BEBERAPA ASPEK GEOTEKNIK DALAM PENENTUAN BEBAN GEMPA

BEBERAPA ASPEK GEOTEKNIK DALAM PENENTUAN BEBAN GEMPA

1. Pendahuluan

Metode untuk menentukan kriteria gerakan seismik tanah untuk perencanaan bangunan tahan gempa umumnya terdiri dari dua bagian yaitu metode : Site Independent dan Site Dependent (US-NRC)

1. Metode Site Independent

· Menggunakan bentuk Spektra Respons yang sudah dibakukan yang diperoleh dari data pencatatan gempa yang sudah ada

Kelemahan metode ini

· Tidak memperhitungkan pengaruh kondisi geoteknik lokal

· Rekaman gempa yang dipakai berasal dari kondisi geologis dan seismologis yang tidak memperhitungkan perbedaan magnetude gempa, jarak epicenter,
kedalaman hypocenter serta bentuk mekanisme kejadian gempa (subduction, strike slip atau normal fault)

· Contoh spektrum yang ada : Newmark dan Hall, 1969 dan Nuclear Power Plant Regulatory Guide 1,60 (USABC, 1973)

· Metode ini sangat sederhana dan biaya pengerjaan yang lebih murah dibandingkan dengan metode Site dependent.

2. Metode Site Dependent

· Penggunaan spektrum repons dari rekaman gempa yang memiliki kondisi geologi dan seismologi yang mirip.

· Juga digunakan analisis respons tanah lokal (mekanisme sumber gempa, jarak episenter, kondisi tanah disekitar site dan lapisan tanah tertier)

· Pekerjaan ini relatif mahal dibandingkan dengan metode Site Independent

2. Pengaruh Kondisi Geologi

· Tahap awal perencanaan : memperkirakan intensitas gempa (perpindahan, kecepatan dan percepatan) gempa disuatu site yang biasanya dilakukan
dengan menggunakan fungsi atenuase

· Rumusan atenuase ini diturunkan dari hasil analisis statistik suatu data gempa yang didapat dari daerah tertentu

· Indonesia belum memiliki rumusan fungsi atenuase sehingga rumusan fungsi atenuase ini sangat bermanfaat dalam menentukan intensitas gempa di
Indonesia.

· Kelemahan : rumusan atenuase dari suatu daerah tertentu belum tentu sesuai (berlaku) digunakan untuk daerah lain.

· Hal ini terjadi karena atenuase gempa sangat dipengaruhi oleh tipe makanisme sumber gempa, kondisi lapisan kulit bumi yang dilalui oleh
gelombang gempa, jarak lokasi epicenter dan kondisi tanah lokal di site (lapisan tanah tersier).

• 
  Contoh
  

Ø Perbedaan karakter atenuase gempa di dua daerah dapat disebabkan oleh adanya perbedaan karakteristik kulit bumi yang mempengaruhi prilaku
gelombang gempa di kedua daerah tersebut.

Ø Demikian pula suatu lokasi terletak pada suatu lempang tektonik yang sama, tetapi tidak tidak mempunyai karekteristik fungsi atenuase yang sama

Contoh :
Suatu lokasi yang terletak pada suatu lempeng tektonik yang sama yaitu Pantai Barat Amerika Utara (US dan Kanada) serta di Pantai Timurnya (gambar 1
dan 2) :

· Gempa Loma Prieta (Idriss) yang tercatat di stasiun gempa Californea : Untuk jarak 10 Km intensitasnya tercatat di bedrock relatif konstan dan
menurun secara tajam dengan bertambahnya jarak epicenter

· Gempa Saquenay yang tercatat di Quebec (Somerville and Helmberger), Canada Timur, 1990 : untuk jarak 100 Km nilainya relatif konstan dan menurun
secara drastis pada jarak lebih besar dari 100 Km

· Perbedaan ini terjadi karena adanya perbedaan kerak bumi yang mempengaruhi transmisi gelombang gempa pada kedua lokasi tersebut.

· Data Loma Prieta digunakan untuk Canada Timur Tidak akan berakibat intensitas gempa yang terlalu kecil dan menghasilkan perencanaan yang tidak
aman

· Data Saquenay digunakan untuk Californea, akan terlalu besar dan perencanaan akan terlalu boros.

· Gempa Californea (Loma Prieta) lebih cepat mendamping energi dibandingkan dengan gempa Saquenay.

Pengaruh kondisi kekuatan batuan terhadap atenuase (Gambar 3)

· Tanah keras lebih cepat memperlemah kondisi gempa dibandingkan dengan tanah lunak.

· Pada tanah lunak ada kemungkinan intensitas gempa diperbesar (amplifikasi) contoh gempa di Meksiko.

· Pada jarak 50 Km dari epicenter a batuan = 0,04 g, sedangkan yang tercatat pada tanah lunak berkisar antara 0,1 g s/d 0,3 g.

· Rumusan fungsi atenuase yang tercatat pada batuan dasar, tidak bisa digabungkan dengan data gempa yang tercatat di permukaan tanah.

· Pada pemodelan sampai batuan dasar besar intensitas gempa dihitung dengan menggunakan rumusan fungsi atenuase, sedangkan pada lapisan tanah
tersier dimodelkan dengan menggunakan program.

· Akibat pencampuran data gempa di batuan dasar dan tanah lunak (lapisan tanah tertier) mengakibatkan terjadinya standard deviasi persamaan
atenuase (Finn, 1993).




3. Kondisi tanah Lokal

· Peran tanah lokal (lapisan tanah tersier) sangat penting menentukan respon suatu site terhadap gelombang gempa

· Respon gempa yang tiba di batuan dasar dapat diperkuat, dipelemah atau berubah kandungan frekuensinya karena tersaringnya getaran yang
berfrekuensi tinggi

· Intensitas gempa menentukan linier tidaknya respon suatu site yang berpengaruh terhadap periode suatu site.



3.1. Faktor Amplifikasi dan Deamplifikasi pada lapisan tanah tersier.

· Intensitas gempa menentukan linier tidaknya respons suatu site terhadap gelombang gempa dan tergantung pada faktor amplifikasi dan deamplifikasi

· Apabila acceleration yang terjadi di batuan dasar kecil < 0,2 g yang merambat pada tanah lempung, maka faktor amplifikasi dapat mencapai 3-5
kali dengan respon tanah elastik linier (Idriss, 1991) dan faktor amplifikasi akan semakin mengecil dengan semakin besarnya percepatan gempa yang
terjadi Gambar 3.

· Untuk percepatan 0,4 g, maka percepatan yang terukur di permukaan tanah malah lebih kecil. Dengan kata lain pada gempa yang sangat kuat terjadi
deamplifikasi ketika gelombang gempa merambat dari batuan dasar ke permukaan tanah.

· Untuk kondisi acceleration yang kecil (<0,2 g) respon tanah masih elestis linier, maka respon seismik suatu site akan terpengaruh kuat oleh
periode alami suatu site, Tn. Hubungan antara Tn dengan kandungan frekuensi gelombang gempa serta ratioimpedensi tanah didefenisikan sebagai berikut :

, dimana

= rapat massa lapisan tanah yang dilalui oleh gelombang dan Vs = kecepatan rambat gelombang geser.

· Untuk kondisi acceleration yang besar, respon tanah tidak elastis, telah terjadi pelelehan pada lapisan tanah yang dilaluinya dan bertambahnya
damping pada perilaku tegangan-regangan.

· Tanah lunak mempunyai faktor amplifikasi yang cukup besar

· Gempa di Mexico (1985), percepatan yang terukur di batuan dasar = 15 gal, epicenter = 300 Km, Percepatan yang terukur di permukaan tanah 60 gal
(diamplifikasi sebesar 4 kali), tingginya plastisitas tanah lempung tersebut.

· Apabila acceleration yang terjadi di batuan dasar > 0,40 g yang merambat pada tanah, terukur dipermukaan tanah justru < 0,40 g.

· Intensitas gempa tersebut dideamplifikasi (diredam) dengan respon tanah yang sudah plastis dan non linier yang mengakibatkan tingginya faktor
redaman tanah (material damping) akibat hysteretic damping dan semakin lunaknya respons tanah pada regangan yang besar.

· Contoh kejadian gempa San Fernando, tahun 1971, intensitas gempa yang terjadi begitu kuat, Lokasi sama-sama di Californea Institute of
Technology

Basement Gedung Athenaeum (ATH) Seismological Laboratory (SL)

Terletak di atas tanah Aluvium Terletak di atas batuan keras

Kedalaman tanah keras 270 m

0,11 g pada arah E - W 0,18 g pada arah E - W

0,095 g pada arah N-S 0,09 pada arah N-S

· Percepatan pada arah E - W mendapat deamplifikasi sebesar 40 % dari percepatan pada batuan keras. Deamplifikasi ini dengan respon tanah yang
sudah plastis dan non linier yang mengakibatkan tingginya faktor redaman tanah (material damping) akibat hysteretic damping
dan semakin lunaknya respons tanah pada regangan yang besar.

3.2. Pengaruh Intensitas Gempa pada Periode Alami (Gambar 5)

Selain mengakibatkan deamplifikasi pada intensitas gempa, Respon plastis non linier tanah dapat mengakibatkan bergesernya periode alami (To) atau
periode resonansi. Dari gambar 5, terlihat bahwa bergesernya periode alami (bertambah besar) suatu site dengan perubahan intensitas gempa dari 0,30 g
menjadi > 0,30 g. Untuk intensitas gempa 0,3 g tanah masih bersifat elastis sedangkan intensitas lebih besar dari 0,3 g respon telah bersifat
plastis.

· Periode alami suatu site tergantung kepada :

• 
  Ketebalan lapisan tanah
  
• 
  Kecepatan rambat gelombang geser
  

· Jarak Epicenter ke site yang akan ditinjau

• 
  Magnetude Gempa
  

· Linier tidaknya respon tanah pada suatu lokasi juga akan dipengaruhi oleh intensitas gempa.

• 
  Nilai perbandingan a_spec/a_max, juga mengalami perubahan untuk nilai a =0,30 g dan untuk nilai a>0,30 g.
  

3.3. Pengaruh Tipe Tanah Lokal terhadap Respon Spektrum

Spectrum respons yang biasanya digunakan untuk perencanaan bangunan tahan gempa adalah yang diusulkan oleh Newmark dan Hall. Spektrum respon ini belum
memperkirakan pengaruh kondisi tanah local.



Tanah Keras (Rock dan Stiff Soil), Gambar 6

· Faktor amplifikasi sebesar 2,8 kali pada periode getar < 0,5 detik

· Faktor ini menurun menjadi 0,9 kali pada periode getar 1 detik dan 0,5 pada periode getar 2 detik



Tanah Lunak (Soft to medium soft clay and sand)

· Faktor amplifikasi sebesar 2,2 pada periode getar 0,5 detik

· Faktor ini konstant pada periode 1,2 detik

Pengaruh tipe tanah harus diperhitungkan untuk menentukan spektrum respon di suatu site. Bila dua lokasi memiliki jenis tanah yang berbeda, maka akan
menerima spektrum respon yang berbeda pula



3.4. Pengaruh Topografi (Gambar 8)

· Semakin tinggi lokasi suatu daerah dari permukaan laut, maka intensitas gempa yang diterima pada daerah tersebut akan semakin besar.



3.5. Pengaruh Sumber Gempa (Gambar 9)

Ø Gempa yang bersumber dari daerah subduksi umumnya adalah gempa dalam (Patahan San Andreas di Californea dan Java Tranch di Pantai Barat
Sumatera, Jawa, Bali dan NTT) yang mempunyai kandungan frekuensi yang berbeda dengan gempa dangkal.

Ø Gempa dalam biasanya mempunyai gelombang permukaan yang lebih sedikit, (T kecil),T=pridominant periode.

Ø Akibatnya akan memberikan spektrum respon yang lebih rendah pada periode tinggi (T besar).

Ø Gempa Strike-Slip umumnya adalah gempa dangkal dengan T yang besar (contoh El-Centro, 1940).

Ø Rumusan fungsi atenuase untuk gempa subduksi harus dipisah dengan gempa strike slip.

3.6. Pengaruh Jarak Epicenter (Gambar 10), Mohraz, 1992

Ø Percepatan gempa yang sampai di batuan dasar dianggap mempunyai kandungan frekuensi yang sama dan tidak tergantung pada jarak site ke episenter

Ø Gempa near-field : mempunyai respon yang tinggi pada periode yang rendah (bangunan rendah) tetapi akan mengecil secara drastis dengan
bertambahnya periode

Ø Gempa far-field : memberikan respon yang hampir sama dengan gempa near-field pada periode rendah, tetapi responnya akan
terlihat konstan sampai periode sekitar 1 detik.

Ø Adanya perubahan kandungan frekuensi gempa dengan semakin jauh jaraknya suatu site ke epicenter.

Ø Semakin dekat lokasi ke site, respon dinamik batuan/tanah di site tersebut menjadi tidak linier lagi karena kuatnya intentitas gempa.

4. Tinjauan Terhadap Peraturan Gempa Indonesia

· Untuk Indonesia Bagian Barat, umumnya terjadi gempa akibat Subduction, sedangkan pada bagian Timur akibat Strike-Slip-fault, sehingga
faktor amplifikasi rumusan atenuase yang dipakai di Indonesia Bagian Barat, tidak sama dengan Indonesia Bagian Timur.

· Rekaman gempa yang diperoleh dari pencatatan gempa subduction tidak dapat digunakan untuk mensimulasikan respon struktur akibat gempa
strike-slip.

· Besar gaya gempa yang bekerja pada bangunan :

V=CIKWt, dimana :

I = Faktor keutamaan Bangunan

K = Jenis struktur bangunan/ductilitas/factor system structure

Wt = berat struktur bangunan

C = A/(fxµ) = Faktor respon seismik (efek tanah lokal)

V = besar gaya gempa yang bekerja pada bangunan

A = Percepatan maksimum gempa di permukaan

F = factor bahan bangunan

µ = Faktor ductilitas

· Input gerakan gempa yang dipakai di Indonesia umumnya data gempa strike-slipe-fault yang berasal dari gempa dekat, sedangkan yang mengancam kota
Jakarta berasal dari gempa Subduction (gempa jauh) dari bawah pulau Jawa sehingga akan memberikan respon spectra yang berbeda

Labels: Bangunan Geoteknik, Gempa, Geoteknik

Thanks for reading BEBERAPA ASPEK GEOTEKNIK DALAM PENENTUAN BEBAN GEMPA. Please share...!