Bangunan Harus Memperhitungkan Gaya Gempa

Bangunan dikatakan aman jika terjadi bencana alam seperti gempa, tsunami dll tidak mengalami runtuh atau roboh. Disini saya akan membahas mengapa suatu bangunan harus memperhitungkan gaya gempa, mari kita bahas apa pengertian dari gempa tersebut.

Apa itu Gempa.??

Gempa yaitu pergeseran lempengan batuan bumi yang mengakibatkan tanah diatas nya bergerak sedemikian rupa sehingga dapat menggerakan semua bangunan yang ada di atasnya. 

Sedangkan sistem kerja gedung/bangunan tahan gempa apakah bangunan tersebut d katakan tahan gempa karena mampu menahan beban gempa dengan memperkuat strukturnya yaitu dengan cara shearwall atau dengan cara lain agar meminimalisir gempa yaitu dengan penggunaan damper. Alat ini biasanya digunakan pada bangunan bertingkat tinggi atau jembatan.

Tujuan dari damper ini adalah untuk mengurangi goyangan suatu gedung/bangunan akibat gempa ataupun angin. Penggunaan damper ini sudah digunakan di Jepang, seperti pada kejadian gempa di Jepang beberapa waktu lalu.

Besar kecilnya Kerusakan komponen struktur dan non-struktur akibat gerakan tanah tidak hanya tergantung kepada karakteristik gempa saja. Berikut ini diberikan beberapa faktor utama yang mempengaruhi kerusakan bangunan akibat gempa :

1. Karakteristik gempa yang terjadi Percepatan puncak muka tanah Durasi gempa Frekwensi gempa Panjang patahan
2. Karakteristik lokasi dimana bangunan akan didirikan Jarak bangunan ke pusat gempa Struktur geologi antara bangunan ke pusat gempa Jenis lapisan tanah dilokasi bangunan Waktur getar alami tanah dilokasi bangunan
3. Karakteristik struktur Waktu getar alami dari struktur bangunan Redaman(damping) dari struktur bangunan Persyaratan dan konsep detailing yang direncanakan.

Faktor utama satu (1) dan dua (2) diatas merupakan kejadian alam yang harus diperhitungkan pengaruhnya terhadap bangunan yang direncanakan, tetapi faktor yang ketiga (3) merupakan properties dinamis dari bangunan yang dapat dirubah atau direkayasa sedemikian rupa agar pengaruh gempa terhadap bangunan yang direncanakan dapat diminimalisir. Jadi adalah suatu hal yang sulit untuk menghindari kerusakan bangunan akibat gempa, bila digunakan perencanaan konvensional,karena hanya bergantung kepada kekuatan komponen struktur itu sendiri, serta perilaku respon pasca elastisnya. Berikut ini diberikan beberapa contoh bangunan yang mengalami kerusakan akibat gempa tektonik padang yang terjadi pada tanggal 30 September 2009 yang lalu dengan magnitude 7,6 skala Richter. Besar kecilnya kerusakan bangunan di kota ini terutama disebabkan faktor karakteristik struktur yang berkaitan dengan detailing serta konsep filosophi desain struktur kolom kuat-balok lemah tidak dilaksanakan.

 

Seiring dengan perkembangan teknologi dalam perencanaan bangunan tahan gempa, telah dikembangkan suatu pendekatan desain alternatif untuk mengurangi resiko kerusakan bangunan akibat gempa, dan mampu mempertahankan integritas komponen struktural dan non-struktural terhadap gempa kuat. Pendekatan desain ini bukan dengan cara memperkuat struktur bangunan, tetapi adalah dengan mereduksi gaya gempa yang bekerja pada bangunan atau menambah suatu sistim pada struktur yang dikhususkan untuk mengabsorb sebagian besar energi gempa yang masuk ke bangunan dan hanya sebagian kecil (sisanya) akan dipikul oleh komponen struktur bangunan itu sendiri. Salah satu konsep pendekatan perencanaan yang telah digunakan banyak orang adalah dengan menggunakan structural control devices seperti base isolation system atau menggunakan energy dissipation passive.

Berikut ini diberikan beberapa jenis bangunan yang sering menggunakan sistem kontrol struktural agar kerusakan bangunan pada peristiwa gempa kuat dapat diminimalisir dan tidak menganggu operasional bangunan tersebut. 

1. Bangunan yang berhubungan dengan fasilitas keadaan darurat (rumah sakit, pembangkit listrik, telekomunikasi, dsb)
2. Bangunan dengan komponen atau bahan yang beresiko tinggi terhadap makhluk hidup( fasilitas nuklir, bahan kimia, dsb)
3. Bangunan yang berhubungan dengan orang banyak (mall, apartemen, perkantoran, sekolah, dsb) 
4. Bangunan yang berhubungan dengan pertahanan Negara 
5. Bangunan yang memiliki komponen dan peralatan elektronik yang mahal 
6. Bangunan/museum/monumen yang berhubungan dengan sejarah

Dengan menerapkan sistem kontrol pada struktur diharapkan kinerja bangunan dapat masuk pada level kinerja operasional.

SISTEM KONTROL STRUKTURAL (STRUCTURAL CONTROL DEVICES)

Ada beberapa sistem kontrol respons struktur akibat gaya gempa dimana sistem ini dapat digolongkan atas tiga(3) kelompok besar  yaitu: sistem kontrol active-semiactive , sistem kontrol passive dan sistem isolasi dasar seperti pada gambar 3. 

Sistem ini telah banyak digunakan Negara – Negara yang mempunyai resiko tinggi terhadap gempa seperti Jepang, Italy, USA, Selandia Baru, Portugal, Iran, Indonesia, Turki, China, dan Taiwan. Meskipun penggunaaan sistem ini masih terbatas, sistem isolasi seismik dan energi dissipator passive atau kombinasinya merupakan sistem kontrol struktural yang paling banyak diterapkan pada bangunan didunia untuk mengontrol respon bangunan akibat gempa. Sistem kontrol struktural secara passive tidak membutuhkan energi listrik (power) untuk menghasilkan gaya kontrol pada struktur. 

Pada sistem passive gaya kontrol dihasilkan oleh sistem itu sendiri yang timbul karena adanya gerakan relatif dari titik-titik bagian struktur sendiri, sedangkan pada sistem kontrol aktif membutuhkan energi luar untuk menggerakkan aktuator untuk mengasilkan gaya kontrol yang diinginkan struktur. Untuk mengukur respons struktur dibutuhkan sebuah sensor yang dihubungkan dengan komputer. Sensor akan mengirimkan informasi tentang respons struktur ke komputer dan komputer akan menentukan besarnya gaya yang diinginkan aktuator berdasarkan informasi tersebut. 

Kelebihan sistem aktif kontrol adalah menghasilkan repons struktur yang sesuai sedangkan kekurangannya adalah biaya yang tinggi karena membutuhkan power dari luar yang cukup besar. Skematik aktif kontrol dapat dilihat pada gambar 4.

SISTEM ISOLASI DASAR (BASE ISOLATION SYSTEM)

Prinsip utama cara kerja base isolator jenis elastomerik bearing (HDRB atau LRB) adalah dengan memperpanjang waktu getar alami struktur diluar frekwensi dominan gempa sampai 2.5 atau 3 kali dari waktu getar struktur tanpa isolator (fixed base structures) dan memiliki damping antara 10 s/d 20%. Akibatnya gaya gempa yang disalurkan ke struktur menjadi lebih kecil. Sedangkan pada friction pendulum systemh(FPS), parameter yang berpengaruh terhadap besarnya reduksi gaya gempa yang bekerja pada struktur adalah koefisien gesekan dan radius kelengkungan dari permukaan cekung bidang gelincir sistem FPS. Disamping itu satu hal yang unik dari sistem ini adalah waktu getar struktur tidak tergantung kepada massa bangunan tetapi tergantung kepada radius kelengkungan dan percepatan gravitasi Bumi dari sistem FPS.

Pada bangunan ICT Universitas Syiah Kuala jenis base isolator (silider isolator) yang dipasang berbeda materialnya dengan isolator jenis elastomerik (terdiri dari karet dan pelat baja) maupun dengan jenis FPS ( terdiri dari pelat baja dan teflon), tetapi cara kerjanya hampir sama. Energi dissipasi dihasilkan oleh gesekan pada permukaan bahan PTPE (Teflon) sedangkan gaya pemulih dihasilkan oleh spring yang terbuat dari bahan polyurethane. Untuk memikul gaya vertikal maupun rotasi yang terjadi disediakan bearing yang disebut dengan polytron disk (gambar 5). Kelebihan sistem ini adalah memiliki damping yang cukup besar dapat mencapai sampai 60% dari damping kritikal.

Mungkin baru sampai sini saja saya bisa membahas apa saja yang diperlukan dalam memperhitungkan /meminimalisir gaya gempa pada bangunan.

jika ada kekurangan saya mohon teman2 bisa memberikan masukan atau pendapat yang bersifat membangun.