jurusan teknik sipil fakultas teknik universitas...
TRANSCRIPT
ANALISIS DINAMIS BANGUNAN RANGKA BAJA PADA
DAERAH TANAH LUNAK
Skripsi
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik Program Studi Teknik Sipil S1
Oleh
Mokh. Kharisma Rahmaputra
NIM. 5113415024
JURUSAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2019
ii
iii
iv
MOTTO
I am Nothing without Something.
Percayalah bahwa dirimu pintar dan berusahalah buktikan bahwa itu benar.
Jika anda ragu lihatlah dari sudut pandang yang berbeda.
Tentukan sendiri bagaimana cara orang lain memandang diri anda.
v
PERSEMBAHAN
Kedua orang tua saya, (Rokhmat S dan Annita S) yang selalu mendukung,
memfasilitasi, dan mendoakan yang terbaik untuk anaknya.
Kakak saya, (Dewinta Sari Rahmaputri) yang selalu mengingatkan saya
ketika saya salah.
Keluarga besar saya, (alm Kakek, alm Nenek serta Om dan Tante) yang
telah mengajarkan jerih payah kehidupan.
Partner skripsi saya, Rafi dan Chandra yang selalu membantu dan
menemani saya melewati masalah – masalah yang ada.
Teman – teman yang sudah menemani saya bermain Dota2 dan Fortnite.
Penduduk Sky kos yang selama ini menjadi tempat singgah saya selama
kuliah di UNNES.
Teman – teman sekelas angkatan 2015.
Keluarga besar program studi Teknik Sipil angkatan 2015.
vii
Kata Pengantar
Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah yang telah
melimpahkan rahmat-Nya dan pertolongan-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi yang berjudul Analisis Dinamis Bangunan Rangka Baja
Pada Daerah Tanah Lunak. Skripsi ini ditulis sebagai salah satu syarat meraih gelar
Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sipil S1 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Negeri Semarang.
Penyelesaian skripsi ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan dari berbagai
pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan
terimakasih sebagai penghargaan kepada :
1. Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Hum, Rektor Universitas Negeri Semarang.
2. Dr. Nur Qudus M.T. , Dekan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.
3. Aris Widodo S.Pd., M.T. , Ketua Jurusan Teknik Sipil, Universitas Negeri
Semarang
4. Dr. Rini Kusumawardani S.T., M.T., M.Sc. , Ketua Program Studi Teknik Sipil
S1, Universitas Negeri Semarang dan selaku Penguji yang memberi masukan
berupa kritik dan saran perbaikan sehingga menambah kualitas karya penulis
5. Endah Kanti Pangestuti, S.T, M.T selaku Penguji yang memberi masukan berupa
kritik dan saran perbaikan sehingga menambah kualitas karya penulis.
6. Dr. Eng. Mahmud Kori Effendi., S.T., M.T. selaku dosen pembimbing yang
selalu penuh kesabaran dan perhatian dalam membimbing penulis untuk
menyelesaikan skripsi ini.
ix
x
ANALISIS DINAMIS BANGUNAN RANGKA BAJA PADA DAERAH
TANAH LUNAK
Mokh. Kharisma Rahmaputra
Program Studi Teknik Sipil Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang
Semarang, Indonesia
Email : [email protected]
ABSTRAK
Gempa bumi adalah peristiwa dinamik yang menimbulkan getaran gelombang pada
tanah lalu menggetarkan struktur atau nonstruktur yang berada di atas tanah
tersebut. Kerusakan akibat gempa bumi bukan berasal dari kuat dan letak atau
jaraknya saja melainkan faktor profil tanah juga mempengaruhi efek gempa. Tujuan
penelitian ini adalah mengetahui pengaruh profil tanah setempat dengan data gempa
setempat terhadap perilaku tanah lunak dan struktur rangka baja diatasnya.
Penelitian dilakukan dengan data NSPT salah satu daerah di Pekalongan dengan
data gempa Kepulauan Mentawai pada tahun 2007. Data diproses menggunakan
perangkat lunak Seismosignal, NERA, dan SAP2000. Hasil Analisa menunjukan
perbesaran respon spektra dari dasar tanah kedalaman 40m hingga ke permukaan
tanah sebesar 0,44 g. Rasio Amplifikasi gempa dari dasar tanah kedalaman 40m
hingga ke permukaan tanah sebesar 6,077 pada frekuensi 177,77 hertz. Perbedaan
respon akselerasi maksimum antara input dengan output hasil analisis sebesar 0,62
g. Rerata analisis dinamis terhadap bangunan rangka baja menghasilkan
perpindahan tiap lantai sebesar 5,7 cm
Kata Kunci : Respon Spektra, Amplifikasi, NERA, Time History, Gempa
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ...............................................................................................i
PERSETUJUAN PEMBIMBING ....................................................................... ii
PENGESAHAN .................................................................................................... iii
PERNYATAAN KEASLIAN .............................................................................. iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ......................................................................... v
KATA PENGANTAR ...........................................................................................vi
ABSTRAK .......................................................................................................... viii
DAFTAR ISI ..........................................................................................................ix
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ................................................................................................xiv
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xv
DAFTAR SIMBOL ............................................................................................ xvi
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ............................................................................................. 1
1.2. Identifikasi Masalah ............................................................................................. 4
1.3. Rumusan Masalah .................................................................................................. 5
1.4. Batasan Masalah ................................................................................................... 5
1.5. Tujuan Penelitian ........................................................................................... 6
1.6. Manfaat penelitian ......................................................................................... 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 8
2.1. Tinjauan Pustaka .......................................................................................... 8
2.2. Landasan Teori ........................................................................................... 11
2.2.1. Gempa Indonesia .................................................................................. 11
2.2.2. Konsep Non linear dan model histeritik ....................................................... 13
2.2.3. Konsep Analisis respon tanah satu dimensi ................................................ 24
2.2.4. Perngkat Lunak NERA ......................................................................... 27
2.2.5. Modifikasi Time History sesuai Respon Spektra Target ............................. 28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN .......................................................... 29
3.1. Lokasi Penelitian .................................................................................................. 29
3.2. Alat dan Bahan ..................................................................................................... 30
3.3. Bagan Alir Penelitian ........................................................................................... 32
3.4. Pengumpulan Parameter ....................................................................................... 33
2.2.6. Data Penyelidikan Tanah .............................................................................. 33
2.2.7. Data Gempa ................................................................................................... 35
2.2.8. Grafik Respon Spektra PUSKIM ................................................................... 36
2.2.9. Permodelan Struktur 2 Dimensi .................................................................... 37
3.5. Desain Respon Spesifik Situs Dengan NERA ...................................................... 38
3.5.1 Permodelan Gempa ....................................................................................... 38
3.5.2 Permodelan Tanah ....................................................................................... 39
3.6. Desain Pembebanan Dinamis Gempa .................................................................. 40
3.6.1. Kategori Resiko Struktur Banguna (I-IV) dan Faktor Keutamaan (𝐼𝑒) .......... 40
3.6.2. Penentuan Kelas Situs (SA-SF) ..................................................................... 43
3.6.3.Faktor 𝑅, 𝐶𝑑, dan Ω0 ................................................................................ 44
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN ....................................................... 45
4.1. Analisis Respon Spesifik Situs Metode Non Linear............................................. 45
4.1.1. Permodelan Gempa Pada NERA ................................................................... 45
4.1.2. Analisis Data Tanah Pada NERA .................................................................. 46
4.1.3. Output ............................................................................................................ 53
4.2. Analisis Pembebanan Dinamik Gempa Berdasarkan Perhitungan Metode Non
Linear Respons Spesifik Situs .............................................................................. 58
4.2.1. Permodelan Struktur 2 Dimensi .................................................................... 58
4.2.2. Input Beban Lateral ....................................................................................... 59
4.2.3. Input Beban Time History ............................................................................. 60
4.2.4. Input Beban Respon Spektrum ...................................................................... 60
4.2.5. Analysis Case pada setiap Beban .................................................................. 63
4.2.5.1. Linear Statik (LAT) ....................................................................... 63
4.2.5.2. Modal Analisis (MODAL) ............................................................ 64
4.2.5.3. Respon Spektrum SRSS ................................................................ 64
4.2.5.4. Respon Spektrum CQC ................................................................. 64
4.2.5.5. Linear Modal Time History (MHIST) ........................................... 65
4.2.5.6. Linear Direct Time History (DHIST) ............................................ 67
4.2.6. Perhitungan Rangka Baja Pada SAP2000 ..................................................... 68
4.2.6.1. Koefisien yang diperhitungkan untuk momen non merata (𝐶𝑚)
(AISC Equation A-8-4) ................................................................. 68
4.2.6.2. Kekuatan Tekuk Kritis Elastis Komponen Struktur (𝑃𝑒1) (AISC
Equation A-8-5) .................................................................... 69
4.2.6.3. Mencari 𝐵1 .......................................................................................................................... 70
4.2.6.4. Menghitung 𝐵2 (AISC Equation A-8-6) ...................................... 71
4.2.6.5. Faktor modifikasi tekuk torsi-lateral untuk diagram momen tak
merata (𝐶𝑏) (AISC Equation F1-1) ........................................ 71
4.2.6.6. Flens (Tabel 5.3 Equation) .......................................................... 73
4.2.6.7. Web (Tabel 5.3 Equation) ............................................................ 74
4.2.6.8. Perhitungan 𝑝ℎ𝑖 × 𝑀𝑛 .................................................................................... 74
4.2.6.9. Menghitung J (LRFD Halaman 72) ............................................. 75
4.2.6.10. Menghitung 𝐿𝑟 (AISC Equation F2-6) ......................................... 75
4.2.6.11. Menghitung 𝐿𝑝 (AISC Equation F2-5) .................................. 75
4.2.6.12. Perhitungan 𝑝ℎ𝑖 × 𝑉𝑛 .................................................................................................................................................................................... 77
4.2.7. Output ............................................................................................................ 78
4.2.7.1. Displacement, Gaya Aksial, Momen ............................................ 78
4.2.7.2. Simpang Antar Lantai Menurut SNI 1726:2012 .......................... 79
4.3. Hasil dan Pembahasan ............................................................................................ 80
BAB V PENUTUP ................................................................................................ 83
4.1. Simpulan ................................................................................................................. 83
4.2. Saran ....................................................................................................................... 84
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 85
LAMPIRAN ......................................................................................................... 90
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1. Pergerakan Lempeng Bumi di Indonesia ........................................................ 11
2.2. Peta Cincin Api Pasifik ................................................................................... 12
2.3. Peta Zonasi Gempa Indonesia ......................................................................... 12
2.4. Permodelan Tegangan – Regangan Iwan dan Mroz (1967) ............................ 14
2.5. Kurva backbone selama pemuatan (kiri) dan loop tegangan-regangan
histeris dari model IM selama siklus pemuatan (kanan) ................................. 14
2.6. Area 𝐴𝑖,𝑙𝑖, dan 𝐽𝑖 digunakan untuk perhitungan loop histeristik model IM
selama siklus pembebanan. ............................................................................. 18
2.7. Contoh Perhitungan Rasio Redaman dari Sebuah Kurva G/Gmax ................. 21
2.8. Contoh Kedua Perhitungan Rasio Redaman dari Sebuah Kurva G/Gmax ..... 22
2.9. Sistem Tanah Berlapis Satu Dimensi dan Diskritisasi Spasialnya .................. 24
2.10. Terminologi dalam analisis respons situs, dan amplitudo gelombang geser
di berbagai lokasi ............................................................................................ 25
3.1. Lokasi penelitian ............................................................................................. 29
3.2. Bagan Alir Penelitian ...................................................................................... 32
3.3. Bor Log BH-01 ............................................................................................... 33
3.4. Bor Log BH-01 (lanjutan) ............................................................................... 34
3.5. Data Gempa Dalam Bentuk .SMC .................................................................. 36
3.6. Grafik Respon Spektra PUSKIM Kota Pekalongan ........................................ 37
3.7. Permodelan Struktur 2 Dimensi Example 22 .................................................. 38
4.1. Tabel time & acceleration pada Seismosignal ................................................ 46
4.2. Grafik Akselerogram NERA ........................................................................... 46
4.3. Kurva G/Gmax dan Damp Ratio Tanah Lunak ............................................... 48
4.4. Kurva G/Gmax dan Damp Ratio Tanah Sedang ............................................. 49
4.5. Kurva G/Gmax dan Damp Ratio Tanah Keras ................................................ 50
4.6. Input Profil Lapisan Tanah pada NERA ......................................................... 53
4.7. Akselerasi Maksimum Tanah Situs ................................................................. 54
4.8. Kecepatan Relatif Maksimum Tanah Situs ..................................................... 54
xiii
4.9 Pergeseran Relatif Maksimum Situs ................................................................ 55
4.10. Perbandingan Fungsi Transfer Antara Permukaan dan Batuan Dasar .......... 56
4.11. Perbandingan Akselerasi Respon Spektra Pada Permukaan dan Dasar
Tanah ............................................................................................................ 56
4.12. Perbandingan Akselerasi Respon Spektra ..................................................... 57
4.13. Input Beban Lateral pada SAP2000 .............................................................. 60
4.14. Akselerogram pada Layer 1 .......................................................................... 61
4.15. Input Beban Time History pada SAP2000 .................................................... 61
4.16. Respon Spektrum pada Permukaan Tanah .................................................... 62
4.17. Input Beban Respon Spektrum pada NERA ................................................. 63
4.18. Input Analysis Case SRSS ............................................................................ 64
4.19. Input Analysis Case CQC ............................................................................. 65
4.20. Input Analysis Case MHIST1 ....................................................................... 66
4.21. Input Analysis Case MHIST2 ....................................................................... 66
4.22. Input Analysis Case DHIST 1 ....................................................................... 67
4.23. Input Analysis Case DHIST 2 ....................................................................... 67
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1. Algoritma Perhitungan Tegangan untuk Penambahan Regangan Iwan dan
Mroz .............................................................................................................. 16
3.1. Soil Properties pada software NERA .............................................................. 35
3.2. Tabel Korelasi N-SPT dengan Vs ................................................................... 39
3.3. Kategori Resiko Bangunan Gedung dan Non Gedung.................................... 40
3.4. Faktor Keutamaan Gempa............................................................................... 42
3.5. Klasifikasi Situs .............................................................................................. 43
3.6. Faktor R, Cd, dan Ω0 Untuk Sistem Penahan Gaya Gempa ........................... 44
4.1. Modulus Geser Tanah Lunak (Ishibashi dan Zhang) ...................................... 48
4.2. Modulus Geser Tanah Sedang (Ishibashi dan Zhang)..................................... 49
4.3. Modulus Geser Tanah Keras (Ishibashi dan Zhang) ....................................... 50
4.4. Soil Material Type Untuk Setiap Lapisan ....................................................... 52
4.5. Nilai N-SPT Setiap Lapisan ............................................................................ 53
4.6. Output Displacement,Gaya Aksial dan Momen pada Setiap Analisis ............ 78
4.7. Output Time Periods (Analysis Case MODAL) ............................................. 78
4.8. Perhitungan Simpang Antar Lantai ................................................................. 79
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Data N-SPT RSU Budi Rahayu Pekalogan .................................................... 89
2. Mencari Data Gempa Time History ................................................................ 91
3. Pengolahan Data Gempa berformat StrongMotion CD (SMC) ...................... 94
4. Output NERA .................................................................................................. 99
5. Output SAP ................................................................................................... 100
xvi
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan
A Amplitudo
Cb Faktor modifikasi tekuk torsi lateral
Cd Faktor perbesaran defleksi
Cm Koefisien perhitungan momen non merata
d Perpindahan horizontal
E Modulus elastisitas baja
Fa Faktor amplifikasi
Fy Tegangan leleh baja
g Percepatan gravitasi
G Modulus geser tanah
GMax Modulus geser tanah maksimal
𝐻 Modulus Tangensial
𝐻0 Titik berat flens
h Ketinggian
hsx Tinggi lantai
Hz Frekuensi
Ie Faktor keutamaan gempa
𝐽 Konstanta puntir
K Faktor Panjang efektif
L Panjang komponen struktur
𝑀𝑚𝑎𝑥 Nilai absolut momen maksimum
Mu33 Momen mayor pada struktur
xvii
Mu22 Momen minor pada struktur
Mw Momen magnitude
N Jumlah pukulan
R Koefisien modifikasi respons
rts Radius girasi
Pe1 Kekuatan tekuk kritis elastis
Pu Kekuatan axial yang diperlukan
Pr Gaya eksternal
Sa Spektrum respons percepatan desain
Ss Percepatan batuan periode pendek
S1 Percepatan batuan periode 1 detik
t Waktu
Ux Pergesaran struktur arah sumbu X
Vs Kecepatan gelombang geser
Ws Energi regangan maksimal
Wd Energi yang hilang
Regangan geser
z Kedalaman
𝛼 Faktor penyesuaian
𝑎 Simpang antar lantai yang diijinkan
ΔT Selang waktu
Ω0 Faktor kuat lebih sistem
τ Tegangan geser
ϒsat Berat isi tanah dibawah muka air tanah
ϒunsat Berat isi tanah diatas muka air tanah
xviii
ρ Massa jenis tanah
ζ Rasio redaman
Perpindahan yang diperbesar
𝑒 Selisih perpindahan antar lantai
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kota Pekalongan, adalah salah satu kota di Provinsi Jawa Tengah. Kota
Pekalongan membentang antara 6º50’42”–6º55’44” LS dan 109º37’55”–
109º42’19” BT. Berdasarkan koordinat fiktifnya, Kota Pekalongan membentang
antara 510,00 – 518,00 Km membujur dan 517,75 – 526,75 Km melintang, dimana
semuanya merupakan daerah datar, tidak ada daerah dengan kemiringan yang
curam. Kota Pekalongan memiliki jenis tanah yang berwarna agak kelabu dengan
jenis aluvial kelabu kekuningan dan aluvial yohidromorf. Daerah Pantura Jawa
Tengah (Pemalang, Pekalongan dan Semarang) memiliki potensi resiko bahaya
gempabumi cukup tinggi. Indek resiko gempabumi maksimum adalah setara
dengan intensitas maksimum VIII MMI (Semarang), VII MMI (Pemalang) dan VI
MMI (Pekalongan) dengan percepatan maksimum terhitung (desain) untuk selang
waktu 100 tahun berturut-turut Semarang 0,15 g, Pemalang 0, 049 g dan
Pekalongan 0,038g (Ikatan Ahli Geologi Indonesia, 2013).
2
Gempa bumi adalah peristiwa dinamik yang menimbulkan getaran
gelombang pada tanah lalu menggetarkan struktur atau nonstruktur yang berada di
atas tanah tersebut. Banyaknya pola goyangan yang dihasilkan akibat gempa
sebanding dengan banyaknya jumlah tingkat struktur. Pada kejadian gempa yang
sama jika ditempatkan pada lokasi yang berbeda dampaknya belum tentu juga akan
sama, selain kekuatan getaran, jarak, soil properties atau kondisi tanah setempat
juga mempengaruhi dampak gempa yang terjadi. Jenis tanah, ketebal lapisan tanah
atau sedimen yang berada di atas batuan dasar adalah kuantifikasi faktor
amplifikasi yang terjadi pada suatu lokasi kajian menjadi permasalahan utama
untuk mengetahui respons tanah permukaan (ground response) terhadap
gelombang gempa.
Pendekatan dasar umum digunakan untuk mewakili perilaku tegangan-
regangan tanah selama pembebanan siklik, untuk aplikasi dalam analisis respons
situs, dimana tanah dimodelkan oleh serangkaian elemen gesekan, menggunakan
aturan Masing untuk menetapkan bentuk siklus, kurva hysteresis, dalam studi ini,
efek utama dari nonlinier material yaitu peningkatan periode pada situs dan
redaman material seiring dengan meningkatnya intensitas gerakan tanah (Seed
HB, 1970).
Penggunaan respon spektra (respon spectrum) dan analisis riwayat waktu
(time history) merupakan penyederhanaan yang sering digunakan dalam
menganalisis efek gempa terhadap struktur bangunan. Parameter seperti jenis
tanah, lokasi muka air, kedalaman lapisan tanah yang digunakan, garis potong
3
modulus geser (shear modulus), rasio redaman regangan rendah (damp ratio) pada
analisis respon situs perlu diperhitungkan untuk mendapatkan evaluasi yang lebih
akurat. Walaupun beberapa parameter seperti rasio redaman regangan rendah dan
variasi tabel air hanya memiliki pengaruh kecil pada analisis respon situs (Arslan,
2006).
Dikarenakan parameter – parameter diatas memungkinkan terjadinya
perbesaran kekuatan gempa bumi akibat profil tanah, maka penulis melakukan
penelitian menggunakan metode Non Linear Analisis Respons Spesifik Situs,
dimana penelitian tersebut akan menunjukkan besarnya perbesaran kekuatan
gempa bumi di tiap lapisan tanahnya dari lapisan dasar hingga ke lapisan paling
atas atau permukaan tanah berdasarkan kondisi tanah setempat.
Penelitian ini bisa dikembangkan untuk para engineer struktur mengenai
perencanaan pembebanan dinamik gempa pada suatu bangunan sipil yang akan
dibangun, karena dimungkinkan para engineer struktur hanya menggunakan data
beban dinamik gempa (Respon Spektrum dan Time History) pada lapisan tanah
tertentu, padahal seperti yang sudah dikatakan diatas bahwa kekuatan gempa bumi
akan berubah seiring bergantinya jenis tanah di setiap lapisan.
NERA (Nonlinear Earthquake Site Response Analysis) merupakan salah
satu program aplikasi komputer untuk menganalisis perubahan kekuatan gempa
selama gempa bumi terjadi. NERA membutuhkan data gempa berupa time history
dan data tanah pada lokasi yang terjadi gempa bumi. Program analisis respons situs
4
non liniear ini didasarkan menggunakan model material yang dikembangkan oleh
Iwan dan Mroz pada tahun 1967.
Penulis juga akan menyajikan hasil penelitian dalam bentuk struktur
bangunan 2 dimensi yang telah disediakan oleh program komputer SAP2000 v.10
1.2. Identifikasi Masalah
Kota Pekalongan terletak pada daerah pantura Jawa Tengah, yang mana
daerah tersebut termasuk daerah yang memiliki potensi gempa bumi yang cukup
tinggi (Ikatan Ahli Geologi Indonesia, 2013) dengan jenis tanah alluvial yang
tergolong tanah lunak. Mengingat bukan hanya titik episentrumnya saja melainkan
profil tanah juga memberikan pengaruh pada gempa bumi, kuantifikasi faktor
amplifikasi yang terjadi pada suatu lokasi kajian tersebut menjadi permasalahan
utama untuk mengetahui respons tanah permukaan (ground response) terhadap
gelombang gempa. Alasan penulis melakukan penelitian menggunakan metode
Non Linear Analisis Respons Spesifik Situs karena metode Non Linear (NL)
mensimulasikan respons tegangan-regangan histeris tanah yang mampu
merepresentasikan perilaku aktual tanah jauh lebih akurat dan lebih realistis,
sehingga dalam perhitungan amplifikasi kekuatan gempa menjadi lebih akurat.
5
1.3. Rumusan Masalah
a. Bagaimana perilaku tanah amplifikasi percepatan batuan dasar untuk time
history dan respon spektrum di setiap lapisan tanah pada saat terjadi gempa
bumi menggunakan program komputer NERA?
b. Bagaimana pengaruh profil tanah dan data gempa setempat terhadap
percepatan maksimum respon spektrum sebelum dan sesudah penelitian?
c. Bagaimana perilaku struktur bangunan setelah diberi beban statik dan
dinamis?
1.4. Batasan Masalah
Untuk mencapai tujuan penelitian di atas, maka dalam penelitian ini
diperlukan batasan untuk ruang lingkup pembahasan. Pembatasan masalah dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Data gempa berformat Strong Motion CD (.SMC) yang diperoleh dari USGS
(United States Geological Survey). Merupakan data gempa Kepulauan
Mentawai, Indonesia yang terjadi pada tanggal 13 September 2007 direkam
pada stasiun pulau Sikuai oleh CTO (California Tectonics Observatory).
b. Data tanah yang digunakan adalah data N-SPT di daerah Kota Pekalongan.
c. Pengolahan data SMC menggunakan program komputer Seismosignal 2018
d. Permodelan lapisan tanah, amplifikasi kekuatan gempa, percepatan batuan
dasar, time history dan respon spektra pada setiap lapisan tanah dihitung
6
melalui program komputer NERA (Nonlinear Earthquake Site Response
Analysis).
e. Permodelan struktur bangunan menggunakan template Problem-Example 1-
022 (Frame-Two Dimentional Moment Frame with Static and Dynamic
Loads) yang disediakan oleh program komputer SAP2000 v.10
f. Analisa struktur bangunan dihitung menggunakan SAP2000 v.10
1.5. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini adalah :
a. Menganalisis perbedaan perilaku tanah, amplifikasi percepatan batuan dasar
untuk time history dan respon spektrum di setiap lapisan tanah pada saat terjadi
gempa bumi menggunakan program komputer NERA.
b. Menganalisis pengaruh soil properties terhadap respon spektrum sebelum dan
sesudah hasil penelitian penulis dengan standard yang ditentukan oleh Desain
Spektra Indonesia (PUSKIM) menggunakan program komputer Seismosignal
2018.
c. Menganalisis perilaku struktur bangunan setelah diberi beban statik dan
dinamik berdasarkan hasil penelitian menggunakan program komputer
SAP2000 v10.
7
1.6. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penulisan skripsi ini adalah :
a. Untuk mengetahui perbedaan perilaku tanah, amplifikasi percepatan batuan
dasar untuk time history dan respon spektrum di setiap lapisan tanah pada saat
terjadi gempa bumi menggunakan program komputer NERA.
b. Untuk mengetahui pengaruh soil properties terhadap respon spektrum antara
hasil penelitian penulis dengan standard yang ditentukan oleh Desain Spektra
Indonesia (PUSKIM).
c. Untuk mengetahui perilaku struktur bangunan setelah diberi beban statik dan
dinamik berdasarkan hasil penelitian menggunakan program komputer
SAP2000 v10 .
d. Untuk pengembangan penelitian dari kasus gempa Pekalongan
8
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Setelah melakukan studi literatur terhadap beberapa penelitian, ada beberapa
penelitian yang memiliki keterkaitan dengan penelitian yang akan dilakukan.
Penelitian pertama yang memiliki keterkaitan yaitu penelitian yang dilakukan
oleh Vidya A H (2017), tujuan penelitan ini adalah melakukan analisis respon
spesifik situs pada suatu wilayah di kota Surabaya menggunakan metode
Deterministic Seismic Hazard Analisis (DSHA) dengan menggunakan software
Nonlinear Earthquake site Response Analyses (NERA). Pada penelitian tersebut
menggunakan parameter berupa data percepatan tanah di batuan dasar.
Hasil penelitian tersebut menyatakan bahwa hasil nilai percepatan tanah di
batuan dasar untuk wilayah Surabaya dengan memperhitungkan keberadaan sesar
Kendeng memiliki nilai berkisar antara 0.26g - 0.71g. Model percepatan tanah di
permukaan untuk lokasi yang ditinjau pada koordinat 112,74830 BT dan 7,2890
LS memiliki nilai maksimum sekitar 0.34g.
Penelitian kedua yang memiliki kemiripan yaitu penelitian yang dilakukan oleh
Dilla A L, dkk (2017, penelitian ini bertujuan untuk membandingkan analisis
linier respon spektra dan linier time history. Gedung didesain dengan analisis
respon spektra kemudian desain tersebut dievaluasi dengan analisis linier time
9
history. Penelitian ini menggunakan 3 data rekaman gempa yaitu gempa Kobe,
Imperial Valley dan Tabas.
Hasil studi menunjukkan adanya perbedaan antara kedua analisis tersebut. Nilai
base shear respon spektra lebih besar dibandingkan analisis linier time history.
Presentase penurunan nilai base shear dari 3 (tiga) gempa dengan analisis linier
time history terhadap respon spektra yaitu sebesar 4,69% Imperial Valley - y; 8,1
% Tabas -x dan 12,1 % Tabas - y. Hasil simpangan dengan respon spektra aman
terhadap simpangan ijin, kemudian dievaluasi dengan analisis linier time history
masih dalam kategori aman tapi pada simpangan arah - x, gempa imperial valley
melebihi simpangan respon spektra dan arah y di beberapa lantai melebihi respon
spektra. Data simpangan menunjukkan bahwa gempa imperial valley
menyebabkan simpangan terbesar dari ketiga gempa yang ditinjau.
Penelitian ketiga yang memiliki kemiripan yaitu penelitian dari Renata A. W.
dan Bianca F (2013) , tujuan dari penelitian ini adalah melakukan analisa respon
spektra yang akan dituangkan dalam peta persebaran faktor amplifikasi dan
spektra percepatan pada wilayah Kota Semarang. Penelitian tersebut
menggunakan data SPT dan 4 data gempa yang berbeda yang bertujuan sebagai
pembanding.
Hasil dari penelitian tersebut yaitu perbandingan nilai faktor amplifikasi (Af)
menunjukan bahwa Gempa El Centro lebih kecil dari ketiga gempa lainnya.
Karena Af ketiga gempa lainnya lebih besar, maka perancangan struktur anti
gempa selama ini, yang hanya menggunakan Gempa El Centro sebagai acuan
10
tunggal kurang aman. Kemudian perbandingan nilai percepatan spektra (PGA,
T=0,2, T=1) menunjukan bahwa Gempa El Centro lebih kecil dari ketiga gempa
lainnya. Karena percepatan spektra (PGA, T=0,2, T=1) ketiga gempa lainnya lebih
besar, maka perancangan struktur anti gempa selama ini, yang hanya
menggunakan Gempa El Centro sebagai acuan tunggal kurang aman. Berdasarkan
ketentuan SNI 03-1726-2002, wilayah gempa 2, memiliki 3 jenis tanah, yaitu tanah
keras, sedang dan lunak. Namun, berdasarkan hasil penelitian, Kota Semarang
yang berada pada wilayah gempa 2, terdiri oleh jenis tanah lunak di bagian utara
dan barat, dan jenis tanah sedang di bagian selatan. Sedangkan tanah keras, hanya
muncul pada satu titik saja. Maka klasifikasi tanah pada SNI 03-1726-2002 kurang
valid.
Beberapa penelitian diatas memiliki persamaan dengan penelitian yang akan
dilakukan yaitu mengenai tema yang akan diteliti, sama-sama meneliti tentang
analisis respons spektra dan kinerja struktur berdasarkan respon spektra spesifik
situs.
Dengan demikian, meskipun di atas telah disebutkan adanya penelitian dengan
tema yang serupa dengan penelitian yang akan dilakukan, akan tetapi mengingat
subjek, objek dan tempat penelitian yang berbeda, maka pada penelitian ini akan
dilakukan penelitian mengenai Analisis Dinamis Bangunan Rangka Baja Pada
Daerah Tanah Lunak Berdasarkan Analisis Respons Spektra Spesifik Situs
Menggunakan Software NERA.
11
2.2. Landasan Teori
2.2.1. Gempa Indonesia
Indonesia berada di jalur gempa teraktif di dunia karena dikelilingi
oleh Cincin Api Pasifik dan berada di atas tiga tumbukan lempeng benua,
yakni, Indo-Australia dari sebelah selatan, Eurasia dari utara, dan Pasifik
dari timur. Kondisi geografis ini di satu sisi menjadikan Indonesia sebagai
wilayah yang rawan bencana letusan gunung api, gempa, dan tsunami
namun di sisi lain menjadikan Indonesia sebagai wilayah subur dan kaya
secara hayati. Jalur Cincin Api juga memberikan potensi energi tenaga
panas bumi yang dapat digunakan sebagai sumber tenaga alternatif.
Gambar 2.1 Pergerakan Lempeng Bumi di Indonesia
(Sumber : google)
12
Gambar 2.2 Peta Cincin Api Pasifik
(Sumber : google)
Gambar 2.3 Peta Zonasi Gempa Indonesia
(Sumber : kemenpupr)
13
2.2.2. Konsep Non Linear dan Model Histeritik
Iwan (1967) dan Mroz (1967) mengusulkan untuk memodelkan
kurva tegangan-regangan nonlinear menggunakan serangkaian (n) elemen
mekanis, memiliki (ki) kekakuan yang berbeda dan ketahanan geser (Ri).
Setelah itu mereka menyebut model itu dengan IM Model, dimana
ketahanan geser (Ri) tersebut memiliki peningkatan resistensi (i.e., R1 < R2
< R3 … Rn) .
Awalnya tegangan sisa di semua slider (Ri) sama dengan nol. Selama
pembebanan monotonik, slider i dihasilkan ketika tegangan geser τ
mencapai Ri. Setelah dihasilkan, slider i mempertahankan tegangan sisa
positif yang nilainya sama dengan Ri.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4, kurva tegangan-regangan
yang dihasilkan oleh model IM untuk dua slider (yaitu, n = 2) adalah linear
sebagian, sedangkan kemiringan yang sesuai dan modulus tangensial H
bervariasi dalam pengerjaannya. Dalam kasus model IM dengan n slider,
kenaikan tegangan dτ dan kenaikan regangan dγ dihubungkan melalui :
𝑑𝜏 = 𝐻 ............................................................................................................................. .......(2.1)
𝑑𝛾
Dimana modulus tangensial H adalah :
𝐻1 = 𝑘1 , Jika 0 ≤ τ ≤ R1
𝐻2 = (𝑘−1 + 𝑘−1)−1 Jika R1 ≤ τ ≤ R2
1 2
14
𝐻𝑛−1 = (𝑘−1 + 𝑘−1 + ⋯ + 𝑘−1 )−1 Jika Rn-2 ≤ τ ≤ Rn-1 1 2 𝑛−1
𝐻𝑛 = (𝑘−1 + 𝑘−1 + ⋯ + 𝑘−1 + 𝑘−1)−1 Jika Rn-1 ≤ τ ≤ Rn 1 2 𝑛−1 𝑛
𝐻 = 0 Jika τ = Rn
Gambar 2.4 Permodelan Tegangan – Regangan Iwan dan Mroz (1967)
(Sumber : NERA)
Gambar 2.5 Kurva backbone selama pemuatan (kiri) dan loop tegangan-regangan
histeris dari model IM selama siklus pemuatan (kanan)
(Sumber : NERA)
15
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.5, kurva tegangan-
regangan selama pemuatan disebut kurva backbone. Saat pemuatan
berubah arah (i.e., Unloading), tegangan sisa di slider i berkurang. Model
IM mengasumsikan bahwa parameter Ri adalah konstan sedangkan
tegangan belakang (αI) bervariasi selama proses pemuatan. Seperti yang
ditunjukkan pada Gambar. 2.5, kurva tegangan-regangan siklik adalah
histeretik, dan mengikuti aturan Masing (Masing, 1926). Kurva CDEF
diperoleh dari kurva OABC dengan simitude dengan faktor 2.
Kurva tegangan-regangan dari model IM dapat dihitung dengan
menggunakan algoritma dari Tabel 1. algoritma ini mengembalikan nilai
yang tepat dari tegangan τ secara independen dari amplitudo kenaikan
regangan ∆γ. Pada awalnya, algoritma mencoba untuk menghitung
kenaikan tegangan ∆τ menggunakan kenaikan regangan ∆γ dan modulus
H1. Jika τ + ∆τ ≤ α1 + R1 (memuat), maka τ + ∆τ diterima; tegangan lebih
kecil daripada tegangan slider 1. Jika τ + ∆τ > α1 + R1, kenaikan regangan
∆γ terlalu besar, dan tegangan τ + ∆τ melebihi tegangan luluh slider 1;
modulus tangensial dari respons tegangan-regangan adalah H1 hanya untuk
kenaikan tegangan ∆τ = αi + Ri - τ dan peningkatan regangan ∆τ / H1.
Algoritma ini diterapkan kembali ke slider 2, bukan slider 1,
menggunakan kenaikan regangan sisa ∆γ - ∆τ / H1. Algoritma ini diulang
untuk slider lain sampai τ + ∆τ menjadi lebih kecil dari tegangan luluh
16
slider j. Setiap kali, kenaikan regangan yang tersisa dirujuk sebagai ∆x pada
Tabel 1 yang menjadi lebih kecil.
Tekanan balik slider 1 hingga j-1 selalu diperbarui. Algoritma dari
Tabel 1 berfungsi untuk memuat dan menurunkan melalui penggunaan
variabel x, dimana nilai 1 untuk memuat dan –1 untuk pembongkaran.
Tabel 2.1 Algoritma Perhitungan Tegangan untuk Penambahan Regangan
Iwan dan Mroz.
17
Kurva nonlinear backbone pada gambar 2.5 dapat diistilahkan variasi
dari modulus geser secant G dengan regangan geser , terutama dengan n
pada titik ke-n , contohnya 𝐺𝑖 − 1, 𝑖 = 1, … , 𝑛. Maka, modulus geser
tangential 𝐻𝑖 berhubungan dengan modulus secant 𝐺𝑖 seperti berikut:
𝐻 = 𝐺𝑖+1𝑖+1−𝐺𝑖𝑦𝑖 𝑖 = 2, … , 𝑛 − 1 𝑑𝑎𝑛 𝐻
= 0 ............................................... (2.2)
𝑖 𝑖+1−𝑖 𝑛
Dengan asumsi bahwa backstress αi mulanya sama dengan nol, maka 𝑅𝑖 :
𝑅𝑖 = 𝐺𝑖𝑦𝑖 𝑖 = 1, … , 𝑛 ..................................................................................... (2.3)
Persamaan 2.2 dan 2.3 menjelaskan bahwa kuat geser maksimum adalah
𝑅𝑛 = 𝐺𝑛𝑦𝑛 , ditentukan oleh titik terakhir dari kurva 𝐺 − . Ketika
𝐺/𝐺𝑚𝑎𝑥 ditentukan, maka persamaan 2.2 dan 2.3 menjadi:
𝐻 = 𝐺 𝐺𝑖+1𝑖+1−𝐺𝑖𝑦𝑖 𝑖 = 2, … , 𝑛 − 1 𝑅
= 𝐺 𝐺 𝑦 𝑖 = 1, , 𝑛 ............... (2.4) 𝑖 𝑚𝑎𝑥 𝑖+1−𝑖
Dimana 𝐺𝑖 = 𝐺𝑖 /𝐺𝑚𝑎𝑥
𝑖 𝑚𝑎𝑥 𝑖 𝑖
Pada gambar 5 saat kurva tegangan regangan mengikuti persamaan
Masing (Masing, 1926), pada area 𝐼𝑖 dan 𝐽𝑖 bersamaan dengan menurunkan
dari +𝑖 ke −𝑖 dan pengulangan dari −𝑖 ke +𝑖, masing-masing, empat
kali lebih besar daripada area 𝐴𝑖 di bawah kurva tegangan-regangan untuk
muatan dari 0 ke . Area 𝐴𝑖, 𝑙𝑖, dan 𝐽𝑖 didenifisikan sebagai:
𝐴 = 𝑖 𝑑 𝐼 = −𝑖(
− )𝑑 = −4𝐴, dan 𝑖 ∫0 𝑖 ∫ 𝑖
𝑖
𝐽 = ∫𝑖 ( − )𝑑 = 4𝐴 ............................................................................... (2.5)
𝑖 −𝑖 𝑖 𝑖
18
Energi yang hilang 𝑊𝑑𝑖 saat selama berlangsungnya siklus dari
amplitude regangan 𝑖, yang merupakan area loop histeristik, adalah:
𝑊𝑑 = ∮ 𝑑 = 𝑖
∫−𝑖 𝑑 + 𝑖
𝑖
−𝑖 𝑑 = −𝐼𝑖 + 𝐽𝑖 − 4𝑖 𝑖 = 8𝐴𝑖 − 4𝑖 𝑖
𝑖 = 1, … , 𝑛 ......................................................................................................... (2.6)
Gambar 2.6 Area 𝐴𝑖, 𝑙𝑖, dan 𝐽𝑖 digunakan untuk perhitungan loop histeristik model
IM selama siklus pembebanan.
(Sumber : NERA)
∫
19
Ketika kurva tegangan-regangan linear lurus dan dihasilkan oleh n
titik diskrit (𝑦𝑖, 𝐺𝑖𝑦𝑖), 𝐴𝑖 menjadi :
𝐴 = 0 dan 𝐴 = 1 ∑𝑖
( 𝐺 + 𝐺 )( − ) 𝑖 = 1, … , 𝑛 ................. (2.7) 𝑖 𝑖 2 𝑗=2 𝑗 𝑗 𝑗−1 𝑗−1 𝑗 𝑗−1
Maka persamaan 2.6 menjadi:
𝑊𝑑 = 8𝐴𝑖 − 4𝐺𝑖2 𝑖 = 1, … , 𝑛 ......................................................................... (2.8)
Energi regangan maksimum yang tersimpan dalam sistem adalah:
1 2
𝑊𝑠𝑖 = 2 𝐺𝑖𝑖
..................................................................................................... (2.9)
Rasio redaman kritis 𝑖 pada regangan geser 𝑖 dapat di jabarkan:
= 0 dan =
𝑊𝑑𝑖 = 2
( 2𝐴𝑖 − 1) 𝑖 = 1, … , 𝑛 ...........................................(2.10)
𝑖 𝑖 4𝑊𝑠𝑖 𝐺𝑖2
Ketika regangan geser melebihi 𝑛 model IM mengasumsikan
regangan geser sama dengan kuat regangan 𝑅𝑛. Dalam kasus ini, modulus
secant 𝐺 dan rasio redaman menjadi:
𝐺 = 𝑅𝑛 dan 2 2(𝐴𝑛+𝑅𝑛(−𝑛))
=
( 𝑅𝑛
) untuk 𝛾 > 𝛾𝑛 ............................................................. (2.11)
Untuk regangan geser yang sangat besar, modulus secant mendekati
nol dan rasio redaman mendekati 2/ :
𝐺 → 0 dan → 2
ketika → ∞ .................................................................................... (2.12)
Persamaan 2.10 menyataka bahwa bergantung pada bentuk kurva
G/Gmax-, namun Gmax berdiri sendiri. Model IM berasumsi bahwa
perputaran hysteretic stress-strain mengikuti Masing similitude. Material
20
parameter ini ( i.e., Hi dan Ri I = 1,..,n) diselesaikan secara komputerisasi
dari data titik Gi-I , I = 1,..., n. dimana ditandai pada kurva G-. Model
IM dapat ditempatkan pada kurva G- yang sama sebagai linear setara
dengan model. Bagaimanapun juga kurva rasio redaman pada Model IM
terkalkulasi menggunakan persamaan 2.10. Mereka tidak dapat
digambarkan sendiri seperi dalam kasus model kesetaraan linear. Pada
kesimpulannya, model IM dan model kesetaraan linear dapat dimasukan ke
kurva G- yang sama tapi pada umumnya dapat menghasilkan kurva rasio
redaman yang berbeda. Gambar 2.7 dan 2.8 memberikan contoh
perhitungan rasio redaman dari kurva G/Gmax-, dan membandingkan ke
rasio redaman yang menggunakan model kesetaraan linear di kasus
lempung dan pasir (Idriss, 1990)
21
Gambar 2.7 Contoh Perhitungan Rasio Redaman dari Sebuah Kurva G/Gmax-
(Sumber : NERA)
22
Gambar 2.8 Contoh Kedua Perhitungan Rasio Redaman dari Sebuah Kurva G/Gmax-
(Sumber : NERA)
Perbandingan ke model kesetaraan linear, Model IM tidak memiliki
rasio redaman pada regangan kecil, dan rasio redamannya sementara
menurun untuk beberapa rentang regangan karena variasi relative.
Ai dan regangan energi Ws dengan amplitudo regangan geser.seperti
diturunkan dalam persamaan 2.12, rasio redaman meningkat lagi dan
cenderung kearah 2/ untuk regangan geser yang besar. Menggunakan
persamaan 2.11, turunan pertama dari w.r.t. adalah:
𝑑 =
4 𝑅𝑛𝑛−𝐴𝑛
untuk =
......................................................................(2.13) 𝑑 𝑅𝑛2 𝑛
23
Yang mana selalu positif karena Rnn selalu lebih besar dari An.
persamaan 2.13 disana menjelaskan kenaikan kembali rasio redaman untuk
regangan yang besar. Rasio redaman selalu meningkat dengan regangan
geser ketika material gagal di kekuatan geser yang konstan.
Model IM dapat mensimulasikan kekakuan material plastik dengan
sempurna yang berasumsi bahwa H1 ∞ dan n = 1, yang mengarah pada
energi yang hilang bersama Wd, energy geser maksimal Ws dan rasio
redaman untuk siklus amplitude regangan .
𝑊 = 4𝑅 𝑊 = 1 𝑅
dan = 𝑊𝑑 =
2 .................................................................................. (2.14)
𝑑 1 , 𝑠 2 1 4𝑊𝑠
Pesamaan 2.13 memberikan batas maksimal rasio redaman pada
model IM, model plastik sebagai kekakuan yang sempurna memiliki
putaran histeretik terbesar.
Model IM dapat juga mensimulasi material plastik elastis dengan
sangat baik dari memilih n = 1, H = Gmax dan R1 = max. ketika respon pada
keadaan elastis, = 0. G- dan kurva redaman menjadi:
1 untuk < 𝑅1⁄𝐻1 𝐺⁄𝐺𝑚𝑎𝑥 = { 𝑅1 untuk ≥ 𝑅 ⁄𝐻 ............................................................(2.15)
𝐻1 1 1
Dan
24
0 untuk < 𝑅1⁄𝐻1 = { 2
(1 − 𝑅1 ) untuk ≥ 𝑅 ⁄𝐻
........................................................(2.16)
𝐻1 1 1
Rasio redaman pada mulanya adalah nol ketika <R1 /H1 kemudian
meningkat dengan mencapai 2/
2.2.3. Konsep Analisis Respons Tanah Satu Dimensi
Dalam penelitian ini, respon tanah akibat gempa bumi akan dihitung
menggunakan metode non linier, konsep perhitungan ini mengacu pada
perhitungan software NERA (Non Linear Earthquake Response Analysis)
.
Gambar 2.4 Sistem Tanah Berlapis Satu Dimensi dan Diskritisasi Spasialnya
(Sumber : NERA )
25
Gambar 2.4 mengelompokkan kondisi geometri dan batas dari
analisis respon situs satu dimensi. Gelombang geser merambat secara
vertikal dalam sistem lapisan satu dimensi, di mana lapisan tanah
diasumsikan (1) homogen secara horizontal, (2) dengan batas horisontal
tak terbatas, dan (3) hanya mengalami gerakan horizontal dari batuan dasar.
Persamaan yang mengatur adalah :
𝜌 𝜕2𝑑
+ 𝜂 𝜕𝑑
= 𝜕𝜏
............................................................................................(2.17) 𝜕𝑡2 𝜕𝑡 𝜕𝑧
di mana ρ adalah massa jenis tanah; d adalah perpindahan horisontal;
z adalah kedalaman; t adalah waktunya; τ adalah tegangan geser; dan η
adalah koefisien redaman proporsional massa. Kondisi batasnya adalah
ditentukan pada permukaan bebas (z = 0) dan di bagian bawah kolom tanah
(misalnya., z = H)
𝜏 = 0 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑧 = 0 𝑑𝑎𝑛 𝜏 = 𝜏𝐵 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑧 = 𝐻
Tegangan geser 𝜏𝐵 pada saat 𝑧 = 𝐻 biasanya tidak diketahui, dapat
dihitung dari kecepatan pada saat 𝑧 = 𝐻
Gambar 2.11 Terminologi dalam analisis respons situs, dan amplitudo gelombang
geser di berbagai lokasi
(Sumber : NERA )
26
Seperti ditunjukkan pada Gambar. 2, gempa menghasilkan
gelombang geser yang masuk yang merambat secara vertikal ke atas dan
memiliki amplitudo 𝑑I melalui batuan dasar. Amplitudo gelombang adalah
𝑑I + 𝑑R di bagian atas batuan dasar di bawah lapisan tanah di mana 𝑑R
adalah amplitudo gelombang yang dibiaskan pada antarmuka lapisan
tanah. Amplitudo gelombang adalah 2 𝑑I pada singkapan batuan karena
tidak ada tegangan geser pada permukaan bebas. Amplitudo gelombang 𝑑1
di bagian atas kolom tanah adalah jumlah utama yang akan ditentukan oleh
analisis respons lokasi.
Tegangan 𝜏𝐵 di bagian bawah kolom tanah (z = H) dapat dihitung
dengan asumsi bahwa batuan dasar elastis (Joyner dan Chen, 1975).
Gelombang bergerak ke atas melalui batu dengan kecepatan gelombang
geser 𝑉𝑆 (m/s). Perpindahan partikel 𝑑𝐼 (m) karena gelombang datang di
batuan dasar adalah fungsi dari kedalaman z (m) dan waktu t (s):
𝑑I = 𝑑I (𝑧 + 𝑉𝑆𝑡) ................................................................................................................................ (2.18)
Demikian pula, perpindahan partikel 𝑑R karena gelombang yang
dipantulkan pada antarmuka tanah-batuan adalah:
𝑑R = 𝑑R(𝑧 − 𝑉𝑆𝑡) ................................................................................................................................ (2.19)
Tegangan geser 𝜏B adalah :
𝜕𝑑
𝜏B = 𝜇 ( 𝜕𝑧
+ 𝜕𝑑R) .................................................................................................. (2.20) 𝜕𝑧
Dimana 𝜇 adalah modulus geser dari batuan dasar (bedrock)
27
𝜕 𝑑I = 𝑉I 𝑑𝑎𝑛
𝜕𝑑R = − 𝑉R .................................................................................................................................................................... (2.21)
𝜕𝑧 𝑉S 𝜕𝑧 𝑉S
di mana 𝑉I dan 𝑉R adalah kecepatan partikel dari kejadian dan
gelombang bias masing-masing. Kecepatan 𝑉B pada z = H adalah jumlah
dari kecepatan insiden dan gelombang yang dipantulkan,
𝑉B = 𝑉I + 𝑉R .................................................................................................................................................................................... (2.22)
Lalu 𝜏B menjadi :
𝜏 =
𝜇 (2𝑉 − 𝑉 ) = 𝜌𝑉 (2𝑉 − 𝑉 ) ............................................................(2.23)
B 𝑉S I B S I B
dimana 𝜌 adalah satuan massa jenis batuan dasar. Persamaan 8
menghubungkan tegangan geser dan kecepatan pada antarmuka kolom-
tanah; ini memberikan persamaan tambahan untuk menentukan tegangan
geser pada batas bawah. Persamaan 8 juga berlaku untuk kasus outcropping
batuan: karena 𝜏B = 0 maka 𝑉B = 2𝑉I
2.2.4. Perangkat Lunak NERA
NERA (Nonlinear Earthquake Site Response Analysis) merupakan
salah satu program aplikasi komputer untuk menganalisis perubahan
kekuatan gempa selama gempa bumi terjadi. NERA membutuhkan data
gempa berupa time history dan data tanah pada lokasi yang terjadi gempa
bumi. Program analisis respons situs non liniear ini didasarkan
menggunakan model material yang dikembangkan oleh Iwan dan Mroz
pada tahun 1967.
28
2.2.5. Modifikasi Time History Sesuai Respon Spektra Target
Menurut Idriss dan Abrahamson (2018) untuk mendapatkan time
history yang sesuai dengan spektrum yang diinginkan atau target, data time
history awal dimodifikasi pada domain waktu maupun frekuensi sehingga
ordinat spektralnya berubah menjadi ordinat spektrum target yang
diinginkan. Prosedur domain frekuensi dijelaskan dalam Silva dan Lee
(1987), dan solusi domain waktu dijelaskan dalam Lilhanand dan Tseng
(1988).
Jika prosedur penskalaan digunakan, maka time history harus
dicantumkan scaling factor dan beberapa diantaranya :
Percepatan, kecepatan, dan perpindahan time history terskala
Fourier amplitude
Perbandingan Spektra time history terskala dengan Spektra desain
83
BAB V
PENUTUP
5.1. Simpulan
Simpulan yang diperoleh dari pembebanan dinamis gempa berdasarkan
perhitungan metode non linear respons spesifik situs adalah sebagai berikut.
a. Nilai percepatan maksimum,kecepatan tanah,pergeseran maksimum, dan
respon spektrum memiliki nilai lebih besar pada permukaan tanah
dibandingkan pada kedalaman 40 m, Dengan rasio amplifikasi sebesar
6,077 pada frekuensi 177,704 hertz.
b. Data profil tanah dan data gempa setempat mempengaruhi nilai respon
spektrum yang mulanya 0,54 g menjadi 1,16 g. Terjadi perbesaran nilai
respon spektrum sebesar 0,62 g
c. Pembebanan dinamis gempa dengan analisis Respon Spektrum, Modal
Time History dan Direct Integration memiliki hasil yang relatif sama
dengan menggunakan program komputer SAP2000.
84
5.2. Saran
Saran yang diperoleh dari pembebanan dinamis gempa berdasarkan
perhitungan metode non linear respons spesifik situs adalah sebagai berikut.
a. Sebaiknya ada penelitian lebih lanjut mengenai analisis respons spesifik
situs menggunakan metode non linear.
b. Pentingnya pengumpulan parameter – parameter tanah untuk hasil
penelitian yang lebih valid.
c. Sebaiknya memakai data rekaman gempa yang benar – benar terjadi di
daerah yang akan diteliti.
d. Sebaiknya menggunakan permodelan 3 dimensi pada SAP2000 agar lebih
sesuai dengan kondisi di lapangan.
85
DAFTAR PUSTAKA
Arslan, H., Siyahi, B. 2006. A comparative study on linear and nonlinear site
response analysis. Environ Geol. 50, pp 1193 – 1200
Athanasopoulos, G.A. 1995. Empirical correlations Vs - NSPT for soilsof Greece:
a comparative study of reliability. Proc. 7th Int.Conf. on Soil Dynamics and
Earthquake Engineering (Chania,Crete) ed A S C¸akmak (Southampton:
ComputationalMechanics), pp 19 – 36
Badan Standardisasi Nasional. 2012. Tata cara perencanaan ketahanan gempa
untuk struktur bangunan gedung dan non gedung (1726-2012). BSN :
Jakarta
Bardet, J.P., and Tobita, T. 2001. NERA: A computer program for nonlinear
earthquake site response analyses of layered soil deposits, Department of
Civil Engineering, University of Southern California, Los Angeles, CA, 43
pp
Beyhan, G., dkk. 2015. Soil Properties and Applications Review with NERA
(Nonlinear Earthquake Site Response Analyses) in İstanbul-MARMARAY
Project between Kazlıçeşme to Sirkeci. ISITES2015, Valencia – Spain
BMKG Banjarnegara, 2019. Buletin informasi meteorologi, klimatologi dan
geofisika. Stasiun Geofisika Banjarnegara
Dilla, A. L., dkk. 2017. “Studi Perbandingan Analisis Respon Spektra dan Time
History Untuk Desain Gedung”. Jurnal Karya Teknik : ITS
Effendi, M.K., and Uckan, E. 2013. “True nonlinear seismic response analysis of
soil deposits.” Procedia Engineering 54 (2013), pp 387 – 400
Enden, M. 2012. Korelasi empiris antara kecepatan gelombang geser dengan
nilai N-SPT (studi kasus bandung site). Jurnal Fondasi Vol.1 No.1
Fujiwara T. 1972. Estimation of ground movements in actualdestructive
earthquakes. Proc. 4th European Symp. Earthquake Engineering (London),
pp 125 – 32
Hanggoro, dkk. 2013. Aplikasi SNI gempa 2012 for dummies. Shortcourse Teknik
Sipil UNNES 2013
86
Hanumantharao, C., dan Ramana, G.V., 2008. Dynamic Soil Properties for
Microzonation of Delhi, India” J. Earth Syst. Sci. 117, S2, pp 719 – 730.
Hasancebi, N., dan Ulusay, R., 2006. Emphirical Correlation Between Shear
Wave Velocity and Penetration Resistance for ground shaking assessments,
Paper, Departement of Geological Engineering, Hacettepe University,
Ankara‐ Turki, Springler‐ Verlag.
IAGI., 2013. Percepatan dan Mikrozonasi Kerentanan Bencana Gempabumi Lajur
Pantura (Pemalang-Pekalongan-Semarang), Jawa Tengah
Idriss, I. M. 1990. "Response of Soft Soil Sites during Earthquakes", Proceedings,
Memorial Symposium to honor Professor Harry Bolton Seed, Berkeley,
California, Vol. II, May.
Idriss, I. M., Ralph, J. A., dan Abrahamson, N. A. 2018. EVALUATION OF
EARTHQUAKE GROUND MOTIONS, Division of Dam Safety and
Inspections Office of Energy Projects Federal Energy Regulatory
Commission (FERC), Wasington, DC.
Imai, T., and Y. Yoshimura. 1970. Elastic wave velocity and soil properties in soft
soil, Tsuchito-Kiso, 18 (1), pp 17–22 (in Japanese).
Imai, T., and K. Tonouchi. 1982. Correlation of N-value with S-wave velocity and
shear modulus, Proceedings of the 2nd European symposium on penetration
testing, pp 57–72.
Irsyam, M. dkk. 2010. Peta Hazard Gempa Indonesia 2010. Kementrian
Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat
Iswanto, E.R., dan Yee, E. 2016. Comparison of Equivalent Linear and Non
Linear Methods on Ground Response Analysis: Case Study at West Bangka
Site. Jurnal Pengembangan Energi Nuklir Vol. 18, No.1 2016 23-29
Iwan, W. D. 1967 . On a class of models for the yielding behavior of continuous
and composite systems. Journal of Applied Mechanics, ASME, Vol. 34, pp
612–617.
Iyisan, R. 1996. Correlations Between Shear Wave Velocity and In‐ Situ
Penetration Test Results, ITU Faculty of Civil Engineering Dept of
Geotechnics, Istambul, Teknik Dergi, vol 7, No 2, pp 1187–1199.
87
Jafari, M.K., dkk. 1997. Empirical correlation between shear wave velocity (Vs)
and SPT-N value for south of Tehran soils, Proceedings of 4th International
Conference on Civil Engineering (Tehran, Iran), (in Persian)
Jafari, dkk. 2002. Dynamic Properties of Fine Grained Soils in South of Tehran,
JSEE: Spring ,Vol.4, No. 1
Joyner, W.B. and Chen, A. T. F. 1975. “Calculation of nonlinear ground response
in earthquakes,” Bulletin Seismological Society of America, Vol. 65, pp
1315–1336.
J.P Bardet & T.Tobita. 2001. Nonlinear Earthquake site Response Analysis .
Department of Civil Enginnering, University of Southern California
Kanai, K. 1966. Improved empirical formula for the vo l Pa RELATIONSHIP
BETWEEN Vs , SPT-N AND vo´ characteristics of strong earthquake
motions, Proceedings, Japan Earthquake Engineering Symposium, Tokyo,
pp 1-4
Kiku H, dkk. 2001 . In-situ penetration tests and soilprofiling in Adapazarı,
Turkey Proc. ICSMGE / TC4 SatelliteConf. on Lessons Learned from
Recent Strong Earthquakes, pp 259–650
Kramer, S.L., 1996. Geotechnical Earthquake Engineering, 1st edn. Prentice-
Hall, New Jersey
Lee, S.H. 1990. Regression models of shear wave velocities, J. Chin. Inst. Eng.,
13, pp 519-532.
Lilhanand, K., and Tseng, W. S. 1988. "Development and application of realistic
earthquake time histories compatible with multiple-damping design
spectra", Proceedings, 9th World Conference on Earthquake Engineering,
Tokyo-Kyoto, Japan.
Masing, G. 1926. Eigenspannungen und Verfestigung beim Messing. Proceedings
of the Second International Congress of Applied Mechanics, pp. 332-335.
Mroz, Z. 1967 . On the description of anisotropic workhardening. Journal of
Mechanics and Physics of Solids, Vol.15, pp 163-175
Ohba, S., and I. Toriumi. 1970. Dynamic response characteristics of Osaka Plain,
Proceedings of the Annual Meeting, A. I. J. (in Japanese).
88
Ohta T, Hara A, Niwa M and Sakano T. 1972. Elastic shear moduli asestimated
from N-value. Proc. 7th Ann. Convention of JapanSociety of Soil Mechanics
and Foundation Engineering, pp 8–256
Ohta, Y., and N. Goto. 1978. Empirical shear wave velocity equations in terms of
characteristic soil indexes, Earthquake Eng. Struct. Dynam., 6, pp 167–187.
Pitilakis, K., D. Raptakis, K.T. Lontzetidis, T. Vassilikou and D. Jongmans.1999.
Geotechnical and geophysical description of Euro-Seistests, using field and
laboratory tests, and moderate strong ground motions, J. Earthquake Eng.,
3, pp 381-409.
Pusat Studi Gempa Nasional. 2017. Peta Sumber dan Bahaya Gempa Indonesia
2017. Kementrian Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat.
Purwanto. 2008. Metodologi Penelitian Kuantitatif. Yogyakarta: Pustaka Pelajar
Renata, A.W. dan Bianca, F. 2013. Analisa respon spektra gempa di permukaan
berdasarkan pendekatan site specific analysis. Jurnal Karya Teknik Sipil :
UNDIP
Rezky, R. dkk. 2015. Kinerja struktur akibat beban gempa dengan metode respon
spektrum dan time history. Annual Civil Engineering Seminar 2015
Pekanbaru
Ridwan, M. dan Aldiamar, F. 2017. Analisis respons tanah di permukaan pada
beberapa lokasi pengeboran dangkal stasiun gempa Badan Meteorologi
Klimatologi dan Geofisika (BMKG). Jurnal Permukiman Vol. 12 No. 1 Mei
2017, pp 45–57
Seed, H.B. dan Idriss, I.M., 1971, Simplified Procedure for Evaluation Soil
Liquifaction Potential, Journal of soil mechanics and foundation, Division,
ASCE, vol.97. No.9, pp 1249 – 1273.
Shibata, T. (1970). Analysis of liquefaction of saturated sand during cyclic
loading, Disaster Prevention Res. Inst. Bull., 13, pp 563–570
Sunarjo dkk., . 2012. Buku gempa bumi edisi popular cetakan ke-2. Badan
Meteorologi Klimatologi dan Geofisika : Kemayoran, Jakarta
Sykora, D.E., and K.H. Stokoe. 1983. Correlations of in-situ measurements in
sands of shear wave velocity, Soil Dyn. Earthq. Eng., 20, pp 125–136.
89
Vardanega, P.J., dkk. 2013. Stiffness of clay and silts : normalizing shear modulus
and shear strain. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental
Engineering ASCE
Vidya, A. H. 2017. “Implikasi Sesar Kendeng Terhadap Bahaya Gempa dan
Pemodelan Percepatan Tanah di Permukaan di Wilayah Surabaya”. Jurnal
Sains dan Seni ITS Vol 6, No.2.