Di wilayah rawan gempa, seperti Asia Tengah, Jepang, dan sebagian besar zona Cincin Api Pasifik, tantangan utama dalam teknik sipil adalah mengurangi dampak gempa terhadap struktur bangunan. Dalam beberapa dekade terakhir, teknologi isolasi seismik dan sistem peredam getaran (damping) telah berkembang pesat, menciptakan peluang baru bagi dunia konstruksi yang lebih aman, ekonomis, dan tahan lama. Artikel yang ditulis oleh Prof. Makhmudov Said dan Abduraimova KHadicha ini meninjau berbagai pendekatan inovatif dalam desain pondasi dan sistem isolasi seismik, mengklasifikasikan berbagai teknik berdasarkan mekanisme kerjanya, dan memperkenalkan model baru sistem peredaman getaran yang menjanjikan peningkatan kinerja struktural hingga 3 kali lipat.
Klasifikasi Teknologi Proteksi Seismik: Pasif vs Aktif
1. Sistem Aktif (Active Systems)
Sistem ini menggunakan sumber energi eksternal untuk mengatur respons dinamis struktur saat gempa. Misalnya:
- Mengubah kekakuan atau massa struktur saat mendeteksi getaran.
- Menghindari resonansi dengan penyesuaian frekuensi alami.
Meskipun lebih kompleks dan mahal, sistem ini mampu mengendalikan respons bangunan secara real time.
2. Sistem Pasif (Passive Systems)
Lebih umum digunakan, terdiri dari:
- Isolasi seismik (seismic isolation): Menciptakan fleksibilitas di antara struktur dan tanah.
- Damping: Mengurangi energi gempa melalui alat peredam.
Contoh teknologi:
- Pondasi lentur (flexible base)
- Pendukung karet dengan inti timah
- Sabuk geser fluoroplastik
- Peredam gesekan (dry friction dampers)
- Peredam dinamis (dynamic vibration dampers)
Contoh Desain Inovatif & Analisis Teknis
1. Fondasi Elastis: Inti Timah dalam Pendukung Karet
Desain ini menggunakan:
- Karet logam elastis (rubber-metal bearing): Fleksibilitas horizontal.
- Inti timah (lead core): Mengabsorpsi energi.
Keunggulan:
- Tahan terhadap ratusan siklus gempa.
- Biaya terjangkau dan mudah dipasang.
Kelemahan:
- Sulit menjaga kekuatan saat terjadi gerakan besar antar bagian pondasi.
2. Pondasi Kinematik: Restorasi dengan Gaya Gravitasi
Dalam sistem ini:
- Bagian atas bangunan diletakkan pada pendukung berbentuk bola/ellipsoid.
- Saat terjadi gempa, bangunan bergerak sedikit ke atas, lalu gravitasi menariknya kembali ke posisi semula.
Kelebihan:
- Tanpa perangkat mekanik tambahan.
Kekurangan:
- Tidak cocok untuk gempa berdurasi panjang (>8 SR).
- Berisiko bangunan “jatuh” dari dudukannya tanpa sistem redaman tambahan.
3. Sabuk Geser Fluoroplastik
Merupakan sistem isolasi seismik tanpa gaya pemulih, terdiri dari:
- Lapisan fluoroplastik sebagai media geser.
- Grillage & upper strapping pada pondasi.
Cara kerja:
- Saat gempa, bangunan bergeser secara relatif terhadap pondasi.
- Beban tereduksi oleh gaya gesek antar lapisan.
Catatan:
- Diperlukan pengendali batas gerak horizontal dan vertikal agar tetap aman.
4. Peredam Gesekan Kering (DDF) ala V.V. Nazin
Konsep:
- Batang kantilever menggeser sistem cincin beton bertulang saat gempa.
- Gaya gesek antar cincin menyerap energi.
Keunggulan:
- Murah, sederhana, mudah diaplikasikan.
Kelemahan:
- Rentan terhadap osilasi frekuensi tinggi yang mengganggu stabilitas.
- Kinerja tergantung bobot bangunan.
5. Lapisan Peredam Longgar (Damping Layer)
Sistem ini menempatkan lapisan granular seperti pasir atau batu pecah di antara pondasi dan tanah. Fungsi utamanya:
- Menyerap energi seismik.
- Mengurangi getaran hingga 0,5–2,5 SR, tergantung material dan ketebalan.
Skema sistem ini (Gbr. 8 dalam paper):
- Balok pondasi atas & bawah.
- Lapisan granular dengan properti redaman viskoelastik.
- Batasi perpindahan horizontal & vertikal.
Simulasi, Dampak Struktural, dan Efisiensi Material
Studi ini menyimpulkan bahwa kombinasi sistem isolasi & damping yang tepat dapat:
- Mengurangi gaya dalam struktur hingga 3 kali lipat.
- Menghemat material konstruksi (beton, baja).
- Memungkinkan pembangunan gedung tinggi di zona dengan gempa > 8 SR.
Studi Pendukung & Validasi Data
Eisenberg (2007):
- Displacement horizontal pada bangunan dengan isolasi jauh lebih kecil dibanding tanpa isolasi.
- Kerusakan struktural lebih rendah, biaya perbaikan juga turun drastis.
Analisis Seismogram Lapangan:
- Dibandingkan antara struktur dengan dan tanpa sabuk redaman.
- Sistem “base–pillow–foundation” menunjukkan penurunan getaran signifikan pada bangunan di atas bantalan granular.
Analisis Kritis & Rekomendasi Tambahan
1. Adaptasi Sistem Terhadap Iklim & Tanah Lokal
Setiap sistem isolasi harus diuji ulang pada:
- Tanah berlempung/lunak.
- Wilayah dengan fluktuasi suhu ekstrem.
2. Kebutuhan Kalkulasi Dinamis Langsung
- Harus dilengkapi perekaman akselerogram real dari lokasi proyek.
- Tidak cukup hanya pakai spektrum desain umum.
3. Tren Global:
- Jepang dan Selandia Baru makin banyak mengadopsi sistem isolasi adaptif (mengubah kekakuan saat gempa).
- Kombinasi damping + sliding isolation kini jadi standar baru di gedung tinggi.
Kesimpulan: Solusi Masa Depan Ada di Fondasi
Desain pondasi modern tak hanya menopang beban, tapi juga mengatur respons terhadap gempa. Studi ini menunjukkan bahwa melalui pendekatan teknis yang tepat—baik elastis, gravitasi, geser, atau peredam aktif—kita dapat membangun struktur yang tangguh, ekonomis, dan aman bahkan di zona seismik ekstrem. Dengan teknologi isolasi seismik, dunia konstruksi bergerak dari reaktif menjadi proaktif. Inovasi ini bukan hanya untuk masa depan—tapi kebutuhan mendesak saat ini.
Sumber : Makhmudov S. M. & Abduraimova K. R. Innovative Designs and Technologies in Foundation Engineering and Geotechnics. International Journal of Scientific & Technology Research, Vol. 9, Issue 01, January 2020.