Journal homepage: http://iptek.its.ac.id/index.php/jats
Pemilihan  dan Pen-skala-an  Rekaman  Akselerogram  Gempa  Nyata agar Sesuai dengan Spektrum Respons SNI 1726-2012
Dicky Imam Wahjudi 1,*
Departemen Teknik Infrastruktur Sipil, ITS, Surabaya Koresponden*, Email: dickyimamwt73@gmail.com
Info Artikel Abstract
Diajukan 27 Nopember 2017 Diperbaiki 6 Desember 2017
Disetujui 7 Desember 2017
Keywords: time history,
accelerogram, building code, response spectrum, scale factor.
The  need  in  performing  an  analysis  to  calculate  the  nonlinear  response  of  buildings  due  to earthquake  by  using  time  history  records  of  ground  motion  acceleration  is  increasingly becoming  a  compelling  demand  in  the  design  nowadays.  The  most  urgent  problem  to  be addressed in this regard is to choose an accelerogram record that fits conditions prescribed by building  code  and  soil  types  under  specific  site  conditions.  In  the  literature  there  are  known several sources of time history strong ground motions, among others are, artificial records that match  the design response  spectrum, synthetic records derived from the seismological model, and accelerogram records obtained from real earthquake events. In this text, it will be presented a  procedure  for  selecting  and  scaling  the  ground  acceleration  data  recorded  from  real earthquakes  to  provide  results  that  match  the  design  acceleration  response  spectrum  as determined by SNI 1726-2012. It will be presented within: a brief description of the fundamental theory  in  determining  the  appropriate  response  spectrum,  the  scale  factor  limits,  as  well  as several other determining parameters. For example, it will be submitted here an adjustment on five earthquake  accelerograms  so  that  they  match  the  acceleration  response  spectrum  of  the design earthquake for the city of Jakarta hard soil and Yogyakarta soft soil.
Kata kunci: riwayat waktu, akselerogram, peraturan bangunan, spektrum respons, faktor skala.

## Abstrak
Kebutuhan pada analisis perhitungan respons nonlinier bangunan terhadap gempa dengan memakai  rekaman  percepatan  tanah  riwayat  waktu  semakin  menjadi  tuntutan  di  dalam desain pada saat ini. Masalah yang paling mendesak untuk dipenuhi di dalam hal ini adalah menentukan  pilihan  pada  rekaman  akselerogram  yang  sesuai  dengan  syarat-syarat  yang sudah  ditentukan  menurut  peraturan  bangunan  dan  jenis  tanah  pada  suatu  kondisi  situs yang spesifik. Di dalam kepustakaan dikenal beberapa sumber akselerogram riwayat waktu, antara  lain  rekaman  gerakan  tanah  tiruan  yang  sesuai  dengan  spektrum  respons  desain, rekaman  sintetik  yang  diperoleh  dari  model  seismologi,  dan  rekaman  akselerogram  yang diperoleh dari kejadian gempa yang nyata. Di dalam naskah ini akan disampaikan suatu tata langkah  untuk  memilih  dan  men-skala-kan  data  akselerogram  gerakan  tanah  oleh  gempa nyata  agar  memberikan  hasil  yang  sesuai  dengan  spektrum  respons  percepatan  desain sebagai yang ditentukan oleh SNI 1726-2012. Di dalamnya akan disampaikan secara ringkas mengenai teori dasar pada penentuan spektrum respons yang sesuai, penetapan batas-batas faktor skala, serta beberapa parameter penentu lainnya. Sebagai contoh akan disampaikan di  sini  penyesuaian  pada  lima  rekaman  akselerogram  gempa  sehingga  cocok  dengan spektrum respons percepatan gempa desain untuk kota Jakarta tanah keras dan Yogyakarta tanah lunak.

## 1. Pendahuluan
Peraturan  perencanaan  bangunan  tahan  gempa  biasanya menetapkan pengaruh gerakan  tanah  gempa  sebagai  grafik spektrum  respons  percepatan,  baik  yang  berasal  dari nilai- nilai spektrum yang dihitung dari akselerogram gempa nyata yang  disesuaikan,  rekaman  gempa  tiruan (artificial) yang sepadan  dengan  spektrum  desain,  atau  rekaman gerakan tanah  sintetik  yang  diperoleh  dari  suatu  model  seismologi tertentu. Sejak dimantapkannya metoda PBSD (Performance Based  Seismic  Design)  atau PBEE  (Perfor-mance  Based Earthquake  Engineering) pada 1995,  maka  semakin dirasakan  perlunya  memakai  catatan  riwayat  waktu  dari
akselerogram kejadian yang  nyata  untuk  mempela-jari perilaku  respons  bangunan-bangunan terhadap  gempa [1]. Sampai  di  sini  dijumpai  sulitnya  mendapatkan  rekaman akselerogram  yang  sesuai  dengan  spektrum  respons  desain yang telah ditetapkan  oleh  peraturan  bangunan  (building codes),  sehingga  dipandang  perlu  untuk  men-skala-kan rekaman  akselerogram  yang  nyata  agar  sesuai (matched) dengannya [2]. Apa lagi dengan melihat perkembangan yang terjadi sekarang, dengan semakin bertambah banyaknya data rekaman yang berhasil di catat dari kejadian-kejadian gempa yang nyata, tetapi juga sulitnya memberikan input yang tepat dari suatu skenario gempa yang lengkap, seperti magnitudo,
Dicky Imam Wahjudi, Jurnal Aplikasi Teknik Sipil, Volume 15, Nomor 2, Agustus 2017 (67-72)
mekanisme patahan, letak situs, disamping kondisi geologi, maka  penggunaan akselerogram  nyata  yang  disesuaikan semakin menjadi pilihan  yang lebih mudah dilakukan di dalam bidang pengkajian maupun  pengujian respons bangunan terhadap gempa, baik linier maupun nonlinier [3]. Di  dalam  hal  ini,  Penulis  telah  mencoba  menerapkan  pen- skala-an rekaman riwayat waktu akselerogram gempa Kobe, 16  Januari  1995,  untuk  menganalisis  perilaku  respons nonlinear  time  history (NLTH)  pada  suatu  sistem  rangka pemikul momen beton bertulang bertingkat 10 yang terletak di kota Bandung[4].
Penyesuaian besaran-besaran spektrum dengan  aksele- rogram nyata, baik di dalam ranah waktu maupun frekwensi, dapat dilakukan menurut cara-cara berikut ini: (a) nilai-nilai spektrum  percepatan  secara  sederhana  di-skala-kan  ke  atas dan  ke  bawah  secara  seragam,  (b)  gerakan tanah nyata  di filter kan  di  dalam  ranah  frekwensi  dengan  nilai  per- bandingan antara  nilai  spektralnya  dengan  nilai  spektrum desain  yang  ditargetkan,  dan  (c) penambahan  dan  pengu- rangan  gelombang-gelombang  kecil  (elementary  wavelets) pada rekaman  yang  sebenarnya  agar diperoleh  hasil  yang mendekati spektrum  desain  yang  ditargetkan [5]. Beberapa pokok  aturan  dalam  memilih  dan  men-skala-kan  akselero- gram telah dijabarkan [6].
2. Metodologi
a. Pemilihan Rekaman
Dari  beberapa  gempa  dipilih  rekaman  yang  mengha- silkan  gambaran  tentang  ciri-ciri  gerakan  tanahnya,  yaitu magnitudo, jaraknya  ke  pusat  getaran,  dan  klasifikasi  situs. Pemilihan  dilakukan  biasanya  lebih  ditekankan  pada  upaya untuk  memperoleh rekaman-rekaman yang  sesuai/sepadan dengan spektrum respons daripada terhadap parameter-para- meter seismologinya. Karenanya, rekaman-rekaman tersebut dipilih berdasarkan pertimbangan pada besaran-besaran dari suatu  gerakan  tanah  kuat,  seperti  percepatan  tanah  puncak (PGA=peak  ground  acceleration),  kecepatan  tanah  puncak (PGV=peak ground velocity), dan durasi yang sesuai dengan spektrum respons desainnya.
Gerakan  tanah  riwayat  waktu  suatu  gempa  memberikan gambaran tentang intensitas, suatu ukuran yang berhubungan dengan  aras  (level)  kebencanaan  tertentu (yaitu  periode ulang), yang akan menggambarkan magnitudo, jarak ke pusat gempa, kondisi  situs,  dan  beberapa  parameter  yang menentukan  sifat-sifat  karakteristik  gerakan  tanahnya. Pemilihan  rekaman  dengan  magnitudo yang  sesuai  perlu diperhatikan  karena magnitudo sangat besar  pengaruhnya pada kandungan frekwensi dan durasi dari gerakan tanah.
Walaupun gempa  di  Indonesia,  khususnya  di  P.  Jawa, yang  berasal  dari  mekanisme  subduksi  berbeda  dengan gempa-gempa  di  Amerika  Utara  yang  berasal  dari  meka- nisme  patahan  (fault),  tetapi  untuk  contoh  pemakaian di bawah tetap  digunakan  rekaman gempa-gempa  tersebut, karena rekaman akselerogram gempa di Indonesia masih sulit diperoleh.

## b. Pen-skala-an Gerakan Tanah
Dikenal  dua  cara  untuk  memodifikasi  suatu  rekaman riwayat waktu agar sesuai dengan spektrum respons desain, yaitu:  (a)  pen-skala-an di  dalam ranah  waktu,  dan (b)  pen- skala-an di dalam ranah frekwensi. Prosedur pen-skala-an di dalam ranah waktu dilakukan agar didapatkan kwadrat selisih yang  minimum  antara  spektrum  respons  gerakan  tanah dengan  spektrum  target  (minimum  least  squares  method), yaitu:
(1)
dimana:
S a aktual = spektrum respons per-cepatan gempa aktual S a target = spektrum respons per-cepatan gempa target α = faktor skala T = perioda osilator T B = perioda batas bawah pen-skala-an T A = perioda batas atas pen-skala-an
Dengan  mendiferensiasikan  persamaan  (1)  sekali  ter- hadap α dan  kemudian  menyamakannya  dengan  0  (nol), maka akan didapatkan faktor skala:
(2)

## c. Spektrum Respons Target
Spektrum  respons  adalah  sebaran  nilai-nilai  besaran respons  struktur  SDOF  (single  degree  of  freedom =  sistem berderajat  kebebasan  tunggal),  yang  terdiri  dari besaran- besaran perpindahan  (displacement),  kecepatan  (velocity), dan  percepatan  (acceleration),  pada  berbagai  nilai  perioda. Cara perhitungan untuk mendapatkan spektrum respons telah diterangkan  pada  banyak  pembahasan di  dalam  buku-buku teks rekayasa gempa yang standar [7].
SNI  1726-2012 telah  menetapkan cara  penentuan beban gempa untuk bangunan gedung  yang berada di dalam wila- yah  Indonesia  sebagai grafik spektrum  respons  percepatan desain seperti  yang disampaikan  pada  Bab  4  peraturan [8].
    2 arg A B T aktual t et a a T Selisih S T S T dT             2 arg 2 A B A B T aktual t et a a T T T aktual a T T S S S       
Grafik yang dimaksudkan adalah sebagai yang disampaikan pada  Gambar  1  dari  peraturan,  dan  yang  diperlihatkan  lagi pada Gambar 1.
Gambar 1. Spektrum respons percepatan desain menurut SNI 1726-2012.
Dari Gambar 1, S 0 , S D1 , S DS , T 0 dan T S adalah parameter- parameter  percepatan  gempa yang  nilainya  dihitung  ber- dasarkan uraian  pada Bab  6 peraturan serta  dengan  mem- perhatikan Gambar 9, 10, dan 11 SNI 1726-2012.
Gambar 2. Parameter S S menurut Gambar 9 SNI 1726-2012.
Hasil  grafik spektrum respons percepatan  gempa desain untuk kota Jakarta disampaikan pada Gambar 5, sedangkan untuk kota Yogyakarta disampaikan pada Gambar 6. Selan- jutnya,  Gambar  5  dan  6  akan  menjadi  spektrum  respons target penyesuaian dari beberapa akselerogram gempa nyata yang akan disebutkan dalam ulasan rekaman gempa nyata.

## d. Rekaman Gempa Nyata
Lima rekaman gempa yang diambil dari internet [9] akan disesuaikan dengan  spektrum respons desain Jakarta,  yaitu: (1) Chi-Chi, Taiwan, 20 September 1999, Stasiun: TCU045, Komponen: Horizontal/Longitudinal, (2) El Centro, A.S., 18 Mei  1940,  Stasiun:  USGS  No.  117,  Kom-ponen: Horizontal/U-S,  (3)  Kocaeli,  Turki,  17  Agustus  1999, Stasiun: Yarimca (KOERI330), Komponen: Hori-
zontal/180 o , (4) Northridge, A.S., 17 Januari 1994, Stasiun: CDMG  24278,  Komponen:  Horizontal/90 o ,  dan – (5)  Taft, A.S.,  21  Juli  1952,  Stasiun:  Taft  Lincoln  School  Tunnel, Komponen: Horizontal/B69U.
Gambar 3. Parameter S 1 menurut Gambar 10 SNI 1726- 2012.
Gambar 4. Parameter PGA menurut Gambar 10 SNI 1726- 2012.
Gambar 5.  Spektrum  respons  percepatan  desain  untuk Jakarta dihitung dengan SNI 1726-2012.
1.0 S D1 S DS Perioda, T (detik) R es p on s P e rc ep at an S p ek tr al , S a ( g ) 1 D a S S T  1 2 D L a S T S T  1 D S DS S T S  1 0 0.2 D DS S T S   0 0.4 0.6 a DS T S S T         4.0 L T  S 0 ( U.S. )
Gambar 6.  Spektrum  respons  percepatan  desain  untuk Yogyakarta dihitung dengan SNI 1726-2012.
Pen-skala-an spektrum  respons  gempa  dihitung pada osilator  elastik  dengan  beban  kelima  gempa  sebagai  dise- butkan  di  atas secara  satu  persatu untuk  mendapatkan  re- kaman  yang  paling  sesuai  dengan  spektrum  respons  target yang  sudah  ditentukan.  Ambil  asumsi  redaman  5%. Pro- sedur  pen-skala-an  dipakai untuk  menyesuaikan  masing- masing  komponen  rekaman dengan spektrum  target  pada rentang perioda yang ditentukan, sebut saja: T = 0.05 s/d. 4.0 detik. Nilai α dari  persamaan  (2)  kemudian  dapat  dihitung. Nilai α yang lebih kecil dari 1/20 atau lebih besar dari 20 di- anggap salah dan tidak dipakai.
Gambar 7. Rekaman asli akselerogram gempa El Centro, 18 Mei 1940, U-S.
Gempa  El  Centro,  yang  akselerogram  aslinya  seperti terlihat  pada  Gambar  7,  setelah  disesuaikan  terhadap spek- trum  respons desain  Jakarta,  akan  menjadi  seperti  pada Gambar  8.  Sedangkan  grafik  spektrum  respons  yang  diha- silkannya  disampaikan  pada  Gambar  9  untuk  gempa  El Centro saja, dan pada Gambar 10 untuk keseluruhan kelima gempa.
Gambar 8. Rekaman akselerogram gempa El Centro, 18 Mei 1940, yang disesuaikan.
Gambar 9. Perbandingan antara spektrum respons gempa El Centro,  18  Mei  1940,  yang  asli  dengan  yang  disesuaikan untuk kota Jakarta tanah keras.
Gambar 10. Spektrum respons 5 akselerogram gempa yang disesuaikan untuk kota Jakarta.
Gempa  El  Centro  yang  sama  bila  disesuaikan  dengan spektrum  desain  Yogyakarta  tanah  lunak,  maka  akan  di-
hasilkan rekaman akselerogram yang berbeda dari Gambar 8. Rekaman  hasil  penyesuaiannya  adalah  sebagai  yang ditunjukkan  pada  Gambar  11,  sedangkan  perbandingan spektrum  respons  antara akselerogram  gempa  asli dengan yang sesudah disesuaikan disampaikan pada Gambar 12.
Gambar  11.  Rekaman  akselerogram  gempa  El  Centro, 18 Mei 1940, yang disesuaikan dengan spektrum respons desain untuk Yogyakarta tanah lunak.
Gambar 12. Perbandingan antara spektrum respons gem-pa El Centro, 18 Mei 1940, yang asli dengan yang disesuaikan untuk kota Yogyakarta tanah lunak.
Hasil perbandingan  spektrum  respons  dari  kelima  akse- lerogram  yang  sudah  disesuaikan dengan spektrum respons desain untuk Yogyakarta disampaikan pada Gambar 13.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Suatu  cara  untuk  memilih  dan  men-skala-kan  rekaman riwayat  waktu  akselerogram  gempa  yang  nyata  agar  sesuai dengan spektrum respons percepatan gempa desain me-nurut SNI  1726-2012  telah  dilakukan  dengan  mencakup  rentang perioda: T =  0.05  s/d.  4.0  detik [8].  Kemudian  analisis
spektrum respons diterapkan pada akselerogram yang sudah disesuaikan  tersebut  maka  dihasilkanlah  grafik  spektrum respons  yang  lebih  mendekati/sesuai  dengan  spektrum respons desain sebagai target.
Gambar  13.  Spektrum respons  5 gempa  yang  disesuaikan untuk kota Yogyakarta tanah lunak.
Sebagai ilustrasi, di dalam tulisan ini digunakan 2 (dua) kelas tanah yang berbeda, yaitu Tanah Keras untuk Jakarta, dan Tanah Lunak untuk Yogyakarta. Juga, di dalam tulisan ini  digunakan  5  (lima) rekaman  akselerogram  gempa  yang berbeda.  Pemilihan  gempa  dengan  pengelompokan  karak- teristik  kebencanaan,  seperti  magnitudo,  jarak  ke  pusat gempa,  kondisi  situs,  dan  durasi,  tidak  bisa  dilakukan, mengingat akselerogram  gempa asli  untuk  Indonesia masih sangat  sukar  diperoleh.  Contoh-contoh  akselerogram  yang dipakai di dalam tulisan ini adalah berasal dari gempa-gempa di  luar  Indonesia,  sedangkan  karakteristik  gempa-gempa tersebut  berbeda  dengan  gempa  Indonesia.  Sebagai  contoh, gempa di Indonesia, khususnya di P. Jawa ditimbulkan oleh suatu proses subduksi, sedangkan gempa di A.S. berasal dari proses patahan atau sesar (fault).
Sebagai gambaran pemakaian faktor skala yang berbeda, dapat  diperlihatkan  spektrum  respons  gempa  El  Centro, masing-masing  pada Jakarta  tanah  keras  (Gambar  9)  dan Yogyakarta  tanah  lunak  (Gambar  12).  Untuk  Jakarta,  El Centro  agak ‘terlalu  keras’,  sehingga  perlu  di perlunak. Sedangkan  bila  dibandingkan  dengan  Yogyakarta  tanah lunak,  gempa  El  Centro  ‘terlalu  lemah’,  sehingga  penye - suaian  yang  dilakukan  telah  menghasilkan  akselerogram dengan respons yang lebih kuat.
Tulisan ini  mendukung  persyaratan di dalam Pasal 6.10 SNI  1726-2012  yaitu  mengenai  prosedur  desain  seismik dengan  gerak  tanah  yang  spesifik  situs. Di  dalam  6.10.1.1 disebutkan, bahwa  suatu spektrum respons  gempa  pada  ba- tuan dasar diperlukan untuk suatu analisis spektrum respons yang  spesifik  situs.  Spektrum  respons  gempa  pada  batuan
Dicky Imam Wahjudi, Jurnal Aplikasi Teknik Sipil, Volume 15, Nomor 2, Agustus 2017 (67-72)
dasar  ini  harus  dikembangkan  dengan  menggunakan prosedur  yang  disebutkan  menurut  Pasal  6.8 atau  6.10.2 dengan  asumsi  kelas  situs  SB (batuan),  atau  SA (batuan keras) tetapi dengan koefisien-koefisien situs yang sudah di justifikasi. Disebutkan,  bahwa diperlukan paling  sedikit 5 (lima)  rekaman  atau  simulasi  riwayat  waktu percepatan gerakan tanah horizontal yang dipilih dari beberapa kejadian gempa  dengan  magnitudo  dan  jarak sumber  gempa  yang secara konsisten mengendalikan gerak tanah gempa. Masing- masing  riwayat  waktu  yang  dipilih  harus  di-skala-kan, sehingga spektrum responsnya secara rata-rata dekat dengan level  spektrum  respons  gempa  batuan  yang  signifikan  dari respons struktur bangunan yang didesain.

## 4. Simpulan
Berdasarkan  analisis  data  dan  pembahasan  yang  telah dilakukan  pada uraian  di  atas,  maka dapat  disimpulkan sebagai berikut:
a. Suatu  cara  untuk  memilih  dan  men-skala-kan  rekaman riwayat  waktu  akselerogram  gempa  yang  nyata  agar sesuai  dengan  spektrum  respons  percepatan  gempa desain menurut SNI 1726-2012 telah dilakukan dengan mencakup  rentang  perioda: T =  0.05  s/d.  4.0  detik. Kemudian  analisis  spektrum  respons  diterapkan  pada akselerogram  yang  sudah  disesuaikan  tersebut  maka dihasilkanlah  grafik  spektrum  respons  yang  lebih mendekati/sesuai  dengan  spektrum  respons  desain sebagai target.
b. Setidaknya  diperlukan  5  (lima)  rekaman  atau  simulasi riwayat waktu percepatan gerakan tanah horizontal yang dipilih dari beberapa kejadian gempa dengan magnitudo dan  jarak  sumber  gempa  yang  secara  konsisten mengendalikan  gerak  tanah  gempa.  Masing-masing riwayat waktu yang dipilih harus di-skala-kan, sehingga spektrum responsnya secara rata-rata dekat dengan level spektrum  respons  gempa  batuan  yang  signifikan  dari respons struktur bangunan yang di-desain

## Daftar Pustaka
[1] Federal Emergency
Management
Agency, “Performance Based Sismic Design of Buildings -An
Action Plan for Future Studies,” Berkeley, 1996.
[2] M.  Lew  and  F.  Naeim,  “Use  of  Design  Spectrum - Compatible Tme Histories in Analysis of Structures,” in Eleventh  World  Conference  on  Earthquake Engineering, 1996.
[3] N.  A.  Abrahamson,  “Non -stationary  Spectral Matching,” Seisnological Res. Lett., vol. 63, no. 1, p. 30, 1992.
[4] D.  I.  Wahyudi,  P.  Suprobo,  and  H.  Sugihardjo, “Desain SRPMK Beton Bertulang Bertingkat Sepuluh
dan  Analisis  Respons  Non  Liniernya  terhadap Pembebanan  Gempa,”  in Seminar  Nasional  Aplikasi Wilayah 2016, 2016, pp. C1 – C8.
[5] Y.  M.  Fahjan,  “Selection  and  Scaling  of  Real Earthquake  Accelerograms  to  Fit  the  Turkish Design,” Tek.  Dergi,  vol.  19,  no.  3,  pp.  4423 – 4444,
2008.
[6] A.  Whittaker et al. ,  “Selecting  and  Scaling
Earthquake Ground Motions for Performing Response- History Analyses,”
Grant/Contract Reports - 11-917-15, 2011.
[7] B. Mohraz and F. Sadek, “Earthquake Ground Motion and  Response  Spectra,”  in The  Seismic  Design Handbook, Boston, MA: Springer US, 2001, pp. 47 – 124.
[8] Badan Standarisasi Nasional, “Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non-Gedung (SNI 1726- 2012),” Jakarta, 2012.
[9] “Pacific  Earthquake  Engineering  Research  Center -
PEER,” 2006. [On line]. Available: http://peer.berkeley.edu/.