TEMU ILMIAH IPLBI 23 Rekayasa pada Struktur Dinding Geser Ganda, Sebuah Upaya dalam Meningkatkan Duktilitas Bangunan Gedung Nasruddin Lab. Struktur, Konstruksi, dan Bahan Bangunan, Prodi Arsitektur, Jurusan Arsitektur, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin Abstrak Paper ini fokus pada diskusi mengenai rekayasa pada struktur dinding geser ganda biasa sebagai sebuah upaya peningkatan duktilitas bangunan gedung. Peningkatan kemampuan bangunan untuk berayun sangat diperlukan ketika terjadi gempa bumi sebagai upaya membuat bangunan tetap berdiri sampai semua penghuninya berhasil menyelamatkan diri, sesuai dengan filosofi dari perencanaan bangunan tahan gempa. Struktur dinding geser ganda baru ini disebut Struktur Dinding Penyerap Energi (SDPE). SDPE ini tersusun atas dua dinding beton bertulang yang dihubungkan (dikopling) dengan beberapa balok baja profil IWF. Dinding beton bertulang tidak ditanam langsung ke pondasi atau ke balok girder seperti pada dinding geser ganda konvensional, akan tetapi melalui kolom beton pendek yang dibungkus dengan tabung baja persegi (T column). Sejumlah 4 spesimen tes ( bentang 3 lantai) didesain, dikonstruksi, dan dites dengan parameter penelitian yang berbeda-beda. Adapun yang menjadi parameter penelitian adalah; ukuran, posisi, dan detail penulangan pada area pembenaman dari balok kopling. Spesimen tes diuji dengan sistem pembebanan lateral siklik dengan tujuan untuk mengetahui mekanisme leleh dan respon siklik dari pada SDPE. Hasil penelitian menunjukkan bahwa SDPE berperilaku amat daktil pada saat pembebanan dan memiliki kapasitas penyerapan energi gempa yang cukup. Kata-kunci : dinding geser ganda, rekayasa struktur, daktilitas, disipasi energi, pembebanan siklik Pengantar Sistem struktur dinding dimana panel-panel dinding dihubungkan atau dikopling satu sama lain dengan balok atau girder disebut struktur dinding geser ganda seperti yang terlihat pada Gambar (a). Pada sistem ini, balok kopling memiliki kapabilitas untuk mendisipasi energi gempa diseluruh bagian dari bangunan jika didesain dengan baik. Pada beberapa kasus gempa bumi besar, eksitasi seismik bisa menyebabkan kerusakan pada balok kopling dan juga retak fleksural yang terjadi pada daerah sendi plastis pada bagian bawah dari panel dinding beton bertulang seperti yang terlihat Yielding of coupling girder coupling girder Flexural crack in plastic hinges region (a) (b) Gambar. Struktur dinding geser ganda biasa yang diusulkan oleh Paulay (992) Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 23 E - 9
B B B Rekayasa pada Struktur Dinding Geser Ganda, Sebuah Upaya dalam Meningkatkan Duktilitas Bangunan Gedung Coupling Steel Girder Horizontal clearance Couple Structural Wall Plastic Hinge Edge column (a) Dinding geser biasa (AIJ, 99) (b) SDPE (Dinding geser ganda) Gambar 2. Ide SDPE yang mampu memecahkan masalah cacat bawaan pada dinding geser biasa pada Gambar (b). Atas dasar pertimbangan bahwa mekanisme kerusakan seperti ini tidak perlu terjadi, maka pada paper ini diusulkanlah sebuah alternatif sistem struktur dinding geser ganda seperti yang terlihat pada Gambar 2., yang mampu memecahkan persoalan cacat bawaan pada mekanisme kerusakan seperti yang tersebut diatas. Selanjutnya, sistem dinding geser ganda yang baru ini disebut dengan Struktur Dinding Penyerap Energi (SDPE). Sebagaimana yang terlihat pada Gambar 3, perbedaan mendasar dari SDPE dan struktur dinding geser biasa terletak pada keberadaan celah horizontal yang terletak antara dinding panel dengan pondasi atau balok atap. Perbedaan lain adalah baja IWF digunakan sebagai Struktur Dinding Geser Ganda Dinding Geser Ganda Biasa (Paulay 992) 2 coupling girder Tanpa celah horizontal SDPE 2 edge column Ada celah horizontal horizontal clearance Gambar 3. Perbedaan antara dinding geser balok ganda kopling, biasa dan yang SDPE didesain untuk mengembangkan aksi balok kopling untuk menahan sebagian besar dari momen guling yang menginduksi bangunan dan berperan sebagai perangkat penyerap energi gempa (passive damper) dalam prinsip desain untuk kontrol kerusakan (damage control design). Kerusakan serius yang terjadi pada balok kopling baja tidak dapat dihindari, karena memang sengaja didesain untuk leleh dalam geser dalam upaya menyerap energi gempa yang besar. Spesimen Tes Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui mekanisme leleh dan respon siklik dari pada SDPE yang kolom pendeknya dikekang dengan tabung baja persegi yang kemudian disebut dengan kolom T (Tube Reinforced Concrete) (Tomii,989). Empat spesimen tes, bentang-3 lantai didesain, dikonstruksi, dan dites sebagai bagian (sub assemblage) dari model bangunan konstruksi beton 2 lantai. Spesimen tes di buat dalam skala /4 supaya sesuai dengan kapasitas dari fasilitas tes yang tersedia. SDPE terbuat dari dua panil dinding beton bertulang yang masing-masing dihubungkan dengan baja profil IWF sebagai balok kopling (coupling girder). Panel dinding beton bertulang ini: 2 Balok kopling dari beton 2 Balok kopling dari baja IWF E - 2 Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 23
25 3 25 25 782 766 782 267 3 Tabel. Rangkuman detail spesimen tes Nasruddin Outside View Reinforcing Detail SDPE- SDPE-2 SDPE-3 SDPE-4 Outside View Reinforcing Detail Outside View Reinforcing Detail Spesimen Tes Kuat Tekan Beton 4.3 (N/mm 2 ) 34.5 (N/mm 2 ) 44.5 (N/mm 2 ) 38.5 (N/mm 2 ) Kuat leleh dan ukuran tulangan 335 (N/mm 2 ), 2-D3 65 3 65 2 Unit: mm 87 5 86 5 87 38 (N/mm 2 ), 2-D3 Outsid -xx6 PL-6@3 65 3 65 2 43 (N/mm 2 ), 8-D3 Unit: mm 87 5 86 5 87 -xx6 65 3 65 2 Unit: mm 43 (N/mm 2 ), 2-D3 Detail balok kopling atas H-75x75x7.5x H-x5x5x7 4-D3 Hoopφ4@4 8-D3 Hoopφ4@5 4-D3 Hoopφ4@4 8-D3 Hoopφ4@5 Detail balok kopling bawah H-x5x5x7 H-75x75x7.5x Detail bagian pondasi/ balok atap tidak ditanamkan langs ung ke pondasi sebagaimana pada struktur dinding geser biasa, akan tetapi dihubungkan melalui kolom pendek yang terletak ditepi luar dari panel. Kolom pendek ini dikekang dengan tabung baja persegi (kolom T) untuk meningkatkan kuat tekan beton dan mencegah terjadinya punching shear. (JBDPA, ). Hanya pada kedua kolom pendek H-x5x5x7 2-D3 Hoopφ4@5 8-D3 yang ditanamkan ke pondasi diharapkan mentransfer semua gaya geser yang bekerja pada dinding panel. Tinggi mm dari kolom T, baik 4 mm yang terletak di atas maupun dibagian bawah dari panel dinding beton bertulang 4mm. Keberadaan H-25x25x9x4 kolom pendek T ini sangat penting untuk menyediakan celah horizontal antara dinding panel dengan balok pondasi. Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 23 E - 2 4-D3 Hoopφ4@4 8-D3 Hoopφ4@5 H-x5x5x7 4 mm H-75x75x7.5x -75x75x H-25x25x
25 244 78 Rekayasa pada Struktur Dinding Geser Ganda, Sebuah Upaya dalam Meningkatkan Duktilitas Bangunan Gedung 782 766 782 Kolom T Panel beton bertulang Tampak Celah horisontal 65 5 5 65 2 Detail Penulangan H-244x75x7x H-5x75x(5+6)x(7+6) H-x5x5x7 H-5x75x5x7 Gambar 4. Detail spesimen tes SDPE- H-75x75x7.5x 2-D3 Hoopφ4@5 8-D3 H-5x75x5x(7+6) D@75double H-x5x5x7 H-x5x5x7 H-25x25x9x4 Ini adalah konsep penting yang diaplikasikan pada penelitian eksperimental ini. Detail fisik dari spesimen tes terlihat pada Gambar 4. Alat Uji Pembebanan S p e s i m e n t e s d i u j i d e n g a n k o m b i n a s i pembebanan siklik lateral dan gaya aksial yang konstan, yang merupakan simulasi dari gaya gempa bumi. Gambar 5 memperlihatkan dengan jelas perangkat alat pengujian pembebanan siklik ini. Pertama-tama spesimen tes dibebani dengan gaya aksial P yang diibaratkan sama dengan gaya gravitasi dengan alat yang memiliki kapasitas tekan sampai 5 kn. Beban ini dijaga tetap konstan selama pembebanan lateral dilakukan. Sembari ditekan dengan gaya aksial konstan P, gaya lateral H dibebankan secara horisontal ke spesimen tes dari dua arah secara bergantian (siklik) dengan alat hydraulic jack yang memilki kapasitas kn yang ujungnya telah dipasangi dengan load cell untuk merekam data pembebanan yang diberikan ke spesimen tes. Untuk perekaman data pergeseran ( displacement) secara horizontal maupun vertikal pada saat specimen tes didorong maupun ditarik digunakan alat yang disebut dengan displacement transducer. E - 22 Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 23 Gambar 5. Perangkat alat uji pembebanan siklik
Sedangkan untuk merekam regangan yang terjadi pada besi tulangan, pelat tabung baja, dan 3W- - Nasruddin lebih besar dari struktur dinding bertulang biasa yang gagal dalam lentur. Patut dicatat bahwa 3W-2 - - -2. -.5-. -.5..5..5 2. Drift Angle( -2 rad) (a) SDPE- 3W-3 - -2.-.5 -.-.5..5..5 2. Drift Angle( -2 rad) (b) SDPE-2 3W-4 - - - -2.-.5 -.-.5..5..5 2. Drift Angle( -2 rad) (c) SDPE-3 - -2. -.5-. -.5..5..5 2. Drift Angle( -2 rad) (d) SDPE-4 Gambar 6. Hubungan antara beban lateral dengan R (drift angle) permukaan beton digunakan alat yang disebut strain gauge. Pada penelitian ini yang menjadi variabel parameter adalah; ukuran, posisi, dan detail penulangan pada area pembebanan dari balok kopling. Hasil dan Diskusi Gambar 6 memperlihatkan hubungan antara beban lateral dengan ratio kemiringan (drift angle) R dari spesimen tes. Nilai R didapatkan dari besarnya nilai perubahan pergeseran spesimen dibagi dengan tinggi spesimen. Garis tebal-titik pada grafik yang terlihat pada gambar 6 adalah kapasitas gaya lateral berdasarkan analisis perhitungan. Seperti yang terlihat pada gambar, kapasitas pembebanan spesimen SDPE- 3 dan SDPE-4 melebihi kapasitas pembebanan yang didasarkan pada perhitungan. Kapasitas penyerapan energi pada setiap spesimen tes, balok kopling kalah dalam sudut yang sangat kecil sekitar. rad. dari rasio kemiringan spesimen tes. Perlu ditekankan pula bahwa kekalahan balok kopling terjadi setelah menyerap sejumlah besar energi gempa. Dengan demikian balok kopling pada specimens SDPE dapat diharapkan berperilaku sebagai passive damper (peredam pasif). Retak diagonal hampir tidak dijumpai pada permukaan panil beton bertulang karena adanya keberadaan celah horizontal dan kolom pendek yang di-jaket-kan dengan tabung baja, memberikan kesempatan kepada spesimen tes untuk mengembangkan mekanisme kegagalan tanpa adanya kerusakan yang berarti pada permukaan panil beton bertulang. Kerusakan hanya terjadi pada bagian sisi dalam dari panil beton bertulang di sekitar area pembenaman balok kopling bajanya. Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 23 E - 23
Rekayasa pada Struktur Dinding Geser Ganda, Sebuah Upaya dalam Meningkatkan Duktilitas Bangunan Gedung Kesimpulan Hasil pengujian lateral siklik pada spesimen SDPE menunjukkan spesimen berperilaku sangat lentur dan memiliki daya disipasi energi gempa yang cukup, sehingga dapat disimpulkan bahwa spesimen tes berperilaku cukup memuaskan dari sisi pandang tuntutan dasar dari sebuah sistem struktur yaitu, kekakuan, kelenturan, dan daya disipasi energi gempa. Balok kopling baja dan detail pembesian pada area pembenaman menunjukkan kinerja yang memuaskan dengan kemampuan serapan energi yang cukup besar dan mengalami mekanisme leleh dalam ratio kemiringan yang sangat kecil tanpa memperlihatkan adanya kerusakan yang berarti pada balok kopling. Dari hasil ini dapat juga disimpulkan bahwa balok kopling baja IWF dapat berfungsi sebagai peredam pasif (passive damper). Daftar Pustaka Paulay, T. and Priestley, M.J.N (992): Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, John Wiley & Sons, New York, Architectural Institute of Japan (AIJ) (99).: Design Guidelines for Earthquake Resistant Reinforced Concrete Buildings Based on Ultimate Strength Concept, Tokyo Japan (dalam bahasa Jepang), Japan Building Disaster Prevention Association (JBDPA) (): Recommendations for Seismic Retrofitting Design of Existing Buildings, Tokyo Japan (dalam bahasa Jepang), M. Tomii, K. Sakino, Y. Sun, and J.L. Zhong (989) : Experimental Study on Bending Shear of Reinforced Concrete Short Columns Encased in a Thin Steel Tube, Journal of the Japan Concrete Institute (JCI), Vol., No. 2, pp. 53-58,.6. (in Japanese) E - 24 Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 23