BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kerusakan bangunan akibat gempa secara konvensional dapat dicegah dengan memperkuat struktur bangunan terhadap gaya gempa yang bekerja padanya. Namun, hasil ini sering tidak memuaskan karena kerusakan elemen baik struktural maupun nonstruktural umumnya disebabkan adanya interstory drift (perbedaan simpangan antar tingkat). Untuk memperkecil interstory drift dapat dilakukan dengan memperkaku bangunan dalam arah lateral. tetapi, hal ini akan memperbesar gaya gempa yang bekerja pada bangunan. Metode yang lebih baik adalah dengan meredam energi gempa sampai pada tingkat yang tidak membahayakan bangunan. Beberapa dekade belakangan ini muncul upaya untuk mengatasi kerusakan-kerusakan yang terjadi pada struktur dengan memberikan alat tambahan ke struktur, untuk membatasi energi atau mendissipasi energi gempa yang masuk ke bangunan. Alat-alat tersebut dikenal dengan Seismic Devices. Dengan menambah alat-alat tersebut, energy 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. Seismic devices pada umumnya dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu : 1. Actived seismic device 2. Passived seismic device
Actived seismic device bekerja dengan menerima masukan data getaran dari sensor yang dipasang disekeliling struktur, melalui computer data tersebut digunakan untuk mengatur gerakan actuator sesuai dengan input gempa ke bangunan. Passived seismic devices bekerja atau bereaksi setelah energi gempa masuk ke struktur, pada umumnya reaksi seismic device semakin besar bila response struktur atau energi yang masuk semakin besar. Passived seismic devices sesuai fungsinya, secara garis besar dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu yang bersifat isolasi dan yang bersifat dissipasi energy. Jenis yang pertama disebut seismic Isolator dan yang kedua disebut Damper. Damper merupakan alat dissipasi energi yang berfungsi memperkecil response simpangan struktur dan menghentikan getaran. alat ini memperkecil simpangan antar tingkat sehingga gaya lateral kolom yang kecil. Alat-alat ini terdiri dari beberapa jenis dengan metode dissipasi energi yang berbeda. jenis viscous damper mendissipasi energi berdasarkan perbedaan kecepatan deformasi dalam damper, friction damper berdasarkan gesekan yang terjadi dalam damper, Hysterestic-yield damper mendissipasi energi dengan berdeformasi melewati batas elastis atau pelelehan bahan dengan pembentukan sendi plastis, Pelelehan bahan yield damper dapat berupa pelelehan oleh momen lentur, pelelehan oleh momen puntir, ataupun berupa tekuk dari batangan baja.
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 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 response simpangan sekitar 50% sampai 75% dibandingkan dengan response struktur dengan damping 5%, bila damper digabungkan dengan alat isolator, dapat mereduksi response dapat sampai 95%. Penambahan seismic devices ke struktur menyebabkan metode perencanaan menjadi berbeda dengan metode perencanaan tahan gempa yang konventional, seismic devices merubah analisa dinamis struktur menjadi analisa non-linier yang pada umumnya dianalisa dengan metode riwayat waktu gempa, sedangkan perencanaan koventional menggunakan analisa linier dengan metode response spektrum yang jauh lebih sederhana dibandingkan dengan metode riwayat waktu gempa.
1.2 Studi Literatur Untuk memahami perilaku sistem peredam leleh baja (yielding damper) dalam meyerap energi gempa melalui mekanisme pelelehan material akibat lentur, maka berikut ini akan saya dijelaskan beberapa hasil penelitian yang sudah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya. Pemodelan sifat inelastis menjadi model viscous damping dengan konsep equivalent viscous damping digunakan untuk menggantikan dissipasi energi berbagai bentuk hysteristic loop menjadi dissipasi energi linier viscous damping (Jacobean, 1930, 1960; Housner, 1956; Jenning,1964). Bergman dan Goel (1987) pada penelitian yang dilakukan pada peredam leleh baja berbentuk X dan V yang dipasang dengan bracing bentuk chevron yang mengalami pembebanan siklik. Hasil percobaan menunjukkan bahwa spesimen tersebut mampu mempertahankan kurva hysteresis yang stabil dan gemuk tanpa terjadinya pinching dan slip. Namun, pada spesimen bentuk V memperlihatkan adanya pinching dan slip pada kurva hysteresis khususnya pada percobaan kelelahan pada amplitudo besar karena adanya kerusakan pada bagian bawah sambungan. Pengaruh pinching dan slip menyebabkan kurang efektifnya kapasitas dissipasi energi. Whittaker dkk. (1989, 1991) dalam percobaannya pada peredam leleh baja yang terdiri dari 4, 6 dan 7 spesimen berbentuk X dipasang sejajar. Percobaan dilakukan dengan beban siklik sinusoidal. Hasil test menunjukkan bahwa perilaku peredam leleh baja ini dipengaruhi parameter kekakuan elastis, kekuatan leleh dan perpindahan lelehnya. Disamping itu test menunjukkan bahwa specimen mampu menahan beban siklik lebih dari 100 kali pada deformasi 3 kali
perpindahan lelehnya tanpa menunjukkan penurunan kekakuan dan kekuatan. Percobaan juga menunjukkan pentingnya kondisi kedua ujung sambungan dari spesimen peredam terhadap keberhasilan kinerjanya dalam menyerap energi. Chan dan Albermani (2008) pada penelitian peredam leleh baja dengan nama steel slit damper (SSD). 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, pelatpelat strip ini berperilaku seperti balok dengan kedua ujungnya terjepit parsial, sedangkan pada deformasi tertentu kedua ujung pelat strip akan terbentuk sendi plastis. Pada percobaan dengan beban siklik terhadap 8 spesimen menunjukkan hysteresis yang stabil dan gemuk. Disamping itu kekuatan leleh peredam ini dengan mudah diperediksi berdasarkan analisis mekanisme plastis. Li Gang dan Li Hong Nan (2008) melakukan penelitian 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. Daniel (2011) melakukan studi numerik terhadap 3 jenis peredam leleh dengan bentuk geometri lubang seperti belah ketupat DAM, bentuk X ganda DBX, dan lubang bentuk elips ELP. Ketiga jenis ini diberi beban cyclic dalam arah sumbu kuatnya (major axis bending), dimana kemampuan dalam mengabsorbsi energi dinyatakan dalam bentuk kurva hysteresis loop pada batas regangan 0.25%. Walaupun ketiga bentuk ini menunjukkan kurva hysteresis yang stabil dan gemuk, tetapi bentuk X ganda ini memiliki kurva hysteresis yang lebih gemuk bila dibandingkan dengan kedua jenis lainnya 1.3 Tujuan Adapun tujuan yang hendak dicapai adalah mendapatkan bentuk geometri ideal peredam (damper) dengan kemampuan menyerap energi gempa terbesar, hal ini ditunjukkan dengan luas kurva hysteresis terbesar, serta mendapatkan karakteristik mekanik peredam seperti kekakuan elastis, kekuatan leleh dan kekakuan pasca leleh, hal ini didapatkan dengan pendekatan model tri-linear pada kurva hysteresis bagian skeleton part. Ketiga parameter ini mempengaruhi kemampuan peredam dalam mendissipasi energi gempa, serta dibutuhkan sebagai data masukkan dalam melakukan simulasi numerik pada perencanaan bangunan tahan gempa.
1.4 Pembatasan Masalah Dalam pembahasan masalah ini, akan dibatasi lingkup pembahasan sebagai berikut : 1. Damper yang akan dibahas adalah damper pelat lentur. 2. Deformasi struktur masih dalam batas elastis, pelelehan hanya terjadi di damper 3. Response yang dijadikan acuan adalah response simpangan maximum. 4. Bahan pelat bersifat elasto-plastis. 5. Bahan pelat damper bersifat kinematic hardening. 6. Pengaruh gaya geser pelat damper diabaikan. Damper pelat lentur adalah damper yang terbuat dari pelat baja yang pelelehannya disebabkan oleh gaya lentur. 1.5 Metodologi Metode yang digunakan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah studi literatur yaitu dengan mengumpulkan data-data dan keterangan dari literatur dan hasil eksperimental yang berhubungan dengan pembahasan Tugas Akhir ini serta masukan- masukan dari dosen pembimbing. Hasil dari eksperimen berupa kurva histeresis akan bagi menjadi dua bagian yang disebut dengan skeleton part dan bauschinger part. Selanjutnya dari kurva tersebut kita akan menghitung energi dissipasi yang merupakan luasan dari kurva tersebut. Dengan menggunakan model trilinear pada kurva hysteresis bagian skeleton part kita akan mendapatkan kekakuan damper.
I.6 Sistematika Penulisan Untuk memberikan gambaran garis besar penulisan Tugas Akhir ini maka diuraikan dalam sistematika penulisan sebagai berikut : BAB I: PENDAHULUAN terdiri dari Latar Belakang, Studi Literatur, Tujuan penulisan, Pembatasan Masalah, Metodologi Penulisan, Sistematika Penulisan. BAB II: TINJAUAN PUSTAKA berisi penjelasan umum yang berhubungan tentang bagaimana damper pada struktur dan equivalent vicous damping 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 memakai model trilinier yang equivalent. Selanjutnya model trilinear digunakan untuk mendapatkan kekakuan damper. BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN, berisi kesimpulan dan saran