ESRC National Conference 2011
DESIGN FOR INDONESIA'S NEWEARTHQUAKE MAP 2010 Feb 26, 2011
ASPEK PENTING DALAM PEMODELAN DAN ANALISIS DINAMIK GEDUNG TAHAN GEMPA
DENGAN SANSPRO
(TINJAUAN TERHADAP PETA GEMPA 2010) By
NATHAN MADUTUJUH
DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010
1. POTENSI BAHAYA GEMPA
- Telah terjadi banyak gempa Besar
(Aceh 9.2, Nias 8.6, Padang 7.6, Jogja 6.3, Tasikmalaya 7.4, Jambi 6.6, dsb)
- Terjadi berbagai Fenomena:
Tsunami (Aceh, Nias, Mentawai,
Pangandaran), Liquefaction (Padang, Ende)
- Terjadi banyak korban jiwa dan gedung
DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 PENYEBABNYA :
- Indonesia terletak di daerah bahaya gempa
Berapa besar bahayanya ? Potensi Tsunami dan Liquefaction ? Gempa vertikal ?
Peta 1983 → Peta 2003 → Peta 2010 → NEXT ?
- Banyak gedung tidak direncanakan dengan baik : Kenapa ? Siapa yang bertanggung
jawab ?
- Tidak ada Manajemen Pencegahan / Penanggulangan Bencana yang baik
DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010
POTENSI BAHAYA GEMPA
- Percepatan Tanah akibat gempa dan Durasi getaran gempa
→ Peta PGA (1983 → 2003 → 2010) Padang +15%, Bandung +70%
- Potensi kerusakan pada gedung - Potensi Liquefaction (→ Peta ?) - Potensi Tsunami (→ Peta ? )
DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010
● Peta 2010 terhadap peta 2003:
(Indonesia Bagian Barat)
- Secara keseluruhan hampir sama
– Ada kenaikan nilai pada pantai barat
Sumatra karena adanya data baru akibat gempa 2005, 2009
–
– Pulau Jawa, pembagian Zona lebih halus
dan ada zona lokal (Sukabumi, Bandung, Jogja) akibat data yang lebih lengkap
● Peta 2010 terhadap peta 2003:
(Indonesia Bagian Tengah dan Timur)
– Ada perbaikan signifikan akibat penggunaan
data yang lebih banyak dibandingkan 2003
–
– Terutama Daerah Sulawesi tengah, Kepala
Burung, Maluku, dan Pegunungan tengah Papua
– Zona gempa pada peta banyak yang
DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010
● Keakuratan Peta Gempa Baru 2010:
– Probabilistik 1/2500 (1 kejadian per 2500 thn)
(2% untuk 50 tahun umur bangunan)
– Data yang digunakan adalah 200 tahun
terakhir saja (data sebelumnya tidak ada)
Kalau ada data sebelumnya → mungkin beda
– Lokasi dan magnitude pusat gempa sulit
ditentukan secara akurat (apalagi 100 tahun yang lalu, belum ada PC) → USGS vs BMKG, dsb
– Fungsi peredaman yang berbeda-beda dan
seharusnya tergantung pada kondisi lokal dan jenis sumber gempa
PERHITUNGAN Cd MENURUT ASCE-07 dan IBC-2009
1. Dari Peta Gempa : Ss, S1
2. Tentukan Site Class atau Soil Classification (Tbl 20.3-1)
3. Dari Site Class dan Ss → didapat Fa (Table 11.4-1)
4. Dari Site Class dan S1 → Didapat Fv (Table 11.4-2)
5. Hitung Sms dan Sm1 : Sms = Fa * Ss, Sm1 = Fv * S1 6. Hitung Sds dan Sd1 : Sds = (2/3) Sms, Sd1 = (2/3) Sm1
7. Buat Kurva Respons Spektra:
Untuk T ≤ T0 : Sa = (0.60) (SDS/To)T + 0.40 SDS Untuk T = 0 : Sa = 0.40 SDS
PERHITUNGAN Cd MENURUT ASCE-07 dan IBC-2009
BERIKUT INI ADALAH CONTOH PERHITUNGAN YANG DILAKUKAN IR. STEFFIE (2010) YANG
MEMBANDINGKAN :
PETA LAMA + SNI-1726-2003 DAN
PETA BARU + ASCE-07 + IBC-2009 KESIMPULAN:
UNTUK KONDISI JAKARTA & TANAH LUNAK, GUNAKAN Ss, S1 YANG LEBIH BESAR
ASCE 7-05. Table 20.3-1
~ 0.60g-0.70g
Misalkan diambil : SS = 0.65g
Peta Gempa 2010 (Daerah Jakarta)
~ 0.25g
Misalkan diambil : S1 = 0.25g
Peta Gempa 2010 (Daerah Jakarta)
SS = 0.65g Fa = 1.40 S1 = 0.25g Fv = 3.0 ASCE 7-05 Steffie 2010
Adjusted Maximum Considered Earthquake (MCE) Spectral Response Accelerations
SMS = Fa SS = 1.40 (0.65g) = 0.91g SM1 = Fv S1 = 3.0 (0.25g) = 0.75g
Design Spectral Response Acceleration Parameters SDS = 2/3 SMS = 2/3 (0.91g) = 0.61g
SD1 = 2/3 SM1 = 2/3 (0.75g) = 0.50g
Untuk Perioda T ≤ T0 ; Sa = (0.60) (SDS/To)T + 0.40 SDS Untuk T = 0 ; Sa = 0.40 SDS = 0.40 (0.61g)
= 0.24g
Pada puncak kurva : Sa = SDS = 0.61g
SNI 03-1726-2002
Jakarta
SNI 03-1726-2002 (Tanah Lunak)
SNI 03-1726-2010 (Tanah Lunak)
Sa = (SD1)/T
PERBANDINGAN PETA LAMA (2003) dan BARU (2010)
UNTUK DAERAH LAIN DAN JENIS TANAH LAIN BAGAIMANA ?
PERLU DIAMBIL NILAI YANG LEBIH BESAR ANTARA METODE LAMA DAN BARU.
DENGAN BANTUAN PROGRAM SANSPRO
GEDUNG 15 LT, MEDIUM SOIL
2003 2010 % Diff Jakarta 0.022 0.023 4.5 Padang 0.034 0.044 29.4 0.030 0.044 46.7 Bandung 1 0.026 0.038 46.2 Bandung 2 0.026 0.027 3.8 0.026 0.031 19.2 0.026 0.075 188.5 0.014 0.017 21.4 Jayapura 0.030 0.075 150.0 0.034 0.075 120.6Perbandingan Nilai Cd (Lama vs Baru) Bangunan Menengah 15 Lt, Medium Soil
Kota Aceh Jogja Palu Balikpapan Nias
GEDUNG 4 LT, MEDIUM SOIL
2003 2010 % Diff Jakarta 0.131 0.082 -37.4 Padang 0.206 0.141 -31.6 0.183 0.141 -23.0 Bandung 1 0.160 0.188 17.5 Bandung 2 0.160 0.089 -44.4 0.160 0.141 -11.9 0.160 0.235 46.9 0.086 0.056 -34.9 Jayapura 0.183 0.188 2.7 0.206 0.235 14.1Perbandingan Nilai Cd (Lama vs Baru) Bangunan Rendah 4 Lt, Medium Soil
Kota Aceh Jogja Palu Balikpapan Nias
DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 SOLUSI:
– Gunakan nilai PGA yang konservatif dari Peta Gempa Baru
– Hindari daerah yang memiliki patahan atau gunakan nilai PGA yang lebih tinggi
– Untuk daerah dengan tanah lunak →
Gunakan nilai yang lebih tinggi (Peta Lama vs Baru ?)
– Untuk daerah dengan potensi Liquefaction
→ Gunakan disain pondasi khusus → Perhatikan differential settlement – → Jangan membangun diatas lereng – Untuk daerah dekat pusat gempa : av
2. FAKTOR PENTING LAINNYA DALAM ANALISIS DINAMIK GEMPA:
● JENIS LAPISAN TANAH + M.A.T
● JARAK TERHADAP PUSAT GEMPA ● ARAH RAMBATAN GEMPA
● PERCEPATAN GEMPA VERTIKAL
● FUNGSI BANGUNAN (IMPORTANCY) ● REDUKSI BEBAN HIDUP
● NILAI R (TINGKAT DAKTILITAS STRUKTUR) ● BENTUK BANGUNAN DAN TINGKAT
PENGARUH JARAK TERHADAP PUSAT GEMPA: (Posisi Anda ?)
1. Jauh (> 60km)
- Getaran horizontal, arah beraturan - Pada Getaran durasi panjang
→ berbahaya untuk gedung tinggi
2. Dekat (< 60 km)
- Getaran horizontal + Vertikal, Arah tidak beraturan
- Differential settlement akibat gelombang gempa vertikal dan Liquefaction
- Tambahan beban gravitasi akibat percepatan gempa vertikal
DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010
Besar av = 0.3g – 1.0g, Disp. Vertical = s/d 50cm
DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 Akselerasi Vertikal Besar:
Besar av = 0.3g – 1.0g
SNI-2003 av,max = 0.304 (Zone 6,I=1) → Use 0.5g Perlu Pencatatan av aktual untuk validasi
Antisipasi untuk Large av :
- Hindari penggunaan Balok/Pelat Prestress - Kombinasi Beban dengan pengaruh av = 0.5 - Penambahan Tulangan Lapangan Balok 20%
1.2 DL + 1.6 LL
1.5 * (DL + LL) +/- EQx +/- 0.3 EQz
DESIGN FOR INDONESIA'S NEW EARTHQUAKE MAP 2010 Pengaruh displacement vertikal permukaan yang besar :
- Differential Settlement Besar, pondasi dapat
turun/terangkat naik, Potensi Kegagalan Sloof besar → Gunakan ∆min = L/100
- Arah Gempa = Arah Panjang Gedung -> Berbahaya Karena sebagian bangunan dapat terangkat.
- Arah tipis bangunan sebaiknya sejajar arah gempa, dengan rasio L:W max = 4:1
- Arah kuat bangunan (arah kolom/wall) sebaiknya sejajar arah gempa
IMPORTANCY FACTOR
Category I,II (STANDARD) : 1.0
Category III (PUBLIC) : 1.25
Category IV (EMERGENCY) : 1.5 STANDARD: Houses, Farms, Temporary
PUBLIC: School, Hotel, Auditorium, Power Plant, Water supply
EMERGENCY : SAR, Fire, Pusat Bencana, Toxic, Chemical, Aviation, Nuclear
SOIL TYPE
VERY SOFT SOIL → SPECIAL CASE
Response Spectrum SOFT SOIL
MEDIUM SOIL
STIFF SOIL = SOFT ROCK ROCK
SOFTER SOIL → LARGER Cd
FINE / LOOSE SAND LAYER + HIGH GROUND WATER LEVEL → POTENSI LIQUEFACTION
REDUKSI BEBAN HIDUP
Gunakan Faktor Reduksi maksimum = 50% (Peraturan beban lama = 30%)
Untuk Daerah dengan Potensi Gempa Vertikal, Faktor Reduksi Beban Hidup diambil 100%
(Tanpa Reduksi)
PENENTUAN NILAI R
Nilai R menentukan :
1. Besar gempa yang diberikan pada bangunan
2. Disain kapasitas balok/kolom 3. Drift maksimum
4. Disain kapasitas pondasi
Nilai R maksimum yang diperbolehkan diberikan dalam SNI-1726-2003 dan IBC-2009
Untuk Daerah dengan Potensi Gempa Besar, dan/atau Mutu pekerjaan kurang baik, Gunakan Nilai R yang
lebih rendah
LATERAL RESISTANT SYSTEM
Komponen Struktur mana yang direncanakan menahan beban gempa :
Kolom, Shearwall, atau keduanya
Lateral System harus ada pada kedua arah
dominan gempa
Lateral System harus tersebar merata
(Mengurangi eksentrisitas)
Kekakuan lateral setiap tingkat jangan terlalu berbeda jauh (Soft-Story / Stiff-Story effects)
EFEK DARI LIQUEFACTION
Gaya aksial dan Displacement Vertikal besar : - Kegagalan pondasi
(Daya dukung pondasi berkurang, fs=0)
- Kegagalan sloof
- Kegagalan struktur balok - Bangunan terguling
Bangunan di lereng bergerak ke samping
(Horizontal Liquefaction) : - Kalau bisa dihindari
- Gunakan pondasi tiang menembus bedrock
MENGURANGI EFEK DARI LIQUEFACTION
- Menggunakan Pondasi Tiang menembus sampai bedrock
- Perbaikan tanah dengan menggunakan
grouting air semen sampai lapisan Liquefaction dengan tekanan
SOFT STORY EFFECTS SHORT-COLUMN EFFECTS
EFEK TORSI YANG BESAR FLAT SLAB STRUCTURE WALL-SLAB STRUCTURE
PILE-RAFT FOUNDATION
HAL-HAL LAIN YANG PERLU
DIPERHATIKAN
FLAT SLAB STRUCTURE
- Konstruksi mudah, Daktilitas rendah, penulangan pelat rapat
- Maksimum Tingkat NF <= 20
- Untuk daerah gempa kecil/sedang
- Kolom Kantilever (Tanpa Shear Wall) : Nilai R = 2.2 (sangat kecil), NF <= 8
- Kolom + Shearwall :
Nilai R = 4.0, NF <= 20
Penempatan Shearwall harus seimbang pada kedua arah dominan gempa
FLAT SLAB STRUCTURE
- Alt. 1 : Menggunakan balok ekivalen
Misalkan: B=400cm, h=20cm
Untuk bangunan dengan denah regular
- Efek Pons tidak dapat dicheck - Penulangan seperti untuk balok
- Unit weight balok ekivalen = 0
- Alt. 2 : Flat slab menggunakan elemen shell, dengan ukuran a <= 1.0-1.5m, t=20-30cm
Untuk bangunan dengan denah sembarang - Efek pons dapat dicheck
- Penulangan dengan mencari Mx,My,Mxy dari FEM dan program tulangan balok/pelat.
KONTUR MOMEN FLAT SLAB / RAFT
SANSPRO dapat menghitung momen lentur dan melakukan penulangan pelat Flat Slab dan
Pelat RAFT secara otomatis, termasuk koreksi terhadap Mx,My akibat Mxy.
Alternatif: Menggunakan Program SAFE dari CSI.
PILE-RAFT FOUNDATION MODEL
- Pile / Pile-Raft Foundation Model
menggunakan Model pelat raft dengan
elemen shell dengan berbagai ketebalan
- Pada bagian pilecap elemen dapat lebih tebal - Dibawah raft, diberikan Spring vertikal, lateral
dengan beberapa opsi model spring
- Penulangan raft prosedurnya sama dengan penulangan flat slab
PILE-RAFT FOUNDATION MODEL
1. Spring vertikal dan lateral Ksp untuk setiap tiang atau spring vertikal dan lateral dari grup
tiang untuk satu pilecap (Unit = N/cm) Ksp = dari loading test vertikal dan lateral
Aproksimasi : Ksp = Pijin/dmax
2. Spring vertikal terdistribusi Ksd untuk tanah dibawah raft (Unit = N/cm3)
Aproksimasi : Ksd = qall / dmax
EFEK DINDING BESMEN TERHADAP GEMPA
1. Efek dinding Besmen terhadap gempa dapat dimodelkan dengan Spring lateral ekivalen Ks1 (tanpa elemen shell) atau Spring lateral terdistribusi ksd (dengan elemen shell) pada
dinding besmen. (Ks1 = Ksd x Area)
2. Karena tanah hanya dapat menahan tekan,
Nilai Ks direduksi 50% (kalau ada dua sisi dinding yang berhadapan).
3. Kalau hanya ada satu dinding besmen, sebaiknya diabaikan, karena perlu metode
3. PEMODELAN BEBAN LATERAL GEMPA
1. STATIK (Static Equivalent Model)
Tergantung Zona, Jumlah tingkat, denah, SDC
2. DINAMIK (Dynamic Response Spectrum) Untuk bangunan menengah, tinggi, ada torsi
3. TIME HISTORY (Dynamic Direct Integration) Untuk bangunan tidak beraturan, sangat
tinggi, Interaksi tanah-struktur, dsb
Metode 2 umumnya dapat digunakan untuk
4. VERIFYING DYNAMIC ANALYSIS OUTPUT
Effective Mass Participant:
EMF > 90%
Naikkan jumlah Eigen bila perlu
Dominant Mode direction:
Mode 1,2 = Translasi
Atur kembali masa dan kolom/wall bila perlu
Time Period:
T1,T2 <= 0.17 NF (or 0.13 NF)
Perkaku kolom/wall, naikkan mutu beton, Perpendek tingkat
4. VERIFYING DYNAMIC ANALYSIS OUTPUT
Base Shear: Vd >= 80% Vs
Sesuaikan Td dan Ts terlebih dahulu
Design Eccentricity:
Eksentrisitas Rencana <= edmax Atau gunakan koreksi Eksentrisitas
P-Delta Effect:
Gunakan P-delta Effect bila NF >= 20, dan Kolom langsing
Lateral Drift:
Check drift <= drift,max
KESIMPULAN METODE ANALISIS
Karena kompleksitas yang tinggi, analisis struktur harus dikerjakan dengan bantuan
komputer
Pemodelan dan penggunaan program
komputer harus dilandasi dasar pengetahuan yang benar.
Dengan adanya program SANSPRO, keahlian ini dapat dipelajari dengan mudah dan cepat.
5. DISAIN KAPASITAS
Keruntuhan Daktail harus lebih dahulu terjadi
Kolom lebih kuat dari Balok
Kapasitas geser lebih kuat dari lentur
Pondasi harus kuat pada saat gempa kuat
Disain Kapasitas → harus dengan bantuan komputer (SANSPRO dll) kalau tidak akan lama dan sulit → akhirnya tidak dikerjakan.
Disain kapasitas → Bergantung pada kualitas pendetailan (Paper Prof. Iswandi)
Mengurangi Potensi Kegagalan Pondasi Pemilihan Jenis Pondasi:
- Pondasi Tiang Pancang - Pondasi Pile-Raft
- Pondasi Raft + Grouting
Perencanaan Pondasi dengan Cara Kapasitas:
DL + Llrt <= P
DL + Llrf + EQx +/- 0.3 Eqz <= 1.3 P DL + Llrf + W(EQx +/- 0.3 Eqz) <= 2.0 P
Redundansi Sistem Pondasi:
Large Pilecap (s >= 3.0 D) Grouting sekeliling Pile
6. MENGURANGI EFEK KERUNTUHAN
Masih mungkin gagal ?
Kalaupun gagal bagaimana ?
- Meningkatkan Redundansi
Tulangan lapangan tambahan,
Kolom praktis, Pelat besmen, dsb
- Jalur Evakuasi
(Perhatikan koridor dan penulangan angkur tangga)
7. KESIMPULAN
DISAIN TAHAN GEMPA YANG BAIK
MEMERLUKAN:
1. Data gempa yang lebih akurat (2010)
2. Pemahaman bahan dan
perilaku model struktur
3. Pemodelan, analisis, disain dengan
program komputer
4. Pendetailan secara kapasitas
5. Cadangan kekuatan dengan redundansi