1. Pendahuluan
Pada sore hari tanggal 30 September 2009, gempa tektonik 7.6 SR telah menghantam propinsi Sumatera Barat. Gempa yang dikenal dengan nama G30'S 2009 ini berpusat pada koordinat 0o50' 24'' Lintang Selatan dan 99o 39' 0'' Bujur Timur. Daerah yang mengalami kerusakan paling parah akibat gempa tersebut adalah daerah sepanjang pesisir pantai propinsi Sumatera Barat. Kota Padang sebagai Ibu Kota propinsi juga terletak di pantai barat dengan jarak kurang dari 100 km terhadap pusat gempa. Gempa dengan kedalaman 70 km ini tercatat sebagai gempa terkuat yang pernah menghantam kota Padang sejak berdirinya kota ini. Berdasarkan analisis yang dikeluarkan oleh USGS (2009) kerusakan yang terjadi di kota Padang berada sekitar skala MMI di tingkat 7 hingga 8 (Gambar 1).
Bangunan Hotel Bumi Minang mempunyai 7 lantai untuk struktur utama ditambah dengan beberapa lantai (presidential suite, mezanin, ruang mesin dan lantai atap ruang mesin) dengan ketinggian 36 m. Bangunan
Hotel ini berada pada koordinat 0o 57' 19" Lintang Selatan dan 100o 21' 31" Bujur Timur dengan jarak sekitar 80 km dari pusat gempa G30'S 2009. Bangunan Bumi Minang merupakan bangunan dengan struktur penyokong utama terbuat dari beton bertulang. Hingga saat ini bangunan ini merupakan bangunan yang mempunyai lantai terbanyak dan tertinggi di Sumatera Barat.
Bangunan ini didirikan pada tahun 1992. Hotel ini berdiri di atas tanah dengan kondisi lapisan tanah seperti pada Gambar 2. Berdasarkan dari analisis penggolongan lapisan tanah di bawah bangunan menurut SNI 03 - 1726 - 2002, maka kondisi tanah di bawah bangunan tergolong sebagai Tanah Sedang (Tabel 1).
Gambar 1. Peta Intensitas Modified Mercalli (MMI) untuk gempa G30'S 2009
Gambar 2. Jenis Lapisan tanah dan nilai Nspt
Tabel 1. Perhitungan kondisi tanah
| D (m) | Nspt | ti (m) | ti/Ni | N = ti/ (ti/Ni) | Jenis Tanah |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | - | - | ||
| 2 | 10 | 2 | 0,200 | Keras: | |
| 4 | 25 | 2 | 0,080 | Nrata2 > 50 | |
| 6 | 26 | 2 | 0,077 | ||
| 8 | 35 | 2 | 0,057 | Sedang | |
| 10 | 41 | 2 | 0,049 | 29,93 | 15 < Nrata2 < 50 |
| 12 | 37 | 2 | 0,054 | ||
| 14 | 39 | 2 | 0,051 | Lunak | |
| 16 | 60 | 2 | 0,033 | Nrata2 < 15 | |
| 18 | 60 | 2 | 0,033 | ||
| 20 | 60 | 2 | 0,033 | ||
| | 20 | 0,668 | Nrata2 ~ 30 |
Selain Bangunan Hotel Bumi Minang, masih terdapat puluhan bangunan bertingkat banyak (3 lantai atau lebih) yang juga mengalami kerusakan akibat gempa G30'S 2009. Bangunan-bangunan tersebut umumnya berdiri dengan struktur terbuat dari material beton bertulang dengan dinding dari bahan batu bata. Kerusakan akibat gempa pada bangunan dengan struktur beton bertulang telah banyak dilaporkan. Gempa 921 Chi-Chi di Taiwan, telah dilaporkan merusak lebih dari 25 bangunan modern yang terbuat dari beton bertulang (Tsai et. al., 2000). Kerusakan bangunan di Taiwan tersebut antara lain diakibatkan oleh terlalu beratnya beban mati yang diberikan oleh dinding bangunan yang terbuat dari batu bata.
Penelitian khusus tentang kapasitas dari bangunan beton bertulang akibat gempa bumi Hyogoken-Nambu pada tahun 1995 di Jepang juga telah dilaporkan (Lee et. al. 1995). Pada laporan tersebut Lee et.al. telah mengusulkan tata cara perhitungan untuk mengklasifikasikan tingkat kerusakan dari bangunan beton bertulang. Hasil penelitian ini menyimpulkan bahwa bangunan yang dibuat 25 tahun sebelum terjadinya gempa tersebut lebih banyak mengalami kerusakan dibanding dengan gedung beton bertulang baru. Selain itu usulan perhitungan level kerusakan yang diusulkannya ternyata masih memerlukan penyempurnaan untuk diterapkan lebih jauh.
2. Investigasi Kerusakan
Pendefinisian kerusakan pada bangunan merupakan hal yang memelukan penelitian mendalam dan kesepakatan. Sejumlah negara telah mendifinisikan kerusakan dalam beberapa tingkat tergantung dari kesepakatan yang mereka ambil. Difinisi kerusakan yang disampaikan dalam penelitian kerusakan akibat gempa Hyogoken-nambu 1995 adalah seperti dalam Tabel 2.
Di Indian, keruskan lebih banyak ditentukan dengan menggunakan pandangan mata dan tidak mempunyai ukuran secara matetamatis. Pendifinisian kerusakan ini terasa lebih simpel dan investigasi kerusakan dapat dilakukan oleh orang awam.
Berdasarkan kompilasi dari beberapa referensi dan kesepakatan ahli di Indonesia, maka dalam melakukan investigasi kerusakan bangunan akibat gempa di kota Padang telah dibentuk rumusan klasifikasi kerusakan (Tabel 4). Tingkatan yang disepakati ini juga didasarkan pertimbangan untuk dapat digunakan dalam berbagai kepentingan seperti pendanaan rehabilitasi dan rekonstruksi. Selanjutnya rumusan tersebut digunakan sebagai pegangan dalam melakukan penilaian kerusakan untuk seluruh jenis bangunan akibat gempabumi di kota Padang dan sekitarnya.
Investigasi lapangan yang dilakukan terhadap bangunan Hotel Bumi Minang, menunjukkan sebagian besar dinding batu bata pada bangunan mengalami kerusakan dan sejumlah struktur utama bangunan mengalami kerusakan. Hampir pada semua bagian non -struktural bangunan, terutama pada bagian dalam gedung mengalami kerusakan berupa retakan besar dan roboh. Kerusakan ini meliputi elemen bangunan pada dinding luar dan dalam, plafond, pintu dan jendela. Bagian non-struktural bangunan yang mengalami kerusakan mencapai lebih dari 80%.
Inspeksi visual lapangan tidak mendapati adanya penurunan pada pondasi bangunan. Bagian struktur utama berupa kolom, balok dan pelat lantai mengalami kerusakan. Kerusakan elemen struktural ini terutama terjadi pada lantai 1 dan 2. Kerusakan bagian ini mengakibatkan terjadinya penurunan pelat lantai di bagian tengah bangunan hingga lebih dari 25 cm. Khusus untuk daerah lift di tengah bangunan (Gambar 3), beton pada bagian ini telah hancur hingga terlihat adanya besi tulangan sepanjang 40 cm. Kerusakan ini mengakibatkan bagian bangunan di atasnya (dari lantai 2 s.d lantai 7) mengalami penurunan lebih dari 40 cm. Tingkat kerusakan struktur yang terjadi pada bagian tengah bangunan ini diperkirakan mencapai 90 %. Secara keseluruhan dapat disimpulkan bahwa banguna Hotel Bumi Minang ini dapat dikategorikan mengalami kerusakan berat.
Tabel 2. Klasifikasi Kerusakan di Jepang (Lee et. al. 1995)
| Tingkat | Deskripsi kerusakan | |||
|---|---|---|---|---|
| I | Retak kecil pada permukaan beton ( < 0.2 mm) | |||
| II | Retak agak jelas di permukaan beton (0.2 – 1.0 mm) | |||
| III | Retak jelas pada permukaan beton (1.0 – 2.0 mm) Hancur setempat pada penutup beton | |||
| IV | Retak sangat jelas pada beton (> 2.0 mm) Hancur pada beton dan tulangan dapat terlihat | |||
| V | Retak besar pada bagian dalam beton Bengkokan pada besi tulangan | |||
Tabel 3. Klasifikasi kerusakan di India (Great, 2001)
| Tingkat | Sebutan | Deskripsi kerusakan | ||
|---|---|---|---|---|
| I | Ringan | Retak kecil dan sebagian plesteran jatuh | ||
| II | Sedang | Plesteran jatuh banyak dan retakan dinding | ||
| III | Berat | Retak besar dinding dan menara roboh | ||
| IV | Hancur | Sebagian dinding terpisah dan/atau roboh | ||
| V | Roboh | Bangunan roboh total | ||
Tabel 4. Klasifikasi kerusakan di Indonesia- Padang
| Tingkat | Deskripsi kerusakan | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Adanya retak kecil (0,075 cm s/d 0,6 cm) pada | |||||
| dinding. | |||||
| Kerusakan dinding mencakup luasan yang besar. | |||||
| Terjadi kerusakan bagian-bagian nonstruktur. | |||||
| Ringan | Struktur utama pemikul beban tidak rusak | ||||
| < 30 % Bangunan rusak | |||||
| Adanya retak besar ( > 0,6 cm ). | |||||
| Sedang | Retakan terjadi juga pada kolom dan balok. | ||||
| Struktur pemikul beban sudah rusak sebagian. | |||||
| Roboh pada sebagian dinding | |||||
| 30 - 70 % Bangunan rusak | |||||
| Dinding pemikul beban terbelah dan runtuh | |||||
| Berat | Bangunan terpisah akibat kegagalan unsur | ||||
| pengikat | |||||
| > 50% struktur utama mengalami kerusakan | |||||
| Roboh pada sebagian besar dinding | |||||
| > 70 % Bangunan rusak | |||||
Gambar 3. Bagian lift yang rusak berat
3. Simulasi Numerik
Simulasi numerik terhadap perilaku dinamis struktur bangunan Hotel Bumi Minang dengan menggunakan program elemen hingga telah dilakukan. Data geometri elemen struktur diperoleh dengan melakukan pengukuran langsung di lapangan. Demikian pula halnya dengan data mekanik dari material bangunan yang diperoleh dengan melakukan kombinasi pengujian langsung di lapangan dan di laboratorium. Mutu beton yang digunakan untuk elemen struktur adalah fc' = 30 MPa dengan baja berupa tulangan ulir dengan fy = 390 MPa dan fy = 240 MPa (polos). Simulasi numerik dilakukan dengan menggunakan beban statis ekivalen dan beban dinamis domain frekwensi (wilayah gempa 6, SNI-1726-2002).
Simulasi numerik tiga dimensi dilakukan dengan memodelkan bangunan menjadi 5 tipe. Tipe pertama adalah bangunan dengan model struktur seperti yang ada di lapangan (Gambar 4.a). Model kedua dengan membuat penambahan dinding geser pada bagian bawah lift (Gambar 4.b). Model ketiga dengan penambahan dinding geser pada seluruh bagian lift (Gambar 4.c) dan model keempat dengan tambahan dinding geser pada bagian sayap kiri dan kanan bangunan (Gambar 4.d).
(a)
Gambar 4. Permodelan tiga dimensi struktur bangunan
Gambar 5 menunjukkan kapasitas penampang kolom dan momen-aksial yang bekerja. Sedangkan perbandingan gaya geser maksimum dengan kapasitas geser pada kolom ditampilkan pada Tabel 5. Hasil simulasi numerik menunjukan bahwa bangunan
Tabel 5. Kapasitas dan beban geser kolom
| Model Struktur | Tinjauan | Kapasitas Beban | Keterangan | ||
|---|---|---|---|---|---|
| (kN) | (kN) | ||||
| Tumpuan | 567,98 | 1189,1 | tidak | ||
| ke- 1 | Lapangan | 432,26 | 1189,1 | memenuhi | |
| ke- 2 | Tumpuan | 567,98 | 377,72 | memenuhi | |
| Lapangan | 432,26 | 377,72 | |||
| Tumpuan | 567,98 | 341,95 | |||
| ke- 3 | Lapangan | 432,26 | 341,95 | memenuhi | |
| Tumpuan | 567,98 | 121,94 | |||
| ke- 4 | Lapangan | 432,26 | 121,94 | memenuhi | |
Gambar 5. Kapasitas dan beban kolom (a) model ke-1, (b) model ke-2, (c) model ke-3, (d) model ke-4
mengalami pembebanan yang sangat besar pada model pertama (model asli). Kapasitas penampang dari elemen kolom bangunan ternyata tidak mencukupi untuk menahan gaya-gaya dalam (baik momen gaya aksial maupun gaya geser) yang bekerja pada bangunan akibat beban gempa. Sedangkan pada model struktur ke-3 dan ke-4, menunjukkan gaya-gaya dalam maksimum yang bekerja masih dapat ditahan oleh struktur bangunan.
4. Kesimpulan
Investigasi lapangan terhadap bangunan Hotel Bumi Minang menunjukkan bahwa bangunan ini mengalami kerusakan berat baik pada bagian struktur maupun non -struktur. Kerusakan ini terutama terjadi pada bagian tengah bangunan. Bentuk denah bangunan yang tidak simetris merupakan satu hal yang dapat menimbulkan konsentrasi tegangan akibat beban dinamis yang bekerja pada bangian tengah bangunan.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa elemen bangunan (terutama kolom) mempunyai kapasitas lebih kecil dibanding beban yang bekerja. Dengan penambahan dinding geser pada sebagian bangunan tengah, maka beban kerja pada bagian ini berkurang sehingga kapasitas penampang yang ada dapat menahan gayagaya dalam yang bekerja. Sedangkan penambahan lebih dinding geser pada bagian tengah-atas maupun di samping kiri dan kanan bangunan, memberikan respon berupa gaya dalam yang lebih kecil pada model bangunan. Studi ini menunjukkan pentingnya dinding geser dalam meminimalkan respon bangunan terhadap beban dinamik.