STRONG BODY WEAK HEART = STRONG COLUMN WEAK BEAM .. ?

Posted: December 6, 2012 in STRUCTURE ENGINEERING

Bismillahirrahmanirrahiim.

Menarik. Mungkin sebagian banyak orang akan mengatakan pendekatan konyol atau bahkan unik🙂. Kalimat yg menurut aku unik itu, aku peroleh dari status facebook  rekan kerja, mungkin lebih tepatnya senior di tempat saat ini aku bekerja🙂. Aku pun terinsipirasi olehnya dan membuatku terbresit dan kembali mengenang antara akhir tahun 2010 dan awal tahun 2011 untuk bertarung dengan Tugas Akhir kuliah. Lawan utamanya adalah GEMPA.

Dalam khasanah desain struktur bangunan gedung kita mengenal  suatu konsep yang disebut  Metode Desain Kapasitas, dari konsep inilah diturunkan prinsip Strong Body Weak Heart, eh keliru, yang benar adalah “STRONG COLOUMN WEAK BEAM” yang dapat diartikan secara sederhana “Kolom Kuat Balok Lemah”, NAMUN TAK BERARTI SEMUA BAGIAN KOLOM DIBUAT KUAT, ada beberapa yang memang perlu “diperlemah”.

Aku selalu tertarik dengan hal-hal yang memacu logika berpikir untuk merasionalkan hal-hal yang rumit dan sulit, termasuk dalam bidang Structural Engineering. Pendekatan seperti judul tulisan di atas, bagiku merupakan pendekatan menarik untuk membuka pintu baru akan “Ke-angker-an” teknik sipil dalam MATEMATIKA dan FISIKA nya. Kenapa ? karena memang MEKANIKA (yang masih punya pertalian saudara dekat dengan FISIKA dan MATEMATIKA) telah menjadi momok para civitas akademika teknik sipil yang cukup membuat “galau”🙂 Hal ini dipertegas, saat aku berkumpul dengan beberapa civitas akademika teknik sipil se-Jateng dan DIY yang tergabung dalam FKMTS  (Forum Komunikasi Mahasiswa Teknik Sipil) se-Jateng-DIY , dan secara tidak langsung obrolan kami mengarah pada topik tersebut. Atau bahkan mungkin menjadi momok civitas akademika teknik sipil se-Indonesia🙂. MUNGKIN . hehe

Seperti misalnya beban-beban yang bekerja pada suatu struktur bangunan gedung, aku analogikan seperti beban-beban (tekanan) hidup yang dialami manusia.:-) Beban-beban yang bekerja pada struktur mengakibatkan struktur mengalami  TEGANGAN / MENEGANG (STRESS) dan REGANGAN/MEREGANG/DEFORMASI (STRAIN). Demikan pula yang terjadi pada manusia saat beban-beban (tekanan) hidup menimpanya, yang terjadi bisa saja stres, lambat laun bila tak mampu mengatasi stresnya bisa sakit, gila atau bahkan sampai meregang nyawa. hehe. Pada dasarnya prinsip sebuah perencanaan atau desain struktur adalah menentukan DIMENSI yang TEPAT (KUAT dan KAKU) agar STABIL. Kuat berkaitan dengan tegangan (stress) dan Kaku berhubungan dengan regangan (strain).

Dan kini akupun setuju dengan apa yg disampaikan Dr. Wiryanto Dewobroto, yang intinya MEKANIKA mirip atau bahkan sama dengan PSIKOLOGI. Bila PSIKOLOGI merupakan ilmu yang mempelajari perilaku manusia, sedangkan MEKANIKA merupakan ILMU YANG MEMPELAJARI TENTANG PERILAKU STRUKTUR. SEPAKAT ! Rumus-rumus dalam mekanika hanya MEMPERTEGAS LOGIKA BERPIKIR kita tentang perilaku struktur.

METODE DESAIN KAPASITAS

Kembali soal Strong Coloumn Weak Beam. Para pakar telah sepakat bahwa pada dasarnya struktur yang didesain terhadap pengaruh beban gempa rencana BOLEH didesain terhadap beban gempa yang lebih rendah, dengan menerapkan Faktor Modifikasi Respon Gempa (Faktor Reduksi Beban Gempa, R). Faktor inilah yang nantinya menentukan tingkat DAKTAILITAS struktur yang berfungsi sebagai sarana PENDISIPASIAN ENERGI GEMPA. Penerapan nilai R ini dimaksudkan agar struktur bangunan gedung mampu berperilaku daktail. Untuk memahami perilaku daktail, bisa dilihat ilustrasi gambar di bawah ini.

Image

(sumber : Retrofitting Simple Buildings Damaged By Earthquakes; Teddy Boen & Associates : 2010).

Ilustrasi gambar di atas menjelaskan sebuah sendok yang menggunakan bahan/material  plastic akan berperilaku GETAS (brittle), sedangkan sendok yang menggunakan bahan/material metal akan berperilaku daktail (ductile). Paham ? yah, sambil berjalan dipaham-pahamkan saja dulu🙂

Pertanyaannya sekarang adalah bagaimana mendesain suatu struktur bangunan gedung agar mampu berdeformasi atau berperilaku daktail tersebut ? Yang pasti tak cukup dengan penjelasanku ini. Hehe. Aku menghabiskan 2 tahun 6 bulan untuk mempelajarinya di bangku kuliah. Ditambah praktik langsung di dunia kontraktor dan konsultan perencana selama lebih dari 1 tahun setelah lulus kuliah.

FILOSOFI GEMPA

Gempa merupakan fenomena getaran pada kerak bumi yang mengakibatkan terjadinya gerakan pada permukaan tanah sehingga berpengaruh terhadap suaut benda yang berada di permukaan tanah tersebut, salah satunya struktur bangunan gedung. Akibat adanya pengaruh gempa tersebut struktur bangunan gedung menjadi bergoyang seolah-olah mengikuti gerakan tanah. Ada pelbagai asumsi yang digunakan dalam permodelan respon struktur terhadap pengaruh beban gempa. Structural Engineering mengasumsikan respon struktur bangunan gedung yang menerima beban gempa adalah struktur diberikan beban dorong statis. Sedangkan dari tinjauan Geotechnical Engineering pengaruh beban gempa tersebut diterima oleh pondasi, atau sederhananya pondasinyalah yang digoyang-goyang, karena pondasilah yang langsung berhubungan dengan tanah. Namun seiring perkemabangan ilmu dan teknologi dua asumsi tersebut dapat disatukan dalam satu analisis melalaui analisis iterasi tanah-struktur (soil-structure interaction).

Image

Kita sering mendengar bahwa gempa terjadi pada kedalaman “ … km” dan getarannya mencapai radius “…. Km”. Perhatikan gambar di atas. Terjadinya gempa merupakan fenomena gesekan yang terjadi pada kerak bumi yang mengakibatkan getaran. Getaran ini yang kemudian merambat sampai ke permukaan. Pada proses perambatannya, percepatan akibat getaran tersebut akan mengalami pembesaran (amplifikasi), dimana hal ini berkaitan dengan jenis tanah yang menjadi media perambatannya.

Meminjam istilah dari dosen pembimbing Tugas Akhirku dulu, Bp. Hanggoro Tri Cahyo A., bahwa filosofi gempa merupakan pengembangan dari Hukum Newton  yaitu :

F = m x a

Dimana;

F              = Gaya

m            = massa

a              = percepatan

Pada dasarnya fenomena gempa bumi merupakan fenomena yang menghantarkan getaran dan gerakan ke permukaan tanah, dimana suatu gerakan berkaitan dengan percepatan. Dalam Hukum Newton di atas yang dikembangkan sebagai dasar prinsip pembebanan gempa ada suatu variable percepatan, a , yang dikarenakan gempa bumi itu terjadi di dan berkaitan dengan tanah, maka percepatan yang terjadi berkaitan dengan kondisi tanah dimana suatu struktur bangunan tersebut berada. Dalam peraturan gempa tahun 2002 dikenal dengan istilah WILAYAH KEGEMPAAN yang terbagi dalam enam wilayah. Namun dengan adanya revisi peraturan tersebut, pada peraturan terbaru (SNI GEMPA 201X) tidak menggunakan WILAYAH KEGEMPAAN, melainkan berdasarkan klasifikasi tanah dan klasifikasi lokasi.

Persamaan di atas diadopsi dan kemudian dimodifikasi menjadi :

V = C x W

Nilai C disebut sebagai nilai respon spectrum gempa yang bergantung pada percepatan tanah, W merupakan berat suatu struktur bangunan , dan V adalah gaya geser yang timbul akibat adanya respon struktur terhadap pengaruh gempa untuk mempertahankan dirinya melalui massa yang dimilikinya. Dengan diterapkan formula ini pada suatu struktur bangunan gedung, formula ini dikalikan suatu factor keutamaan gedung , I, yang merupakan representasi fungsi gedung terhadap umur layan yang direncanakan. Pada formula ini respon struktur bangunan terhadap pengaruh gempa rencana masih berperilaku elastic. Dengan ditemukannya konsep desain perencanaan struktur tahan gempa, formula ini akhirnya dikembangkan dengan menerapkan atau mereduksi beban gempa dengan suatu factor yang disebut factor reduksi beban gempa (modifikasi respon), R. Sehingga formula ini kemudian menjadi suatu persamaan untuk menjadi dasar perhitungan respon struktur terhadap pengaruh beban gempa rencana sebagai berikut :

V = ( C x W x I ) / R

 

MEMAHAMI “STRONG COLOUMN, WEAK BEAM”

Respon struktur terhadap pengaruh beban gempa rencana disimulasikan seolah-olah menirukan “gerakan tanah”. Akibat adanya pengaruh ini, struktur diharapkan tetap berdiri meskipun ada beberapa komponen arsitektural yang rusak atau bahkan elemen struktural  mengalami kerusakan, namun struktur TIDAK BOLEH RUNTUH. Dasar pemahaman ini merupakan prinsip desain struktur yang mengacu filosofi desain life safety.

Strong Column Weak Beam pada dasarnya menentukan “titik” dan atau “elemen” yang akan dijadikan “korban” (para pakar gempa lebih menyebutnya sebagai “sekring”) agar rusak duluan pada saat suatu struktur bangunan gedung menerima beban gempa. Artinya, titik dan atau elemen tersebut berfungsi sebagai “sinyal” saat beban gempa mulai diterima struktur bangunan gedung dia akan rusak, dimana elemen yang tidak dijadikan “korban” harus tetap berdiri kokoh tanpa adanya kerusakan yang berarti.

Namun bukan berarti pada titik dan atau elemen tersebut “diharapkan” rusak atau dibuat lemah. Yang diperlemah adalah MEKANISME KERUSAKAN atau KEGAGALANNYA yang terjadi pada titik dan atau elemen tersebut.

Kita mengenal yang namanya kegagalan struktur melalui mekanisme lentur, geser, torsi dan model kegagalan lainnya. Dari pelbagai macam model atau mekanisme kegagalan tersebut , mekanisme kegagalan lentur merupakan mekanisme kegagalan yang cukup baik karena bersifat daktail dan ini sesuai dengan filosofi desain perancanaan yang mengacu life safety. Berbeda dengan mekanisme kegagalan yang lain yang bisa terjadi secara tiba-tiba tanpa memberikan aba-aba, sehingga tidak tersedianya waktu para penghuni untuk menyelamatkan diri pada saat gempa terjadi. Maka dipilihlah mekanisme lentur tersebut sebagai suatu upaya untuk menerapkan perilaku daktail yang diharapkan mampu menyerapa beban gempa, tentunya dengan “control detailing” yang memadai.

FAKTOR KUAT LEBIH

Dengan dasar pemahaman di atas, elemen struktur bangunan gedung akan mengerahkan suatu faktor lebih (overstrength) yang “terkandung (tersimpan)” pada material, untuk digunakan dalam memperkuat elemen yang diprediksikan mengalami kegagalan bersifat getas (brittle). Faktor kuat lebih ini disebut dengan faktor kuat lebih bahan. Disamping faktor kuat lebih bahan, ada juga faktor kuat lebih sistem dan faktor kuat lebih total struktur, yang pembahasannya diharapakan akan diulas pada tulisan lainnya yang lebih mendalam.

YANG BISA AKU SIMPULKAN

Memahami perilaku struktur dalam menerima beban, baik beban statis (gravitasi dan gempa) maupun beban dinamis (angin dan gempa) merupakan suatu dasar yang perlu diasah secara bertahap dan berulang dalam proses perencanaan. Suatu proses perencanaan suatu struktur bangunan gedung dan non gedung haruslah dihitung terhadap pengaruh beban gempa rencana. Beban gempa rencana boleh direduksi dengan menerapkan suatu factor modifikasi respon (faktor reduksi) gempa untuk menyerap energi gempa. Energi gempa diserap oleh suatu titik dan atau elemen  yang direncanakan plastis (mengalami kerusakan atau dibuat lemah), sedangkan elemen yang diharapkan tetap kokoh direncanakan lebih kuat dengan menerapkan faktor kuat lebih. Titik dan atau elemen yang diharapkan berperilaku daktail / plastis ( mengalami kerusakan) berada pada ujung-ujung balok muka kolom, kaki kolom dan kaki shear wall. Jadi Strong Body Weak Heart, eh keliru lagi, maksudnya STRONG COLUMN WEAK BEAM berarti ujung-ujung balok dibuat lemah, elemen kolom dan shear wall dibuat lebih kuat kecuali “kaki-kakinya”. Dan yang terakhir adalah seorang Strucutral Engineer bukanlah JURU HITUNG, namun merupakan perpaduan antara seniman, psikolog dan scientis, melalui seni yang dikolaborasikan dengan logika berpikir dan dipertegas dengan prinsip ilmiah terciptalah suatu produk yang dapat dipertanggung jawabkan.

Dengan demikian, bagiku, sangatlah cocok Strong Body Weak Heart dijadikan analogi dan atau pintu berpikir untuk memahami Strong Column Weak Beam sebagai pendekatan Metode Desain Kapasitas. Karena pada dasarnya lemah bukanlah hal yang buruk. Seperti halnya pada prisip desain struktur, memperlemah suatu titik pada elemen justru menjadikan daya tahan struktur semakin optimal, tentunya dengan kontrol-kontrol yang diperkenankan. Begitu juga dengan “Weak Heart” bukan berarti kelemahan yang berarti kekurangan, namun kelemah-lembutan hati. Seperti mutiara yang disampaikan oleh Gus Mus (K.H.A. Mustofa Bisri ), “ Lemah lembut bukan kelemahan, kekerasan bukanlah kemenangan. Lihatlah RasuluLlah yang lemah lembut dan Abu Jahal yang suka kekarasan”. Mutiara ini  juga didukung oleh salah satu judul novel Prie GS ,” Hidup memang keras, maka GEBUKLAH. Namun bila lembut hatimu lembut pula hidupmu”.

Akhirnya, ijinkan penulis mengucapkan terima kasih kepada para “guru” yang me-wasilah-i pemahaman tentang gempa. Prof. Iswandi Imran, melalui seminar dan bukunya membuka pemahaman tentang filosofi gempa dan Hanggoro Tri Cahyo A., (dosen pembimbing penulis) yang mengantarkan penulis membuka pintu pemahaman tersebut. Tak lupa juga untuk sahabat ku Bae Haki yang menghadiahkan buku yang apik tentang gempa dan DR. Nur Farokha, atas status facebook-nya telah menginspirasi untuk merampungkan tulisan ini dan menjadikan status tersebut sebagai judul tulisan. Semoga diijinkan🙂 amiin.

Semoga bermanfaat dan selamat berkarya.🙂

Comments
  1. dr. Nur Farokha says:

    Amin,,,,,😀

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