bab ii tinjauan pustaka - sinta.unud.ac.id 2.pdf · dengan rumus lebar strat ... semakin kecil...

10

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Sampai saat ini secara luas telah diterima bahwa penambahan panel

dinding pada struktur RT beton bertulang, secara signifikan meningkatkan

kekakuan dan kekuatan struktur rangka di sekitarnya (Imran and Aryanto, 2009;

Asteris et.al, 2011; Sukrawa, 2014b). Adanya bukaan jendela dan pintu pada

dinding pengisi juga menjadi alasan tidak diperhitungkannya dinding sebagai

bagian dari struktur, terlebih lagi jika di sekeliling lubang terdapat perkuatan.

Sementara hasil pengujian menunjukkan bahwa, RDP dengan dinding berlubang

masih jauh lebih kaku dan lebih kuat dari struktur RT (Kakaletsis and Karayannis,

2009; Asteris, et.al, 2012; Sigmund and Penava, 2012).

2.1. Dinding Pengisi

2.1.1 Definisi

Dinding pengisi secara umum difungsikan sebagai penyekat, dinding

eksterior, dan dinding yang terdapat pada sekeliling tangga dan elevator secara

struktural memberikan pengaruh memperkaku rangka terhadap beban horizontal.

Dinding pengisi umumnya digunakan untuk meningkatkan kekakuan dan

kekuatan struktur beton bertulang dan umumnya dianggap sebagai elemen non-

struktural.

2.1.2 Rangka dengan Dinding Pengisi

RDP (infilled frame) ialah struktur yang terdiri atas kolom dan balok

berbahan baja atau beton bertulang dengan dinding didalamnya.

Gambar 2.1 Rangka dengan Dinding Pengisi

11

Perilaku struktur rangka akibat adanya dinding pengisi tentu berbeda

dengan struktur rangka tanpa dinding pengisi. Perilaku seperti deformasi dan

gaya-gaya dalam pada struktur akan diterima pula oleh dinding pengisi yang

berarti dinding pengisi akan mendistribusikan gaya-gaya yang ada pada struktur

sampai pada batas kemampuannya. Adanya kontak antara dinding dan struktur

yang mengelilinginya dan perilaku struktur ketika mendapat beban lateral

mengakibatkan dinding pengisi mengalami pola keruntuhan tertentu. Keruntuhan

yang terjadi pada dinding salah satunya terjadi pada bagian sudut-sudutnya.

Ketika menerima beban lateral, struktur rangka akan menekan dinding bagian

ujung, sementara dinding akan menahan gaya tersebut. Konsep inilah yang

menjadi dasar untuk memodelkan dinding pengisi sebagai sebuah strat diagonal.

2.2. Strat Diagonal

Saat ini, peraturan Perencanaan Seismik EC – Part 1, ASCE 41-06 (Asteris

et.al, 2012) berisi ketentuan-ketentuan untuk memperhitungkan kekakuan struktur

RDP dengan dinding penuh dengan memodel dinding sebagai strat diagonal,

dengan rumus lebar strat (Wds) yang berkembang sesuai kemajuan hasil

penelitian. Beberapa rumus pendekatan yang digunakan dalam menentukan lebar

strat (Wds) antara lain:

a. Holmes (1961)

(2.1)

b. Smith and Carter (1969)

(

)

(

)

(2.2)

c. Mainstone (1971)

(2.3)

d. Liauw and Kwan (1984)

√ (2.4)

e. Paulay and Priestley (1992)

(2.5)

12

Dinding pengisi diasumsikan menerima gaya dari struktur rangka di

sekelilingnya yang telah menerima gaya lateral sehingga dinding mengalami gaya

tekan. Gaya yang diberikan oleh struktur rangka tersebut akan ditahan oleh

dinding secara diagonal. Perumpamaan tersebut yang menjadi dasar untuk

memodel dinding pengisi sebagai strat. Strat dalam desainnya juga hanya mampu

menerima gaya aksial tekan atau tidak menerima gaya tarik. Asumsinya bahwa

dinding pengisi tersusun atas material yang tidak homogen sehingga kuat tarik

yang dimiliki material ini diabaikan. Perumusan untuk lebar strat pun sudah

banyak berkembang. Salah satu rumus yang cukup banyak digunakan termasuk

dalam peraturan FEMA-356 terkait analisis dinding pengisi.

Gambar 2.2 Model Dinding Pengisi Sebagai Strat Diagonal

(2.6)

dimana λ1 adalah:

[

]

(2.7)

dengan a adalah lebar strat diagonal, rinf adalah panjang strat, Eme adalah modulus

elastisitas dinding pengisi, Efe Icol adalah modulus elastisitas dan momen inersia

kolom, tinf adalah tebal dinding dan tebal strat, hcol adalah tinggi kolom di antara as

balok, hinf adalah tinggi dinding pengisi, dan θ adalah sudut yang dibentuk oleh

strat diagonal.

Berdasarkan cara di atas, pemodelan dinding pengisi sebagai strat diagonal

tidak akan mampu meninjau adanya bukaan atau lubang pada dinding. Maka dari

h kolom

r

a

?

h dinding

θ

13

itu, Asteris, et al. (2012) mengusulkan adanya faktor reduksi terhadap dimensi

strat diagonal akibat adanya lubang, dengan ketentuan seperti pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara Faktor Reduksi dengan Persentase Lubang

pada Dinding.

Sumber: Asteris et al. (2012)

Grafik di atas menunjukkan hubungan antara persentase bukaan dinding

(αw) dan faktor reduksi ( ) terhadap kekakuan dinding. Persamaan yang

dihasilkan oleh grafik tersebut adalah:

(2.8)

dengan αw adalah persentase lubang (luas lubang dibagi luas dinding).

2.3. Elemen Shell

Elemen shell adalah tipe dari obyek area yang digunakan untuk memodel

perilaku membran, pelat, dan shell dalam bidang dan struktur tiga dimensi.

Perbedaan dari tipe-tipe perilaku elemen shell adalah sebagai berikut (Computers

and Structures, 2015):

1. Membran

- Berperilaku sebagai membran murni

- Hanya dapat menerima gaya in-plane dan momen normal (drilling)

- Bersifat linier dengan material homogeny

14

2. Pelat

- Berperilaku sebagai pelat murni

- Hanya dapat menerima gaya out-plane dan momen lentur

- Menggunakan formulasi pelat tipis atau pelat tebal

- Bersifat linier dengan material homogen

3. Shell

- Berperilaku shell penuh, yaitu kombinasi dari perilaku membran dan

pelat

- Dapat menerima semua gaya dan momen

- Menggunakan formulasi pelat tipis atau pelat tebal

- Bersifat linier dengan material homogen.

Setiap elemen shell dapat mempunyai bentuk sebagai berikut :

1. Segiempat (quadrilateral), yang didefinisikan oleh 4 join j1, j2, j3, dan j4

(Gambar 2.4).

2. Segitiga (triangular), yang didefinisikan oleh 3 join j1, j2, dan j3

(Gambar 2.5).

Formulasi quadrilateral lebih akurat dibandingkan triangular. Elemen

triangular direkomendasikan hanya untuk lokasi dimana tegangan tidak berubah

dengan cepat. Penggunaan dari triangular yang besar tidak direkomendasikan

dimana tekuk in-plane lebih signifikan.

Untuk memodelkan suatu elemen shell, dalam metode elemen hingga

elemen shell harus dibagi menjadi elemen-elemen yang lebih kecil (mesh) untuk

meningkatkan keakuratan hasil yang didapat.

15

Gambar 2.4 Elemen shell segiempat

sumber: Computers and Structures (2015)

Gambar 2.5 Elemen shell segitiga


16

Gaya internal elemen shell (atau bisa juga disebut stress resultants) adalah

gaya dan momen yang dihasilkan dari integrasi tegangan terhadap ketebalan

elemen (Computers and Structures, 2015). Aksi tegangan pada muka positif

diorientasikan dalam arah positif dari sumbu koordinat lokal elemen, begitu pula

sebaliknya. Arah-arah tegangan diperlihatkan lebih jelas pada Gambar 2.6.

Definisi Fij untuk gaya internal sama dengan Sij untuk tegangan, dimana i

menunjukkan arah muka (face) dan j menunjukkan arah sumbu (axis).

Gambar 2.6 Tegangan pada elemen shell


Untuk sebuah shell yang homogen, gaya-gaya internal dirumuskan sebagai

berikut (Computers and Structures, 2015):

- gaya langsung membran:

∫

(2.9)

∫

(2.10)

- gaya geser membran:

∫

(2.11)

17

dimana:

= gaya membran

= tebal membran

= tegangan membran

= koordinat ketebalan yang diukur dari tengah permukaan elemen.

2.4. Elemen Gap

Elemen gap merupakan elemen yang menghubungkan dua material yang

berbeda dengan tujuan untuk menyalurkan gaya yang berasal dari masing-masing

material tersebut. Pada program SAP2000 terdapat fitur link element atau elemen

penghubung yang dapat digunakan sebagai elemen gap. Elemen ini bekerja

dengan cara mengikat dua buah titik simpul dan dapat dilepas sesuai kondisi

tertentu. Gambar 2.7 menunjukkan elemen gap dan komponennya, dengan i dan j

sebagai simpul (titik ujung) dari elemen gap. Simpul atau titik ujung yang

dimaksud nodal dari elemen frame dan nodal elemen shell sedangkan k

merupakan nilai kekakuan dari elemen gap.

Gambar 2.7 Elemen Gap

sumber : Computers and Structures (2015)

Aplikasi elemen kontak ini pada dinding pengisi salah satunya dibahas

dalam penelitian dari Dorji & Thambiratnam (2009). Pada penelitian tersebut

dijelaskan tentang perbandingan kekakuan yang dimiliki oleh elemen gap dengan

kekakuan dari dinding pengisi. Hubungan dari kekakuan kedua elemen tersebut

dapat dilihat pada Gambar 2.8

18

Gambar 2.8 Grafik hubungan antara kekakuan dinding dan kekakuan gap

Sumber: Dorji & Thambiratnam (2009)

Persamaan dari grafik yang terdapat pada Gambar 2.8 dapat dirumuskan

sebagai berikut:

(2.12)

dengan Ki

(2.13)

dimana Kg (N/mm) adalah kekakuan dari gap element, Ki (N/mm) adalah

kekakuan dari dinding pengisi, Ei (N/mm2) adalah modulus elastisitas dinding dan

t (mm) adalah tebal dinding.

2.5. Material Nonlinier

Sebuah material atau bahan memiliki sifat nonlinier dimana material

tersebut dapat menurun kekuatannya pada batas tegangan tertentu. Material yang

berbeda tentunya memiliki kekuatan yang berbeda. Hal yang digunakan untuk

menunjukkan perilaku material salah satunya adalah modulus elastisitas.

Parameter ini memberikan gambaran tentang kemampuan suatu material untuk

mengalami deformasi. Semakin kecil nilai modulus elastisitas maka semakin

mudah suatu material dapat mengalami perpanjangan atau perpendekan.

19

Berdasarkan SNI 2847:2013, modulus elastisitas pada material beton

berdasarkan berat volume (Wc) dan kuat tekan beton ( dapat dicari dengan

Persamaan 2.14:

√ (2.14)

untuk beton dengan berat volume antara 1440 dan 2560 kg/m3.

Pada material dinding dapat diketahui nilai modulus elastisitasnya

berdasarkan pendekatan dari FEMA-356 dengan Persamaan 2.15:

(2.15)

dimana (N/mm2) adalah kuat tekan dinding.

2.6. Penelitian Terkait

2.6.1 Eksperimen yang Dilakukan oleh Imran dan Aryanto (2009)

Eksperimen ini difokuskan untuk mendapatkan kinerja dan perilaku dari

rangka struktur beton bertulang dengan dinding pengisi (in-filled R/C frame) bata

ringan AAC, yang dikenakan beban lateral in-plane untuk mensimulasikan gaya

gempa. Sebagai perbandingan, perilaku dari in-filled R/C frame bata konvensional

juga diteliti pada eksperimen tersebut. Konfigurasi model eksperimen ditunjukkan

pada Gambar 2.9, dimana model 1 menggunakan material dinding pengisi bata

ringan AAC dan model 2 menggunakan material dinding pengisi bata

konvensional.

20

Gambar 2.9 Spesimen rangka beton bertulang dengan dinding pengisi

sumber: Imran dan Aryanto (2009)

Prototipe yang dipilih dari in-filled R/C frame didesain untuk memenuhi

persyaratan SRPMM sesuai SNI beton. Karena terbatasnya ketersediaan fasilitas

penelitian, faktor skala setengah dipakai untuk mendapatkan model eksperimen.

Model eksperimen merupakan sistem satu tingkat dan satu bentang. Semua

material dinding pengisi yang digunakan dalam rangka mempunyai rasio

kelangsingan h/t (height/thickness) yang sama yaitu 15 dan rasio h/l (height/bay

length) 1,0.

Model eksperimen dikonstruksikan pada balok beton bertulang kaku dan

dibaut pada lantai kuat laboratorium. Untuk mengeliminasi pergerakan out-plane,

spesimen diperkuat secara lateral oleh rangka baja. Beban lateral siklik diterapkan

oleh servo-controlled hydraulic actuator yang mempunyai kapasitas beban 1000

kN dan maksimum stroke± 100 mm. Linear variable displacement transducers

(LVDTs) ditempatkan pada banyak lokasi dalam spesimen untuk mengukur

perpindahan di lokasi berbeda. Distorsi geser dalam spesimen selama eksperimen

diukur menggunakan 2 LVDTs yang ditempatkan diagonal (Gambar 2.10). Total

terdapat 24 pengukur tegangan yang dipasang pada beberapa batang tulangan baja

dalam setiap spesimen (Gambar 2.12), untuk mengukur nilai tegangan yang

diperlukan dalam perhitungan momen, gaya geser, dan gaya aksial dalam elemen

rangka. Semua peralatan dimonitor sepanjang eksperimen menggunakan Data

Acquisition System.

21

Dalam eksperimen ini, beban lateral diterapkan menjadi beban balok di atas

dinding menggunakan displacement control dengan history yang ditunjukkan

dalam Gambar 2.12. Riwayat beban yang digunakan diadopsi dari rekomendasi

ACI untuk eksperimen beban siklik dari elemen struktur beton bertulang.Sebagai

tambahan untuk eksperimen struktur, pengujian material dilakukan dalam

eksperimen ini. Hasil dari pengujian material direkapitulasi dalam Tabel 2.1.

Gambar 2.10 Gambaran dari susunan eksperimen


Gambar 2. 11 Set up pengujian


22

Gambar 2.12 Program pembebanan pada pengujian


Gambar 2.13 Detail penulangan


23

Tabel 2.1 Properti material rata-rata


Hasil dari eksperimen menunjukkan, pada RDP AAC (model eksperimen 1),

retak mulai terbentuk pada dinding, sepanjang diagonal dari dinding. Bentuk retak

ini terjadi pada beban lateral 15,63 kN (atau perpindahan lateral 1,34 mm).

Setelah itu, pada beban yang lebih besar, retak diagonal lain yang sejajar retak

pertama terjadi. Saat beban balik (reverse load) akibat beban siklik, sebuah retak

diagonal yang tegak lurus pada retak sebelumnya ditemukan dan membentuk

retak berbentuk X (X-crack). Tipe dari pola retak ini ditemukan dominan pada

RDP AAC. Pada beban lateral 27,16 kN (atau perpindahan 2,16 mm), retak lentur

pertama mulai terjadi pada kolom. Lalu, retak geser pertama muncul pada beban

72,83 kN (atau perpindahan 4,28 mm). Pada beban yang lebih besar, pemisahan

antara dinding dan rangka sepanjang muka kolom terjadi dan terus melebar

seiring dengan penambahan beban. Setelah itu, material dinding mulai terlihat

hancur. Kehancuran utama terlihat pada pojok kanan atas dan setengah tinggi dari

dinding, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13.

Gambar 2.14 Pola retak akhir pada model eksperimen 1


24

Untuk spesimen dinding pengisi bata (model eksperimen 2), retak pertama

ditemukan pada beban lateral 26 kN (atau perpindahan lateral 1,25 mm). Retak

menyebar secara diagonal melewati join mortar dan juga secara horizontal

sepanjang bed joint membentuk sliding shear. Retak horizontal utama terjadi pada

kira-kira 1/3 dan 2/3 dari tinggi dinding. Retak horizontal ini mencegah formasi

retak X-crack pada bagian tengah atas dari dinding. Bentuk retak diagonal banyak

ditemukan pada bagian pojok atas dari dinding. Retak geser terjadi pada bagian

bawah dan atas dari kolom pada beban 64,6 kN (atau perpindahan 6,72 mm).

Retak geser pada bagian atas kolom terus membesar dan kehancuran dinding

terjadi pada lokasi dimana retak horizontal sepanjang bed joint bertemu dengan

retak diagonal utama, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.14.

Gambar 2.15 Pola retak akhir pada model eksperimen 2


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.

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. Rekapitulasi dari

hasil eksperimen ditunjukkan pada Tabel 2.2.

25

Tabel 2.2 Rekapitulasi hasil eksperimen


Hasil eksperimen berupa kurva histeretis untuk setiap model eksperimen

disajikan pada Gambar 2.16. Berdasarkan pada karakteristik beban-defleksi, pada

dasarnya kedua model memperlihatkan beban puncak yang mirip. Meskipun

demikian, model eksperimen 1 menghasilkan perilaku histeretis yang lebih baik

dari model eksperimen 2. Penurunan yang lebih tajam untuk intensitas yang sama

dari perpindahan lateral terlihat pada hasil eksperimen dari model 2 daripada hasil

eksperimen model 1. Penurunan kekuatan signifikan terlihat dengan jelas pada

kurva histeretis dari model eksperimen 2, yang mulai terjadi saat perpindahan

lebih besar dari 20 mm (atau pada tingkat drift lebih besar dari 1%). Sebaliknya,

model eksperimen 1 menunjukkan hanya sedikit penurunan kekuatan.

26

Gambar 2.16 Kurva beban-perpindahan histeretis untuk model 1 dan model 2


Hasil dari eksperimen yang lain adalah berupa rasio daktilitas

perpindahan. Pada desain gempa, kinerja dari struktur setelah melewati batas

elastis biasanya ditunjukkan dengan rasio daktilitas. Rasio daktilitas perpindahan

didefinisikan secara umum sebagai rasio antara perpindahan ultimit dimana daya

tahan lateral dari model eksperimen dikurangi hingga 80% dari daya tahan lateral

maksimumnya dengan perpindahan saat leleh. Berdasarkan hasil eksperimen,

rasio daktilitas untuk tiap model eksperimen diperlihatkan pada Tabel 2.3. Model

eksperimen 1 menunjukkan rasio daktilitas yang lebih besar dari model

eksperimen 2, meskipun perbedaannya hanya sedikit.

27

Tabel 2.3 Rekapitulasi dari rasio daktilitas spesimen

Description Model 1 Model 2

Forces at first yield of reinf

(kN) -93.9 -83.7

Displacement at first yield of

reinf (mm) -7.33 -10.16

Forces at 80% of maximum

lateral load (kN) -85.87 -84.72

Displacement at 80% of

maximum lateral load (mm) -47.6 -62

Ductility μ 6.5 6.1 sumber: Imran dan Aryanto (2009)

2.6.2 Kakaletsis and Karayannis (2009)

Kakaletsis and Karayannis (2009) melakukan penelitian laboratorium

mengenai perilaku struktur rangka dinding pengisi dengan bukaan.

Hasil utama dari eksperimen laboratorium adalah grafik hubungan antara

beban lateral dan perpindahan, selain itu ditampilkan pola kegagalan yang terjadi

pada struktur, disajikan pada Gambar 2.16, 2.17, dan 2.18.

Gambar 2.17 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola

Keruntuhan dari Benda Uji S

28


Keruntuhan dari Benda Uji WO2


Keruntuhan dari Benda Uji DO2

Sumber: Kakaletsis and Karayannis (2009)

Spesimen S pada Gambar 2.16 memiliki dinding penuh, dimana retak pada

dinding terjadi pada drift 0.3%. Sendi plastis terjadi pada bagian atas dan bawah

kolom pada drift 1.1%. Kegagalan dari spesimen ini didominasi dengan retak

diagonal di dinding pada drift 1.9%. Spesimen WO2 dengan bukaan jendela pada

Gambar 2.17 mengalami retak pertama di dinding pada drift 0.3% sampai 0.4%.

Sendi plastis terjadi pada ujung atas dan bawah kolom pada drift 0.3% sampai

0.9%. Spesimen DO2 pada Gambar 2.18 mengalami retak pertama di dinding

pada drift 0.3%. Sendi plastis terjadi pada bagian atas dan bawah kolom pada drift

0.4% sampai 0.6%.

29

Berdasarkan hasil penelitian laboratorium tersebut disimpulkan bahwa

ukuran bukaan dari bentuk yang sama tampaknya tidak jauh mempengaruhi

perilaku benda uji. Retak pada dinding dan terpisahnya dinding dari struktur

terjadi pada tahap sebelum adanya leleh pada tulangan kolom. Pada perpindahan

yang besar pada kasus model dengan bukaan, beban lateral tetap ditahan oleh

struktur sementara dinding pengisi mulai berhenti menahan beban.

Hasil dari kurva histeresis beban lateral dan perpindahan dari setiap

spesimen dapat disederhanakan dengan menghubungkan tiap titik puncaknya

seperti pada Gambar 2.19.

Gambar 2.20 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan Spesimen S,

WO2, dan DO2

2.6.3 Sigmund & Penava (2012)

Penelitian terkait hasil uji laboratorium tentang dinding pengisi berlubang

terutama dengan tambahan perkuatan balok dan kolom praktis telah dilakukan

oleh Sigmund & Penava (2012). Pada penelitian tersebut dibuat benda uji berupa

struktur rangka beton bertulang satu tingkat dengan dinding pengisi yang diisi

bukaan bervariasi. Benda uji yang terdiri dari dua kelompok seperti yang tertera

pada Tabel 2.4 dibuat untuk mengetahui bagaimana pengaruh ukuran dan posisi

bukaan pada dinding dan efek dari penambahan perkuatan balok dan kolom

praktis pada tepi lubang.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Gay

a La

tera

l (kN

)

Perpindahan (mm)

S

WO2

DO2

30

Tabel 2.4 Tipe Benda Uji Dinding Pengisi dengan Bukaan

Tes Spesimen

Tampilan benda uji

Jenis bukaan

dan dimensi

lo/ho (m)

Posisi

bukaan dan

jarak eo

(m)

Penahan

bukaan Grup No Tanda

II

1 Tipe (1/II)

Pintu

(0,35/0,90 m)

Sentris

(0,90 m)

Dengan

Lintel

2 Tipe (2/II)

Jendela

(0,50/0,60 m)

Sentris

(0,90 m)

Tinggi

dinding

pembatas

0,40 m

III 2 Tipe (2/III)

- - Spesimen

rujukan

Pada benda uji yang memiliki perkuatan, kolom praktis diberi tulangan

memanjang dengan diameter 8 mm sebanyak 2 buah. Kolom praktis tersebut

diangker dengan balok struktur dengan kedalaman 10 cm dan diberi dowel ke

dinding dengan tulangan diameter 4 mm setiap 20 cm. Penulangan pada balok

praktis terdiri dari empat tulangan memanjang dengan diameter 6 mm dan

tulangan melintang diameter 6 mm dengan jarak 9 cm.

31

Gambar 2.21 Desain Tulangan Rangka Benda Uji

Sumber: Sigmund & Penava (2012)

Untuk jenis material yang digunakan dan sifat-sifatnya ditampilkan dalam

Tabel 2.5.

Tabel 2.5 Material yang Digunakan dan Sifat-Sifatnya

No Material Properti Nilai Satuan

1 Dinding

Kuat Tekan fm 2.7 N/mm2

Modulus Elastis Em 3900 N/mm2

Regangan Ultimate εm 0.57 %

Kuat geser fvm 0.7 N/mm2

2 Beton Kuat Tekan fc 58 N/mm2

3 Tulangan

Tegangan leleh fy 600 N/mm2

Tegangan putus fu 700 N/mm2

Modulus Elastis Es 210000 N/mm2

4 Lintel Kuat Tekan flin 30 N/mm2


32

Dalam menguji seluruh spesimen tersebut digunakan beban siklik yang

ditingkatkan dan beban vertikal yang konstan. Beban vertikal diberikan pada

ujung atas kolom yang pada masing-masing sisi diberi beban sebesar 365 kN.

Sementara untuk beban horizontal diberi gaya dengan peningkatan (Δ) sebesar 10

kN.

Dari hasil uji laboratorium tersebut didapat kurva perpindahan dan beban

lateral dan pola keruntuhan dari masing masing benda uji.

Gambar 2.22 Kurva Gaya Lateral dan Perpindahan dari Masing-Masing Benda

Uji


Sigmund & Penava (2012) dalam penelitiannya menyimpulkan bahwa

semua struktur dengan dinding pengisi, baik dengan dan tanpa lubang, memiliki

kekakuan yang lebih tinggi dibandingkan dengan struktur rangka terbuka.

Kekakuan dari struktur dengan dan tanpa bukaan sendiri tidak memiliki perbedaan

33

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

DP

1/II (Door)

2/II (Window)

Gay

a La

tera

l (k

N)

Perpindahan (mm)

yang terlalu besar. Sementara untuk penambahan perkuatan kolom praktis

memberi perubahan pada pola keruntuhannya. Benda uji tanpa perkuatan kolom

praktis menunjukkan pola keruntuhan yang lebih banyak dibandingkan dengan

benda uji dengan perkuatan. Perkuatan kolom dan balok praktis pada tepi lubang

tidak mempengaruhi kekakuan struktur secara keseluruhan namun mempengaruhi

pola keruntuhan, daktilitas, dan perilaku struktur secara keseluruhan.

Hasil dari kurva Sigmund & Penava (2012), beban lateral dan perpindahan

dari setiap spesimen dapat disederhanakan dengan menghubungkan tiap titik

puncaknya seperti pada Gambar 2.22.

Gambar 2.23 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan Spesimen

DP, Door, dan Window

34

2.6.4 Sukrawa (2015)

Dinding interior memiliki bukaan pintu, dan dinding eksterior memiliki

bukaan jendela. Dinding-dinding yang relatif lemah dan rapuh yang dibingkai

oleh beton bertulang (RC) atau balok baja dan kolom untuk membentuk kerangka

pengisi (IF) sistem dengan kekuatan dan kekakuan lateral secara signifikan lebih

tinggi daripada rangka terbuka. Dinding eksterior terdiri dari berbagai bukaan

jendela dengan kolom praktis beton bertulang dan balok (lintel) sekitar bukaan

untuk memperkuat dinding di sepanjang bukaan. Lintel juga sebagai rangka dari

jendela atau pintu yang terbuat dari bahan yang lebih lemah seperti kayu atau

aluminium yang mewakili praktek terbaik lokal di Bali dan daerah lainnya di

Indonesia.

Model eksperimental skala 1/3 rangka dinding pengisi dengan dinding

penuh (IFS) dan dengan bukaan (IFO) dibuat dan diuji oleh Kakaletsis dan

Karayannis beban. Model komputer menggunakan software SAP2000 versi 15

dibuat validasi berdasarkan empat dari delapan model yang diuji. Gambar 2.33

menunjukkan pengujian dan model komputer. Baris pertama menunjukkan

geometri rangka diuji. Model yang sesuai dengan menggunakan strat diagonal dan

elemen shell ditampilkan di baris kedua. Rangka terbuka (BF), IFS, dan dua IFO

dengan bukaan pusat jendela (WO4) dan bukaan pintu eksentrik (DX1) dengan

rasio bukaan 21% dimodelkan untuk melihat efek dari bukaan dinding dalam

referensi untuk BF dan IFS. Model strat digunakan strat diagonal tunggal dan

elemen shell model yang digunakan gap elemen pada permukaan antara rangka

dan dinding.

Model IFO dengan lintel sekitar bukaan (IFOL) juga dibuat menggunakan

elemen shell untuk dibandingkan dengan model IFO tanpa lintel.

35

Gambar 2.24 Geometri struktur (a) Rangka diuji dan (b) model yang sesuai

dengan menggunakan strat dan elemen shell

. Sumber: Sukrawa (2015)

Model strat untuk IFS unsur penggunaan untuk batang dan strut diagonal,

dimana kedua ujung strut yang di-release melawan rotasi.

Pengembangan model strat untuk IFO berikut dimodifikasi model yang

diusulkan strat diagonal, di mana lebar strat untuk dinding penuh dikurangi

dengan faktor λ, tergantung dari rasio lubang, α (rasio lubang ke daerah dinding)

dengan menggunakan persamaan diusulkan oleh Asteris, et.al

Respon dari model yang diplot dalam dua hubungan beban-perpindahan

seperti ditunjukkan pada Gambar. 2.24 Angka kiri menunjukkan kurva beban -

perpindahan untuk IFS, IFO (WO4 dan DX1), dan BF bersama-sama dengan data

eksperimen (garis putus - putus) yang sesuai. Respon IFOL diplot bersama-sama

dengan respon dari IFO (garis putus-putus) yang sesuai di sebelah kanan. Hal ini

terlihat dari angka kiri bahwa respon dari model komputer yang mirip dengan data

tes, dimana kekakuan menurun dari IFS ke IFO dan BF. Hal ini juga jelas bahwa

respon dari strat dan elemen shell model tidak sebanding dan model dengan

bukaan jendela sentris dan bukaan pintu sudut dengan rasio yang sama

menghasilkan respon yang sebanding. Melihat data yang lebih detail namun,

ditemukan bahwa model elemen shell cocok dengan data tes yang lebih baik dari

model strat untuk semua model rangka dinding pengisi. Bandingkan dengan data

uji, model strat memberikan respon kaku untuk IFS tapi respon yang lebih

fleksibel untuk IFO. Perbedaan ini terkait dengan faktor reduksi dalam persamaan

4 yang melemahkan kekuatan dinding dengan bukaan dan mengakibatkan respon

yang lebih lemah. Tanggapan IFOL mirip dengan model tanpa lintel dengan

peningkatan sedikit kekakuan. Efek kaku ini karena penambahan lintel tampaknya

(a)

(b)

36

logis dan oleh karena itu, model elemen shell dengan lintel digunakan untuk

model 3-D.

Gambar 2.25 kurva beban-deformasi model IFS, IFO, dan BF (kiri) dan

IFOL dan IFO (kanan)

Sumber: Sukrawa (2015)

Gambar 2.26 Kontur tegangan maksimum WO4 tanpa lintel (kiri) dan

WO4L dengan lintel (kanan)


Gambar 2.26 menunjukkan model WO4 menunjukkan kontur tegangan

maksimum model tanpa lintel (kiri) dan dengan lintel (kanan). Retak tarik terjadi

pada 2 sudut lubang dan kompresi maksimum terjadi pada 2 sudut lain dari

lubang. Membandingkan warna kiri dan kanan angka itu jelas bahwa tarik dan

tekan tekanan pada sudut pembukaan WO4L secara signifikan lebih rendah

dibandingkan WO4. Dengan demikian, keberadaan lintel memperkaku rangka dan

memperkuat dinding di sekitar lubang.

37

Hubungan beban-deformasi di arah Y karena vertikal dan lateral beban

kombinasi untuk model M3OR, M4OR, dan M5OR ditunjukkan pada Gambar

2.26. Hal ini jelas dari grafik simpangan pertingkat sebagai rasio bukaan dinding

menjadi lebih besar. Menggunakan perpindahan atap M300 sebagai acuan,

perpindahan atap M320, M340, dan M360 berkurang 51%, 33% dan 17%,

masing-masing. Pengurangan perpindahan serupa diamati untuk M4OR. Untuk

M5OR pengurangan yang sesuai adalah 45%, 32%, dan 16%, masing-masing.

Persentase penurunan perpindahan yang lebih kecil diamati untuk struktur lebih

tinggi. Atap perpindahan MS80 bagaimanapun, adalah 1% lebih rendah dari

MS00. Perpindahan pertingkat antar semua model tidak melebihi nilai batas dari

2% ketinggian lantai [13] dan tidak ada mekanisme soft-storey terdeteksi.

Displacement (mm) Displacement (mm) Displacement(mm)

Gambar 2.27 kurva beban - deformasi di arah Y: 3 lantai (kiri); 4 lantai (tengah);

5 lantai (kanan)


Tegangan maksimum di dinding meningkat dengan ketinggian bangunan

dan menurun dengan ketinggian lantai. Sehubungan dengan rasio bukaan,

tegangan yang diamati pada dinding dengan rasio bukaan yang lebih rendah.

Dengan demikian, tegangan maksimum terjadi pada lantai dasar M520. Tegangan

tekan maksimum yang diamati adalah 0,10 MPa untuk M320, 0,13 MPa untuk

M420, dan 0,14 MPa untuk M520. Tegangan tarik maksimum yang diamati di

daerah kecil di sudut pembukaan dengan nilai 0,27 MPa untuk M320, 0.31 MPa

untuk M420, dan 0,40 MPa untuk M520. Untuk pasangan dinding dengan fm 3

MPa, kekuatan tarik diperkirakan 0,3 MPa. Oleh karena itu, tegangan tarik pada

38

dinding M420 dan M520 melebihi kekuatan tarik dan karenanya, dinding kuat

diperlukan untuk lantai bawah 4 dan 5 gedung-gedung Hotel bertingkat.

Beban aksial maksimum di ambang 40 kN di kompresi dan 23 kN

dalam tegangan. Tegangan tekan yang sesuai 1.78 MPa, yang 0.178fcl dan

tegangan tarik yang sesuai adalah 0,10 MPa, yaitu 0.01fcl. Oleh karena itu lintel

tidak tertekan dan penguatan minimal 4 No. 10 tulangan dengan sengkung No 6

tulangan dengan 150 jarak mm memadai.

Model validasi rangka dinding pengisi dengan dan tanpa bukaan dinding

menunjukkan bahwa model komputer menggunakan strat diagonal dan elemen

shell menirukan baik perilaku rangka yang diuji. Hal ini juga menegaskan hasil

penelitian sebelumnya bahwa rangka dinding pengisi dengan bukaan dinding

secara signifikan lebih kuat dan kaku dari rangka terbuka. Untuk rangka dinding

pengisi dengan bukaan dinding Namun, respon dari model elemen shell sesuai

dengan data tes yang lebih baik daripada model strut, di mana faktor reduksi

untuk lebar strut melemahkan kekuatan rangka. Lintel sekitar bukaan dinding

memperkaku rangka dan memperkuat dinding di sekitar bukaan dan karenanya,

harus digunakan untuk desain yang lebih baik dari kerangka pengisi dengan

bukaan dinding.

Dari analisis dan desain model 3-D untuk tipikal 3, 4, dan 5 lantai

bangunan hotel menggunakan rangka dan elemen shell ditemukan bahwa respon

gempa dari rangka beton bertulang di-diisi dengan dinding rasio bukaan 20%

sampai 60% secara signifikan kaku dan lebih kuat dari yang tanpa dinding

pengisi. Namun, kontribusi dinding dengan bukaan 80% dalam mengurangi

penyimpangan lantai dan rangka dapat diabaikan. Dengan demikian, dinding

pengisi dengan rasio bukaan kurang dari 80% harus dipertimbangkan dalam

pemodelan struktural untuk mendapatkan analisis yang lebih akurat dan desain

yang efisien. Tegangan pada dinding pengisi dan lintel dapat diperoleh langsung

dari model elemen shell dan oleh karena itu, model dapat dengan mudah

diterapkan untuk analisis dan desain struktur rangka dinding pengisi dengan

bukaan dinding dan lintel sekitar bukaan.

bab ii tinjauan pustaka - sinta.unud.ac.id 2.pdf · dengan rumus lebar strat ... semakin kecil...

Documents