BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Dalam era akhir tahun 70-an telah berkembang suatu paradigma dalam pengembangan disain struktur baja tahan gempa, yaitu dengan merencanakan lokasi kerusakan bagian elemen struktur tanpa mengalami keruntuhan sehingga akan menghasilkan mekanisme disipasi energi gempa dengan pola histeretik yang stabil dan semaksimal mungkin. Konsep ini mengharapkan proses plastifikasi pada bagian elemen yang rusak tersebut sebagai sarana pemencaran energi, hal ini dikarenakan area plastis tersebut memiliki rentang regangan energi yang begitu besar untuk bisa dimanfaatkan. Berbagai sistem struktur pemikul beban lateral telah dikembangkan melalui sejumlah penelitian yang dilakukan oleh Kasai, Popov, Gobarah-Ramadhan, Engelhardt dkk untuk mengaplikasikan konsep ini. Beberapa diantaranya secara garis besar bisa diklasifikasikan dalam 4 kategori umum yaitu tipe moment frame, tipe concentric braced frame, tipe eccentric braced frame dan tipe shear plate shear wall [8]. Untuk menyempurnakan kriteria disain yang ada maka mulai pertengahan era 90-an sampai awal tahun 2000-an telah dikembangkan konsep disain yang berbasiskan kinerja struktur akibat pembebanan gempa mulai dari rentang elastik, inelastik, fully plastic sampai mengalami kegagalan. Konsep ini kemudian dikenal dengan nama Performance Based Design, dalam konsep ini besaran rasio perpindahan dan rotasi inelastik struktur dalam kondisi beban gempa kuat rencana maksimum sangat menentukan kriteria kinerja struktur secara keseluruhan. Dengan adanya batasan variasi nilai kriteria tersebut maka pada struktur dapat diketahui besaran energi yang akan di disipasikan dan kriteria kegagalan yang akan dialami sewaktu gempa berakhir. 1
Karena ketentuan yang ketat terhadap nilai rasio perpindahan dan rotasi inelastik struktur maka dari semua tipe yang ada perilaku optimal salah satunya bisa dipenuhi oleh Eccentric Braced Frame (EBF) selain tipe Buckling Restraint Braced Frame (BRBF). Tipe EBF ini memiliki keunggulan kinerja Special Momen Frame (SMF) dalam hal daktilitas dan disipasi energi namun juga dalam hal kekakuan dan efektifitas transformasi gaya geser dasar (base shear) secara struktural mempunyai keunggulan kinerja Special Concentric Braced Frame (SCBF) [8]. Dengan sejumlah keunggulan tersebut semakin banyak peneliti melakukan inovasi dan pengembangan tipe EBF baik dalam pencarian konfigurasi bresing-link, panjang link, bentuk link, perkuatannya sampai ke masalah jenis sambungan link. Selama ini jenis sambungan link didominasi oleh sambungan las. Sambungan ini dianggap memiliki kinerja sangat baik dan sejumlah kelebihan yang diantaranya sebagai berikut : 1. Sambungan yang dibentuk sangat kaku dan hampir tidak ada terjadinya rotasi, hal ini disebabkan karena pada sambungan las tidak ada celah antara kedua material yang di las. 2. Kurva histeretik yang terbentuk akibat beban siklik selalu besar dan gemuk, hampir tidak ada terjadi pinching karena tidak adanya slip pada baut yang terbentuk. Oleh karena itu sebagai konsekuensinya sambungan las ini akan mempunyai kemampuan disipasi energi yang besar. 3. Tidak adanya perlemahan berupa lubang lubang baut atau rivet pada penampang elemen yang disambung sehingga dalam perencanaan kekuatan disain elemen bisa lebih optimum dan ekonomis. Meskipun secara keseluruhan tipe sambungan ini hampir tidak memiliki cacat dalam hal kemampuan disipasi energi namun tetap memiliki kelemahan diantaranya adalah : 1. Reduksi kekuatan akibat tegangan tambahan dari proses susut daerah fusi (fusion zone) las pada elemen struktur, dengan demikian jika bagian struktur tersebut mendapat gaya luar akan lebih cepat mengalami kelelehan. 2
2. Reduksi kekuatan juga terjadi pada daerah HAZ (Heat Affected Zone), baja yang terkena panas akibat las segera mengalami pendinginan yang mendadak setelah las selesai dilaksanakan. Proses ini mirip dengan quenching tempering sehingga material di daerah HAZ akan bersifat lebih getas (brittle), daerah ini rawan terjadinya tearing atau sobekan akibat tegangan beban luar. 3. Lebih sulit dilaksanakan di lapangan dalam proses ereksi rangka baja jika dibandingkan dengan sambungan baut, sambungan baut sebelumnya bisa di fabrikasi dan langsung bisa di ereksi dengan kunci torsi dilapangan. 4. Proses supervisi/monitoring yang lebih ketat dalam pekerjaan dilapangan, persyaratan kualitas terhadap mutu las yang sesuai dengan peraturan yang ada lebih rumit dalam pelaksanaannya. 5. Kesulitan dalam melakukan perbaikan dan perkuatan pasca gempa terjadi, diharuskan melakukan pemotongan elemen diluar bagian yang dilas sehingga terjadi pengurangan panjang elemen material yang ada. Dengan adanya kelemahan sambungan las tersebut maka kajian terhadap kinerja link dengan sambungan baut mulai dikembangkan, dengan menggunakan sambungan baut maka link bisa dengan mudah untuk diganti (replaceable link). Popov, Gobarah dan Ramadhan menjadi perintis inovasi untuk pengembangan penelitian sambungan baut tipe Extended End Plate (EEP) antara link dengan kolom, hasil yang diperoleh sangat memuaskan sesuai dengan kriteria disain namun efektif bila diterapkan pada link yang terhubung langsung dengan kolom. Sisi pelat ujung (end plate) yang menonjol ke atas cenderung mengganggu elemen pelat lantai atau dek jika diterapkan pada link yang berada ditengah bentang. Permasalahan ini menuntut inovasi untuk pengembangan sambungan menggunakan tipe pelat ujung yang dapat diterapkan di tengah bentang. Kemudian Stratan-Dubina melalui studinya melakukan pengamatan kinerja link sambungan baut-pelat ujung tipe flush [26] dengan variasi pengaruh parameter panjang link. Hasil yang didapat menunjukkan optimasi akan diperoleh jika sambungan diterapkan pada link dengan tipe keruntuhan geser (link pendek). 3
(a) (b) Gambar I.1 Tipe sambungan pelat ujung : (a) Extended End Plate (EEP) (b) Flush End Plate (FEP) Untuk mengetahui pengaruh parameter lain pada kinerja link dalam konteks elemen dan sebagai kelanjutan dari penelitian Stratan-Dubina maka Aulia Mirza melakukan penelitian terhadap link geser dengan sambungan baut-pelat ujung tipe flush (replaceable link) melalui variasi pemakaian diameter baut [17]. Penelitian yang dilakukan di laboratorium ITB terhadap dua diameter yang diamati yaitu 20 mm dan 22 mm menyimpulkan tipe baut dengan diamater yang lebih besar akan memiliki kurva histeretik lebih baik dengan tebal pelat ujung yang sama. Tetapi didapatkan sejumlah kekurangan, yang pertama terlihat sebelum tercapainya rotasi inelastik sebesar γ p =0.08 rad pelat ujung mengalami fenomena kinking yang cukup signifikan. Kekurangan yang kedua sebagai akibat kinking yang terjadi pada pelat ujung maka baut mengalami tambahan momen sekunder yang berakibat tekuk inelastik terjadi prematur sebelum tercapainya persyaratan rotasi inelastik. Baut sisi luar yang semula telah mendapatkan porsi gaya tarik maksimum mengalami tekuk permanen (plastik) pada tahap pembebanan tekan dan menurunkan kapasitas link pada tiap siklus selanjutnya. Kekurangan yang ketiga akibat gabungan dari kedua kekurangan diatas yaitu terbentuknya kurva histeretik yang mengalami pinching seperti yang ditunjukkan dalam Gambar I.2. Pinching terjadi sejak awal mula pembebanan yang disebabkan hanya oleh terjadinya slip pada baut dengan lubangnya. Namun pada tahap pembebanan yang lebih besar dominasi kinking pelat ujung dan plastifikasi tekuk 4
lentur baut memegang peranan penting dalam memperbesar pinching yang terjadi sehingga kapasitas disipasi energi maximum link yang diharapkan tidak tercapai. 300 Pinching 200 100 Beban (kn) 0-60 -40-20 0 20 40 60-100 -200 Pinching -300-400 Perpindahan (mm) Gambar I.2 Kurva histeretik yang mengalami pinching Berdasarkan sejumlah kekurangan yang ada pada penelitian sebelumnya penulis berusaha menemukan alternatif perbaikan dan perkuatan terhadap sambungan link dengan baut pelat ujung tipe flush (replaceable link). Inisiatif perkuatan yang dilakukan akan dijelaskan dalam lingkup permasalahan pada pembahasan selanjutnya. I.2. Tujuan Penelitian Penelitian pada tesis ini secara khusus bertujuan untuk: a. Mengkaji perilaku dan kinerja sambungan baut-pelat ujung tipe flush dengan melakukan analisa terhadap parameter disipasi energi, kekakuan, kekuatan dan daktilitas. b. Mengkaji jenis perbaikan dan perkuatan pada sistem sambungan baut-pelat ujung tipe flush yang dapat menjamin peningkatan kinerja link melalui kurva histeretik yang baik. 5
I.3. Batasan Masalah Analisis dan kajian yang melingkupi perilaku dan kinerja link dengan sambungan baut pelat ujung tipe flush ini cukup luas, mengingat keterbatasan waktu dan sumber daya yang ada maka perlu ditetapkan beberapa batasan terhadap masalah yang akan dikaji. Hal ini diperlukan untuk lebih memfokuskan analisa pada parameter yang lebih detail dan spesifik serta lebih mendalam. Berikut diuraikan batasan masalah pada penelitian ini yang mencakup : a. Model link yang ditinjau merupakan bagian dari EBF tipe split-k yang berperilaku sebagai link geser dengan panjang L=450 mm. b. Pengujian yang dilakukan terhadap model sub assembly link. c. Baut yang digunakan tipe A490 dengan diameter 1 inch (25mm). d. Pelat ujung yang digunakan tipe flush memakai pelat setebal 30 mm, konfigurasi 6 baut, dengan variasi tanpa memakai pelebaran samping (Side Extended Plate/SEP) dan dengan memakai pelebaran samping (SEP). e. Mutu baja rencana untuk profil link dan pelat ujung kualitas BJ-41 dengan f y =250 MPa dan f u =400 MPa. I.4. Metodologi Penelitian Penelitian mengenai kinerja link dengan sambungan baut pelat ujung tipe flush secara sistematik akan dilakukan melalui tahapan proses sebagai berikut: 1. Studi Literatur. Dilakukan dengan mempelajari sejumlah buku referensi, peraturan dan jurnaljurnal penelitian pendukung yang berhubungan langsung maupun tidak langsung dengan tema penelitian. 2. Studi Kasus, Kajian Analitis Gaya Dalam dan Deformasi. Studi kasus dan kajian analitis dilakukan untuk mendapatkan gaya yang akan dipergunakan dalam mendisain dimensi profil link berdasarkan realitas kebutuhan dimensi sebuah bangunan ruko 3 lantai berlokasi di kota Bandung. 6
3. Perencanaan Dimensi Profil Link dan Detailing Dimensi Elemen Sambungan. Disain dimensi profil dan sambungan berdasarkan gaya dalam yang didapatkan dari analisis struktur sebelumnya. 4. Pelaksanaan Uji Kupon dan Pembuatan Benda Uji. Uji tarik bahan (coupon test) dilakukan untuk memastikan mutu material yang digunakan sehingga kriteria leleh mudah untuk ditetapkan. 5. Kajian Ulang Disain Dimensi Profil Link dan Detailing Elemen Sambungan. Kajian ulang disain dilaksanakan untuk melakukan cross check dimensi baut dan pelat ujung yang digunakan berdasarkan mutu material profil link yang ada hasil uji kupon. Jika dimensi sebelumnya yang didapat tidak memadai maka akan dilakukan perubahan dimensi. 6. Kajian Eksperimental a) Setup dan Instrumentasi. b) Pengujian Dengan Pembebanan Kontrol Perpindahan (Displacement Control). Pengujian memakai kriteria pembebanan siklik quasi statik (pseudo dinamik) dengan sejumlah siklus berupa kontrol beban yang diterapkan untuk peningkatan amplitudo setiap siklus sebesar 1.δ y sampai dengan mengalami keruntuhan. c) Pengolahan Data. Rekaman data diolah dalam bentuk angka-angka yang ditabelkan dan grafik-grafik yang dapat memberikan gambaran kinerja lewat kekakuan, kekuatan, daktilitas dan disipasi energi yang terjadi. 7. Analisis dan Kesimpulan. Analisis dilakukan untuk menunjukkan sebab dan akibat dari sejumlah parameter perilaku yang terjadi berdasarkan kajian numerik. Rangkuman metodologi penelitian berupa diagram alir dapat dilihat pada Gambar I.3 berikut : 7
Kajian Literatur : Konsep dan Teori Standar perencanaan dan pengujian struktur Jurnal dan makalah terkait Studi Kasus : Disain Ruko 3 Lantai Perencanaan Profil Disain kapasitas link, sambungan. Detailing link dan sambungan Persiapan Program Eksperimental Uji Bahan (Coupon) Pembuatan Benda uji Peninjauan ulang disain elemen sambungan berdasarkan hasil uji kupon Karakteristik Bahan : E s, f y, f u, ε y, σ vs ε Setup dan Instrumentasi Kalibrasi alat Pengujian : Pembebanan benda uji dengan beban siklik (quasi statik) Pengolahan data Analisis dan kesimpulan Gambar I.3. Diagram alir metodologi penelitian 8
I.5. Sistematika Penulisan Pembahasan dan penulisan mengenai latar belakang, proses eksperimental dan analisa yang dilakukan dalam penyusunan tesis ini secara sistematis dan rinci disusun ke dalam sejumlah bab yang dapat diuraikan sebagai berikut : Bab I : Pendahuluan Terdiri dari latar belakang dilakukannya penelitian, maksud dan tujuan, batasan masalah, metode penelitian, dan sistematika penulisan. Bab II : Teori Dasar Berisikan hasil studi literatur mengenai teori-teori dasar yang digunakan dalam penelitian yang dilakukan. Bab III : Kajian Eksperimental Berisikan tentang dasar perhitungan pemodelan specimen yang dilakukan, dimensi profil specimen yang digunakan, data properti material yang digunakan, sejarah pembebanan dengan kontrol beban, setup dan intrumentasi spesimen, penetapan kriteria leleh berdasarkan uji kupon dan proses pengujian spesimen langsung di lapangan. Bab IV : Analisis Data Analisa perilaku dan kinerja dari link geser, baut dan pelat ujung yang merupakan respon dari pemberian beban siklik. Kinerja direfleksikan dari hasil kurva histeretik, perhitungan besaran energi disipasi, kekakuan dan kekuatan setiap siklus serta daktilitas yang terjadi sepanjang siklus pembebanan. Pada bab ini juga ditambahkan sub bab yang berisikan perhitungan numerik sebagai justifikasi hasil eksperimental. Bab V : Kesimpulan dan Saran Berisikan kesimpulan yang mengacu kepada hasil analisa dari parameter yang diamati sehubungan dengan kinerja yang ada dan pokok-pokok tercapainya tujuan penelitian. Sebagai tambahan disampaikan pada rekomendasi tentang alternatif perbaikan dan perkuatan yang paling disarankan untuk memperoleh link dengan sambungan baut pelat ujung tipe flush yang berkinerja setara atau 9
mendekati kinerja sambungan tipe las. Saran yang diberikan berhubungan dengan rencana inovasi selanjutnya sebagai kelanjutan dari peningkatan atau pengembangan kinerja link dengan sambungan baut-pelat ujung tipe flush. 10