Kenapa Spektral Desain pakai 2/3

Salah satu hal yang menjadi banyak pertanyaan dari praktisi, akademisi, dan mahasiswa/i Teknik Sipil adalah kenapa di SNI, beban gempa dikalikan 2/3? Kenapa beban gempa yang asli harus ‘direduksi’ dulu dan baru dipakai? Bukankan hal tersebut tidak aman dan tidak konservatif? Sesuatu hal yang sangat ingin kita hindari dalam desain gempa dimana banyak elemen, parameter, dan faktor yang kita tidak ketahui?

(Catatan: Percepatan Spektral bukanlah ‘beban gempa’ secara langsung, tetapi dalam artikel ini artinya disamakan)

Begitu banyak orang mengeluarkan teori dan pernyataan kenapa hal ini terjadi. Tapi, tanpa tahu apa maksud dari sang pembuat, maka interpretasi kita bisa saja salah. Semuanya itu tergantung perspektif.

Untuk mengetahui jawabannya, maka harus mengacu ke kode yang menjadi acuan SNI 1726:2012, yaitu ASCE 7-10. Tetapi ternyata di ASCE 7-10 sendiri, belum ada jawabannya. Akhirnya untuk mendapatkan jawabannya, kita harus melihat kode dan peraturan yang menjadi acuan dari ASCE 7, yaitu : National Earthquake Hazard Reduction Program (NHERP) Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Building and Other Structures [1].

Di NHERP, bagian yang mengatur kenapa beban gempa dikalikan 2/3 dapat dilihat di Section 11.4.4.

Sampai saat ini, belum ada jawaban yang jelas. Tapi berbeda dengan SNI dan ASCE, NHERP memiliki bagian komentar (commentary) yang menjelaskan kenapa bagian-bagian tersebut mengatur suatu hal sedemikian rupa.

Menggunakan Control-F untuk mencari kata kunci ‘two-third’ menghasilkan beberapa penjelasan yang menarik. Gambar 5 menunjukan salah satu penjelasan NHERP terkait konsep MCE (Sm) dan bahwa desain menggunakan 2/3 MCE. Hal yang ‘mungkin’ dapat menjelaskan kenapa 2/3 ada di Gambar 6 dan Gambar 7. Dari kedua penjelasan tersebut, maka ada kemungkinan angka 2/3 dipilih karena pada 2/3 dari MCE, kerusakan komponen non-struktural dapat dicegah.

Apakah mungkin menjawab kenapa perlu dikali 2/3? Kelihatannya belum. Interpretasi sebelumnya masih berasa kurang ‘sreg’. Kemungkinan besar saya malah salah interpretasi karena hanya skimming control-F dari NHERP, sehingga masih bisa ada salah data.

Beberapa pencarian internet pun dilakukan untuk mencari lebih banyak data. Dari pencarian di Internet, ada beberapa sumber yang dapat memberikan kejelasan. Salah satunya adalah diskusi di forum eng-tips.com [2]. Diskusi di [2] cukuplah menarik sehingga saya mendorong anda untuk langsung membacanya,

Penelusuran lebih lanjut (dengan bantuan data dari [2]) membawa saya ke [3], suatu slide dari FEMA (organisasi di US yang membuat NHERP). Bagian yang menarik dari Slide tersebut dapat dilihat di Gambar 8.

_{Gambar 8. Cuplikan Menarik dari Slide FEMA [2]}

Kelihatannya ini adalah jawaban ultimat nya. Peta gempa di Amerika dibuat berdasarkan asumsi gempa yang memiliki kemungkinan 2% terjadi dalam 50 tahun (Periode Ulang : 2475/2500 tahun). Tetapi gempa dari periode ulang 2500 tahun menghasilkan gempa yang angkanya cukup besar dari gempa yang ‘wajar’ diperhitungkan untuk alasan ekonomis. Oleh karena itu, bangunan didesain supaya bisa ‘bertahan’ terhadap gempa dengan periode ulang 475/500 tahun. Tetapi, apabila peta gempa Amerika dibuat berdasarkan gempa periode ulang 500 tahun, maka PGA di pantai timur Amerika (e.g. Charleston) akan begitu rendah sehingga tidak cocok untuk desain. Supaya desain bisa tetap simpel, dan tidak diperlukan 2 peta gempa sekaligus. Maka diputuskan bahwa peta gempa yang dipakai tetap peta gempa dengan desain 2500 tahun, tetapi dikalikan 2/3 supaya nilainya ‘tidak terlalu besar’.

Kenapa 2/3? Slide yang sama pun menjelaskan. Bangunan diasumsikan memiliki margin keamanan sebesar 1.5 (apabila didesain dengan benar). Sehingga, dengan asumsi lower bound, maka nilai desain gempa paling besar hanya bisa diturunkan 1/3 saja, alias dikali 2/3. Ketika dikalikan 2/3, bangunan yang didesain terhadap response spektra yang lebih kecil, masih bisa bertahan apabila yang terjadi adalah gempa dari response spektra yang lebih besar (MCE). Hal ini juga disinggung oleh slide dari [1]. Hal tersebut seharusnya menjelaskan

a) Kenapa Response Spektra Desain dikecilkan dari Response Spektra Gempa Maksimum (1 Peta Gempa Universal di US)

b) Kenapa penurunannya adalah dilakukan lewat faktor 2/3 (terkait Margin of Safety 1.5)

Daftar Pustaka

[1] Luco, N. (2007, January 18). Ground Motion for Design. Thailand Seismic Hazard Workshop. https://earthquake.usgs.gov/static/lfs/nshm/workshops/thailand2007/070118–Luco_on_Ground_Motions_for_Design(v8).pdf

[2] https://www.eng-tips.com/viewthread.cfm?qid=470317

[3] http://www.ce.memphis.edu/7119/PDFs/FEAM_Notes/Topic05a-SeismicHazardAnalysisNotes.pdf