KAJIAN ANALITIK PENGARUH RAMBATAN ENERGI GEMPA TERHADAP PERILAKU BENTURAN GEDUNG (246S)

Transkripsi

1 KAJIAN ANALITIK PENGARUH RAMBATAN ENERGI GEMPA TERHADAP PERILAKU BENTURAN GEDUNG (246S) Halwa Alfia S da Sigit Darmawa 2 Jurua Tekik Sipil, Uiverita Sebela Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta halwa@ft.u.ac.id 2 Program Studi Tekik Sipil, Ititut Tekologi Badug, Jl. Gaeha No 0 Badug igitd@lapi.itb.ac.id ABSTRAK Betura gedug ketika gempa terjadi meggambarka mekaime tabraka dari dua/lebih gedug yag diakibatka oleh gap diataraya yag tidak mecukupi. Selai itu pada umumya aalii diamik gedug akibat beba gempa tidak memperhitugka rambata eergi gempa baik pada media truktur ata maupu pada media taah. Ii berarti kecepata rambat eergi gempa diaggap tidak berhigga. Pada peelitia yag megkaji betura dua buah gedug yag berdekata ii, kecepata rambat eergi gempa diaggap berhigga baik pada truktur ata maupu pada media taah di maa kedua gedug terebut berdiri. Gedug dimodelka ebagai truktur bagua geer dega koep maa tergumpal (lumped ma) di etiap latai. Betura diaumika terjadi pada level latai, da zoa kotak dimodelka ebagai eleme elatik (pega liier). Peyeleaia peramaa diamik truktur dilakuka dega megguaka metode umerik Modified Wilo θ yag diuraika dalam bahaa pemrograma Matlab. Hail imulai umerik meujukka bahwa repo diamik betura gedug dega memperhitugka eergi gempa yag merambat aka lebih buruk dibadigka dega repo betura gedug tapa memperhitugka eergi gempa yag merambat. Faktor Amplifikai Diamik (FAD) didefiiika ebagai raio atara repo diamik makimum dega memperhitugka pegaruh rambata eergi gempa dega repo diamik makimum tapa memperhitugka rambata eergi gempa. FAD utuk impaga relatif atar latai yag didapat pada peelitia ii utuk kofigurai Gedug 0 latai adalah ebear 2,3 edagka utuk kofigurai Gedug 20 latai adalah ebear 3,4 yag merupaka amplifikai yag emetiya tidak boleh diabaika di dalam perecaaa gedug. Beara FAD ii ekaligu meggambarka peigkata gaya dalam khuuya mome letur kompoe kolom dari gedug. Kata kuci: gap, betura, rambata eergi gempa, media, impaga, faktor amplifikai diamik (FAD). PENDAHULUAN Aalii terhadap perilaku truktur elama gempa bumi melibatka dua hal, yaitu makaime vibrai (getara) da rambata eergi gempa. Eergi gempa merambat dari puat gempa ke podai bagua melalui medium taah da aka diteruka ke truktur ata. Pada kau dua buah gedug yag berdekata, atu buah gedug pada keyataaya meerima gaya gempa lebih terlambat dibadigka dega gedug yag lai akibat adaya rambata eergi gempa pada medium taah diatara kedua gedug. Keterlambata waktu ii eharuya memiliki pegaruh terhadap perilaku betura atara dua gedug terebut. Selai itu, perilaku betura gedug juga dipegaruhi oleh rambata eergi gempa pada media dari truktur ata. Gempa yag memiliki arah ekitai horiotal aka meimbulka gaya geer (bae hear) pada kolom bagua. Gaya geer ii aka merambat ke ata gedug. Waktu rambat gaya geer gempa ditetuka oleh kecepata da jarak rambatya. Pegaruh dari rambata gaya geer gempa eharuya aka emaki bear eirig dega emaki tiggiya gedug. Kajia terhadap aalii betura gedug yag memperhitugka rambata eergi gempa diperluka utuk memperbaiki metode aalii yag elama ii telah dipakai dalam rekayaa truktur. Beberapa aumi yag diguaka dalam peelitia ii adalah:. Struktur dimodelka ebagai bagua geer dega maa tergumpal (lumped ma) di etiap latai. 2. Struktur berifat elati liier dega maa, kekakua da redama diaggap kota terhadap waktu. 3. Betura terjadi pada level latai. 4. Zoa kotak atara dua bagua yag berbetura dimodelka megguaka model rheologi elatik. 5. Gaya geer yag merambat melalui eleme kolom ketika ampai pucak bagua gedug diaumika tidak mematul/kembali ke bawah. Gaya geer diaggap habi pada pucak bagua. Uiverita Sebela Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 203 S - 339

2 6. Media taah aka dikaji terhadap tiga kodii, yaitu taah kera, taah edag da taah luak. 7. Podai diaggap rigid empura ehigga tidak ada efek oil tructure iteractio (SSI). 2. PEMODELAN STRUKTUR Kofigurai gedug dibedaka mejadi dua jei berdaarka jumlah latai, yaitu kofigurai (gedug 0 latai), da kofigurai 2 (gedug 20 latai). Hal terebut dilakuka utuk melihat korelai atara ketiggia gedug terhadap repo betura gedug yag melibatka rambata eergi gempa. Maig-maig kofigurai terebut terdiri ata dua buah gedug (Gedug A da Gedug B) dega fugi/perutuka berbeda utuk aalii betura. Pembedaa fugi dari kedua gedug terebut bertujua utuk memperbear peluag terjadiya betura akibat perbedaa repo diamik dari kedua bagua yag berdekata. Pada peelitia ii juga ditijau efek keterlambata gaya gempa yag diterima oleh Gedug B (diaumika Gedug A meerima gaya gempa terlebih dahulu) akibat adaya waktu rambat eergi gempa pada medium taah dari Gedug A ke Gedug B. Medium taah dikaji dalam tiga kategori, yaitu taah luak, taah edag da taah kera. Gambar. Kofigurai model truktur gedug Beda waktu rambata eergi gempa pada truktur ata Ketika truktur dikeai beba gempa, gaya geer yag terjadi pada kompoe kolom aka merambat ke ata. Perambata gaya geer terebut megakibatka perbedaa bearya gaya geer yag terjadi pada kedua peampag di ujug dari etiap kolom. Dega adaya rambata gaya geer dari atu peampag ujug kolom ke peampag ujug lai dari kolom, tetuya gaya geer terebut aka membutuhka waktu dalam merambat ke peampag elajutya. Oleh karea itu peetua beda waktu gaya geer haru dilakuka dega mempertimbagka cepat rambat gaya geer terebut. Dalam kajia ii, gedug dibuat dari material beto bertulag. Cepat rambat gaya geer pada material beto dega kuat teka f c` = 30 MPa, modulu elatiita E c = 4700 fc = MPa, Poio ratio υ = 0,5 da berat jei beto γ c = 2400 kg/m 3 adalah: Ec GA G 2( ν ) vc m / () m ρ ρ dega v c = cepat rambat gaya geer pada material beto, G = modulu geer material beto (kg/m 2 ), ρ = maa jei material beto (kg 2 /m 4 ). S Uiverita Sebela Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 203

3 Waktu rambat gaya geer dari atu latai ke latai diataya utuk tiggi atar latai ebear 3,5 m adalah: t c tiggi kolom 3.5m detik v m / (2) c Utuk keperlua aalii lebih lajut, diaumika bahwa waktu rambat gaya geer dari atu latai ke latai diataya adalah ebear 0,002 detik. Hal ii berarti gaya geer yag terjadi pada latai di ataya aka megalami keterlambata waktu ebear 0,002 detik. Beda waktu rambata eergi gempa pada medium taah Dalam peelitia ii diaumika jei taah di maa gedug didirika didomiai oleh pair (ad) dega ilty ad mewakili kodii taah luak, looe ad mewakili kodii taah edag, da dee ad mewakili kodii taah kera. Kecepata da waktu rambat eergi gempa dalam medium taah ditetuka dega megguaka rumu ebagai berikut: v E (3) t ρ (4) v dimaa : v = kecepata rambat eergi gempa pada medium taah; E = modulu elatiita taah; ρ = maa jei taah; t = waktu rambat eergi gempa di medium taah dari atu bagua ke bagua yag lai; = jarak atar dua bagua yag berdekata. Tabel. Waktu rambat eergi gempa pada medium taah Utuk keperlua aalii lebih lajut, diaumika bahwa waktu rambat eergi gempa pada medium taah luak ebear 0,6 detik, medium taah edag ebear 0,4 detik da medium taah kera ebear 0,2 detik. Rheologi zoa kotak betura Model rheologi zoa kotak yag diguaka dalam peelitia ii adalah model rheologi elatik (pega liier). Model rheologi zoa kotak elatik dapat digambarka dega ebuah pega elatik liier yag memiliki ilai kekakua kota (k) eperti yag diilutraika pada Gambar 2. Meurut model ii, zoa kotak mempuyai kemampua utuk meyimpa eergi mekaik pada aat terjadiya tumbuka dalam betuk eergi regaga dari pega. Setelah tumbuka berakhir, eergi terebut epeuhya berubah kembali mejadi eergi kietik dari maa yag bergerak. Berbeda halya dega kekakua kolom yag merupaka kekakua letur, kekakua material zoa kotak merupaka kekakua akial. Utuk permaalaha tumbuka elatik dari dua bagua, pada elag waktu beda tepat bertumbuka higga lepa dari tumbuka elai bekerja gaya ieria pada kedua beda terebut juga bekerja kekakua lateral dari kedua bagua itu. Peramaa gaya betur dapat ditujukka dega peramaa berikut: F k. D (5) c betura t dimaa F c = gaya betura atara truktur yag berdampiga, k = kekakua betura, D t = jarak betura permukaa zoa kotak. Uiverita Sebela Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 203 S - 34

4 Gambar 2. Model rheologi zoa kotak betura (pega liier) Pada model rheologi zoa kotak elatik, kekakua akial betura merupaka pejumlaha eri dari kekakua akial dari dua buah latai yag berbetura. k betura k k. k latai _ Gd. A latai _ Gd. B k latai _ Gd. A latai _ Gd. B (6) Beba gempa riwayat waktu Metode umerik yag dipakai utuk meyeleaika peramaa diamik dalam peelitia ii adalah Modified Wilo θ dega tahapa waktu ebear 0,002 detik. Data beba gempa yag diguaka dalam proe umerik yaitu data time hitory gempa El Cetro elama 30 detik yag berupa kecepata da perpidaha taah. Time hitory gempa El Cetro memiliki ilai PGA (Peak Groud Acceleratio) ebear 0,39 g dimaa g merupaka percepata gravitai bumi. Peramaa Diamik Gambar 3. Data kecepata da perpidaha taah dari gempa El Cetro Peramaa diamik getara maa latai yag mempertimbagka adaya rambata gaya geer akibat gempa yag terjadi pada kolom tidak dimugkika dibagu pada tataa umbu relatif. Oleh karea itu peramaa diamik haru dibagu pada tataa umbu abolut utuk meghidari kealaha dalam peetua impaga relatif bagua terhadap podai. Peramaa diamik melibatka matrik maa (M), matrik redama (C), matrik kekakua (K) da matrik gaya betur (F c ). Latai diaggap agat kaku da mecakup emua maa yag bergerak. Nilai maa tiap latai truktur merupaka pejumlaha dari beba mati da beba hidup yag membebai truktur pada latai terebut. Maa truktur atara Gedug A da Gedug B memiliki ilai yag berbeda euai dega fugi/perutukaya. Tahaa/kekakua terhadap perpidaha latai diberika oleh kolom. Pada peelitia ii kolom diidealiaika terjepit empura di kedua ujug-ya da tidak memiliki maa. Utuk membagu matrik redama yag koite dega data ekperimetal maka pada peelitia ii diguaka Reyleigh Dampig dega raio redama 5% terhadap redama kriti. Berikut diajika peramaa diamik dari item truktur yag tidak melibatka rambata eergi gempa. m ( ) ( ) x t c c2 c2 0 x t k ( ) k2 k2 0 x t c k Fc 0 m2 0 x 2( t ) c2 c2 c3 0 x 2( t ) k2 k2 k3 0 x 2( ) 0 0 t F c x g xg 0 m( ) 0 x ( )( t ) c( ) c( ) c c x ( )( t ) k( ) k( ) k k x ( )( t ) F m x 0 c ( t ) c x 0 k ( t ) k x ( t ) F 2 c( ) c( ) dimaa m = maa latai, c = redama truktur, k = kekakua truktur, F c = gaya betur. Gaya betur memiliki ilai yag berlawaa atar dua gedug berdekata yag megalami betura. Notai ubcript agka pada parameter S Uiverita Sebela Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 203

5 maa, kekakua maupu redama meujukka latai ke-i pada model gedug (mialya m, c da k meujukka maa, redama da kekakua pada latai pertama) edagka ubcript meujukka latai terata dari model gedug. Rambata gaya geer gempa jika dipotret pada aat t da dimialka pada aat t terebut gaya geer yag terjadi pada uatu peampag adalah F(t) maka gaya geer pada pada peampag yag laiya adalah F(t- t). Pada peramaa diamik yag melibatka rambata eergi gempa, matrik redama (C) da matrik kekakua (K) dipecah mejadi dua bagia ebagai berikut: m ( ) ( ) x t c2 c2 0 x t k ( ) 2 k2 0 x t c k 0 m2 0 x 2( t) 0 c3 c3 x 2( t) 0 k3 k3 x 2( ) 0 0 t x g ( ttt) xg ( ttt) 0 m( ) 0 x ( )( t) 0 c c x ( )( t) 0 k k x ( )( t) m x 0 ( t) x 0 ( t) x ( t) F c c ( ) ( ) x tt k x tt F c2 c2 c2 0 x 2( t t) k2 k2 0 x2 ( tt ) Fc ( ) c( ) c( ) 0 x ( )( tt) k( ) k( ) 0 x ( )( tt ) F 0 c 0 c( ) c x k ( )( t t) k x ( )( tt ) dimaa t = beda waktu yag diebabka rambata eergi gempa pada truktur ata da t = beda waktu yag diebabka rambata eergi gempa pada medium taah. 3. ANALISIS DAN PEMBAHASAN Repo perpidaha truktur Rambata eergi gempa pada truktur ata aka megamplifikai repo perpidaha truktur. Semaki tiggi elevai latai tertetu pada uatu gedug maka ilai amplifikai perpidaha truktur akibat pegaruh rambata gaya geer pada truktur ata aka emaki bear pula. Hal ii diebabka karea waktu rambat gaya geer gempa yag dibutuhka utuk mecapai uatu tigkat latai tertetu aka emaki lama eirig dega ketiggia gedug. Diambil aumi bahwa Gedug A meerima gaya gempa lebih dahulu daripada Gedug B ehigga gaya gempa time hitory relatif tidak megalami keterlambata waktu pada Gedug A karea rambata eergi gempa pada medium taah. Ilutrai peigkata repo perpidaha latai pada model Gedug A dapat dilihat pada Gambar 4. Gedug A (20 Latai) Gedug A (20 Latai) Gambar 4. Repo perpidaha latai Gedug A (tapa betura) Repo perpidaha latai yag melibatka rambata eergi gempa pada Gedug B megalami keterlambata waktu euai dega kodii medium taah yag dilewati oleh gaya gempa dari Gedug A ke Gedug B. Repo perpidaha megalami keterlambata waktu ebear 0,2 detik utuk taah kera, 0,4 detik utuk taah edag da 0,6 detik utuk taah kera. Ketiga repo perpidaha dari medium rambat taah yag berbeda terebut megalami amplifikai yag ama oleh rambata gaya geer gempa pada truktur ata. Ilutrai peigkata repo perpidaha latai pada model Gedug B dapat dilihat pada Gambar 5. Uiverita Sebela Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 203 S - 343

6 Gedug B (20 Latai) Gedug B (20 Latai) Gambar 5. Repo perpidaha latai Gedug B (tapa betura) Ketika terjadi betura, repo perpidaha Gedug A megalami kecederuga lebih bear ke arah egatif atau meyimpag ke arah kiri terhadap Gedug B. Begitu juga dega Gedug B megalami kecederuga arah ebalikya (ke kaa). Hal ii diebabka karea pergeraka maig-maig gedug terhalag oleh gedug ebelahya ketika terjadi betura. Ilutrai peigkata repo perpidaha latai ketika terjadi betura dapat dilihat pada Gambar 6. Gedug A(20 Latai), gap awal = 0 cm Gedug B (20 Latai), gap awal = 0 cm Gambar 6. Repo perpidaha latai model gedug (dega betura) Durai total betura Ketika jarak gap atar gedug megecil maka kotak atar latai gedug aka lebih erig terjadi. Pegaruh rambata eergi gempa jika dilibatka dalam aalii betura maka aka memperlama durai betura gedug. Pembedaa rambata eergi gempa pada ketiga medium (taah kera, taah edag, da taah luak) aka meetuka bearya gap miimum yag dibutuhka agar gedug terbeba dari betura. S Uiverita Sebela Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 203

7 Gedug 0 Latai Gedug 20 Latai Gambar 7. Durai total betura Utuk kofigurai gedug 0 latai truktur berepo beba pada gap cm pada aalii yag tidak melibatka rambata eergi gempa. Sedagka pada aalii yag melibatka rambata eergi gempa truktur berepo beba pada gap 6 cm utuk taah kera, 25 cm utuk taah edag da 3 cm pada taah luak. Utuk kofigurai gedug 20 latai truktur berepo beba pada gap 7 cm pada aalii yag tidak melibatka rambata eergi gempa. Sedagka pada aalii yag melibatka rambata eergi gempa truktur berepo beba pada gap 24 cm utuk taah kera, 36 cm utuk taah edag da 46 cm pada taah luak. Gap miimum yag dibutuhka pada model kofigurai kedua (20 latai) lebih bear daripada gap miimum yag dibutuhka pada model kofigurai pertama (0 latai). Faktor Amplifikai Diamik Dalam bagia terakhir, aka dilihat plot atara Faktor Amplifikai Diamik (FAD) makimum dega gap awal atar dua bagua yag dimulai dari ol ampai berepo beba. FAD ii merupaka gambara perilaku truktur yag megalami betura. FAD didefiiika ebagai raio atara ilai impaga relatif kolom makimum yag diperoleh pada aalii yag melibatka rambata eergi gempa terhadap ilai impaga relatif kolom makimum yag diperoleh pada aalii yag tidak melibatka pegaruh rambata eergi gempa. Nilai impaga relatif kolom makimum terebut diperoleh dari ilai impaga relatif kolom pada atu kofigurai (Gedug A da Gedug B). Gambar 8. Faktor Amplifikai Diamik (FAD) Repo truktur dega memperhitugka rambata eergi gempa memberika beara amplifikai lebih bear dari (atu), yag berarti aalii dega melibatka rambata eergi gempa aka memperbear mome letur kolom. Pada kau gedug 0 latai, didapat ilai FAD makimum ebear 2,3 edagka pada kau gedug 20 latai didapat ilai FAD makimum ebear 3.4. Nilai FAD makimum terjadi pada medium rambat taah luak. Uiverita Sebela Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 203 S - 345

8 Perbadiga ilai FAD makimum atara kofigurai pertama (Gedug 0 Latai) dega kofigurai kedua (Gedug 20 Latai) meujukka bahwa pegaruh rambata eergi gempa emaki memperparah perilaku betura gedug eirig dega ketiggia uatu gedug. Dega demikia pegaruh rambata eergi gempa di dalam aalii diamik gedug (perecaaa gedug) akibat gempa baik itu rambata eergi gempa pada media truktur maupu pada media taah perlu utuk mulai mejadika pertimbaga ke depa agar hail aalii yag diperoleh bia lebih baik/akurat. Hail aalii meujukka bahwa emaki tiggi gedug, rambata eergi gempa aka memberika pegaruh yag lebih igifika (buruk) terhadap repo diamik gedug. Demikia pula, pegaruh rambata eergi gempa aka lebih buruk terhadap repo diamik gedug, termauk pegaruh terhadap betura dari 2 (dua) gedug, jika gedug didirika di ata taah yag lebih luak. 4. KESIMPULAN Berdaarka kajia aalitik betura gedug di bawah pegaruh rambata eergi gempa dega megguaka beba gempa El Cetro dapat diimpulka beberapa hal ebagai berikut:. Pegaruh rambata eergi gempa emaki terlihat dega emaki tiggiya elevai latai pada uatu gedug. Hal ii diebabka waktu rambat eergi gempa yag lebih lama utuk mecapai elevai latai yag lebih tiggi. 2. Durai betura memiliki kecederuga utuk meigkat eirig dega megecilya gap atar gedug yag berdekata. 3. Pembedaa medium rambat taah aka meetuka gap miimum yag dibutuhka dalam perecaaa gedug yag berdampiga. Semaki kecil kecepata rambat eergi gempa pada medium taah maka gap miimum yag dibutuhka utuk meghidarka terjadiya betura atar gedug aka lebih bear. 4. Pada aalii yag melibatka pegaruh rambata eergi gempa, kofigurai gedug 20 latai memiliki dampak truktural yag lebih parah daripada gedug 0 latai. 5. Terjadi amplifikai impaga relatif kolom akibat betura dari hail aalii yag melibatka rambata eergi gempa. Hal terebut ditujukka dega ilai Faktor Amplifikai Diamik (FAD) ebear 2,3 utuk kofigurai gedug 0 latai da 3,4 utuk kofigurai gedug 20 latai. 6. Perluya mulai dipertimbagka aalii diamik gedug di bawah aki beba gempa dega memperhitugka gempa ebagai eergi yag merambat dega kecepata berhigga baik pada media truktur maupu pada media taah. DAFTAR PUSTAKA Berg, Gle. (988). Elemet of Structural Dyamic. Pretice-Hall Iteratioal, Ic. Chopra, Ail. (995). Dyamic of Structure, Theory ad Applicatio to Earthquake Egieerig. Pretice Hall Iteratioal. Clough ad Pezei. (985). Dyamic of Structure. McGraw-Hill. Cole, et all. (200). Buildig Poudig State of The Art : Idetifyig Structure Vulerable to Poudig Damage. NZSEE Coferece Doga, Mizam ad Guaydi Ayte. (2009). Poudig of Adjacet RC Buildig Durig Seimic Load. Joural of Egieerig ad Architecture of Ekiehir Omagazi Uiverity, Vol: XXII, No: Elahai, Amr. (2008). Fudametal of Earthquake Egieerig. Wiley. Khairuia da Straupalia,Lely. (2009). Kajia Aalitik Pegaruh Rambata Gaya Geer Gempa Terhadap Perilaku Struktural Gedug Bertigkat. Skripi Mahaiwa Program Studi Tekik Sipil ITB, Badug Natael, Joh da Tampubolo, Tommy. (2007). Pemodela Numerik Repo Betura Tiga Struktur Akibat Gempa. Skripi Mahaiwa Program Studi Tekik Sipil ITB, Badug Paz, Mario. (980). Structural Dyamic. Va Notrad Reihold Compay Villaverde, Roberto. (2009). Fudametal Cocept of Earthquake Egieerig. CRC Pre. S Uiverita Sebela Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 203