Kajian Indeks Kerusakan Pada Struktur Bangunan Baja Berdasarkan Pendekatan Energi Akibat Gempa Kuat
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Setiap struktur yang terbuat dari material apapun memiliki batas kekuatan
mekanik. Hal ini dijelaskan oleh berbagai teori, dimana digambarkan dalam grafik
stress-deformation bahwa material akan runtuh akibat pemberian beban yang
melebihi kekuatan batasnya.
Diketahui selama umur layan bangunan, struktur mengalami kerusakan,
seperti yang diakibatkan oleh beban gempa. Kerusakan-kerusakan ini mengakibatkan
perubahan dalam sifat-sifat dari sistem struktur.
Penggunaan indeks kerusakan memungkinkan kuantifikasi kerusakan struktur
yang disebabkan oleh gempa bumi untuk setiap elemen struktur. Indeks kerusakan
yang ada didasarkan pada berbagai karakteristik, seperti jumlah siklik, daktilitas dan
energi.
Sekarang ini, inter-story drift maksimum dan daktilitas demand ditargetkan
sebagai parameter kinerja untuk mencapai pengendalian kerusakan struktur dalam
struktur tahan gempa. Namun, ada banyak bukti bahwa dalam beberapa kasus, kinerja
struktur terhadap lama durasi pergerakan tanah tidak dapat dijadikan karakter
deformasi demand maksimum, dengan cara yang sedemikian rupa sehingga efek dari
deformasi plastis kumulatif demand harus diperhitungkan secara jelas selama
perencanaan gempa.
1
Universitas Sumatera Utara
2
Pengaruh dari deformasi plastis kumulatif demand dapat dipertimbangkan
melalui konsep energi, khususnya melalui plastis dissipasi histeresis energi demand.
Penggunaan energi untuk tujuan ini awalnya dibahas oleh Housner (1956), dan telah
digunakan oleh beberapa peneliti untuk mengusulkan metodologi berdasarkan energi
yang bertujuan untuk menyediakan struktur tahan gempa dengan kapasitas dissipasi
energi lebih besar atau sama dengan kebutuhan (Bojorquez dkk. 2008).
Karena batasan deformasi maksimum sebagai indikator utama dari kerusakan
struktur, beberapa indeks kerusakan menjelaskan plastis dissipasi histeresis energi
telah di rumuskan lebih baik dalam hal kerusakan struktur. Sebahagian besar
penelitian telah dikhususkan untuk megkalibrasi indeks kerusakan untuk baja dan
beton bertulang. Namun, ada tantangan untuk mempelajari dan mengkalibrasi
penggunaan indeks tersebut untuk evaluasi struktur yang begitu kompleks. Dalam
konteks ini, indeks kerusakan berdasarkan energi secara eksplisit menyumbang efek
dari deformasi plastis kumulatif demand pada struktur baja.
1.2
Permasalahan
Dalam SNI 03-1726-2002 disebutkan bahwa perencanaan struktur itu di
kontrol terhadap kinerja struktur, yaitu kinerja batas layan dan batas ultimit.
Untuk kinerja batas layan ditentukan oleh simpangan antar tingkat akibat
gempa rencana, yaitu untuk membatasi terjadinya kelelehan baja, peretakan beton
yang berlebihan, mencegah kerusakan non-struktur dan ketidak nyamanan penghuni
bangunan. Simpangan antar tingkat yang diizinkan tidak boleh melampaui 0,03/R x
tinggi tingkat yang bersangkutan atau 30 mm diambil yang terkecil.
Universitas Sumatera Utara
3
Kinerja batas ultimit gedung ditentukan oleh simpangan dan simpangan antar
tingkat maksimum struktur gedung akibat gempa rencana dalam kondisi struktur
gedung diambang keruntuhan, yaitu untuk membatasi kemungkinan terjadinya
keruntuhan struktur gedung yang dapat menimbulkan korban jiwa manusia dan untuk
mencegah benturan berbahaya antar gedung atau antar bagian struktur gedung yang
dipisah dengan sela pemisah (dilatasi). Simpangan dan simpangan antar tingkat ini
harus dihitung dari simpangan struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal,
dikalikan dengan suatu faktor pengali = 0,7 x R (untuk gedung beraturan).
Dalam pasal 8.2.2, disebutkan bahwa dalam segala hal simpangan antar
tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung untuk batas ultimit tidak boleh
melampaui 0,02 x tinggi tingkat yang bersangkutan.
Artinya dengan pernyataan diatas bahwa kerusakan struktur itu didasarkan
pada simpangan yang terjadi pada struktur. Menurut beberapa penelitian yang telah
dilakukan menyebutkan bahwa karakter simpangan tersebut tidak dapat dijadikan
sebagai karakter pada gempa dengan waktu yang lama (Hancock dan Boomer 2006).
Karena itu, pengaruh deformasi plastis kumulatif demand harus dipertimbangkan.
Pengaruh dari deformasi plastis kumulatif demand dapat dipertimbangkan melalui
konsep energi, khususnya melalui plastis dissipasi histeresis energi demand.
1.3
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan tulisan ini diantaranya:
1. Untuk memahami konsep energi dan penyerapan energi pada struktur.
Universitas Sumatera Utara
4
2. Untuk memperkenalkan indeks kerusakan berdasarkan energi untuk
MDOF.
3. Melihat pengaruh berbagai jenis dan karakteristik gempa terhadap respon
struktur.
4. Untuk melihat kinerja struktur berdasarkan energi dan di bandingkan
dengan peraturan gempa.
5. Untuk melihat hubungan indeks kerusakan antara displacement dan energi.
6. Untuk mengetahui berapa indeks kerusakan akibat beberapa catatan gempa
kuat. Dengan mengetahui berapa nilai indeks kerusakan, sehingga kita
dapat menyimpulkan termasuk dalam kategori mana struktur baja tersebut.
1.4
Pembatasan Masalah
Penelitian ini membatasi masalah dalam hal:
1. Struktur yang dianalisa 2D
2. Untuk desain struktur:
Wilayah gempa: 6
Fungsi bangunan: perkantoran
Jenis tanah: sedang
3. Peraturan gempa yang digunakan menggunakan SNI 03-1729-2002.
4. Gempa yang menjadi analisa diantaranya ada 4 catatan gempa kuat di
dunia:
1. Loma Prieta.
2. Kobe.
Universitas Sumatera Utara
5
3. Northridge.
4. Imperial Valley.
5. Indeks kerusakan berdasarkan persamaan Boz rquez dan Cosenza.
1.5
Sistematika Penulisan
Pembahasan mengenai latar belakang, metodologi, proses analisis hingga
hasil analisis dalam tesisi ini akan disusun kedalam sejumlah bab dengan sistematika
bab terurai berikut:
Bab I
Pendahuluan
Berisi latar belakang, permasalahan, tujuan penelitian, pembatasan masalah,
dan sistematika penulisan.
Bab II Landasan Teori
Dasar teori ini berisikan mengenai konsep energi, kerusakan struktur,
histeresis energi, getaran gempa, penskalaan gempa dan indeks kerusakan.
Bab III Prosedur Analisis
Berisikan langkah-langkah alur untuk penyelesaian permasalahan tersebut.
Bab IV Analisa dan Pemodelan Struktur
Berisi perencanaan struktur, modelisasi struktur dalam program, dan prosedur
analisa.
Bab V Hasil dan Pembahasan
Berisikan hasil analisa dan diskusi mengenai hasil yang dilakukan terhadap
pemodelan struktur.
Universitas Sumatera Utara
6
Bab VI Kesimpulan dan Saran
Berisi penarikan kesimpulan dari seluruh hasil analisis yang dilakukan serta
mengemukakan saran-saran yang diperlukan untuk kelanjutan penelitian.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Setiap struktur yang terbuat dari material apapun memiliki batas kekuatan
mekanik. Hal ini dijelaskan oleh berbagai teori, dimana digambarkan dalam grafik
stress-deformation bahwa material akan runtuh akibat pemberian beban yang
melebihi kekuatan batasnya.
Diketahui selama umur layan bangunan, struktur mengalami kerusakan,
seperti yang diakibatkan oleh beban gempa. Kerusakan-kerusakan ini mengakibatkan
perubahan dalam sifat-sifat dari sistem struktur.
Penggunaan indeks kerusakan memungkinkan kuantifikasi kerusakan struktur
yang disebabkan oleh gempa bumi untuk setiap elemen struktur. Indeks kerusakan
yang ada didasarkan pada berbagai karakteristik, seperti jumlah siklik, daktilitas dan
energi.
Sekarang ini, inter-story drift maksimum dan daktilitas demand ditargetkan
sebagai parameter kinerja untuk mencapai pengendalian kerusakan struktur dalam
struktur tahan gempa. Namun, ada banyak bukti bahwa dalam beberapa kasus, kinerja
struktur terhadap lama durasi pergerakan tanah tidak dapat dijadikan karakter
deformasi demand maksimum, dengan cara yang sedemikian rupa sehingga efek dari
deformasi plastis kumulatif demand harus diperhitungkan secara jelas selama
perencanaan gempa.
1
Universitas Sumatera Utara
2
Pengaruh dari deformasi plastis kumulatif demand dapat dipertimbangkan
melalui konsep energi, khususnya melalui plastis dissipasi histeresis energi demand.
Penggunaan energi untuk tujuan ini awalnya dibahas oleh Housner (1956), dan telah
digunakan oleh beberapa peneliti untuk mengusulkan metodologi berdasarkan energi
yang bertujuan untuk menyediakan struktur tahan gempa dengan kapasitas dissipasi
energi lebih besar atau sama dengan kebutuhan (Bojorquez dkk. 2008).
Karena batasan deformasi maksimum sebagai indikator utama dari kerusakan
struktur, beberapa indeks kerusakan menjelaskan plastis dissipasi histeresis energi
telah di rumuskan lebih baik dalam hal kerusakan struktur. Sebahagian besar
penelitian telah dikhususkan untuk megkalibrasi indeks kerusakan untuk baja dan
beton bertulang. Namun, ada tantangan untuk mempelajari dan mengkalibrasi
penggunaan indeks tersebut untuk evaluasi struktur yang begitu kompleks. Dalam
konteks ini, indeks kerusakan berdasarkan energi secara eksplisit menyumbang efek
dari deformasi plastis kumulatif demand pada struktur baja.
1.2
Permasalahan
Dalam SNI 03-1726-2002 disebutkan bahwa perencanaan struktur itu di
kontrol terhadap kinerja struktur, yaitu kinerja batas layan dan batas ultimit.
Untuk kinerja batas layan ditentukan oleh simpangan antar tingkat akibat
gempa rencana, yaitu untuk membatasi terjadinya kelelehan baja, peretakan beton
yang berlebihan, mencegah kerusakan non-struktur dan ketidak nyamanan penghuni
bangunan. Simpangan antar tingkat yang diizinkan tidak boleh melampaui 0,03/R x
tinggi tingkat yang bersangkutan atau 30 mm diambil yang terkecil.
Universitas Sumatera Utara
3
Kinerja batas ultimit gedung ditentukan oleh simpangan dan simpangan antar
tingkat maksimum struktur gedung akibat gempa rencana dalam kondisi struktur
gedung diambang keruntuhan, yaitu untuk membatasi kemungkinan terjadinya
keruntuhan struktur gedung yang dapat menimbulkan korban jiwa manusia dan untuk
mencegah benturan berbahaya antar gedung atau antar bagian struktur gedung yang
dipisah dengan sela pemisah (dilatasi). Simpangan dan simpangan antar tingkat ini
harus dihitung dari simpangan struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal,
dikalikan dengan suatu faktor pengali = 0,7 x R (untuk gedung beraturan).
Dalam pasal 8.2.2, disebutkan bahwa dalam segala hal simpangan antar
tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung untuk batas ultimit tidak boleh
melampaui 0,02 x tinggi tingkat yang bersangkutan.
Artinya dengan pernyataan diatas bahwa kerusakan struktur itu didasarkan
pada simpangan yang terjadi pada struktur. Menurut beberapa penelitian yang telah
dilakukan menyebutkan bahwa karakter simpangan tersebut tidak dapat dijadikan
sebagai karakter pada gempa dengan waktu yang lama (Hancock dan Boomer 2006).
Karena itu, pengaruh deformasi plastis kumulatif demand harus dipertimbangkan.
Pengaruh dari deformasi plastis kumulatif demand dapat dipertimbangkan melalui
konsep energi, khususnya melalui plastis dissipasi histeresis energi demand.
1.3
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan tulisan ini diantaranya:
1. Untuk memahami konsep energi dan penyerapan energi pada struktur.
Universitas Sumatera Utara
4
2. Untuk memperkenalkan indeks kerusakan berdasarkan energi untuk
MDOF.
3. Melihat pengaruh berbagai jenis dan karakteristik gempa terhadap respon
struktur.
4. Untuk melihat kinerja struktur berdasarkan energi dan di bandingkan
dengan peraturan gempa.
5. Untuk melihat hubungan indeks kerusakan antara displacement dan energi.
6. Untuk mengetahui berapa indeks kerusakan akibat beberapa catatan gempa
kuat. Dengan mengetahui berapa nilai indeks kerusakan, sehingga kita
dapat menyimpulkan termasuk dalam kategori mana struktur baja tersebut.
1.4
Pembatasan Masalah
Penelitian ini membatasi masalah dalam hal:
1. Struktur yang dianalisa 2D
2. Untuk desain struktur:
Wilayah gempa: 6
Fungsi bangunan: perkantoran
Jenis tanah: sedang
3. Peraturan gempa yang digunakan menggunakan SNI 03-1729-2002.
4. Gempa yang menjadi analisa diantaranya ada 4 catatan gempa kuat di
dunia:
1. Loma Prieta.
2. Kobe.
Universitas Sumatera Utara
5
3. Northridge.
4. Imperial Valley.
5. Indeks kerusakan berdasarkan persamaan Boz rquez dan Cosenza.
1.5
Sistematika Penulisan
Pembahasan mengenai latar belakang, metodologi, proses analisis hingga
hasil analisis dalam tesisi ini akan disusun kedalam sejumlah bab dengan sistematika
bab terurai berikut:
Bab I
Pendahuluan
Berisi latar belakang, permasalahan, tujuan penelitian, pembatasan masalah,
dan sistematika penulisan.
Bab II Landasan Teori
Dasar teori ini berisikan mengenai konsep energi, kerusakan struktur,
histeresis energi, getaran gempa, penskalaan gempa dan indeks kerusakan.
Bab III Prosedur Analisis
Berisikan langkah-langkah alur untuk penyelesaian permasalahan tersebut.
Bab IV Analisa dan Pemodelan Struktur
Berisi perencanaan struktur, modelisasi struktur dalam program, dan prosedur
analisa.
Bab V Hasil dan Pembahasan
Berisikan hasil analisa dan diskusi mengenai hasil yang dilakukan terhadap
pemodelan struktur.
Universitas Sumatera Utara
6
Bab VI Kesimpulan dan Saran
Berisi penarikan kesimpulan dari seluruh hasil analisis yang dilakukan serta
mengemukakan saran-saran yang diperlukan untuk kelanjutan penelitian.
Universitas Sumatera Utara