BAB I PENDAHULUAN. sipil mengingat pengaruh dan bahaya yang ditimbulkannya. Gempa bumi (earthquake)

Transkripsi

1 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Fenomena gempa bumi menjadi bagian penting dan menarik bagi perencana teknik sipil mengingat pengaruh dan bahaya yang ditimbulkannya. Gempa bumi (earthquake) adalah fenomena getaran yang dikaitkan dengan hentakan pada kerak bumi. Gerakan tiba tiba pelepasan energi tegangan yang kemudian dipindahkanmelalui tanah dalam bentuk gelombang getaran elastis yang dipancarkan ke segala arah dari titik runtuh (rupture point). Sehingga perpindahan gelombang inilah pada suatu lokasi (site) bumi disebut sebagai gempa bumi (Agus 2002). Indonesia adalah Negara yang terletak pada sejumpalah pertemuan lempengan tektonik yang besar dan aktif. Sehingga memposisikan Indonesia ke daerah yang rawan terhadap gempa bumi. Dari beberapa pengamatan mulai tahun 1833 sampai 2012, tercatat lebih kurang 22 kali gempa yang terjadi di seluruh Indonesia yang mengakibatkan kerugian material dan dan korban jiwa yang sangat besar. Dari semua riwayat gempa yang terjadi gempa yang paling mematikan adalah gempa Aceh. Gempa ini mengakibatkan tsunami rusaknya bangunan dan infrastruktur lainnya rusak dan korban jiwa dengan jumlah yang sangat besar. Untuk mengantisifasi terjadinya gempa di masa yang akan dating, sangat penting untuk mengembangkan konsep desain struktur yang tahan gempa secara konprehensif.

2 2 Konsep yang disebut konfrehensif adalah memfokuskan pada perlindungan bangunan dari kerusakan yang ditimbulkan oleh gempa dengan cara disipasi energi gempa. Energi gempa diredam (didisipasi) dengan cara memasang peredam pada struktur. Dengan menambah peredam, energi gempa yang masuk ke struktur dapat direduksi dan dikontrol sehingga gaya-gaya dan simpangan struktur menjadi kecil, dengan demikian bangunan dapat direncanakan dalam keadaan elastis untuk kejadian gempa besar dengan biaya yang cukup ekonomis. Sistem control struktur dibedakan atas tiga golongan ( Song dan Dargus 1997) yaitu: (a) system kontrol pasif, (b) system kontrol aktif, dan (c) system isolasi dasar. Pada sistem kontrol aktif bekerja dengan menerima masukan data getaran dari sensor yang dipasang disekeliling struktur, melalui komputer data tersebut digunakan untuk mengatur gerakan aktuator sesuai dengan input gempa ke bangunan. Sistem kontrol ini sangat mahal sehingga kurang sesuai diterapkan pada negara berkembang. Pada sistem kontrol pasif bekerja atau bereaksi setelah energi gempa masuk ke struktur dan tidak membutuhkan energi luar sehingga biayanya lebih murah. Pada sistem ini perpindahan dapat dikontrol pada tingkat tertentu sesuai dengan besar gempa yang akan dikenakan pada struktur. Sedangkan pada sistem isolasi dasar sudah banyak digunakan dan sudah dikenal lama dan telah terbukti efektif untuk melindungi bangunan dari gempa. Pada sistem kontrol pasif sesuai fungsinya, secara garis besar dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu yang bersifat isolasi dan yang bersifat dissipasi energi. Jenis yang pertama disebut seismic Isolator dan yang kedua disebut Damper.

3 3 Damper merupakan alat dissipasi energi yang menyerap energi gempa akibat pelelehan materialnya dengan fungsi memperkecil respon simpangan struktur dan menghentikan getaran. Peredam leleh baja (yielding steel damper) merupakan salah satu anti gempa jenis kontrol pasif yang bekerja melalui mekanisme pelelehan materialnya akibat kombinasi momen lentur dan gaya geser yang bekerja pada bidang sumbu kuatnya. Pada sistem kontrol pasif yang menggunakan baja sebagai materialnya adalah dianggap ekonomis dibanding sistem kontrol aktif. Disamping itu dalam perhitungan atau untuk mendesain tentunya akan menjadi pengaruh dalam penggunaan baja ini. Namun Beberapa tahun terakhir ini, muncul program khusus yang sudah banyak digunakan oleh ahli struktur untuk mendesain bangunan tahan gempa yaitu Abaqus yang disebut simulasi numeric dengan menggunakan baja sebagai bahan materialnya. Sehingga sangatlah membantu dalam menghitung dan menentukan ukuran baja yang sesuai dengan besar gempa yang akan diredam dengan pelelehan materialnya. Dengan simulasi numerikal dilakukan (running) beberapa kali dengan waktu yang lama (kurang lebih 4 jam) pada program abaqus. Parameter yang ditentukan adalah Q, b, λ dan C. Uji coba coba numerik dilakukan beberapa kali dengan berbagai percobaan, misalnya Q, b, λ dan C bervariasi, dari hasil numerik akan dilakukan perbandingan dengan data eksperimen yang sudah ada sebelumnya sehingga dapat menyimpulkan apakah damper tersebut mampu untuk meredam gempa. Mengingat hal tersebut di atas, maka penulis ingin melakukan pengkajian terhadap uji numerikal (dengan program abaqus). Data ini akan digunakan dalam merencanakan damper dalam anti gempa jenis sistem kontrol pasif dari bahan pelat baja (Steel

4 4 Damper) yang menyerap energi gempa akibat pelelehan materialnya karena mudah dibuat dan biayanya lebih murah jika dibandingkan dengan sistem kontrol pasif lainnya. Gambar 1.1 Damper Pelat Lentur Gambar 1.2 Pemasangan Damper Di Struktur Pemasangan damper di struktur bangunan berbeda dengan pemasangan isolator gempa, isolator gempa dipasang pada bidang yang memisahkan bagian bangunan yang akan dilindungi. Sedangkan damper dipasang pada posisi yang akan dikurangi

5 5 simpangannya. Damper biasanya dipasang diantara lantai tingkat untuk mengurangi perbedaaan pergeseran lantai (storey drift), umumnya dipasang bergabung dengan bracing. Damping struktur bangunan pada umumnya hanya sebesar 1 % sampai 5% bergantung pada kekakuan bangunan yang direncanakan, makin besar kekakuan suatu struktur makin kecil damping. Bila suatu bangunan diberi tambahan alat dissipasi energi (damper) dengan damping sebesar 25% sampai 30%, akan mereduksi tegangan dan respon simpangan sekitar 50% sampai 75% dibandingkan dengan respon struktur dengan damping 5%, bila damper digabungkan dengan alat isolator, dapat mereduksi respon dapat sampai 95%. Gambar 1.3 Pengaruh Damping terhadap Getaran

6 6 1.2 Rumusan Masalah Kajian numerikal, yaitu melakukan running data dengan abaqus. Sehingga berdasarkan penjelasan tersebut didapat rumusan masalah sebagai berikut : 1. Bagaimana karakteristik peredam leleh baja secara numerik? 2. Bagaimana model hysteresis peredam leleh baja? 3. Bagaimana hasil kekakuan efektif damper dari simulasi numerikal? 1.3 Pembatasan Masalah Batasaan batasan masalah dalam tugas akhir ini adalah : 1. Damper yang akan dibahas adalah damper pelat lentur. 2. Peredam leleh dengan kedua ujung terkekang sempurna dan damper dianggap melentur dengan kurvatur ganda. 3. Temperatur tidak diperhitungkan. 4. Program yang digunakan adalah ABAQUS Tujuan Penulisan Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

7 7 1. Mengembangkan suatu sistem peredam gempa yang tergolong ke dalam sistem kontrol pasif berupa peredam leleh baja (steel yielding damper) yang dapat menyerap energi gempa melalui mekanisme pelelehan materialnya. 2. Mendapatkan karakteristik peredam leleh baja seperti kekakuan elastis, kekakuan pasca leleh, gaya leleh dan besar redaman akibat pembebanan siklik secara numerikal. 3. Membandingkan hasil karakteristik peredam leleh baja secara numerikal. 4. Mengusulkan pendekatan model histeresis berdasarkan hasil numerikal agar dapat diterapkan pada software komersial yang ada. 1.5 Manfaat penulisan Manfaat yang diharapkan dari penulisan ini adalah : 1. Sebagai perbandingan mengenai penggunaan sintem kontrol struktur yang menggunakan baja sebagai bahan materialnya yang dikaji secara numerikal/dengan program ABAQUS. 2. Sebagai masukan bagi praktisi mengenai penggunaan sistem kontrol struktur mana yang lebih ekonomis untuk diterapkan di daerah berkembang. 3. Sebagai bahan masukan bagi rekan-rekan mahasiswa apabila nantinya melakukan penulisan yang berkenaan dengan hasil penulisan ini.

8 8 1.6 Metodologi Penulisan Metode yang digunakan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah studi literatur yaitu dengan mengumpulkan data - data dan keterangan dari literatur dan keterangan dari literatur yang berhubungan dengan pembahasan pada tugas akhir ini, hasil numerikal (running data dengan program abaqus) serta masukan - masukan dari dosen pembimbing. Urutan penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Mencari dasar pengetahuan dari gempa dan damper serta program abaqus 2. Menampilkan pemodelan damper dengan program ABAQUS serta menampilkan hasil numerikal 1.7 Tinjauan Pustaka Singkat Sistem kontrol pasif tidak membutuhkan energi luar sehingga biayanya lebih murah. Pada sistem ini, perpindahan struktur dapat dikontrol pada tingkat tertentu sesuai dengan besar gempa yang akan dikenakan pada struktur. Aplikasi sistem ini di Amerika, Asia dan Negara Eropa juga menunjukkan tren yang positif tidak hanya pada bangunan lama (untuk perkuatan) maupun pada bangunan baru, Syman et al, Aniello et al (dalam Daniel dkk, 2013:2) Penelitian peredam leleh baja dengan nama steel slit damper (SSD) dilakukan oleh Chan dan Albermani (2008). Slit damper ini dibuat dari profil WF dengan badannya di potong dalam beberapa irisan sehingga membentuk banyak pelat strip. Pelat strip diantara kedua ujung sayap profil WF membentuk seperti sistem rangka vierendeel. Pada deformasi relatif kecil, antara kedua sayap profil, pelat pelat strip ini berperilaku seperti balok dengan kedua ujungnya terjepit parsial, sedangkan pada deformasi tertentu kedua ujung

9 9 pelat strip akan terbentuk sendi plastis. Disamping itu kekuatan leleh peredam ini dengan mudah diperediksi berdasarkan analisis mekanisme plastis. Penelitian lebih lanjut dilakukan Li Gang dan Li Hong Nan (dalam Jatenra, 2014:7) terhadap 5 bentuk geometri peredam leleh baja dengan fungsi ganda (DFMD), karena tidak hanya menyediakan redaman tetapi juga kekakuan. Berbeda dengan peredam bentuk X dan V yang umumnya memikul gaya geser gempa pada arah sumbu lemahnya, maka peredam leleh baja DFMD ini akan memikul gaya geser akibat gempa dalam arah sumbu kuatnya. Itu sebabnya sistem ini akan memiliki kekakuan yang lebih besar dari peredam pada umumnya. Dari hasil percobaan menunjukkan hanya 2 bentuk dari 5 jenis spesimen ini yang layak digunakan sebagai peredam leleh baja karena 3 spesimen lainya mengalami kegagalan seperti adanya pinching pada kurva hysteresis, terjadinya retak sepanjang arah horizontal ditengahnya dan terjadinya tekuk pada awal pembebanan sehingga mereduksi kapasitas penyerapan energinya. 1.8 Sistematika Penulisan akhir ini : Untuk mengetahui garis besar tugas akhir ini, berikut uraian singkat isi dari tugas BAB I : PENDAHULUAN terdiri dari Latar Belakang, Permasalahan, pembatasan Masalah, Tujuan, Manfaat, Metodologi, Tinjauan Pustaka Singkat, dan Sistematika Penulisan. BAB II : TINJAUAN PUSTAKA berisi penjelasan umum yang berhubungan tentang bagaimana damper pada struktur dan equivalent vicous damping.

10 10 BAB III : METODOLOGI PENELITIAN, berisi penjelasan data-data pokok dan metode perhitungan yang akan digunakan dalam Analisa dan Pembahasan. BAB IV : ANALISA DAN PEMBAHASAN, berisi perhitungan hysterestic loop dengan kurva hysteresis numerical BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN, berisi Kesimpulan dan Saran