Pengembangan Sistem Isolasi Seismik pada Struktur Bangunan yang Dikenai Beban Gempa sebagai Solusi untuk Membatasi Respon Struktur

Transkripsi

1 Setio, dkk. ISSN Jurnal Teoretis dan Terapan Bidang Rekayasa Sipil Pengebangan Siste Isolasi Seisik pada Struktur Bangunan yang Dikenai Beban Gepa sebagai Solusi untuk Mebatasi Respon Struktur Herlien D. Setio elopok eahlian Rekayasa Struktur, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesa No. 1 Bandung 413, E-ail: herlien@si.itb.ac.id Diah usuastuti elopok eahlian Rekayasa Struktur, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesa No. 1 Bandung 413, E-ail: dkusuastuti@si.itb.ac.id Sangriyadi Setio elopok eahlian onversi Energi, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesa No. 1 Bandung 413, E-ail: setio@lbsp.s.itb.ac.id Prataa H.R. Siregar Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesa No. 1 Bandung 413 Andy Hartanto Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara, Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesa No. 1 Bandung 413 Abstrak Penelitian ini ebahas studi teori dan eksperiental engenai kontrol pasif getaran pada struktur yang engalai beban eksitasi gepa dengan enggunakan teknik isolasi yang dilakukan pada dasar struktur bangunan. Pada penelitian ini diusulkan penggunaan siste isolasi dasar dengan enggunakan bantalan karet yang diletakkan di antara kolo pada lantai dasar dengan pondasi yang diharapkan apu eperkecil perpindahan horisontal struktur bangunan. Model eksperiental yang digunakan adalah odel portal baja dua tingkat dengan isolator bantalan karet pada tupuannya dan diberi beban eksitasi dinaik dengan enggunakan eja getar. Hasil studi teori dan eksperiental untuk berbagai beban dinaik seperti percepatan horisontal gepa El Centro N-S enunjukkan penggunaan isolator pada dasar struktur bangunan eberikan hasil yang euaskan dala hal pengurangan tingkat getaran sehingga dapat eningkatkan kualitas keaanan dan kenyaanan struktur. Selain itu penggunaan isolator dasar pada struktur bangunan sangat enguntungkan karena pelaksanaannya yang relatif sederhana. ata-kaa unci: ontrol pasif, isolasi dasar, bantalan karet. Abstract This study presents a theoretical and experiental study on passive vibration control for structures which are subjected to earthquake excitations using isolation technique which is ipleented on the base of the building structure. The base isolation syste, ade of rubber pads, was proposed in this study to reduce the relative horizontal displaceent of the structure. The experiental odel for the study is a two-storey steel frae with rubber pads installed on its base. The dynaic excitations were given to the structure through a sall shaking table. The theoretical and experiental studies for various dynaic loads, such as sinusoidal acceleration and siulation of El Centro NS earthquake acceleration, show that the use of the base isolator on the structure gives satisfactory results. The base isolation syste reduces significantly the vibration level and iproves the quality of safety and cofort of the structure. In addition, the use of the base isolator on the structure is very attractive because its ipleentation is relatively siple. eywords: Passive control, base isolator, rubber bearing. Vol. 19 No. 1 April 1 1

2 Pengebangan Siste Isolasi Seisik pada Struktur Bangunan yang Dikenai Beban Gepa Pendahuluan Indonesia adalah negara kepulauan yang erupakan daerah rawan gepa yang dilalui oleh tiga jalur gepa dunia. Dengan deikian setiap bangunan di Indonesia harus direncanakan tahan terhadap beban gepa dan beban-beban dinaik lainnya sepanjang uur hidup rencananya. Selain itu peraturan dan standar-standar bangunan enuntut persyaratan keaanan dan kenyaanan yang seakin laa seakin tinggi, sehingga perlu dikebangkan suatu konsep perancangan struktur bangunan yang apu eberikan keaanan dan kenyaanan baik untuk struktur bangunan itu sendiri aupun untuk peakai bangunan. Hal ini engakibatkan seakin pentingnya epelajari asalah struktur bangunan dan perilaku dinaik struktur yang engalai beban-beban dinaik. Beban-beban dinaik yang erusak struktur bangunan uunya adalah beban-beban ala seperti beban gepa yang sulit diukur baik jenis aupun besarannya. Diensi dan geoetri struktur yang tidak tepat dapat eperbesar getaran yang terjadi akibat terjadinya resonansi dan ketidakapuan struktur bangunan untuk eneria beban-beban dinaik tersebut, sehingga perfora bangunan enjadi sangat rendah dan dapat engakibatkan kerusakan struktural yang tidak diharapkan. Selain itu getaran yang besar pada struktur bangunan dapat engganggu fungsi peralatan dan kesehatan anusia yang enepatinya yang pada akhirnya dapat enurunkan kualitas operasi dan kualitas hidup peakainya. eaanan dan keandalan struktur seringkali dihubungkan langsung dengan kekakuan dan assiveness struktur bangunan. Rancangan konvensional yang konservatif akan enghasilkan struktur yang kaku, yang engakibatkan buruknya perilaku dinaik dari struktur tersebut. Beberapa penelitian engenai isolasi dasar telah dilakukan sebagai upaya elindungi struktur dari kegagalan dengan engurangi deforasi relatif dari eleen-eleen struktur (Setio, dkk., 7). Isolasi dasar adalah alternatif yang enjanjikan untuk desain struktur tahan gepa. Beberapa peneliti (Connor, 3; Housner, et.al., 1997; elly, 1986) telah berusaha untuk epelajari kinerja dan paraeter desain paling enguntungkan untuk siste isolasi dasar dengan enggunakan berbagai jenis isolator yang berbeda. Berbagai perangkat isolasi seperti elastoeric bearings, lead rubber bearings, frictional/ sliding bearings juga telah dikebangkan dan digunakan dala desain bangunan anti-seisik dan jebatan selaa 3 tahun terakhir di banyak negara seperti Selandia Baru, Jepang, Aerika Serikat dan Inggris. (Buckle and Mayes, 199; Christopolous, and Filiatrault, 6). Tujuan dari penelitian ini adalah engkaji penggunaan bantalan karet sebagai isolator dasar bangunan yang dapat engurangi tingkat getaran horisontal struktur bangunan dan dapat dilaksanakan dengan udah baik pada struktur bangunan baru aupun untuk perbaikan perfora struktur bangunan laa.. ontrol Pasif Getaran Struktur Bangunan Isolasi getaran struktur bangunan adalah usaha-usaha yang dilakukan untuk engurangi tingkat getaran yang tidak diinginkan sapai encapai suatu tingkat getaran yang dapat diteria. Mengingat usaha engurangi beban eksitasi getaran yang bersuber dari ala seperti beban gepa sangat sulit dilakukan, aka usaha lain yang dapat dilakukan adalah dengan elakukan isolasi struktur bangunan dengan enggunakan isolator yang diletakkan pada dasar struktur bangunan (Setio, 9). eudian untuk keudahan penulisan, isolator bantalan karet disebut sebagai isolator dasar. Isolator yang uu digunakan adalah jenis pegas spiral baja dan isolator karet yang dipasang baik dala bentuk individu atau unit isolator yang terdiri dari asing-asing jenis isolator atau kobinasi dari keduanya. Jenis dan ukuran isolator dipilih berdasarkan beban yang dapat dipikul, perpindahan aksiu yang boleh terjadi, kekakuan arah aksial dan lateral, redaan, uur aterial, dan ketahanannya terhadap lingkungan seperti teperatur tinggi, oli, air, asa, dan bahanbahan erusak lainnya. Secara uu, tujuan dari penggunaan isolator adalah untuk endapatkan harga frekuensi natural dan redaan siste struktur sesuai dengan nilai yang diinginkan. Frekuensi natural dari siste ditentukan oleh assa dan kekakuan siste yang erupakan kekakuan gabungan antara struktur bangunan dengan kekakuan isolator. Nilai kekakuan dan redaan siste ditentukan dengan elakukan peilihan jenis isolator yang sesuai dengan nilai yang diinginkan..1 Pegas spiral Pegas spiral telah digunakan sejak laa untuk keperluan isolasi getaran. Pegas spiral eiliki kekakuan pada arah aksial dan lateral yang besarnya akan enentukan harga frekuensi natural siste. Pada keadaan kerja noral, perpindahan aksial dari pegas adalah proporsional dengan beban. Hubungan beban dan perpindahan adalah linier. Pegas spiral jarang digunakan sebagai isolator dasar struktur bangunan bertingkat karena epunyai keterbatasan dala hal pebuatan. Bentuk pegas spiral yang biasa digunakan sebagai isolator getaran dapat dilihat pada Gabar 1. Jurnal Teknik Sipil

3 Setio, dkk.. Bantalan karet z Material karet telah digunakan sebagai aterial isolasi getaran selaa lebih dari satu abad. Perkebangan yang terbesar pada isolator karet terjadi karena peneuan teknik penggabungan etal dengan karet elalui proses vulkanisasi, sehingga diungkinkan ebuat unit isolator dengan diensi dan karakteristik yang diinginkan yang dapat eneria beban tekan, tarik dan geser. Gabar enunjukkan beberapa jenis isolator karet yang biasa digunakan sebagai bantalan. arakteristik bantalan karet sangat tergantung dari jenis aterial, karet ala atau karet sintetis, bentuk dan ukuran aterial yang digunakan. Material karet selain epunyai kekakuan juga epunyai redaan yang cukup penting yang dapat ebantu ereda sebagian energi luar yang asuk ke struktur. arakteristik kekakuan bantalan karet uunya dapat diidealisasikan dengan perilaku histeretik atau viskoelastik. Seakin sedikit energi gepa diteria oleh struktur bangunan berarti seakin sedikit kerusakan struktur bangunan dan isinya. Siste isolator dasar yang paling banyak digunakan adalah dengan enggunakan bantalan elastoer yang terbuat dari karet ala atau karet sintetis yang disebut sebagai neoprene. Dala pendekatan ini, struktur bangunan diisolasi dari eksitasi horisontal beban gepa dengan enggunakan aterial yang epunyai kekakuan horisontal yang relatif rendah dibandingkan dengan kekakuan vertikalnya yang diletakkan di antara struktur atas dan pondasi. Penggunaan isolator dasar akan enggeser frekuensi natural struktur bangunan ke arah yang lebih kecil. ekakuan horisontal isolator harus diatur sedeikian F z Gabar 1. Isolator dasar pegas spiral Gabar. Beberapa jenis fungsi isolator karet terhadap gaya luar: a. tekan, b. geser, c. tarik, d. lentur x rupa sehingga frekuensi struktur bangunan jauh lebih rendah dari pada frekuensi doinan gerakan tanah akibat gepa. Struktur bangunan yang terisolasi akan engisolasi gerakan struktur dari ode-ode rendahnya sehingga respon struktur akibat beban gepa akan terjadi pada ode-ode yang lebih tinggi yang epunyai bentuk yang lebih kaku sehingga respon relatif antara lantai bangunan akibat beban gepa akan enjadi lebih kecil. Sebagai ilustrasi pola deforasi struktur bangunan konvensional dan struktur bangunan yang enggunakan isolator dasar ketika eneria beban gepa dapat dilihat pada Gabar 3. Pada Gabar 3b terlihat bentuk struktur bangunan yang diberikan isolator dasar epunyai bentuk respon dinaik yang lebih kaku dibandingkan dengan struktur bangunan konvensional pada Gabar 3.a. Sifat pegas bantalan tidak enyerap energi gepa, elainkan hanya engalihkan bentuk deforasi bangunan elalui perhitungan dinaika struktur. Redaan yang ada dala bantalan karet sangat beranfaat untuk engurangi respon getaran yang terjadi ketika struktur bangunan engalai eksitasi dengan frekuensi eksitasi yang berada di sekitar frekuensi resonansi struktur. 3. Analisis Dinaik Struktur Model struktur bangunan yang digunakan dala penelitian ini adalah odel struktur portal tiga diensi dua tingkat yang diidealisasikan sebagai odel struktur bangunan geser konvensional dua diensi dengan tiga derajat kebebasan. Sedangkan untuk struktur bangunan yang enggunakan isolator dasar, struktur bangunan diodelkan sebagai odel bangunan geser dengan epat derajat kebebasan. 3.1 Model ateatik struktur bangunan Model struktur portal dengan tiga derajat kebebasan yang engalai beban gepa xg(t) diperlihatkan pada Gabar 4. Eksitasi gepa Isolator dasar Eksitasi gepa Gabar 3. Deforasi struktur bangunan yang engalai eksitasi beban gepa: a. struktur konvensional, b. struktur dengan isolasi dasar Vol. 19 No. 1 April 1 3

4 Pengebangan Siste Isolasi Seisik pada Struktur Bangunan yang Dikenai Beban Gepa... c ccr c. (3) 3. ondensasi dinaik Pada tahap pengujian eksperiental, pengukuran hanya dilakukan pada beberapa derajat kebebasan dari struktur. Peilihan titik-titik pengukuran dilakukan berdasarkan keudahan pengukuran kepentingan analisis dari derajat kebebasan tersebut. Dengan penentuan titik ukur yang tepat, diharapkan dapat dikupulkan inforasi seaksial ungkin dari respon dan karakteristik struktur. Gabar 4. Model portal dengan beban gepa x g (t) Persaaan gerak dari odel portal jika dikenai beban gepa 1 u g adalah: Dengan u i = x i - x g u 1 c1 c u c 3 u 3 k1 k k Untuk enyederhanakan penulisan, bentuk atriks dan vektor selanjutnya ditulis dengan enggunakan huruf besar tebal: Mu C u u f M1x g dengan M, C, dan berturut-turut adalah atriks assa, redaan, dan kekakuan. f, 1, dan x g adalah vektor gaya, vektor dengan eleen 1, dan percepatan gepa pada tupuan dan u berturut-turut adalah vektor percepatan, perpindahan dan kecepatan relatif terhadap tupuan Rasio redaan c c c u 1 c 3 u c 3 u 3 u1 k 3 u k 3 u3 Dala hal praktis nilai redaan suatu siste biasanya dibandingkan dengan nilai redaan kritis ccr = w. Perbandingan nilai redaan x didefinisikan sebagai: k c k k f1 1 f f 3 3 k x g 3 1 (1) () u, u Dengan adanya pebatasan titik pengukuran, aka derajat kebebasan struktur secara keseluruhan harus dikondensasikan pada titik-titik ukur yang diabil. Pada kondensasi Guyan ini titik-titik yang tidak diukur tidak diabaikan, elainkan dipadatkan sebagai fungsi dari deforasi titik yang diukur. Untuk tujuan ini, kita elakukan pebagian derajat kebebasan struktur, yaitu: a. derajat kebebasan utaa (dengan << n), n adalah julah derajat kebebasan total. b. derajat kebebasan sekunder s Dengan deikian kita dapat elakukan pebagian vektor perpindahan, atriks kekakuan dan atriks assa sebagai berikut: x x (4) xs Dengan X dan X s adalah koordinat yang berhubungan dengan derajat kebebasan utaa dan derajat kebebasan sekunder. s M M s M s (5) ss M s Mss Derajat kebebasan utaa dipilih sedeikian rupa sehingga gaya inersia yang berhubungan dengan derajat kebebasan sekunder dapat diabaikan. s x F (6) s ss xs Fs Dengan Fs Gaya inersia Fs dapat diabaikan jika assa yang berhubungan dengan derajat kebebasan sekunder sangat kecil, sehingga didapatkan hubungan berikut: s x ss xs (7) diana, 1 xs ss s x (8) 4 Jurnal Teknik Sipil

5 Setio, dkk. Selanjutnya didefinisikan transforasi di bawah ini: x x (9) dengan I Transforasi (11) dapat dipakai untuk enyatakan energi kinetik dan energi deforasi sebagai fungsi dari koordinat uu yang baru, untuk energi kinetik T untuk energi deforasi 1 T 1 T U q q q q (1) persaaan Euler-Lagrange dapat ditulis: d T U ( ) Q ( t) d t q q dengan T Q (13) F Berdasarkan teori osilasi, akan didapatkan persaaan nilai eigen yang terkondensasi dengan diensi yang lebih kecil dari siste asalnya. dengan atau s 1 ss I kuan yang telah dikondensai dan epunyai derajat kebebasan yang lebih kecil dari odel asalnya. Frekuensi natural siste terkondensasi dapat diperoleh dengan enggunakan solusi eigen standar. Persaaan untuk odel dinaik dengan banyak derajat kebebasan setelah dikondensasi enjadi: Respon dinaik dari Persaaan (17) baik untuk jawab stasioner aupun transien dapat diperoleh dengan enggunakan solusi standar. s (1) 1 q T 1 M q q T M q (11) x T M x (14) M M atriks assa terkondensasi (15) T atriks kekakuan terkondensasi (16) M dan M T 1 s ss s adalah atriks assa dan keka- x C x x f M 1x (17) g Untuk keudahan penulisan, selanjutnya sibol dan bar dari Persaaan (17) akan dihilangkan. 3.3 Respon dinaik struktur a. Respon stasioner dala doain frekuensi Siste dinaik dengan banyak derajat kebebasan yang engalai beban eksitasi dinaik sinusoidal dapat diselesaikan dengan enggunakan etode eksak. Jawab dari Persaaan (17) adalah fungsi periodik sinusoidal: xi t Ai cost Bi sint x i t Ai sin t Bi cost x it Ai cost Bi sint (18) diana Ai dan Bi adalah konstanta-konstanta yang akan dihitung. Dengan elakukan substitusi Persaaan (18) ke dala Persaaan (17), keudian eisahkan sukusuku yang engandung sinus dan kosinus, dan enyusunnya kebali ke dala bentuk atriks, aka Persaaan (17) dapat ditulis enjadi: M C C A F M B F M1x M1x (19) Persaaan (19) dapat ditulis dala bentuk sederhana: Dv = f () diana, M, dan C berturut-turut adalah atriks kekakuan, assa, dan redaan siste terkondensasi. Sedangkan v x gc dan x gs aplitudo koponen sinus dan kosinus dari jawab Persaaan (18), aplitudo beban gepa koponen kosinus dan sinus. Persaaan () adalah persaaan siultan linier. Harga v dapat diperoleh dengan cara nuerik berikut: v = D-1f (1) Dari Persaaan (1), aplitudo respon dinaik struktur untuk derajat kebebasan ke i dapat dihitung dengan enggunakan Persaaan (18). x i x i t atau x i x i A cost B sint i t R i cos( t i ), d t Ri cos( t θiv ), t R cos( t θ ) i i ia c s gc gs berturut-turut adalah vektor Vol. 19 No. 1 April 1 5

6 Pengebangan Siste Isolasi Seisik pada Struktur Bangunan yang Dikenai Beban Gepa... dengan Ri Ai Bi 1 B θ d tan, θv θd, θ a θ d A Aplitudo respon dinaik fungsi frekuensi dapat disajikan dala kurva respon doain frekuensi. b. Respon tidak stasioner dala doain waktu Untuk siste dinaik dengan banyak derajat kebebasan yang engalai beban eksitasi sebarang seperti beban gepa, respon struktur dala doain waktu dapat dihitung dengan enggunakan integrasi nuerik standar. 4. Studi Eksperiental 4.1 Peodelan struktur Model struktur yang digunakan adalah portal baja tiga diensi dua tingkat. Dala perhitungan paraeter fisik dan paraeter dinaik, odel portal baja diidealisasikan sebagai sebuah bangunan geser dua diensi dengan tiga dan epat derajat kebebasan. Sketsa odel dan diensi struktur yang digunakan diperlihatkan pada Gabar Struktur portal baja Material struktur portal baja yang digunakan adalah baja A36 dengan odulus elastisitas E =,1 x 1 11 N/, berat volue g = 7.85 kg/ 3, dan properti eleen struktur sebagai berikut: (Gabar 5) arakteristik ekanik dan diensi yang digunakan adalah sebagai berikut: a. Balok eanjang: besi pelat, panjang = 45, lebar = 5, tebal = 5, sofs b. Balok elintang: besi siku L 4x4x3, panjang = 35, lebar = 4, tebal = 3, c. olo: besi pelat, tinggi kolo dasar = 6, tinggi kolo atas = 55, lebar = 5, tebal = 5, 4.1. Isolator Dasar Diensi dan spesifikasi isolator dasar adalah sebagai berikut: a. Diensi dan utu dudukan pelat baja: Material pelat baja yang digunakan adalah baja A36 dengan odulus elastisitas E =,1 x 1 11 N/, berat volue g = 7.85 kg/ 3. lebar pelat = 5, panjang = 7, dan tebal = 3. b. Diensi karet: lebar =, panjang = 5, dan tinggi = 4, Isolator berupa bantalan karet yang dipegang oleh dudukan pelat baja seperti diperlihatkan pada Gabar 6. Material bantalan karet yang digunakan berdasarkan nilai kekerasannnya dibuat enjadi tiga jenis, yaitu kekerasan lebut, sedang, dan keras, dengan nilai kekerasan karet 5, 5, dan 6. Nilai kekakuan geser horisontal dari ketiga bantalan karet diperlihatkan pada Tabel 1. Gabar 5. Model struktur portal: a. Model fisik, b. Diensi struktur portal baja 6 Jurnal Teknik Sipil

7 Setio, dkk. (a) (b) (c) Gabar 6. Isolator dasar bantalan karet; a. Tapak depan, b. Tapak saping, c. Terpasang pada dasar struktur Tabel 1. Properti bantalan karet Penyederhanaan odel ateatik portal frae Properti Lebut (1) Sedang () eras (3) enjadi portal bangunan geser dilakukan dengan enggunakan etode kondensasi Guyan dengan Hardness eadatkan derajat kebebasan pada arah vertikal dan G (kg/c ) 4,98 14,13 16,7 rotasi sehingga julah derajat kebebasan struktur g (kg/) portal enjadi 3 derajat kebebasan. dengan G dan g adalah odulus geser dan kekakuan geser horisontal bantalan karet. g ditentukan dengan elakukan uji geser static pada isolator. 4. Model ateatik eleen hingga Model ateatik struktur portal 3D dibuat dengan enggunakan odel ateatik eleen hingga frae D dengan setiap titik nodal epunyai 3 derajat kebebasan pada arah lateral horisontal, vertikal, dan rotasi. Struktur portal baja tanpa isolator dasar epunyai 15 derajat kebebasan yang disederhanakan enjadi struktur bangunan geser dua diensi dengan enganggap sipangan horisontal di setiap lantai saa, perpindahan pada arah vertikal dan rotasional relatif kecil sehingga dapat dipadatkan. Dengan prosedur yang saa, struktur portal baja dengan isolator dasar epunyai derajat kebebasan disederhanakan dengan enggunakan etode kondensasi Guyan enjadi struktur bangunan geser dua diensi dengan 4 derajat kebebasan. Peodelan ateatik eleen hingga struktur portal tanpa isolator dasar beserta odel assa-pegas ekivalennya dapat dilihat pada Gabar 7. Noor derajat kebebasan ekivalen dari odel portal dapat dilihat pada odel assa-pegas ekivalen pada Gabar 7b. Model eleen hingga dan odel assapegas ekivalen dari struktur portal dengan isolator dasar dapat dilihat pada Gabar 8a dan 8b. Untuk selanjutnya, istilah derajat kebebasan disingkat enjadi DOF (degree-of-freedo). Gabar 7. Model ateatik struktur portal tanpa isolator dasar: a. odel ateatik eleen hingga, b. odel ateatik assa-pegas ekivalen Vol. 19 No. 1 April 1 7

8 Pengebangan Siste Isolasi Seisik pada Struktur Bangunan yang Dikenai Beban Gepa Identifikasi struktur berdasarkan pengujian eksperiental Paraeter-paraeter struktur yang diperoleh dari perhitungan secara teoritis dengan enggunakan odel ateatik eleen hingga harus diuji ketepatannya dengan elakukan identifikasi karakteristik dinaik dari prototipe odel eksperiental (Setio, dkk., 1999; Setio, 8). Pengujian dinaik akan enghasilkan fungsi respon frekuensi yang digunakan untuk enghitung paraeter-paraeter dinaik dari odel struktur yaitu frekuensi natural, rasio redaan dan ode getar. Dala studi eksperiental ini digunakan etode penghalusan kurva untuk encari paraeterparaeter dinaik odel struktur yang digunakan. Hasil pengujian eksperiental berdasarkan etode penghalusan kurva diperoleh frekuensi natural, ode getar, dan rasio redaan berikut: 4,89 8,8 149,88 rad/ s Φ Berdasarkan paraeter-paraeter dinaik odel struktur yang diperoleh dari pengujian eksperiental dapat dihitung paraeter-paraeter fisik odel struktur yaitu atriks assa, atriks kekakuan, dan atriks redaan. Matriks assa dan atriks kekakuan odel ateatik yang bersesuaian dengan paraeter dinaik hasil pengujian diperoleh dengan elakukan koreksi terhadap atriks assa dan atriks kekakuan,418,199,58 yang diperoleh dari perhitungan secara teoritis dengan enggunakan odel ateatik eleen hingga. Matriks redaan diperoleh dengan enggunakan rasio redaan hasil pengujian dan besarnya diabil secara proporsional terhadap atriks assa dan atriks kekakuan. Paraeter-paraeter fisik odel struktur yang diperoleh dari hasil perhitungan teoritis dan dari hasil identifikasi eksperiental dapat dilihat pada Tabel. Selanjutnya untuk perhitungan teori, paraeterparaeter odel struktur yang digunakan untuk siulasi adalah atriks assa dan atriks kekakuan hasil koreksi yang diperoleh berdasarkan pengujian eksperiental yang diperlihatkan pada Tabel. Peodelan ateatik eleen hingga portal dengan enggunakan isolator dasar beserta odel assa-pegas ekivalennya dapat dilihat pada Gabar 8 k h diperoleh dari pengukuran kekakuan geser horizontal isolator dasar seperti diperlihatkan pada Tabel 1. Tidak dilakukan pengukuran pada k y karena derajat kebebasan terkait dapat diabaikan. arakteristik dinaik portal dihitung dengan enggunakan solusi proble eigen standar. Frekuensi natural beserta ode getar struktur dengan dan tanpa isolator dasar dilihat pada Tabel dan Tabel 3. Mode-ode getar bangunan geser struktur portal tanpa isolator dasar dan dengan isolator dasar dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel. Frekuensi natural dan ode getar struktur portal tanpa isolator dasar diperoleh berdasarkan odel ateatik eleen hingga dan odel eksperiental M TANPA ISOLATOR DASAR Model ateatik Hasil identifikasi Model koreksi 5,46,54 -,1178,54 -,1178 5,515,5973,5973 3,585 kg Mˆ 5,1376,589 -,115,589 -,115 5,1488,5841,5841 3,1916 kg Φ ,1 79,75 145, rad/ s N/ Φ ,199,58,418 4,89 8,8 149, rad/ s ˆ ˆ ˆ N/ ,89 8,8 149, rad/ s Jurnal Teknik Sipil

9 Setio, dkk. Gabar 8. Model ateatik struktur portal dengan isolator dasar: a. odel ateatik eleen hingga, b. odel ateatik assa-pegas ekivalen Tabel 3. Frekuensi natural dan ode getar struktur portal dengan isolator dasar Jenis isolator dasar Frekuensi natural Dengan isolator dasar Mode Lebut (1) Sedang () eras (3),4,78 3,63 1 rad/ s 93,57, f 1 Hz 14,89 13,69.43,38, rad/ s, f Hz rad/ s, f 3 Hz Φ 1 Φ Φ Vol. 19 No. 1 April 1 9

10 Pengebangan Siste Isolasi Seisik pada Struktur Bangunan yang Dikenai Beban Gepa... Tabel 4. Mode-ode getar struktur portal tanpa isolator dasar dan dengan isolator dasar Jenis Struktur Mode 1 Mode Mode 3 Mode 4 Tanpa isolator dasar Dengan isolator dasar Dala studi ini odel struktur diberi eksitasi luar berupa percepatan dasar yang dibangkitkan oleh otor step yang enggerakkan landasan eja getar. Motor step ini bekerja berdasarkan sinyal analog yang dibangkitkan oleh pebangkit sinyal yang telah dikonversi sebelunya oleh perangkat akuisisi data enjadi dua sinyal digital dan satu sinyal analog (Setio, dkk., 1999) Akibat dari percepatan dasar ini, struktur elakukan suatu gerakan osilasi. Gerakan struktur ini diaati dan diukur besar respon percepatan di tiga titik derajat kebebasan struktur. eudian sinyal respon percepatan yang berupa sinyal analog yang telah diperkuat oleh perangkat penguat sinyal, diupankan ke perangkat akuisisi data untuk diolah. onfigurasi perangkat keras yang digunakan dala studi eksperiental dapat dilihat pada Gabar 9. Percepatan dasar yang digunakan dala studi eksperiental ini adalah percepatan gepa El Centro N -S yang erupakan pola rekaan percepatan gepa El Centro arah Utara-Selatan dengan selang waktu, detik. Gabar grafik percepatan gepa El Centro N-S yang digunakan dapat dilihat pada Gabar 1. Percepatan Dasar (.s - ) assa 3 assa assa 1 isolator dasar eja getar pondasi beton sensor percepatan otor penguat sinyal eksitasi akuisisi data koputer Gabar 9. Skea studi eksperiental dengan enggunakan eja getar Waktu (Detik) Gabar 1. Percepatan dasar horisontal gepa El Centro N-S 1 Jurnal Teknik Sipil

11 Setio, dkk. 5. Hasil Studi dan Pebahasan Pada studi ini, odel struktur diberikan eksitasi percepatan gepa El Centro N-S, asing-asing untuk struktur tanpa isolator dasar dan struktur dengan isolator dasar jenis isolator-1 (lebut), isolator- (sedang), dan isolator-3 (keras). Hasil pengujian eksperiental berupa respon sipangan struktur tanpa isolator dasar dan struktur dengan isolator dasar dala doain waktu dapat dilihat pada Gabar Perbandingan perfora respon struktur tanpa isolator dan struktur dengan berbagai jenis isolator dapat dilihat pada Tabel 5. Dari Tabel 5 dapat dilihat, perbandingan antara respon sipangan struktur tanpa isolator dan respon sipangan struktur dengan isolator beserta reduksinya. Reduksi sipangan struktur yang diperoleh dengan enggunakan isolator-1 berkisar antara 84,6 9,57%, dengan isolator- berkisar antara 58,13 79,78%, dan dengan isolator-3 berkisar antara 5,84 77,1%. Dari hasil pengujian dapat dilihat bahwa efektivitas penggunaan isolator dasar sangat tergantung pada kekakuan geser isolator. Makin kecil kekakuan gesernya, akin besar reduksi respon struktur yang diperoleh. Naun deikian, kelenturan isolator harus dibatasi untuk enghindari deforasi dasar yang berlebihan. 6. esipulan 1. Berdasarkan paraeter dinaik yang diperoleh dari pengujian dan dengan elakukan koreksi terhadap atriks assa dan kekakuan, dapat dihitung odel ateatik struktur riil dengan akurasi sangat baik.. Serangkaian uji eksperiental dengan siulasi eksitasi dasar gepa El-Centro 194 enunjukkan bahwa penggunaan isolator dasar dengan bantalan karet dapat eberikan pengurangan respon dinaik yang cukup penting. Isolator dengan kekakuan rendah, isolator 1, eberikan reduksi respon yang paling besar dibandingkan dengan isolator yang lebih kaku. 3. Penggunaan bantalan karet sebagai isolator dasar sangat enguntungkan karena pebuatannya yang relatif sederhana dan eiliki keapuan ereda respon dinaik yang sangat baik. 7. Ucapan Teriakasih dan Penghargaan Penelitian ini didanai oleh progra Research Grant 9 IMHERE Project B.C, Institut Teknologi Bandung. Penulis engucapkan teria kasih sebesar-besarnya kepada seua pihak yang telah endukung terlaksananya penelitian ini yang diharapkan dapat eberikan dapak nyata bagi pengebangan infrastruktur tahan gepa. Daftar Pustaka Buckle, I.G., Mayes, R.L., 199, Seisic Isolation: History, Application, and Perforance - A World Overview, Earthquake Spectra, 6, Christopolous, C., Filiatrault, A., 6, Principles of Passive Suppleental Daping and Seisic Isolation, Pavia, Italy: IUSS Press. Connor, J.J., 3, Introduction to Structural Motion Control, Upper Saddle River, New Jersey 7458: Prentice Hall, Pearson Education, Inc. Housner, G.W., Bergan, L.A., Caughey, T.., Chassiakos, A.G., Claus, R.O., Masri, S.F., Skelton, R.E., Soong, T.T., Spencer, B.F., and Yao, J.T.P., 1997, Structural Control: Past, Present, and Future, Journal of Engineering Mechanics, 13(9), elly, J.M., 1986, Aseisic Base Isolation: A Review and Bibliography, Soil Dynaics and Earthquake Engineering, 5, 16. Setio, H.D., Hali, Budi S., Gunawan, Toy, Setio, S., 1999, Studi Eksperiental ontrol Aktif Struktur dengan Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan, Bandung: onferensi Nasional Rekayasa egepaan. Setio, H.D., 9, Base Isolation of Structures Using Histeretic Non-Linear Passive Daper, Bandung, West Java, Indonesia: International Conference on Sustainable Infrastructure and Built Environent in Developing Countries, Noveber, -3, ISBN Setio, H.D., 8, Sart Structure under Dynaic Loading, Taiwan: Proceeding The Eleventh East Asia-Pacific Conference on Structural Engineering and Construction (EASEC 11). Setio, H.D., dan Setio, S., usua, S., 7, A Coparative Study an Active and Passive Control Syste of Building Structures Excited by Seisic Loadings, Jakarta: European Asian Civil Engineering Foru, Proceeding The Future Developent in Structural and Civil Engineering Based on Research and Practical Experience. Vol. 19 No. 1 April 1 11

12 Pengebangan Siste Isolasi Seisik pada Struktur Bangunan yang Dikenai Beban Gepa... Tabel 5. Perbandingan reduksi respon relatif sipangan struktur tanpa dan dengan isolator akibat eksitasi percepatan dasar gepa El Centro N-S Respon Sipangan RMS Struktur (1-5 ) Derajat Tanpa Dengan Isolator Dasar ebebasan Isolator Reduksi Reduksi Reduksi Isolator-1 Isolator- Isolator-3 Dasar (%) (%) (%) DOF-1 6,473,971 84,6, , DOF- 9,4, ,53 73., DOF-3 8,781, , , (a) (b) (c) Gabar 11. Respon sipangan struktur dengan isolator-1 akibat percepatan dasar gepa El Centro N-S: a. DOF-1, b. DOF-, c. DOF-3 1 Jurnal Teknik Sipil

13 Setio, dkk. (a) (b) Gabar 1. Respon sipangan struktur dengan isolator- akibat percepatan dasar gepa El Centro N-S: a. DOF-1, b. DOF-, c. DOF-3 (c) Vol. 19 No. 1 April 1 13

14 Pengebangan Siste Isolasi Seisik pada Struktur Bangunan yang Dikenai Beban Gepa... (a) (b) (c) Gabar 13. Respon sipangan struktur dengan isolator-3 akibat percepatan dasar gepa El Centro N-S: a. DOF-1, b. DOF-, c. DOF-3 14 Jurnal Teknik Sipil