86
EVALUASI KINERJA SEISMIK PADA BANGUNAN
RUSUNAWA CILACAP DENGAN PENGEMBANGAN
KURVA KERAPUHAN BERBASIS
INCREMENTAL DYNAMIC
ANALYSIS
EVALUATION OF SEISMIC PERFORMANCE IN RUSUNAWA CILACAP BUILDING WITH DEVELOPMENT OF FRAGILITY CURVE BASED ON
INCREMENTAL DYNAMIC ANALYSIS
SKRIPSI
Disusun sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret
Surakarta
Disusun oleh :
NAUFAL WIBISONO
I 0113094
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
MOTTO
Life is risk.
No risk is equal with no life.
So, prepare anything that can make you stronger.
To face the risk, set aside your ego, more life come into balance.
It’s okay to feel sad once in a while.
It means, you getting stronger and stronger.
Always look to the process, not the result.
Even though everyone always look to the result.
But believe, everything is need process.
iii
PERSEMBAHAN
Thanks to
Allah SWT
Semua tahap yang telah dilewati, hambatan yang dihadapi dan kemudahan yang diraih, semua atas seizin dari-Mu. Saatnya saya mengucap syukur Alhamdulillah.
Bapak dan Ibu
Semua bisa dilakukan, tidak ada yang tidak bisa, asal mau berusaha. Tanpa henti menasehati dan mendoakan untuk kesuksesan anakmu ini Pak Bu, terima kasih atas segalanya. Semoga masih diberi waktu untuk bisa membalas semua itu dengan membahagiakan dan membanggakan kalian.
Dr. Senot Sangadji, S.T.,M.T., Prof. S. A. Kristiawan, S.T., Edy Purwanto, S.T., M.T., M.Sc., Ph.D, Ir. Agus Supriyadi, M.T., dan Dosen-dosen Teknik Sipil FT UNS
Terima kasih banyak untuk semua bantuan, bimbingan, kesempatan dan ilmu-ilmu yang diberikan kepada saya.
Ir. Supardi, M.T.
Terima kasih banyak untuk semua bimbingan akademis & non - akademis, kesempatan, dan ilmu-ilmu yang diberikan kepada saya.
Novi Astuti, Meli Anta Alvita, & Ulfandari Yudianti
Thankyou so much guys atas segala kepusingan yang telah kita bagi dan lewati
bersama.
Niam Afandi Wibowo
Terimakasih banyak untuk semua bantuan dan bimbingan yang diberikan.
Teman-teman Teknik Sipil 2013
ABSTRAK
Naufal Wibisono, 2017. Evaluasi Kinerja Seismik Pada Bangunan Rusunawa Cilacap dengan Pengembangan Kurva Kerapuhan Seismik Berbasis Incremental Dynamic Analysis. Skripsi Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Evaluasi gedung tahan gempa berbasis kinerja di Indonesia sangat penting karena sebagian besar wilayah Indonesia rawan terhadap gempa. Salah satu sarana untuk mengevaluasi kinerja seismik struktur bangunan adalah Incremental Dynamic
Analysis (IDA). Prosedur IDA yaitu dengan melakukan nonlinear time-history
analysis yang dilakukan dengan penyekalaan kebawah dan keatas hingga drift
ratio diatas 6% atau flatline yang menunjukan bangunan sudah mulai runtuh. Pada penelitian ini dilakukan evaluasi kinerja seismik pada bangunan Rusunawa Cilacap dengan kelas situs tanah sedang.
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar kemungkinan terjadinya tingkat kerusakan struktur untuk berbagai intensitas gerakan tanah yang dapat digambarkan oleh kurva kerapuhan. Untuk membangun kurva kerapuhan yaitu dengan mengolah kurva IDA yang didapatkan dari IDA. Kurva IDA dirangkum sehingga mendapatkan median 16%, 50%, dan 84% . Penelitian ini menggunakan prosedur Keith Porter, Vamvatsikos dan Fragiadakis, dan Hazus-MH MR5 untuk mengklasifikasikan tingkat kerusakan bangunan menjadi empat kondisi kerusakan diskrit yaitu slight damage, moderate damage, extensive damage, dan complete
damage. Hubungan probabilitas dengan empat parameter demand tersebut
digambarkan dalam kurva kerapuhan.
Hasil analisis kurva kerapuhan menurut ketentuan Keith Porter pada 0,4 PGA bangunan Rusunawa Cilacap memiliki probabilitas kerusakan struktur slight
sebesar 78%, moderate sebesar 49%, dan extensive sebesar 8%. Sedangkan menurut ketentuan Vamvatsikos dan Fragiadakis memiliki probabilitas kerusakan struktur slight sebesar 79%, moderate sebesar 50%, dan extensive sebesar 9%. Sedangkan menurut ketentuan Hazus memiliki probabilitas kerusakan struktur
slight sebesar 39%, moderate sebesar 7%, dan extensive sebesar 3%. Dilihat dari
kurva kerapuhan seismik Rusunawa Cilacap dapat dikatakan sangat besar kemungkinan terjadi kerusakan slight dan moderate akibat gempa di daerah Cilacap.
v
ABSTRACT
Naufal Wibisono, 2017. Evaluation Of Seismic Performnace Rusunawa Cilacap Building With Development Of Fragility Curve Based On Incremental Dynamic Analysis. Thesis of Civil Engineering Department of Engineering Faculty of Sebelas Maret University, Surakarta.
Evaluation of earthquake resistant building based on performance in Indonesia is very important because most of Indonesia is prone to earthquake. One means to evaluate the seismic performance of a building structure is Incremental Dynamic Analysis (IDA). IDA procedure is to do nonlinear time-history analysis done with scaling down and up to drift ratio above 6% or flatline showing the building has started to collapse. In this research, the seismic performance evaluation on Rusunawa Cilacap building with the middle ground (SD) site class.
This research was conducted to find out how much the possibility of the occurrence of the level of structural damage for various intensity of ground movement that can be described by the fragility curve. To build the fragility curve is by processing IDA curves obtained from IDA. The IDA curve is summarized so as to have a median of 16%, 50%, and 84%. This research uses the Keith Porter, Vamvatsikos and Fragiadakis, and Hazus-MH MR5 procedures to classify the level of damage to the building into four discrete damage conditions ie minor damage, moderate damage, extensive damage, and complete damage.The probability relationship with the four demand parameters is described in the fragility curve.
The result of the fragility curve analysis according to Keith Porter's provisions on 0.4 PGA of Cilacap Rusunawa building has the probability of damage of the slight structure of 78%, moderate by 49%, and the extensive by 8%. Meanwhile, according to the Vamvatsikos and Fragiadakis provision have the probability of damage of the structure of 79%, moderate by 50%, and the extensive by 9%. Whereas according to Hazus provisions have a slight damage probability structure of 39%, moderate by 7%, and extensive by 3%. Seen from the seismic fragility curve of Rusunawa Cilacap, it can be said that the possibility of slight and moderate damage caused by the earthquake in Cilacap area.
PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah
melimpahkan rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan Skripsi
dengan judul Evaluasi Kinerja Seismik Terhadap Bangunan Rusunawa Cilacap
dengan Pengembangan Kurva Kerapuhan Berbasis Incremental Dynamic
Analysis. Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan akademik untuk
menyelesaikan Program Sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penyusun menyadari keterbatasan kemampuan dan pengetahuan yang penyusun
miliki sehingga masih ada kekurangan dalam penyusunan skripsi ini, untuk itu
penyusun mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca.
Akhir kata semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun khususnya dan pembaca
umumnya.
Surakarta, 19 Juni 2017
vii
2.1.4.1 Faktor Keutamaan dan Kategori Risiko Bangunan (KRB) ... 6
2.1.4.2 Parameter Percepatan Tanah ... 10
2.1.4.4 Parameter Percepatan Spektra Desain ... 13
2.1.4.5 Spektrum Respons Desain ... 13
2.2 Analisis Riwayat Waktu ... 15
2.4.1 Pengertian Kurva Kerapuhan Seismik ... 25
2.4.2 Metode Penurunan Kurva Fragility ... 26
2.4.3 Metode Analisis Kurva Kerapuhan Seismik ... 28
2.4.3.1 Ketidaktentuan Menurut Keith Porter ... 30
2.4.3.2 Ketidaktentuan Menurut Vamvatsikos dan Fragiadakis ... 31
2.4.3.3 Ketidaktentuan Menurut Hazus... 32
BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Studi Literatur ... 34
3.3.2 Elemen-Elemen Portal dan Plat Lantai ... 39
3.3.3 Diapraghm Constraint ... 40
3.4 Pembebanan ... 40
3.4.1 Pembebanan Statis (Gravitasi) ... 40
ix
3.5 Analisis Struktur dengan Metode IDA ... 40
3.6 Analisis Data ... 41
3.7 Menggambarkan Kurva Kerapuhan Seismik ... 41
3.8 Diagram Alir Penelitian ... 41
BAB 4 PEMBAHASAN 4.1 Pemodelan Struktur Rusunawa Cilacap ... 44
4.2 Perhitungan Beban Statis ... 45
4.2.1 Beban Statis ... 45
4.3 Pengolahan Beban Gempa ... 45
4.3.1 Desain Respon Spektrum Rusunawa Cilacap ... 46
4.3.2 Input Rekaman Gempa ... 51
4.4 Analisa Karakteristik Dinamik Struktur ... 53
4.5 Matching Respon Spektrum ... 56
4.6 Menjalankan Incremental Dynamic Analysis ... 61
4.6.1 Respon Displacement ... 62
4.7 Hasil Incremental Dynamic Analysis ... 67
4.8 Batas Kerusakan Struktur ... 70
4.9 Perhitungan Ketidakpastian Struktur ... 72
4.9.1 Ketidakpastian Berdasarkan Rumusan Keith Porter ... 72
4.9.2 Ketidakpastian Berdasarkan Rumusan Vamvatsikos dan Fragiadakis... 73
4.9.3 Ketidaktentuan Berdasarkan Hazus... 74
4.10 Analisa Kerapuhan Seismik ... 75
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 83
5.2 Saran ... 85
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kategori resiko bangunan gedung dan non gedung untuk
beban gempa ... 7
Tabel 2.2 Faktor keutamaan gempa ... 9
Tabel 2.3 Koefisien situs, Fa ... 12
Tabel 2.4 Koefisien situs, Fv ... 12
Tabel 2.5 Deskripsi batasan kinerja struktur berdasarkan Hazus ... 21
Tabel 2.6 Nilai Batas Kerusakan pada Setiap Limit State ... 22
Tabel 4.7 Nilai PGA setiap batas kerusakan akibat seluruh beban gempa ... 71
Tabel 4.8 Rekapitulasi Perhitungan Ketidakpastian Menurut Rumusan Keith Porter ... 73
Tabel 4.9 Perhitungan ketidaktentuan struktur menurut rumusan Vamvatsikos dan Fragiadakis ... 74
Tabel 4.10 Rekapitulasi perhitungan ketidaktentuan berdasarkan Hazus ... 75
Tabel 4.11 Rekapitulasi perhitungan median seismic demand ... 76
Tabel 4.12 Perkiraan hubungan PGA dengan skala MMI ... 77
Tabel 4.13 Nilai probabilitas kerusakan menurut skala MMI untuk kurva kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan teori Keith Porter .. 78
Tabel 4.14 Nilai probabilitas kerusakan menurut skala MMI untuk kurva kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan teori Vamvatsikos 79 Tabel 4.15 Nilai probabilitas kerusakan menurut skala MMI untuk kurva kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan Hazus ... 79
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pembagian wilayah gempa di Indonesia untuk S1 ... 10
Gambar 2.2 Pembagian wilayah gempa di Indonesia untuk SS ... 11
Gambar 2.3 Pembagian wilayah gempa di Indonesia untuk PGA ... 11
Gambar 2.4 Kumpulan Krva IDA pada Satu Struktur Gedung 5 Lantai ... 20
Gambar 2.5 Kurva IDA Struktur Gedung 5 Lantai dengan T1=1,8s ... 23
Gambar 2.6 Kurva IDA dari Banyak Rekaman Gempa ... 24
Gambar 3.1 Lokasi Rusunawa Cilacap ... 35
Gambar 3.2 Tampak Atap dan Potongan Bangunan Rusunawa Cilacap ... 36
Gambar 3.3 Tampak Depan, Belakang, Samping Kanan, dan Samping Kiri ... 36
Gambar 3.4 Kondisi eksisting Rusunawa Cilacap ... 37
Gambar 3.5 Sistem koordinat yang digunakan dalam program SAP2000... 39
Gambar 3.6 Diagram Alir Penelitian ... 42
Gambar 4.1 Pemodelan Rusunawa Cilacap ... 44
Gambar 4.2 Respon spectra percepatan 0,2 detik ... 47
Gambar 4.3 Respon spectra percepatan 1 detik ... 48
Gambar 4.4 Kurva Respons Spektrum Desain ... 51
Gambar 4.5 Rekaman gempa Imperial Valley arah longitudinal ... 52
Gambar 4.6 Rekaman gempa Imperial Valley arah transversal ... 53
Gambar 4.7 Modus getar pertama ... 54
Gambar 4.8 Modus getar kedua ... 55
Gambar 4.9 Modus getar ketiga ... 55
Gambar 4.10 Respon spectrum gempa Imperial Valley ... 56
Gambar 4.11 Accelerogram gempa sintetik Imperial Valley arah X ... 57
Gambar 4.12 Accelerogram gempa sintetik Imperial Valley arah Y ... 57
Gambar 4.13 Matched spektrum gempa Imperial Valley ... 57
Gambar 4.14 Unmatched spektrum gempa arah longitudinal ... 59
Gambar 4.15 Matched spektrum gempa arah longitudinal ... 59
Gambar 4.16 Unmatched spektrum gempa arah transversal ... 60
Gambar 4.17 Matched spektrum gempa arah transversal ... 60
Gambar 4.19 Respons displacement gempa Kern County ... 63
Gambar 4.20 Respons displacement gempa Loma Prieta ... 63
Gambar 4.21 Respons displacement gempa San Fernando ... 64
Gambar 4.22 Respons displacement gempa Parkfield ... 64
Gambar 4.23 Respons displacement gempa Fukushima ... 64
Gambar 4.24 Respons displacement gempa Kobe ... 65
Gambar 4.25 Respons displacement gempa Miyagi ... 65
Gambar 4.26 Respons displacement gempa Sendai ... 65
Gambar 4.27 Respons displacement gempa Urakawa ... 67
Gambar 4.28 Kurva multy record IDA ... 68
Gambar 4.29 Rangkuman kurva IDA ... 69
Gambar 4.30 Perilaku bergelombang pada kurva IDA ... 70
Gambar 4.31 Batas kerusakan struktur ... 71
Gambar 4.32 Kurva kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan Keith P. ... 77
Gambar 4.33 Kurva kerapuhan dengan ketidaktentuan berdasarkan Vamvatsikos dan Fragiadakis. ... 78
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A ACCELEROGRAM SINTETIK DAN MATCHING SPECTRUM
LAMPIRAN B HASIL KURVA IDA DAN KURVA KERAPUHAN LAMPIRAN C GAMBAR KERJA RUSUNAWA CILACAP
DAFTAR NOTASI
aλ = rekaman gempa yang sudah terskala,
a1 = percepatan rekaman gerakan tanah.
Ā = spectral acceleration respon spectrum target,
A = spectral acceleration respon spectrum yang akan diskala.
Cs = koefisien respons seismik
Ct = koefisien pendekatan untuk perioda alami
DS+ = damage state,
Fa = faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode 0,2 detik,
Fv = faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode 1 detik,
h = tinggi antar lantai
LS+ = kondisi dimana limit state tertentu telah terlewati.
m = rata-rata dari kapasitas percepatan spektra struktur yang ditinjau,
n = jumlah data
P = Probabilitas kerusakan struktur
PGA = peak ground acceleration
Sa = percepatan spektra (spectral accceleration)
Sd = perpindahan spektra (spectral displacement)
s = standar deviasi dari kapasitas percepatan spektra struktur yang ditinjau
SS =parameter nilai respons spektra percepatan gempa MCER terpetakan pada
periode 0,2 detik
S1 = parameter nilai respons spektra percepatan gempa MCER terpetakan
pada periode 1 detik
SDS = parameter percepatan spektra desain untuk periode 0,2 detik
SD1 = parameter percepatan spektra desain untuk periode 1detik
xv
SM1 = parameter spektrum respons percepatan pada periode 1 detik
T = periode fundamental struktur
ν = koefisien variasi nilai batas kerusakan tiap limit state
x = ground motion parameter, PGA(g)
x = ground motion parameter (PGA atau Sa) sesuai limit state
𝑥𝑥84% = percentile 84% dari nilai x
𝑥𝑥16% = percentile 16% dari nilai x
xi = ground motion parameter (PGA atau Sa) ke-i sesuai limit state
β = ketidaktentuan aleatory
βM(ds)= standar deviasi dari ketidaktentuan nilai batas kondisi kerusakan, diambil
sebesar 0,4.
βR = ketidakpastian aleatory
βU = ketidakpastian epistemic
βRU = ketidaktentuan total struktur
λ = faktor skala (SF),
λ = rata-rata dari ln xi
σ = standart deviasi nilai batas kerusakan tiap limit state
μ = rata-rata nilai batas kerusakan tiap limit state
Φ = fungsi standar normal distribusi kumulatif
86
DAFTAR PUSTAKA
Badan Standardisasi Nasional. 1989. Tata Cara Perencanaan Pembebanan
Indonesia untuk Rumah dan Gedung(SNI 03-1727-1989). Jakarta.
Badan Standardisasi Nasional. 2002. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa
Untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002). Jakarta.
Badan Standardisasi Nasional. 2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Beton
untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002). Bandung.
Badan Standardisasi Nasional. 2012. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa
untuk Gedung (SNI 1726:2012). Jakarta.
Federal Emergency Management Agency (FEMA). (2005). “Improvement of
Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures,” FEMA 440. Washington, D.C.
Federal Emergency Management Agency (FEMA). (2010). HAZUS-MH MR5,
technical and user’s manual, Federal Emergency Management Agency,
Washington, DC.
Kalkan, E. and Chopra, A.K. 2010. Practical guidelines to select and scale earthquake records for nonlinear response history analysis of structures:
U.S. Geological Survey Open-File Report 2010-1068, 124 p.
Kim S-H, Shinozuka M. 2004. Development of fragility curves of bridges
retrofitted by column jacketing. Probab Eng Mech 19(1–2):105–112
Mander, J. B. dkk. 2006. Incremental Dynamic Analysis Applied to Seismic Risk
Assessment of Bridges. University of Canterbury. Christchurch, NZ.
Moridani, Karimi K. dan Khodayari, R. 2013. Seismic Performance Assesment uses Incremental Dynamic Analysis. Journal of Basic and Applied Scientific Research, 3(8)757-764. Iran.
NEHRP Consultants Joint Venture. 2011. Selecting and Scaling Earthquake
Ground Motions for Performing Response-History Analyses. USA.
Vamvatsikos, D. dan Cornell, Allin C. 2002. Incremental Dynamic Analysis. Earthquake Engineering and Structural Dynamic 2002; 31:491-514.
Vamvatsikos, D. dan Cornell, Allin C. 2002. Applied Incremental Dynamic
Analysis. 12th European Conference on Earthquake Engineering. London.
Vamvatsikos, D. dan Fragiadakis, M. 2009. Incremental Dynamic Analysis for
Estimating Seismic Performance Sensitivity and Uncertainty. Earthquake
87
Wibowo, Niam Afandi. 2016. Pengembangan Kurva Kerapuhan Berbasis
Incremental Dynamic Analysis Untuk Evaluasi Kinerja Seismik Jembatan
Beton. Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.
