ANALISA PERBANDINGAN PERAMBATAN

ANALISA PERBANDINGAN PERAMBATAN
GELOMBANG GEMPA PADA SHAKE2000
DAN PLAXIS V8 DENGAN MENGACU
PADA SNI 03-1726-2012 UNTUK DAERAH
JAKARTA UTARA, PUSAT, DAN SELATAN
Eng Phin
Binus University, Jl. KH. Syahdan No. 9 Kemanggisan Jakarta Barat, (+62)87881612401,
[email protected]
Eng Phin, Gouw Tjie Liong
ABSTRAK
Analisa Respon Spektra dengan SHAKE2000 dan Plaxis v8 bertujuan untuk memahami perbedaan
perambatan gelombang diakibatkan perbedaan model dan kebutuhan parameter di dalamnya. Analisa
dilakukan dengan memodelkan tanah pada lima lokasi di Jakarta, dan dengan menggunakan data
riwayat waktu sintetik untuk periode ulang 2500 tahun. Hasil analisa menunjukkan bahwa secara
umum, nilai spektra spesifik situs yang dihasilkan lebih besar dari yang ditetapkan oleh SNI 03-17262012. Selain itu, hasil yang didapat melalui pemodelan Linear Elastik (Plaxis) memberikan hasil yang
relatif sangat tinggi dibandingkan dengan hasil yang diperoleh melalui model lainnya, dan tidak cocok
untuk analisa kegempaan. Model Mohr Coulomb memberikan hasil yang relatif tinggi, dan kurang
cocok untuk analisa kegempaan. Hardening Soil Small Strain Model cukup cocok untuk analisa
kegempaan. Pemodelan Linear Ekuivalen (SHAKE2000) memberikan hasil yang lebih cocok dengan
SNI dibandingkan dengan model lainnya. Namun, untuk memperoleh hasil yang lebih baik lagi,
diperlukan studi lebih mendalam mengenai penentuan parameter seismik tanah di Jakarta serta
prosedur investigasi tanah untuk analisa seismik.
Kata kunci: Respon Spektra, SHAKE2000, Plaxis, SNI 03-1726-2012, Jakarta
PENDAHULUAN
Dalam memahami fenomena gempa, salah satu kendala utama yang sering dialami adalah sulitnya
melakukan analisa secara konvensional, terutama bila tanah pada lokasi yang ditinjau sangat beragam.
Apabila jenis tanah yang ada sangat beragam dan ketebalannya berbeda-beda, maka perhitungan secara
konvensional untuk mendapatkan respon permukaan tanah akan gempa menjadi sangat tidak efektif
dan tidak efisien.
Adanya kemajuan zaman, terutama di bidang teknologi Informasi dan Komunikasi telah menjadi satu
batu loncatan bagi para peneliti untuk melakukan studi mengenai gempa ini. Kehadiran aplikasi-aplikasi
yang mampu melakukan analisa dinamis menjadikan proses perhitungan jauh lebih efektif dan efisien.
Pada penelitian kali ini, akan digunakan aplikasi Plaxis v8 dan SHAKE2000 untuk melakukan analisa
respon permukaan tanah terhadap getaran gempa yang terjadi.
Penelitian terdahulu yang berkaitan dengan Analisa Dinamis menggunakan metode Elemen Hingga
menunjukkan bahwa pemilihan jenis model tanah (Mohr Coulomb, Hardening Soil Small Strain, dll)
mempengaruhi hasil yang didapat. Herold dkk (2009) telah melakukan penelitian mengenai deformasi
tanah terhadap beban dinamis dengan model Mohr Coulomb dan Hardening Soil Small Strain.
Penelitian menunjukkan pemodelan dengan HS Small memberikan hasil yang lebih mendekati hasil
pengukuran lapangan dibandingkan dengan hasil yang diperoleh pada model Mohr Coulomb. Lalu,
penelitian yang dilakukan oleh Rafal (2010) juga menunjukkan bahwa HS Small memberikan hasil
yang lebih dekat dengan pengukuran lapangan.
Pada penelitian kali ini, pemodelan akan diperluas dengan cara membandingkan hasil yang diperoleh
dari pemodelan dengan metode Elemen Hingga (Mohr Coulomb, HS Small, dan Linear Elastik)
terhadap hasil yang diperoleh dengan analisa perambatan gelombang yang paling populer, yaitu model
Linear Ekuivalen, yang terdapat dalam SHAKE2000, dan juga terhadap hasil dari ahli.
Untuk menyederhanakan permasalahan yang ditinjau, maka perlu dilakukan pembatasan lingkup
penelitian yang akan dilakukan pada penelitian ini, antara lain:

Lokasi tanah yang digunakan adalah daerah Jakarta Utara, Pusat, dan Selatan.

Analisa dilakukan dengan Plaxis v8.2 dan SHAKE2000.

Hasil yang dianalisa adalah Desain Spektra Percepatan.

Sebagai pembanding, digunakan SNI 03-1726-2012.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membandingkan hasil analisa perambatan gelombang gempa
yang dihasilkan oleh Plaxis v8 dan SHAKE2000, dengan cara membentuk Respon Spektra dari output
percepatan pada permukaan tanah, dan menganalisa penyebab terjadinya perbedaan tersebut.
Manfaat dari penelitian ini adalah dapat mengetahui seberapa jauh perbedaan output yang didapat dari
kedua aplikasi tersebut, serta apa saja penyebabnya, sehingga dapat menjadi poin-poin yang perlu
dipertimbangkan dalam menggunakan kedua aplikasi tersebut.
METODE PENELITIAN
Metode penelitian dan proses untuk penelitian yang dilakukan meliputi:
a. Studi literatur dan pengumpulan data sekunder hasil penyelidikan tanah untuk Jakarta Utara,
Pusat, dan Selatan melalui Dinas atau instansi yang mempunyai data geoteknik untuk wilayah
Jakarta.
b. Melakukan seleksi terhadap data, untuk menentukan data-data geoteknik yang dapat
digunakan untuk analisa perambatan gelombang dari batuan dasar ke permukaan tanah.
Adapun beberapa poin yang dipertimbangkan adalah:
 Informasi mengenai lokasi pengetesan (Jakarta Utara, Pusat, atau Selatan).
 Data lapisan tanah, berupa deskripsi mengenai jenis tanah, dan ketebalan tiap jenis tanah.
 Informasi nilai N-SPT dan Kecepatan Gelombang Geser tiap lapisan tanah.
 Hasil pengujian laboratorium berupa data berat jenis tanah, Indeks Plastisitas.
c. Menentukan kedalaman batuan dasar. Kedalaman batuan dasar ditentukan dengan
menggunakan hasil penelitian yang dilakukan oleh Asrurifak, M. dkk (2013) dalam jurnal
yang berjudul “Pengembangan Peta Klasifikasi Tanah dan Kedalaman Batuan Dasar untuk
Menunjang Pembuatan Peta Mikrozonasi Jakarta Dengan Menggunakan Mikrotremor
Array”. Kedalaman batuan dasar ditentukan dengan menggunakan peta yang berupa kontur
kedalaman batuan dasar, dan dengan memplot lokasi proyek dalam aplikasi peta (Google Map,
dll), maka akan dapat ditentukan kedalaman batuan dasarnya.
d. Melakukan interpolasi linear untuk kedalaman yang tidak diuji. Jenis tanah dianggap lempung,
di mana pada batas batuan dasar, kecepatan gelombang geser dianggap 750 m/s. Lalu, untuk
berat jenis tanah, mulai dari batas dasar uji borehole hingga batuan dasar dianggap 19 kN/m3.
e. Membuat model tanah. Pemodelan dilakukan untuk empat jenis model tanah, yaitu Mohr
Coulomb, HS Small, Linear Elastik, dan Linear Ekuivalen. Untuk ketiga model pertama (Mohr
Coulomb, HS Small, Linear Elastik) pemodelan dilakukan dengan Plaxis, dan untuk model
Linear Ekuivalen, digunakan SHAKE2000.
f. Memasukkan data riwayat waktu berupa percepatan batuan dasar akibat gempa, yang didapat
dari hasil analisa resiko gempa untuk daerah Jakarta, dan dengan kemungkinan 2% terlampaui
dalam periode ulang 50 tahun (≈ 2500 tahun).
g. Melakukan analisa dengan Plaxis dan SHAKE2000. Setelah itu, membentuk Respon Spektra
berdasarkan hasil analisa Plaxis dan SHAKE2000. Respon spektra berikutnya diolah menjadi
Spektra Rekomendasi, yang pada akhirnya dibandingkan dengan Spektra Desain SNI 03-17262012, sehingga dapat dilihat penyebab perbedaan yang terjadi, dan menentukan poin-poin
penting yang dapat dijadikan pertimbangan.
HASIL DAN BAHASAN
Hasil penelitian yang diperoleh adalah dalam bentuk grafik respon spektra, yaitu grafik respon struktur
terhadap getaran gempa di permukaan tanah. Berikut adalah grafik untuk kelima lokasi yang ditinjau,
dengan menggunakan lima jenis gempa.
Cempaka Putih
Gambar 1 Hasil Analisa Cempaka Putih
Pantai Mutiara
Gambar 2 Hasil Analisa Pantai Mutiara
Cilandak
Gambar 3 Hasil Analisa Cilandak
Ancol
Gambar 4 Hasil Analisa Ancol
Kuningan
Gambar 5 Hasil Analisa Kuningan
Berdasarkan hasil yang diperoleh, terlihat bahwa secara garis besar, nilai spektra yang didapat dari
analisa Spesifik Situs memberikan nilai yang lebih tinggi daripada SNI, termasuk hasil kajian yang
diperoleh dari tenaga ahli, juga lebih besar dari SNI. Hal ini menunjukkan bahwa desain dengan
menggunakan hasil spesifik situs akan lebih konservatif.
Namun di sisi lain, analisa spesifik situs pada dasarnya melibatkan cukup banyak asumsi. Perbedaan
yang cukup signifikan antara hasil spektra SNI dan Spesifik Situs dapat disebabkan oleh kurangnya
studi mengenai lapisan tanah yang cukup dalam (>100 m), di mana pada umumnya pengujian dengan
Borehole hanya mencapai 60-90 m. Pemodelan untuk tanah yang cukup dalam hingga ke batuan dasar
pada umumnya dilakukan dengan melakukan interpolasi linear. Misal, nilai kecepatan gelombang
geser, Vs, yang hanya dilakukan hingga kedalaman 30 m, sedangkan pemodelan yang dilakukan dapat
mencapai 500 m – 700 m.
Posisi kedalaman batuan dasar juga menjadi permasalahan tersendiri. Hingga saat ini, penelitian
mengenai posisi kedalaman batuan dasar masih kurang dari cukup. Semakin dalam batuan dasar, maka
pada umumnya gempa yang mencapai permukaan akan semakin kecil. Dan bila penentuan batuan dasar
ini tidak tepat, hasil yang diperoleh juga akan terpengaruh.
Selain itu, parameter regangan kecil (G/Gmax dan Damping Ratio) untuk tanah di Jakarta belum
diketahui. Penentuan parameter dilakukan dengan menyesuaikan klasifikasi tanah dan Plasticity Index
yang didapat dengan kurva-kurva yang telah dipublikasikan. Dan terdapat parameter umum seperti
modulus elastisitas, E, kohesi, c, dan internal angle friction, φ, yang seringkali tidak diukur saat
melakukan uji Seismik. Hal ini dikarenakan metode yang banyak digunakan, yaitu metode Linear
Ekuivalen, tidak memperhitungkan regangan besar dan keruntuhan, berbeda dengan model dalam
metode Elemen Hingga (2 Dimensi). Karena itu, saat ingin melakukan pemodelan dengan Elemen
Hingga, maka akan diperlukan korelasi. Pemilihan korelasi akan berpengaruh terhadap hasil yang
didapat.
Secara umum, nilai spektra yang dihasilkan dari pemodelan dengan Linear Ekuivalen pada
SHAKE2000 lebih rendah dari pemodelan jenis lain, namun lebih tinggi daripada SNI. Dapat dikatakan,
SHAKE2000 memberikan hasil yang masih dapat diterima, dan cukup dekat dengan yang diperoleh
dari konsultan.
Spektra yang dihasilkan dari analisa dengan model Linear Elastik memberikan nilai yang relatif lebih
tinggi, cukup jauh dibandingkan dengan yang dihasilkan dari pemodelan yang lainnya. Tingginya nilai
spektra ini disebabkan oleh beberapa hal, yaitu:

Saat tanah mengalami failure, energi gelombang gempa akan terserap menjadi deformasi.
Namun, pada pemodelan dengan Linear Elastik, tanah tidak dapat mengalami keruntuhan,
sehingga energi gempa yang merambat seluruhnya dapat terhantarkan hingga permukaan.

Parameter kekakuan yang digunakan hanya satu, yaitu Eref, yang diambil dari nilai kekakuan
awal, Emax. Karena itu, karakteristik tanah dalam regangan kecil tidak dapat digambarkan.
Dapat dikatakan, bahwa Linear Elastik tidak cocok untuk analisa kegempaan.
Untuk pemodelan Mohr-Coulomb, terlihat bahwa nilai spektra yang dihasilkan cukup tinggi, namun
lebih rendah dari Linear Elastik. Tingginya nilai spektra Mohr Coulomb disebabkan saat tanah belum
mencapai titik keruntuhan, tanah bersifat linear elastik. Hal ini berbeda dengan karakteristik tanah pada
regangan kecil, di mana pada regangan kecil sekalipun terdapat deformasi plastis. Dan pada saat tanah
mencapai titik keruntuhan, maka barulah tanah mengalami deformasi plastis, menyebabkan energi
gempa berkurang. Maka dapat dikatakan bahwa Mohr Coulomb kurang cocok untuk analisa
kegempaan. Apabila memang akan digunakan, maka hasil yang diperoleh akan menjadi overestimate.
Pemodelan menggunakan Hardening Soil Small Strain memberikan hasil yang cukup baik. Secara
umum, hasil yang diperoleh dari pemodelan jenis ini memberikan nilai yang lebih rendah dibandingkan
pemodelan Mohr dan Linear Elastik. Selain itu, dari parameter yang digunakan, terlihat bahwa model
ini juga mampu memperhitungkan karakteristik regangan kecil. Namun, untuk memperoleh hasil yang
lebih baik, maka penentuan parameter-parameter regangan besar juga perlu dipertimbangkan. Hal ini
merupakan salah satu kesulitan lain dari model ini.
Pada akhirnya, berdasarkan hasil penelitian, dapat dikatakan bahwa untuk analisa kegempaan pada
tanah yang sepenuhnya horizontal, SHAKE2000 dengan model Linear Ekuivalen memberikan hasil
yang lebih cocok terhadap SNI. Salah satu penyebabnya adalah karena analisa yang dilakukan di
Indonesia hingga saat ini masih menggunakan analisa Linear Ekuivalen. Namun, kesimpulan ini masih
bersifat sementara, dan diperlukan kajian lebih mendalam lagi.
SIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil analisa yang dilakukan, maka didapat kesimpulan sebagai berikut:

Perbedaan hasil analisa respon spektra spesifik situs dengan SNI diakibatkan beberapa hal.
Pertama, studi mengenai parameter tanah dalam (>100 m) hingga saat ini dapat dikatakan masih
kurang memadai. Lalu, posisi kedalaman batuan dasar yang juga belum dapat dipastikan. Selain
itu, parameter regangan kecil tanah di Jakarta belum diketahui.

Berdasarkan hasil analisa, model tanah Linear Elastik memberikan hasil yang jauh lebih tinggi
dibandingkan dengan hasil dari pemodelan lainnya. Dapat dikatakan, model tanah Linear Elastik
tidak cocok untuk analisa kegempaan.

Hasil analisa menunjukkan nilai spektra yang dihasilkan dari model tanah Mohr Coulomb cukup
tinggi dibandingkan dengan model Linear Ekuivalen (SHAKE2000). Model tanah Mohr Coulomb
kurang cocok untuk analisa kegempaan. Dapat digunakan, namun memberikan hasil yang
overestimated.

Model tanah Hardening Soil Small Strain cukup baik untuk analisa kegempaan. Hal ini terlihat
dari nilai spektra yang cukup mendekati nilai yang dihasilkan SHAKE2000.

Model tanah SHAKE2000 (Linear Ekuivalen) memberikan hasil yang lebih dekat dengan SNI
dibandingkan dengan Hardening Soil Small Strain, karena pada dasarnya analisa yang dilakukan
untuk menurunkan respon spektra pada SNI hingga saat ini di Indonesia masih menggunakan
model Linear Ekuivalen seperti SHAKE2000.
Adapun saran yang dapat dipertimbangkan untuk penelitian selanjutnya, yaitu:

Diperlukan kajian lebih mendalam lagi untuk mengetahui kecocokan hasil analisa SHAKE2000
terhadap kondisi seismik di Jakarta.

Dalam pengujian untuk analisa seismik, seperti Borehole, SPT, dan Seismic Downhole, sebaiknya
kedalaman pengujian ditambah.

Sebaiknya dilakukan kajian lebih lanjut dengan menggunakan Rayleigh Damping dalam Plaxis.
REFERENSI
Agus. (2013). Penggunaan RSNI 03-1726-201X dalam Perancangan Struktur Gedung Tahan Gempa
di Kota Padang dan Perbandingannya dengan SNI 03-1726-2002. Jurnal Momentum. 14 (1):
11-17.
Asrurifak, M., et al. (2013). Pengembangan Peta Klasifikasi Tanah dan Kedalaman Batuan Dasar
untuk Menunjang Pembuatan Peta Mikrozonasi Jakarta dengan Menggunakan Mikrotremor
Array. Pertemuan Ilmiah Tahunan – XVII HATTI. 17(7).
Baker, J. W. (2008). An Introduction to Probabilistic Seismic Hazard Analysis.
Brinkgreve, R. B. J. (1999). Beyond 2000 in computational geotechnics: Ten years of PLAXIS
international 1999. Rotterdam: Balkema.
Chopra, Anil K. 2007. Dynamics of structures: theory and applications to earthquake engineering.
Upper Saddle River, N.J.: Pearson/Prentice Hall.
Elnashai, Amr S., and Luigi Di Sarno.(2008). Fundamentals of earthquake engineering . Chichester,
U.K.: Wiley.
Hutapea, B. M., Imanuel, M. (2009). Analisis Hazard Gempa dan Usulan Ground Motion pada Batuan
Dasar untuk Kota Jakarta. Jurnal Teknik Sipil:Jurnal Teoretis dan Terapan Bidang Rekayasa
Sipil. 16 (3): 121-132.
Joner, W.B. and Boore, D.M. (1992). Predictions of earthquake response spectra. Proc. 51st Annual
Convention of Struct. Eng. Assoc. of Calif.; also USGS Open File Report 82-977.
Kramer, Steven Lawrence. 1996. Geotechnical Earthquake Engineering. Upper Saddle River, N.J.:
Prentice Hall.
Merati, W., Masyhur I. (2000). Development of Synthetic Ground Motions – Bedrock of Jakarta.
Twelfth
World
Conference
on
Earthquake
Engineering,
New Zealand.
Nigam, N. C., Jennings, P. C., & California Institute of Technology. (1968). Digital Calculation Of
Response Spectra from Strong-Motion Earthquake Records. Pasadena, California: California
Institute of Technology, Earthquake Engineering Research Laboratory.
SNI 03-1726-2012, Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan
Non Gedung.
World Conference on Earthquake Engineering, & New Zealand National Society for Earthquake
Engineering. (2000). 12 Wcee 2000: 12th World Conference on Earthquake Engineering. New
Zealand: New Zealand National Society for Earthquake Engineering.
Herold, Andreas. (2009). The Use of Hardening Soil Model with Small-Strain Stiffness for
Serviceability Limit State Analysis of GRE Structures.
RIWAYAT HIDUP
Eng Phin lahir di kota Jakarta pada 06 Agustus 1992. Penulis menamatkan pendidikan S1/S2/S3 di
Universitas Bina Nusantara dalam bidang Teknik Sipil pada tahun 2014.