Saran

ANALISA BEBAN GEMPA PADA
DINDING BASEMENT DENGAN
METODA PSEUDO-STATIK DAN DINAMIK
Ferry Aryanto1 dan Gouw Tjie Liong2
1
Universitas Bina Nusantara, Jl. K H. Syahdan No. 9 Kemanggisan Jakarta Barat 11480, (021) 53696969
E-mail: [email protected]
2
Dosen Departemen Teknik Sipil, Universitas Bina Nusantara, Jl. K H. Syahdan No. 9 Kemanggisan
Jakarta Barat 11480, (021) 53696969
E-mail: xxxx
ABSTRAK
Indonesia adalah salah satu negara yang banyak memiliki daerah zonasi gempa karena terletak
pada pertemuan beberapa lempeng tektonik. Oleh sebab itu dalam mendesain struktur bangunan
termasuk basement harus memperhatikan beban gempa. Penelitian ini mengkaji beberapa
metode untuk mendesign struktur basement tahan gempa. Metodologi yang digunakan dalam
penelitian adalah memodelkan struktur dinding basement dengan metode pseudo-static dan
dynamic, yang kemudian dibandingkan dengan perhitungan manual dari metode Seed-Whitman,
Mononobe-Okabe, dan Wood. Berdasarkan hasil analisa pseudo-static dan dynamic dengan
mengunakan program elemen hingga, didapatkan hasil bahwa metode Seed-Whitman dan
Mononobe-Okabe tidak begitu sesuai untuk analisa dinding basement terutama jika
perbandingan panjang terhadap tinggi basement (L/H) > 2. Sedangkan untuk metode Wood
memberikan nilai tegangan lateral yang semakin meningkat untuk pengaruh panjang terhadap
tinggi (L/H). Akan tetapi metode Wood memberikan nilai yang lebih tinggi dibanding program
elemen hingga. FA
Kata Kunci
Analisa beban gempa, dinding basement, metode pseudo-static dan dynamic, tegangan lateral
aktif
PENDAHULUAN
Struktur penahan tanah (retaining wall) adalah jenis struktur di bidang geoteknik yang
berfungsi untuk menahan massa tanah dimana terdapat perbedaan kontur ataupun elevasi yang
berbeda. Struktur penahan tanah sudah banyak diaplikasikan dalam dunia teknik sipil, salah
satunya adalah struktur dinding basement. Hal yang mempengaruhi struktur dinding basement
adalah pembebanan yang terjadi pada struktur. Pembebanan tersebut dapat disebabkan oleh
beban internal maupun eksternal yang bekerja pada dinding basement. Salah satu beban
eksternal yang banyak terjadi di Indonesia adalah beban gempa. Hal ini disebabkan Indonesia
terletak pada pertemuan 4 lempeng tektonik besar yaitu lempeng Indo-Australia, lempeng
Pasifik, lempeng Eurasia, lempeng Laut Filipina. Oleh sebab itu dalam mendesign suatu struktur
juga harus memasukan beban gempa dalam design rencana struktur tersebut.
Adapun beberapa kajian pustaka yang dilakukan dan dua diantaranya adalah penelitian
yang dilakukan oleh Fei song dan Jian-Min Zhang dengan judul “Estimation of Seismic Earth
Pressure Against Rigid Retaining Structures with Rotation Mode”. Pada penelitian pertama ini
dibahas mengenai perhitungan tegangan tanah seismik dengan metode RTT dan RBT pada
dinding kaku. Diusulkan pula sebuah metode baru dalam menghitung tegangan tanah seismik
berdasarkan penurunan rumus dan perhitungan dari program komputer. Selain itu untuk
mengetahui efektivitas dari metode tersebut dilakukan pula penelitian di laboratorium.
Penelitian kedua dilakukan oleh Marshall Lew, Nicholas Sitar, Linda Al Atik, Mehran
Pourzanjani, dan Martin B. Hudson dengan judul “Seismic Earth Pressure on Deep Building
Basement”. Pada penelitian ini dibahas dimana hasil dari tegangan tanah seismic dengan
mengunakan metode Mononobe-Okabe yang dikembangkan pada tahun 1920, jika
dibandingkan dengan pengujian yang lebih baru tidak sesuai. Pada metode Mononobe-Okabe,
dilakukan penguji dengan model dinding penahan pada meja bergetar. Sedangkan pada
pengujian yang lebih baru mengunakan “Centrifuge Test” yang menyarankan bahwa pengujian
dilakukan Mononobe-Okabe tidak pada skala sebenarnya.
Berdasarkan kajian-kajian sebelumnya, maka pada penelitian ini akan diteliti mengenai
pengaruh beban gempa pada struktur dinding basement kaku dengan mengunakan metode
elemen hingga yang kemudian dibandingkan dengan metode Mononobe-Okabe, Seed-Whitman,
dan Wood. Sedangkan untuk metode elemen hingga akan mengunakan bantuan software
PLAXIS V.8.2 dalam melakukan analisa pseudo-statik dan dinamik.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh beban gempa terhadap
struktur basement dengan membandingkan tegangan lateral aktif pada bagian dinding basement
melalui metode pseudo-static dan dynamic pada program elemen hingga dan perhitungan
manual. Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mengetahui metode pseudo-static atau
dynamic yang lebih sesuai digunakan untuk mendesign struktur basement yang tahan gempa.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini dimulai dengan melakukan identifikasi masalah-masalah mengenai
pengaruh beban gempa terhadap tegangan lateral pada struktur dinding basement. Kemudian
melakukan tinjauan pustaka melalui teori-teori dari buku ataupun referensi yang ada sehingga
mendapatkan gambaran dan cara menyelesaikan masalah. Setelah itu melakukan pengumpulan
data-data yang diperlukan untuk melakukan pemodelan pada program elemen hingga dengan
program Plaxis V.8.2 untuk mendapatkan nilai teganagan lateral. Selain itu juga melakukan
perhitungan manual dengan metode Mononobe-Okabe, Seed-Whitman, dan Wood. Kemudian
melakukan perbandingan hasil tegangan lateral dari program elemen hingga dengan perhitungan
manual. Lalu dilakukan analisa dan menarik kesimpulan dari hasil penelitian.
Sedangkan untuk data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data hyphotetical.
Untuk data hypothetical, jenis tanah yang digunakan adalah tanah lempung dengan variasi nilai
kohesi (c) dan pasir dengan variasi sudut geser dalam (φ). Selain itu juga dapat dilakukan
dengan melakukan korelasi-korelasi antara data yang tersedia ataupun melakukan asumsi untuk
data tertentu. Data-data yang telah dikumpulkan tersebut kemudian akan dijadikan untuk input
program elemen hingga ataupun perhitungan manual dengan metode Seed-Whitman,
Mononobe-Okabe, Wood.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Pengumpulan Data Hypothetical
Berdasarkan hasil studi literatur yang telah dilakukan, pada penelitian ini parameter
tanah lempung, pasir dan dinding basement yang digunakan merupakan data hypothetical
(asumsi) sebagai berikut :
1. Parameter pasir
Pada penelitian ini, jenis tanah yang digunakan adalah pasir lepas (loose sand) yang
seragam untuk tiap lapisan tanah pada kondisi undrained. Adapun parameter tanah pasir
yang digunakan diasumsikan sebagai berikut :
Berat isi total (γt)
= 20 kN/m3
Kekakuan tanah (E)
= 15.000 kN/m2
Sudut geser dalam (φ)
= 300 - 400
Kohesi tanah
(c)
= 0 kN/m2
Poisson Ratio (υ)
= 0,3
Nilai sudut geser dalam (φ) yang digunakan dalam input program PLAXIS V.8.2 pada
penelitian ini dijadikan variable bebas, dimana besarnya sudut geser dalam (φ) divariasikan
dari nilai 300 - 400 dengan interval 2.
2. Parameter tanah lempung
Pada penelitian ini, jenis tanah yang digunakan adalah tanah lempung yang seragam
untuk tiap lapisan tanah dalam kondisi efektif. Adapun parameter tanah lempung yang
digunakan diasumsikan sebagai berikut:
Berat isi total (γt)
= 16 - 18 kN/m3
Kekakuan tanah (E’)
= (300 - 500 . c’) kN/m2
Sudut geser dalam (φ’)
= 10 - 30o
Kohesi tanah
(c’)
= 0 - 25 kN/m2
Poisson Ratio (υ)
= 0,3
Nilai kohesi tanah (c’) yang digunakan dalam input program PLAXIS V.8.2 pada penelitian
ini dijadikan variable bebas, dimana nilai kohesi tanah (c’) divariasikan dari nilai 0 - 25
kN/m2 dengan interval 5.
Adapun nilai kohesi tanah efektif didapatkan dari konversi nilai kohesi tanah dalam kondisi
undrained (Cu) dengan mengunakan rumus berikut :
kN/m2
3. Parameter beban gempa rencana
Beban gempa yang digunakan untuk analisa dinamik dalam penelitian ini mengacu pada
RSNI-03-1726-201X “Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan
gedung dan non-gedung”. Adapun beban gempa yang dimaksud adalah desain respons
spectra Jakarta pada kelas lokasi E (tanah lunak) dengan percepatan gempa maksimum
0.25g.
Berikut adalah desain respons spectra Jakarta dengan percepatan 0,25g :
4. Parameter dinding basement
Dinding basement yang diasumsikan dalam penelitian ini adalah dinding basemet yang
terbuat dari material beton dengan ketebalan 20 cm dengan jarak bentang yang bervariasi.
Jarak bentang yang digunakan dalam penelitian ini didasarkan pada perbandingan tinggi
galian dinding basement terhadap jarak bentang dinding basement (L/H), dimana tinggi
galian dinding basement lantai 1 adalah 4 m dan tinggi galian total untuk dinding basement
2 lantai ada 7,5 m.
Berikut adalah input yang dimasukan kedalam program PLAXIS V.8.2 :
Normal stiffness (EA)
= 4 x 106 kN/m
Flexural rigidity (EI)
= 1,33 x 104 kN/m
Berat struktur (w)
= 0,8 kN/m/m
Poisson Ratio (υ)
= 0,15
Tebal dinding basement (d)
= 0,2 m (20 cm)
Hasil Perhitungan Manual
Analisa tegangan lateral tanah terbagi menjadi 2 yaitu tegangan lateral aktif sebelum
terjadi gempa (Pa) dan tegangan lateral aktif saat terjadi gempa (PAE), dimana pada ke-2
perhitungan tersebut dapat mengunakan metode yang berbeda-beda. Adapun nilai percepatan
gempa arah horisontal (ah) yang akan digunakan dalam perhitungan bernilai 0,25g.
- Metode Mononobe-Okabe (1924)
Metode Mononobe-Okabe (1924) yang mengacu pada teori tegangan lateral tanah yang
dikembangkan oleh Coulomb (1776). Sehingga untuk menghitung tegangan lateral tanah
sebelum terjadi gempa (Pa) akan mengunakan teori Coulomb.
Berikut adalah contoh perhitungan manual untuk model galian dinding basement 1 lantai
dengan bentang 4 m (L/H = 1) tanpa muka air tanah
Pemodelan Galian Dinding Basement dengan Bentang 4 m
Berat isi kering (γdry)
Berat isi jenuh (γsat)
Ketinggian galian basement (H)
Sudut geser dalam (φ)
Sudut kemiringan backfill ( )
= 20 kN/m3
= 20 kN/m3
=4m
= 300
= 00
Sudut kemiringan dinding
= 900
Sudut kemiringan tegangan
= 00
Percepatan gravitasi (g)
= 0,25 g
Perhitungan tegangan lateral aktif sebelum terjadi gempa (PA)
kN/m
Perhitungan tegangan lateral tanah aktif setelah terjadi gempa (PAE) tanpa percepatan gempa
arah vertical
Maka nilai tegangan lateral tanah aktif saat terjadi gempa (PE) adalah sebagai berikut:
- Metode Seed & Whitman
Berikut adalah contoh perhitungan dengan mengunakan metode Seed & Whitman untuk
menentukan nilai tegangan lateral tanah saat terjadi gempa (PE). Untuk contoh pemodelan
perhitungan manual mengunakan model galian dinding basement 1 lantai dengan bentang 4 m
(L/H = 1) tanpa muka air tanah
Perhitungan tegangan tanah lateral aktif sebelum terjadi gempa (PA)
Perhitungan tegangan tanah lateral aktif saat terjadi gempa (PE)
Maka nilai tegangan tanah lateral aktif setelah terjadi gempa (PAE) adalah
- Metode Wood
Berikut adalah contoh perhitungan manual dengan metode Wood untuk menentukan
nilai tegangan tanah lateral saat terjadi gempa (PE). Untuk contoh pemodelan perhitungan
manual mengunakan model galian dinding basement 1 lantai dengan bentang 4 m (L/H = 1)
tanpa muka air tanah.
(Sumber : Lateral Earth Pressure Static & Seismic Pseudo Static Analysis, Gouw, 2010)
Perhitungan tegangan tanah lateral aktif sebelum terjadi gempa (PA)
Perhitungan tegangan tanah lateral aktif saat terjadi gempa (PE) dengan mengunakan grafik
dibawah ini :
Sehingga didapatkan nilai faktor resultan gaya ada dinding kaku (Fp) = 0,3
Maka nilai tegangan lateral aktif tanah setelah terjadi gempa (PAE)
Berikut adalah tabel-tabel hasil perhitungan manual :
Tabel perhitungan manual basement 1 lantai untuk tanah pasir dengan sudut geser
Bernilai 300
Basement
Seed – Whitman
Mononobe - Okabe
L/H
L (m) H (m)
PA
PAE
PE
PA
PAE
PE
PA
1.0
4
4
53.33 83.33 30.00 53.33
82.92
29.58 53.33
2.0
8
4
53.33 83.33 30.00 53.33
82.92
29.58 53.33
3.0
12
4
53.33 83.33 30.00 53.33
82.92
29.58 53.33
4.0
16
4
53.33 83.33 30.00 53.33
82.92
29.58 53.33
Tabel perhitungan
Bernilai 300
Basement
L/H
L
H
(m) (m)
1.0
4
4
2.0
8
4
3.0
12
4
4.0
16
4
dalam (φ)
Wood
PAE
77.33
101.33
119.33
129.33
PE
24.00
48.00
66.00
76.00
manual basement 2 lantai untuk tanah pasir dengan sudut geser dalam (φ)
Seed – Whitman
Mononobe - Okabe
Wood
PA
PAE
PE
PA
PAE
PE
PA
PAE
PE
187.50
187.50
187.50
187.50
292.97
292.97
292.97
292.97
105.47
105.47
105.47
105.47
187.50
187.50
187.50
187.50
291.51
291.51
291.51
291.51
104.01
104.01
104.01
104.01
187.50
187.50
187.50
187.50
264.84
356.25
419.53
454.69
77.34
168.75
232.03
267.19
Hasil Perhitungan Program PLAXIS V.8.2 dengan Metode Pseudo-statik
Tabel perhitungan program PLAXIS V.8.2 basement 1 lantai untuk
geser dalam (φ) Bernilai 300
Plaxis Pseudo-static
Basement
Kiri
Kanan
L/H
L
H
PL
PLE
PE
PL
PLE
(m) (m)
1.0
7.5
7.5
80.97
107.32 26.35 80.45 111.59
2.0
15
7.5
81.11
110.82 29.71 80.44 114.45
3.0 22.5 7.5
82.26
118.75 36.49 81.73 115.55
4.0
30
7.5
84.48
128.25 43.77 83.88 115.64
tanah pasir dengan sudut
Tabel perhitungan program PLAXIS V.8.2 basement 2 lantai untuk
geser dalam (φ) Bernilai 300
Plaxis Pseudo-static
Basement
Kiri
Kanan
L/H
L
H (m)
PL
PLE
PE
PL
PLE
(m)
1.0
7.5
7.5
264.73 328.32 63.59 262.05 321.79
2.0
15
7.5
305.08 405.40 100.32 293.70 376.93
3.0
22.5
7.5
328.33 438.66 110.33 315.41 395.92
4.0
30
7.5
318.40 480.55 162.14 308.34 383.42
tanah pasir dengan sudut
PE
31.14
34.01
33.82
31.76
PE
59.74
83.24
80.51
75.09
Hasil Perhitungan Program PLAXIS V.8.2 dengan Metode Dinamik
Berikut adalah tabel hasil perhitungan program PLAXIS V.8.2 basement 1 lantai untuk tanah
pasir dengan sudut geser dalam (φ) Bernilai 300
Plaxis Dynamic
Basement
L/H
Kiri
Kanan
L (m) H (m)
PL
PLE
PE
PL
PLE
PE
1.0
4
4
80.97
106.32
25.35
80.59
138.80
58.22
2.0
8
4
80.93
114.82
33.89
80.29
100.06
19.77
3.0
12
4
82.26
123.40
41.14
81.73
87.56
5.83
4.0
16
4
84.48
137.32
52.84
83.07
67.27
-15.80
Berikut adalah tabel hasil perhitungan program PLAXIS V.8.2 basement 2 lantai untuk tanah
pasir dengan sudut geser dalam (φ) Bernilai 300
Plaxis Dynamic
Basement
L/H
Kiri
Kanan
L (m) H (m)
PL
PLE
PE
PL
PLE
PE
1.0
4
4
293.16
355.65
62.49
290.91
324.46
33.55
2.0
8
4
298.16
529.11
230.95 293.70
331.96
38.26
3.0
12
4
320.79
572.18
251.39 315.41
375.26
59.85
4.0
16
4
336.68
613.57
276.89 321.67
306.41
-15.25
Pembahasan Grafik Hasil Perhitungan
Grafik pengaruh panjang dan tinggi basement (L/H) terhadap tegangan lateral saat terjadi
gempa (PE) untuk basement 1 lantai
Grafik pengaruh panjang dan tinggi basement (L/H) terhadap tegangan lateral saat terjadi
gempa (PE) untuk basement 2 lantai
Grafik perbandingan perhitungan pseudo-static dan dynamic program PLAXIS saat
terjadi gempa (PE) untuk basement 1 lantai
Grafik perbandingan perhitungan pseudo-static dan dynamic program PLAXIS saat
terjadi gempa (PE) untuk basement 1 lantai
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulam
1. Pada analisa pseudo-static dan dynamic pada program PLAXIS, nilai tegangan lateral aktif
dengan mengunakan metode dynamic memberikan hasil yang lebih besar dibanding metode
pseudo-static.
2. Untuk desain dinding basement terhadap beban gempa akan lebih baik melakukan analisa
dinamik dibanding analisa pseudo-statik, karena lebih sesuai dengan beban gempa yang
terjadi. Sedangkan dalam analisa gempa, di sisi salah satu dinding basement pada saat
terjadi gempa akan berperilaku pasif. Sehingga tegangan lateral pada dinding basement
akan lebih besar.
3. Jika tidak dapat melakukan analisa dengan mengunakan program elemen hingga, maka
untuk perhitungan desain dinding basement disarankan mengunakan metode Wood
dibanding metode Seed-Whitman dan Mononobe-Okabe karena pada metode Wood
meninjau pengaruh panjang terhadap tinggi (L/H) saat terjadi gempa
4. Berdasarkan hasil grafik hubungan panjang terhadap tinggi (L/H) untuk tegangan lateral
aktif saat terjadi gempa, dapat disimpulkan bahwa metode Seed-Whitman dan MononobeOkabe tidak begitu sesuai untuk analisa basement terutama jika L/H > 2. Hal ini disebabkan
struktur yang dimodelkan kedua metode ini adalah dinding penahan tanah. Sedangkan untuk
metode Wood memberikan nilai tegangan lateral yang semakin meningkat untuk pengaruh
panjang terhadap tinggi (L/H). Akan tetapi metode Wood memberikan nilai yang lebih
tinggi dibanding program elemen hingga
5. Analisa tegangan lateral pada basement saat terjadi gempa menyebabkan perilaku yang
berbeda pada kedua sisi dinding basement. Dimana pada saat terjadi gempa dari kiri, maka
pada dinding sebelah kiri akan berperilaku aktif sedangkan pada dinding sebelah kanan
akan berperilaku pasif dan sebaliknya.
Saran
1. Untuk menyempurnakan penelitian ini, dalam analisa dynamic pada program PLAXIS
disarankan untuk memperhatikan letak beban gempa yang bekerja pada model.
2. Beban gempa untuk analisa dynamic pada penelitian ini mengunakan desain respon spektra
sehingga kurang sesuai. Disarankan untuk penelitian berikutnya mengunakan data gempa
asli sehingga terdapat efek goyangan ke arah yang berlawanan atau bolak-balik.
REFERENSI
Das, Braja M. (2002). Principles of Geotechnial Engineering Fifth Edition. United States of
America: Penerbit Wadsworth Group.
Day, Robert W. (2002). Geotechnical Earthquake Engineering Handbook. New York :
McGRAW-HILL.
Gouw, Tjie Liong. (2010). Lateral Earth Pressure Static and Seismic Pseudo Static Analysis.
Jakarta
Gouw, Tjie Liong. (2012). Dasar Teori Metoda Element Hingga Dalam Geoteknik. Jakarta
Gouw, Tjie Liong. (2012). The Application of Finite Element Method in Geotechnic. Jakarta
PLAXIS b.v. (2002), PLAXIS Version 8 Manual, A.A. Balkema Publishers; Netherlands
RIWAYAT PENULIS
Ferry Aryanto lahir di Tebing Tinggi pada 28 Febuari 1991. Penulis menamatkan pendidikan S1
di Universitas Bina Nusantara dalam bidang Teknik Sipil pada 2013.