TUGAS AKHIR
BIDANG PERANCANGAN DAN KONSTRUKSI MESIN
EVALUASI PENGGUNAAN ISOLATOR GETARAN DAN
PEREDAM GETARAN DINAMIK PASIF PADA STRUKTUR
BANGUNAN
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Pendidikan Tahap Sarjana
Oleh :
EGA ASYURA RIZFA
NBP. 07 171 088
JURUSAN TEKNIK MESIN
ABSTRACT
Vibration isolation technique on the basis of conventional methods are often used to reduce vibration transmission from the base structure to the main system. In the vibration isolation technique, the main systems are not directly connected rigidly to base but it connected to the base using flexible support. By using this technique, the vibration transmission from the base to the main system due to a disturbance in the base can be minimized.
Vibration isolation technique is effectively adequate to be used when the disturbance frequency are far enough from the natural frequencies of the system. If the disturbance frequency close to the natural frequency, the performance of vibration isolation techniques will be reduced. This condition will increase the vibration level at resonance condition. Systems with small damping such as building structures could be collapse in this situation. To solve this problem, it is needed to construct a mechanism that can increase the damping of the system by using a dynamic vibration absorber.
This reseach is aimed to the system response evaluate by using vibration isolation and a passive dynamic vibration on the multi-storey buildings structure due to earthquake loads. By using these two components of this vibration dampers, the reduction of vibration level could be improved. Furthermore by using this technique the vibration energy absorbed by the structure and the bending moment at base during the earthquake can be significantly reduced.
DAFTAR ISI
Halaman SARI
ABSRACT
KATA PENGANTAR i
DAFTAR ISI ii
DAFTAR GAMBAR iv
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR SIMBOL viii
1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Tujuan dan Manfaat 3
1.4 Sistematika Penulisan 4
2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Getaran 5
2.1.1 Getaran Bebas tanpa Redaman 5
2.1.2 Getaran Bebas dengan Redaman 6
2.1.3 Getaran Paksa dengan Redaman 8
2.2 Pengendalian Getaran 9
2.2.1 Metode Pengendalian getaran 10
2.2.2 Dynamic Vibration Absorber 11
2.3 Model Teoritik Peredam Getaran Dynamic 13
iii 2.3.2 Model Analitik Getaran Bangunan dengan Peredam Dinamik 23
3 METODOLOGI
4 PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pembahasan 30
4.1.1 Pengujian efektifitas isolator getaran pada struktur bangunan 30
4.1.2 Pengujian efektifitas peredam dinamik pasif pada struktur
Bangunan 38
4.2 Perbandingan Hasil Eksperimen dan Teoritik 43
5 PENUTUP
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A Gambar teknik
1
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Gempa merupakan gejala alam yang tidak bisa diprediksi oleh manusia. Kondisi
ini menyebabkan perlunya dilakukan upaya-upaya persiapan bagi masyarakat
maupun infrastruktur lainnya sehingga kerugian yang timbul akibat gempa bisa
dikurangi. Pada daerah rawan gempa, struktur bangunan yang dibuat harus
mampu mengurangi efek gempa yang sewaktu-waktu bisa muncul.
Pada daerah kritis gempa, penggunaan sistem isolasi getaran pada landasan
bangunan telah menjadi pertimbangan para ahli sebagai salah satu cara untuk
mengurangi pengaruh dari gempa pada bangunan. Dewasa ini, telah
dikembangkan beberapa jenis isolasai getaran baik aktif maupun pasif untuk
mengurangi efek beban gempa pada struktur bangunan [1]. Isolator komposit
karet-baja, sistem pendulum gesekan, mekanisme tendon aktif, sistem rolling dan
sliding, tune mass damper dan liquid absorber merupakan beberapa sistem
peredam getaran yang banyak digunakan [2] s/d [8].
Perlindungan struktur bangunan bertingkat dari beban gempa telah menjadi topik
penelitian para ahli selama beberapa tahun belakangan ini. Youssef, Nuttali,
rahman dan Hata [8] telah melakukan analisis penggunaan isolasi bantalan karet
dan penambahan peredam pada lantai atas bangunan terhadap respon gedung city
hall kota Los Angeles yang mempunyai 32 lantai dan terbuat dari rangka baja
setinggi 458 feet. Hasil yang diperoleh dengan pemberian gempa El Centro
menunjukkan bahwa percepatan maksimum dapat dikurangi tiga kali lipat.
Pengendalian getaran bangunan bertingkat menengah menggunakan pengendali
aktif dan pasif akibat beban gempa yang telah diinvestigasi oleh Shing dan Dixon.
Sebuah sistem peredam aktif yang terletak antara lantai dan masa peredam hibrid
yang terletak di lantai paling atas digunakan sebagai peralatan pengendali untuk
rangka baja sepuluh lantai. Hasil pengujian menunjukkan bahwa perpindahan
maksimum akibat gempa El Centro berkurang cukup signifikan. Pada tugas akhir
ini, diusulkan suatu sistem peredam getaran pada struktur bangunan bertingkat
Pendahuluan
2 getaran yang akan digunakan dalam tugas akhir ini diadopsi dari prinsip tumpuan
fleksibel sedangkan peredam getaran dinamik yang diusulkan merupakan jenis
peredam getaran dinamik pasif.
1.2Rumusan Masalah
Gempa adalah fenomena alam yang ditunjukkan oleh adanya getaran pada
permukaan bumi akibat adanya proses vulkanik atau tektonik di bawah
permukaan bumi. Getaran yang timbul selama terjadinya gempa ini bekerja dalam
arah vertikal, horizontal atau kombinasi kedua arah tersebut. Pada kasus dimana
skala dari gempa cukup kecil, getaran gempa diteruskan ke bangunan dimana
efeknya dalam bentuk guncangan yang tidak merusak bangunan. Akan tetapi,
pada skala yang lebih besar, efek gempa ini dapat menimbulkan kerusakan bahkan
dapat merubuhkan bangunan.
Teknik isolasi getaran merupakan metode konvensional yang banyak digunakan
untuk mengurangi efek gempa pada bangunan. Pada struktur bangunan yang
menggunakan isolasi getaran, landasan bangunan tersebut dibuat fleksibel
sehingga memiliki frekuensi pribadi yang sangat rendah. Apabila struktur tersebut
diganggu oleh gempa dengan frekuensi getaran yang tidak pada frekuensi
pribadinya maka getaran gempa yang diteruskan ke bangunan cukup kecil. Akan
tetapi, jika frekuensi gempa berada di dekat salah satu frekuensi pribadi struktur
bangunan, struktur akan bergetar dengan amplitudo yang makin lama makin
membesar. Kondisi ini dikenal dengan peristiwa resonansi dan hanya terjadi pada
struktur yang secara teoritik tidak memiliki peredam. Untuk menghindari getaran
yang berlebih selama resonansi, pada struktur ditambahkan suatu peredam. Salah
satu metode efektif dalam menambahkan redaman pada struktur bangunan adalah
dengan menggunakan peredam dinamik.
Pada Gambar 1.1 diperlihatkan skema dua buah struktur bangunan tanpa dan
dengan peredam dinamik. Struktur bangunan ini diganggu pada frekuensi
pribadinya(
ω ω
= n). Pada struktur bangunan tanpa peredam dinamik seperti yangditunjukkan pada gambar 1.1a, getaran akibat beban gempa menyebabkan momen
dinamik yang sangat besar pada pondasi bangunan. Kondisi ini dapat merusak
Pendahuluan
3 bangunan menggunakan peredam dinamik seperti terlihat pada Gambar 1.1b,
Getaran pada landasan bangunan diteruskan ke peredam sehingga tidak
menyebabkan momen bending pada pondasi.
Gambar 1.1 (a) Akibat momen bending pada struktur bangunan. (b) Struktur bangunan dengan peredam dinamik.
Pada tugas akhir ini diajukan teknik peredam getaran dengan menggunakan
isolator getaran dan peredam getaran dinamik pasif. Efektifitas kedua teknik ini
dalam mengurangi getaran pada struktur bangunan akan dievaluasi secara
eksperimental.
1.3Tujuan dan Manfaat
Adapun Tujuan penelitian dalam Tugas Akhir “Evaluasi Penggunaan Isolator
Getaran dan Peredam Dinamik Pasif pada Struktur Bangunan” adalah sebagai
berikut :
1. Mengetahui Rancangan dan pembuatan model struktur bangunan, isolator
getaran dan peredam dinamik pasif
2. Membandingkan respon getaran struktur yang diperoleh dengan
penggunaan isolator getaran dan tanpa isolator getaran
3. Membandingkan hasil respon getaran struktur yang diperoleh dengan
penggunaan peredam dinamik pasif dan tanpa penggunaan peredam
dinamik pasif
4. Membandingkan hasil yang diperoleh secara eksperimental dan secara
Pendahuluan
4 Sedangkan manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian pada Tugas Akhir ini
adalah mendapatkan hasil rancangan dan model eksperimen peredam dinamik
pada struktur bangunan.
1.4Sistematika Penulisan
Penelitian ini disusun atas 5 BAB dengan pembahasannya masing-masing. Pada
BAB I dibicarakan tentang latar belakang, tujuan dan manfaat penelitian, batasan
pembahasan, dan sistematika penulisan. Selanjutnya pada BAB II dikemukakan
tentang teori getaran dan teknik peredam getaran menggunakan dynamic vibration
absorbers (DVA). BAB III berisikan tentang perancangan peredam getaran
dinamik dan analisis pengendalian getaran pada struktur bangunan dengan
menggunakan peredam getaran dinamik. Selanjutnya pada BAB IV dibahas
mengenai hasil respon getaran diperoleh dengan pengunaan peredam dan tanpa
peredam baik secara teoritik maupun eksperimental. Bagian akhir dari tulisan ini
ditempatkan pada BAB V berisikan kesimpulan dari penelitian yang telah
