EVALUASI PENGGUNAAN ISOLATOR GETARAN DAN PEREDAM GETARAN DINAMIK PASIF PADA STRUKTUR BANGUNAN.

TUGAS AKHIR
BIDANG PERANCANGAN DAN KONSTRUKSI MESIN

EVALUASI PENGGUNAAN ISOLATOR GETARAN DAN
PEREDAM GETARAN DINAMIK PASIF PADA STRUKTUR
BANGUNAN

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan
Pendidikan Tahap Sarjana

Oleh :
EGA ASYURA RIZFA
NBP. 07 171 088

JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK – UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG, 2012

ABSTRACT
Vibration isolation technique on the basis of conventional methods are often used
to reduce vibration transmission from the base structure to the main system. In the

vibration isolation technique, the main systems are not directly connected rigidly
to base but it connected to the base using flexible support. By using this technique,
the vibration transmission from the base to the main system due to a disturbance
in the base can be minimized.
Vibration isolation technique is effectively adequate to be used when the
disturbance frequency are far enough from the natural frequencies of the system.
If the disturbance frequency close to the natural frequency, the performance of
vibration isolation techniques will be reduced. This condition will increase the
vibration level at resonance condition. Systems with small damping such as
building structures could be collapse in this situation. To solve this problem, it is
needed to construct a mechanism that can increase the damping of the system by
using a dynamic vibration absorber.
This reseach is aimed to the system response evaluate by using vibration isolation
and a passive dynamic vibration on the multi-storey buildings structure due to
earthquake loads. By using these two components of this vibration dampers, the
reduction of vibration level could be improved. Furthermore by using this
technique the vibration energy absorbed by the structure and the bending moment
at base during the earthquake can be significantly reduced.
Keywords: Vibration isolation, passive dynamic vibration, buildings

DAFTAR ISI

Halaman
SARI
ABSRACT
KATA PENGANTAR

i

DAFTAR ISI

ii

DAFTAR GAMBAR

iv

DAFTAR TABEL

vii

DAFTAR SIMBOL

viii

1

2

PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang

1

1.2 Rumusan Masalah

2

1.3 Tujuan dan Manfaat

3

1.4 Sistematika Penulisan

4

TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Getaran

5

2.1.1 Getaran Bebas tanpa Redaman

5

2.1.2 Getaran Bebas dengan Redaman

6

2.1.3 Getaran Paksa dengan Redaman

8

2.2 Pengendalian Getaran

9

2.2.1 Metode Pengendalian getaran

10

2.2.2 Dynamic Vibration Absorber

11

2.3 Model Teoritik Peredam Getaran Dynamic
2.3.1 Perancangan Peredam Dinamik

13
14

2.3.2 Model Analitik Getaran Bangunan dengan Peredam Dinamik 23
3

METODOLOGI

4

PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pembahasan

30

4.1.1 Pengujian efektifitas isolator getaran pada struktur bangunan 30
4.1.2 Pengujian efektifitas peredam dinamik pasif pada struktur
Bangunan
4.2 Perbandingan Hasil Eksperimen dan Teoritik
5

38

43

PENUTUP

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A

Gambar teknik

LAMPIRAN B

Pengujian Efektifitas Isolator Getaran

LAMPIRAN C

Pengujian Efektifitas Peredam Dinamik

iii

1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
Gempa merupakan gejala alam yang tidak bisa diprediksi oleh manusia. Kondisi
ini menyebabkan perlunya dilakukan upaya-upaya persiapan bagi masyarakat
maupun infrastruktur lainnya sehingga kerugian yang timbul akibat gempa bisa
dikurangi. Pada daerah rawan gempa, struktur bangunan yang dibuat harus
mampu mengurangi efek gempa yang sewaktu-waktu bisa muncul.
Pada daerah kritis gempa, penggunaan sistem isolasi getaran pada landasan
bangunan telah menjadi pertimbangan para ahli sebagai salah satu cara untuk
mengurangi pengaruh

dari gempa pada bangunan.

Dewasa ini, telah

dikembangkan beberapa jenis isolasai getaran baik aktif maupun pasif untuk
mengurangi efek beban gempa pada struktur bangunan [1]. Isolator komposit
karet-baja, sistem pendulum gesekan, mekanisme tendon aktif, sistem rolling dan
sliding, tune mass damper dan liquid absorber merupakan beberapa sistem
peredam getaran yang banyak digunakan [2] s/d [8].

Perlindungan struktur bangunan bertingkat dari beban gempa telah menjadi topik
penelitian para ahli selama beberapa tahun belakangan ini. Youssef, Nuttali,
rahman dan Hata [8] telah melakukan analisis penggunaan isolasi bantalan karet
dan penambahan peredam pada lantai atas bangunan terhadap respon gedung city
hall kota Los Angeles yang mempunyai 32 lantai dan terbuat dari rangka baja
setinggi 458 feet. Hasil yang diperoleh dengan pemberian gempa El Centro
menunjukkan bahwa percepatan maksimum dapat dikurangi tiga kali lipat.
Pengendalian getaran bangunan bertingkat menengah menggunakan pengendali
aktif dan pasif akibat beban gempa yang telah diinvestigasi oleh Shing dan Dixon.
Sebuah sistem peredam aktif yang terletak antara lantai dan masa peredam hibrid
yang terletak di lantai paling atas digunakan sebagai peralatan pengendali untuk
rangka baja sepuluh lantai. Hasil pengujian menunjukkan bahwa perpindahan
maksimum akibat gempa El Centro berkurang cukup signifikan. Pada tugas akhir
ini, diusulkan suatu sistem peredam getaran pada struktur bangunan bertingkat
menggunakan

teknik isolasi getaran dan peredam dinamik. Metode isolasi

Pendahuluan
getaran yang akan digunakan dalam tugas akhir ini diadopsi dari prinsip tumpuan

fleksibel sedangkan peredam getaran dinamik yang diusulkan merupakan jenis
peredam getaran dinamik pasif.
1.2 Rumusan Masalah
Gempa adalah fenomena alam yang ditunjukkan oleh adanya getaran pada
permukaan bumi akibat adanya proses vulkanik atau tektonik di bawah
permukaan bumi. Getaran yang timbul selama terjadinya gempa ini bekerja dalam
arah vertikal, horizontal atau kombinasi kedua arah tersebut. Pada kasus dimana
skala dari gempa cukup kecil, getaran gempa diteruskan ke bangunan dimana
efeknya dalam bentuk guncangan yang tidak merusak bangunan. Akan tetapi,
pada skala yang lebih besar, efek gempa ini dapat menimbulkan kerusakan bahkan
dapat merubuhkan bangunan.
Teknik isolasi getaran merupakan metode konvensional yang banyak digunakan
untuk mengurangi efek gempa pada bangunan. Pada struktur bangunan yang
menggunakan isolasi getaran, landasan bangunan tersebut dibuat fleksibel
sehingga memiliki frekuensi pribadi yang sangat rendah. Apabila struktur tersebut
diganggu oleh gempa dengan frekuensi getaran yang tidak pada frekuensi
pribadinya maka getaran gempa yang diteruskan ke bangunan cukup kecil. Akan
tetapi, jika frekuensi gempa berada di dekat salah satu frekuensi pribadi struktur
bangunan, struktur akan bergetar dengan amplitudo yang makin lama makin
membesar. Kondisi ini dikenal dengan peristiwa resonansi dan hanya terjadi pada

struktur yang secara teoritik tidak memiliki peredam. Untuk menghindari getaran
yang berlebih selama resonansi, pada struktur ditambahkan suatu peredam. Salah
satu metode efektif dalam menambahkan redaman pada struktur bangunan adalah
dengan menggunakan peredam dinamik.
Pada Gambar 1.1 diperlihatkan skema dua buah struktur bangunan tanpa dan
dengan peredam dinamik. Struktur bangunan ini diganggu pada frekuensi
pribadinya( ω = ωn ). Pada struktur bangunan tanpa peredam dinamik seperti yang
ditunjukkan pada gambar 1.1a, getaran akibat beban gempa menyebabkan momen
dinamik yang sangat besar pada pondasi bangunan. Kondisi ini dapat merusak
pondasi bangunan dan bahkan mampu merobohkan bangunan. Jika struktur
2

Pendahuluan
bangunan menggunakan peredam dinamik seperti terlihat pada Gambar 1.1b,
Getaran pada landasan bangunan diteruskan ke peredam sehingga tidak
menyebabkan momen bending pada pondasi.
Peredam dinamik

M

M
Pondasi
Pondasi

Y = y sin ωt

(a)

Y = y sin ωt

(b)

Gambar 1.1 (a) Akibat momen bending pada struktur bangunan.
(b) Struktur bangunan dengan peredam dinamik.
Pada tugas akhir ini diajukan teknik peredam getaran dengan menggunakan
isolator getaran dan peredam getaran dinamik pasif. Efektifitas kedua teknik ini
dalam mengurangi getaran pada struktur bangunan akan dievaluasi secara
eksperimental.
1.3 Tujuan dan Manfaat
Adapun Tujuan penelitian dalam Tugas Akhir “Evaluasi Penggunaan Isolator
Getaran dan Peredam Dinamik Pasif pada Struktur Bangunan” adalah sebagai
berikut :
1. Mengetahui Rancangan dan pembuatan model struktur bangunan, isolator
getaran dan peredam dinamik pasif
2. Membandingkan respon getaran struktur yang diperoleh dengan
penggunaan isolator getaran dan tanpa isolator getaran
3. Membandingkan hasil respon getaran struktur yang diperoleh dengan
penggunaan peredam dinamik pasif dan tanpa penggunaan peredam
dinamik pasif
4. Membandingkan hasil yang diperoleh secara eksperimental dan secara
teoritik.

3

Pendahuluan
Sedangkan manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian pada Tugas Akhir ini
adalah mendapatkan hasil rancangan dan model eksperimen peredam dinamik
pada struktur bangunan.
1.4 Sistematika Penulisan
Penelitian ini disusun atas 5 BAB dengan pembahasannya masing-masing. Pada
BAB I dibicarakan tentang latar belakang, tujuan dan manfaat penelitian, batasan
pembahasan, dan sistematika penulisan. Selanjutnya pada BAB II dikemukakan
tentang teori getaran dan teknik peredam getaran menggunakan dynamic vibration
absorbers (DVA). BAB III berisikan tentang perancangan peredam getaran
dinamik dan analisis pengendalian getaran pada struktur bangunan dengan
menggunakan peredam getaran dinamik. Selanjutnya pada BAB IV dibahas
mengenai hasil respon getaran diperoleh dengan pengunaan peredam dan tanpa
peredam baik secara teoritik maupun eksperimental. Bagian akhir dari tulisan ini
ditempatkan pada BAB V berisikan kesimpulan dari penelitian yang telah
dilakukan.

4