Perancangan Rumah Precast Sederhana Satu Lantai Sistim Struktur Infilled Frame pada Wilayah Gempa

Transkripsi

1 Perancangan Rumah Precast Sederhana Satu Lantai Sistim Struktur Infilled Frame pada Wilayah Gempa Y. Tajunnisa 1, E. Wahyuni 2, A. Sigit 3 and Tavio 4 Department of Civil Engineering, Sepuluh Nopember Institute of Technology (ITS) (yuyun_t@ce.its.ac.id) Abstrak Penelitian ini mengenai rumah tinggal sederhana dengan menggunakan sistem beton pracetak. Struktur dianalisa dengan sistim struktur infilled frame pada wilayah gempa (WG) tinggi (6) yang berdiri di atas tanah keras dan lunak dengan σ ijin tanah masing-masing 1 dan,5 kg/cm 2. Struktur secara keseluruhan dianalisis dengan SAP2. Beban gempa dianalisis dengan statik ekivalen. Struktur tersebut juga dianalisis dengan pushover static nonlinier, dimana beban mati, hidup dan pushover dianalisis secara non linier. Ini dilakukan agar dapat diketahui daktilitas struktur. Dimensi pondasi didesain dari hasil joint reaction tidak berfaktor dan penulangan pondasi dari joint reaction berfaktor dari SAP2, yang kemudian dicek dengan program nonlinier LUSAS untuk mengetahui pondasi aman atau tidak. Dicek juga differential settlement baik dengan perhitungan manual maupun melalui program Plaxis 3D Foundation. Dari analisis statik ekivalen SAP2, simpangan struktur memenuhi Kinerja Batas Layan dan Kinerja Batas Ultimit. Hasil pushover menunjukkan, struktur memenuhi syarat daktilitas yaitu diatas nilai 4. Pondasi dianalisis nonlinieritasnya dengan LUSAS dan hasilnya jauh dari retak, masih aman. Maka, dimensi pondasi telapak bujursangkar beton pracetak yang dihasilkan yaitu 1,1x1,1x dengan kaki kolom 2x2. Penulangan pelat pondasi mm. Differential settlement hanya terjadi pada tanah lunak sehingga digunakan cerucuk kayu ataupun mikropile beton di bawah pondasi telapak. Tiap pondasi membutuhkan 4 cerucuk kayu atau 2 mikropile. Kata kunci: rumah tahan gempa, rumah sederhana satu lantai,struktur infilled frame, beton precast, gempa, pondasi telapak setempat. I. PENDAHULUAN Perancangan struktur bangunan biasanya menggunakan sistim open frame, dimana kekakuan dinding tidak diperhitungkan. Sebagai inovasi, maka diteliti merancang struktur rumah dengan sistim infilled frame dimana selain kekuatan balok dan kolom (seperti open frame) juga diperhitungkan kekakuan dinding. II. METODE Tahapan meliputi tahap persiapan, tahap penelitian dan penyusunan laporan. Tahap persiapan ini dimulai dengan melakukan studi literatur mengenai gempa, beton precast, perilaku struktur bangunan beton tahan gempa, sistim struktur infilled frame, perilaku masing-masing elemen (kolom, balok, HBK, dinding dan pelat), desain pondasi telapak, berbagai jurnal tentang penelitian yang telah dilakukan, serta studi pustaka lainnya yang berhubungan dengan penelitian. Tahap penelitian dimulai dengan membuat desain rumah sederhana satu lantai. Gambar 1. Denah Rumah Tinggal Analisis yang dilakukan adalah static ekivalen dan static pushover analysis. Pushover analysis adalah cara analisis static 2 dimensi atau 3 dimensi linier dan non-linier, dimana pengaruh gempa rencana terhadap struktur gedung dianggap sebagai beban-beban static yang menangkap pada pusat massa masing-masing lantai, yang nilainya ditingkatkan secara berangsur angsur sampai melampaui pembebanan yang menyebabkan terjadinya pelelehan (sendi plastis) pertama di dalam struktur gedung, kemudian dengan peningkatkan beban lebih lanjut mengalami perubahan bentuk elastoplastis yang besar sampai mencapai kondisi di ambang keruntuhan. Pada struktur bawah, direncanakan menggunakan pondasi telapak beton precast. Pondasi yang memikul beban-beban gempa atau yang menyalurkan beban-beban gempa antara struktur dan lapisan tanah di bawahnya harus sesuai SNI 2847 Ps Pondasi telapak harus direncanakan sedemikian rupa struktur secara keseluruhan adalah stabil dalam arah vertical, arah mendatar, dan terhadap guling. Metodologi rumah sederhana tahan gempa adalah seperti pada diagram alir berikut: E-35

2 Gambar 2 b. Flow Chart Metodologi Penelitian Gambar 2 a. Flow Chart Metodologi Penelitian Saat permodelan di SAP2, untuk sistim open frame dimodelkan sebagai rangka balok dan kolom seperti pemodelan pada umumnya. Sedangkan untuk sistim infilled frame, selain kolom dan balok juga dinding dihitung kekakuannya. Dimodelkan dalam SAP2 seperti pada gambar 3. Gambar 3 Permodelan Struktur Open Frame pada SAP2 E-36 ISBN :

3 Struktur tersebut berada di atas tanah lunak dan keras. Pertama, tanah lunak pada permodelan di SAP2, diasumsikan perletakan sendi, sedangkan pada tanah keras diasumsikan menggunakan perletakan jepit. Berdasarkan literatur, tegangan ijin pada tanah lunak adalah,5 kg/cm 2 dan tanah keras 1 kg/cm 2. Dari jurnal dengan judul : A Numerical Investigation of Seismic Response of the Aggregate Pier Foundation System ditulis oleh Cristian Hariady Girsang pada prosiding pertemuan geoteknik VI-22, didapatkan data tanah, dengan di ganti-ganti beberapa parameter tanah sehingga mempunyai tegangan ijin untuk tanah lunak sekitar,5 kg/cm 2 dan tanah keras sekitar 1 kg/cm 2. Berdasarkan data tanah tersebut dan besar dimensi pondasi yang didapat dari hasil joint reaction pada perletakan sendi dan jepit, didapatkan nilai koefisien. Nilai koefisien untuk vertikal, horisontal dan torsional dimasukkan pada restraint perletakan dengan menganggap pondasi telapak di atas tanah berperilaku seperti. Dari permodelan struktur yang menggunakan perletakan, didapatkan joint reaction. Dari sini, dapat dicari dimensi pondasi, dan dapat dibandingkan hasil yang didapatkan. Pada tanah lunak antara perletakan sendi dan yang menggunakan parameter tanah lunak. Pada tanah dengan tegangan ijin 1 kg/cm 2 antara perletakan jepit dan yang menggunakan parameter tanah dengan tegangan ijin tanah sama. III. HASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 1: Variabel Perancangan Rumah Variabel Mutu beton Mutu baja tulangan utama Mutu tulangan sengkang Jumlah lantai Tinggi kolom Luas bangunan Dimensi Kolom Dimensi Balok Wilayah gempa Jenis Tanah Berat jenis beton Berat jenis beton ringan (untuk dinding) Infilled Frame 2 Mpa 32 Mpa 24 Mpa 1 lantai 3,2 m (6 m x 6 m) 15 x15 cm (tanah keras) 2 x2 cm (tanah lunak) 15x15 (balok atap) 15x2 (sloof) zona 4 dan zona 6 Lunak dan keras 24 kg/m 3 19 kg/m 3 Gambar 4 Posisi sendi plastis pada step 3 Analisis dengan pola beban sesuai ragam fundamental atau pola beban merata pada rumah tanah keras, berhenti pada step 6 dan tidak bisa dilanjutkan berdasarkan kontrol perpindahan sebesar 1 mm. Kondisi tersebut diakibatkan ketidakstabilan dari adanya sendi plastis yang terbentuk setelah step 6 tersebut. Meskipun demikian, besarnya perpindahan pada kondisi collaps (runtuh) di step 6, δ fail =.28 mm > 15% δ t = 1.5 (.94) =.141 mm, maka dianggap perilakunya masih dapat diterima. Sesuai prediksi yang diperoleh dari Metode Spektrum Kapasitas, pada kondisi target perpindahan,94 mm dapat diketahui gaya geser dasar = x (,94/,96) = N = 1314 N < V Y = kn yang menunjukkan bahwa perilaku keseluruhan struktur rumah 1 lantai infilled frame tanah keras juga masih dalam keadaan elastis. Begitu pula untuk struktur rumah pada tanah lunak. Kontrol KBU telah memenuhi syarat. Diperoleh displacement ultimate dengan KBU sebesar,483 mm >,94 mm, berarti perpindahan yang paling menentukan pada saat gempa rencana adalah perpindahan yang dihitung dengan metode KBU. Syarat daktilitas struktur kemudian dicek dengan membandingkan perpindahan ultimate terhadap perpindahan saat sendi plastis pertama kali terbentuk (step 1), dan diharapkan daktilitas struktur ini lebih besar dari 4 (untuk R = 6,5: Infilled frame). Pembacaan nilai perpindahan ultimate dan perpindahan leleh pertama didasarkan pada kurva pushover, seperti ditunjukkan oleh Gambar 5. ` Gambar 5 Pembacaan perpindahan ultimate dan perpindahan leleh pertama pada kurva pushover Gambar 5 menunjukkan bahwa rumah infilled frame mencapai perpindahan ultimate atau akan runtuh saat base reaction turun menjadi 8% nilai puncaknya, yaitu ketika titik kontrol (pada atap) berpindah sejauh 55 mm. Daktilitas perpindahannya:µ = u / y = 55 /,43 = 5.93 > 4 (memenuhi). E-37

4 Gambar 6 memperlihatkan sendi plastis pertama yang terbentuk pada rumah tidak terjadi di kolom tetapi di sloof, yang berarti kemampuan kolom rumah 1 lantai memenuhi syarat (lihat gambar step 1). Sementara gambar step 6 menunjukkan bahwa pada saat akan runtuh, sendi-sendi plastis di kolom terjadi beberapa, namun masih masuk taraf sangat aman yaitu kondisi B ke IO, atau belum melewati keadaan Immediate Occupancy. Tabel 2 Ukuran Pondasi yang Dibutuhkan dan Panjang Cerucuk (l) pada Tanah Keras Wil. Dimensi Tulanga L Kaki No t (m) Gempa (m) n (m) Kolom jepit jepit 1,2 x 1,2 1,2 x 1, ,1 x 1,1 1,1 x 1,1 Gambar 6 Sendi plastis yang terbentuk pada step 1 (leleh pertama) dan step 6 Struktur pada tanah keras semula diasumsikan jepit, kemudian dihitung konstanta nya, yang selanjutnya diaplikasikan pada perhitungan SAP dengan perletakan. Begitu pula dengan struktur pada tanah lunak, semula diasumsikan sendi, kemudian digunakan perletakan. Konstanta (spring constant) untuk half space model dievaluasi pada kondisi konstanta statis elastis (the elastic static spring constants). Ekspresi untuk teori konstanta untuk gerakan vertical, horizontal, rocking dan torsi diberikan dalam rumus pada tabel 6.1. Rumus yang dipakai untuk mengevaluasi konstanta baik circular maupun rectangular footing. Tabel 6.1 Equivalent Spring Constants untuk Rigid Circular dan Rectangular Footing Mode of Rectangular Footing Vibration Vertical Horizontal Rocking Torsional k z = G β z BLη z 1 ν k x = 2 ( 1+ν ) Gβ y BLη y k ψ = G 2 β ψ BL η ψ No solution 1 ν available; use ro from Table 6-2 Berikut adalah hasil perhitungan pondasi pelat untuk rumah tahan gempa: Tabel 3 Ukuran Pondasi yang Dibutuhkan dan Panjang Cerucuk (l) Aktual pada Tanah Lunak Wil. Dimens Tulanga l Kaki No t (m) Gempa i (m) n (m) Kolom sendi sendi 1,2 x 1,2 1,2 x 1,2 1,1 x 1,1 1,1 x 1,1 2.5 => => Keterangan: l = panjang cerucuk dalam meter Pada tanah keras dengan asumsi jepit, dibutuhkan pondasi telapak 1,2x1,2x m, sedangkan dengan asumsi dibutuhkan 1,1x1,1x m. Pada tanah lunak dibutuhkan dimensi pondasi yang sama. Tulangan yang dipakai mm. Struktur rumah pada tanah keras tidak membutuhkan tambahan cerucuk, baik ketika asumsi perletakan jepit maupun. Pada tanah dengan tegangan ijin <,5 kg/cm 2 tidak memakai cerucuk dengan panjang 1,5 m. Sedangkan pada perletakan sendi, cerucuk yang diperlukan lebih panjang, yaitu 2.5 m. Pemakaian dengan software yang modern dapat digunakan untuk melakukan simulasi perilaku bagian struktur yang hasilnya mendekati hasil penyelidikan dengan cara eksperimental di laboratorium. Kemampuan program yang dapat melakukan analisis non linier dapat digunakan untuk memprediksi perilaku struktur sampai kondisi pasca runtuh dan hasilnya dapat bersaing dengan hasil eksperimen di laboratorium. Sebenarnya untuk mendesain pondasi rumah cukup dengan program SAP2, hanya saja dalam penelitian ini dibahas juga analisis pondasi dengan menggunakan program non linier Lusas yang kemampuan non liniernya lebih lengkap dibandingkan program SAP2. E-38 ISBN :

5 Dari hasil running didapatkan nilai kontur tegangan pada pondasi pelat beton, seperti pada gambar 7. Gambar 7 Tampak meshing 3D pondasi dengan loading dari kolom dan support Dari hasil running didapatkan nilai kontur tegangan pada pondasi pelat beton, seperti pada gambar 7: nilai tegangan max =,7366 Mpa pada titik 291 dan min =,8678E-2 di titik 194. Bandingkan dengan nilai tegangan pada pondasi dengan perletakan sendi, nilai tegangan maximum = 2,43 Mpa dan tegangan minimum = 6E-2 MPa. Tegangan ijin retak beton =,7 x fc =,7 x 2 = 3,13 MPa. Tegangan yang terjadi baik untuk perletakan maupun sendi, masih jauh lebih kecil dari tegangan ijin, masih aman. Gambar 8 Kontur tegangan beton pondasi telapak (tampak atas) IV. KESIMPULAN 1. Evaluasi daktilitas struktur menunjukkan hasil yang telah memenuhi syarat. Kontrol atau evaluasi yang dilakukan meliputi: - Kontrol kinerja struktur melalui persyaratan kinerja batas layan (KBL) dan kinerja batas ultimate (KBU). - Kontrol daktilitas struktur untuk melihat performa keseluruhannya dilakukan melalui analisa pushover sebagai bentuk aplikasi penerapan performance-based design. Didapatkan nilai daktilitas struktur diatas nilai 4, berarti struktur mampu berdeformasi sesuai aturan SRPMK. 2. Pemodelan struktur rumah infilled frame berupa kolom, balok dan dinding yang dimodelkan dalam program SAP2. 3. Struktur pada tanah keras, perletakannya diasumsikan jepit. Sedangkan untuk tanah lunak, perletakan struktur dimodelkan sebagai sendi. Agar pemodelan perletakan mendekati kenyataan, maka digunakan perletakan. Besar koefisienkoefisien ditinjau dalam arah horizontal, vertikal dan rocking berdasarkan data tanah dan dimensi pondasi yang didapat dari asumsi jepit dan sendi. SAP2 menghasilkan antara perletakan jepit dan (pada tanah keras), dimensi pondasi telapak lebih kecil jika dibandingkan dengan menggunakan ketika memakai asumsi. Begitupula pada tanah lunak, ketika perletakan diasumsikan menggunakan sendi dan, pada perletakan (tanah lunak) menghasilkan dimensi pondasi yang lebih kecil. 4. Pada tanah lunak dengan tegangan ijin antara,5-1 kg/cm 2, pondasi mengalami differential settlement yang melebihi ijin, sehingga digunakan cerucuk kayu panjang 1,5 m dan untuk tegangan ijin dibawah,5 kg/cm 2, panjang cerucuk lebih besar yaitu 3 m. Diameter cerucuk kayu 1 cm atau mikropile beton dimensi 2 x 2 cm. E-39

6 DAFTAR PUSTAKA [1]. Applied Technology Council, (1996), ATC 4 - Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, Redwood City, California, U.S.A. [2]. Applied Technology Council, (24), ATC 58 Engineering Demand Parameters for Structural Framing Systems, Redwood City, California, U.S.A. [3]. ASCE.2. FEMA356 : Prestandard and Commentary for The Sismic Rehabilitation of Buildings. [4]. Boen, T. 1983, Manual Bangunan Tahan Gempa (Rumah Tinggal), Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan. [5]. Boen, T. 2a, Bangunan Rumah Tinggal Sederhana : Belajar dari Kerusakan Akibat Gempa, Prosiding Lokakarya Nasional Bangunan Sederhana Tahan Gempa, UII, Yogyakarta. [6]. Boen, T. 2b, Gempa Bumi Bengkulu: Fenomena dan Perbaikan Perkuatan Bangunan (Bedasarkan Hasil Pengamatan Bangunan yang Rusak akibat Gempa Bumi Bengkulu 4 Juni 2, Teddy Boen dan Rekan, Jakarta. [7]. Bowles, J.E, 1984, Analisis dan Desain Pondasi, Erlangga, Jakarta [8]. Braja, Mochtar, E dan Mochtar, I, 1993, Mekanika Tanah Jilid 2, Erlangga, Jakarta [9]. Craig, R.F, 1991, Mekanika Tanah, diterjemahkan oleh Budi Susilo, Penerbit Erlangga, Jakarta [1]. Das, Braja M., 1983, Advanced Soil Mechanics McGraw-Hill Book Company, New York, USA. [11]. Das, Braja M., Noor Endah, Indrasurya B Mochtar, 1998, Mekanika Tanah (Prinsip- Prinsip Rekayasa Geoteknis) Jilid 1 dan Jilid 2 Penerbit Erlangga, Jakarta. [12]. Departemen Pekerjaan Umum, 22, Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung (SNI ), Yayasan LPMB, Bandung. [13]. Departemen Pekerjaan Umum, 1999, Tata Cara Pelaksanaan Pondasi Cerucuk Kayu di Atas Tanah Lembek dan Tanah Gambut No. 29/T/BM/1999, [14]. Diterbitkan Oleh PT. Mediatama Saptakarya (PT. Medisa). [15]. Dewobroto, W. 25. Evaluasi Kinerja Struktur Baja Tahan Gempa dengan Analisa Pushover. Civil Engineering National Conference Sustainability Construction & Structural Engineering Based on Professionalism Unika Soegijapranata, Semarang. [16]. Elliot, K.S, 1996, Multy-Storey Precast Concrete Frame Structures, Blackwell Science, London [17]. Fanella, D. A., Munshi J. A., and Rabbat, B. G, 1999, Notes on ACI Building Code Requirements for Structural Concrete with Design Applications, Portland Cement Association, Skokie, IL. [18]. Girsang, C.H, 22, A Numerical Investigation of Seismic Response of the Aggregate Pier Foundation System, dalam prosiding pertemuan ilmiah tahunan geoteknik VI-22, Hatti Komda Jatim [19]. Hardiyatmo, H.C, 22, Mekanika Tanah 2, Gadjah Mada University Press, Yogjakarta [2]. Hardiyatmo, H.C, 22, Teknik Pondasi 1, Beta Offset, Yogjakarta [21]. Heinz F dan Suskiyatno, 1999, Dasar-dasar eko-arsitektur, Penerbit Kanisius dan UNIKA Press, Yogyakarta. [22]. Wahyudi, H dan Lastiasih, Y, 27, Korelasi N SPT dan Berat Volume Tanah untuk Lempung Sangat Lunak, Jurnal Torsi, Jurusan Teknik Sipil ITS Edisi Maret 27 Tahun ke 27 No.1 [23]. Mochtar. B, Indrasurya. 2. Teknologi Perbaikan Tanah dan Alternatif Perencanaan Pada Tanah Bermasalah (Problematic Soils). Surabaya: Jurusan Teknik Sipil-FTSP ITS. [24]. Mulyanto, Pedoman Membangun Rumah Sederhana Tahan Gempa, Yogyakarta. UGM. [25]. Murdiati Munandar, 2, Bangunan Tahan Gempa di Lokasi Mitigasi, Liwa,Lampung Barat, Jurnal Penelitian Puslitbang Permukiman, Bandung [26]. Murdiati Munandar, 21, Ketentuan Dinding Tembok di Wilayah Gempa, Buletin Pengawasan, LIPI [27]. Naeim, F. 21. The Seismic Design Handbook 2 nd Edition. Kluwer Academic Publishers, Boston, MA. [28]. Nawy, Edward G, 1998, Beton Bertulang Suatu Pendekatan Dasar, diterjemahkan oleh Ir. Bambang Suryoatmono, M.Sc. Bandung : PT. Refika Aditama [29]. Nakazawa dkk, 198, Mekanika Tanah dan Pondasi, diterjemahkan oleh Suyono Sosrodarsono, PT AKA, Jakarta [3]. Nilson, A. H., Winter, G,1991, Design of Concrete Structure, McGraw-Hill International Edition, New York. [31]. Park, R Precast Concrete in Seismic- Resisting Building Frames in New Zealand. [32]. Park, R A Perspective on the Seismic Design of Precast Concrete Structures in New Zealand. University of Canterbury Christchurch, New Zealand. [33]. Park, R. dan Paulay, T Reinforced Concrete Structure. John Wiley &Sons, Inc., New York. [34]. Paulay, T., dan Priestley, M.J.N Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings. John Wiley & Sons, Inc., New York. E-4 ISBN :

7 [35]. PCI, 24. PCI Design Handbook - 6 th Edition. Precast/Prestressed Concrete Institute, Chicago, IL. [36]. PPIUG 1983, Peraturan Pembebanan Indonesian untuk Gedung, Direktorat Penyelidikan Masalah Bangunan, Bandung. [37]. PT. Ultrajasa Persada Prima. 28. Laporan Perhitungan Struktur Precast Rusunawa Surabaya. [38]. Pramono, H, Tavio dan Iranata,D. 21. Perilaku dan Perancangan Pelat Pracetak [39]. Prakash, S, Soil Dinamics, McGraw-Hill Book company. [4]. Puslitbang, Peta Zona Gempa Indonesia Sebagai Acuan Dasar Perencanaan, Pusat Litbang Sumber Daya Air. [41]. Purwono, 25, Perencanaan Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa Sesuai SNI 1726 dan SNI 2847 Terbaru, ITS press, Surabaya [42]. Purwono dkk, 27, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI ) dilengkapi penjelasan [s- 22], ITS press, Surabaya [43]. Rahman, A, (28). Prinsip dan Gambaran Umum Konstruksi Prefabrikasi. Bahan Kuliah Struktur-Konstruksi 5, Universitas Gunadarma, Depok. [44]. Saleh, Afandi Daya Dukung Tanah Diatas Perbaikan Dengan Cerucuk, Laporan Penelitian di Jurusan Teknik Sipil, FTSP- ITS. [45]. Sanglerat, 1972, The Penetrometer and Soil Exploration, Development in Geotechnical Engineering Volume 1, Elsevier Publishing Company, Amsterdam, The Netherlands. [46]. Sosrodarsono, S dan Nakazawa, K, 198, Mekanika Tanah dan Teknik Pondasi, PT Pradnya Paramita, Jakarta [47]. Sumeru, Suhartinah dan Halim, 1999, Ketahanan Gempa pada Bangunan Non- Engineered, Prosiding Konferensi Nasional Rekayasa Kegempaan, ITB, Bandung. [48]. Suresh, O Neil.M, dan Pincus.G, Design of Structures and Foundations for Vibrating Machines, Gulf Publishing Company, [49]. SNI Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung. Badan Standarisasi Nasional, Bandung. [5]. SNI Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung. Badan Standarisasi Nasional, Bandung. [51]. Tular R.B (alm), 1984, Perencanaan Bangunan Tahan Gempa, Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan, Bandung [52]. Wibowo, Nurwadji, Rumah Tumbuh Satu Lantai Memakai Kanal C Ringan, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Atma Jaya Yogyakarta. E-41