Daktilitas Struktur: Konsep, Deformasi Pasca-Elastis, dan Ketahanan Gempa

Pendahuluan

Ketika terjadi gempa bumi, gedung dan struktur sipil dituntut bukan hanya sekadar kuat menahan beban gempa, tetapi memiliki kemampuan deformasi yang tinggi tanpa runtuh secara tiba-tiba. Salah satu parameter kunci dalam perencanaan dan evaluasi struktur tahan gempa adalah daktilitas struktur. Konsep ini menggambarkan kemampuan struktur mengalami deformasi besar di luar batas elastis tanpa kehilangan kapasitas beban yang signifikan, sehingga dapat menyerap dan mendistribusikan energi gempa secara aman. Dalam konteks rekayasa gempa, struktur yang memiliki daktilitas tinggi cenderung lebih aman dan memiliki peluang lebih besar untuk mempertahankan integritasnya saat gempa besar terjadi. Pemahaman tentang konsep daktilitas serta keterkaitannya dengan perilaku material dan elemen struktur menjadi sangat penting bagi perencana struktur dalam merancang gedung yang tahan terhadap gempa.

Definisi Daktilitas Struktur

Definisi Daktilitas Struktur Secara Umum

Daktilitas dalam kajian teknik struktur merujuk pada kemampuan suatu sistem struktural untuk mengalami deformasi besar setelah melewati batas elastisnya, tanpa kehilangan kapasitas beban dan sebelum runtuh total. Secara umum, daktilitas menggambarkan sejauh mana struktur dapat “melentur” atau “melewati batas elastis” berkali-kali ketika dikenai beban gempa yang besar dan berulang, sambil tetap memiliki kekuatan residual yang memadai hingga kondisi ultimit. Perilaku ini penting karena gempa menyebabkan beban dinamis berulang yang dapat mengakibatkan deformasi besar pada struktur. Penelitian-penelitian tentang daktilitas menekankan bahwa struktur dengan daktilitas rendah akan mengalami kegagalan rapuh (brittle failure) ketika melampaui batas elastisnya, sedangkan struktur daktail menunjukkan deformasi plastis yang relatif besar dengan kehilangan energi yang lebih tinggi sebelum runtuh. ([Lihat sumber Disini - eprints.ums.ac.id])

Definisi Daktilitas Struktur dalam KBBI

Istilah daktilitas secara umum menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI) mengacu pada sifat suatu bahan atau struktur yang mampu mengalami deformasi plastis yang signifikan sebelum putus atau gagal. Meski KBBI lebih mengacu pada sifat material, dalam konteks struktur bangunan, makna ini diperluas menjadi kemampuan keseluruhan sistem struktural untuk mengalami deformasi pasca-elastis tanpa keruntuhan total. Sifat ini terutama ditunjukkan pada peningkatan simpangan yang besar sebelum failure, menunjukkan bahwa struktur tersebut mampu bertahan di fase non-elastis terhadap beban gempa yang ekstrim. Standar desain ketahanan gempa Indonesia (misalnya SNI 1726) menggunakan konsep ini sebagai dasar parameter desain gempa, seperti faktor reduksi gempa R yang bergantung pada kemampuan struktur untuk berperilaku daktail. ([Lihat sumber Disini - eprints.ums.ac.id])

Definisi Daktilitas Struktur Menurut Para Ahli

1. Menurut Standar Perencanaan Ketahanan Gempa SNI 1726, daktilitas didefinisikan sebagai kemampuan suatu struktur gedung untuk mengalami simpangan pasca-elastis yang besar secara berulang karena beban gempa di atas beban gempa yang menyebabkan terjadinya pelelehan pertama, sambil mempertahankan kekuatan dan kekakuan yang cukup. ([Lihat sumber Disini - eprints.ums.ac.id])

2. Menurut J. H. Ling et al. (2023) dalam kajian metodologi perhitungan daktilitas, daktilitas dipahami sebagai kemampuan struktur atau elemen struktural untuk menahan deformasi pasca-elastis tanpa mengalami kegagalan tiba-tiba, dengan metode pengukuran yang dapat berupa indeks deformasi maupun energi. ([Lihat sumber Disini - journal.ugm.ac.id])

3. Menurut Nugroho (2015) dalam kajian struktur tahan gempa, struktur tahan gempa didefinisikan sebagai struktur yang memiliki daktilitas tinggi, yang artinya mampu mengalami deformasi non-elastis yang tinggi secara keseluruhan tanpa keruntuhan, yang menjadi syarat mutlak dalam desain struktur gempa. ([Lihat sumber Disini - repository.um-surabaya.ac.id])

4. Menurut dokumen Loadings Standard New Zealand, struktur yang memiliki faktor daktilitas tinggi menunjukkan kemampuan untuk mempertahankan kapasitas beban dan menyerap energi ketika mengalami displacement siklik yang besar di bawah gempa, dan faktor daktilitas ini dievaluasi melalui siklus deformasi berulang. ([Lihat sumber Disini - naturalhazards.govt.nz])

Perilaku Elastis dan Pasca-Elastis Struktur

Struktur pada beban gempa menunjukkan dua fase utama perilaku: elastis dan pasca-elastis. Saat gempa awal, elemen struktural bekerja di dalam batas elastis, di mana hubungan antara gaya dan deformasi bersifat linier: ketika beban dilepaskan, struktur kembali ke bentuk awal tanpa deformasi permanen. Namun, ketika intensitas gempa meningkat di atas batas elastis, struktur memasuki fase plastis atau inelastis, di mana deformasi permanen terjadi.

Perilaku pasca-elastis ini ditandai dengan terbentuknya sendi plastis pada elemen struktural, terutama balok dan kolom, sehingga struktur dapat menahan deformasi besar tanpa keruntuhan mendadak. Fenomena ini terutama terlihat dalam grafik kurva hunian siklik (hysteresis), di mana area di bawah kurva menunjukkan energi yang diserap oleh struktur. Struktur dengan daktilitas tinggi menunjukkan bentuk kurva hysteresis yang lebih “lebar”, yang menandakan disipasi energi yang lebih besar tanpa kehilangan kapasitas beban secara drastis. ([Lihat sumber Disini - onlinelibrary.wiley.com])

Metode analisis seperti pushover analysis dan time history analysis digunakan untuk mengevaluasi perilaku ini secara kuantitatif. Analisis pushover akan memberikan kurva kapasitas struktur yang menunjukkan titik leleh (yield) dan deformasi ultimit, sedangkan time history analysis menunjukkan respon struktur terhadap beban gempa nyata dalam domain waktu, termasuk kerusakan dan bentuk deformasi pada fase non-elastis. Hasil-hasil penelitian pada struktur beton bertulang menunjukkan bahwa pushover analysis dapat digunakan untuk menghitung faktor daktilitas struktur aktual dengan membandingkan perpindahan pada yield dan perpindahan ultimit. ([Lihat sumber Disini - journal.undiknas.ac.id])

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Daktilitas

Beberapa faktor kunci yang memengaruhi daktilitas struktur antara lain konfigurasi tulangan, rasio tulangan geser (stirrup), kualitas beton, rasio tekan aksial, ukuran elemen, dan detail sambungan.

Tulangan geser yang memadai akan meningkatkan kemampuan elemen beton untuk mengalami deformasi plastis tanpa mengalami kegagalan geser yang rapuh sehingga meningkatkan daktilitas keseluruhan. Penelitian menunjukkan bahwa peningkatan rasio dan konfigurasi tulangan dapat meningkatkan kapasitas disipasi energi dan daktilitas dalam kolom beton bertulang. ([Lihat sumber Disini - sciencedirect.com])

Kualitas beton dan standar pengerjaan juga memengaruhi perilaku daktilitas, karena beton yang rapuh atau dengan kualitas rendah cenderung mengalami kegagalan awal tanpa mencapai deformasi plastis yang diharapkan. Transverse reinforcement yang kuat akan memberikan efek konfinen yang meningkatkan kapasitas deformasi plastis beton. ([Lihat sumber Disini - mdpi.com])

Selain itu, beban kompresi aksial pada kolom juga memengaruhi daktilitas: rasio beban aksial yang lebih tinggi dapat menyebabkan transisi lebih awal ke perilaku rapuh jika tidak diimbangi dengan detail tulangan yang adequate. ([Lihat sumber Disini - journals.riverpublishers.com])

Daktilitas Elemen Beton Bertulang

Dalam struktur beton bertulang, daktilitas elemen sangat bergantung pada detail tulangan lentur dan geser. Beton sendiri adalah material dengan karakter rapuh ketika mengalami tekuk atau geser, sehingga tulangan baja yang diletakkan di dalam beton menjadi penentu utama perilaku daktilitas.

Konfinen beton oleh tulangan geser (stirrups) meningkatkan kapasitas beton untuk deformasi plastis, karena tulangan geser mencegah lepasnya inti beton dan menunda buckling tulangan longitudinal, yang secara langsung berkontribusi pada daktilitas elemen. Penelitian eksperimental tentang konfigurasi tulangan dan rasio reinforcement menegaskan bahwa peningkatan penulangan transversal dapat meningkatkan daktilitas lentur dan disipasi energi dalam elemen beton bertulang. ([Lihat sumber Disini - sciencedirect.com])

Selain itu, penelitian terhadap kolom beton bertulang juga menunjukkan bahwa parameter lain seperti ukuran elemen, rasio tulangan longitudinal, dan rasio aksial dapat berdampak signifikan pada kemampuan deformasi plastis elemen sebelum runtuh. ([Lihat sumber Disini - repositori.uma.ac.id])

Daktilitas dan Ketahanan Gempa

Daktilitas adalah salah satu parameter kritis yang digunakan dalam perencanaan ketahanan gempa. Ketika struktur dirancang untuk memiliki daktilitas tinggi, struktur tersebut dapat menahan deformasi non-elastis yang besar tanpa keruntuhan tiba-tiba, sehingga dapat menyerap lebih banyak energi gempa dan mengurangi risiko kolaps. Faktor daktilitas ini juga menjadi dasar dalam menentukan response modification factor (R) dalam kode desain gempa, yang pada gilirannya memungkinkan perencanaan struktur yang lebih efisien dengan memperhitungkan kemampuan deformasi non-elastis. ([Lihat sumber Disini - multisite.itb.ac.id])

SNI 1726:2019, misalnya, memuat parameter-parameter daktilitas seperti R dan Ω0 yang mengatur tingkat perilaku struktur dalam menghadapi gempa sesuai kategori desain seismik dan jenis sistem struktural. Struktur dengan kategori special moment resisting frame (SRPMK) umumnya memiliki nilai daktilitas dan faktor respon modifikasi yang lebih tinggi dibandingkan struktur biasa. ([Lihat sumber Disini - journal.untar.ac.id])

Peran Daktilitas dalam Desain Struktur Tahan Gempa

Peran daktilitas dalam desain struktur tahan gempa sangat besar, karena daktilitas memengaruhi bagaimana struktur mendistribusikan gaya gempa melalui deformasi non-elastis sambil tetap mempertahankan kapasitas beban yang cukup. Dalam praktik desain gempa, daktilitas diintegrasikan melalui penggunaan respon modifikasi dan faktor reduksi beban gempa, di mana struktur dengan daktilitas tinggi diperbolehkan menggunakan nilai R yang lebih besar, sehingga menurunkan gaya desain gempa untuk desain kekuatan liniernya. ([Lihat sumber Disini - multisite.itb.ac.id])

Desainer gempa menggunakan berbagai prosedur analisis non-linier seperti pushover analysis dan incremental dynamic analysis untuk mengevaluasi sejauh mana struktur dapat memenuhi target daktilitas yang diperlukan. Analisis ini membantu menentukan apakah detail desain dan penulangan elemen sudah memadai untuk memberikan perilaku monolitik dan daktil yang aman selama gempa. ([Lihat sumber Disini - journal.undiknas.ac.id])

Kesimpulan

Daktilitas struktur adalah kemampuan suatu struktur untuk mengalami deformasi pasca-elastis yang besar dan berulang kali akibat beban gempa sambil mempertahankan kapasitas beban yang cukup sebelum mencapai kondisi keruntuhan. Konsep ini tidak hanya penting pada level material, tetapi lebih luas pada sistem struktural secara keseluruhan dalam desain tahan gempa. Daktilitas dipengaruhi oleh detail tulangan, kualitas beton, rasio beban aksial, dan konfigurasi struktural, dan menjadi parameter fundamental dalam menentukan respons struktur terhadap gempa. Struktur dengan daktilitas tinggi memiliki kapasitas energi disipasi yang lebih besar dan lebih andal dalam menghadapi gaya gempa yang besar, yang pada akhirnya meningkatkan keselamatan dan performa struktural gedung terhadap gempa. Dalam praktik desain gempa, daktilitas diintegrasikan melalui penggunaan faktor respon modifikasi dan analisis non-linier yang memastikan struktur memiliki kapasitas deformasi yang aman dalam skenario gempa ekstrem.