PERHITUNGAN PARAMETER DYNAMIC ABSORBER

Transkripsi

1 PERHITUNGAN PARAMETER DYNAMIC ABSORBER BERBASIS RESPON AMPLITUDO SEBAGAI KONTROL VIBRASI ARAH HORIZONTAL PADA GEDUNG AKIBAT PENGARUH GERAKAN TANAH Oleh (Asrie Ivo, Ir. Yerri Susaio, M.T) Jurusan Teknik Fisika Fakulas Teknologi Indusri Insiu Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Kepuih Sukolilo Surabaya 6 ABSTRAK Perlindungan srukur bangunan dari gearan anah harus diperhaikan unuk mengurangi banyaknya ingka kerusakan bangunan saa erjadi gearan anah. Salah sau hal yang dapa dilakukan adalah penggunaan dynamic absorber sebagai konrol gearan yang dipasang di anara pondasi dan srukur bangunan. Meningkakan fleksibilias bangunan dan menyerap gaya eksiasi merupakan prinsip kerja dynamic absorber unuk memperkecil ampliudo gearan yang dierima oleh srukur bangunan. Meode keseimbangan dinamis digunakan dalam proses perhiungan pada simulasi unuk mengeahui besarnya ampliudo respon maksimum yang dierima oleh bangunan dengan menggunakan sisem peredam dinamis. Simulasi dilakukan pada bangunan berlanai sau dengan massa 75 kn menggunakan beberapa kombinasi dimensi diameer dan keebalan rubber bearing sof, rubber bearing normal, dan high damping rubber bearing sof. Hasil dari simulasi dikeahui bahwa peredam yang paling baik digunakan pada bangunan ersebu adalah jenis high damping rubber bearing sof dengan diameer 3 mm, keebalan 96 mm, kekakuan.29 kn/mm, dan koefisien redaman yang dapa meredam gearan anah horizonal 2.6 m menjadi.82 m dan mencapai keadaan unak. m selama 5 deik.. PENDAHULUAN. Laar Belakang Gerakan anah adalah guncangan aau gearan pada permukaan bumi yang erjadi akiba kerunuhan maerial paahan, yaiu peremuan dari lempeng ekonik yang menyusun kuli bumi. Kerunuhan maerial paahan ersebu berbenuk gelombang gempa yang meramba ke semua arah dan menghasilkan gearan di semua permukaan anah. Fenomena ini menjadi ancaman bagi rakya Indonesia dalam kurun waku beberapa ahun belakangan. Seiap gearan anah yang erjadi menyebabkan kerusakan pada pemukiman penduduk, bangunan pemerinahan, maupun bangunan yang difungsikan sebagai prasarana umum. Kerusakan uama pada suau bangunan diakibakan oleh idak mampunya srukur bangunan ersebu merespon gearan yang diimbulkan oleh gerakan anah. Pengaruh gerakan anah yang sanga merusak srukur bangunan adalah komponen gearan horizonal. Gearan ersebu dapa menimbulkan gaya reaksi yang besar, bahkan pada puncak bangunan dapa berlipa hingga mendekai dua kalinya. Oleh sebab iu apabila gearan horizonal yang sampai pada bangunan ersebu lebih besar dari kekuaan srukur maka bangunan ersebu akan rusak. Berdasarkan keadaan ersebu maka perlu dilakukan suau perancangan peredam gearan yang dipasang pada pondasi suau bangunan unuk mengurangi sebagian gaya reaksi yang sampai pada bangunan. Pada dasarnya cara perlindungan bangunan oleh suau peredam ahan gempa dicapai melalui penyerapan gaya eksiasi oleh peredam, meningkakan fleksibilias bangunan dan memperkecil ampliudo gearan yang dierima oleh srukur. Berdasarkan prinsip kerja peredam gearan yang akan digunakan, dapa dilakukan simulasi unuk mengeahui besarnya mpliudo yang akan dierima oleh srukur bangunan dengan menggunakan suau jenis peredam gearan..2 Rumusan Masalah Adapun masalah yang diangka dalam pengerjaan Tugas Akhir ini adalah : Bagaimana melakukan analisis gearan dinamis arah horizonal pada suau bangunan? Bagaimana merancang peredam gearan pada suau bangunan berdasarkan analisis gearan dinamis pada arah horizonal yang elah dilakukan sesuai dengan karakerisik bangunan ersebu?.3 Tujuan Tujuan yang akan dicapai dalam pengerjaan Tugas Akhir ini adalah sebagai beriku : Melakukan analisis gearan dinamis arah horizonal pada suau bangunan Merancang peredam gearan pada suau bangunan berdasarkan analisis gearan dinamis

2 pada arah horizonal yang elah dilakukan sesuai dengan karakerisik bangunan ersebu..4 Baasan Masalah Unuk menghindari meluasnya permasalahan maka dalam pengerjaan Tugas Akhir ini erdapa baasan masalah beriku : Perhiungan dilakukan dengan analisis gearan dinamis menggunakan meode keseimbangan dinamis. Komponen gearan diinjau pada arah horizonal. Bangunan yang digunakan adalah bangunan sau lanai.5 Manfaa Jika semua ujuan dari ugas akhir ini ercapai maka akan diperoleh sebuah rancangan peredam gearan unuk suau bangunan sehingga bangunan ersebu idak mengalami kerusakan secara srukural maupun non srukural pada saa erjadi gerakan bawah anah. 2. Teori Penunjang 2. Gerakan Tanah Arah Horizonal dan Respon Bangunan Terdapa dua jenis komponen gearan dari gerakan anah, yaiu gearan pada arah horisonal dan arah verikal. Komponen gearan gerakan anah yang dominan erhadap respon bangunan adalah komponen gearan pada arah horisonal, sedangkan komponen gearan verikal bisa berpengaruh pada komponen-komponen srukur erenu dan bendabenda non srukural yang ada di dalam bangunan. Seiap bangunan memberikan respon yang berbeda erhadap gearan yang diimbulkan oleh gerakan anah. Respon ersebu dipengaruhi oleh berbagai fakor, salah saunya adalah srukur dan maerial penyusun bangunan ersebu. Perbedaan respon dari bangunan yang dibangun dengan menggunakan absorber sebagai pengendali gearan gerakan anah dan yang idak menggunakan absorber dapa diliha pada gambar 2. beriku 2.2 Gearan Dinamis Pada saa erjadi gerakan anah, kerusakan uama pada suau bangunan diakibakan oleh idak mampunya srukur merespon gearan yang diimbulkan oleh gerakan anah ersebu. Analisis srukur yang paling efekif digunakan adalah analisis dengan beban dinamis karena beban akiba suau gearan akan direspon menuru perubahan wakunya. Peredam gearan dinamis dimodelkan serupa dengan nilai frekuensi naural dari sisem diluar frekuensi yang dibangkikan sehingga ampliudo dari gerakan anah dapa direduksi dengan penambahan peredam gearan dinamis. Gambar 2.2 Sisem Peredam Gearan Dinamis pada Arah Horizonal Dari gambar 2.2 di aas dapa diperoleh gaya-gaya yang bekerja pada sisem, yaiu : Gaya Inersia : F i = m x (2.) Gaya Pegas : F p = k x (2.2) Gaya Redaman : F c = c x (2.3) Dengan persamaan keseimbangan dinamis akan diperoleh solusi komplemener dan solusi parikulir dari sisem. Persamaan keseimbangan ersebu diampilkan sebagai beriku : F = m x + cx + k x (2.4) 2.3 Deraja Kebebasan Tunggal Gearan Dinamis Sisem gearan dengan sau deraja kebebasan adalah sisem yang mempunyai sau pegas dan sau beban dalam seiap arah gaya aau modus yang ada. Gearan bebas dari sisem dengan sau deraja kebebasan dengan penambahan peredam dapa diilusrasikan dengan gambar 2.3 di bawah ini a. bangunan anpa absorber b. bangunan dengan absorber Gambar 2. Respon Bangunan Terhadap Gearan Gerakan Tanah Arah Horizonal Gambar 2.3 Sisem Gearan dengan Sau Deraja Kebebasan

3 Pada sisem gearan di aas erdapa gaya eksiasi yang bekerja pada sisem. Persamaan gerak massa (m) sebagai respon dari adanya gaya ersebu dapa dienukan dari analisis gaya-gaya yang bekerja pada massa (m) keika posisinya ersimpang sejauh x dari posisi seimbang sais. Persamaan diferensial dalam kondisi keseimbangan dinamis dapa disusun sebagai beriku : 3.2 Pemodelan bangunan Bangunan ahan gempa pada peneliian ugas akhir ini merupakan bangunan sau lanai dengan massa 75 kn. Pemasangan dynamic absorber pada bangunan ersebu dimodelkan pada gambar 3.2 beriku ini mx + cx + kx = f() (2.5) dimana : mx = Gaya inersia massa cx = Gaya redaman kx = Gaya pegas Misalkan gaya eksiasi yang bekerja pada gambar 2.4 merupakan fungsi sinus dengan ampliudo F dan frekuensi ω, maka persamaan diferensial akan dinyaakan sebagai : mx + cx + kx = F sin ω (2.6) Dari persamaan (2.6) di aas dapa diperoleh ampliudo respon dan kondisi seady dari sisem gearan yang digunakan. 3. Meodologi Peneliian 3. Flow Char Peneliian Peneliian ugas akhir ini dilaksanakan sebagaimana flow char di bawah ini Mulai Sudi Lieraur Pengumpulan Daa Gambar 3.2 Sisem Peredaman pada Bangunan Persamaan keseimbangan dari sisem peredaman di aas dinyaakan sebagai : Mx +cx +kx = cy +ky (3.) dengan M = massa bangunan (kg) c = koefisien redaman dynamic absorber k = kekakuan redaman (N/m) y = gearan anah (gearan pengganggu) x = respon sisem Base Isolaion yang digunakan sebagai dynamic absorber pada bangunan di aas ersusun dari lapisan kare dan baja yang dipasang sebagai penghubung anara pondasi dan bangunan, seperi pada gambar 3.2 beriku ini : Pemodelan Sisem Peredam pada Bangunan Menenukaan Persamaan Gerak Sisem Menenukan Parameer Peredam Gearan Dinamik Menenukan Respon Sisem Respon Sisem < Respon Bangunan? Selesai ya idak Gambar 3.3 Pemasangan Dynamic Absorber pada Bangunan Pemasangan peredam dinamik pada bangunan di aas akan memberikan respon erhadap gearan anah pada arah horizonal. Respon peredam dinamik ersebu sesuai dengan gambar 3.4 beriku Gambar 3. Flow Char Peneliian

4 ampliudo respon (m) 3.4 Perubahan Kecepaan Gerakan Tanah dan Ampliudo Gambar 3.4 Respon Peredam Dinamik erhadap Gearan Horizonal 3.3 Dynamic absorber Base isolaion yang sering digunakan pada bangunan ahan gempa adalah jenis rubber bearing dan High Damping Rubber Bearing (HDRB). Kedua jenis base isolaion ersebu akan digunakan sebagai perbandingan pada peneliian ugas akhir ini. Benuk fisik dari kedua jenis base isolaion ersebu dapa diliha pada gambar beriku Gambar 3.5 Peredam Dinamik Baik rubber bearing maupun high damping rubber bearing merupakan suau banalan yang erdiri dari lapisan kare dan baja dan disusun berganian hingga keinggian erenu. Banalan kare ersebu dirancang dengan sanga kaku dan kua dalam arah verikal, eapi eap fleksibel dalam arah horizonal [2]. Rubber bearing dan high damping rubber bearing dibedakan menjadi beberapa ipe berdasarkan perbedaan nilai modulus elasisias dari masing-masing kare penyusun. perbedaan ersebu dapa diliha pada abel 3. di dawah ini Tabel 3. Karakerisik Kare Penyusun Base Isolaor Jenis Base Isolaor Modulus elasisias (N/mm 2 ) Rubber Sof.4 Rubber Normal.9 High Dampig Sof.4 High Damping Normal.8 High Damping Hard.4 Magniudo gempa adalah besaran yang menyaakan besarnya energi seismik yang dilepaskan dari suau sumber gempa []. Besaran ini akan berharga sama meskipun diukur pada iik yang berbeda. Ada beberapa rumusan unuk mencari nilai magniude ini. Skala yang sering digunakan unuk menyaakan magniude ini adalah skala Richer, yang didefinisikan sebagai beriku : M = log A (3.3) Dengan M = magniude skala Richer A = ampliudo maksimum (mikro meer) Dari persamaan di aas, ampliudo maksimum ercaa dengan seismograf pada jarak km dari sumber gempa. 4. Simulasi dan Analisa Daa 4. Simulasi Ampliudo Respon Dynamic absorber yang digunakan pada perhiungan ini erdiri dari iga jenis, yaiu Rubber Sof, Rubber Normal, dan High Damping Rubber Sof dengan perbandingan beberapa ragam yang diklasifikasikan berdasarkan dimensi yang disarankan. Hasil perhiungan dari keiga jenis dynamic absorber yang digunakan akan dibandingkan ingka keberhasilannya berdasarkan ampliudo respon yang diredam dari ampliudo awal pada gambar 4. di bawah ini y( ) waku (deik) Gambar 4. Respon Awal Bangunan Tanpa Dynamic Absorber Dari Gambar 4. dapa dikeahui bahwa nilai ampliudo awal yang digunakan yaiu sebesar 2.6 m. Nilai ini diperoleh dari perhiungan ampliudo yang diimbulkan oleh gearan anah sebesar 7. pada skala Richer.

5 ampliudo respon (m) ampliudo respon (m) a. rubber Sof Ragam spesifikasi dari rubber ini adalah : diameer.3 m, keebalan.96 m, kekakuan 4x 5 N/m, dan koef redaman Respon sisem bangunan dari penggunaan rubber ini adalah : x( ) x( ) periode (s) periode (s) Gambar 4.2 Respon Bangunan b. High Damping Sof Ragam spesifikasi dari rubber ini adalah : diameer.3 m, keebalan.72 m, kekakuan 3.9x 5 N/m, dan koef redaman Respon sisem bangunan dari penggunaan rubber ini adalah : Gambar 4.4 Respon Bangunan d. High Damping Sof Ragam 2 spesifikasi dari rubber ini adalah : diameer.35 m, keebalan.96 m, kekakuan 3.9x 5 N/m, dan koef redaman Respon sisem bangunan dari penggunaan rubber ini adalah : x( ) x( ) Gambar 4.5 Respon Bangunan Gambar 4.3 Respon Bangunan c. High Damping Sof ragam spesifikasi dari rubber ini adalah : diameer.3 m, keebalan.96 m, kekakuan 2.9x 5 N/m, dan koef redaman Respon sisem bangunan dari penggunaan rubber ini adalah : 4.2 Analisa Hasil Simulasi Parameer keberhasilan penggunaan dynamic absorber pada suau bangunan dapa diliha dari besarnya ampliudo gearan penggaggu yang dapa diredam dengan pemasangan dynamic absorber ersebu. Dari beberapa jenis peredam yang disimulasikan pada sub bab 4. erdapa 4 macam dynamic absorber dengan ampliudo respon maksimum paling rendah seperi yang diampilkan pada abel 4.3 beriku ini

6 Tabel 4. Nilai Respon Terbaik Dynamic Absorber Jenis absorber Rubber sof (ragam ) High damping sof (ragam ) High damping sof (ragam ) High damping sof (ragam 2) Tebal Ampliudo Keadaan (m) respon max (m) unak (m) Dari abel di aas dapa dikeahui bahwa jenis dynamic absorber yang paling baik digunakan pada bangunan yang diinjau pada peneliian ugas akhir ini adalah high damping sof dengan diameer 3 mm, keebalan 96 mm, kekakuan.29 kn/mm, dan koefisien redaman Jenis dynamic absorber ini dapa meredam gearan anah 2.6 m menjadi.82 m dan mencapai keadaan unak. m selama 5 deik. Penggunaan dynamic absorber pada bangunan harus memperhaikan karakerisik bangunan ersebu. Nilai kekakuan (K) dan koefisien redaman (C) dari masing-masing dynamic absorber yang akan digunakan harus disesuaikan dengan massa bangunan. Dynamic absorber yang digunakan pada peneliian ini hanya berlaku unuk bangunan yang memiliki massa 75 kn. Unuk massa bangunan yang lebih kecil, kombinasi-kombinasi di aas idak menghasilkan aenuasi ampliudo yang signifikan bahkan gearan eksiasi idak dapa diredam. Dynamic absorber yang digunakan pada peneliian ini idak berlaku unuk bangunan ringan karena idak akan menghasilkan aenuasi ampliudo yang signifikan. BIODATA PENULIS Nama : Asrie Ivo TTL : Polewali, 23 Okober 986 Alama : Jln. G.Tamengundur no 85 Polewali ivho_cue@yahoo.co.id 5. Penuup 5. Kesimpulan Dari hasil simulasi dan analisa daa pada peneliian ugas akhir ini dapa disimpulkan bahwa dapa rancang suau bangunan ahan gempa dengan massa 75 kn yang dapa meredam gearan anah hingga 7. pada skala Richer. Hasil dari simulasi dan analisa daa adalah sebagai beriku : Jenis dynamic absorber yang paling baik digunakan pada bangunan ersebu adalah high damping sof dengan diameer 3 mm, keebalan 96 mm, kekakuan.29 kn/mm, dan koefisien redaman Jenis dynamic absorber ini dapa meredam gearan anah 2.6 m menjadi.82 m dan mencapai keadaan unak. m selama 5 deik.