analisis kapasitas seismik gedung beton bertulang di kota...
TRANSCRIPT
ANALISIS KAPASITAS SEISMIK GEDUNG BETON BERTULANG
DI KOTA PADANG
Futi Annisa Akbar1)
, Maidiawati2)
, Agus2)
,
1)
Mahasiswa Teknik Sipil, Institut Teknologi Padang, Padang 2)
Dosen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Padang
email : [email protected] 1)
, [email protected] 2)
Abstrak
Makalah ini memaparkan tentang kapasitas seismik gedung beton bertulang di kota Padang yang dievaluasi
berdasarkan standar Jepang, Standard for Seismic Evaluation of Existing Reinforced Concrete Building,
2001. Dalam analisis ini hanya meninjau element struktur, namun elemen dinding bata diperhitungkan
hanya untuk menentukan tinggi bersih struktur kolom. Analisis hanya dilakukan untuk lantai satu saja
karena dimana terdapat gaya geser terbesar pada struktur
Dalam penelitian ini dievaluasi kapasitas seismik gedung beton bertulang 3 (tiga) lantai yang dapat
bertahan selama gempa besar 30 Septemebr 2009 di kota Padang. Kapasitas seismik diberikan dalam bentuk
hubungan antara indeks kekuatan lateral dan indeks daktilitas. Kapasitas seismik gedung yang diinvestigasi
tersebut dibandingkan dengan kapasitas seismik gedung beton bertulang yang dirobohkan oleh gempa
Sumatra Barat September 2007. Sebagai hasilnya, didapatkan gambaran nilai kekuatan lateral untuk gedung
beton bertulang yang aman di daerah rawan gempa.
Kata kunci : gedung beton bertulang, kapasitas seismik, Padang
1. Pendahuluan
Sumatra Barat terletak pada pertemuan 2 (dua) lempeng, lempeng Eurasia dan Pasific, sehingga Sumatra
Barat khusunya kota Padang menjadi daerah dengan resiko gempa tinggi. Beberapa gempa besar telah terjadi
di Sumatra Barat yang mengakibatkan banyak gedung beton bertulang yang mengalami kerusakan dan roboh
seperti dalam referensi [1, 2]. Bangunan yang mengalami rusak dan roboh akibat gempa tersebut diasumsikan
memiliki kapasitas seismik yang kurang memadai untuk daerah rawan gempa.
Dalam penelitian ini dievaluasi kapasitas seismik gedung beton bertulang yang dapat bertahan ketika gempa
September 2009 di kota Padang. Karena belum adanya standar nasional untuk mengevaluasi kapasitas
seismik gedung beton bertulang eksisting, maka evaluasi dilakukan dengan berdasarkan pada standar Jepang,
Standard for Seismic Evaluation of Existing Reinforced Concrete Building, 2001, yang dipublikasikan oleh
The Japan Building Desaster Prevention Association [3] dalam referensi [1, 4]. Berdasarkan standar ini
kapasitas seismik gedung diberikan dalam bentuk hubungan antara indeks kekuatan lateral dan indeks
daktilitas.
2. Tinjauan Pustaka
2.1 Indeks kekuatan kolom
Indeks kekuatan kumulatif gedung, C adalah jumlah indeks kekuatan kolom-kolom pada daktilitas tertentu
yang ditentukan dengan persamaan (1) (JBDPA, 2001).
jcjic CCC (1)
b
uic
W
QC (2)
Dimana cCi adalah indeks kekuatan kolom yang memiliki indeks daktilitas yang sama yang dihitung dengan
Persamaan (2), Qu: Min {Qmu, Qsu}, cCj adalah indeks kekuatan kelompok-j yaitu kelompok anggota vertikal
memiliki indeks daktilitas yang lebih besar dari kelompok-i, αj adalah faktor kekuatan efektif untuk group j
(ditunjukkan dalam Tabel 1) yang dihitung berdasarkan pengaruh deformasi leleh kolom, Wb adalah berat
bangunan yang diasumsikan sebesat 12 kN/m2 setiap luas lantai [3]. 168
National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x
o
u
muh
MQ
2 (3)
c
ytufDb
NDNDaM
..1..5.0.8.0 (4)
jbPdQM
FPQ oww
tct
su .1.085.012.0)./(
)18(053.023.0
(5)
Dimana at adalah luas tulangan tarik, σy adalah tegangan leleh tulangan longitudinal, b adalah lebar kolom, D
adalah tebal kolom, N adalah gaya aksial kolom, Fc adalah kuat tekan beton, A adalah luas lantai yang
didukung oleh masing-masing kolom, Pt adalah rasio tulangan tarik (=at/(b.D).100%), Pw adalah rasio
tulangan geser (=Av/(b.s).100%) dimana Av adalah luas tulangan geser, apabila nilai Pw lebih besar dari 0.012,
maka nilai Pw yang digunakan adalah 0.012. σw adalah tegangan leleh tulangan geser. σ0 adalah tegangan
aksial dari kolom (=N/(b.D)), jika nilai σ0 bernilai lebih besar dari 8 N/mm2, maka nilai σ0 yang digunakan
adalah 8 N/mm2, adalah jarak antara center tulangan kearah luar selimut beton (=0,8 D). Ilustrasi penampang
kolom dan notasi dalam perhitungan ditunjukan dalam Gambar 1.
Gambar 1. Ilustrasi penampang kolom dan notasi
Tabel 1. Faktor kekuatan efektif (αj)
Jika Nilai F1 untuk kelompok pertama = 0.8 (R1 = R500 = 1/500)
F1 F1 = 0.8
R1 R1 = R500
Kelompok
Kedua dan
yang lebih
tinggi
Geser (Rsu = R250) αs
Geser (Rsu < R250) αs
Lentur (Rmy = R250) 0.65
Lentur (R250 < Rmy < R150) αm
Lentur (Rmy = R150) 0.51
Dinding geser dan lentur 0.65
Jika pada grup pertama nilai F1 ≥ 1.0 (R1 ≥ R250 = 1/250)
F1 F1 = 1.0 1.0<F1<1.27 1.27≤ F1
R1 R250 R250<R1<R150 R150≤R1
Kelompok
Kedua dan
yang lebih
tinggi
Geser (Rsu = R250) 1.0 0.0 0
Geser (R1<Rsu) αs αs 0
Lentur (Rmy<R1) 1.0 1.0 1.0
Lentur (R1<Rmy) αm αm 1.0
Lentur (Rmy=R150) 0.72 αm 1.0
Dimana:
αs = Q(F1)/Qsu = αmQmu/Qsu ≤ 1.0 αm = Q(F1)/Qmu = 0.3 + 0.7 x R1/Rmy
2.2 Indeks daktilitas kolom Indeks daktilitas, F adalah indeks untuk kemampuan deformabilitas struktur kolom yang dihitung sesuai
dengan spesifikasi struktural berdasarkan kekakuan, kekuatan, dimensi, bentuk keruntuhan dan lain-lain
(JBDPA, 2001). Berdasarkan jenis keruntuhannya, kolom terbagi menjadi kolom geser dan kolom lentur.
Kolom geser yaitu kolom yang memiliki rasio kuat geser terhadap kuat lentur kurang dari satu (Qsu/Qmu < 1)
dan kolom lentur adalah kolom yang memiliki rasio kuat geser dan kuat lentur besar dari 1 (Qsu/Qmu > 1).
Untuk kolom geser, diberikan dalam Persamaan (6) dan untuk kolom lentur ditentukan dengan Persamaan (7)
untuk kasus Rmn < Ry dan dengan Persamaan (8) untuk kasus Rmn≥ Ry (JBDPA, 2001) 169
National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x
250
25027.01RR
RRF
y
su
(6)
250
25027.01RR
RRF
y
mu
(7)
2.3
/05.0175.0
1/2
ymu
ymu
RR
RRF (8)
dimana :
Rsu = Drift kolom saat gaya geser ultimit. Nilai Rsu dapat dihitung dengan (Qsu/Qmu - 0.3)/0.7x. Rmy ≥ R250
untuk cα. Qmu<Qsu
cα = Faktor kekuatan efektif kolom, cα = 0.3 + 0.7 (R250/Rmy)
Rsu = R250 untuk cα. Qmu ≥ Qsu
Rmy = (ho/Ho).cRmy ≥ R250, dimana ho/Ho ≤ 1.0
cRmy = cR150 untuk ho/D ≥ 3.0
cRmy = cR250 untuk ho/D ≥ 2.0
cRmy = nilai interpolasi dari 2.0 < ho/D < 3.0
Ry = Deformasi leleh yang secara prinsip dapat diambil Ry = 1/150
Rmu = Drift kolom saat kekuatan lentur ultimit (ho/Ho) . cRmu ≥ R250
cRmu = cRmy + cRmp ≤ cR30
cRmp = 10(Qsu/Qmu - q) . cRmy ≥ 0
q = 1.0 untuk S ≤ 100 mm, s : jarak tulangan sengkang
q = 1,1 untuk S > 100 mm
ho = Tinggi bersih kolom
Ho = tinggi kolom yang dibatasi dari balok kolom atas dan plat lantai
D = tebal kolom
cR150 = Nilai standar sudut deformasi kolom (diukur dari tinggi bersih kolom) yang bernilai 1/150
cR250 = Nilai standar sudut deformasi kolom (diukur dari tinggi bersih kolom) yang bernilai 1/250
R250 = Nilai standar sudut saat terjadi deformasi tiap lantai
cRmy = Nilai sudut leleh (Yield drift angle) kolom.
Nilai cRmu dan cRmy tidak harus tidak lebih besar cRmax yaitu nilai batas atas drift kolom lentur yang diambil
sebagai nilai min{cRmax(n), cRmax(s), cRmax(t), cRmat(b), cRmax(h)}, dapat ditentukan sebagai berikut :
a. cRmax(n) adalah batas atas drift kolom lentur yang ditentukan oleh gaya aksial
cRmax(n) = R250 untuk η > ηH
cRmax(n) = cR30 (cR250)/(cR30) η’ ≤ cR30 untuk lainnya
Dimana : η = (η-ηL) (ηH - ηL)
η = Ns / (b.DFc)
ηL= 0,25 dan ηH = 0,5 untuk S ≤ 100 mm
ηL= 0,2 dan ηH = 0,4 untuk S > 100 mm
b. cRmax(s) adalah batas atas drift kolom lentur yang ditentukan oleh gaya geser
cRmax(s) = cR250 untuk cτ u /Fc cRmax(t) 0,2 dimana cτ u = {cQmu/(b.j),cQsu/(b.j)}
cRmax(s) = cR30 untuk yang lainnya.
c. cRmax(t) adalah batas atas drift kolom lentur yang ditentukan berdasarkan rasio tulangan tarik.
cRmax(t) = cR250 untuk Pt > 1%
cRmax(t) = cR30 untuk yang lainnya.
d. cRmax(b) adalah batas atas drift kolom lentur yang ditentukan berdasarkan jarak tulangan sengkang.
cRmax(b) = cR50 untuk S/db > 8
cRmax(b) = cR30 untuk kasus lainnya
e. cRmax(h) adalah batas atas drift kolom lentur yang ditentukan berdasarkan tinggi bersih kolom
cRmax(h) = cR250 untuk h0/ D ≤ 2
cRmax(h) = cR30 untuk lainnya
170
National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x
3. Metode Penelitian
Berdasarkan Standard for Seismic Evaluation of Existing Reinforced Concrete Building, 2001, yang d
publikasikan oleh The Japan Building Disaster Prevention Asociation (JBDPA, 2001) skrining level dua,
evaluasi dilakukan dengan terhadap struktur kolom tanpa memperhitungkan dinding bata, namun untuk
dinding parsial atau dinding yang tingginya hanya sebagian tinggi kolom, diperhitungkan untuk menentukan
tinggi bersih kolom. Tahapan evaluasi kapasitas seismik gedung eksisting dapat ditunjukan pada flowchart
dalam gambar 2.
Gambar 2. Bagan alir evaluasi kapasitas seismik bangunan beton bertulang eksisting
4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Deskripsi Gedung Beton Bertulang
Dalam penelitian ini dilakukan evaluasi kapasitas seismik gedung perkuliahan kampus Institut Teknologi
Padang. Gedung ini merupakan bangunan beton bertulang tiga lantai seperti ditunjukan dalam gambar 3 yang
dibangun sebelum terjadinya gempa 2009. Gedung beton bertulang ini dapat bertahan ketika gempa Padang
September 2009, tanpa mengalami kerusakan yang berarti, sehingga menjadi hal yang menarik untuk
dievaluasi kapasitas bangunan tersebut.
Detail struktur gedung yang diperlukan untuk perhitungan didapatkan melalui inspeksi lapangan seperti
ditunjukan dalam gambar 4. Kuat tekan beton didapatkan melalui hummer test seperti ditunjukan dalam
gambar 4b dan data susunan serta dimensi tulangan didapat dengan menggunakan ferro scan (rebars scan)
seperti ditunjukan dalam gambar 4c. Karena data material tulangan tidak bisa didapatkan dari uji material,
maka nilai kuat leleh tulangan pokok (main bar) dan tulangan sengkang (hoop) diasumsikan berdasarkan
standar Jepang [3]. Berdasarkan inspeksi lapangan dibuatkan denah lantai 1 (satu) gedung yang ditunjukan
dalam Gambar 5a. Dimensi kolom 400x400 mm dengan tulangan pokok 12D22 dan tulangan sengkang Ø10-
150 ditunjukan dalam gambar 4b.
Mulai
Gambar gedung (denah,
tampak dan detail struktur)
Ambil data lapangan
(material elemen struktur)
Ada Tidak ada
Ambil data lapangan
(Dimensi struktur dan
material Gedung)
Buat gambar (denah
dan detail struktur)
Hitung indeks kekuatan, C
Hitung indeks daktilitas, F
Kapasitas seismik gedung
(Hubungan antara indeks C dan F)
Selesai
171
National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x
Gambar 3. Gedung perkuliahan Institut Teknologi Padang
a. Pengukuran struktur b. Tes hammer c. Scan tulangan
Gambar 4. Pengambilan data gedung
a. Denah lantai satu b. Detail kolom
Gambar 5. Denah lantai 1 gedung perkuliahan ITP
4.2 Kapasitas Seismik Gedung Beton Bertulang
Kapasitas seismik gedung perkuliahan ITP Padang dievaluasi hanya untuk lantai satu saja dimana lantai yang
memikul gaya geser paling besar. Perhitungan dilakukan dalam dua (2) arah yaitu arah melintang (arah X)
dan arah memanjang (arah Y). Dalam analisa keberadaan dinding bata diabaikan dalam perhitungan dengan
menganggap dinding sebagai nonstruktur.
Kapasitas seismik gedung dinyatakan dalam hubungan antara indeks kekuatan dan indeks duktilitas. Sebagai
hasilnya kapasitas seismik gedung perkuliahan Institut Teknologi Padang (ITP) unuk kedua arah ditunjukan
dinding bata penuh dinding bata ada
lobang kolom
E
N
172
National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x
dalam gambar 6. Gambar ini menunjukan bahwa gedung perkuliahan ITP memiliki kapasitas seismik yang
sama dalam ke dua arah.
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
Indek
s K
ekuat
an, C
3.53.02.52.01.51.00.50.0
Indeks Daktilitas, F
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
Indek
s K
ekuat
an, C
3.53.02.52.01.51.00.50.0
Indeks Daktilitas, F a. Arah X b. Arah Y
Gambar 6. Hubungan indeks kekuatan lateral dan daklitas gedung perkuliahan Institut Teknologi Padang
4.2 Perbandingan Kapasitas Seismik Beberapa Gedung Beton Bertulang
Kapasitas seismik gedung perkuliahan ITP ini dibandingkan dengan kapasitas seismik dua gedung beton
bertulang yang rusak akibat gempa September 2007, satu gedung roboh total dan satu lagi rusak sedang
seperti ditunjukan dalam gambar 7. Kapasitas seismik ke dua gedung tersebut dievaluasi dengan cara yang
sama oleh Maidiawati dkk seperti dilaporkan dalam referensi [1, 5]. Dengan mengabaikan pengaruh dinding
bata, ke dua gedung memiliki kapasitas seismik yang sangat rendah yaitu dengan indeks kekuatan kurang
dari 0.2 seperti ditunjukan dalam gambar 8 dan 9.
Dibandingkan dengan kapasitas seismik dua gedung yang rusak akibat gempa, gedung perkuliahan ITP
memiliki kekuatan lateral dan daktilitas yang lebih besar seperti ditunjukan dalam gambar 6. Hal ini
menjelaskan kenapa gedung perkuliahan ITP dapat bertahan selama gempa September 2007 dan 2009 tanpa
mengalami kerusakan.
Gambar 7. a) Gedung beton bertualng yang rusak akibat gempa september 2007, b) Bentuk gedung yang roboh sebelum gempa,
c) Gedung yang rusak setelah gempa
a)
b)
c)
173
National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
Str
ength
index
C
3.53.02.52.01.51.00.50.0
Ductility index F
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
Str
ength
index
C
3.53.02.52.01.51.00.50.0
Ductility index F a. Arah X b. Arah Y
Gambar 8. Hubungan indeks kekuatan lateral dan daktilitas gedung roboh akibat gempa September 2007
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
Str
ength
index
C
3.53.02.52.01.51.00.50.0
Ductility index F
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
Str
ength
index
C
3.53.02.52.01.51.00.50.0
Ductility index F a. Arah X b. Arah Y
Gambar 9. Hubungan indeks kekuatan lateral dan daktilitas gedung rusak sedang akibat gempa September 2007
5. Kesimpulan dan Saran
Kapasitas seismik gedung perkuliahan Institut Teknologi Padang yang merupakan struktur beton bertulang
dievaluasi dengan berdasarkan pada standar Jepang. Gedung ini adalah salah satu gedung yang dapat
bertahan selama gempa besar September 2007 dan 2009. Hasil analisa mendapatkan bahwa gedung
perkulihan ITP memiliki kapasitas seismik yang relative besar dibandingkan dengan kapasitas seismik dua
gedung beton bertulang yang roboh dan rusak akibat gempa September 2007. Hal ini menjelaskan kenapa
gedung perkuliahan ITP selamat dari keruntuhan.
Daftar Pustaka
[1] Maidiawati and Sanada Y., 2008, Investigation and analysis of buildings damaged during the September 2007
Sumatra, Indonesia earthquakes Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 7 (2), 371-378
[2] Earthquake Engineering Research Institute, Learning from Earthquakes, 2009, The Mw 7.6 Western Sumatra
earthquake of September 30, 2009, EERI Special Earthquake Report
[3] English Version, 1st, Standard for seismic evaluation of existing reinforced concrete buildings, 2001. The Japan
Building Disaster Prevention Association (JBDPA), 2005
[4] Maidiawati, Agus, 2016, Metoda Evaluasi Kapasitas Seismik Gedung Beton Bertulang Eksisting dengan Aplikasi
Model Dinding Bata, Jurnal Teknik Sipil ITB Vol. 23, Bandung
[5] Maidiawati, and Y Sanada, 2013, Modeling Of brick masonry infill and application to analyses Of Indonesian R/C
frame buildings in: International Conference EASEC-13 Sapporo, Japan
Biodata Penulis
[1] Futi Annisa Akbar, Mahasiswi Program Studi Teknik Sipil FTSP [ITP]
[2] Maidiawati, memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST), Program Studi Teknik Sipil FT [Universitas Andalas], lulus
tahun 1996. Tahun 2009 memperoleh gelar Master of Engineering (M.Eng) dari Architecture and Civil Engineering
Departement [Toyohashi University of Technology,Japan]. Program Doktor pada Mechanical and Structural System
Engineering Departement [Toyohashi University of Technology,Japan], lulus tahun 2013. Saat ini sebagai Dosen pada
Jurusan/Prodi Teknik Sipil [ITP]. 174
National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x
[3] Agus, memperoleh gelar Sarjana Pendidikan (S.Pd), Program Studi Teknik Sipil/Bangunan FPTK [IKIP PADANG],
lulus tahun 1994. Tahun 1998 memperoleh gelar Master of Science (M.Sc) dari Program Civil and Struktural
Engineering [Universitas Kebangsaan Malaysia]. Saat ini sebagai Dosen pada Jurusan/Prodi Teknik Sipil [ITP].
175
National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x