Beban Gempa dan Pengaruhnya Terhadap Struktur Bangunan

by Admin on January 22, 2013

Gempa bumi adalah guncangan yang dirasakan di permukaan bumi akibat pergerakan antar lempeng-lempeng di lapisan bagian luar bumi, letusan gunung berapi dan juga ledakan yang dibuat oleh manusia. Dalam hubungannya dengan disain struktur, maka yang umum ditinjau adalah gempa yang terjadi akibat pergeseran antar lempeng-lempeng yang juga dikenal dengan istilah gempa tektonik.

Pusat gempa tektonik biasanya terletak pada kedalaman tertentu dari muka bumi. Lokasi ini disebut hiposenter (hypocenter). Sementara lokasi pada permukaan bumi tepat diatas hiposenter disebut episenter (epicenter). Lokasi-lokasi yang berpotensi menjadi pusat gempa telah diidentifikasi di seluruh dunia. Untuk itu umumnya setiap negara punya peta gempa.

Karakteristik dari suatu gempa berbeda satu dengan lainnya, baik dari segi besarnya maupun gelombangnya. Besarnya kekuatan gempa biasanya diukur dalam skala Richter (Richter scale), yang adalah rasio antara amplitudo gelombang. Periode yang terjadi pada sebuah gempa bisa besar atau kecil, tergantung sumber gempanya. Kemudian, medium dimana gelombang gempa merambat juga bermacam jenisnya, ada batuan keras dan lunak, dan berbagai jenis tanah. Ketiga faktor ini, kekuatan gempa, gelombang gempa dan medium yang dilalui gempa mempengaruhi besarnya beban gempa yang diterima suatu struktur bangunan. Selain itu tingkat penurunan intensitas gempa yang berfrekuensi tinggi (periode rendah) adalah lebih cepat dibandingkan dengan gelombang gempa dengan frekuensi rendah (periodenya panjang). Walaupun tidak diketahui penyebabnya, tetapi fenomena ini memang terjadi.

 

Pengaruh keadaan tanah

Pergerakan gempa untuk mencapai permukaan tanah dipengaruhi oleh kondisi tanah setempat. Lapisan tanah di bawah permukaan yang menopang fondasi bangunan dapat meningkatkan besarnya beban gempa yang dialami oleh struktur bangunan. Hal ini dimungkinkan karena adanya kemungkinan bahwa periode alami dari lapisan tanah di bawah permukaan sama/ hampir sama dengan periode alami dari bangunan diatasnya. Gelombang gempa dengan frekuensi yang tinggi atau periode yang kecil akan merambat secara efisien dibatuan dasar yang keras dan tanah keras, yang sebaliknya akan mengurangi atau menghilangkan gelombang gempa yang mempunyai frekuensi rendah. Sebaliknya tanah yang lunak akan menjadi penghantar yang baik untuk gelombang gempa dengan frekuensi yang rendah (periodenya tinggi).

Pada umumnya, periode alami lapisan permukaan tanah berkisar antar 0.5 sampai 1.0 detik. Sedangkan bangunan bertingkat rendah sampai menengah mempunyai periode alami antara 0.1 sampai 1.0 detik. Jelas disini bahwa adalah sangat mungkin untuk terjadi resonansi antara lapisan permukaan tanah dengan bangunan-bangunan diatasnya. 

 

Interaksi beban gempa dan struktur bangunan

Beban gempa adalah salah satu beban yang harus diperhitungkan jika kita mendesain suatu bangunan di daerah yang rawan gempa. Tidak seperti beban-beban tipe lainnya dimana besarnya tidak dipengaruhi oleh struktur bangunan yang terkena gempa, besarnya beban gempa sangat dipengaruhi oleh kondisi struktur bangunannya. Ini terjadi karena beban gempa bekerja melalui lapisan tanah yang bergerak siklis baik dalam arah horisontal maupun vertikal. Gerakan siklis ini akan menyebabkan bagian bawah suatu bangunan untuk ikut bergerak mengikuti gerakan lapisan tanah dimana bangunan tersebut berdiri. Karena bangunan memiliki massa, maka inersia massa dari bagian atas bangunan memberikan tahanan terhadap pergerakan. Gaya tahanan inilah yang kita kenal sebagai beban gempa. Dari sini jelas bahwa beban gempa sangat tergantung dari massa suatu bangunan. Selain itu beban gempa juga dipengaruhi oleh kekakuan dari struktur bangunan. Kalau kakakuan struktur dari bangunan itu sangat tinggi, maka bagian atas bangunan juga akan bergerak bersama-sama dengan bagian bawah, atau dengan kata lain periode dari struktur sama dengan periode dari gelombang gempa. Dalam hal ini, jika massa bangunan adalah m, dan percepatan gempa adalah a, maka beban/ gaya yang bekerja pada bangunan tersebut adalah F = m x a. Struktur jenis ini biasanya ditemui pada bangunan-bangunan rendah (bertingkat rendah). Sedangkan untuk bangunan bertingkat menengah, strukturnya mempunyai sedikit fleksibilitas sehingga biasanya gaya gempa F < m x a. Sedangkan untuk bangunan bertingkat tinggi, strukturnya biasanya mempunya periode alaminya yang besar. Sehingga jika dikenai gelombang gempa yang berkepanjangan, akan terjadi kemungkinan terkena gempa dengan periode gelombang yang hampir sama dengan periode alami dari struktur. Jika hal ini terjadi maka akan terjadi resonansi yang akan mengakibat goncangan yang besar pada struktur. Dalam hal ini maka beban gempa yang terjadi F > m x a. Jadi terlihat disini beban gempa yang terjadi di struktur suatu bangunan sangat bergantung pada konfigurasi dari strukturnya.

Seperti disinggung sebelumnya, tingkat penurunan intensitas dari gempa yang mempunyai periode gelombang besar adalah rendah. Ini berarti bahwa gelombang gempa dengan periode tinggi akan mampu mencapai jarak yang jauh dari pusat gempa. Jika pada jarak yang jauh tersebut kita membangun gedung bertingkat tinggi (periode alami tinggi), maka efek dari gempa dengan pusat gempa yang jauh tersebut bisa menjadi besar karena terjadi resonansi. Gedung bertingkat tinggi biasanya mempunyai periode alami antara 1.0 sampai 5.0 detik. Beberapa saat setelah gempa terjadi, periodenya biasanya berkisar antar 0 sampai 0.5 detik, yang tidak berpengaruh terhadap gedung tinggi. Akan tetapi di saat-saat terakhir sebelum gempa berhenti, biasanya periodenya panjang dan ini bisa menyebabkan resonansi dengan gedung tinggi. Sebaliknya gedung-gedung rendah akan merasakan pengaruh yang besar akibat gempa jika terletak dekat dengan lokasi gempa.

Jadi dari uraian diatas kita bisa simpulkan faktor-faktor yang mempengaruhi beban gempa:

  • Lokasi pusat gempa (jauh atau dekat)
  • Kondisi tanah di lokasi bangunan yang ditinjau
  • Karakteristik gempanya (intensitas, periodenya, lamanya

 

 

Share and Enjoy

Leave a Comment

Previous post:

Next post: