BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Dengan adanya banyak bencana alam terutama gempa bumi yang dialami oleh beberapa daerah di Indonesia akhir-akhir ini, para ahli teknik sipil mulai memikirkan suatu sistem struktur yang tahan terhadap gempa. Hal ini disebabkan adanya kerugian yang dialami daerah yang terkena gempa sangat besar sekali terutama kerugian harta dan jiwa. Sehingga struktur tahan gempa merupakan suatu kebutuhan yang sangat penting terutama untuk negara-negara yang banyak terdapat sumber gempa seperti Indonesia. Sejalan perkembangan teknologi, struktur dirancang dengan karakteristik yang ringan dan fleksibel dengan tujuan membuat desain yang lebih efisien, dengan dimensi yang lebih optimal, dan massa yang semakin ringan sehingga lebih tahan terhadap gempa. Akan tetapi karakteristik struktur bangunan yang ringan dan fleksibel akan menimbulkan masalah vibrasi yang sebelumnya tidak pernah terjadi pada struktur bangunan konvensional yang berat dan kaku. Vibrasi pada struktur bangunan yang ditimbulkan oleh beban-beban alam seperti beban gempa dan beban angin dapat menimbulkan masalah baik masalah struktural maupun masalah non-struktural, seperti masalah kenyamanan pada penghuni bangunan maupun orang-orang yang tinggal disekitar bangunan. Menurut peraturan gempa SNI 1726-2002, analisis dinamik perlu untuk dilakukan pada bangunan dengan tinggi lebih dari empat puluh meter, sedangkan untuk bangunan yang kurang dari empat puluh meter dapat dianalisis dengan analisis statik ekivalen. Sejalan dengan perkembangan jaman, adanya tuntutan-tuntutan fungsi bangunan yang mengharuskan bangunan tersebut didesain dengan simpangan struktur tertentu, misalkan untuk bangunan yang menyimpan barang-barang yang rawan akan getaran, reaktor nuklir dan sebagainya, maka perlu dilakukan kontrol pada struktur 1
untuk meredam getaran struktur sehingga gerakan struktur berada dalam batas-batas yang diinginkan. Dan disinilah peran analisis dinamik ini digunakan. Vibrasi yang berlebihan pada bangunan dapat ditanggulangi dengan berbagai cara misalnya dengan menambah kekakuan struktur; menambah massa, atau melakukan modifikasi aerodinamik bentuk bangunan. Akan tetapi, solusi dari metode-metode tersebut sering tidak dapat dilaksanakan karena masalah biaya, ruang dan estetika. Oleh karena itu, untuk memperoleh pengurangan respon vibrasi yang berlebihan, solusi praktis yang dapat dilakukan adalah dengan menambahkan peredam pada struktur dengan sistem peredam mekanik pada struktur bangunan. Sistem kontrol struktur terdiri dari sistem kontrol pasif dan sistem kontrol aktif. Mekanisme kontrol pasif bekerja tanpa menggunakan tambahan energi luar. Dalam hal ini, gaya kontrol hanya dapat mengontrol respon struktur pada batas-batas tertentu. Akan tetapi sistem ini banyak disukai karena kemudahan dan ketahanannya, dan juga tidak beresiko dalam menimbulkan keadaan tidak stabil pada struktur. Contoh daripada sistem kontrol pasif ini adalah sistem isolasi pondasi (base isolation), peredam massa pasif (tuned mass damper), dan beberapa variasi dari penyerap energi mekanik (mechanical energy dissipater) seperti sistem pengaku (bracing), sistem peredam geser (friction damper), sistem peredam viscoelastic (viscoelastic damper) dan sistem peredam mekanik lainnya. Sedangkan mekanisme kontrol aktif bekerja menggunakan tambahan energi luar, sehingga lebih efisien jika dibandingkan dengan mekanisme kontrol pasif karena dapat mengontrol perpindahan, kecepatan, dan percepatan struktur sampai nilai tertentu (hampir tidak terbatas tergantung dari gaya kontrol yang diberikan). Akan tetapi mekanisme kontrol aktif ini memerlukan biaya yang lebih besar dari mekanisme kontrol pasif. Contoh dari mekanisme kontrol aktif adalah peredam massa aktif (active tuned mass damper), tendon aktif (active tendon), dan kontrol pulsa (pulse control). Karena adanya kekurangan dan kelebihan pada masing-masing sistem kontrol baik pasif maupun aktif, maka pada penelitian ini akan dibahas kontrol vibrasi dengan 2
menggunakan kontrol pasif dan aktif yaitu peredam massa pasif (tuned mass damper) dan peredam massa aktif (active tuned mass damper) pada suatu bangunan 3 lantai dan 10 lantai yang dikenakan beban gempa dan kemudian akan dibandingkan hasil dari respon strukturnya. I.2 Tujuan Penelitian I.2.1 Tujuan Umum Tujuan umum dari penelitian ini adalah: 1. Mempelajari dan memahami dasar teori dan konsep tentang kontrol pasif dan kontrol aktif pada struktur. 2. Mempelajari dan memahami faktor-faktor optimum yang mempengaruhi kinerja sistem peredam massa pasif (tuned mass damper). 3. Mempelajari algoritma kontrol khususnya sistem kontrol optimal pada sistem kontrol aktif. 4. Memahami kinerja sistem peredam massa pasif dan peredam massa aktif pada struktur bangunan rendah dan bangunan tinggi. 5. Mendapatkan pengertian tentang respon struktur yang terkontrol dan tidak terkontrol. I.2.2 Tujuan Khusus Tujuan khusus dari penelitian ini adalah membandingkan respon dinamik struktur sebagai efek dari vibrasi beban gempa dengan menggunakan kontrol vibrasi aktif dan pasif yaitu peredam massa massa aktif (active tuned mass damper) dan peredam massa pasif (tuned mass damper). I.3 Ruang Lingkup Pembahasan Ruang lingkup dari penelitian ini adalah: 1. Perilaku struktur adalah linier 2. Pembebanan yang digunakan dalam analisis adalah beban gempa 3
3. Sistem kontrol aktif dan pasif yang digunakan adalah peredam massa aktif (active tuned mass damper) dan peredam massa pasif (tuned mass damper) yang ditempatkan pada lantai paling atas pada struktur. 4. Struktur yang akan dianalisis adalah suatu bangunan geser 3 lantai dan 10 lantai yang terbuat dari baja dengan satu dof pada tiap lantainya. Analisisnya menggunakan analisis dua dimensi. 5. Analisis yang dilakukan adalah membandingkan respon struktur dari kedua kontrol (pasif dan aktif) juga terhadap struktur yang tidak dikontrol. I.4 Metodologi Penelitian Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah studi literature, dan studi kasus bangunan dengan tinggi 3 lantai dan 10 lantai yaitu penetapan propertis dari struktur dengan menggunakan program komputer ETABS 8.5, permodelan struktur dengan pemodelan bangunan geser, perhitungan respon struktur dengan metode Runge-Kutta dan metode state space, juga perhitungan kontrol pasif dan aktif dengan menggunakan program MATLAB 7.0.4. Dimana hasil analisis dari kontrol pasif dan aktif ini akan dibandingkan dengan struktur tanpa menggunakan sistem kontrol. Adapun skema langkah-langkah dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 4
I.5 Sistematika Pembahasan Penulisan ini terdiri dari enam bab, dimana dimana pada setiap bab akan memberikan gambaran tentang isi tulisan, yang disusun secara sistematis sebagai berikut : Bab I, Pendahuluan Membahas mengenai latar belakang pemilihan topik, maksud dan tujuan yang akan dicapai, ruang lingkup pembahasan, metode yang digunakan dalam penelitian, dan sistematika penulisan. Bab II, Pemodelan Struktur dan Analisis Dinamik Bab ini menguraikan tentang pemodelan struktur bangunan geser, pembebanan yang digunakan dan analisis dinamik sistem dengan metode Runge-Kutta Bab III, Analisis Kontrol pada Struktur Konsep kontrol pada struktur dibahas secara umum yaitu kontrol aktif dan kontrol pasif, dengan penekanan konsep kontrol aktif struktur pada kalang tertutup dengan menggunakan ATMD dan konsep kontrol 5
pasif dengan TMD. Sedangkan metode kontrol aktif yang dipaparkan adalah metode kontrol optimal. Bab IV, Metodologi Penelitian Menguraikan langkah-langkah analisis yang akan dilakukan secara khusus, baik untuk sistem tanpa kontrol, dengan sistem peredam massa pasif maupun sistem peredam massa aktif. Bab V, Studi Kasus dan Pembahasan Dalam bab ini studi kasus kontrol struktur pasif dan aktif dibahas secara khusus. Dan juga akan diuraikan hasil analisis dan pembahasan dari studi kasus tersebut juga perbandingan hasil analisis kontrol pasif, kontrol aktif, dan tanpa sistem kontrol. Bab VI, Penutup Kesimpulan hasil penelitian mengenai hasil analisis masing-masing sistem kontrol yang digunakan dan masukan untuk penelitian lebih lanjut. 6