PENGARUH PASIR TERHADAP PENINGKATAN RASIO REDAMAN PADA PERANGKAT KONTROL PASIF (238S)

Transkripsi

1 PENGARUH PASIR TERHADAP PENINGKATAN RASIO REDAMAN PADA PERANGKAT KONTROL PASIF (238S) Daniel Christianto 1, Yuskar Lase 2 dan Yeospitta 3 1 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. S.Parman No.1,Jakarta daniel@untar.ac.id 2 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Indonesia, Depok yuskar@eng.ui.ac.id 3 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. S.Parman no.1, Jakarta yeospitta13@gmail.com ABSTRAK Perancangan struktur bangunan yang tahan terhadap gempa telah menjadi suatu kebutuhan di masa sekarang. Berbagai macam inovasi telah ditemukan dalam pembuatan alat peredam gempa yang dipasangkan pada struktur bangunan. Inovasi ini merupakan salah satu jenis dari sistem kontrol pasif yang memodifikasi massa dan kekakuan maupun dengan menambahkan material peredam untuk mengontrol respon dinamik struktur akibat pengaruh gaya lateral, salah satunya adalah gaya gempa. Penelitian ini memfokuskan pada alat peredam yang dapat ditambahkan pada struktur, yaitu pencampuran karet dengan material pasir. Beberapa penelitian sebelumnya telah membuktikan bahwa karet memiliki kemampuan meredam getaran oleh karena sifatnya yang elastis. Sedangkan pemilihan bahan pasir sebagai bahan tambahan didasarkan pada bentuk butiran pasir yang seragam, sehingga menimbulkan gaya gesek internal di antara pasir tersebut dan dapat menghasilkan redaman (ξ ). Penelitian dilakukan terhadap butiran pasir paling halus, sedang, dan paling kasar yang tertahan pada saringan sieve analysis dengan komposisi seragam yang dimasukkan ke dalam karet. Karet dan pasir kemudian dilakukan pengujian geser melalui sensor getar yang mampu merekam percepatan yang terjadi dan dapat menghasilkan nilai rasio redaman. Hasil percobaan penelitian memperlihatkan bahwa nilai rasio redaman karet yang berisi dengan pasir mengalami peningkatan hingga mencapai 56,32% daripada benda uji karet tanpa pasir. Kata kunci: karet, pasir, butiran pasir komposisi seragam, diameter butiran pasir, rasio redaman, peningkatan nilai rasio redaman 1. PENDAHULUAN Gempa bumi diartikan sebagai peristiwa getaran yang merambat di atas permukaan bumi akibat terjadinya pelepasan energi di dalam batuan dari bawah permukaan bumi sehingga menyebabkan percepatan pada bangunan di atasnya. Gempa bumi menyebabkan kerugian, salah satunya adalah kerusakan pada struktur bangunan.untuk menghindari kerugian tersebut, saat ini telah ditemukan sistem peredam pada bangunan yang disebut dengan sistem kontrol pasif (passive control system) dan salah satunya adalah base isolation. Mengacu pada aplikasi base isolation sebagai bahan peredam pada struktur bangunan, penelitian ini memfokuskan penggunaan bahan karet dan pasir sebagai pengisi pada poros karet yang merupakan salah satu inovasi baru dari suatu alat peredam. Konsep penelitian ini mengacu pada nilai rasio redaman yang dihasilkan oleh karet dan pasir berbutir seragam dengan melakukan uji geser pada laboratorium. Dengan demikian, penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan nilai rasio redaman karet dengan pasir berbutir seragam. Redaman Menurut Vino (2010), Redaman dapat dijabarkan sebagai perlawanan gaya dari suatu sistem struktur yang mengalami getaran. Perlawanan gaya tersebut timbul sebagai akibat dari pelepasan energi yang mengkondisikan apabila suatu sistem mengalami getaran, maka sistem tersebut akan kembali untuk diam. Dengan demikian, redaman merupakan suatu peristiwa pelepasan energi yang terjadi pada saat suatu sistem struktur yang bergetar hingga cenderung kembali untuk diam. Redaman pada suatu sistem struktur biasanya sangat kecil, sehingga pada kebanyakan analisa komponen ini seringkali diabaikan. Redaman dapat timbul akibat berbagai hal. Redaman dapat timbul oleh adanya sifat bawaan material penyusun atau biasa dikenal dengan hysteretic damping atau structural damping. Redaman juga timbul oleh adanya gesekan dari Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013 S - 315

2 aliran fluida, baik itu udara maupun air yang disebut dengan viscous damping. Redaman juga terjadi karena ada gesekan antar dua permukaan kering pada suatu sistem mengalami getaran atau yang biasa dikenal dengan dry friction damping atau coulomb damping. Redaman friksi (coulomb damping) merupakan redaman yang terjadi oleh adanya gesekan di antara suatu sistem pada permukaan yang kering. Gaya gesek dari luar yaitu F dinyatakan pada persamaan: F =μn (1) dengan μ merupakan nilai dari koefisien gesek baik dalam kondisi statis maupun kinetis, dan N merupakan gaya normal yang terjadi di antara 2 buah permukaan. Berbeda dengan redaman viskos, penurunan amplitudo dalam suatu grafik percepatan redaman friksi berbentuk garis linear. Perbedaan penurunan tersebut terlihat pada Gambar 1. (a) Gambar 1. (a) Penurunan amplitudo secara eksponensial pada viscous damping. (b) Penurunan amplitudo berbentuk linear pada friction damping. Untuk bisa menentukan suatu nilai redaman perlu dilakukan suatu pengujian untuk bisa menjadi dasar perhitungan dari nilai redaman pada struktur sesungguhnya, salah satunya dengan melakukan free vibration test. Pada free vibration test pengujian dilakukan dengan cara memberikan suatu gangguan terhadap struktur dari titik keseimbangannya dan membiarkan struktur tersebut untuk berosilasi tanpa gangguan lain. Walupun sulit untuk bisa menghitung nilai redaman dari suatu struktur tetapi pendekatan secara matematis bisa dilakukan untuk mengideliasasikan struktur dengan metode equivalent viscous damping. Karet dan pasir sebagai peredam Bahan karet dipilih karena memiliki daya elastisitas yang tinggi, sehingga dimodelkan sebagai pegas dalam menerima gaya lateral. Karet merupakan polimer yang memperlihatkan resilensi (daya pegas), atau kemampuan meregang dan kembali ke keadaan semula dengan cepat. Karet alam merupakan salah satu dari jenis karet elastomer yang sangat cocok digunakan sebagai peredam getaran. Sifat karet yang mampu menahan tekanan, kuat terhadap tarik, memiliki daya gesek yang baik, cocok digunakan sebagai peredam getaran dalam sebuah bangunan dalam menahan gaya gempa. Bahan kedua yang digunakan pada penelitian adalah pasir. Pasir dapat menyerap energi melalui gesekan antara butir pasirnya. Hal ini dapat terjadi apabila butir pasir mendapatkan suatu tekanan sehingga menyebabkan terjadinya perubahan posisi antar pasir oleh karena gaya gesek antar butirannya, sehingga pasir dapat menyerap energi dengan mengubah energi mekanik menjadi energi panas. Cara pasir menyerap energi melalui gesekan disebut dengan redaman friksi atau coulomb friction. Rasio redaman pada lapisan pasir dipengaruhi oleh ukuran butir pasir, kadar air, angka pori, tingkat kepadatan, jumlah siklus pembebanan,tingkat regangan, serta besar tekanan efektif yang bekerja pada lapisan pasir tersebut (Das,1992). Pasir dapat meredam getaran oleh karena terbentuknya sudut geser dalam. Semakin besar sudut geser dalam yang dihasilkan, maka rasio redaman pasir akan meningkat. Ukuran butiran pasir mempengaruhi sudut geser dalam yang dihasilkan. Semakin besar ukuran butiran maka sudut geser dalam yang dihasilkan semakin besar. Besarnya sudut geser dalam yang dihasilkan pada ukuran butiran pasir berdasarkan penelitian Handoyo (2013) terlihat pada Tabel METODE PENELITIAN Metode penelitian yang dilakukan pada penulisan ini adalah melalui pengujian kekakuan dan pengujian geser yang dilakukan di laboratorium. Pengujian ini membutuhkan beberapa alat, yaitu karet elastomer yang telah memenuhi persyaratan Standar Rubber Indonesia dengan dimensi 8 cm x 8 cm x 8 cm, bagian tengah karet dibuat lubang S Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013 (b)

3 dengan dimensi 4 cm x 4 cm x 8 cm yang memiliki penutup pada bagian atas dan dasar karet yang terbuat dari bahan baja, pasir berbutir seragam yang tertahan pada saringan no.60, no.20, dan no.4 (yang diklasifikasikan menjadi pasir berbutir halus, pasir berbutir sedang, dan pasir berbutir kasar berdasarkan ASTM), dial gauge, sensor percepatan, dan beban penggantung (611,5 gram, 1153 gram, 2210 gram, 3221 gram, 4282 gram). Pengujian kekakuan dilakukan dengan mendapatkan nilai deformasi yang ditunjukkan oleh dial gauge ketika benda uji dibebani. Pengujian tersebut terlihat pada Gambar 2. Tabel 1. Sudut geser dalam Sudut geser dalam pasir (ϕ ) Tan (ϕ ) Pasir saringan no Pasir saringan no Pasir saringan no Pasir saringan no Pasir saringan no Nilai kekakuan didapat melalui perhitungan rumus: Gambar 2. Sketsa pengujian kekakuan K= P (2) dengan K adalah nilai kekakuan dengan satuan kg/m, P adalah beban tes yang merupakan massa penggantung dengan satuan massa (kg atau gr), dan adalah nilai deformasi dengan satuan panjang (mm). Pengujian geser dilakukan dengan mengacu pada free vibration test seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Melalui sensor percepatan akan didapat grafik percepatan hasil getaran bebas yang terjadi dengan beban penggantung yang berbeda. Penentuan nilai rasio redaman didapat dari pengujian geser yang terlihat pada Gambar 3 dengan menggunakan rumus: ξ= (3) Gambar 3. Pengujian geser Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013 S - 317

4 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengujian telah menghasilkan nilai kekakuan tiap benda uji melalui grafik hubungan deformasi dan beban yang diberikan seperti terlihat pada Gambar 4. Pada grafik menunjukkan nilai kekakuan yang tidak memberikan peningkatan yang besar dan relatif sama terhadap karet tanpa terisi dengan pasir. Namun, nilai rasio redaman yang dihasilkan oleh bahan karet yang terisi pasir dengan variasi beban penggantung mengalami peningkatan yang terlihat pada grafik rasio redaman pada Gambar 5. Nilai rasio redaman pada karet yang terisi dengan pasir berbutir kasar (yaitu pasir tertahan pada saringan no.4) menghasilkan peningkatan paling besar dibandingkan pasir yang memiliki ukuran butiran yang lebih kecil daripadanya yaitu pasir yang tertahan pada saringan no.60 dan no.20. Kemudian didapat nilai rasio redaman yang dirata-ratakan dari 5 jenis massa penggantung yang terlihat pada Gambar 6. Gambar 4. Hubungan beban penggantung dan deformasi Gambar 5. Peningkatan Rasio Redaman dengan Variasi Massa Penggantung Rasio redaman antar butir pasir yang dihasilkan tidak menunjukkan peningkatan yang berarti. Pada benda uji karet kosong yang dicampur dengan pasir no.60 dan pasir no.20, nilai rasio redaman yang dihasilkan relatif sama walaupun pasir no.20 masih memiliki nilai rasio redaman yang lebih besar daripada pasir no.60. Sedangkan pada pasir no.4, nilai rasio redaman mengalami peningkatan yang cukup besar. Hal ini menunjukkan bahwa dengan adanya peningkatan nilai rasio redaman, maka timbul redaman melalui gesekan antar butir pasir tersebut. Redaman inilah yang kemudian dapat dikatakan redaman friksi, di mana pasir memiliki perilaku turut meredam suatu getaran melalui gesekan antar partikelnya. S Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013

5 Gambar 6. Nilai rasio redaman rata-rata Pada redaman gesek yang biasa disebut dengan Coulomb friction, pola peredaman getaran yang dihasilkan pada umumnya bersifat garis lurus. Namun pada percobaan yang telah dilakukan, grafik tidak menunjukkan peredaman secara garis lurus. Bentuk garis redaman cenderung parabola, sehingga sifat peredam getaran yang dihasilkan cenderung bersifat viskos walaupun pasir turut meredam getaran melalui gesekannya. Grafik tersebut terlihat pada Gambar 7. Gambar 7. Redaman viskos pada grafik percepatan yang dihasilkan Kemudian dilakukan pengujian kembali untuk redaman antara campuran pasir berbutir halus hingga kasar dengan karet melalui uji geser. Hal ini dilakukan untuk membuktikan pengaruh dari percampuran gradasi terhadap peningkatan nilai rasio redaman. Dalam penentuan percampuran gradasi pasir halus hingga kasar, digunakan sistem perhitungan pendekatan yang mengacu pada percampuran agregat halus dalam aturan SNI Sehingga didapatkan peningkatan rasio redaman yang terlihat pada grafik sesuai Gambar 8. Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013 S - 319

6 4. KESIMPULAN Gambar 8. Peningkatan nilai rasio redaman pada pasir berbutir tak seragam Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, maka ditarik kesimpulan sebagai berikut: Pengisian pasir pada benda uji karet menghasilkan peningkatan rasio redaman terhadap benda uji karet kosong, di mana peningkatan rasio redaman karet + pasir no.60 sebesar 19,82%, peningkatan rasio redaman karet + pasir no.20 sebesar 23,45%, peningkatan rasio redaman karet + pasir no.4 sebesar 36,99%, peningkatan rasio redaman karet + pasir campuran sebesar 56,32%. Di sisi lain, hasil penelitian menunjukkan bahwa pasir yang berbutir tidak berseragam memiliki nilai rasio redaman yang lebih besar daripada pasir yang berbutiran seragam. Redaman yang dihasilkan pada uji geser karet dan pasir bersifat viskos. Walaupun pasir meredam getaran melalui gesekan antar butirnya, pada penelitian ini menunjukkan bahwa redaman viskos memiliki pengaruh yang lebih dominan. DAFTAR PUSTAKA Chopra, A. K. (1997). Dynamics of Structures, Theory and Application to Earthquake Engineering. Prentice Hall, New Jersey. Christianto, Daniel. (2013). Penggunaan Aspal pada Sistem Perangkat Kontrol Pasif Untuk Meredam Energi Gempa. Disertasi, Universitas Tarumanagara. Das, Braja M. (1992). Principles of Soil Dynamics. Thomson Learning, Boston. Handoyo, Fera Suryani. (2013). Analisis Pengaruh Butiran Pasir Terhadap Rasio Redaman Dengan Metode Uji Geser. Tugas Akhir, Universitas Tarumanagara. Pujianto, As at. (2009). Pengaruh Lapisan Pasir di Bawah Fondasi Terhadap Redaman dan Frekuensi Natural Akibat Beban Gempa. Jurnal Ilmiah Semesta Teknik. Vol.12. No.1, hal. 28 hal. 43. Saptono, Rahmat. (2008). Pengetahuan Bahan. Universitas Indonesia, Jakarta. Vino. (2010). Analisa Rasio Redaman Bahan Karet Dan Gabungan Bahan Karet - Aspal Terhadap Uji Geser. Tugas Akhir,Universitas Tarumanagara. S Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013