam Beberapa Prosedur Desain Metoda Perpindahan

Dalam implementasi analisis dan desain struktur yang menggunakan metoda-metoda
berbasis perpindahan, batas-batas displasemen lateral maksimum diberikan pada Tabel
(1.3) dan (1.4).
Tabel 1.3. Limit Deformasi yang Direkomendasikan dalam SEAOC Bluebook 1999

Struktur Beton
Bertulang
Dinding geser H/L=1

Simpangan sistem struktur sehubungan Intensitas Gempa
EQ-I
EQ-II
EQ-III
EQ-IV
(PGA=0.16g) (PGA=0.33g) (PGA=0.40g)
(PGA=0.66g)
0.003
0.0055
0.008
0.010

Dinding geser H/L=2

0.004

0.008

0.012

0.015

Dinding geser H/L=3

0.010

0.019

0.028

0.035

Dinding geser kopel

0.005

0.015

0.030

0.040

Portal tahan momen

0.005

0.015

0.030

0.040

n

y
l

Tabel 1.4. Limit Deformasi untuk Evaluasi Tahan Gempa dan Perkuatan Struktur Beton
Bertulang (ATC-40, 1996)

Tingkat Kinerja Struktural
Damage
Life Safety
Control

O
tf
a
r
D

Simpangan antar
lantai
Simpangan total
maksimum
Simpangan inelastik
maksimum

Immediate
Occupancy

Structural
Stability

0.01

0.01 – 0.02

0.02

0.33Vi/Pi

0.005

0.005 – 0.015

No limit

No limit

Karakteristik lainnya yang penting dari metoda berbasis displasemen (dan yang
membedakannya dengan metoda berbasis gaya) adalah penggunaan sifat-sifat inelastik
respons struktur (kekakuan dan redaman) di bawah pembebanan gempa, terutama yang
dinyatakan secara eksplisit dalam prosedur DDBD (MJN Priestley).
Digunakannya parameter deformasi maksimum (secara realistik dan aktual) sebagai
landasan untuk kelompok metoda-metoda berbasis perpindahan (Displacement-Based
Design) dipandang sebagai sesuatu yang lebih rasional, relevan dan mengandung level
akurasi yang lebih baik dalam pendesainan struktur tahan gempa dibanding metoda
tradisional desain berdasarkan kekuatan (strength-based design method). Akan tetapi,
meskipun semua prosedur

menggunakan konsep paramater desain yang sama

terdapat variasi signifikan dalam hasil desain diantara prosedur/metoda yang
dikembangkan para peneliti (lihat Tabel 1.2). Karena itu akan dikaji perbedaan
fundamental apa atau perbedaan konseptual apa yang menyebabkannya.
Civil Structure Engineering Postgraduate_Hasanuddin University

5

Master Thesis © Yoppy Soleman, 2006

Kajian Parameter dalam Beberapa Prosedur Desain Metoda Perpindahan

C. Tujuan Penelitian
Dalam studi literatur ini, penulis ingin merealisasikan tiga tujuan penelitian, sbb:
1. Memahami parameter-parameter dasar yang digunakan para peneliti dalam
penyusunan metodanya (etiologi).
2. Memverifikasi metoda desain gempa mana yang tepat (dan mana yang tidak
tepat) untuk suatu kasus tertentu.
3. Menemukan bilamana terdapat kontradiksi yang fundamental, konseptual, atau
empirikal diantara berbagai prosedur/metoda.

D. Manfaat Kajian

y
l

Kehandalan suatu teknik (baru) dalam rekayasa sipil memerlukan bukti terapan atau uji
laboratorium. Beberapa model percobaan (simulasi dan tes) yang canggih telah dibuat

n

di New Zealand dan USA, sehingga meyakinkan penulis bahwa secara fundamental
pendekatan metoda perpindahan adalah tepat (correct). Maka, apabila problem yang

O
tf
a
r
D

diturunkan disini telah dipecahkan dan hasil-hasil

pengkajian literatur ini memiliki

validitas ilmiah, tulisan ini akan bisa dimanfaatkan untuk hal-hal sbb:
1. Memilih teknik-teknik atau pendekatan-pendekatan mana yang relevan

(atau

mana yang tidak relevan) dalam analisis kasus tertentu.
2. Penyusunan konsep peraturan gempa baru, dengan kata lain memutakhirkan
teknik analisis dan desain struktur tahan gempa.
3. Perluasan literatur rekayasa gempa.

E. Batasan Masalah dan Istilah

Penggunaan kata parameter dalam tulisan ini (judul thesis: “Kajian Parameter dalam
Beberapa Prosedur Desain Metoda Perpindahan”), menerangkan bahwa fokus
pengkajian thesis adalah problem tentang parameter-parameter. Kata itu sendiri berarti
‘konstanta yang melukiskan sifat sistem’. Dalam peninjauan (review) terhadap garis
besar metoda-metoda perpindahan, paling tidak harus diasumsikan (untuk hipotesis
kerja) bahwa satu atau beberapa dari metoda-metoda itu kurang valid, dan dengan
demikian menyebabkan

bias-bias perhitungan yang cukup signifikan. Mengambil

konsep metoda ilmiah maka bias-bias itu dapat disebabkan oleh faktor-faktor empirik
Civil Structure Engineering Postgraduate_Hasanuddin University

6

Master Thesis © Yoppy Soleman, 2006

Kajian Parameter dalam Beberapa Prosedur Desain Metoda Perpindahan

(sistem pengujian, teori, logika hipotesis-deduktif) maupun faktor-faktor konseptual
(simplifikasi model, preferensi, struktur teori, keterbatasan data observasi). Maka,
berdasar pertimbangan ketersediaan literatur,

kompleksitas masalah dan derajat

prakiraan yang diperlukan, penulis membatasi ruang lingkup penulisan sebagai:
1. Evaluasi empat teknik, masing-masing,
(a) Direct Displacement-Based Design Method, DDBD (J.M.N. Priestly)
(b) Proportioning Method for Reinforced Concrete Structures, PM (J.P. Browning)
(c) Displacement Based Design using Inelastic Design Spectra, IDS (A.K. Chopra)
(d) Capacity Spectrum Method, CSM (S.A. Freeman, ATC-40 CSSC)
2. Aplikasi desain pada dua studi kasus, sbb,

y
l

(a) Struktur portal beton bertulang tahan momen (medium-rise building Ductile
Moment Resistant Frame/DMRF, 8 lantai) simetrik

n

(b) Struktur portal beton bertulang tahan momen (medium-rise building DMRF,
8 lantai) non-simetrik vertikal

O
tf
a
r
D

3. Peninjauan satu arah dalam sudut datang gempa bumi (non-orthogonal/tak
dikombinasikan)

Civil Structure Engineering Postgraduate_Hasanuddin University

View publication stats

7

Master Thesis © Yoppy Soleman, 2006