Benarkah Bangunan Tinggi Lebih Rawan Rubuh Saat Gempa ?

Posted on Updated on

Tampaknya insinyur sekarang sudah mulai punya penyakit yang mirip dengan politikus, yaitu gemar memberikan pernyataan kontroversial. Hal yang baru – baru ini saya dengar adalah insinyur struktur yang dengan mudahnya mengeluarkan statement bahwa bangunan di Ibukota akan banyak yang rubuh jika terjadi gempa. Saya sebenarnya kurang tahu apa yang dimaksudkan dengan “bangunan di Ibukota” ini, namun jika yang dimaksud adalah bangunan tinggi, rasanya pertanyaannya perlu dipertanyakan.

Bangunan yang rubuh akibat gempa adalah tipe kerusakan struktur yang paling parah. Hal ini sangat dihindarkan karena dapat menyebabkan kehilangan jiwa yang tinggi. Contoh bangunan rubuh akibat gempa dapat ditunjukkan oleh gambar – gambar berikut :

GAMBAR 1

GAMBAR 3

GAMBAR 2

Sebelum membahas mengenai bangunan yang rubuh, saya ingin sedikit menjelaskan mengenai mekanisme lentur dan geser pada bangunan akibat beban lateral (Figure 6.9). Pada gambar tersebut, struktur yang dominan perilaku lentur berdeformasi lateral lebih diakibatkan gaya/tegangan tarik tekan pada elemen vertikal (kolom atau shearwall). Sementara itu struktur yang dominan perilaku geser berdeformasi lateral karena mekanisme lentur di balok dan kolom.

GAMBAR 4Waktu kita kuliah pasti pernah dengat strong column weak beam kan ?. Nah hal ini sangat berkaitan dengan perilaku deformasi geser pada bangunan. Ketika portal frame dominan perilaku deformasi geser, kegagalan momen lentur pada elemen vertikal akan menyebabkan kegagalan struktur secara keseluruhan (story mechanism). Hal ini akan langsung menyebabkan struktur rubuh. Namun jika yang gagal momen lentur adalah balok, maka tipe deformasi pada portal frame akan semakin mendekati perilaku mode deformasi lentur (Figure 6.6 dan Figure 6.1). Struktur dengan deformasi lateral dominan perilaku lentur akan lebih sulit untuk gagal asalkan deformasi lateralnya belum menyebabkan instabilitas struktur.

GAMBAR 5Oleh karenanya aspek strong column weak beam sangat penting dalam perencanaan momen frame. Selain itu, ada cara yang lebih sering digunakan dan dapat membuat struktur lebih berperilaku deformasi lentur, yaitu dengan menambah shearwall (Gambar 2). Struktur wall adalah elemen masif dimana mekanisme deformasi lentur amat dominan. Selain itu wall juga menyerap gaya geser gempa jauh lebih tinggi dibandingkan momen frame dan mendorong aksi frame wall interaction lebih berperilaku deformasi lentur. Pengalaman di negara – negara rawan gempa juga menyatakan bahwa struktur yang memiliki shearwall memiliki performance yang sangat bagus.

GAMBAR 6Shearwall jelas menghindari struktur gagal akibat story mechanism. Selain itu, kegagalan geser pada shearwall diketahui tidak mengurangi kemampuannya untuk tetap menahan gaya gravitasi. Nah selanjutnya, apa hubungannya pernyataan tersebut dengan judul artikel ini ?

Menurut penulis, bangunan tinggi di Ibukota yang lebih dari 15 lantai umumnya sudah menggunakan elemen penahan shearwall. Selain itu, masifnya rasio antara area lantai dan area shearwall benar – benar membuat shearwall dominan menahan gaya gempa. Kemungkinan untuk terjadinya story mechanism sangat rendah. Namun perlu dicatat bahwa bukan berarti bangunan dengan shearwall yang masif bebas dari resiko rubuh, contoh di chile ada bangunan dengan shearwall yang rubuh, namun hal ini akibat penggunaan tebal shearwall yang terlalu tipis menyebabkan mekanisme deformasi lentur yang menghasilkan tarik tekan tidak bekerja (Figure 3). Menurut penulis penggunaan shearwall yang sangat tipis untuk bangunan tinggi bukan hal yang umum di Ibukota.

GAMBAR 7

Hal lainnya yang membuat struktur bangunan tinggi lebih baik responnya saat gempa adalah mulai meningginya pengaruh dari higher mode, hal ini membuat respon struktur terhadap beban dinamik lateral akan membuat deformasi berbentuk lebih dari single curvature (Gambar 3). Jika tipe deformasi ini terjadi, pengaruh P-Delta akan semakin berkurang, padahal umumnya pengaruh P-Delta sangat berdampak pada stabilitas struktur terhadap momen guling.

GAMBAR 8

Okay, mungkin sebagian pembaca akan berpikir bahwa yang penulis jelaskan merupakan teori yang menarik, namun apakah ada buktinya dari kejadian gempa yang lalu. Menarik disampaikan dari penjelasan Farzad Naeim di papernya tahun 2005 yang berjudul THE CASE FOR SEISMIC SUPERIORITY OF WELL-ENGINEERED TALL BUILDINGS. Di paper ini Naeim memberikan contoh kasus gempa Kobe City Halls 1995 di Jepang, dimana dilokasi yang bersampingan, bangunan 7 lantai kehilangan 1 lantainya (soft story) sementara bangunan 40 lantai disebelahnya tidak mengalami kerusakan yang berarti (Figure 1).

GAMBAR 9

Contoh lainnya adalah gempa chi-chi Taiwan tahun 1999 di daerah Taichung. Bangunan tertinggi di sana (Figure 2) sama sekali tidak mengalami kerusakan yang berarti, sementara bangunan dengan ketinggian medium hingga rendah sudah mengalami banyak kegagalan (Figure 3).

GAMBAR 10

 

GAMBAR 11

Naeim berpendapat di papernya bahwa bangunan tinggi atau bahkan sangat tinggi umumnya di desain lebih mempertimbangkan aspek kekakuan, sehingga struktur ini sudah cukup lebih kaku dibandingkan kebutuhan terhadap beban – beban extreme saat kondisi ultimate. Selain itu, umumnya energi gempa lebih dominan kepada struktur dengan periode rendah, hal ini dijelaskan dari hasil analisis bahwa semakin tinggi bangunan, kebutuhan akan daktalitas akan semakin kecil (Figure 17).

GAMBAR 12

Dari paper-nya tersebut Naeim berkesimpulan bahwa dengan material yang sama, kualitas pekerjaan yang sama pula, serta kondisi gempa baik gempa dekat atau gempa jauh (Nearfield or Farfield earthquake), bangunan tinggi lebih aman terhadap kerubuhan dibandingkan bangunan medium dan rendah. Namun Naeim di sini tetap memberikan catatan bahwa bangunan dengan potensi soft story harus dihindarkan baik untuk bangunan tinggi dan rendah, karena soft story sangat berpotensi menciptakan kegagalan (Figure 6.1).

GAMBAR 13

Terakhir, penulis ingin menyampaikan bahwa tidak mudah untuk memprediksi respon struktur near collapse. Jadi bukan berarti jika anda analisis dengan software didapat PMM ratio lebih dari 1 atau anda memasang tulangan kurang dari yang diperlukan hasil output software, lalu benar – benar entah dengan kenapa gempa yang terjadi sama atau lebih besar dari prediksi di peta gempa, bangunan anda langsung rubuh. Jika anda menganalisa analisis nonlinear pun, tingginya probabilitas akan variabel baik yang cukup ketahui maupun yang sama sekali belum kita pahami (degradation near collapse, overstrength material, Homogenitas material, distribusi beban ketika gempa terjadi, dan lain – lain) sangat berpengaruh terhadap respon struktur yang ingin dianalisa sampai collapse.

Ronald O. Hamburger menjelaskan di webminarnya di AISC yang berjudul What Every Engineer Needs to Know About Performance-Based Design bahwa yang dimaksud collapse di FEMA 695 adalah :

CollapseDari sana terlihat bahwa model matematis ilmu teknik sipil belum secara spesifik dan pasti mengenai definisi apa itu collapse karena sulitnya menjustifikasi hal tersebut.

Jadi apa yang bisa disimpulkan adalah tidak mudah untuk mengeluarkan statement kalau bangunan itu akan rubuh terhadap gempa atau tidak, yang pasti jika ingin dilakukan analisis mendalam, kesimpulannya harus dalam ranah probabilistic. Dan untuk bangunan tinggi, anda beruntung jika tinggal disana, karena kemungkinan gagalnya lebih rendah dibandingkan bangunan ketinggian medium dan rendah. Tentu anda juga harus lihat – lihat apakah bangunan itu cukup irregular dan potensi soft story atau tidak, lebih baik lagi jika ada shearwall yang masif. Untuk itu anda butuh sedikit pengatahuan struktur 🙂

(Note : Tulisan hanya pemikiran pribadi penulis, tentu setiap orang bisa berargumen sendiri – sendiri)

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s