Kajian Indeks Kerusakan Pada Struktur Bangunan Baja Berdasarkan Pendekatan Energi Akibat Gempa Kuat

(1)

KAJIAN INDEKS K

BAJA BERDAS

ASR

UNIV

S KERUSAKAN PADA STRUKTUR BA

ASARKAN PENDEKATAN ENERGI AK

GEMPA KUAT

TESIS

Oleh

SROI BENNY NOOR HARAHAP

117016011/TS

FAKULTAS TEKNIK

NIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2014

BANGUNAN

AKIBAT

(2)

KAJIAN INDEKS KERUSAKAN PADA STRUKTUR BANGUNAN

BAJA BERDASARKAN PENDEKATAN ENERGI AKIBAT

GEMPA KUAT

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik

Dalam Program Studi Teknik Sipil

Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh

ASROI BENNY NOOR HARAHAP

117016011/TS

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

Judul Tesis : KAJIAN INDEKS KERUSAKAN PADA

STRUKTUR BANGUNAN BAJA

BERDASARKAN PENDEKATAN ENERGI

AKIBAT GEMPA KUAT Nama Mahasiswa : Asroi Benny Noor Harahap Nomor Pokok : 117016011

Program : Teknik Sipil

Menyetujui:

Komisi Pembimbing

(Dr. Ing. Hotma Panggabean) (Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT)

Ketua Anggota

Ketua Program Studi Dekan

(Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)

Tanggal Lulus: 3 Juli 2014

(4)

Telah diuji pada Tanggal 3 Juli 2014

PANITIA PENGUJI TESIS

KETUA : Dr. Ing. Hotma Panggabean

ANGGOTA : Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT

Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan Ir. Sanci Barus, MT

(5)

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Kajian Indeks Kerusakan Pada Struktur Bangunan Baja Berdasarkan Pendekatan Energi Akibat Gempa Kuat”

adalah karya saya dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutif dari karya yang diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam tesis ini dan dicantumkan dalam daftar pustaka.

Medan, 3 Juli 2014

Asroi Benny Noor Harahap 117016011/TS

(6)

ABSTRAK

Setiap struktur yang terbuat dari material apapun memiliki batas kekuatan mekanik. Hal ini dijelaskan oleh berbagai teori, dimana digambarkan dalam grafik

stress-deformation bahwa material akan runtuh akibat pemberian beban yang

melebihi kekuatan batasnya. Diketahui selama umur layan bangunan, struktur mengalami kerusakan, seperti yang diakibatkan oleh beban gempa. Kerusakan-kerusakan ini mengakibatkan perubahan dalam sifat-sifat dari sistem struktur. penggunaan indeks kerusakan memungkinkan kuantifikasi kerusakan. Drift atau Inter-story drift secara umum digunakan sebagai kriteria untuk melihat perilaku struktur akibat gempa. Namun, beberapa penelitian menyatakan bahwa kumulatif deformasi plastis lebih kuat pengaruhnya dibandingkan dengan drift dan inter-story drift dalam tingkat kerusakan struktur. Kumulatif deformasi plastis dapat dipertimbangkan melalui konsep energi, khususnya melalui plastis dissipasi histeresis energi demand.

Dalam tesis ini akan dibahas indeks kerusakan berdasarkan energi, dimana ada dua persamaan yang digunakan yaitu persamaan Boz rquez dan Cosenza. Model bangunan yang digunakan ada 3 jenis yaitu SMRF 4, SMRF 7, dan SMRF 10. Ketiga bangunan ini akan di analisa terhadap 4 gempa, dimana gempa-gempa tersebut diskalakan terhadap gempa rencana yang sesuai dengan peta gempa Indonesia 2010.

Dari penelitian yang dilakukan, dapat dilihat bahwa indeks kerusakan berhubungan langsung dengan enegi masuk terhadap struktur. Nilai indeks kerusakan terbesar untuk persamaan Boz rquez pada SMRF 4 sebesar 0.147 (rusak ringan), SMRF 7 sebesar 0.079 (rusak ringan), dan SMRF 10 sebesar 0.154 (rusak ringan), ketiga bangunan tersebut dipengaruhi oleh gempa Kobe. Untuk persamaan Cosenza, pada SMRF 4 sebesar 0.170 (rusak ringan), SMRF 7 sebesar 0.176 (rusak ringan), dan SMRF 10 sebesar 0.260 (rusak sedang), ketiganya diakibatkan oleh gempa Kobe.

(7)

ii

ABSTRACT

Every structure which is made from any materials has mechanic strength limitation. This is explained by many theories as it is described in the graph of stress-deformation that material will fall down because its load has exceeded its strength limitation. It is known that during a structure serving age, the structure undergoes damage such as it is caused by earthquake. These damages bring about the change in the nature of the structural system, and the use of damage index enables the quantity of damage. Drift or inter-story drift is generally used as the criteria for finding out the structure behavior which has caused by earthquake. However, some researches have found that the cumulative plastic deformation has more significant influence than drift or inter-story drift in the level of structural damage. The cumulative plastic deformation can be considered through the concept of energy, especially through plastic dissipation hysteresis energy demand.

This thesis analyzed damage index, based on energy in which there were two equations were used: Bozórquez equation and Cosenza equation. There were three types of structure model: SMRF 4, SMRF 7, and SMRF 10. These three structures would be analyzed in four earthquakes in which the earthquakes were scaled against planned earthquakes, according to earthquake mapping in Indonesia in 2010.

The result of the research showed that damage index was directly correlated with incoming energy on structure. The biggest value of damage index for Bozórquez equation in SMRF 4 was 0.147 (lightly damaged), in SMRF 7 was 0.079 (lightly damaged), and in SMRF 10 was 0.154 (lightly damaged). The three structures were affected by Kobe earthquake. For Cosenza equation, in SMRF 4 was 0.170 (lightly damaged), in SMRF 7 was 0.176 (lightly damaged), and in SMRF10 was 0.260 (moderately damaged). The three structures were affected by Kobe earthquake.

Keywords: Damage Index, Energy Concept, Earthquake

(8)

KATA PENGANTAR

Bismillahirrohmanirrohim, dengan mengucapkan Alhamdulillahi robbil alamin dan Puji Syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini dengan baik yang merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan program Magister pada bidang Rekayasa Struktur, Program Studi Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.

Tesis ini yang berjudul “Kajian Indeks Kerusakan Pada Struktur Bangunan Baja Berdasarkan Pendekatan Energi Akibat Gempa Kuat” disusun penulis dengan harapan bukan hanya sebagai syarat untuk menyelesaikan program S2 tetapi dapat juga bermanfaat untuk meningkatkan pengetahuan para pembaca khususnya dalam dunia teknik sipil.

Penulis menyadari bahwa tesis ini bukanlah semata-mata karena kehebatan penulis. Banyak pihak yang telah banyak menyumbangkan tenaga dan pikiran dalam menyelesaikan tesisi ini, terutama kepada kedua orangtua saya.

Selain itu, saya juga mengucapkan terimakasih kepada Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu. DTM & H. M.Sc (CTM), Sp.A(k) selaku Rektor Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik, dan Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE selaku Ketua program Studi Magister Teknik Sipil.

(9)

iv

bantuan demi kelancaran administrasi selama menjalani pendidikan di Magister Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.

Untuk kedua orangtua saya Ayahanda Khoiruddin Hrp dan Ibunda tercinta Nurmala Srg serta kedua mertua saya Imron Srg dan Rosmala Hrp yang telah memberikan doa serta dukungannya. Kepada istri tercinta Rinawaty Siregar, SKM terimakasih atas doa dan dukungannya. Untuk kedua kakak saya Nita Irmayani Hrp, SPd dan Neny Asnizar Hrp, SPd dan seluruh rekan-rekan seangkatan 2011. Kepada mereka semua, teman, rekan, kenalan dan saudara-saudara yang lain, yang tidak sempat disebutkan satu persatu, tidak ada yang dapat kami berikan sebagai balasan yang setimpal, kecuali hanya doa, semoga Allah SWT memberi berkat dan perlindungan-Nya, diberi-Nya umur panjang, kesejahteraan lahir dan batin, dan dipenuhi oleh rasa syukur di hatinya selama kehidupan di dunia.

Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman penulis. untuk itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi kesempurnaannya. Akhir kata saya mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya dan semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, 3 Juli 2014 Penulis

Asroi Benny Noor Harahap 117016011/TS

(10)

RIWAYAT HIDUP

A. DATA PRIBADI

Nama : ASROI BENNY NOOR HARAHAP

Tempat/Tgl Lahir : Gunungtua Tonga, 22 Desember 1986

Alamat : Jl.Nagasati No.72 Gunungtua, Kec. Padang Bolak, Kab. Padang Lawas Utara

Email : [email protected]

Agama : Islam

2005 – 2010 : Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil USU

2011 – 2014 : Magister Teknik Sipil Program Pasca Sarjana USU

C. RIWAYAT PEKERJAAN

2010 – 2011 : PT.Diagram Consultant

: PT. Rekayasa Damper Pratama Consultant : Lembaga Pendidikan Keterampilan Paulin 2011 – 2012 : PT. Barata Indonesia

2012 – 2013 : PT. Bumi Torant Kencana

(11)

(12)

2.1.2 Prosedur Menghitung Energi Masuk ... 12

2.1.3 Pengaruh Karakter Gerakan Tanah Pada Spektra Energi ... 14

2.1.4 Pengaruh Properties Struktur Pada Spektra Energi ... 15

2.2 Kerusakan Pada Struktur ... 15

2.3 Indeks Kerusakan ... 17

2.3.1 Indeks Kerusakan Roufaiel dan Meyer ... 18

2.3.2 Indeks Kerusakan Park - Ang ... 18

2.3.3 Indeks Kerusakan Zahrah dan Hall ... 20

2.3.4 Indeks Kerusakan Hwang dan Scribner ... 21

2.3.5 Indeks Kerusakan Cosenza ... 23

2.3.6 Indeks Kerusakan Boz rquez ... 24

2.4 Energi dan Distribusi Kerusakan pada Struktur Baja ... 29

2.5 Energi Histeresis ... 31

2.5.1 Energi Histeresis Demand ... 32

2.6 Karakteristik Gempa ... 33

2.6.1 Percepatan Puncak Tanah ... 33

2.6.2 Durasi Gempa ... 34

2.7 Getaran Gempa ... 35

2.8 Penskalaan Gempa ... 37

2.8.1 Skala PGA (Peak Ground Acceleration)... 37

2.8.2 Skala Ordinat ... 38

(13)

viii

2.8.5 PSa ... 39

2.8.6 ASCE-7 ... 39

2.8.7 Spectrum Matching ... 40

2.9 Accelerogram ... 40

BAB III PROSEDUR ANALISIS... 42

3.1 Modelisasi Struktur ... 42

3.2 Input Data ... 46

3.2.1 Dimensi Struktur ... 46

3.2.2 Beban Struktur ... 47

3.2.3 Properti Material ... 47

3.3 Prosedur Analisa ... 47

3.4 Persyaratan Perencanaan Struktur Baja ... 48

3.4.1 Waktu Getar Alami ... 49

3.4.2 Kinerja Batas Layan ... 50

3.4.3 Kinerja Batas Ultimit ... 50

3.5 Analisa Struktur dan Modeling ... 51

BAB IV ANALISA DAN PEMODELAN STRUKTUR ... 52

4.1 Perencanaan Struktur ... 52

4.2 Penskalaan Gempa dengan SeismoMatch ... 56

4.2.1 Loading dan spectral matching dari akselerogram ... 57

4.2.2 Memuat Akselerogram Time History ... 58

(14)

4.2.3 Mendefinisikan Target Spektrum ... 59

4.2.4 Spectral Matching ... 61

4.3 Modelisasi Struktur dengan Abaqus ... 62

4.3.1 Preprocessing (Abaqus CAE)... 63

4.3.2 Simulasi... 67

4.3.3 Post Processing ... 68

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ... 69

5.1 Perencanaan Struktur ... 69

5.2 Accelerogram dan Respon Spektrum Design ... 70

5.3 Inter-story Drift ... 71

5.4 Energi Masuk dan Energi Histeresis Demand ... 74

5.5 Karakteristik Struktur ... 79

5.6 Indeks Kerusakan Boz rquez ... 80

5.7 Indeks Kerusakan Cosenza ... 85

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... 86

6.1 Kesimpulan ... 86

(15)

x

DAFTAR GAMBAR

No Judul Halaman

2.1 Idealisasi model matematis SDOF (a) absolut dan (b) relatif... 10

2.2 Idealisasi model matematis MDOF (a) absolut dan (b) relatif ... 11

2.3 Pengertian parameter model Park-Ang, (a) histeresis lentur dan (b) hysteresis torsi ... 20

(16)

4.6 Hubungan kerja Preprocessor, Solver dan Postprocessor ... 68

5.1 Deskripsi Bangunan ... 69

5.2 Hasil Skala Respon Spektrum ... 71

5.3 Grafik Interstory drift – Lantai pada SMRF 4... 73

5.6 Time history Ei dan Eh total pada SMRF 4... 75

5.9 Distribusi energi histeresis tiap lantai SMRF 4 ... 78

(17)

xii

DAFTAR TABEL

No Judul Halaman

2.1 Ground Motion ... 41

3.1 Koefisien yang membatasi waktu getar alami fundamental struktur gedung ... 50

5.10 Indeks kerusakan lokal gempa Lomaprieta ... 82

5.11 Indeks kerusakan lokal gempa Imperial Valley ... 82

(18)

5.12 Indeks kerusakan lokal gempa Northridge ... 82

5.13 Indeks kerusakan lokal gempa Kobe ... 83

5.14 Indeks kerusakan lokal gempa Lomaprieta ... 83

5.15 Indeks kerusakan lokal gempa Imperial Valley ... 83

5.16 Indeks kerusakan lokal gempa Northridge ... 84

5.17 Indeks kerusakan global ... 84

5.18 Indeks kerusakan Cosenza ... 85

(19)

xiv

FEHi = Suatu faktor partisipasi energi yang menyumbang kontribusi yang

berbeda dari masing-masing lantai dengan kapasitas disipasi energi

(20)

i = Jumlah siklus

To = Predominant period of alluvial deposit above base rock

uu = Perpindahan ultimit akibat beban statis

= Perpindahan daktilitas untuk beberapa siklus

u = Perpindahan daktilitas ultimit

(21)

xvi

x = Perpindahan

= Konstanta pengaruh dari beban siklus dan properties struktur

Ehi = Disipasi energi histeretik dalam siklus ke-i

pa = Kapasitas rotasi plastis komulatif