BAHAYA GEMPA DAN SISTEM STRUKTUR TAHAN GEMPA PADA BANGUNAN GEDUNG

Sistem struktur tahan gempa dirancang untuk mengurangi resiko kerusakan struktur bangunan saat terjadi gempa. Sistem ini digunakan untuk menyerap dan mendistribusikan gaya lateral yang ditimbulkan oleh gempa bumi, sehingga mengurangi risiko keruntuhan atau kerusakan lain pada bangunan.

Jalan yang rusak akibat gempa (Sumber Gambar : amnh.org )

Ada beberapa jenis sistem struktur tahan gempa yang dapat digunakan pada bangunan gedung, antara lain base isolation, frame penahan momen, braced frame, shear wall, dan damped system. Setiap jenis sistem memiliki karakteristik uniknya sendiri dan cocok untuk jenis bangunan dan kondisi tanah tertentu.

Penting untuk dicatat bahwa tidak ada satu sistem struktur yang sempurna untuk semua gempa bumi, dan sistem yang paling tepat untuk bangunan tertentu akan bergantung pada berbagai faktor, termasuk intensitas dan durasi gempa bumi yang diharapkan, kondisi tanah, fungsi bangunan serta lokasi.

Untuk memastikan bahwa bangunan cukup terlindung dari gempa, penting untuk merancang dan membangun bangunan dengan menggunakan sistem struktur tahan gempa yang sesuai, dan secara teratur memeriksa dan memelihara bangunan untuk memastikan kondisinya baik.

Bahaya Gempa terhadap bangunan gedung

Gempa bumi dapat menimbulkan bahaya yang signifikan bagi bangunan, karena dapat menyebabkan kerusakan struktural dan bahkan keruntuhan. Tingkat keparahan kerusakan suatu bangunan tergantung pada beberapa faktor, antara lain intensitas gempa, durasi gempa, kondisi tanah, dan karakteristik struktur bangunan.

Beberapa cara di mana gempa bumi dapat merusak bangunan meliputi:

1. Gaya lateral: Gempa bumi dapat menyebabkan bangunan bergetar, yang dapat menyebabkan gaya lateral ditransmisikan melalui struktur bangunan. Jika gaya lateral terlalu besar, dapat menyebabkan bangunan bergoyang atau miring, berpotensi menyebabkan kerusakan struktural.
2. Kerusakan pondasi: Gempa bumi dapat menyebabkan tanah bergeser atau mengendap, yang dapat menyebabkan kerusakan pondasi bangunan. Hal ini dapat mengakibatkan bangunan menjadi tidak stabil atau runtuh.
3. Kegagalan elemen struktur: Gempa bumi dapat menyebabkan kegagalan elemen struktur, seperti balok, kolom, atau dinding. Hal ini dapat menyebabkan runtuhnya bangunan atau runtuhnya sebagian dari satu lantai atau lebih.
4. Kerusakan non-struktural: Gempa bumi juga dapat menyebabkan kerusakan non-struktural pada bangunan, seperti retaknya dinding atau kerusakan pada bagian akhir bangunan.
5. Untuk mengurangi risiko kerusakan bangunan saat terjadi gempa, penting untuk merancang dan membangun bangunan dengan menggunakan sistem struktur tahan gempa yang tepat. Selain itu, bangunan harus diperiksa dan dipelihara secara teratur untuk memastikan kondisinya baik dan mampu menahan gempa.

Tipe – tipe sistem struktur tahan gempa pada bangunan gedung

Ada beberapa jenis sistem struktur tahan gempa yang dapat digunakan pada bangunan untuk meningkatkan ketahanannya terhadap gempa:

1. Isolasi dasar (Base isolation): Ini melibatkan pemasangan lapisan bantalan atau bantalan antara fondasi bangunan dan struktur atasnya. Bantalan ini memungkinkan bangunan untuk bergerak secara horizontal selama gempa, mengurangi jumlah gaya akibat gempa yang ditransmisikan ke struktur bangunan.
2. Rangka pemikul momen (Moment-resisting frames): Ini adalah sistem struktur yang dirancang untuk menahan gaya lateral dengan menggunakan kombinasi balok dan kolom. Kolom dan balok dihubungkan dengan sambungan momen, yang memungkinkan mereka menahan gaya lentur dan puntir.
3. Rangka penyangga (Braced frames): Ini adalah sistem struktural yang menggunakan penyangga diagonal untuk menahan gaya lateral. Kawat gigi biasanya terbuat dari baja atau beton bertulang dan ditempatkan secara berkala di sepanjang ketinggian bangunan.
4. Dinding geser (Shear walls): Ini adalah elemen vertikal dalam struktur bangunan yang dirancang untuk menahan gaya lateral. Mereka dapat terbuat dari beton, pasangan bata, atau baja, dan biasanya terletak di sekeliling bangunan.
5. Sistem teredam (Damped systems): Ini adalah sistem struktural yang menggunakan peredam atau peredam energi untuk mengurangi jumlah gaya akibat gempa yang ditransmisikan ke struktur bangunan. Contohnya termasuk viscous dampers, friction dampers, dan peredam histeretik.

Prinsip kerja base isolation (Sumber Gambar : civilwale.com)

Sistem Isolasi dasar Base Isolation

Base Isolation adalah jenis sistem struktur tahan gempa yang melibatkan pemasangan lapisan bantalan atau bantalan antara fondasi bangunan dan bangunan atasnya. Tujuan Base Isolation adalah untuk mengurangi jumlah gaya akibat gempa yang ditransmisikan ke struktur bangunan.

Selama gempa bumi, tanah dapat bergerak secara horizontal dan vertikal. Ketika tanah bergerak, dapat menyebabkan bangunan bergetar, yang dapat menyebabkan kerusakan pada struktur bangunan. Base Isolation dirancang untuk memungkinkan bangunan bergerak horizontal dengan tanah saat terjadi gempa, dengan tetap menjaga stabilitasnya.

Ada beberapa jenis sistem Base Isolation, termasuk bantalan timbal-karet, bantalan elastomer, dan bantalan geser. Bantalan timbal-karet terdiri dari lapisan timbal di dalam selubung karet, sedangkan bantalan elastomer seluruhnya terbuat dari karet. Bantalan geser memungkinkan bangunan meluncur secara horizontal pada permukaan yang halus saat terjadi gempa.

Sistem Base Isolation dapat digunakan bersamaan dengan sistem struktural lainnya, seperti rangka pemikul momen atau rangka bresing, untuk memberikan perlindungan tambahan terhadap gempa bumi. Namun, sistem Base Isolation tidak cocok untuk semua bangunan dan perlu dirancang dan diterapkan dengan hati-hati untuk memastikannya efektif dalam mengurangi gaya akibat gempa.

Prinsip kerja sistem rangka pemikul momen (Sumber Gambar : Moehle, Jack P., Hooper, John D., and Lubke, Chris D. (2008) dalam hastomiaf.wordpress.com)

Sistem Rangka Pemikul Momen

Rangka Pemikul Momen adalah jenis sistem struktur tahan gempa yang dirancang untuk menahan gaya lateral dengan menggunakan kombinasi balok dan kolom. Kolom dan balok dihubungkan dengan sambungan momen, yang memungkinkan mereka menahan gaya lentur dan puntir.

Pada saat terjadi gempa, tanah dapat bergerak secara horizontal dan vertikal sehingga menyebabkan bangunan bergetar. Rangka penahan momen dirancang untuk menyerap dan mendistribusikan gaya lateral ini ke seluruh struktur bangunan, sehingga mengurangi risiko kerusakan struktural.

Rangka pemikul momen dapat dibuat dari baja atau beton bertulang. Mereka biasanya digunakan pada bangunan bertingkat menengah dan tinggi, dan sering digunakan dalam kombinasi dengan sistem struktural lainnya, seperti kerangka penguat atau dinding geser, untuk memberikan perlindungan tambahan terhadap gempa bumi.

Agar efektif, rangka pemikul momen harus dirancang dan dikonstruksi dengan baik. Ini termasuk memastikan bahwa balok dan kolom memiliki ukuran dan kekuatan yang cukup, dan bahwa sambungan momen dirinci dan dibangun dengan benar. Selain itu, pondasi bangunan harus mampu memikul beban lateral akibat gempa.

Prinsip kerja sistem rangka bresing (Sumber Gambar : Michael Gannon, S.E., P.E www.structuremag.org)

Sistem Rangka penyangga (Braced frames)

Rangka bresing adalah jenis sistem struktur tahan gempa yang menggunakan bresing diagonal untuk menahan gaya lateral. Kawat gigi biasanya terbuat dari baja atau beton bertulang dan ditempatkan secara berkala di sepanjang ketinggian bangunan.

Pada saat terjadi gempa, tanah dapat bergerak secara horizontal dan vertikal sehingga menyebabkan bangunan bergetar. Rangka penyangga dirancang untuk menyerap dan mendistribusikan gaya lateral ini ke seluruh struktur bangunan, sehingga mengurangi risiko kerusakan struktural.

Ada beberapa jenis sistem rangka bresing, antara lain bresing konsentris, bresing eksentrik, dan bresing diagonal. Penguat konsentris menggunakan bresing yang disejajarkan dengan kolom bangunan, sedangkan bresing eksentrik menggunakan bresing yang diimbangi dari kolom. Penguat diagonal menggunakan kombinasi kedua kawat gigi konsentris dan eksentrik.

Rangka bresing biasanya digunakan pada bangunan bertingkat rendah dan menengah, dan sering digunakan dalam kombinasi dengan sistem struktural lainnya, seperti rangka pemikul momen atau dinding geser, untuk memberikan perlindungan tambahan terhadap gempa bumi.

Agar efektif, rangka bresing harus dirancang dan dibangun dengan benar. Ini termasuk memastikan bahwa bresing memiliki ukuran dan kekuatan yang memadai, dan bahwa sambungan antara bresing dan struktur bangunan dirinci dan dibangun dengan benar. Selain itu, pondasi bangunan harus mampu memikul beban lateral akibat gempa.

Prinsip kerja sistem shearwall yang dipadukan dengan sistem rangka (Sumber Gambar : Renu Mishra, A. Dwivedi semanticscholar.org)

Sistem Dinding Geser (Shear Walls)

Dinding geser adalah jenis sistem struktur tahan gempa yang terdiri dari elemen vertikal pada struktur bangunan yang dirancang untuk menahan gaya lateral. Mereka dapat terbuat dari beton, pasangan bata, atau baja, dan biasanya terletak di sekeliling bangunan.

Pada saat terjadi gempa, tanah dapat bergerak secara horizontal dan vertikal sehingga menyebabkan bangunan bergetar. Dinding geser dirancang untuk menyerap dan mendistribusikan gaya lateral ini ke seluruh struktur bangunan, sehingga mengurangi risiko kerusakan struktural.

Ada beberapa jenis sistem dinding geser, antara lain dinding geser beton bertulang, dinding geser pelat baja, dan dinding geser komposit. Dinding geser beton bertulang terbuat dari beton yang diperkuat dengan batang atau serat baja, sedangkan dinding geser pelat baja terbuat dari pelat baja yang disatukan dengan baut atau las. Dinding geser komposit menggabungkan kekuatan beton dan baja, menggunakan inti beton yang dikelilingi oleh pelat baja.

Dinding geser biasanya digunakan pada bangunan bertingkat menengah dan tinggi, dan sering digunakan dalam kombinasi dengan sistem struktur lainnya, seperti rangka pemikul momen atau rangka bresing, untuk memberikan perlindungan tambahan terhadap gempa bumi.

Agar efektif, dinding geser harus dirancang dan dibangun dengan benar. Ini termasuk memastikan bahwa dinding memiliki ukuran dan kekuatan yang memadai, dan bahwa sambungan antara dinding dan struktur bangunan dirinci dan dibangun dengan benar. Selain itu, pondasi bangunan harus mampu memikul beban lateral akibat gempa.

aplikasi sistem damper pada bangunan gedung (Sumber Gambar : practical.engineering)

Sistem Teredam (Damped Systems)

Sistem teredam adalah jenis sistem struktur tahan gempa yang menggunakan peredam atau peredam energi untuk mengurangi jumlah gaya akibat gempa yang ditransmisikan ke struktur bangunan. Sistem teredam dirancang untuk menyerap dan menghilangkan energi gempa bumi, mengurangi risiko kerusakan struktural.

Ada beberapa jenis sistem redaman, termasuk peredam kental, peredam gesekan, dan peredam histeretik. Peredam kental terbuat dari cairan kental yang menahan gerakan dan mengubah energi kinetik menjadi energi panas saat bangunan bergetar selama gempa bumi. Peredam gesekan menggunakan gesekan untuk mengubah energi kinetik menjadi energi panas saat bangunan bergetar. Peredam histeretik menggunakan kombinasi deformasi elastis dan plastis untuk menyerap dan menghilangkan energi gempa.

Sistem redaman dapat digunakan dalam kombinasi dengan sistem struktur lain, seperti rangka pemikul momen atau dinding geser, untuk memberikan perlindungan tambahan terhadap gempa. Namun, sistem redaman tidak cocok untuk semua bangunan dan perlu dirancang dan diterapkan dengan hati-hati untuk memastikan sistem tersebut efektif dalam mengurangi gaya akibat gempa.

Penting untuk dicatat bahwa tidak ada satu sistem struktur yang sempurna untuk semua gempa bumi, dan sistem yang paling tepat untuk bangunan tertentu akan bergantung pada berbagai faktor, termasuk intensitas dan durasi gempa bumi yang diharapkan, kondisi tanah, fungsi bangunan, serta lokasi.

Tokoh – tokoh insinyur bidang teknik gempa

Ada beberapa tokoh kunci dalam rekayasa gempa, antara lain:

1. John A. Blume: John A. Blume adalah seorang insinyur sipil dan insinyur struktural Amerika yang dianggap sebagai salah satu pelopor teknik gempa. Ia dikenal karena karyanya dalam pengembangan metode spektral untuk analisis gempa, yang merupakan metode yang digunakan secara luas untuk memperkirakan respons bangunan dan struktur lain terhadap gempa.
2. John Biggs: John Biggs adalah seorang insinyur struktural Australia yang dikenal karena kontribusinya dalam memahami perilaku struktur beton bertulang di bawah beban lateral. Ia juga dikenal atas karyanya dalam pengembangan metode analisis pushover, yang merupakan metode yang digunakan secara luas untuk mengevaluasi kinerja seismik bangunan dan struktur lainnya.
3. Egor P. Popov: Egor P. Popov adalah seorang insinyur struktur Rusia yang dikenal atas kontribusinya dalam memahami perilaku struktur baja di bawah beban lateral. Ia juga dikenal karena karyanya dalam pengembangan metode desain berbasis kekakuan, yang merupakan pendekatan yang digunakan secara luas untuk mendesain struktur baja tahan gempa.
4. David Darwin: David Darwin adalah seorang insinyur struktural Amerika yang dikenal karena kontribusinya dalam memahami perilaku struktur baja dan beton di bawah beban lateral. Ia juga dikenal karena karyanya dalam pengembangan metode desain berbasis perpindahan langsung, yang merupakan pendekatan yang digunakan secara luas untuk merancang bangunan dan struktur lain yang tahan gempa.
5. Masaki Suzuki: Masaki Suzuki adalah seorang insinyur struktur Jepang yang dikenal karena kontribusinya dalam memahami perilaku struktur beton bertulang di bawah beban lateral. Ia juga dikenal karena karyanya dalam pengembangan metode desain berbasis kinerja, yang merupakan pendekatan yang digunakan secara luas untuk merancang bangunan dan struktur lain yang tahan gempa.

baca juga ilmu sipil