5

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Struktur Rangka Dinding Pengisi

Dalam berbagai sistem struktur, baik menggunakan bahan beton bertulang, baja

maupun komposit, selalu ada komponen (sub sistem) yang dapat dikelompokkan

dalam sistem yang digunakan untuk menahan gaya gravitasi dan sistem untuk

menahan gaya lateral. Hal yang penting pada struktur bangunan tinggi adalah

stabilitas dan kemampuannya untuk menahan gaya lateral, baik yang disebabkan oleh

angin atau gempa bumi. Beban angin lebih terkait pada dimensi ketinggian bangunan,

sedangkan beban gempa lebih terkait pada massabangunan. Kolom pada bangunan

tinggi perlu diperkokoh dengan sistem pengaku untuk dapat menahan gaya lateral,

agar deformasi yang terjadi tidak melampaui ketentuan yang disyaratkan. Pengaku

gaya lateral yang lazim digunakan adalah portal penahan momen, dinding geser atau

rangka pengaku, dan dinding pengisi.

Struktur rangka beton bertulang dengan dinding pengisi adalah struktur yang

memperhitungkan kontribusi kekakuan dan kekuatan dinding pengisi pada struktur

rangka beton bertulang untuk ikut memikul beban lateral akibat gempa. Namun, saat

ini sebagian besar struktur rangka yang ada direncanakan hanya memperhitungkan

dinding pengisi sebagai beban gravitasi saja tanpa mempertimbangkan keberadaan

dinding pengisi untuk ikut memikul beban gempa (komponen non-struktur).

6

Indonesian Earthquake Study (1981) menjabarkan keberadaan dinding pengisi

yaitu diabaikan dan dianggap sebagai pembantu dalam ketahanan lateral terhadap

beban gempa. Anggapan bahwa dinding pengisi diabaikan yaitu jika dinding terletak

simetris pada struktur sehingga torsi yang terjadi tidak besar dan tidak perlu

diperhitungkan dalam struktur. Akibat adanya anggapan pengabaian terhadap

keberadaan dinding pengisi adalah pengurangan periode natural yang disebabkan

perubahan respon global dari struktur, peningkatan gaya geser yang dapat

mengakibatkan kegagalan struktur, perubahan respon torsi bila panel pengisi tidak

simetri dan keruntuhan soft-storey yang terjadi karena pendistribusian yang tidak

seragam sepanjang tinggi struktur.

Prinsip utama disain tahan gempa yaitu mengurangi penggunaan massa yang

tidak diperlukan (Bertero dan Brokken,1983). Massa tersebut dapat tetap digunakan

dalam disain dengan ketentuan bahwa massa memiliki kontribusi dalam menahan

beban seismik. Pengaruh penambahan massaakibat adanya panel pengisi pada

periode bangunan sangat kecil dan peningkatan kekakuan lateral pada struktur rangka

lebih penting daripada penambahan massa. Maka penggunaan dinding pengisi

sebaiknya diperhitungkan sebagai elemen struktur untuk menahan gaya gempa.

Pada Murty,etal (2009)menyebutkan dinding pengisi dari bata berperilaku seperti

batang diagonal tekan dan menambah kekakuan dari struktur rangka beton bertulang

pada suatu bangunan. Penambahan kekakuan tergantung dari ketebalan dinding dan

jumlah panel struktur rangka yang mempunyai dinding bata pengisi. Penambahan

kekakuan pada bangunan yang diakibatkan oleh adanya dinding pengisi

7

akanmengurangi kemampuan struktur rangka untuk melentur dan berdeformasi. Pada

struktur rangka daktail beton bertulang, dinding pengisi dari bata akan menghalangi

elemen utama struktur (seperti kolom dan balok) untuk berperilaku daktail,

sebaliknya beberapa struktur memperlihatkan perilaku yang getas (tidak daktail). Ini

akan mencapai puncaknya dalam suatu keruntuhan yang tiba- tiba dan sangat

dramatis.

Besarnya kekakuan struktur dengan dinding pengisi belum dapat dipastikan

sampai saat ini sehingga deformasi yang terjadi dihitung berdasarkan pendekatan

analisis portal dengan diagonal brasing atau ekivalendiagonal strut. Selain itu

perkembangan ilmu dan teknologi memberikan kontribusi untuk melakukan

pemodelan struktur dengan dinding pengisi menggunakan metode elemen hingga

sehingga diharapkan dapat diperoleh hasil analisis struktur portal dengan dinding

pengisi.

2.2 Karakteristik Material

2.2.1 Beton

1. Modulus elastisitas

Nilai modulus elastisitas beton (𝐸𝐸𝑐𝑐) ditentukan menurut SNI 03-2847-

2013/SNI Beton pasal 8.5.1 sebagai berikut:

𝑬𝑬𝒄𝒄 = 𝒘𝒘𝒄𝒄𝟏𝟏,𝟓𝟓 𝟎𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 �𝒇𝒇𝒄𝒄′ (2.1)

dimana:

8

𝐸𝐸𝑐𝑐 = modulus elastisitas beton

w𝑐𝑐 = berat volume beton

𝑓𝑓𝑐𝑐′ = kuat tekan puncak beton

2. Hubungan tegangan-regangan

Mander,et al(1984) mengusulkan hubungan tegangan-regangan parametrik

beton terdiri dari dua bagian, yaitu bagian lengkung (curved) dan bagian lurus

(linear), seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.1.

Persamaan untuk bagian lengkung (𝜀𝜀𝑐𝑐≤ 2𝜀𝜀𝑐𝑐′ ):

𝒇𝒇𝒄𝒄 = 𝒇𝒇𝒄𝒄′ 𝒙𝒙𝒙𝒙𝒙𝒙−𝟏𝟏+𝒙𝒙𝒙𝒙

(2.2)

dengan:

𝒙𝒙 = 𝜺𝜺𝒄𝒄𝜺𝜺𝒄𝒄′

(2.3)

𝒙𝒙 = 𝑬𝑬𝒄𝒄

𝑬𝑬𝒄𝒄−�𝒇𝒇𝒄𝒄′

𝜺𝜺𝒄𝒄′� (2.4)

Persamaan untuk bagian lurus (2𝜀𝜀𝑐𝑐′<𝜀𝜀𝑐𝑐≤ 𝜀𝜀𝑢𝑢 ):

𝒇𝒇𝒄𝒄 = � 𝟐𝟐 𝒇𝒇𝒄𝒄′ 𝒙𝒙𝒙𝒙−𝟏𝟏+𝟐𝟐𝒙𝒙

� � 𝜺𝜺𝒖𝒖−𝜺𝜺𝒄𝒄𝜺𝜺𝒖𝒖−𝟐𝟐𝜺𝜺𝒄𝒄′

� (2.5)

dimana:

𝑓𝑓𝑐𝑐 = tegangan beton

𝜀𝜀𝑐𝑐 = regangan beton

𝜀𝜀𝑐𝑐′ = regangan beton saat kuat tekan puncak (𝑓𝑓𝑐𝑐′ )

9

𝜀𝜀𝑢𝑢 = regangan ultimit beton

Gambar 2.1 Bentuk kurva tegangan-regangan untuk beton

sumber: Mander et al. (1988)

2.2.2 Pasangan Dinding Bata

1. Modulus elastisitas

FEMA-356 merekomendasikan nilai modulus elastisitas (𝐸𝐸𝑚𝑚 ) untuk pasangan

dinding bata sebagai berikut:

𝑬𝑬𝒎𝒎 = 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟎𝟎𝒇𝒇𝒎𝒎′ (2.6)

dimana:

𝐸𝐸𝑚𝑚 = modulus elastisitas pasangan dinding bata

𝑓𝑓𝑚𝑚′ = kuat tekan puncak pasangan dinding bata

2. Poisson’s ratio

10

Poisson’s ratio adalah perbandingan regangan arah lateral dengan regangan

arah longitudinal dan dinyatakan dengan huruf Yunani ν (nu). Chen

(2003)merekomendasikan nilai poisson’s ratio untuk pasangan dinding bata

sebesar 0,15.

3. Kuat geser

Menurut Grimn (1975), nilai untuk kuat geser dari pasangan dinding bata (τ)

berkisar antara 410 kN/m2 sampai 4690 kN/m2.

4. Kuat tarik diagonal

Grimn (1975) merekomendasikan persamaan berikut yang digunakan untuk

memperkirakan kuat tarik diagonal dari pasangan dinding bata (𝑓𝑓𝑑𝑑𝑑𝑑 ):

𝒇𝒇𝒅𝒅𝒅𝒅 = 𝒌𝒌�𝒇𝒇𝒎𝒎′ (2.7)

dimana:

𝑓𝑓𝑑𝑑𝑑𝑑 = kuat tarik diagonal dari pasangan dinding bata, dalam satuan psi

𝑘𝑘 = faktor konstanta, yang nilainya berkisar antara 2,5 sampai 4,5

𝑓𝑓𝑚𝑚′ = kuat tekan puncak pasangan dinding bata, dalam satuan psi

5. Hubungan tegangan-regangan

Kaushik, et al(2007) mengusulkan hubungan tegangan-regangan parametrik

pasangan dinding bata terdiri dari dua bagian, yaitu bagian lengkung

(parabolic variation) dan bagian lurus (linear variation), seperti yang

diperlihatkan pada Gambar 2.2.

11

Gambar 2.2 Bentuk kurva tegangan-regangan untuk pasangan dinding bata

sumber: Kaushik, et al(2007)

Pada bagian lengkung digunakan persamaan kurva hingga 𝑓𝑓𝑚𝑚′ turun

sampai 90%, yang kemudian berlaku persamaan linier hingga 𝑓𝑓𝑚𝑚′ turun sampai

20%. Untuk mortar tanpa kapur, persamaan linier digunakan hingga regangan

mencapai 2𝜀𝜀𝑚𝑚′ , atau dari titik awal {𝜀𝜀𝑚𝑚@0,9𝑓𝑓𝑚𝑚′ , 0,9𝑓𝑓𝑚𝑚′ } hingga titik akhir

{2𝜀𝜀𝑚𝑚′ , 0,2𝑓𝑓𝑚𝑚′ }. Sedangkan untuk mortar dengan kapur, persamaan linier

digunakan hingga regangan mencapai 2,75𝜀𝜀𝑚𝑚′ , atau dari titik awal {𝜀𝜀𝑚𝑚@0,9𝑓𝑓𝑚𝑚′

, 0,9𝑓𝑓𝑚𝑚′ } hingga titik akhir {2,75𝜀𝜀𝑚𝑚′ , 0,2𝑓𝑓𝑚𝑚′ }.

Persamaan untuk bagian lengkung (𝑓𝑓𝑚𝑚≤ 0,9𝑓𝑓𝑚𝑚′ ):

12

𝒇𝒇𝒎𝒎𝒇𝒇𝒎𝒎′

= 𝟐𝟐 𝜺𝜺𝒎𝒎𝜺𝜺𝒎𝒎′− �𝜺𝜺𝒎𝒎

𝜺𝜺𝒎𝒎′�𝟐𝟐 (2.8)

Persamaan untuk bagian lurus (0,9𝑓𝑓𝑚𝑚′ <𝑓𝑓𝑚𝑚≤ 0,2𝑓𝑓𝑚𝑚′ ):

mortar tanpa kapur (𝜀𝜀𝑚𝑚@0,9𝑓𝑓𝑚𝑚′ <𝜀𝜀𝑚𝑚 ≤ 2𝜀𝜀𝑚𝑚′ ):

𝒇𝒇𝒎𝒎−𝟎𝟎,𝟗𝟗𝒇𝒇𝒎𝒎′

𝟎𝟎,𝟐𝟐𝒇𝒇𝒎𝒎′ −𝟎𝟎,𝟗𝟗𝒇𝒇𝒎𝒎′=

𝜺𝜺𝒎𝒎−𝜺𝜺𝒎𝒎@𝟎𝟎,𝟗𝟗𝒇𝒇𝒎𝒎′

𝟐𝟐𝜺𝜺𝒎𝒎′ −𝜺𝜺𝒎𝒎@𝟎𝟎,𝟗𝟗𝒇𝒇𝒎𝒎′ (2.9)

mortar dengan kapur (𝜀𝜀𝑚𝑚@0,9𝑓𝑓𝑚𝑚′ <𝜀𝜀𝑚𝑚 ≤ 2,75𝜀𝜀𝑚𝑚′ ):

𝒇𝒇𝒎𝒎−𝟎𝟎,𝟗𝟗𝒇𝒇𝒎𝒎′

𝟎𝟎,𝟐𝟐𝒇𝒇𝒎𝒎′ −𝟎𝟎,𝟗𝟗𝒇𝒇𝒎𝒎′=

𝜺𝜺𝒎𝒎−𝜺𝜺𝒎𝒎@𝟎𝟎,𝟗𝟗𝒇𝒇𝒎𝒎′

𝟐𝟐,𝟕𝟕𝟓𝟓𝜺𝜺𝒎𝒎′ −𝜺𝜺𝒎𝒎@𝟎𝟎,𝟗𝟗𝒇𝒇𝒎𝒎′ (2.10)

dimana:

𝑓𝑓𝑚𝑚 = tegangan pasangan dinding bata

𝜀𝜀𝑚𝑚 = regangan pasangan dinding bata

𝜀𝜀𝑚𝑚′ = regangan pasangan dinding bata saat kuat tekan puncak (𝑓𝑓𝑚𝑚′ )

𝜀𝜀𝑚𝑚@0,9𝑓𝑓𝑚𝑚′ = regangan pasangan dinding bata saat 0,9𝑓𝑓𝑚𝑚′

2.3 Perilaku Struktur Rangka dengan Dinding Pengisi akibat Beban Lateral

Struktur rangka dengan dinding pengisi merupakan struktur dengan perilaku

komposit. Dalam menahan gempa, kekakuan lateral dan kekuatan dari struktur

tersebut sangat bergantung dari sifat-sifat struktur rangka, dinding pengisi, dan

kekakuan relatif kedua komponen tersebut. Selain dapat meningkatkan kekakuan,

aksi bracing in-plane pada masonry juga dapat mengurangi deformasi lateral dan

mengubah perilaku dinamis. Hal tersebut karena sistem tersebut mampu

13

memencarkan energi melalui friksi dan slip pada pertemuan struktural.Priesley dan

Calvi dalam Crisafulli (1997)

menyatakan retak akibat tarik diagonal merupakan kegagalan struktur. Dikatakan

sebagai kegagalan struktur karena dikhawatirkan dinding tersebut runtuh akibat beban

muka.

Peninjauan terhadap kekuatan geser dan kekuatan tarik dinding pengisi diperlukan

saat dinding dibebani gaya lateral akibat gempa. Perilaku panel pengisi dipengaruhi

oleh respon getas unit masonry terhadap beban tarik dan kekuatan mortar. Karena

itumode keruntuhan yang biasanya terjadi adalah :

1. Keruntuhan geser friksi, yaitu kegagalan dinding pengisi akibat ketidaklekatan

atau geser pada bed joint yang terjadi pada tingkat tegangan normal rendah.

Keretakan akan timbul secara bertahap seperti Gambar 2.3.(a).

2. Kegagalan diagonal tarik terjadi pada tegangan normal yang cukup tinggi.

Keretakan terjadi pada head joint dan melalui bata tampak pada Gambar 2.3.(b).

3. Kegagalan diagonal tekan akibat timbul tegangan normal yang sangat tinggi bila

dibandingkan dengan tegangan geser.

14

(a) (b)

Gambar 2.3 (a) Keretakan Diagonal Bertahap ; (b) Kegagalan Geser

Sumber : Crisafulii (1997)

Adapun hal-hal yang mempengaruhi kegagalan yang terjadi pada dinding

antara lain rasio tinggi dan lebar panel pengisi, kekuatan lekatan geser (bond shear

strength), friksi internal, dan kekuatan tarik diagonal dari dinding pengisi (Smith dan

Carter ,1969).

Tjahjanto dan Imran (2009) juga telah melakukan penelitian pengaruh

penggunaan dinding pengisi sebagai penahan beban lateral. Penelitian dilakukan

terhadap struktur rangka dinding pengisi yang dibandingkan dengan portal terbuka

dimana analisis yang digunakan adalah program ADINA. Struktur direncanakan

sebagai gedung bertingkat dengan tiga bentang dan tiga tingkat. Panjang bentang, Lx

dan Ly, masing-masing sebesar 4 meter dengan tinggi tingkat, H1 = 3 meter. Pelat

lantai berupa pelat beton bertulang. Dinding pengisi dipasang penuh pada setiap

tingkat.

Model struktur rangka dinding pengisi dibuat dua model dimana model 1

menggunakan pasangan bata merah sebagai dinding pengisi sedangkan model 2

menggunakan pasangan beton ringan aerasi (Autoclaved Aerated Concrete / AAC),

dimana dinding pengisi dimodel sebagai strut diagonal. Hasil penelitian adalah terjadi

penurunan target displacement pada struktur rangka dinding pengisi sebesar 13-36 %

dibandingkan dengan struktur portal terbuka.

15

2.4 Ragam Kegagalan Struktur Rangka dengan Dinding Pengisi

Kegagalan yang terjadi pada suatu struktur rangka dengan dinding pengisi

dipengaruhi oleh perbandingan tinggi dan bentang dinding pengisi serta kekakuan

relatif komponen struktur rangka dan dinding pengisi. Sunlianto dan Agustino (1999)

pada studinya mempelajari mekanisme pemencaran energi gempa pada suatu struktur

rangka dengan dinding pengisi batu bata berdasarkan klasifikasi ragam-ragam

kegagalan dasar Liaw dan Kwan

Liaw dan Kwan (1983) mengklarifikasikan ragam-ragam kegagalan dasar

(Gambar 2.4) menjadi 3 kelompok dan kemudian mengusulkan suatu konsep

perencanaan berdasarkan perencanaan lantai per lantai dengan asumsi bahwa struktur

tidak akan mengalami keruntuhan selama gaya geser pada lantai yang bersesuaian

tidak melebihi gaya geser ultimit, Hu. Klasifikasi ragam-ragam kegagalan dan gaya

geser lantai ultimit, Hu, yang diusulkan oleh Liaw dan Kwan tersebut adalah :

Gambar 2.4 Klasifikasi Ragam Kegagalan

Sumber : Liaw dan Kwan (1983)

16

1. Ragam 1 : Keremukan ujung dengan kegagalan pada kolom. Pada ragam ini

ujung tekan dinding pengisi mengalami keremukan dan terbentuk sendi plastis

pada ujung yang terbebani dan kolom.

2. Ragam 2 : Keremukan ujung dengan kegagalan pada balok. Pada ragam ini

ujung tekan dinding pengisi mengalami keremukan dan sendi plastis terbentuk

pada ujung yang terbebani dan pada balok.

3. Ragam 3 : Keremukan diagonal. Pada ragam kegagalan ini ujung tekan dinding

pengisi mengalami keremukan lebih dahulu, kemudian menjalar ke bagian

tengah dinding pengisi diikuti terjadinya sendi plastis pada kolom, balok, atau

daerah sekitar pertemuan antara balok dan kolom.

Selain ketiga ragam di atas, Liaw dan Kwan (1983) menyebutkan terdapat

ragam kegagalan yang tipikal dengan ragam 3 yang menimbulkan kegagalan pada

balok secara bersamaan di beberapa lantai disebut ragam 3+ . Ragam-ragam

kegagalan dasar di atas dikombinasikan satu dengan yang lain. Kombinasi ragam

kegagalan yang tipikal antara lain dapat dilihat pada gambar 2.5.

Selain Liaw dan Kwan (1983), Priestley (1992) dalam Aryanto (2008) juga

mengelompokkan pola keruntuhan dari rangka dengan dinding pengisi ke dalam 5

kategori :

1.Kehancuran daerah sudut, CC (Corner Crushing)

Keruntuhan atau kerusakan terjadi pada daerah pojok portal atau paling sedikit

salah satu pojoknya seperti terlihat pada gambar 2.6(a). Pola keruntuhan seperti

17

ini umumnya disebabkan lemahnya kekuatan dinding pengisi yang ditahan oleh

rangka yang memiliki joint yang lemah namun elemen balok – kolom yang

kuat.

Gambar 2.5 Ragam Kegagalan Tipikal Struktur Rangka dengan Dinding Pengisi

Tingkat Banyak : (a)Ragam 1; (b)Ragam 2; (c)Ragam 3; (d) Ragam 3+

Sumber : Liaw dan Kwan (1983)

2.Keruntuhan geser, SS (Sliding Shear)

Keruntuhan berupa geser horizontal pada sambungan antara bata pengisi (bed

joint) seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6(b). Pola keruntuhan seperti ini

disebabkan oleh lemahnya sambungan mortar sedangkan rangka sangat kuat.

3.Keruntuhan tekan diagonal, DC (Diagonal Compression)

18

Pola keruntuhan ini ditunjukkan dengan kerusakan pada daerah tengah seperti

gambar 2.6(c). Pola seperti ini disebabkan oleh kelangsingan dari dinding

pengisi dimana keruntuhan terjadi akibat tekuk pada luar bidang(out of plane).

4.Keruntuhan retak diagonal, DK ( Diagonal Craking)

Keruntuhan retak diagonal terlihat dari munculnya retak yang menghubungkan

dua sisi yang dibebani seperti terlihat pada gambar 2.6(d). Pola seperti ini

disebabkan oleh lemahnya rangka atau rangka dengan joint yang lemah

sedangkan dinding pengisi lebih kuat.

5.Keruntuhan Rangka, FF (Frame Failure)

Terbentuknya sendi plastis pada kolom atau sambungan balok kolom seperti

ditunjukkan pada gambar 2.6(e) merupakan ciri utama pola keruntuhan rangka.

Pola ini timbul akibat lemahnya rangka atau joint rangka sedangkan dinding

pengisi lebih kuat.

Berdasarkan beberapa hasil penelitian pola keruntuhan yang umum terjadi

adalah akibat keruntuhan daerah pojok (CC) dan keruntuhan geser (SS). Pola

keruntuhan ketiga yaitu keruntuhan tekan diagonal (DC) umumnya jarang terjadi

karena membutuhkan rasio kelangsingan yang cukup besar agar dapat terjadi tekuk

pada bidang out of planepada pembebanan bidang in plane. Sedangkan kelangsingan

dari dinding pengisi ditentukan oleh ketebalan dinding yang umumnya dibatasi oleh

persyaratan ketebalan untuk hambatan akustik/suara dan kebakaran. Sedangkan pola

keruntuhan retak diagonal (DK) pada dasarnya tidak dapat dikategorikan sebagai pola

keruntuhan karena dinding pengisi masih mampu menahan beban setelah terjadi

19

retak. Pada kenyataannya pola keruntuhan yang terjadi dilapangan sering terjadi pola

keruntuhan rangka dinding pengisi merupakan gabungan dari beberapa pola tersebut.

Gambar 2.6 Pola Keruntuhan Rangka dengan Dinding Pengisi : (a) Keruntuhan

Daerah Pojok, (b) Keruntuhan Geser, (c) Keruntuhan Diagonal Tekan, (d)

Keruntuhan Retak Diagonal dan (e) Keruntuhan Rangka.

Sumber : Priestley (1992) dalam Aryanto (2008)

Mehrabi, et al (1996) membuktikan bahwa portal dengan dinding pengisi mengalami

kegagalan geser pada struktur portal dan mengalami keruntuhan geser diagonal pada

dinding pengisi. Pada penelitian tersebut juga dilakukan pengujian terhadap portal

terbuka (tanpa dinding pengisi) sebagai pembandingdengan konfigurasi struktur yang

digunakan ditunjukan pada Gambar 2.7.

20

Gambar 2.7Portal dengan Dinding dalam Penelitian Mehrabi

Sumber : Mehrabi, et al (1996)

Dinding pengisi menggunakan masonry dari blok beton padat berukuran

194x92x92 mm dengan kuat tekan 15,57 MPa dan dilekatkan dengan mortar yang

memiliki kuat tekan 15,98 MPa. Untuk mensimulasi adanya beban gravitasi dari

lantai di atasnya maka pada kedua kolom sampel uji diberikan beban vertikal konstan

Pv sebesar 294 kN sedangkan beban lateral Ph diberikan secara bertahap sampai

terjadi runtuh.

Hasil penelitian Mehrabi membuktikan bahwa struktur portal dengan dinding pengisi

mampu menerima beban 2,6 kali lebih besar dengan lendutan 20 kali lebih kecil

dibandingkan dengan portal tanpa dinding pengisi. Hal ini membuktikan bahwa

dinding pengisi memberikan pengaruh terhadap kekakuan dan kekuatan struktur.

Adapun hasil lendutan yang terjadi pada penelitian tersebut disajikan pada Tabel 2.1.

21

Tabel 2.1 Hasil Penelitian Mehrabi

Sampel Retak ke-1 Dinding Uji Lateral Maks Kondisi

Beban (KN)

Lendutan (mm)

Beban (KN)

Lendutan (mm) Keruntuhan

Portal terbuka - - 106,31 65,28 Lentur

Portal isi 277,68 3,30 277.68 3,30 Retak diagonal Sumber :Mehrabi et al

Perilaku keruntuhan yang terjadi pada struktur dengan dinding pengisi adalah

timbulnya retak diagonal pada dinding pengisi dan terjadi retak akibat geser dan tarik

pada kolom struktur yang terbentuk pada beban lateral maksimum. Hasil penelitian

Mehrabi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.8 yang merupakan ilustrasi keruntuhan

portal pada penelitian.

Gambar 2.8 Kondisi Keruntuhan Portal Penelitian Mehrabi

Sumber : Mehrabi, et al(1996)

Keruntuhan pada struktur portal terjadi akibat gaya tekan dan tarik yang

disebabkan oleh beban horizontal yang diberikan sedangkan pada dinding pengisi

22

terjadi retak geser pada bagian tengah serta keruntuhan akibat tekan yang terjadi pada

pojok kiri atas dinding pengisi. Retak akibat tarik juga terjadi pada bagian pojok

kanan bawah dinding pengisi. Namun demikian, adanya dinding pengisi tersebut

mampu menambah kekuatan dan kekakuan struktur portal yang ditempatinya

sehingga dapat mengurangi deformasi yang terjadi pada struktur

2.5 Kekuatan Dinding Pengisi

Kekuatan material dinding pengisi juga mempengaruhi kemampuan portal dengan

dinding pengisi dalam menahan beban lateral. Pada umumnya dinding pengisi dapat

dibuat dari material tanah liat (batu bata), beton tanpa atau dengan tulangan dengan

bentuk dan ukuran yang bervariasi. Kekuatan dan kekakuan struktur pada portal

dengan dinding pengisi dapat ditingkatkan dengan memberi perkuatan (retrofitting

techniques) pada dinding pengisi. Perkuatan dinding dapat dilakukan dengan berbagai

cara salah satunya dengan penambahan tulangan baja pada dinding pengisi. Paulay

dan Prisstley (1992) dalam Suku (2007) melaporkan bahwa dinding pengisi dengan

tulangan (reinforced masonry) mempunyai tingkat daktilitas yang lebih tinggi dari

dinding pengisi tanpa tulangan (unreinforced masonry).

Suku (2007) melakukan analisis perilaku model portal satu tingkat dengan satu

bentang yang berdinding pengisi penuh dengan dan tanpa tulangan yang dibebani

dengan beban lateral yang bersifat monotonik sampai struktur mengalami kegagalan.

Pada studi analitis tersebut pengaruh dinding pengisi tanpa tulangan (unreinforced

masonry) dan dinding pengisi bertulang (reinforced masonry) diperhitungkan.

23

Variabel dalam analisis ini adalah hubungan beban-lendutan, kekakuan, daktilitas

perpindahan, dan pola retak berbagai tipe dinding tanpa tulangan dengan variasi

perbandingan tinggi (h’) terhadap lebar (l’) dinding (h’/l’= 0,5; h’/l’= 1,0; h’/l’= 1,5;

h’/l’= 2,0) dan dinding dengan tulangan rasio h’/l’=1. Jarak antara tulangan dinding

bertulang b = 184 mm, 368 mm, 552 mm, 736 mm, dengan diameter tulangan 10 cm.

Analisis dilakukan menggunakan metode elemen hingga dengan program Lusas

Finite Element Analysis (FEA) dan metode diagonal tekan ekivalen (equivalen

diagonal strut (EDS) )yang diusulkan oleh Saneinejad dan Hobbs (1995).

Hasil analisis portal dengan dinding pengisi tanpa tulangan jika dibandingkan

dengan portal terbuka menunjukan bahwa dengan adanya dinding pengisi

meningkatkan kekuatan dan kekakuan struktur. Pada portal dengan dinding pengisi

bertulang rasio h’/l’=1,0 terlihat bahwa dengan pemasangan tulangan pada dinding

pengisi dapat meningkatkan kekuatan, kekakuan dan daktilitas struktur. Akibat

pemasangan tulangan pada dinding pengisi dapat mengurangi retak yang

menyebabkan terlepasnya panel dinding dengan kolom atau balok bawah portal. Dari

hasil gambar kontur tegangannya, terlihat bahwa terjadi konsentrasi tegangan tekan

pada daerah diagonal dinding.

Penelitian mutu dinding pasangan dilakukan oleh Sardepa (2014) untuk

mengetahui perilaku lentur, kuat tekan, dan geser dinding pasangan, selain itu dinding

pasangan yang diteliti juga ditambahkan suatu perkuatan yaitu plesteran serta

penambahan kawat ataupun JKBL (wire mesh). Sebagai perbandingan, penelitian

24

juga dilakukan terhadap dinding pasangan tanpa plesteran .Pengujian perilaku lentur,

kuat tekan dan geser pada dinding pasangan bata merah dengan perkuatan kawat dan

jkbl (wire mesh) memperoleh data kuat tekan rata-rata benda uji dinding pasangan

tanpa plesteran (CTP), pasangan dengan plesteran dan dengan tulangan kawat

(CDPK), dan dinding pasangan dengan plesteran dan dengan tulangan wire mesh

(CDPW) berturut-turut sebesar 3,82 N/mm², 5,62 N/mm², dan 4,51 N/mm². Kuat

tekan dari benda uji CDPK lebih tinggi daripada CDPW karena jarak spasi tulangan

kawat lebih rapat yaitu sebesar 2 cm dibandingkan dengan jarak spasi tulangan

wiremesh sebesar 15 cm.

Berdasarkan British Standart Institution (1995) kuat tekan pasangan dinding

pengisi dipengaruhi oleh kuat tekan mortar dan unit masonry yang digunakan. Selain

mutu kuat tekan dinding pengisi, pendekatan nilai modulus elastisitas dinding (Em)

juga berpengaruh terhadap kekakuan struktur. Pendekatan nilai modulus elastisitas

(Em) untuk pasangan dinding pengisi berdasarkan pendekatan analisis rangka dengan

bresing oleh Smith danCoull (1991) adalah sebesar 7000 Mpa sedangkan pada

penelitian pemodelan dinding oleh Mondal dan Jain (2008), nilai modulus elastisitas

ditentukan berdasarkan pendekatan nilai modulus elastisitas yang direkomendasikan

oleh Drysale, et al (1993) yaitu:

Em = k .𝑓𝑓𝑚𝑚 (2.11)

Dengan Em= modulus elastisitas,fm= kuat tekan dinding (MPa), dan nilai k berkisar

500 – 600.

25

Dalam Paulay danPriestley (1992) menyebutkan nilai Em dapat diambil 750𝑓𝑓𝑚𝑚 .

2.6 Analisis dan Pemodelan Struktur

Secara umum, analisis struktur adalah proses untuk mengetahui gaya dalam pada

model struktur yang dikenai gaya luar tertentu (dapat berupa beban tetap/sementara,

momen, displacement, perubahan suhu dan lain- lain). Metode Elemen Hingga

(FEM) adalah suatu metode pendekatan yang digunakan untuk menyelesaikan

problem dalam bidang rekayasa struktur. Jika tidak menggunakan komputer, metode

ini mungkin tidak akan digunakan dalam perhitungan praktis sampai sekarang, karena

akan memerlukan waktu yang cukup lama dan keakuratan yang kurang baik. Dengan

pengembangan metode tersebut ke dalam program komputer, telah menciptakan suatu

efisiensi dalam pembuatan programnya serta tingkat keakuratan yang cukup baik jika

digunakan dalam perhitungan struktur

Sebagian besar permasalahan dalam rekayasa konstruksi bangunan gedung dapat

diselesaikan dengan pendekatan struktur rangka atau yang lebih dikenal sebagai

elemenframe. Namun dalam pemodelan struktur pelat, shearwall maupun bagian

detail-detail struktur yang rumit lebih sering menggunakan elemen shell. Selain

elemen frameyang merupakan elemen satu dimensi, ada beberapa jenis elemen lain

yang digunakan dalam pemodelan suatu struktur, antara lain :

1. Elemen shell, yaitu elemen bidang untuk memodelkan struktur shell (cangkang),

pelat dan membran sebagai model 2 dimensi atau 3 dimensi.

26

2. Elemen plane, yaitu elemen bidang untuk memodelkan struktur padat (solid)

dengan perilaku plane-stress maupun plane strain.

3. Elemen asolid, yaitu elemen bidang untuk memodelkan struktur

solidaxisymmetric dengan menggunakan pembebanan axisymmetric.

4. Elemen solid, yaitu elemen yang digunakan untuk memodelkan struktur padat

(solid) sebagai model 3 dimensi.

5. Elemen Nllink, yaitu elemen khusus yang dapat digunakan untuk memodelkan

bagian tertentu struktur yang bersifat non-linier seperti gap (celah), peredam,

isolator dan semacamnya.

Semua gaya luar yang bekerja pada struktur dimodelkan dan dianalisis untuk

mengetahui gaya dalam berupa momen (lentur, puntir), gaya lintang, gaya normal dan

lain-lain (retakan, tekuk, dan sebagainya). Umumnya dalam elemenshell dihitung

tegangan rata-rata pada titik nodal untuk menggambarkan kontur tegangan yang

menerus untuk tiap-tiap elemen. Pada pemodelan struktur dengan dinding pengisi,

tegangan yang terjadi pada dinding perlu diperhatikan dan dibandingkan terhadap

teori yang ada. Jenis tegangan yang terjadi pada dinding adalah tegangan geser,

tegangan tarik dan tegangan tekan. Tegangan geser yang terjadi pada dinding dengan

pemodelan dinding pengisi sebagai shell elemen diperoleh dengan mengamati

tegangan (shell stress) yang terjadi pada bagian tengah dinding. Tegangan tekan

diperoleh dengan mengamati tegangan pada pojok atas dinding pengisi yang terletak

disebelah kolom sedangkan tegangan tarik diperoleh pada bagian pojok bawah

dinding pengisi (Smith dan Coull, 1991).

27

Pada Penelitian Parmaheni (2013) struktur bangunan dimodel sebagai open

frame (OF) dan rangka dengan dinding pengisi (RDP) dengan variasi jumlah tingkat

(4 lantai,7 lantai dan 10 lantai) dan penempatan dinding pengisi pada lantai dasarnya.

Struktur RDP 7 lantai dimodel menggunakan strut diagonal tunggal, ganda dan tiga

strut sedangkan struktur RDP 4 dan 10 lantai dimodel menggunakan tiga strut.

Pemodelan dinding pengisi sebagai bagian dari struktur tidak hanya menghasilkan

model yang lebih mewakili, tetapi juga lebih efisien karena luas penampang balok

dan kolom yang diperlukan berkurang sampai 40,41%. Disamping itu, bahaya soft

story juga teramati pada variasi penempatan dinding dalam model RDP. Model RDP

dengan 3 strut lebih baik dibandingkan dengan strut tunggal karena pengaruh dinding

terhadap distribusi gaya-gaya dalam pada balok dan kolom termodelkan

Dorji (2009) melakukan penelitian terhadap struktur open frame dan rangka

dinding pengisi (tanpa dan dengan bukaan) yang masing- masing terdiri dari tiga,

lima, tujuh, dan sepuluh lantai. Analisis struktur menggunakan analisis time history

dan menggunakan elemen shell dengan elemen gap sebagai pemodelan dinding

pengisi mengikuti rumus yang diusulkan Doudomis (2007). Struktur ini direncanakan

dengan dan tanpa peraturan gempa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengaruh

dinding pengisi terhadap performa struktur sangat signifikan. Respon struktur seperti

periode fundamental, rasio simpangan antar lantai, tegangan pada dinding pengisi,

dan gaya dalam struktur balok dan kolom secara umum berkurang dengan adanya

dinding pengisi.

28

Doudoumis (2007) dalam Dorji (2009) memodel dinding pengisi sebagai shell

dan menggunakan element kontak sebagai hubungan pada permukaan antara rangka

dan dinding pengisi. Element kontak yang digunakan adalah element gap. Element

gapadalah salah satu elemen penghubung (link) yang tersedia dalam program

software SAP 2000 untuk menambah kebutuhan berbagai aplikasi rekayasa

struktural. Elemen ini pada umumnya digunakan untuk menunjukkan hubungan

antara dua struktur yang berbeda dan menyalurkan hubungan gaya antara keduanya.

Kekakuan gap ditujukan untuk dua keadaan ekstrim yaitu tidak adanya hubungan

dan hubungan 100% antara permukaan dari struktur beton dan dinding pengisi. Dua

keadaan ekstrim ini mungkin tidak sesuai dengan kondisi nyata dari mortar yang

merupakan material penghubung antara struktur portal beton dengan dinding pengisi.

Nilai rata-rata dari kekakuan gap yang dibutuhkan untuk simulasi kekuatan material

dinding yang berbeda-beda dengan koefisien gesekan (μ) = 0,5. Komponen yang

perlu ditentukan dalam pemakaian element gap adalah kekakuan dari element gap

(𝐾𝐾g) yang didapat dari Persamaan 2.12 dan 2.13

Kg = 0,0378 K1 + 347 (2.12)

Ki = Ei. t (2.13)

Dimana 𝐾𝐾i adalah kekakuan dari dinding pengisi, 𝐸𝐸i adalah modulus elastisitas

dinding pengisi, dan t adalah tebal dinding pengisi. Penggunaan elemen shell sebagai

pemodelan dinding pengisi akan dapat langsung memberikan nilai tegangan.

29

Pemilihan model dinding pengisi sebagai elemenshell dengan elemen gap ini

digunakan juga pada penelitian Gunawan (2011) dimana hasil analisis pada struktur

dengan elemen shell dengan gap lebih representatif dibandingkan dengan pemodelan

tanpa gap. Model rangka dinding pengisi denganShellGap memiliki momen balok,

gaya geser balok, momen kolom dan geser kolom yang lebih kecil dari rangka

dinding pengisi strut 1 dan rangka dinding pengisi strut 3 berkisar 1-57% sedangkan

gaya aksial lebih besar berkisar 2-39%.

Kaushik, et al (2008) melakukan pengujian model analisis dinding pengisi dalam

enam model yaitu model rangka terbuka,model elemenshellpenuh, model 1 strut

diagonal, model 3 strut diagonal, model elemenshellpartial setengah (x/2 dan y/2)

dari panjang balok dan kolom dan model terakhir yaitu model elemenshellpartial

seperempat (x/4 dan y/4) dari panjang balok dan kolom untuk mengetahui pendekatan

memodelkan dinding pengisi dalam struktur.

Gambar 2.9. Enam Model Analisis Dinding Pengisi

Sumber: Kaushik, et al (2008)

30

Dari penelitian tersebut diperoleh hasil gaya- gaya dalam pada kolom dan balok

tiap model analisis dinding pengisi adalah seperti tampak pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.10.Perbandingan Resultan Gaya Maksimum pada Kolom

Sumber: Kaushik, et al ( 2008)

Gambar 2.11. Perbandingan Resultan Gaya Maksimum pada Balok

Sumber: Kaushik, et al ( 2008)

31

Penggunaan model elemenshellparsial setengah ini juga didukung oleh

penelitian Prawira (2014) yang melakukan analisis perilaku dan kinerja struktur RDP

dengan membuat 5 model untuk dibandingkan dengan hasil eksperimen. Model

dengan strut tunggal (MS1) dan strut ganda (MS3) dibandingkan dengan model

dengan elemen shell penuh (MESf) dan parsial (MESp). Disamping itu juga dibuat

model rangka terbuka (MOF) sebagai pembanding. Dari hasil penggunaan analisis

nonlinier dengan perubahan kekakuan, model yang paling mendekati perilaku

eksperimen adalah model elemen shell parsial (MESp), dimana baik kurva gaya-

perpindahan maupun pola retak dapat ditirukan dengan baik. Model ini

menggambarkan perilaku struktur RDP yaitu elemen yang melebihi kuat tarik tidak

berkontribusi terhadap kekakuan struktur.

Kondisi akhir dari model dinding elemenshellparsial(1500x1500x100mm)

saat beban puncak terlihat bahwa pengurangan elemen terjadi pada bagian tarik

bidang panel dinding pengisi. Pada kondisi beban puncak, elemen panel dinding

pengisi telah berkurang sebanyak 92 elemen dari 400 elemen persegi, sehingga terjadi

pengurangan elemen sampai kondisi beban puncak adalah sebesar 23% dengan area

yang masih tersisa adalah 77% (Gambar 2.12). Hasil model dinding

elemenshellparsial memiliki pola retak yang mirip dengan hasil eksperimen, yaitu

sliding shear (SS) dengan kehancuran yang terjadi pada 1/3 dan 2/3 dari tinggi panel

dinding. Sedangkan untuk hasil kontur tegangan S11, S22, dan S12 pada MESp

diperlihatkan pada Gambar 2.13.

32

Gambar 2.12. Kondisi Akhir Model MESp

Sumber : Prawira (2014)

S11

S22

S12

33

Gambar 2.13. Kontur Tegangan S11, S22, dan S12 untukModel MESp

Sumber : Prawira (2014)

Kakaletsis dan Karayannis (2009) melakukan penelitian laboratorium mengenai

perilaku struktur rangka dinding pengisi dengan bukaan. Dalam penelitiannya,

terdapat 10 specimens yang diuji. Specimensyang diuji berupa struktur rangkatanpa

dinding pengisi (Bare Frame), struktur RDP dengan dinding solid, dan struktur RDP

dengan bukaan. Untuk bukaan, parameter yang digunakan yaitu bentukbukaan

danukuranbukaan.

34

Gambar 2.14Specimensstruktur RDP (a) detail tulangan struktur rangka beton

bertulang, (b) unit bata, (c) struktur RDP dengan bukaan jendela dan (d) struktur

RDPdengan bukaan pintu, dalam mm.

Sumber : Kakaletsis and Karayannis (2009)

Hasil utama darieksperimen laboratoriumadalah grafik hubungan antara beban

lateral dan perpindahanuntuk specimens.Selain itu, ditampilkan pola kegagalan yang

terjadi pada specimens, disajikan padaGambar2.15sampai 2.17.

35

Gambar 2.15 Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement serta

pola kegagalan specimens struktur RDP(a) dan (b) struktur RDP dengan bukaan

jendela, dan (c) dan (d) struktur RDP dengan bukaan pintu.

Sumber : Kakaletsis and Karayannis (2009)

Specimens WO2, WO3, danWO4merupakan struktur RDP denganbukaan

jendela, ditunjukkan pada Gambar 2.16.Specimens DO2, DO3, danDO4merupakan

struktur RDP denganbukaanpintu, ditunjukkan pada Gambar 2.17.

36

Gambar 2.16 Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement serta

pola kegagalan specimens struktur RDP dengan bukaan jendela berbagai ukuran (a)

dan (b) la/l = 0.25, (c) dan (d) la/l = 0.38, dan (e) dan (f) la/l = 0.50.

Sumber : Kakaletsis and Karayannis (2009)

37

Gambar 2.17 Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement serta

pola kegagalan specimens struktur RDP dengan bukaan pintu berbagai ukuran (a) dan

(b) la/l = 0.25, (c) dan (d) la/l = 0.38, dan (e) dan (f) l /l = 0.50.

Sumber : Kakaletsis and Karayannis (2009)

38

Perlawananlateral struktur RDP denganbukaansebesar1,25sampai1,50kali

daribare framesedangkanperlawananlateral struktur RDP dengan dinding

solidsebesar1,84kali daribare frame.

Gambar 2.18 Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement,

envelopes (a) stuktur RDP bukaan jendela dan (b) stuktur RDP dengan bukaan pintu.

Sumber : Kakaletsis and Karayannis (2009)

39

Berdasarkanhasil penelitian laboratorium ini disimpulkan bahwa bukaan

jendeladengan lebarantara25% sampai 50% dari panjangpasangan batadinding

pengisimenyebabkanpengurangan rata-rata18,7% dalam perlawananlateral,26,3%

padakekakuan awal, dan4,3% dalam kapasitaspenyerapan energikumulatif. Bukaan

pintudengan lebarantara25% sampai 50% dari panjangpasangan batadinding

pengisimenyebabkanrata-rata penurunan28,7% dalam perlawananlateral,30,3%

padakekakuan awal, dan 27% dalam kapasitaspenyerapan energikumulatif.

Ukuranbukaandaribentuk yang samatampaknya tidakjauhmempengaruhi

perilakubenda uji. Bukaan yang lebih besarterlihatmengarah padakeadaan batas

ultimateyang lebih tinggidan lebih elastis/daktildariperilaku.

Hasil pengujian laboratorium pada penelitian tersebut digunakan sebagai acuan

pada penelitian Suarjana (2014). Sepuluh model yang ditinjau terdiri atas 1 model

Bare Frame (MB), 9 model RDP (1 model RDP dengan dinding solid (MS), 3 model

RDP bukaan jendela sentris yaitu MWO2, MWO3, MWO4, 3 model RDP dengan

bukaan pintu sentris yaitu MDO2, MDO3, MDO4), masing – masing dengan lebar

bukaan 25%, 38%, dan 50% dari panjang dinding, dan 2 model RDP dengan posisi

bukaan eksentris yaitu MWX1 dan MDX1. Pemodelan dilakukan dengan metode

elemen hingga menggunakan program SAP2000.

Dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa model struktur RDP dengan

bukaan jendela dan pintu sentris, dimana lebar bukaan antara 25%-50% dari panjang

dinding pengisi menyebabkan pengurangan rata-rata masing-masing 11,2% dan

40

20,6% terhadap kekakuan RDP dinding solid. Sedangkan struktur RDP bukaan

jendela dan pintu eksentris menyebabkan pengurangan masing–masing 2,9% dan

9,7% terhadap kekakuan RDP dinding solid. Keberadaan dinding dalam struktur

rangka, bagaimanpun bentuknya tetap memberi sumbangan kekakuan terhadap

struktur RDP. Struktur RDP dengan dinding solid memiliki kekakuan 1,61 kali dari

Bare Frame, struktur RDP dengan bukaan jendela sentris memiliki kekakuan 1,38-

1,47 kali dari Bare Frame, sedangkan struktur RDP dengan bukaan pintu sentris

memiliki kekakuan 1,23-1,31 kali dari Bare Frame. Untuk struktur RDP bukaan

jendela dan pintu eksentris memiliki kekakuan masing–masing 1,56 dan 1,45 kali dari

Bare Frame. Tegangan maksimum terjadi pada sudut bukaan dan sudut dinding

pertemuan balok dan kolom sesuai dengan hasil pengujian laboratorium.

2.7 Model Validasi

Sebelum melakukan penelitian terhadap perbandingan hasil pemodelan struktur

dinding pengisi dengan elemen shell penuh dan parsial, akan dilakukan pemodelan

validasi terhadap lima model dinding pengisi yang akan dibandingkan terhadap

eksperimen yang ada. Pemodelan model validasi ini dilakukan untuk menentukan

pemilihan penggunaan model struktur dinding pengisi pada struktur. Model validasi

yang digunakan adalah penelitian Imran dan Aryanto (2009).

Penelitian eksperimen tersebut bertujuan untuk mengetahui kinerja dan perilaku

struktur rangka dinding pengisi yang dikenai beban lateral yang dilakukan pada

dinding pengisi bata ringan AAC yang selanjutnya disebut model 1 dan bata

41

konvensional yang disebut model 2. Struktur tersebut merupakan struktur rangka satu

tingkat dengan tinggi 1750 mm dan satu bentang lebar 1675 mm.

Gambar 2.19Model Eksperimen Dinding Pengisi Bata Ringan dan Bata

Konvensional (sumber : Imran dan Aryanto 2009)

Penampang rangka yang digunakan yaitu pasangan dinding bata dengan dimensi

panjang, tinggi, dan tebal adalah 1500 mm, 1500 mm, dan 100 mm. Dimensi balok

150/250 mm dengan tebal penutup beton 20 mm, tulangan longitudinal 2D16 serta

tulangan transversal D6-75. Dimensi kolom 175/175 mm dengan tebal penutup beton

20 mm, tulangan longitudinal 4D13 serta tulangan transversal D6-65.

Pada penelitian tersebut, beban balok di atas dinding dianggap sebagai beban

lateral menggunakan displacement control yang ditunjukkan pada Gambar 2.20 di

bawah ini. Beban dinding pada balok setinggi 300 mm dengan tebal 100 mm adalah

44,31 kg/m’. Detail penulangan digunakan pada penelitian tersebut ditunjukkan pada

Gambar 2.21

42

Gambar 2.20Susunan dan Program Pembebanan Eksperimen

Gambar 2.21Detail Penulangan

Hasil dari eksperimen menunjukkan bahwa pada model 1, retak mulai terbentuk pada

sepanjang diagonal dinding. Retak terjadi pada beban lateral 15,63 kN dengan

43

perpindahan lateral 1,34 mm. Pada beban yang lebih besar, pemisahan antara dinding

dan rangka sepanjang muka kolom terus membesar sesuai dengan penambahan beban

sampai dinding mengalami kehancuran utama pada pojok kanan atas dan setengah

dari tinggi dinding seperti tampak pada Gambar 2.22.

Gambar 2.22Pola Retak pada Model 1

Sedangkan retak pertama pada model 2 terjadi saat beban lateral 26 kN dengan

perpindahan lateral 1,26 mm. Retak horizontal utama terjadi sekitar 1/3 – 2/3 tinggi

dinding sedangkan retak diagonal terjadi pada bagian pojok atas dinding seperti

tampak pada Gambar 2.23.

44

Gambar 2.23Pola Retak pada Model 2

Kurva histeretis pada model 1 memiliki perilaku histeretis yang lebih baik

dibanding model 2 meskipun kedua model memperlihatkan beban puncak yang mirip

(Gambar 2.24). Penurunan kekuatan pada model 2 terjadi saat perpindahan lebih

besar dari 20 mm sedangkan model 1 hanya sedikit penurunan kekuatan. Selain itu,

model 1 menunjukkan rasio daktilitas yang lebih besar daripada model 2.

45

Gambar 2.24Kurva Histeretis Model 1 dan Model 2

Analisis nonlinear dengan perubahan kekakuan/ EI untuk setiap kenaikan beban.

Perubahan momen inersia penampang (I) mengacu pada SNI 03-2847-2002 (SNI

Beton) sedangkan perubahan modulus elastisitas (E) mengacu pada kurva tegangan-

regangan material sehingga menghasilkan kurva gaya-perpindahan dan kontur

tegangan dinding.

Model eksperimen 2 memperlihatkan sebuah mode keruntuhan yang dapat

digambarkan sebagai sliding shear (SS). Kekuatan geser yang rendah dari bed joint

dinding pada model eksperimen ini mencegah pembentukan retak diagonal.

46

Sedangkan spesimen AAC (model eksperimen 1) memperlihatkan bentuk strut,

dimana retak menyebar secara diagonal dari bagian atas kolom menuju bagian dasar.

Tipe dari keruntuhan ini mengindikasikan bahwa mortar tipis pada spesimen AAC

mempunyai karakteristik ikatan yang bagus.

2.8 Tegangan pada Struktur Rangka Dinding Pengisi

Tegangan yang terjadi pada dinding adalah tegangan geser, tegangan tarik dan

tegangan tekan. Ketiga jenis tegangan menimbulkan kegagalan pada dinding pengisi

berupa kegagalan geser, kegagalan tarik diagonal dan kegagalan tekan. Dengan

adanya ketiga jenis kegagalan tersebut dinding pengisi harus tetap mampu menahan

beban yang terjadi pada struktur portal.

Konsep perilaku dinding pengisi yang dikembangkan saat ini merupakan

perpaduan hasil penelitian, pendekatan analisis serta kecanggihan analisa model

elemen hingga yang berkembang (Smith dan Coull, 1991). Untuk memahami

perilaku portal dengan dinding pengisi diperlukan penelitian lebih lanjut terutama

penelitian dengan skala sebenarnya sehingga dapat diperoleh pendekatan desain

perencanaan struktur portal dengan dinding pengisi.

Tegangan geser yang terjadi pada dinding dengan pemodelan dinding pengisi

sebagai shell elemen diperoleh dengan mengamati tegangan (shell stress) yang terjadi

pada bagian tengah dinding. Tegangan tekan diperoleh dengan mengamati tegangan

pada pojok atas dinding pengisi yang terletak disebelah kolom sedangkan tegangan

tarik diperoleh pada bagian pojok bawah dinding pengisi (Smith dan Coull, 1991).

47

2.8.1 Tegangan Geser pada Dinding Pengisi

Kegagalan geser yang terjadi pada dinding pengisi berkaitan dengan tegangan

geser yang terdapat pada dinding ketika struktur tersebut menerima gaya lateral. Pada

analisis model elemen diperoleh bahwa nilai tegangan geser kritis terjadi dibagian

tengah dinding pengisi (Smith dan Coull, 1991). Nilai tegangan geser secara empiris

dapat dirumuskan sebagai berikut:

Tegangan geser Lt

1,43Qxy =τ

(2.14)

Dimana :

Q=gaya horizontal struktur portal, L=panjang dinding pengisi pada struktur, t=

ketebalan dinding

FEMA-237 (Federal Emergency Management Agency) dalam Bell dan

Davidson (2001) menyebutkan bahwa walaupun tegangan geser pada dinding pengisi

melampaui kuat geser yang diijinkan namun dinding pengisi tersebut tetap mampu

menahan beban geser sampai empat kali tegangan yang terjadi. Dinding pengisi yang

menerima beban geser yang kuat akan mengalami keretakan namun masih mampu

menahan beban geser struktur untuk memperlambat deformasi yang terjadi. Nilai

tegangan yang terjadi pada dinding perlu diperhatikan dan dibandingkan dengan nilai

tegangan geser yang diizinkan. Shrikhande danAgarwal dalam buku Earthquake

Resistant Design of Structure (2010) menyebutkan nilai tegangan izin geser yaitu 410

kN/m2 - 4690 kN/m2

48

2.8.2 Tegangan Tarik pada Dinding Pengisi

Tegangan tarik diagonal dipengaruhi oleh jenis dinding pengisi yang digunakan.

Tegangan ini juga dipengaruhi oleh kekakuan struktur portal karena terjadi dibagian

pojok bawah dan tengah dinding pengisi (Smith dan Coull, 1991). Keruntuhan tarik

diagonal pada dinding pengisi berkaitan dengan tegangan tarik diagonal maksimum

yang terjadi pada dinding. Berdasarkan hasil analisis yang dilakukan oleh Smith dan

Coull (1991) tegangan tarik diagonal dapat dirumuskan:

Tegangan tarik diagonal Lt

0,58Qd =σ

(2.15)

Dimana :

Q=gaya horizontal struktur portal, L=panjang dinding pengisi pada struktur, t=

ketebalan dinding

Besarnya kuat tarik diagonal dinding pengisi belum dapat dipastikan sehingga

masih dalam batas pendekatan yang tetap dapat digunakan sebagai pedoman dalam

menganalisis tegangan tarik dinding (Smith dan Coull, 1991). Nilai tegangan tarik

yang terjadi pada dinding perlu diperhatikan dan dibandingkan dengan nilai tegangan

tarik yang diizinkan yaitu 340 kN/ m2 - 3400 kN/ m2 (Shrikhande dan Agarwal,

2010).

2.8.3 Tegangan Tekan pada Dinding Pengisi

49

Pada penelitian struktur portal dengan dinding pengisi diperoleh bahwa

panjang dinding pengisi yang menekan kolom di tiap tingkatnya bergantung pada

kekakuan lentur kolom. Kolom yang lebih kaku menyebabkan tekanan gaya lateral

pada kolom semakin luas sehingga tegangan tekan yang terjadi pada dinding menjadi

lebih kecil (Smith dan Coull, 1991). Keruntuhan dinding pengisi pada bagian atas

diperkirakan sama dengan panjang keruntuhan pada dinding pengisi di dekat kolom.

Tegangan tekan pada dinding pengisi secara empiris dirumuskan:

Tegangan diagonal tekan Lt

Q

−

=2,0

Lh0,8

yσ

(2.16)

Dimana :

Q=gaya horizontal yang terjadi yang diberikan oleh struktur portal, L=panjang

dinding pengisi pada struktur, h=tinggi dinding pengisi pada struktur, t=ketebalan

dinding

2.9 Pembebanan

Struktur gedung direncanakan kekuatannya terhadap beban mati, beban hidup,

beban gempa atau kombinasi dari beban-beban tersebut. Pembebanan tersebut antara

lain :

1. Beban Vertikal

• Beban Mati

50

Beban mati adalah berat dari semua bagian dari suatu gedung yang

bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-

penyelesaian, mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan

bagian yang tak terpisahkan dari gedung itu (PPIUG’ 83). Beban mati

pada perencanaan gedung ini terdiri atas berat sendiri struktur

ditambah beban mati tambahan dan beban dinding pengisi.

• Beban Hidup

Beban hidup adalah semua beban yang terjadi akibat penghunian atau

penggunaan suatu gedung dan ke dalamnya termasuk beban-beban

pada lantai yang berasal dari barang-barang yang dapat berpindah,

mesin-mesin serta peralatan yang tidak merupakan bagian yang tak

terpisahkan dari gedung dan dapat diganti selama masa hidup dari

gedung itu, sehingga mengakibatkan perubahan dalam pembebanan

lantai dan atap (PPIUG’ 83).

2. Beban Horizontal

Beban horizontal yang diperhitungkan adalah beban gempa yang mencakup

semua beban yang bekerja pada gedung atau bagian gedung yang meniru

pengaruh gerakan tanah akibat gempa tersebut. Bentuk analisa yang

digunakan, akan menentukan beban akan dikerjakan atau diaplikasikan

51

kepada struktur dan bagaimana respon dari struktur tersebut akan

diperhitungkan. Perhitungan beban gempa berdasarkan SNI 03-1726-2012.

3. Kombinasi Pembebanan

Untuk pemodelan rangka denganpembebanan gempa berdasarkan SNI 03 -

1726-2012 adalah sebagai berikut :

1. 1,4D (2.17)

2. 1,2D + 1,6L+ 0,5 (Lr atau R) (2.18)

3. 1,2D + 1,6 L (2.19)

4. 1,2D + 1,0E + L (2.21)

5. 0,9D (2.22)

6. 0,9 D+ 1,0E (2.23)