BAB IV APLIKASI BAMBU sebagai
B. PENGEMBANGAN DESAIN COTTAGE BERDASARKAN GEMPA
1. Konsep Desain
Pada saat t erj adi gempa suat u st rukt ur akan mengal ami gerakan gempa yang mengaki bat kan perpindahan kecepat an dan percepat an t anah kepada st rukt ur. Maka dari it u di but uhkan suat u perencanaan yang dapat mengant i sipasi respon gempa. Sepert i yang sudah diket ahui, bil a suat u benda dengan masa m (kg. dt ² / cm) mengal ami percepat an a (cm/ dt ² ), gaya inersi a at au gaya gempa F dapat di rumuskan:
F = m x a (kg)
Dari persamaaan di at as dapat diket ahui bil a masa suat u st rukt ur (m) dan percepat an (a) besar maka gaya inersia yang dit imbul kan j uga menj adi besar. Maka cara unt uk memperkecil gaya gempa adal ah dengan memperkecil masa (m) dan memperkecil percepat an (a).
2. Konsep Konfigurasi Bangunan
Unt uk memenuhi t unt ut an f ungsi maka denah cot t age yang dihasil kan memil iki bent uk banyak sudut . Bent uk demikian cenderung mengal ami gaya t orsi besar yang dapat merusak st rukt ur bangunan. Kerusakan umumnya t erj adi pada bagian sudut . Masing-masing sayap (t onj ol an) dari suat u bangunan akan mempunyai kuat punt ir sendiri-sendiri. Mengapa denah t ersebut t idak dikehendaki dal am desain gempa, adal ah dengan memandang denah t ersebut ke dal am l ima bagian t erpi sah (masing-masing si si). Set i ap bagian cenderung berget ar sesuai percepat an yang di t erima masing-masing. Karena masi ng-masing bagian mempunyai kekakuan yang berbeda maka wakt u get arnya pun berbeda. Kondisi demikian akan mengakibat kan ket i dakserasian def l eksi pada pert emuan bagian sudut , sehingga pada l okasi t er sebut akan t erj adi kerusakan.
(Gb 1. ef ek gempa pada denah cot t age)
(Gb 2. Cot t age yang t er kena gaya gempa)
Unt uk t et ap mengkondi sikan denah simet ri maka bangunan di desain dengan menggunakan st rukt ur int i rangka kaku dengan kant il ever. St rukt ur i nt i sebagai penahan kant il ever berupa buj ur sangkar.
(Gb 3. anal i si s denah cot t age dengan st r ukt ur int i)
3. Konsep St rukt ur
Sebagai al t ernat i f penyel esai an st rukt ur berdasarakan f akt or gempa maka harus di perhat i kan f akt or-f akt or penent u dal am pemilihan sist em st rukt ur yang di gunakan, yait u:
§ Beban yang dipikul
Beban ut ama yang di pikul dal am desai n ini adal ah beban l at eral berupa beban gempa.
Bahan konst ruksi yang digunakan adal ah bambu yang mempunyai kuat t arik dan l ent ur t i nggi.
§ Aksi st rukt ur yang mengarahkan gaya-gaya beban mel al ui komponen st rukt ur ke t anah.
Dengan pert imbangan ket iga unsur diat as maka dipil ih st rukt ur i nt i rangka kaku. Rangka kaku bereaksi t erhadap beban l at eral , t erut ama mel al ui l ent ur bal ok dan kol om. Peril aku demikian berakibat ayunan/ simpangan l at eral yang besar pada ket i nggian t ert ent u. Akan t et api bil a dil engkapi dengan st rukt ur i nt i , ket ahanan l at er al bangunan akan sangat meningkat karena adanya int eraksi int i dan rangka.
(Gbr 4. St r ukt ur i nt i r angka kaku)
Met ode yang digunakan unt uk menj amin kest abil an st rukt ur adal ah dengan merubah hubungan ant ar el emen st rukt ur sedemiki an rupa sehingga perubahan sudut yang t er j adi konst an unt uk beberapa kondisi pembebanan. Sehi ngga sel uruh sambungan yang t er j adi adal ah sambungan kaku.
4. Respon Terhadap Perilaku St rukt ur
Sebagai respon t erhadap peri l aku st rukt ur maka st rukt ur didesain: a. St rukt ur bagi an bawah (pondasi) berpril aku el ast i s.
Pondasi adal ah bagian dari st rukt ur bangunan bert ugas meneruskan beban-beban dari semua unsur bangunan yang dipikul nya ke t anah. Disampi ng it u karena pondasi adal ah t it i k singgung ant ara bangunan dan t anah, maka pondasi j ugal ah yang menerima gaya gempa secara l angsung. Gaya gempa menyerang bangunan dengan menggoyang pondasi bol ak-balik. Respon get aran ini merupakan upaya st rukt ur unt uk mempert ahankan diri dari get aran dengan cara mengi kut i arah get aran.
Runt uhnya sebuah st rukt ur bangunan bisa disebabkan kar ena put usnya pondasi, mengingat f ungsi pondasi sendi ri sebagai penyal ur beban, maka
beban yang di t erima st rukt ur t i dak dapat didist ri busikan ket anah, sehingga beban-beban t er sebut akan t erdi st ribusi ke st r ukt ur l ain. Apabil a hal ini t erj adi secara t erus- menerus maka el emen st rukt ur l ain akan mengal ami t it ik krit is t ert ent u yang akhirnya akan menyebabkan put us/ rusaknya el emen l ain (kol om dan bal ok).
Pada kasus ini j i ka pondasi t erus-menerus menerima gaya gempa maka sangat l ah mungkin bil a bagian ini akan rusak. Apabi l a pondasi t idak didesain dengan kuat maka ket ahanannya t erhadap gempa menj adi rendah. Unt uk merespon gaya gempa yang dat ang secara random, maka pondasi harus didesain berpril aku el ast is agar f leksi bel saat menerima gaya gempa.
(Gb 5. Respon pondasi t er hadap gempa )
Pada desai n ant i gempa sebaiknya menghindari j enis pondasi yang besar, l uas, dan panj ang secara kont inu. Lebih baik dipil ih pondasi t it i k/ garis-garis pendek yang l epas sat u dan yang l ain. Karena pondasi t it ik l ebih dapat dikont rol pergeserannya. Jeni s pondasi yang dipiil ih adal ah pondasi t iang pancang.
Pondasi menggunakan 9 t iang dengan di amet er masi ng-masing 10 cm. Luas penanpang yang kecil akan mempersempit l uas permukaan pondasi yang t erkena beban gempa. Unt uk meningkat kan pondasi secara kesel uruhan di gunakan 9 t iang agar penyebaran gaya ke t anah l ebih merat a.
Reaksi pondasi t iang pancang saat t erkena gempa menyebabkan t unt ut an kemampuan t iang pancang unt uk memil iki dakt il it as t ert ent u sehingga mampu menerima beban gempa t anpa menyebabkan ker unt uhan t iang. Maka dari it u baj a di pilih sebagai bahan pondasi karena baj a mempunyai kuat l ent ur yang sangat t inggi yang mencapai 2940 kg/ cm² . Dal am mengat ur l et ak t iang hendaknya diperhit ungkan sehi ngga masing-masing t iang menerima beban sama. Jarak t iang yang l azim digunakan adal ah 2, 5 kali at au 3 kali diamet er t iang.
(Gb 6. Pondasi Ti ang Pancang)
Agar st rukt ur bawah berpri l aku el ast is maka dipasang suat u al at sebagai base i sol at i on (isol asi dasar)
Ø BASE ISOLATION SYSTEM
i. Latar belakang
St rukt ur bangunan biasanya di rancang memiliki dakt il it as t ert ent u sehingga st rukt ur akan l el eh secara t erkendal i saat kekuat an el ast isnya t erl ampaui dengan membent uk sendi -sendi pl ast i s di t empat yang t el ah di perkirakan sebel umnya. Teknol ogi base i sol at i on diharapkan bisa menggant ikan peranan sendi -sendi pl ast is dan mengkonsent rasi kan pada bagian bawah bangunan yai t u pada f i xed base yang merupakan pert emuan ant ara t anah dan st rukt ur bagian at as.
Cara kerj a sist em isol asi dasar ini adal ah sepert i mengangkat bangunan seol ah-ol ah bangunan t erpi sah dari t anah sehi ngga diharapkan kerusakan st rukt ur bangunan dapat diminimal kan. Bisa dipast ikan bahwa isol asi dasar dapat mengurangi simpangan gedung, memper panj ang wakt u get ar al ami gedung, dan j uga dapat meredam at au mengurangi get aran yang masuk ke st rukt ur.
Nampaknya apl ikasi sist em isol asi dasar sebagai suat u al t ernat if dal am perencanaan seismi k akan semakin dinikmat i di masa-masa yang akan dat ang , seiring dengan semakin t ersedi anya berbagai j enis al at peredam gempa yang semakin prakt is dan dengan harag yang rel at if semakin murah.
(Gb 7. Si st em Base Isol at i on) ii. Tinjauan Pustaka (Landasan Teori)
Sist em isol asi dasar (based i sol at i on syst em) adal ah cara mengisol asi bangunan dengan menggunakan mat erial t ert ent u. (BPPP, 1997)
Sist em el ast omer i c bear i ng yang dil et akkan ant ara dasar st r ukt ur dan pondasi ini memiliki kekakuan horisont al yang rendah dan berf ungsi seol ah-ol ah memi sahkan bangunan dari t anah sehingga t erj adi pergerakan t anah aki bat gempa bumi, diharapkan st rukt ur at as t et ap aman. (James M. Kell y, 1997)
Sist em isol asi memperkenal kan l api san-l apisan isol asi yang akan membuat st rukt ur mempunyai wakt u get ar al ami yang l ebi h panj ang j ika di bandi ngkan dengan wakt u get ar al ami st rukt ur f i xed based. Perpanj angan wakt u get ar al ami i ni akan mengurangi percepat an t anah horisont al aki bat gempa bumi yang menginduksi gaya ke dal am st rukt ur. (Anil K. Chopra, 1995)
Kekakuan vert i kal pada isol asi karet diperl ukan unt uk menopang berat bangunan di at asnya sedangkan kel ent uran horisont al di perl ukan unt uk mengubah goncangan horisont al dari gempa bumi menj adi gerakan t er kendali. (James M. Kel l y, 1997)
Beban akibat goncangan gempa adal ah suat u beban yang uni k. Beban gempa berupa percepat an t anah. Beban gempa adal ah beban dinamis yang berubah dengan cepat dal am periode wakt u yang pendek, dapat di ar t ikan beban gempa bekerj a secara simult an vert ikal maupun hori sont al bahkan beban gempa dapat berupa punt iran. (Hu, Liu, dan Dong, 1996, dal am Prosiding UII, 2003)
iii. Manfaat Base Isolation
Manf aat digunakan i sol asi dasar pada bangunan adal ah: · Memperpanj ang wakt u get ar st rukt ur.
· Memperkecil simpangan ant ar t i ngkat . · Memperkecil perpindahan horisont al. · Mereduksi gaya l at eral akibat gempa.
· Memperkecil kerusakan st rukt ur dan non st rukt ur. · Meni ngkat kan keamanan dan kesel amat an penghuni. iv. Apilkasi Base Isolation Pada Bangunan
Wakt u get ar al ami st rukt ur dengan isol asi dasar akan j auh l ebih besar pada mode pert ama, bahkan pada mode kedua bisa di abaikan. Pada mode l ebih t inggi isol asi dasar akan memberikan ef ek yang t idak t erl al u besar, bahkan bent uk mode shape akan mendekat i bent uk mode shape st rukt ur f ixed base. Pada mode t ert inggi isol asi dasar akan berf ungsi sama sepert i f i xed base. (Anil K. Chopra, 1995)
Get aran/ gaya gempa yang menyerang bangunan dari arah hori sont al akan di respon ol eh st rukt ur bawah (pondasi). Isol at or gempa (al at peredam gempa) yang di pasang ant ara kol om dan pondasi adal ah al at yang berf ungsi unt uk meredam get aran gempa dengan cara menyerap sebagian energi yang di t erima. Pri nsi p dasar dari al at ini adal ah memasukkan get aran pada dasar st rukt ur hori sont al sehingga energi nya menj adi l ebi h kecil. Karena get aran t el ah t eredam maka percepat an berkurang, wakt u get ar menj adi l ebih panj ang dan f rekuensi get aran menj adi l ebi h kecil. Apabil a percepat an (a) kecil maka gaya gempa yang t erj adi j uga kecil (F=mxa). Sist em ini memil iki kekakuan hori sont al yang rendah dan berf ungsi seol ah-ol ah memisahkan bangunan dari t anah akibat gempa (James M Kell y, 1997). Perbedaan respon st rukt ur yang menggunakan isol asi dan yang t idak adal ah sebagai beri kut :
· Bil a hubungan pada pondasi dan kol om dibuat j epit maka akan t erj adi simpangan/ goyangan pada st rukt ur yang berbahaya karena mampu merunt uhkan st rukt ur t ersebut . Hal ini disebabkan karena masing-masing el emen st rukt ur bergoyang sendiri-sendiri dengan percepat an yang t inggi. Pada hubungan j epit si mpangan t ersebut t idak dapat di perkirakan karena arahnya karena get aran bergerak secara random.
· Sedangkan apabi l a hubungan ant ar a pondasi dan kol om diberi isol asi maka ar ah goyangan dapat diat ur karena simpangan t erj adi pada sat u kesat uan bangunan (sel uruh bangunan ikut bergoyang/ bergeser dal am arah yang sama).
Bangunan t anpa i sol asi Bangunan dengan i sol asi (Gb. 8 Per bedaan r espon/ per i l aku bangunan)
Dari gambar diat as dapat di ket ahui bagaimana peril aku bangunan dengan isol asi maupun yang t idak. Perbedaan peri l aku bangunan yang menggunakan isol asi adal ah simpangan yang t erj adi saat gempa l ebih pendek dibandingkan bangunan t anpa isol asi. Adanya simpangan yang panj ang pada bangunan t ent unya t idak dikehendaki baik secara st rukt ural maupun secara non st rukt ural . Simpangan yang panj ang pada bangunan dapat menyebabkan kerusakan st rukt ur dan non st rukt ural sert a ket idaknyamanan psil kol ogis bagi penghuninya. Dengan adanya isolat or di harapkan st rukt ur mempunyai kekakuan pada arah vert ikal dan kel ent uran pada arah horisont al. Kekakuan vert ikal digunakan unt uk menopang berat bangunan diat asnya sedangkan kel ent uran horisont al digunakan unt uk mengubah goncangan arah l at eral menj adi gerakan yang t erkendal i sehingga bangunan l ebih aman.
Sebagai al at peredam di pil ih karet karena karet merupakan bahan yang mempunyai kapasit as menyimpan energi yang sangat besar. Lapisan-l api san karet memberikan suat u f rekuensi dasar yang Lapisan-l ebih rendah biLapisan-l a di bandi ngkan dengan bangunan t anpa isol asi. Secara ot omat is i sol at or akan
memperpanj ang wakt u get ar al ami st rukt ur, mengurangi percepat an dan gaya gempa.
Persamaan dibawah menunj ukkan perbedaan f rekuensi st rukt ur dengan isol asi dan t idak:
T = 2π , ω = k
ω m
T = 2π , ω = k
ω m + m
Dimana T , m , ω , dan k bert urut -t urut adal ah wakt u get ar al ami isol at or, f rekuensi i sol at or, masa dan kekakuan isol at or dasar. Dari persamaan t ersebut dapat dil ihat bahwa f rekuensi al ami st rukt ur dengan isol asi dasar l ebi h rendah.
Isol asi dasar yang digunakan dal am desai n ini adal ah Laminat ed Rubber Lead Cont aining Bearing (Lead Rubber Bearing – LRB). Pada r edaman ini dipasang t imah hit am (l ead) pada sumbu bant al an karet , bagi an at as dan bawah diber i pl at baj a. Sel ain berf ungsi sebagai pengaku i sol asi , t imah hi t am j uga berf unsi menyerap energi gempa.
Unt uk membukt i kan desai n cot t age ini t ahan gempa at au t i dak, maka perl u analisa mengggunakan program SAP 2000. Sel ain unt uk menget ahui ket ahanan gempanya analisa SAP 2000 ini j uga berguna unt uk membandingkan dat a ant ara st rukt ur yang memakai rubber sebagai base i sol at i on dengan st rukt ur yang t idak menggunakan base i sol at i on. Anal isa t ersebut dil akukan unt uk menget ahui: pol a kerunt uhan, displ acement , periode get ar, dist ri busi momen, dist ribusi gaya l int ang, dan dist ri busi gaya aksi al . Sel anj ut nya dari anal isa t ersebut digunakan unt uk mencari sol usi masal ah st rukt ur yang t erj adi.
Tabel 5 Perbandingan frekuensi dan periode struktur dengan isolasi dasar (rubber) dan struktur tanpa isolasi
Periode (detik) Frekuensi (siklus/dt) Mode
Fixe base Isolation Fixe
base Isolation 1 1,458280 53,890341 0,685740 0,018556 2 1,440444 48,481460 0,694230 0,020626 3 1,420242 40,672795 0,704105 0,024568 4 1,1197586 39,771564 0,835013 0,025144 5 1,154094 27,563678 0,866481 0,036280 6 1,098872 23,680718 0,910024 0,042228 7 1,072985 23,355993 0,931979 0,042816 8 0,980815 23,342636 1,019467 0,042840 9 0,945575 23,035653 1,057558 0,043411 10 0,936504 21,895968 1,067801 0,045671 11 0,920975 21,862375 1,085806 0,045741 12 0,869219 15,805483 1,150457 0.063269
Gambar di bawah menunj ukkan perbandi ngan momen, gaya l int ang, gaya aksial , ant ara st rukt ur t anpa isol asi dasar dengan st rukt ur berisol asi dasar
Dari gambar di at as dapat disimpul kan bahwa el emen i sol asi dasar sangat ef ekt if sekal i dal am meredam energi gempa. Momen dan gaya dal am yang t erj adi hanya t erj adi pada
bagian bawah st rukt ur. St rukt ur t anpa rubber memil iki perpindahan (di spl acement ) kecil , sehingga gaya gempa merambat naik ke at as (st rukt ur). Sedangkan st rukt ur dengan isol asi t er j adi perpindahan (displ acement ) percepat an
berkurang bahkan bisa 0 sehi ngga sedikit sekali gaya yang merambat ke at as , sehingga momennya pun kecil .
Di samping it u hasil analisa dapat disimpul kan bahwa el emen base isol at ion sangat ef ekt if dal am meredam energi gempa, momen dan gaya. Meskipun demikian masih t erdapat momen pada bagian bawah st rukt ur (j oint kol om dan rubber) yang rel at i f kecil. Unt uk mengant isipasinya perl u dit ambah st rukt ur pengaku berupa pengikat bet on. Sel ai n it u pengikat bet on j uga berf ungsi sebagai konekt or ant ara kol om bambu dan pl at besi bagian at as rubber sebagai base isol at ion.
(Gb 8. Pengi kat bet on)
(Gb 10. Pol a ker unt uhan st r ukt ur dengan r ubber )
Gambar pol a kerunt uhan st rukt ur dengan rubber, t ernyat a bal ok masih t erdapat l ent uran ke bawah, sehingga perlu st rukt ur kabel unt uk menarik bal ok t er sebut keat as.
(Gb 11. Kabel unt uk menar i k kant i l ever )
Adanya beban yang di t erima ol eh bal ok kant ilever a-b maka akan t erj adi kemungkinan kant il ever mel ent ur ke arah bawah sepanj ang b b’ . Unt uk mel awan l ent uran bal ok ke arah b’ maka harus dil awan dengan gaya t ari k ke at as. Kabel dipili h sebagi penari k bal ok a-b. Sehingga t it ik b’ berimpit dengan t it ik b.
b. St rukt ur bagi an at as t anah dirancang kaku
St rukt ur at as dibuat kaku agar t idak t erpengaruh ol eh st rukt ur dibawahnya. St rukt ur rangka kaku t erbuat dari kol om dan bal ok yang di sambung secara kaku sat u sama l ain sehingga mampu mel awan momen. Bal ok disambung j epit dengan kol om yang menerus Kekakuan bangunan ol eh bat ang secara mener us di perl ukan unt uk menahan gaya l at er al . Rangka kaku akan berubah bent uk apabi la di bebani l at eral sepert i pada gambar di bawah.
(Gb 12. Rangka kaku yang t er kena beban l at er al ) § Pengkakuan vert ikal
Sal ah sat u cara unt uk mengkakukan el emen vert ikal adal ah dengan menambahkan bracing (pengekang). Unt uk mengurangi panj ang kol om dan meningkat kan kapasit as pi kul beban, kol om dikekang pada sat u / l ebih pada panj angnya. Pengekang (braci ng) ini dapat merupakan bagi an dar i rangka st rukt ur at au mempunyai f ungsi l ain. Pada gambar dibawah ef ek pengakuan l at eral t erhadap t ekuk kol om dapat mengubah ragam t ekuk dan panj ang ef ekt i f kol om t ersebut . Bangunan dirancang t i ga l ant ai, sehi ngga memerl ukan kol om yang panj ang. Unt uk mengurangi panj ang kol om dan meningkat kan kapasi t as pikul beban, kol om di kekang pada sat u / l ebih pada panj angnya. Pengekang (bracing) ini dapat merupakan bagian dari rangka st rukt ur at au mempunyai f ungsi l ain. Pada kasus ini bal ok yang j uga berf ungsi sebagai l ant ai digunakan sebagai pengekang. Sel ain it u adanya braci ng ant ar kol om j uga menambah kekakuan st rukt ut vert i kal.
Bambu yang berf ungsi sebagai kol om harus diperhat ikan cara konst ruksi nya. Posi si bambu t idak bol eh t erbalik saat pemasangan, harus sama dengan posi si wakt u hi dupnya. Penyambungan bambu dil akukan set iap panj ang 6 m, pada posisi yang aman.
(Gb 13. Pengakuan Ver t ikal ) § Pengkakuan horisont al
Rangka l ant ai dapat dipandang sebagai bal ok hori sont al yang besar dan kaku yang meneruskan beban ke sist em rangka. Sel anj ut nya bidang ini meneruskan gaya ke pondasi. Bidang i ni memperkokoh st rukt ur vert ikal, karena rangka l ant ai meneruskan gaya gravit asi dan l at eral ke kol om dan di nding. Karena it u kekuat an di af ragma l ant ai harus dit i ngkat kan, pengakuan horisont al harus dit ambahkan dengan menggunakan bat ang-bat ang.