Seismic devices pada umumnya dapat dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :

(1)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 PENGENALAN JENIS-JENIS SEISMIC DEVICE

Gempa merupakan salah satu beban yang dapat menyebabkan kerusakan pada struktur apalagi jika gedung tersebut bertingkat tinggi. Kini muncul beberapa upaya untuk mengatasi kerusakan-kerusakan yang terjadi pada struktur akibat gempa dan sebagainya dengan memberikan cara 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, energi 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.

Hal ini diterapkan dikarenakan bertambahnya jumlah penduduk yang sangat pesat tidak sebanding dengan lahan untuk tinggal yang tersedia sehingga sangat diperlukannya gedung-gedung bertingkat tinggi

Seismic devices pada umumnya dapat dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :

1. Actived seismic device

2. Passived seismic device

3. Based Isolator device

Actived seismic device bekerja pada saat gempa terjadi dengan cara menerima data getaran dari sensor yang dipasang disekeliling struktur, melalui komputer data tersebut digunakan untuk mengatur besarnya gaya gempa yang dibutuhkan untuk melawan gaya gempa yang terjadi sesuai dengan input gempa ke bangunan, namun actived seismic device memerlukan perawatan yang lumayan mahal

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

(2)

menjadi 2 jenis, yaitu yang bersifat isolasi dan yang bersifat dissipasi energy. Jenis yang pertama disebut seismic Isolator dan yang kedua disebut Damper , salah satunya seperti Metallic Yeilding Damper

Base isolator device terbuat dari bantalan karet , bantalan karet ini tergolong murah, dan bukan merupakan alat berteknlogi tinggi.Bantalan yang digunakan untuk melindungi gempa bumi dibuat dari kombinasil empengan karet alam dan lempeng baja. Bantalan tersebut dipasang disetiap kolom yaitudiantara pondasi dan bangunan. Karet alam berfungsi untuk mengurangi getaran akibatgempa bumi sedangkan lempeng baja digunakan untuk menambah kekakuan bantalan karet sehingga penurunan bangunan saat bertumpu diatas bantalan karet tidak besar.

Seismic device yang umum digunakan adalah Passived seismic deviceshal ini dikarenakan metode tersebut lebih praktis diterapkan dan biaya yang lebih murah jika dibandingkan dengan Actived seismic device.Seimic device ini dibagi menjadi beberapa sesuai dengan cara pemasangannya yaitu friction damper,metallic damper,viscoelastic damper,viscous damper

(3)

Gambar 2.1 Desain konvensional bangunan sturktur bangunan tahan gempa

(a) (b) (c)

Gambar 2.2 Sistem control pasif (a) base isolation (b) alat peredam energy (c) peredam getaran dinamis (sumber :Moreschi, Luis M. 2000.Seismic Design of Dissipation Systems for Optimal Structural

(4)

2.2 FRICTION DAMPER

Friction damper sesuai dengan namanya adalah alat yang bekerja dengan cara gesekan dimana pada saat gempa terjadi energi gempa dissipasi dengan cara gesekan antara 2 buah benda padat seperti gambar 2.3 .Alat ini tidak sensitif terhadap suhu dan memiliki performa yang bagus dalam penggunaannya

Gambar 2.3 Sumitomo friction damper

(sumber : Aiken et al., 1992.Passive Energy Dissipation Device for Seismic Applications. Hal : 14)

Karakteristik friction damper dengan metallic yielding damper sama tetapi memiliki perbedaan masing masing dalam mendissipasi energy.Friction damper dikontrol dengan slip load sedangkan metallic yielding damper dikontrol dengan yield load atau gaya leleh

Dalam mendesain friction damper ini terdapat beberapa masalah dalam optimasi structural maka kemudian digunakan sebuah model kontinu Bouc-Wen untuk mencirikan sebuah perilaku histeris dari friction damper tersebut.Indeks performa yang bervariasi juga dapat diterapkan untuk mendapatkan peningkatan dalam performa friction damper. Pemasangan friction damper ini disambungkan terhadap komponen struktur utama dengan menggunakan bracing

(5)

Gambar 2.4 Perilaku ideal histerik dari friction damper(a) friction device pada kekauan bracing, (b) friction device dilengkapi dengan flexible support

(6)

Gambar 2.5 kurva histeriktik yang dihasilkan oleh model Bouc-Wen dalam pembebanan sinusoidal untuk nilai frekuensi dan amplitude deformasi yang berbeda (a) bracing kaku (𝛾 = 0.9, 𝛽 = 0.1, 𝑛 = 25, 𝐻 = 1),(b) bracing fleksibel (𝛾 = 0.9, 𝛽 = 0.1, 𝑛 = 25, 𝐻 = 1)

(sumber :Moreschi, Luis M. 2000. Seismic Design of Energy Dissipation Systems for Optimal Structural Performance. Disertasi. Hal: 153)

(7)

Gambar 2.6 kemungkinan kombinasi dari parameter desain friction damper pada tingkatan yang berbeda (a) Distribusi seragam dari gaya Slip dan Rasio, (b)kekauan yang konstan dari beragam gaya Slip, (c) variasi gaya Slip dan Rasio

(sumber : Moreschi, Luis M. 2000. Seismic Design of Energy Dissipation Systems for Optimal Sturctural Performance. Disertasi, Hal : 154 )

2.3 METALLIC YEILDING DAMPER

Alat ini 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 kemudian suatu elemen struktur akan mengalami kelelehan sehingga suatu struktur akan tetap aman ketika gempa atau guncangan keras terjadi

Ada beberapa jenis metallic yielding damper yang telah diterapkan dalam berbagai literature namun the Bechtel’s AddedDamping and Stiffness (ADAS) and Triangular-plate

(8)

Added Damping and Stiffness (TADAS) lebih sesuai untuk bangunan yang telah ada maupun bangunan yang baru akan dibangun

Gambar 2.7 Jenis-jenis Metallic Yeilding device untuk bangunan stuktur (a) ADAS device , (b) TADAS device

(sumber : Moreschi, Luis M. 2000. Seismic Design of Energy Dissipation Systems for Optimal Sturctural Performance. Disertasi, Hal : 128).

(9)

Karena pelat logam yang memikul tegangan lentur di sepanjang bentangnya tersebut menyebabkan ketika tegangan mencapai tegangan leleh maka deformasi inelastic akan terjadi di hampir seluruh volume alat tersebut .Selama peembebanan siklik diberikan logam tersebut akan mengalami mekanisme histeristik dan deformasi inelastic yang dapat menyerap sejumlah energy dari getaran pada pelat tersebut. Pemasangan damper ini dihubungkan dengan sebuah bracing maka ketika gempa atau guncangan kuat terjadi kekuatan struktur akan bertambah dan mengurangi deformasi yang akan terjadi sehingga struktur akan lebih kuat

2.3.1 Model Analitis Metallic Yeilding Damper

Hubungan antara gaya dan perpindahan pada metallic yielding damper dalam suatu siklus pembebanan sering disederhanakan menjadi model multi-linier seperti trilinier, bilinier,dll.Pada penelitian ini,digunakan model bilinier untuk menentukan karakteristik desain damper.Kombinasi kekakuan antara sebuah damper yang dihubungkan dengan 2 buah bracing disebut device-braces stiffness( Kbd ).Karena damper dan bracing dihubungkan secara seri maka dapat digunakan persamaan :

Perhitungan kombinasi kekakuan damper dapat di hubungkan dengan dua nuah bracing yang disebut device braces stiffness oleh karena itu dapat digunakan persamaan sebagai berikut

𝐾_𝑏𝑑 = 11 𝑘𝑏+ 1 𝑘𝑑 = 𝑘𝑑 1+_𝐵1 𝐷 ⁄ (1)

Dimana , B/D adalah rasio dari kekakuan 2 buah bracing dan kekakuan damper 𝐵

𝐷 ⁄ = 𝑘𝑏

𝑘𝑑 (2)

Sehingga, kekakuan system struktur yang setara dengan frame tunggal dengan adanya damper sama dengan:

𝑘_𝑠 = 𝑘_𝑏𝑑+ 𝑘_𝑓 (3)

Dimana : 𝑘_𝑓 = kekakuan frame

Perbandingan lain terhadap kekakuan lateral struktur dengan device braces dapat didefinisikan sebagai SR ( Xia and Hanson, 1992 ) :

(10)

𝑆𝑅 = 𝑘𝑏𝑑

𝑘𝑓 (4)

Konsep dari metallic yielding damper memerlukan desain deformasi kelelehan (∆_𝑦𝑑) yang lebih rendah daripada deformasi kelelehan struktur ( ∆𝑓 ) sehingga tidak terjadi

kerusakan pada system struktur karena damper dapat menyerap energy saat device mengalami kelelehan terlebih dahulu . Gaya leleh daripada elemen yang mengalami kelelehan , disimbolkan sebagai Vy , dapat dirumuskan sebagai berikut :

𝑉𝑦= 𝑘𝑑∆𝑦𝑑 = 𝑘𝑏𝑑∆𝑦 (5)

Dimana: Δyd=deformasi dari damper Δy = deformasi device-braces

Dengan menstubtitusikan persamaan (1),(3),(4) ke persamaan (5) maka persamaan (5) dapat diganti dengan menggunakan parameter SR(stiffness Ratio) sebagai berikut :

𝑉_𝑦 = SR 𝑘_𝑓(1 + _𝐵1

𝐷

(11)

Gambar 2.8 (a)Bentuk pemasangan metallic yielding damper pada komponen struktur, (b) parameter kelelehan elemen bracing dan damper, (c) sifat kekakuan pada perangkat bracing

(12)

2.3.2 Perhitungan Sistem Terhadap Damper

Respon yang datang dari struktur diasumsikan sebagai struktur visco-elastis damper yang di estimasi dengan menggunakan metode analisa modal getaran acak. Pendekatan ini menunjukkan analisa yang efisien dari indeks performa dan gradient informasi yang didapatkan dengan prosedur yang dioptimalisasikan.Metode superposisi modal ini tidak lagi valid dalam melakukan analisa non-linier pada sistem sehingga respon dan indeks performa dari sistem harus didapatkan dengan melakukan analisa riwayat waktu dengan variable yang acak dari data gempa yang terjadi termasuk data aktual maupun simulasi gempa

Persamaan gerak pada bangunan geser sedikit dimodifikasi untuk memasang setiap alat penahan gempa yang diinstalasi pada setiap lantai dan dapat dituliskandengan

(7)

Jika gaya Pd(t) digunakan untuk memasukkan elemen damper d pada sturktur yang dikateristik oleh model Bouc-Wen,maka dapat dituliskan menjadi

Sdasad dasdasds (8)

(9)

Dimana : = Deformasi leleh dari pasangan damper dan bracing

= Kekakuan dari lantai dimana damper terpasang

Dengan kombinasi persamaan (7) dan (8) terhadap persamaan gerak (9) maka persamaan greak yang lengkap dari sistem struktur dapat dituliskan sebagai berilkut

(13)

Dalam pendekatan ini,persamaan (10) harus dituliskan kembali dalam bentuk persamaan integrasi orde pertama dan dalam bentuk ini persamaan dari sistem dapat diselesaikan dengan beberapa metode yang akurat dan efisien

Untuk persamaan (10),perilaku dari sistem dinamis ini ditunjukkan dalam bentuk perpindahan, kecepatan dan vector variable hysteretic sebagai berikut :

( (11)

Persamaan differensial orde pertama dari persaamaan sistem adalah :

( (12)

Dengan menggunakan persamaan (10),bentuk dari diferensial orde pertama dari sistem dapat didefinisikan secara eksplisit sebagai berikut :

(14)

Untuk instalasi alat yang diberikan,maka kuantitas dari respon bisa didapatkan dengan kombinasi linier dalam kondisi sistem sebagai berikut :

(14)

Diman : T adalah matrix transformasi dari dimensi yang tepat

2.4 Viscoelastic damper

Viscoelastic device dapat dibagi atas 2 jenis yaitu : 1. Fluid Viscoelastic Device

Damper ini umumnya digunakan pada pesawat luar angkasa dan kemiliteran dimana damper bekerja dengan menggunakan cairan liat sebagai alat peredam getara ataupun guncangan .Alat ini didesain untuk mendisipasi energi melalui pemanasan liat tetapi hampir tidak terpengaruh oleh perubahan temperatur yang terjadi pada saat gempa terjadi ataupun guncangan yang kuat oleh karena itu pemasangan didesain agar struktur tetap dalam kondisi elastis agar saat terjadi gempa maka perilaku struktur dapat disimpulkan berperilaku elastis linear pada saat mendesain struktur

Gambar 2.9 fluid viscoelastic devices aplikasi sistem sturktur penahan gempa

(15)

Pada aplikasi penggunaan fluid viscoelastic damper untuk sistem sttuktur penahan gempa digunakan metode trial and error .Penempatan dari damper dapat divariasikan dengan beberapa damper hingga mencapai damping ratio yang diinginkan.Cara lain untuk mengaplikasikan damper ini adalah dengan menentukan besaran reduksi terhadap respon struktur

Gambar 2.10 Model pergeseran struktur dengan viscoelastic damper

(16)

2. Solid Viscoelastic Device

Alat ini bergantung pada mekanisme deformasi akibat gaya geser dari material polimetrik untuk mendissipasi energi gempayang masuk kedalam stuktur pada saat gempa atau guncangan besar terjadi.Pemasangan alat ini berfungsi untuk memperkuat struktur secara keseluruhan disamping menambah kemampuan redaman atau damping ratio struktur

Perbedaan Solid viscoelastic device dan fluid viscoelastic device terdapat pada segi material yang digunakan untuk mendissipasi energi namun terdapat kesamaan pada karakteristik respon siklik terhadap beban yang bekerja.Respon daripada gaya perpindahan sangat bergantung pada gaya perpindahan sangat bergantung pada kecepatan relative diujung-ujung dari alat tersebut,frekuensi,amplitudo dan kondisi temperature yang bekerja mencakup meningkatnya temperature pada material viscoelastik yang disebabkan oleh beban siklik.Namun,dalam mendesain viscoelastic ini sangatlah umum jika diasumsikan perubahan temperatur yang terjadi sangatlah kecil dan alat ini memikul tingkat gaya regangan menengah sehingga karakteristik daripada gaya dan perpindahan pada alat ini ditunjukkan dengan model persamaan linier.

Gambar 2.11 Solid viscoelastic device untuk struktur penahan gempa

Jika diasumsikan desain solid viscoelastic damper adalah model linier sehingga sturktur yang didesain tetap dalam kondisi elastic dengan penambahan pemasangan solid viscoelastic device