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.
Gambar 1. Kasus Keruntuhan Bangunan Akibat Gempa
Gambar 2. Standar Zona Gempa
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 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
Tidak ada komentar:
Posting Komentar