Analisis Gempa Dinamik Time History dengan ETABS

Indonesia adalah negara yang dilalui 2 jalur seismik. Hal ini menyebabkan gempa bumi sering terjadi di negara ini. Bagi seorang insinyur teknik sipil khususnya struktur, beban gempa menjadi aspek penting yang perlu diperhitungkan dalam mendesain bangunan terutama dari segi struktural. Ada 2 pendekatan yang digunakan untuk memperhitungkan beban lateral (gempa bumi) yang bekerja pada suatu struktur, yaitu analisis secara statik ekivalen dan analisis dinamik (respon spektra atau time history).

Analisis dinamik linier riwayat waktu (time history) sangat cocok digunakan untuk analisis struktur yang tidak beraturan terhadap pengaruh gempa rencana. Mengingat gerakan tanah akibat gempa di suatu lokasi sulit diperkirakan dengan tepat, maka sebagai input gempa dapat didekati dengan gerakan tanah yang disimulasikan. Dalam analisis ini digunakan hasil rekaman akselerogram gempa sebagai input data percepatan gerakan tanah akibat gempa. Rekaman gerakan tanah akibat gempa diambil dari akselerogram gempa El-Centro N-S yang terjadi di Imperial Valley, California pada tanggal 15 Mei 1940. Input data akselerogram gempa El-Centro ke dalam ETABS dapat dilakukan dengan beberapa cara.

Kali ini saya mendapatkan ilmu baru dari Mas Andre Puja, seorang Mahasiswa ITB (Indonesia) yang sedang melanjutkan kuliah S2 Structural Engineering di National Cheng Kung University, Taiwan. Ada 2 cara untuk menganalisis beban lateral time history dengan menggunakan software SAP2000 atau ETABS yaitu:

CARA 1.

Pilih Define- Time History Function- Function from File. Kemudian Browse di My Computer/ C/ Program Files/ Computer and Structures/ ETABS/ Time History Function/ Elcentro. Untuk lebih jelasnya dapat lihat screen shoot berikut ini :

Gambar 1. Time History Function Definition dengan ETABS

CARA 2.

Download recorded accelerograms dari the PEER database. Kemudian upload accelerogram yang telah didownload ke SAP2000 atau ETABS

Salah satu intitusi yang bernama “The Pacific Earthquake Engineering Research (PEER)”, yang berpusat di University of California at Berkeley, mempunyai data lebih dari 10,000 rekaman strong ground motion yang terdiri dari 173 data gempa yang berbeda yang dapat diakses publik secara online. Alamat websitenya ada di : http://peer.berkeley.edu/ dan keseluruhan database ini dapat dicari di alamat: http://peer.berkeley.edu/nga/

Sebagai contoh, misalnya kita ingin mendownload accelerogram recorded Gempa Imperial Valley 1940 earthquake. Silakan ikuti langkah seperti pada gambar berikut :

1. Klik situsnya di http://peer.berkeley.edu/nga/search.html

Gambar 2. Tampilan Menu Search Ground Motion Records

2. Pada menu Search Ground Motion Records kita bisa memilih lokasi mana yang akan kita cari data Gempanya. Saat event telah terpilih di top drop-down list, kita pilih menu Display Results. Ganti "On Map" dengan "In Table”. Lalu SEARCH. Lalu akan muncul Data Gempa seperti di bawah ini :

Gambar 3. Data Gempa yang Ada di PEER

Dengan meng-klik data yang diinginkan dalam hal ini NGA0006, halaman baru akan muncul dengan beberapa informasi terkait gempa tersebut. Apabila kita me-scroll down, links menuju 3 komponen dari accelerogram (180°, 270° and vertical) akan muncul.

Gambar 4. Tampilan Records Number Gempa yang Dicari

Dengan right-click pada satu dari link tersebut (misal komponen pertama horizontal ditandai dengan IMPVALL/I-ELC180), halaman baru berupa kumpulan data angka- angka akan terbuka yang berisi time history of the ground acceleration yang dipilih. Seperti berikut ini :

4 baris pertama data di atas adalah berupa keterangan mengenai gempa tersebut, yaitu:

Location: “Imperial Valley”
Date: 19th May 1940
Time: 4:39am
Station: “El Centro Array #9”
Direction: Horizontal, 180°
Units of acceleration: g= 9.81 m/s2 (acceleration of gravity)
Number of time instants: 4,000
Sampling time: Δt= 0.01 s (f= 100 Hz)

Adapun cara membaca data gempa tersebut adalah dari dari kiri ke kanan per baris lalu ganti ke baris selanjutnya hingga baris terakhir.

Kemudian simpan (save) atau copy paste data accelerogram recorded tersebut dalam di notepad dengan format (.txt). Seperti gambar di bawah ini :

Gambar 5. Simpan ke Format (.txt)

Setelah kita menyimpan data tersebut, baru bisa gunakan ke SAP atau ETABS dengan cara pilih Define- Time History Function- Function from File. Kemudian Browse di My Computer/ C/ Program Files/ Computer and Structures/ ETABS/ Time History Function/ Imperial Valley.

Dalam analisis ini redaman struktur (dumping) yang harus diperhitungkan dapat dianggap 5% dari redaman kritisnya. Faktor skala yang digunakan = G x I/R. Dimana :

G adalah percepatan gravitasi ( 9,81 m/s²)
I adalah faktor keutamaan gedung
R adalah faktor reduksi gempa (dalam kasus ini menggunakan daktalitas parsial R= 4)

Jadi, scale factor = 9,81 x 1 / 4 = 2,45

Untuk memasukkan beban gempa time history ke dalam SAP atau ETABS maka harus didefinisikan terlebih dahulu ke dalam Time History Case. Mengingat akselerogram tersebut terjadi selama 10 detik, maka dengan interval waktu 0,1 detik, jumlah output step-nya menjadi = 10/0,1 = 100. Data-data tersebut diinputkan ke dalam ETABS untuk gempa Time History arah X dan Y seperti Gambar 6 dan 7.

Gambar 6. Time History Case Data untuk arah X

Gambar 7. Time History Case Data untuk arah X

Setelah input data kita masukkan. Kemudian kita Run.
Contoh gaya geser dan momen yang terjadi karena Gempa Dinamik dengan time history dapat dilihat di bawah ini.