Rekayasa pada Struktur Dinding Geser Ganda, Sebuah Upaya dalam Meningkatkan Duktilitas Bangunan Gedung

(1)

TEMU ILMIAH IPLBI 2013

Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 | E - 19

Rekayasa pada “Struktur Dinding Geser Ganda”, Sebuah

Upaya dalam Meningkatkan Duktilitas Bangunan Gedung

Nasruddin

Lab. Struktur, Konstruksi, dan Bahan Bangunan, Prodi Arsitektur, Jurusan Arsitektur, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin

Abstrak

Paper ini fokus pada diskusi mengenai rekayasa pada struktur dinding geser ganda biasa sebagai sebuah upaya peningkatan duktilitas bangunan gedung. Peningkatan kemampuan bangunan untuk berayun sangat diperlukan ketika terjadi gempa bumi sebagai upaya membuat bangunan tetap berdiri sampai semua penghuninya berhasil menyelamatkan diri, sesuai dengan filosofi dari perencanaan bangunan tahan gempa. Struktur dinding geser ganda baru ini disebut Struktur Dinding Penyerap Energi (SDPE). SDPE ini tersusun atas dua dinding beton bertulang yang dihubungkan (dikopling) dengan beberapa balok baja profil IWF. Dinding beton bertulang tidak ditanam langsung ke pondasi atau ke balok girder seperti pada dinding geser ganda konvensional, akan tetapi melalui kolom beton pendek yang dibungkus dengan tabung baja persegi (TRC column). Sejumlah 4 spesimen tes (1 bentang 3 lantai) didesain, dikonstruksi, dan dites dengan parameter penelitian yang berbeda-beda. Adapun yang menjadi parameter penelitian adalah; ukuran, posisi, dan detail penulangan pada area pembenaman dari balok kopling. Spesimen tes diuji dengan sistem pembe-banan lateral siklik dengan tujuan untuk mengetahui mekanisme leleh dan respon siklik dari pada SDPE. Hasil penelitian menunjukkan bahwa SDPE berperilaku amat daktil pada saat pembebanan dan memiliki kapasitas penyerapan energi gempa yang cukup.

Kata-kunci : dinding geser ganda, rekayasa struktur, daktilitas, disipasi energi, pembebanan siklik

Pengantar

Sistem struktur dinding dimana panel-panel dinding dihubungkan atau dikopling satu sama lain dengan balok atau girder disebut struktur dinding geser ganda seperti yang terlihat pada Gambar 1(a). Pada sistem ini, balok kopling memiliki kapabilitas untuk mendisipasi energi

gempa diseluruh bagian dari bangunan jika didesain dengan baik. Pada beberapa kasus gempa bumi besar, eksitasi seismik bisa me-nyebabkan kerusakan pada balok kopling dan juga retak fleksural yang terjadi pada daerah sendi plastis pada bagian bawah dari panel dinding beton bertulang seperti yang terlihat

RC wall RC wall RC coupling girder Flexural crack in plastic hinges region Yielding of coupling girder

Gambar 1. Struktur dinding geser ganda biasa yang diusulkan oleh Paulay (1992)

(2)

Rekayasa pada “Struktur Dinding Geser Ganda”, Sebuah Upaya dalam Meningkatkan Duktilitas Bangunan Gedung

E - 20 | Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013

pada Gambar 1(b). Atas dasar pertimbangan bahwa mekanisme kerusakan seperti ini tidak perlu terjadi, maka pada paper ini diusulkanlah sebuah alternatif sistem struktur dinding geser ganda seperti yang terlihat pada Gambar 2., yang mampu memecahkan persoalan cacat bawaan pada mekanisme kerusakan seperti yang tersebut diatas. Selanjutnya, sistem din-ding geser ganda yang baru ini disebut dengan Struktur Dinding Penyerap Energi (SDPE). Seba-gaimana yang terlihat pada Gambar 3, perbedaan mendasar dari SDPE dan struktur dinding geser biasa terletak pada keberadaan celah horizontal yang terletak antara dinding panel dengan pondasi atau balok atap. Perbe-daan lain adalah baja IWF digunakan sebagai

balok kopling, yang didesain untuk mengem-bangkan aksi balok kopling untuk menahan sebagian besar dari momen guling yang

meng-induksi bangunan dan berperan sebagai perang-kat penyerap energi gempa (passive damper) dalam prinsip desain untuk kontrol kerusakan (damage control design). Kerusakan serius yang terjadi pada balok kopling baja tidak dapat dihindari, karena memang sengaja didesain un-tuk leleh dalam geser dalam upaya menyerap energi gempa yang besar.

Spesimen Tes

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menge-tahui mekanisme leleh dan respon siklik dari pa-da SDPE yang kolom pendeknya dikekang dengan tabung baja persegi yang kemudian disebut dengan kolom TRC (Tube Reinforced Concrete) (Tomii,1989). Empat spesimen tes, 1 bentang-3 lantai didesain, dikonstruksi, dan dites sebagai bagian (sub assemblage) dari model bangunan konstruksi beton 12 lantai. Spesimen tes di buat dalam skala 1/4 supaya sesuai dengan kapasitas dari fasilitas tes yang tersedia. SDPE terbuat dari dua panil dinding beton bertulang yang masing-masing dihu-bungkan dengan baja profil IWF sebagai balok kopling (coupling girder). Panel dinding beton bertulang ini: Plastic Hinge Coupling Steel Girder Couple Structural Wall Edge column Horizontal clearance

Gambar 2. Ide SDPE yang mampu memecahkan masalah “cacat bawaan” pada dinding geser biasa (a) Dinding geser biasa (AIJ, 1990) (b) SDPE (Dinding geser ganda)

Struktur Dinding Geser Ganda

Dinding Geser Ganda Biasa (Paulay 1992) SDPE

RC wall wall coupling girder B B

Tanpa celah horizontal 1

2 Balok kopling dari beton 1 2 B 1 2 Ada celah horizontal Balok kopling dari baja IWF 2

1

edge column

horizontal clearance

Gambar 3. Perbedaan antara dinding geser

(3)

Nasruddin

Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 | E - 21 tidak ditan amkan lan gs u n g ke po n dasi

sebagaimana pada struktur dinding geser biasa, akan tetapi dihubungkan melalui kolom pendek yang terletak ditepi luar dari panel. Kolom pendek ini dikekang dengan tabung baja persegi (kolom TRC) untuk meningkatkan kuat tekan beton dan mencegah terjadinya punching shear. (JBDPA, 2001). Hanya pada kedua kolom pendek

yang ditanamkan ke pondasi diharapkan mentransfer semua gaya geser yang bekerja pada dinding panel. Tinggi dari kolom TRC, baik yang terletak di atas maupun dibagian bawah dari panel dinding beton bertulang 40mm. Keberadaan kolom pendek TRC ini sangat penting untuk menyediakan celah horizontal antara dinding panel dengan balok pondasi. Spesimen

Tes

SDPE-1 SDPE-2 SDPE-3 SDPE-4

400 650 300 650 400 2400 2 5 0 1 0 8 0 7 1 5 0 8 1 6 1 5 0 8 0 7 1 0 24 4 7 8 3 3 2 2 Reinforcing Detail Outside View Unit: mm Kuat Tekan Beton 41.3 (N/mm2) 34.5 (N/mm2) 44.5 (N/mm2) 38.5 (N/mm2) Kuat leleh dan ukuran tulangan 335 (N/mm2_), 12-D13 380 (N/mm 2_), 12-D13 403 (N/mm 2_), 8-D13 403 (N/mm 2_), 12-D13 Detail balok kopling atas H-100x50x5x7 □-175x175x6 H-150x75x(5+6)x(7+6) 12-D13 Hoopφ4@50 8-D13 8-D13 Hoopφ4@40 H-150x75x5x7 H-150x75x5x7 12-D13 Hoopφ4@50 12-D13 Hoopφ4@50 4-D13 Hoopφ4@40 H-150x75x(5+6)x(7+6) H-100x50x5x7 Detail balok kopling bawah H-175x175x7.5x11 □-175x175x6 12-D13 Hoopφ4@50 8-D13 8-D13 Hoopφ4@40 H-150x75x5x7 H-150x75x(5+6)x7 12-D13 Hoopφ4@50 H-175x175x7.5x11 H-100x50x5x7 □-175x175x6 8-D13 Hoopφ4@50 4-D13 Hoopφ4@40 12-D13 Hoopφ4@50 4-D13 Hoopφ4@40 H-150x75x(5+6)x(7+6) H-100x50x5x7 Detail bagian pondasi/ balok atap H-100x50x5x7 □-175x175x6 H-250x250x9x14 12-D13 Hoopφ4@50 8-D13 Hoopφ4@40 40 mm 10 mm

Tabel 1. Rangkuman detail spesimen tes

400 650 300 650 400 2400 2 5 0 1 0 7 8 2 2 0 0 7 6 6 2 0 0 7 8 2 1 0 244 7 8 3 3 2 2 Reinforcing Detail Outside View Unit: mm 400 650 300 650 400 2400 2 5 0 1 0 3 0 2 6 7 0 3 0 1 0 ₂44 7 8 3 3 2 2 ⊿-100x100x6 PL-6@300 Reinforcing Detail Outside View Unit: mm 400 650 300 650 400 2400 2 5 0 1 0 8 0 7 1 5 0 8 1 6 1 5 0 8 0 7 1 0 24 4 7 8 3 3 2 2 ⊿-100x100x6 Reinforcing Detail Outside View Unit: mm 8-D13 Hoopφ4@50 4-D13 Hoopφ4@40 H-175x175x7.5x11 H-100x50x5x7 □-175x175x6 □-175x175x6 H-250x250x9x14 H-100x50x5x7 8-D13 12-D13 Hoopφ4@50 40 mm 10 mm □-175x175x6 H-250x250x9x14 8-D13 Hoopφ4@50 4-D13 Hoopφ4@40 H-175x175x7.5x11 H-100x50x5x7 40 mm 10 mm □-175x175x6 H-250x250x9x14 H-100x50x5x7 12-D13 Hoopφ4@50 4-D13 Hoopφ4@40 40 mm 10 mm

(4)

E - 22 | Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013

Ini adalah konsep penting yang diaplikasikan pada penelitian eksperimental ini. Detail fisik dari spesimen tes terlihat pada Gambar 4.

Alat Uji Pembebanan

S p e s i m e n t e s d i u j i d e n g a n k o m b i n a s i pembebanan siklik lateral dan gaya aksial yang konstan, yang merupakan simulasi dari gaya gempa bumi. Gambar 5 memperlihatkan dengan jelas perangkat alat pengujian pembebanan siklik ini. Pertama-tama spesimen tes dibebani dengan gaya aksial P yang diibaratkan sama dengan gaya gravitasi dengan alat yang memiliki kapasitas tekan sampai 5000 kN. Beban ini dijaga tetap konstan selama pembebanan lateral dilakukan. Sembari ditekan dengan gaya aksial konstan P, gaya lateral H dibebankan secara horisontal ke spesimen tes dari dua arah secara bergantian (siklik) dengan alat hydraulic jack yang memilki kapasitas 1000kN yang ujungnya telah dipasangi dengan load cell untuk merekam data pembebanan yang diberikan ke spesimen tes. Untuk perekaman data pergeseran (displacement) sec ara horizontal maupun vertikal pada saat specimen tes didorong maupun ditarik digunakan alat yang disebut dengan displacement transducer.

Gambar 4. Detail spesimen tes SDPE-1

400 650 ₁₅₀150 650 400 2400 2 5 0 1 0 7 8 2 2 0 0 7 6 6 2 0 0 7 8 2 1 0 2 4 4 7 8 3 3 2 2 H-244x175x7x11 □-175x175x6 H-100x50x5x7 H-150x75x5x7 □-175x175x6 □-175x175x6 H-150x75x5x(7+6) 12-D13 Hoopφ4@50 8-D13 H-150x75x(5+6)x(7+6) H-100x50x5x7 H-100x50x5x7 □-175x175x6 H-250x250x9x14 □-175x175x6 D10@75double Detail Penulangan Tampak H-175x175x7.5x11 Panel beton bertulang Celah horisontal Kolom TRC

(5)

Nasruddin

Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 | E - 23

-400 -200 0 200 400 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Drift Angle（×10-2_rad）

3WRC-1 -400 -200 0 200 400 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

3WRC-2 -400 -200 0 200 400 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

3WRC-3 -400 -200 0 200 400 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

3WRC-4

Gambar 6. Hubungan antara beban lateral dengan R (drift angle)

(a) SDPE-1 (b)SDPE-2

(c) SDPE-3 (d) SDPE-4

Sedangkan untuk merekam regangan yang ter-jadi pada besi tulangan, pelat tabung baja, dan

permukaan beton digunakan alat yang disebut

strain gauge. Pada penelitian ini yang menjadi variabel parameter adalah; ukuran, posisi, dan detail penulangan pada area pembebanan dari balok kopling.

Hasil dan Diskusi

Gambar 6 memperlihatkan hubungan antara beban lateral dengan ratio kemiringan (drift angle) R dari spesimen tes . Nilai R didapatkan dari besarnya nilai perubahan pergeseran spe-simen dibagi dengan tinggi spespe-simen. Garis te-bal-titik pada grafik yang terlihat pada gambar 6 adalah kapasitas gaya lateral berdasarkan analisis perhitungan. Seperti yang terlihat pada gambar, kapasitas pembebanan spesimen SDPE-3 dan SDPE-4 melebihi kapasitas pembebanan yang didasarkan pada perhitungan. Kapasitas penyerapan energi pada setiap spesimen tes,

lebih besar dari struktur dinding bertulang biasa yang gagal dalam lentur. Patut dicatat bahwa

balok kopling kalah dalam sudut yang sangat kecil sekitar 0.001 rad. dari rasio kemiringan spesimen tes. Perlu ditekankan pula bahwa kekalahan balok kopling terjadi setelah menye-rap sejumlah besar energi gempa. Dengan demikian balok kopling pada specimens SDPE dapat diharapkan berperilaku sebagai passive damper (peredam pasif). Retak diagonal hampir tidak dijumpai pada permukaan panil beton bertulang karena adanya keberadaan celah horizontal dan kolom pendek yang di-jaket-kan dengan tabung baja, memberikan kesempatan kepada spesimen tes untuk mengembangkan mekanisme kegagalan tanpa adanya kerusakan yang berarti pada permukaan panil beton bertulang. Kerusakan hanya terjadi pada bagian sisi dalam dari panil beton bertulang di sekitar area pembenaman balok kopling bajanya.

(6)

E - 24 | Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 Kesimpulan

Hasil pengujian lateral siklik pada spesimen SDPE menunjukkan spesimen berperilaku sangat lentur dan memiliki daya disipasi energi gempa yang cukup, sehingga dapat disimpulkan bahwa spesimen tes berperilaku cukup memuaskan dari sisi pandang tuntutan dasar dari sebuah sistem struktur yaitu, kekakuan, kelenturan, dan daya disipasi energi gempa. Balok kopling baja dan detail pembesian pada area pembenaman me-nunjukkan kinerja yang memuaskan dengan ke-mampuan serapan energi yang cukup besar dan mengalami mekanisme leleh dalam ratio kemi-ringan yang sangat kecil tanpa memperlihatkan adanya kerusakan yang berarti pada balok kopling. Dari hasil ini dapat juga disimpulkan bahwa balok kopling baja IWF dapat berfungsi sebagai peredam pasif (passive damper). Daftar Pustaka

Paulay, T. and Priestley, M.J.N (1992): Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, John Wiley & Sons, New York,

Architectural Institute of Japan (AIJ) (1990).: Design Guidelines for Earthquake Resistant Reinforced Concrete Buildings Based on Ultimate Strength Concept, Tokyo Japan (dalam bahasa Jepang), Japan Building Disaster Prevention Association

(JBDPA) (2001): Recommendations for Seismic Retrofitting Design of Existing RC Buildings, Tokyo Japan (dalam bahasa Jepang),

M. Tomii, K. Sakino, Y. Sun, and J.L. Zhong (1989) : Experimental Study on Bending Shear of Reinforced Concrete Short Columns Encased in a Thin Steel Tube, Journal of the Japan Concrete Institute (JCI), Vol.11, No. 2, pp. 513-518,.6. (in Japanese)