shear wall

18
1 SHEAR WALL KONSTRUKSI PENAHAN GEMPA UNTUK GEDUNG 1. PENDAHULUAN Indonesia merupakan salah satu negara dengan aktivitas gempa yang tinggi. Oleh karena itu pembangunan infrastruktur di Indonesia harus memenuhi persyaratan ketahanan terhadap gempa. Bangunan tahan gempa umumnya menggunakan elemen struktur dinding struktural berupa dinding geser untuk menahan kombinasi. 2. BEBAN GEMPA Gempa menyebabkan guncangan pada tanah. Tingkat keparahan beban gempa tergantung pada lokasi – sesuai peraturan mengenai standar bangunan. Guncangan tanah dapat menambah beban pada unsur-unsur bangunan, guncangan tanah yang lebih kuat atau unsur-unsur bangunan yang lebih besar dapat menambah beban pada gedung itu sendiri. Beban gempa cenderung horizontal (walaupun tetap ada komponen vertical) dan dapat menyerang dari arah manapun. Beban gempa akan datang bersiklus. Beban gempa dapat disimulasikan seperti jika anda berdiri di bak sebuah truk yang tiba-tiba bergerak cepat, mengerem mendadak,

Upload: akbar-clow-uaneh

Post on 05-Jul-2015

1.850 views

Category:

Documents


6 download

TRANSCRIPT

Page 1: Shear Wall

1

SHEAR WALL

KONSTRUKSI PENAHAN GEMPA UNTUK GEDUNG

1. PENDAHULUAN

Indonesia merupakan salah satu negara dengan aktivitas gempa yang tinggi. Oleh

karena itu pembangunan infrastruktur di Indonesia harus memenuhi persyaratan

ketahanan terhadap gempa. Bangunan tahan gempa umumnya menggunakan elemen

struktur dinding struktural berupa dinding geser untuk menahan kombinasi.

2. BEBAN GEMPA

Gempa menyebabkan guncangan pada tanah. Tingkat keparahan beban gempa

tergantung pada lokasi – sesuai peraturan mengenai standar bangunan. Guncangan

tanah dapat menambah beban pada unsur-unsur bangunan, guncangan tanah yang

lebih kuat atau unsur-unsur bangunan yang lebih besar dapat menambah beban pada

gedung itu sendiri. Beban gempa cenderung horizontal (walaupun tetap ada

komponen vertical) dan dapat menyerang dari arah manapun. Beban gempa akan

datang bersiklus. Beban gempa dapat disimulasikan seperti jika anda berdiri di bak

sebuah truk yang tiba-tiba bergerak cepat, mengerem mendadak, dan bergerak lagi,

berulang-ulang kali. Akan sangat sulit untuk tetap bisa berdiri.

Page 2: Shear Wall

Gambar 1. Simulasi beban gempa pada gedung

Bangunan yang tak terlalu berat, proporsional, dan dengan sambungan yang baik

dengan fondasinya akan tetap utuh. Harus diingat bahwa sebuah bangunan yang telah

memenuhi semua syarat bangunan tahan gempa belum tentu dapat bertahan melawan

tsunami.

Beban gempa merupakan fungsi dari :

Zona Seismis – dan jarak ke pusat gempa.

Berat jenis bangunan

Masa getaran bangunan – biasanya ditentukan oleh ketinggian bangunan atau

elemen yang digunakan untuk menahan beban.

Bahan-bahan fondasi (tanah atau batu-batuan).

Perhitungan tipe bangunan (bahan, tingkat ductility, peredaman getaran).

Kategori Bangunan (Faktor Resiko dan Kepentingan)

Faktor-faktor khusus.

Page 3: Shear Wall

Agar dapat menahan beban dari arah manapun, bangunan harus bisa menahan beban

dari dua sudut orthogonal. Perancang bangunan biasanya akan mempertimbangkan

factor x dan y secara terpisah. Beban gempa dari arah manapun dapat dijadikan

komponen x dan y yang dapat ditahan oleh bangunan jika beban datang dari dua arah

tersebut.

Ketika gempa mengguncang tanah, tanah

dibawah sebuah bangunan akan

berpindah secara lateral. Beban di bagian atas bangunan disebabkan oleh pengaruh

dari perpindahan tersebut. Tekanan terberat dan perpindahan biasanya terjadi sedikit

diatas ketinggian fondasi (reaksinya kadang berbeda pada gedung tinggi dan lentur).

Gempa bumi manghasilkan tekanan lembam pada sebuah bangunan. Jalur beban

harus dirancang secara jelas untuk memindahkan segala beban langsung ke tanah.

Jalur beban tidak boleh terputus, semua beban harus dipindahkan ke fondasi.

Struktur atap harus ditahan agar dapat menyalurkan beban ke tembok (diafragma

adalah metode yang biasa digunakan). Beban tersebut lalu dibawa menuju fondasi

oleh tembok samping atau kerangka moment resisting. Tembok berbeban depan

(tembok yang menghadap beban gempa) akan menyalurkan bebannya ke atas menuju

balok penahan atau ke bawah menuju fondasi. Balok penahan mengikuti jalur beban

atap seperti yang disebut di atas. Beban juga bisa dipindahkan secara horizontal lewat

tembok dan tiang. Tembok samping (paralel terhadap) dapat menahan beban pada

tembok kokoh (dan lentur.). Beban total lalu dipindahkan ke fondasi dan kembali ke

Gambar 2. Asumsi Arah Beban Gempa

Page 4: Shear Wall

tanah atau batu-batuan dasar. Segala beban harus disalurkan ke fondasi, lalu fondasi

harus menyalurkan beban ke tanah atau batu-batuan dasar. Beban lain yang harus

dipertimbangkan adalah isi bangunan, khususnya jika gedungnya digunakan sebagai

penyimpanan mesin, tanki air, atau peralatan lain. Harus diingat bahwa gempa dapat

dari arah manapun, prinsip-prinsip yang dirincikan di atas harus digunakan untuk

mengantisipasi gempa dari segala arah.

Hal-hal yang perlu diperhatikan untuk menahan beban lateral dari gempa antara lain :

Bangunan kaku atau bahan kaku seperti tembok kokoh akan lebih menarik

beban dari pada elemen-elemen yang lebih lentur seperti kerangka penahan

momentum.

Bahan berat seperti genteng akan menyebabkan beban lebih besar dari pada

bahan yang lebih ringan.

Zona Seismis sangat berpengaruh pada beban gempa design, begitu pula jarak

dari pusat gempa.

Subgrade type (Tanah, Batu, dll) juga berpengaruh.

Hindari penggabungan elemen-elemen berbeda type agar bisa lebih menahan

beban dari arah yang sama.

Kelamahan struktural, bahan yang lemah dan rapuh, sambungan yang kurang

baik, dan kesalahan dalam perencanaan dapat mengurangi kemampuan

bangunan dalam menahan beban horizontal.

Pada saat terjadinya gempa sedang hingga berat, kerusakan pun dapat terjadi

pada bangunan-bangunan yang dirancang dengan baik.

Bangunan harus dirancang dangan baik sehingga tidak runtuh walaupun

mengalami kerusakan.

Sangat tidak praktis dan mahal jika kita coba merancang bangunan yang tak

akan rusak sedikitpun saat gempa.

Faktor Gempa Pada Struktur

Page 5: Shear Wall

Menurut Tezar dan Rohmad (2007), beberapa karakteristik dari gempa bumi yang

dibutuhkan untuk mendisain struktur tahan gempa adalah sebagai berikut :

a. Nilai maksimum gerakan gempa, yaitu nilai maksimum percepatan gempa, nilai

maksimum kecepatan gempa dan nilai maksimum perpindahan tanah. Nilai

maksimum gerakan gempa berpengaruh pada amplitudo dari vibrasi struktur.

b. Lama waktu terjadinya gempa (durasi gempa), Durasi gempa berpengaruh pada

besarnya pemindahan energi dari vibrasi tanah ke energi struktur (energi disipasi).

Gempa dengan percepatan sedang dan durasi yang lama menyebabkan kerusakan

lebih besar dibandingkan dengan gempa yang memiliki percepatan besar tetapi

durasinya singkat.

c. Rentang frekuensi gempa. Rentang frekuensi gempa yang berdekatan dengan

frekuensi struktur akan mengakibatkan resonansi atau pembesaran respons struktur

yang dikenal dengan istilah faktor amplifikasi struktur.

Umumnya desain struktur bangunan tahan gempa merupakan desain yang mengatur

hubungan antara respons gaya gempa horizontal yang bekerja pada struktur (faktor

kekuatan), kekakuan struktur (stiffness), dan deformasi lateral struktur.

3. SHEAR WALL (DINDING GESER)

Umum

Dinding geser atau shear wall merupakan dinding yang dirancang untuk menahan geser,

gaya lateral akibat gempa bumi. Menurut Timothy (2005), dinding geser adalah elemen-

elemen vertikal sebagai sistem penahan gaya horizontal. Dinding geser harus diletakkan

pada tiap tingkat struktur tanpa spasi (menerus). Untuk membentuk struktur bentuk kotak

yang efektif, panjang dinding geser yang sama harus diletakkan simetris pada empat sisi

gedung. Dinding geser harus ditambah pada interior gedung apabila dinding bagian

eksterior tidak memberikan kekuatan dan kekakuan yang cukup. Dinding geser lebih

efisien apabila bentuknya lurus vertikal dan didukung pada pondasi dinding. Apabila

dinding geser tidak lurus, bagian lain gedung akan membutuhkan penambahan kekuatan.

Page 6: Shear Wall

Menurut SNI – 1726 – 2002 Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur

Bangunan Gedung. Dinding geser ada 2 jenis yaitu.

1. Dinding Geser Beton Bertulang Kantilever

Suatu subsistem struktur gedung yang fungsi utamanya adalah untuk memikul beban

geser akibat pengaruh Gempa Rencana, yang runtuhnya disebabkan oleh momen

lentur (bukan oleh gaya geser) dengan terjadinya sendi plastis pada kakinya, di mana

nilai momen lelehnya dapat mengalami peningkatan terbatas akibat pengerasan

regangan. Rasio antara tinggi dan lebar dinding geser tidak boleh kurang dari 2 dan

lebar tersebut tidak boleh kurang dari 1,5 m.

2. Dinding Geser Beton Bertulang Berangkai

Suatu subsistem struktur gedung yang fungsi utamanya adalah untuk memikul beban

geser akibat pengaruh Gempa Rencana, yang terdiri dari dua buah atau lebih dinding

geser yang dirangkaikan oleh balok-balok perangkai dan yang runtuhnya terjadi

dengan sesuatu daktilitas tertentu oleh terjadinya sendi-sendi plastis pada ke dua

ujung balok-balok perangkai dan pada kaki semua dinding geser, di mana masing-

masing momen lelehnya dapat mengalami peningkatan hampir sepenuhnya akibat

pengerasan regangan. Rasio antara bentang dan tinggi balok perangkai tidak boleh

lebih dari 4.

Berdasarkan geometrinya dinding geser biasanya dikategorikan sebagai berikut :

Flexural wall (dinding langsing), yaitu dinding geser yang memiliki rasio hw/lw

≥ 2, dimana desain dikontrol oleh perilaku lentur. Dinding geser kantilever

termasuk dalam kategori ini.

Squat wall (dinding pendek), yaitu dinding geser yang memiliki rasio hw/lw ≤ 2,

dimana desain dikontrol oleh perilaku geser.

Coupled shear wall (dinding berangkai), dimana momen guling yang terjadi

akibat beban gempa ditahan oleh sepasang dinding, yang dihubungkan oleh

Page 7: Shear Wall

balok-balok perangkai, sebagai gaya-gaya tarik dan tekan yang bekerja pada

masing-masing dasar pasangan dinding tersebut.

Gambar 3 Coupled Shear Wall

Dalam prakteknya dinding geser selalu dihubungkan dengan sistem rangka pemikul

momen pada gedung. Dinding struktural yang umum digunakan pada gedung tinggi

adalah dinding geser kantilever dan dinding geser berangkai. Berdasarkan SNI 03-

1726-2002 (BSN, 2002), dinding geser beton bertulang kantilever adalah suatu

subsistem struktur gedung yang fungsi utamanya adalah untuk memikul beban geser

akibat pengaruh gempa rencana. Kerusakan pada dinding ini hanya boleh terjadi

akibat momen lentur (bukan akibat gaya geser), melalui pembentukkan sendi plastis

di dasar dinding.

Cara Kerja

Bangunan yang memiliki dinding geser, gaya-gaya horizontal akibat angin atau

gempa semata ditahan oleh dinding geser. Selain menahan gaya horizontal, dinding

Page 8: Shear Wall

geser juga menahan gaya normal (gaya vertikal). Dinding geser berperilaku sebagai

balok lentur kantilever. Oleh karena itu, dinding geser selain menahan gaya geser

juga menahan lentur.

Dinding geser menahan dua tipe gaya yaitu gaya geser dan gaya angkat. Hubungan

pada struktur itu dapat memindahkan gaya-gaya horizontal pada dinding geser.

Pemindahan ini menimbulkan gaya geser disepanjang tinggi dinding antara puncak

dan bawah penghubung dinding geser. Adanya gaya angkat pada dinding geser

karena gaya arah horizontal terjadi pada puncak dinding. Gaya angkat ini mencoba

mengangkat salah satu ujung dinding dan menekan pada bagian ujung lainnya.

Fungsi

Dinding geser harus memberikan kekuatan lateral yang dibutuhkan untuk menahan

gaya gempa horizontal. Apabila dinding geser cukup kuat, ia akan memindahkan

gaya-gaya horizontal ini pada elemen berikutnya pada bagian muatan dibawahnya.

Komponen-komponen lain pada muatan ini boleh jadi selain dinding geser, lantai,

pondasi dinding, dan pelat.

Dinding geser juga memberikan kekakuan lateral untuk mencegah atap dan lantai atas

dari goyangan ke samping yang berlebihan. Jika dinding geser cukup kaku, ia akan

mencegah lantai dan rangka atap dari gerakan pendukungnya.

Page 9: Shear Wall

Menurut Schueller (1989) dinding geser adalah unsur pengaku vertikal yang

dirancang untuk menahan gaya lateral atau gempa yang bekerja pada bangunan

dimana menurut Ovelia (2002) ketebalan dinding geser adalah berkisar antara 140 –

500 mm. Susunan geometri sistem dinding geser menurut Schueller tidak terbatas.

Susunan dinding geser pada dasarnya dapat dibagi menjadi sistem terbuka dan

tertutup. Sistem terbuka terdiri dari sistem linear tunggal atau gabungan unsur yang

tidak lengkap melingkupi ruang geometris. Bentuk-bentuk ini adalah L, X, V, Y, T,

dan H. Sebaliknya sistem tertutup melingkupi ruang geometris, bentuk-bentuk yang

sering dijumpai adalah bujur sangkar, segitiga, persegi panjang, dan bulat. Menurut

Smith dan Coull (1991), dinding geser mempunyai kekakuan yang baik karena

mampu meredam deformasi akibat gempa. Sehingga kerusakan struktur dapat

dihindari.

Kriteria Perencanaan

Menurut Peraturan beton Bertulang Indonesi 1971 N.I.-2, Dinding-dinding geser

harus diperhitungkan memikul kombinasi pembebanan oleh momen lentur, gaya

vertical dan gaya melintang horizontal. Harus diusahakn agar terdapat penyaluran

yang baik dari momen-momen dinding, gaya vertical dan gaya melintang kepada

pondasi atau konsturksi-konstruksi pemikul lainnya. Tebal minimum dinding (secara

umum) jika tidak ditentukan lain oleh pembatasan tulangan, lebar retak atau

ketahanan dalam kebakaran maka dalam segala hal tebal dinding tidak boleh diambil

kurang dari 1/30 dari bentang bersih dinding atau 12 cm.

Page 10: Shear Wall

Gambar 4 Perencanaan Dinding Geser

Dari gambar di atas dapat dikatakan perletakan dari suatu dinding geser harus

bebentuk kotak agar dapat menahan gaya geser akibat getaran gempa secara

sempurna. Selain itu, perlatakan dinding-dinding geser ini juga harus simetris agar

pertahanan yang dihasilkan seimbang di setiap sisi gedung.

Menurut Paulay dkk (1991), ada beberapa kriteria dasar yang harus dipenuhi dalam

merencanakan struktur penahan gempa, yaitu :

Page 11: Shear Wall

1. Menyediakan kekakuan yang cukup sehingga pada waktu gangguan gempa

berlangsung maka bagian-bagaian non-struktural seperti pintu dan jendela harus

terjamin tidak mengalami kerusakan.

2. Menyediakan kekuatan yang cukup untuk menjamin bahwa suatu respons

seismik elastik akan menghasilkan gaya-gaya yang tidak akan menyebabkan

kerusakan struktur yang cukup berarti menurut peraturan.

3. Menyediakan daktilitas struktur yang memadai dan mempunyai kemampuan

untuk mengadakan pemancaran energi pada saat diperkirakan terjadinya

gangguan gempa terbesar. Dalam hal ini kerusakan struktur masih diperbolehkan

selama perbaikan struktur masih memungkinkan terhadap keadaan ekstrim

tersebut, tetapi keruntuhan harus dicegah sama sekali.

POLA KERUNTUHAN DINDING GESER

Dinding geser sebagai elemen penahan gaya lateral memiliki keuntungan utama

karena menyediakan kontinuitas vertikal pada sistem lateral struktur gedung. Struktur

gedung dengan dinding geser sebagai elemen penahan gaya lateral pada umumnya

memiliki performance yang cukup baik pada saat gempa. Hal ini terbukti dari

sedikitnya kegagalan yang terjadi pada sistem struktur dinding geser di kejadian-

kejadian gempa yang lalu (Fintel, 1991). Beberapa kerusakan yang terjadi akibat

gempa pada umumnya berupa cracking, yang terjadi pada dasar dinding dan juga

pada bagian coupling beam, khususnya untuk sistem dinding berangkai.

Perilaku batas yang terjadi pada dinding geser dapat diklasifikasikan sebagai berikut

(Pantazopoulou dan Imran, 1992):

Flexural behavior (perilaku lentur), dimana respons yang terjadi pada dinding

akibat gaya luar dibentuk oleh mekanisme kelelehan pada tulangan yang

menahan lentur. Keruntuhan jenis ini pada umumnya bersifat daktil.

Flexural-shear behavior (perilaku lentur-geser), dimana kelelehan yang terjadi

pada tulangan yang menahan lentur diikuti dengan kegagalan geser.

Page 12: Shear Wall

Shear behavior (perilaku geser), dimana dinding runtuh akibat geser tanpa

adanya kelelehan pada tulangan yang menahan lentur. Perilaku batas ini bisa

dibagi lagi menjadi diagonal tension shear failure (yang dapat bersifat daktil,

karena keruntuhan terjadi terlebih dahulu pada baja tulangan) dan diagonal

compression shear failure (yang umumnya bersifat brittle/rapuh)

Sliding shear behavior (perilaku geser luncur), dimana di bawah pembebanan

siklik bolak balik, sliding shear bisa terjadi akibat adanya flexural cracks yang

terbuka lebar di dasar dinding. Keruntuhan jenis ini sifatnya getas dan

menghasilkan perilaku disipasi yang jelek.

Untuk dinding geser yang tergolong flexural wall dimana rasio, hw/lw ≥ 2, kegagalan

lain yang sering terjadi adalah berupa fracture (patah/putus) pada tulangan yang

menahan tarik (Fintel,1991). Hal ini biasanya diamati pada dinding yang memiliki

jumlah tulangan longitudinal yang sedikit, sehingga regangan terkonsentrasi dan

terakumulasi pada bagian yang mengalami crack akibat pembebanan siklik yang

berulang, yang dapat berujung pada terjadinya fracture pada tulangan.

KESIMPULAN

1. Dinding geser berfungsi melindungi struktur gedung yang dilindunginya dari

keruntuhan akibat beban lateral gempa yang datang berulang-ulang

menghantam gedung tersebut.

2. Dinding geser memiliki kekakuan dan kekuatan yang cukup untuk menahan

beban gempa yang diterima gedung yang dilindunginya, dengan catatan

pengerjaannya dilakukan dengan benar.

3. Beban yang dapat ditahan dinding geser bukan hanya gaya geser searah

panjang dinding saja tapi juga gaya lentur yang datang tegak lurus bidang

dinding.

4. Perencanaan perletakan dinding geser harus simetris dan menyebar pada

semua sisi gedung agar dapat menahan beban gempa yang datang dari segala

arah.