Why do buildings fall in earthquakes? - Vicki V. May

Translator: Annisa Mulia Refma Reviewer: Reno Kanti Riananda

Gempa bumi selalu menjadi fenomena yang mengerikan,

Earthquakes have always been a terrifying phenomenon,

and they've become more deadly as our cities have grown,

dan semakin mematikan seiring dengan perkembangan kota,

di mana bangunan yang runtuh menjadi salah satu risiko terbesar.

with collapsing buildings posing one of the largest risks.

Why do buildings collapse in an earthquake,

Mengapa bangunan runtuh saat gempa bumi,

dan bagaimaan cara mencegahnya?

and how can it be prevented?

If you've watched a lot of disaster films,

Jika kalian sering menonton film bencana alam,

you might have the idea

kalian mungkin mengira

runtuhnya bangunan secara langsung disebabkan tanah di bawahnya

that building collapse is caused directly by the ground beneath them

shaking violently, or even splitting apart.

bergetar sangat kencang, atau bahkan terbelah dua.

But that's not really how it works.

Namun, bukan seperti itu cara kerjanya.

For one thing, most buildings are not located right on a fault line,

Pertama, sebagian besar bangunan tidak terletak tepat di atas patahan,

and the shifting tectonic plates go much deeper than building foundations.

dan pergeseran lempeng tektonik berada jauh lebih dalam dari fondasi bangunan.

So what's actually going on?

Jadi, apa yang sebenarnya terjadi?

In fact, the reality of earthquakes and their effect on buildings

Faktanya, realitas gempa bumi dan dampaknya terhadap bangunan

sedikit lebih rumit.

is a bit more complicated.

Agar lebih mudah dipahami, arsitek dan insinyur menggunakan model,

To make sense of it, architects and engineers use models,

like a two-dimensional array of lines representing columns and beams,

seperti susunan garis dua dimensi yang mewakili kolom dan balok,

or a single line lollipop with circles representing the building's mass.

atau sebuah garis seperti lollipop dengan bulatan yang mewakili berat bangunan.

Even when simplified to this degree, these models can be quite useful,

Bahkan dengan sesederhana ini, model-model ini tetap sangat berguna,

as predicting a building's response to an earthquake

karena memprediksi respons bangunan saat gempa

is primarily a matter of physics.

sebagian besar berkaitan dengan fisika.

Most collapses that occur during earthquakes

Runtuhnya bangunan yang terjadi saat gempa bumi

aren't actually caused by the earthquake itself.

sebagian besar tidak disebabkan oleh gempa itu sendiri.

Instead, when the ground moves beneath a building,

Justru, saat tanah bergerak di bawah suatu bangunan,

it displaces the foundation and lower levels,

fondasi dan lantai rendah bergeser,

sending shock waves through the rest of the structure

menghantarkan gelombang guncangan ke seluruh bangunan

and causing it to vibrate back and forth.

dan menyebabkan bangunan bergetar berulang kali.

The strength of this oscillation depends on two main factors:

Intensitas getaran ini ditentukan oleh dua faktor utama:

the building's mass, which is concentrated at the bottom,

massa bangunan, yang terfokus di bagian bawah,

and its stiffness,

dan tingkat kekakuannya,

which is the force required to cause a certain amount of displacement.

yang merupakan gaya yang diperlukan untuk mengakibatkan sejumlah perpindahan.

Along with the building's material type and the shape of its columns,

Selain jenis material dan bentuk kolom bangunan,

stiffness is largely a matter of height.

kekakuan sangat dipengaruhi oleh tinggi bangunan.

Shorter buildings tend to be stiffer and shift less,

Bangunan yang rendah lebih kaku dan bergerak lebih sedikit,

while taller buildings are more flexible.

sedangkan bangunan tinggi lebih fleksibel.

You might think that the solution is to build shorter buildlings

Kalian mungkin berpikir solusinya membangun bangunan rendah

so that they shift as little as possible.

agar pergerakannya seminimal mungkin.

But the 1985 Mexico City earthquake is a good example of why that's not the case.

Namun, gempa Meksiko tahun 1985 membuktikan itu bukan solusi yang tepat.

During the quake,

Ketika gempa terjadi,

many buildings between six and fifteen stories tall collapsed.

banyak bangunan dengan ketinggian enam hingga lima belas lantai runtuh.

Anehnya, bangunan yang lebih rendah di sekitarnya tidak runtuh,

What's strange is that while shorter buildings nearby did keep standing,

buildings taller than fifteen stories were also less damaged,

bangunan dengan ketinggian lebih dari 15 lantai juga minim kerusakan,

and the midsized buildings that collapsed

dan bangunan berukuran sedang yang runtuh

were observed shaking far more violently than the earthquake itself.

terlihat berguncang jauh lebih dahsyat dibandingkan gempa itu sendiri.

How is that possible?

Bagaimana itu bisa terjadi?

The answer has to do with something known as natural frequency.

Jawabannya berkaitan dengan konsep yang dikenal sebagai frekuensi alami.

In an oscillating system,

Dalam sistem yang berosilasi,

the frequency is how many back and forth movement cycles occur within a second.

frekuensi adalah jumlah siklus gerakan bolak-balik dalam satu detik.

This is the inverse of the period,

Ini adalah kebalikan dari periode,

which is how many seconds it takes to complete one cycle.

yaitu jumlah detik yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus.

And a building's natural frequency, determined by its mass and stiffness,

Frekuensi alami bangunan, yang ditentukan oleh massa dan kekakuannya,

is the frequency that its vibrations will tend to cluster around.

adalah frekuensi yang cenderung menjadi pusat getarannya.

Increasing a building's mass slows down the rate at which it naturally vibrates,

Menambah massa bangunan memperlambat laju getarannya,

while increasing stiffness makes it vibrate faster.

sedangkan meningkatkan kekakuan membuat getarannya lebih cepat.

So in the equation representing their relationship,

Maka dalam rumus yang mewakili hubungan itu,

stiffness and natural frequency are proportional to one another,

kekakuan dan frekuensi alami berbanding lurus,

while mass and natural frequency are inversely proportional.

sedangkan massa dan frekuensi alami berbanding terbalik.

What happened in Mexico City was an effect called resonance,

Apa yang terjadi di Kota Meksiko adalah efek yang disebut resonansi,

where the frequency of the earthquake's seismic waves

yaitu ketika frekuensi gelombang seismik gempa

happen to match the natural frequency of the midsized buildings.

kebetulan sesuai dengan frekuensi alami bangunan berukuran menengah.

Like a well-timed push on a swingset,

Seperti dorongan yang tepat di ayunan,

each additional seismic wave amplified the building's vibration

setiap gelombang seismik tambahan memperbesar getaran bangunan

in its current direction,

dalam arah yang sama,

membuatnya berayun lebih jauh, dan seterusnya,

causing it to swing even further back, and so on,

eventually reaching a far greater extent than the initial displacement.

hingga mencapai jarak yang jauh lebih besar daripada perpindahan awal.

Today, engineers work with geologists and seismologists

Kini, insinyur berkerja sama dengan geolog dan seismolog

to predict the frequency of earthquake motions at building sites

untuk memprediksi frekuensi gerakan gempa di lokasi bangunan

in order to prevent resonance-induced collapses,

guna mencegah keruntuhan yang disebabkan oleh resonansi,

taking into account factors such as soil type and fault type,

dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti jenis tanah dan patahan,

as well as data from previous quakes.

serta data dari gempa-gempa sebelumnya.

Low frequencies of motion will cause more damage to taller

Frekuensi gerakan yang rendah akan lebih merusak bangunan yang tinggi

and more flexible buildings,

dan yang lebih fleksibel,

while high frequencies of motion pose more threat

sedangkan frekuensi gerakan yang tinggi lebih mengancam

to structures that are shorter and stiffer.

struktur yang lebih rendah dan kaku.

Engineers have also devised ways to abosrb shocks

Para insinyur juga telah merancang cara untuk meredam getaran

and limit deformation using innovative systems.

dan membatasi deformasi melalui sistem yang inovatif.

Base isolation uses flexible layers

Isolasi dasar menggunakan lapisan fleksibel

to isolate the foundation's displacement from the rest of the building,

untuk memisahkan pergeseran fondasi dari bagian bangunan lainnya,

while tuned mass damper systems cancel out resonance

sedangkan sistem peredam massa yang diatur membatalkan resonansi

by oscillating out of phase with the natural frequency

dengan berosilasi berlawanan fase dengan frekuensi alami

to reduce vibrations.

untuk mengurangi getaran.

Pada akhirnya, bukan bangunan yang paling kuat yang akan bertahan,

In the end, it's not the sturdiest buildings that will remain standing

but the smartest ones.

tetapi yang paling cerdas.