“Damper” Isolator Gempa pada Struktur BangunanNov 27

Posted by sanggapramana

Untuk melindungi struktur bangunan dari gempa, dapat menggunakan alat-alat peredam gempa (damper), mulai dari bantalan karet (base isolation seismic bearing) hingga alat-alat berteknologi tinggi.

Gempa yang terjadi di Indonesia saat ini sangat memprihatinkan, banyak korban jiwa akibat tertimbun runtuhan gedung-gedungnya. Salah satu pilihan yang kini banyak digunakan untuk melindungi struktur bangunan dari gempa, adalah dengan alat-alat peredam gempa (damper). Adapun alat peredam gempa tersebut, cukup banyak jenisnya,

1. Bantalan karet tahan gempa (seismic bearing)2. Lock Up Device (LUD)3. Fluid Viscous Damper (FVD)4. High Damping Device (HIDAM)5. dan lainnya

Penggunaan peralatan tahan gempa tersebut, pada prinsipnya berfungsi untuk menyerap energi gempa yang dipikul oleh elemen-elemen struktur. Sehingga, struktur bangunan menjadi lebih elastis dan terhindar dari kerusakan gempa yang parah.

Gambar 1 Respon antara struktur dengan damper dan tanpa damper ketika diguncang gempa

( sumber : www2.bridgestone-dp.jp )

 

Bantalan Karet

Bantalan karet sering dikenal sebagai base isolation, tampaknya penggunaannya akan semakin berkembang luas di masa datang. Berbagai daerah di Indonesia yang dikategorikan rawan gempa, menjadikan bantalan karet peredam gempa ini sangat diperlukan untuk melindungi struktur bangunan. Bantalan karet ini tergolong murah, dan bukan merupakan alat berteknlogi tinggi.

Gambar 3 Bantalan karet

( sumber : wbdg.org )

Aplikasi bantalan karet

Dalam aplikasinya, bantalan karet tersebut dipasang pada setiap kolom, yaitu diantara pondasi dan bangunan. Bantalan karet alam ini, berfungsi untuk mengurangi getaran akibat gempa. Sedangkan lempengan baja, digunakan untuk menambah kekakuan bantalan karet, sehingga penurunan bangunan saat bertumpu di atas bantalan karet tidak terlalu besar.

Adapun prinsip kerja dari bantalan karet (base isolation seismic bearing) ini adalah pengaruh gempa bumi yang sangat merusak struktur bangunan, merupakan komponen getaran karet horizontal. Getaran tersebut, dapat menimbulkan gaya reaksi yang besar. Bahkan, pada puncak bangunan, dapat terlihat hingga mendekati dua kalinya. Oleh karena itu, apabila gaya yang sampai pada bangunan itu lebih besar dari kekuatan struktur maka bangunan itu akan rusak.

Gambar 2 Perletakan bantalan karet pada tiap kolom

( sumber : ndsse.com )

Gaya reaksi yang sampai pada bangunan tersebut, dapat dikurangi melalui penggunaan bantalan karet tahan gempa ini. Pada dasarnya, cara perlindungan bangunan oleh bantalan karet tahan gempa ini, dicapai melalui penggunaan getaran gempa bumi ke arah horizontal. Dengan bantalan tersebut, juga memungkinkan bangunan untuk bergerak bebas, pada saat berlangsung gempa bumi, tanpa tertahan oleh pondasi. Bantalan karet tersebut, dapat mengurangi daya reaksi hingga 70%. Karena, secara alami karet alam memiliki fleksibilitas yang tinggi dan dapat menyerap energi.

Gambar 4 Uji geser

( sumber : http: www.ipard.com)

Gambar 5 Uji tekan vertikal

( sumber : http: www.ipard.com )

Peredam gempa berupa bantalan karet alam ini, kini mulai banyak diaplikasikan pada bangunan-bangunan hunian maupun gedung-gedung bertingkat. Dan berdasarkan pengalaman di lapangan., bangunan yang menggunakan bantalan karet peredam gempa ini, tidak mengalami kerusakan yang signifikan, ketika terjadi gempa.

LUD  (Lock Up Devices)

Selain bantalan karet, kini beberapa bangunan publik yang berlokasi di daerah rawan gempa, juga sudah mulai mengaplikasikan teknologi peredam gempa berteknologi tinggi dari mancanegara. Salah satunya adalah jalan layang (flyover) Pasupati, Bandung. Konon, bangunan publik ini, merupakan jalan layang pertama di indonesia, yang mengaplikasikan perangkat teknologi peredam gempa shock transmission unit, dipilih jenis Lock Up Devices (LUD) yang didatangkan dari Prancis. Teknik yang umumnya dipakai di Tank atau pesawat angkasa, sekarang ada di jalan Pasupati ini.

Gambar 6 LUD pada jembatan Rigid

( sumber : http://rebar.ecn.purdue.edu)

Salah satu alasan pemasangan LUD pada jalan layang Pasupati ini, karena Bandung termasuk kota rawan gempa. Kekuatan gempa di Indonesia, terutama Jawa, tercatat masuk region 3 – 4 atau sekitar 8 Ritcher. Karenanya, di sepanjang jalan laying Pasupati, setidaknya dipasang sekitar 76 unit LUD. Seluruh unit tersebut, dipasang pada tiang-tiang (pier) jalan layang. Pada setiap tiang yang ditentukan, dipasang dua unit LUD yang akan bekerja meredam guncangan pada konstruksi jalan layang ketika terjadi gempa.

Seperti pada produk peredam gempa LUD yang konon harga per-unitnya lebih dari 100 juta tersebut, jika dilihat dari dekat pada konstruksi jembatan layang Pasupati ini ada semacam dongkrak atau shockbreaker pada pertemuan antara tiang dan segmen jalan layang. Benda itulah yang dinamakan LUD, sebagai alat untuk meredam guncangan jika terjadi gempa.

Gambar 7 LUD

( sumber : http://rebar.ecn.purdue.edu)

Gambar 8 LUD

( sumber : http://rebar.ecn.purdue.edu)

Prinsip kerja LUD

Prinsip kerja LUD sangat sangat sederhana, jika diibaratkan tiang dan badan jalan layang sebagai huruf  T. Dimana garis melintang sebagai badan jalan. Gerak redam LUD pada saat terjadi gempa, akan berlangsung dari arah kiri ke kanan atau sebaliknya. Dengan penggunaan cairan khusus (gel silikon) yang menjadi bantalan pada LUD, guncangan ekstrem akibat gempa, pada saat tertentu mengakibatkan LUD terkunci, dan mengakibatkan seluruh badan jalan dan tiang akan bergerak serentak ke arah yang sama seperti huruf T, ke kanan dan ke kiri. Sistem ini, juga bisa meredam gerakan liar, akibat guncangan yang disebabkan oleh getaran lainnya. Kekuatan LUD dengan gaya horizontal, adalah 3.400 kN/unit.

Gambar 9 Perlatakan LUD pada jembatan tampak atas

( sumber : http://rebar.ecn.purdue.edu)

Gambar 10 Perletakan LUD tampak samping

( sumber : http://rebar.ecn.purdue.edu)

Supaya awet LUD harus dirawat dengan mengganti cairan LUD (gel silikon) setiap 25 tahun, dan mengganti cincin karena 10 tahun. Umur struktur jembatan itu sendiri, diperkirakan bisa mencapai lebih dari 100 tahun.

FVD (Fluid Viscous Damper)

Peralatan peredam gempa lain yang cukup terkenal dan banyak diaplikasikan pada struktur bangunan, adalah fluid viscous damper (FVD). Fungsi utama dari peralatan ini, adalah menyerap energi gempa dan mengurangi gaya gempa rencana yang dipikul elemen-elemen struktur. Sehingga, struktur bangunan menjadi lebih elastis dan mampu meredam guncangan gempa. Dengan mengaplikasikan peralatan FVD, gempa rencana yang dipikul elemen struktur menjadi lebih kecil. Sehingga, dengan kondisi tersebut diharapkan tidak terjadi kerusakan struktur bangunan ketika gempa terjadi.

Gambar 11 Pemasangan FVD pada struktur gedung

( sumber : istgeography.wikispaces.com)

Gambar 12 Cara kerja FVD

( sumber : istgeography.wikispaces.com )

FVD merupakan alat peredam gempa yang berfungsi sebagai disipator energi, dengan cara memberikan perlawanan gaya melalui pergerakan yang dibatasi. Gaya yang diberikan oleh FVD timbul, akibat adanya gaya luar yang berlawanan arah, bekerja pada alat tersebut. Peralatan ini bekerja, dengan menggunakan konsep mekanika fluida dalam mendispasikan energi.

Pada perkuatan FVD kolom berfungsi sebagai pegas. FVD mampu mereduksi tegangan dan defleksi yang terjadi secara simultan (bersamaan), karena gaya FVD yang bekerja sebanding dengan perubahan kecepatan stroke-nya (stroking velocity). Mekanisme kerja ini, dianalogikan seperti suspensi atau shock absorbser pada mobil, yang digunakan untuk mengatur pergerakan pegas di posisi tumpuan. Gaya redaman yang dibutuhkan relatif kecil, dibandingkan gaya yang dipikul pegas, akibat beban kendaraan dan beban guncangan.

Gambar 13 FVD pada perkuatan struktur gedung

( sumber : staaleng.com )

Jika pada struktur dipasang FVD, gaya redaman akan sama dengan nol pada saat defleksi maksimum, karena kecepatan stroke sama dengan nol dan kemudian berbalik arah. Saat kolom berbalik arah ke posisi semula, akan menyebabkan menjadikan kecepatan stroke menjadi maksimum atau gaya redamannya menjadi maksimum. Pada posisi kolom normal, tegangan kolom adalah minimum. Dengan, demikian penggunaan FVD sebagai alat peredam struktur, tidak akan meningkatkan beban pada kolom akibat gaya yang dikeluarkan FVD, karena saat terjadi gempa dan gaya damper maksimum, tegangan kolom justru minimum.

Gambar 14 FVD

( sumber : flickr.com )

Keuntungan FVD

Adapun kelebihan FVD, yaitu

1. Dapat mereduksi tegangan, gaya geser dan defleksi pada struktur, dapat bekerja secara pasif (tidak membutuhkan peralatan atau sumber daya dalam penggunaannya).

2. Dapat bekerja dengan tekanan fluida lebih tinggi, sehingga bentuknya semakin kecil dan praktis.

HiDAM   (High Damping Device)

Jepang adalah salah satu negara yang sering dilanda gempa, sehingga para engineer di jepang dituntut untuk dapat mengatasi kerusakan bangunan akibat guncangan gempa sehingga mengurangi korban jiwa dan materi. Alat peredam gempa ini adalah hasil penelitian dan pengembangan laboraturium Kobori, afiliasi perusahaan kontraktor Kajima. Di Jepang sendiri, alat ini berhasil diaplikasikan pada gedung-gedung tinggi dan struktur khusus lainnya.

Gambar 15 Detail HiDAM

( sumber : kirainet.com )

Untuk HiDAM pada bagian struktur atas sebagai respon pasif juga mulai banyak diaplikasikan. Hal ini penting, karena berdasarkan simulasi, jika gempa berkekuatan 7-8 magnitude mengguncang Tokyo, maka lebih dari sepertiga areanya akan luluh lantah, dengan banyak korban jiwa.

Gambar 16   HiDAM dan cewex ^^

( sumber : kajima.co.jp )

Sekilas mengenai prinsip kerja HiDAM, secara umum hampir sama dengan FVD taylor device . Yakni kedua alat ini sama-sama menggunakan prinsip viskositas dalam menciptakan gaya redaman. Berdasarkan hasil penelitian terhadap alat peredam gempa HiDAM ini, rasio redaman struktur, mampu ditingkatkan oleh HiDAM pada kisaran 10 – 20 %.  Angka ini, sangat signifikan dalam mengurangi respon struktur terhadap gempa dan kerusakan bangunan, serta telah memenuhi kriteria konvensional gempa di Jepang.

Gambar 17 HiDAM

( sumber : kajima.co.jp )

Pustaka : Majalah Techno Konstruksi, Edisi 18 (2009)

Prinsip dasar

Konsep hunian tahan gempa adalah bangunan yang dapat bertahan dari keruntuhan akibat getaran gempa, serta memiliki fleksibilitas untuk meredam getaran. Prinsipnya pada dasarnya ada dua, yaitu kekakuan struktur dan fleksibilitas peredaman.

1. Prinsip dasar kekakuan strukur rumah

Prinsip kekakuan struktur rumah menjadikan struktur lebih solid terhadap goncangan. Terbukti, struktur kaku seperti beton bertulang jika dibuat dengan baik dapat meredam getaran gempa dengan baik. Hal ini berarti perlu diperhatikan dengan sungguh-sungguh struktur yang dibuat pada saat pembangunan agar dapat lebih kuat dan lebih kaku. Kekakuan struktur dapat menghindarkan kemungkinan bangunan runtuh saat gempa terjadi. Kolom-kolom dan balok pengikat harus kuat dan ditopang oleh pondasi yang baik pula.

2. Prinsip flexibilitas

Adanya kemungkinan struktur bangunan dapat bergerak dalam skala kecil, misalnya dengan menggunakan prinsip hubungan roll pada tumpuan-tumpuan beban. Yang dimaksud dengan roll

adalah jenis hubungan pembebanan yang dapat bergerak dalam skala kecil untuk meredam getaran.

3.Prinsip penggunaan bahan material yang ringan dan “kenyal”

Prinsip penggunaan bahan material yang ringan dan “kenyal”, yaitu menggunakan bahan-bahan material ringan yang tidak lebih membahayakan jika runtuh dan lebih ringan sehingga tidak sangat membebani struktur yang ada. Contohnya : struktur kayu dapat menerima perpindahan hubungan antar kayu dalam skala gempa sedang.

4. Prinsip massa yang terpisah-pisah

Prinsip massa yang terpisah-pisah, yaitu memecah bangunan dalam beberapa bagian menjadi struktur yang lebih kecil sehingga struktur ini tidak terlalu besar dan terlalu panjang karena jika terkena gempa harus meredam getaran lebih besar.

B. Kesatuan Struktur ( Struktur Atap, struktur dinding, struktur pondasi )

Prinsip dasar dari bangunan tahan gempa adalah membuat seluruh struktur menjadi satu kesatuan sehingga beban dapat ditanggung dan disalurkan bersama-sama dan proporsioanal. Bangunan juga harus bersifat daktail, sehingga dapat bertahan apabila mengalami perubahan bentuk yang diakibatkan oleh gempa.

1. Pondasi

Pondasi merupakan bagian dari struktur yang paling bawah dan berfungsi untuk menyalurkan beban ke tanah. Untuk itu pondasi harus diletakkan pada tanah yang keras. KEdalaman minimum untuk pembuatan pondasi adalah 6- – 75 cm. Lebar  pondasi bagian bawah 0,4 m, sedangkan lebar bagian atas pondasi 0,3 m. Seluruh pekerjaan pasangan batu gunung ini menggunakan adukan campuran 1 semen : 4 pasir. Pasangan batu gunung untuk pondasi dikerjakan setelah

lapisan urug dan aanstamping selesai dipasang.Pondasi juga harus mempunyai hubungan yang kuat dengan sloof. Hal ini dapat dilakukan dengan pembuatan angkur antara sloof dan pondasi dengan jarak 1 m. Angkur dapat dibuat dari besi berdiameter 12 mm dengan panjang 20 -25 cm.

2. Beton

Beton yang digunakan untuk beton bertulang dapat menggunakan perbandingan 1 semen : 2 pasir : 3 kerikil. Air yang digunakan adalah ½ dari berat semen (FAS 0,5). Mutu yang diharapkan dapat tercapai dari perbandingan ini adalah 150 kg/cm2

3. Cetakan beton (bekisting)

Hal-hal yang harus diperhatikan dalam pembuatan cetakan beton adalah sbb :

1)      Pemasangan bekisting harus kokoh dan kuat sehingga tahan terhadap getaran yang ditimbulkan pada saat pengecoran.

2)      Setiap selesai pemasangan, harus diteliti ulang baik kekuatan maupun bentuknya.

3)      Cetakan beton terbuat dari bahan yang baik sehingga mudah pada saat dilepaskan tanpa mengakibatkan kerusakan beton.

4)      Bekisting boleh dibuka setelah 28 hari. Selama beton belum mengeras harus dilakukan perawatan beton (curing).

4. Beton bertulang

Beton bertulang merupakan bagian terpenting dalam membuat rumah menjadi tahan gempa. Pengerjaan dan kualitas dari beton bertulang harus sangat diperhatikan karena dapat melindungi besi dari pengaruh luar, misalnya korosi. Para pekerja atau tukang suka menganggap remeh fungsinya. Penggunaan alat bantu seperti molen atau vibrator sangat disarankan untuk menghasilkan beton dengan kualitas tinggi.

Untuk membuat struktur beton bertulang (balok,sloof,dan ring balk) menjadi satu kesatuan system pengakuran yang baik dan penerusan tulangan harus dilakukan dengan baik. Tulangan yang digunakan untuk beton bertulang mempunyai diameter minimum  Æ10 mm dengan jarak sengkang bervariasi.

Secara garis besar beton bertulang dapat dibagi 2, kolom dan balok. Ukuran-ukuran beton bertulang yang digunakian adalah :

1)      Sloof  = 15 cm x 20 cm

2)      Kolom utama = 15 cm x 15 cm

3)      Kolom praktis = 13 cm x 13 cm

4)      Ring balk = 13 cm x 15 cm

5)      Balok kuda-kuda = 13 cm x 15 cm