Metode Dissipasi Energi Damper

2.19 Dimana : = Luas Hysterestic loop 2.20 Dimana : = Jumlah damping rasio = Equivalent damping ratio dari dissipasi energy = inherent damping atau viscous damping dari struktur

2.14 Metode Dissipasi Energi Damper

Damper yang biasa dipasang pada struktur, dapat dibedakan menurut cara dissipasi energinya : 1. Viscous Damper 2. Friction Damper 3. Hysterestic-yield Damper 4. Visco-elstic Damper

2.14.1 Friction Damper

Jenis damper ini mendissipasi energi berdasarkan gesekan yang terjadi dalam damper. Sama seperti metallic yielding damper jenis ini juga biasanya dipasang diantara tingkatan lantai untuk mengurangi perbedaaan pergeseran lantai dan dipasang dengan bracing pada struktur. Untuk friction damper, besarnya energi yang didissipasi bergantung pada deformasi dan gaya gesekan yang terjadi. besarnya gesekan Universitas Sumatera Utara antar pelat bergantung pada gaya tekan antar pelat, tidak bergantung pada simpangan, kecepatan maupun percepatan. jadi dalam pemodelannya berupa suatu gaya yang konstan bila gaya tekan antar pelat tetap. 2.21 Dimana : F d = Gaya damping dari damper N = gaya tekan antar pelat μ fr = koefisien friksi antar pelat Pemodelan Friction damper dalam bangunan derajat kebebasan 1 SDOF dengan input percepatan gempa , persamaan getarannya dapat ditulis : mü + cú + ku – |Fd|= -mü g 2.22 Dimana : m = massa bangunan c = konstanta damping bangunan k = kekakuan struktur |Fd| = gaya gesekan damper gaya tersebut mempunyai nilai absolute karena tetap berlawanan arah dengan arah getaran ü = Percepatan massa ú = kecepatan massa ü g = percepatan gerakan tanah dasar. Karena gaya gesekan selama getaran tidak bergantung pada simpangan, maka bentuk hysterestic loop akan berbentuk rigid bilinier empat persegi panjang , lihat Gambar 2.8 Universitas Sumatera Utara Gambar 2.17 Friction Damper

2.14.2 Viscous Damper

Viscous damper mendissipasi energi berdasarkan kecepatan gerak dari bagian damper, bentuk yang paling dasar adalah redaman cairan dalam dashpot yang digunakan pada peralatan mesin. Liquid Viscous Damper mendissipasi energi berdasarkan kecepatan gerak piston dan kekentalan cairan yang mengalir melalui lobang di piston, ada yang memakai silikon sebagai pengganti cairan. Dalam pemodelannya untuk analisa, bentuk umum dari gaya redaman atau damping dapat ditulis 2.23 Dimana : F d = gaya damping N = konstanta damping dari damper μfr = kecepatan Koefisie n α mempengaruhi kelinieran dari damping, bila α = 1 gaya damping F d menjadi linier, sedangkan bila α ≠ 1 gaya damping menjadi non-linier. Bila suatu sistim SDOF dipasang damper jenis ini, persamaan getaranny a untuk α = 1 adalah : mü + c + c d ú + ku = - mü g 2.24 Universitas Sumatera Utara dimana : m = massa bangunan c = konstanta damping struktur c u = konstanta damping dari damper k = kekakuan u = simpangan massa ü g = percepatan gerakan tanah dasar. Damping alat ini bekerja untuk semua simpangan baik sewaktu simpangan getaran kecil maupun besar, gaya damping paling besar terjadi pada saat simpangan sama dengan nol. hysteristic loop untuk linier vicous damping yang dibawah beban harmonis α =1 akan berbentuk ellips. Gambar 2.18 Hysterestic loop linier viscous damper. Universitas Sumatera Utara

2.14.3 Visco-Elastic Damper

Visco-elastic damper memilki sifat damping yang bergantung pada kecepatan gerakandan juga memiliki sifat kekakuan. Bentuk yang paling banyak dijumpai adalah dua lapisan polymer yang dilekatkan pada tiga lapisan pelat baja, ada juga yang menggunakan bahan bitumen dan karet. Gaya damper dapat ditulis dengan persamaan : F d = K d u + c d ú 2.25 Persamaan getaran untuk bangunan SDOF yang dipasang damper jenis ini adalah : mü + c +c d ú + k + K d u = -mü g 2.26 Dimana : k = Kekakuan struktur K d = Kekakuan damper u = Simpangan pergeseran damper c d = persen damping damper c = Persen damping struktur ú = Kecepatan Gambar 2.19 Visco-Elastic Damper Universitas Sumatera Utara Gambar 2.20 Visco-Elastic Damper pada struktur Gambar 2.21 Hyteristic loop Viscous-elastic damper Universitas Sumatera Utara

2.14.4 Metallic Yielding Damper

Perangkat ini didasarkan pada kemampuan baja ringan atau logam lainnya untuk mempertahankan beban siklik, dimana perilaku tersebut menghasilkan kurva histeresis yang stabil. Kurva tersebut menunjukkan kemampuan perangkat tersebut untuk meredam energi yang masuk kedalam struktur. Pelelehan bahan yield damper dapat berupa pelelehan oleh momen lentur, pelelehan oleh momen puntir, ataupun berupa tekuk dari batangan baja. Damper ini biasanya dipasang diantara tingkatan lantai untuk mengurangi perbedaaan pergeseran lantai storey drift, umumnya dipasang bergabung dengan bracing. Hysterestic-yielding damper, memiliki karateristik yang berbeda dengan jenis damper sebelumnya. Damper jenis ini mendissipasi energi dengan membentuk hysteristic loop dari perubahan kekakuan damper, yaitu dari keadaan elastic menjadi plastis yielding. Pelelehan damper ada yang berupa pelelehan lentur , geser atau secara axial tekuk. Bahan yang sering digunakan adalah baja lunak dan timah. Peredam baja adalah salah satu mekanisme yang paling populer dan banyak peredam baja dengan skema yang berbeda telah diusulkan dan diaplikasikan. Gambar. 1 menunjukkan pilihan yang paling popular untuk saat ini. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.22 Tipe dari metallic dampers: a ADAS; b TADAS; c honeycomb damper; d slit damper; e shear panel damper; f bucklingrestrained brace. Sumber: Amadeo Benavent-Climent 2009 Seperti yang kita kenal bentuk jam pasir ini disebut peredam ADAS dan variasi lainnya yang berbentuk segitiga disebut peredam TADAS, peredam ini digunakan untuk pelat logam dengan deformasi lentur seperti ditunjukkan pada Gambar 2.13 a dan b . Pada peredam honeycomb atau celah peredam, masing- masing ditunjukkan pada Gambar 2.13 c dan d. Sebuah pelat baja dengan sejumlah bukaan dikenakan di perangkat deformasi geser maka energi akan hilang melalui lenturgeser dari pelat bukaan baja tersebut. Perangkat lain memanfaatkan disipasi energi melalui deformasi geser plastis panel logam dilas untuk penutupan rangka baja yang memberikan dukungan sepanjang batas seperti ditunjukkan pada Gambar 2.13 e. Selain itu peredam logam yang juga banyak digunakan adalah baja yang sering disebut Buckling Brace Restrained BRB . BRB dipasang diagonal dalam kerangka struktural sebagai penahan konvensional atau penjepit – jenis peredam seismik, seperti ditunjukkan pada gambar 2.14 f. Dalam pembahasan ini peredam yang akan dibahas adalah hysteretic damper. Contoh hysteretic damper seperti di jelaskan sebelumnya adalah: pelat baja ditambahkan redaman dan kekakuan perangkat disebut sebagai ADAS damper , variasi berbentuk segitiga perangkat ADAS ini disebut TADAS damper, dan panel geser. Untuk meningkatkan disipasi energi dari hysteretic damper bahkan dalam getaran lebih kecil dan juga untuk memastikan perencanaan disipasi energi pada kekuatan yang ditentukan dalam desain , upaya yang dilakukan adalah dengan menggunakan bahan peredam yang berkualitas tinggi dan baja Universitas Sumatera Utara berkadar rendah. Untuk menjamin tidak terjadi keruntuhan sewaktu gempa besar, maka struktur harus cukup daktail, hal ini dapat dilakukan dengan pembentukan sendi plastis yang cukup daktail pada lokasi-lokasi tertentu, lokasi pembentukan sendi- sendi plastis biasanya dipilih pada tumpuan balok, bila pembentukan sendi plastis terjadi di kolom maka akan terjadi soft-story dengan daktilitas struktur yag kecil , perencanaan yang demikian dikenal dengan perencanaan kolom kuat dan balok lemah. Pembentukan sendi plastis pada struktur akan menimbulkan kerusakan- kerusakan, bila kerusakan masih dalam batas tertentu masih dapat diperbaiki, tapi teknik perbaikan biasanya cukup sulit, memerlukan waktu dan biaya yang cukup besar. Dengan memilih pembentukan sendi plastis pada bagian struktur yang mudah diganti atau memakai struktur tambahan yang direncanakan untuk terjadi kerusakan bila terjadi gempa besar, maka pada struktur utama tidak akan terjadi kerusakan. Konsep perencanaan yang demikian disebut dengan konsep structural fuse. Untuk struktur yang dipasang metallic damper, damper direncanakan sebagi sumbu dari struktur, bila terjadi gempa besar damper akan rusak dengan deformasi plastis yang besar, struktur utama tetap elastis, walaupun keadaan struktur pasca gempa besar akan terjadi off-center atau sideway yang tetap karena deformasi plastis terjadi pada damper, dengan melepaskan damper yang rusak sewaktu penggantian damper baru, bangunan akan kembali kekeadaan awal. Universitas Sumatera Utara

2.14.4.1 ADAS Added Damping And Stiffness

ADAS sering disebut metallic yielding damper karena terdiri dari kumpulan pelat baja yang didesain untuk dipasang pada rangka bangunan. Passived seismic devices bekerja setelah energi gempa masuk ke struktur, pada umumnya reaksi seismic devices semakin besar bila respon struktur atau energi yang masuk semakin besar. Passived seismic devices sesuai yang bersifat mendissipasi energi disebut damper. Damper merupakan alat tambahan yang dipasang distruktur untuk menambah redaman damping dari suatu struktur. Dengan alat ini simpangan pada struktur akan berkurang, demikian juga gaya dalam struktur akibat beban lateral, struktur dapat direncanakan secara elastis akibat gempa besar dengan biaya yang cukup ekonomis. Ada beberapa damper yang dipasang pada struktur, adalah sistem seismic device yaitu dengan menggunakan alat yielding damper disebut juga hysterestic- yield damper yaitu bekerja dengan mendissipasi energi melalui pembentukanm sendi plastis atau pelelehan bahan damper. Yielding damper yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah damper pelat dengan kekakuan tri-linier, yaitu jenis damper dengan dissipasi energi melalui pelelehan lenturan pelat. Pelelehan bahan yielding damper dalam tugas akhir ini berupa pelelehan oleh gaya lentur. Bahan yang sering digunakan adalah baja lunak . Damper jenis ini merubah kekakuan dari keadaan elastis menjadikeadaan plastis yielding. Pelelehan damper yang terjadi berupa pelelehan lentur. Damper jenis ini memerlukan simpangan yang besar untuk meleleh, makin besar simpangan pasca pelelehan makin besar damping yang timbul. Persamaan getaran untuk bangunan SDOF untuk damper jenis ini adalah : mü + cú + ku u = -m üg 3.27 dimana : m = massa bangunan c = konstanta damping strukturk u = kekakuan sebagai fungsi dari displacement Universitas Sumatera Utara ü = percepatan massa ú = kecepatan massa u = simpangan massa üg = percepatan gerakan tanah dasar. Fungsi kekakuan ku merupakan kekakuan dari bangunan dan damper, biasanya disederhanakan dengan model bilinier. Gambar 2.23 Hysterestic loop yield damper Gambar 2.24 Metallic Damper Universitas Sumatera Utara Gambar 2.25 Metallic Damper pada struktur Gambar 2.26 Sambungan ADAS pada balok dan bracing. Daniel. 2013 Gambar 2.27 Perilaku ADAS pada saat terjadi gempa. Daniel. 2013 Universitas Sumatera Utara Beberapa keuntungan dari pendissipasian energi selama melelehnya ADAS, yaitu: 1. Pendisipasian energy gempa terkonsentrasi pada lokasi yang direncanakan. 2. Kebutuhan pendissipasian energy pada batang lain dapat direduksi dengan besar. 3. Karena perangkat ADAS ini merupakan perangkat struktur yang berfungsi dalam menahan beban lateral saja, lelehnya elemen ini tidak akan berpengaruh kepada kapasitas layan beban gravitasi dari struktur. Perangkat ADAS dapat dengan mudah diganti setelah gempa jika dibutuhkan. ADAS telah diuji bahwa ADAS merupakan alat pendisipasi energi yang sangat baik, hal ini dapat dilihat dari kurva hysteresis yang stabil. Bila gaya yang bekerja pada damper adalah gaya siklik atau gempa, hubungan gaya dan simpangan akan berbentuk loop jajaran genjang yang disebut juga dengan hysteristic loop. Luas hysteristic loop merupakan energi yang didissipasi oleh damper.

2.15 Aplikasi Yielding Damper Pada Bangunan