Rekayasa pada “Struktur Dinding Geser Ganda”, Sebuah Upaya

TEMU ILMIAH IPLBI 2013

Rekayasa pada “Struktur Dinding Geser Ganda”, Sebuah Upaya dalam Meningkatkan Duktilitas Bangunan Gedung Nasruddin Lab. Struktur, Konstruksi, dan Bahan Bangunan, Prodi Arsitektur, Jurusan Arsitektur, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin

Abstrak Paper ini fokus pada diskusi mengenai rekayasa pada struktur dinding geser ganda biasa sebagai sebuah upaya peningkatan duktilitas bangunan gedung. Peningkatan kemampuan bangunan untuk berayun sangat diperlukan ketika terjadi gempa bumi sebagai upaya membuat bangunan tetap berdiri sampai semua penghuninya berhasil menyelamatkan diri, sesuai dengan filosofi dari perencanaan bangunan tahan gempa. Struktur dinding geser ganda baru ini disebut Struktur Dinding Penyerap Energi (SDPE). SDPE ini tersusun atas dua dinding beton bertulang yang dihubungkan (dikopling) dengan beberapa balok baja profil IWF. Dinding beton bertulang tidak ditanam langsung ke pondasi atau ke balok girder seperti pada dinding geser ganda konvensional, akan tetapi melalui kolom beton pendek yang dibungkus dengan tabung baja persegi (TRC column). Sejumlah 4 spesimen tes (1 bentang 3 lantai) didesain, dikonstruksi, dan dites dengan parameter penelitian yang berbeda-beda. Adapun yang menjadi parameter penelitian adalah; ukuran, posisi, dan detail penulangan pada area pembenaman dari balok kopling. Spesimen tes diuji dengan sistem pembebanan lateral siklik dengan tujuan untuk mengetahui mekanisme leleh dan respon siklik dari pada SDPE. Hasil penelitian menunjukkan bahwa SDPE berperilaku amat daktil pada saat pembebanan dan memiliki kapasitas penyerapan energi gempa yang cukup. Kata-kunci : dinding geser ganda, rekayasa struktur, daktilitas, disipasi energi, pembebanan siklik

Pengantar Sistem struktur dinding dimana panel-panel dinding dihubungkan atau dikopling satu sama lain dengan balok atau girder disebut struktur dinding geser ganda seperti yang terlihat pada Gambar 1(a). Pada sistem ini, balok kopling memiliki kapabilitas untuk mendisipasi energi

gempa diseluruh bagian dari bangunan jika didesain dengan baik. Pada beberapa kasus gempa bumi besar, eksitasi seismik bisa menyebabkan kerusakan pada balok kopling dan juga retak fleksural yang terjadi pada daerah sendi plastis pada bagian bawah dari panel dinding beton bertulang seperti yang terlihat

RC wall

Yielding of coupling girder

RC wall

RC coupling girder Flexural crack in plastic hinges region

(a)

(b)

Gambar 1. Struktur dinding geser ganda biasa yang diusulkan oleh Paulay (1992) Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 | E - 19

Rekayasa pada “Struktur Dinding Geser Ganda”, Sebuah Upaya dalam Meningkatkan Duktilitas Bangunan Gedung Coupling Steel Girder

Horizontal clearance

Couple Structural Wall

Plastic Hinge

Edge column

(a) Dinding geser biasa (AIJ, 1990) (b) SDPE (Dinding geser ganda) Gambar 2. Ide SDPE yang mampu memecahkan masalah “cacat bawaan” pada dinding geser biasa

pada Gambar 1(b). Atas dasar pertimbangan bahwa mekanisme kerusakan seperti ini tidak perlu terjadi, maka pada paper ini diusulkanlah sebuah alternatif sistem struktur dinding geser ganda seperti yang terlihat pada Gambar 2., yang mampu memecahkan persoalan cacat bawaan pada mekanisme kerusakan seperti yang tersebut diatas. Selanjutnya, sistem dinding geser ganda yang baru ini disebut dengan Struktur Dinding Penyerap Energi (SDPE). Sebagaimana yang terlihat pada Gambar 3, perbedaan mendasar dari SDPE dan struktur dinding geser biasa terletak pada keberadaan celah horizontal yang terletak antara dinding panel dengan pondasi atau balok atap. Perbedaan lain adalah baja IWF digunakan sebagai Struktur Dinding Geser Ganda Dinding Geser Ganda Biasa (Paulay 1992)

SDPE B

wall RC wall

2

2 coupling girder

1

1 B

edge column B

1

Tanpa celah horizontal

1

Ada celah horizontal horizontal clearance

2

Balok kopling dari beton

2

Balok kopling dari baja IWF

Gambar 3. Perbedaan antara dinding geser ganda kopling, biasa dan yang SDPE didesain untuk mengembalok

bangkan aksi balok kopling untuk menahan sebagian besar dari momen guling yang meng-

E - 20 | Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013

induksi bangunan dan berperan sebagai perangkat penyerap energi gempa (passive damper) dalam prinsip desain untuk kontrol kerusakan (damage control design). Kerusakan serius yang terjadi pada balok kopling baja tidak dapat dihindari, karena memang sengaja didesain untuk leleh dalam geser dalam upaya menyerap energi gempa yang besar. Spesimen Tes Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui mekanisme leleh dan respon siklik dari pada SDPE yang kolom pendeknya dikekang dengan tabung baja persegi yang kemudian disebut dengan kolom TRC (Tube Reinforced Concrete) (Tomii,1989). Empat spesimen tes, 1 bentang-3 lantai didesain, dikonstruksi, dan dites sebagai bagian (sub assemblage) dari model bangunan konstruksi beton 12 lantai. Spesimen tes di buat dalam skala 1/4 supaya sesuai dengan kapasitas dari fasilitas tes yang tersedia. SDPE terbuat dari dua panil dinding beton bertulang yang masing-masing dihubungkan dengan baja profil IWF sebagai balok kopling (coupling girder). Panel dinding beton bertulang ini:

Nasruddin Tabel 1. Rangkuman detail spesimen tes Outside View Reinforcing Detail

10 244 78

SDPE-2

SDPE-3

10 244 78

30 10 244 78

Outside View Reinforcing Detail

⊿-100x100x6

⊿-100x100x6

3322

150

807

807

150

10 250

10 30 250

400

3322 816 150

300 650 2400

400

300 2400

650

807

650

34.5 (N/mm2) 380 (N/mm2), 12-D13

400

650 300 2400

650

650 300 2400

650

400

Unit: mm

44.5 (N/mm2) 400

335 (N/mm2), 12-D13

400

Unit: mm

10 250

41.3 (N/mm2)

816 150

PL-6@300

3322 2670

10 244 78

200 782 10 250

650

Unit: mm

Kuat leleh dan ukuran tulangan

Reinforcing Detail

Outside View Reinforcing Detail

400

Kuat Tekan Beton

SDPE-4

807

Spesimen Tes

Outside View

766 200

3322

782

SDPE-1

38.5 (N/mm2)

400

Unit: mm

403 (N/mm2), 8-D13

403 (N/mm2), 12-D13

H-175x175x7.5x11 H-100x50x5x7 □-175x175x6

Detail balok kopling atas 4-D13 Hoopφ4@40 8-D13 Hoopφ4@50

Detail balok kopling bawah

4-D13 Hoopφ4@40 8-D13 Hoopφ4@50 H-150x75x(5+6)x(7+6) H-100x50x5x7 □-175x175x6 □-175x175x6 H-100x50x5x7 H-175x175x7.5x11

8-D13 12-D13 Hoopφ4@50

Detail bagian pondasi/ balok atap

H-

8-D13 Hoopφ4@40 12-D13 Hoopφ4@50

4

H-175x175x7.5x11 □-175x175x6

8-D13

H-100x50x5x7 12-D13 Hoopφ4@50

tidak ditanamkan langsung ke pondasi sebagaimana pada struktur dinding geser biasa, akan tetapi dihubungkan melalui kolom pendek yang terletak ditepi luar dari panel. Kolom pendek ini dikekang dengan tabung baja persegi (kolom TRC) untuk meningkatkan kuat tekan beton dan mencegah terjadinya punching shear. (JBDPA, 2001). Hanya pada kedua kolom pendek

H-150x75x5x7 H-150x75x5x7

12-D13 Hoopφ4@50 8-D13

H-150x75x(5+6)x7 H-150x75x5x7

H-100x50x5x7 8-D13 Hoopφ4@40 8-D13 Hoopφ4@40 12-D13 Hoopφ4@50 4-D13 Hoopφ4@4 12-D13 Hoopφ4@50 pondasi diharapkan8-D13 Hoopφ4@50 H-100x50x5x7

yang ditanamkan ke mentransfer semua gaya geser yang bekerja 10 mm 10 mm mm pada dinding panel. Tinggi dari40 kolom TRC, baik 40 mm yang terletak di atas maupun dibagian bawah 10 40 mm dari panel dinding beton bertulang 40mm. □-175x175x6 □-175x175x6 H-250x250x9x14 H-250x250x9x14 Keberadaan kolom pendek TRC ini sangat H-175x175x7.5x11 □-175x175x penting untuk menyediakan celah horizontal H-250x250x antara dinding panel dengan balok pondasi. Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 | E - 21

Rekayasa pada “Struktur Dinding Geser Ganda”, Sebuah Upaya dalam Meningkatkan Duktilitas Bangunan Gedung

Alat Uji Pembebanan Tampak

Detail Penulangan

244 782

10

78

H-244x175x7x11 □-175x175x6 H-150x75x(5+6)x(7+6)

H-100x50x5x7 H-150x75x5x7

Panel beton bertulang

□-175x175x6

8-D13 H-150x75x5x(7+6)

766

3322

200

H-175x175x7.5x11 12-D13 Hoopφ4@50

200

□-175x175x6 D10@75double

Kolom TRC

□-175x175x6 H-250x250x9x14

250

10

782

H-100x50x5x7 H-100x50x5x7

400

Celah horisontal 150 650 150

400

650

2400

Gambar 4. Detail spesimen tes SDPE-1

Ini adalah konsep penting yang diaplikasikan pada penelitian eksperimental ini. Detail fisik dari spesimen tes terlihat pada Gambar 4.

Spesimen tes diuji dengan kombinasi pembebanan siklik lateral dan gaya aksial yang konstan, yang merupakan simulasi dari gaya gempa bumi. Gambar 5 memperlihatkan dengan jelas perangkat alat pengujian pembebanan siklik ini. Pertama-tama spesimen tes dibebani dengan gaya aksial P yang diibaratkan sama dengan gaya gravitasi dengan alat yang memiliki kapasitas tekan sampai 5000 kN. Beban ini dijaga tetap konstan selama pembebanan lateral dilakukan. Sembari ditekan dengan gaya aksial konstan P, gaya lateral H dibebankan secara horisontal ke spesimen tes dari dua arah secara bergantian (siklik) dengan alat hydraulic jack yang memilki kapasitas 1000kN yang ujungnya telah dipasangi dengan load cell u n tu k m er ek a m da t a pem beba n a n y a n g diberikan ke spesimen tes. Untuk perekaman da t a p er ge s er a n ( d i sp la c em en t ) sec a r a horizontal maupun vertikal pada saat specimen tes didorong maupun ditarik digunakan alat yang disebut dengan displacement transducer.

Gambar 5. Perangkat alat uji pembebanan siklik

E - 22 | Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013

Nasruddin

Sedangkan untuk merekam regangan yang terjadi pada besi tulangan, pelat tabung baja, dan 3WRC-1

lebih besar dari struktur dinding bertulang biasa yang gagal dalam lentur. Patut dicatat bahwa 3WRC-2

400

400

200

200

0

0

-200

-200

-400

-400 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Drift Angle（×10-2rad）

-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Drift Angle（×10-2rad）

(a) SDPE-1

(b) SDPE-2

3WRC-4

3WRC-3 400

400

200

200

0

0

-200

-200

-400

-400 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Drift Angle（×10-2rad）

(c) SDPE-3

-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Drift Angle（×10-2rad）

(d) SDPE-4

Gambar 6. Hubungan antara beban lateral dengan R (drift angle)

permukaan beton digunakan alat yang disebut strain gauge. Pada penelitian ini yang menjadi variabel parameter adalah; ukuran, posisi, dan detail penulangan pada area pembebanan dari balok kopling. Hasil dan Diskusi Gambar 6 memperlihatkan hubungan antara beban lateral dengan ratio kemiringan (drift angle) R dari spesimen tes . Nilai R didapatkan dari besarnya nilai perubahan pergeseran spesimen dibagi dengan tinggi spesimen. Garis tebal-titik pada grafik yang terlihat pada gambar 6 adalah kapasitas gaya lateral berdasarkan analisis perhitungan. Seperti yang terlihat pada gambar, kapasitas pembebanan spesimen SDPE3 dan SDPE-4 melebihi kapasitas pembebanan yang didasarkan pada perhitungan. Kapasitas penyerapan energi pada setiap spesimen tes,

balok kopling kalah dalam sudut yang sangat kecil sekitar 0.001 rad. dari rasio kemiringan spesimen tes. Perlu ditekankan pula bahwa kekalahan balok kopling terjadi setelah menyerap sejumlah besar energi gempa. Dengan demikian balok kopling pada specimens SDPE dapat diharapkan berperilaku sebagai passive damper (peredam pasif). Retak diagonal hampir tidak dijumpai pada permukaan panil beton bertulang karena adanya keberadaan celah horizontal dan kolom pendek yang di-jaket-kan dengan tabung baja, memberikan kesempatan kepada spesimen tes untuk mengembangkan mekanisme kegagalan tanpa adanya kerusakan yang berarti pada permukaan panil beton bertulang. Kerusakan hanya terjadi pada bagian sisi dalam dari panil beton bertulang di sekitar area pembenaman balok kopling bajanya.

Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 | E - 23

Rekayasa pada “Struktur Dinding Geser Ganda”, Sebuah Upaya dalam Meningkatkan Duktilitas Bangunan Gedung

Kesimpulan Hasil pengujian lateral siklik pada spesimen SDPE menunjukkan spesimen berperilaku sangat lentur dan memiliki daya disipasi energi gempa yang cukup, sehingga dapat disimpulkan bahwa spesimen tes berperilaku cukup memuaskan dari sisi pandang tuntutan dasar dari sebuah sistem struktur yaitu, kekakuan, kelenturan, dan daya disipasi energi gempa. Balok kopling baja dan detail pembesian pada area pembenaman menunjukkan kinerja yang memuaskan dengan kemampuan serapan energi yang cukup besar dan mengalami mekanisme leleh dalam ratio kemiringan yang sangat kecil tanpa memperlihatkan adanya kerusakan yang berarti pada balok kopling. Dari hasil ini dapat juga disimpulkan bahwa balok kopling baja IWF dapat berfungsi sebagai peredam pasif (passive damper). Daftar Pustaka Paulay, T. and Priestley, M.J.N (1992): Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, John Wiley & Sons, New York, Architectural Institute of Japan (AIJ) (1990).: Design

Guidelines for Earthquake Resistant Reinforced Concrete Buildings Based on Ultimate Strength Concept, Tokyo Japan (dalam bahasa Jepang), Japan Building Disaster Prevention Association (JBDPA) (2001): Recommendations for Seismic Retrofitting Design of Existing RC Buildings, Tokyo Japan (dalam bahasa Jepang), M. Tomii, K. Sakino, Y. Sun, and J.L. Zhong (1989) :

Experimental Study on Bending Shear of Reinforced Concrete Short Columns Encased in a Thin Steel Tube, Journal of the Japan Concrete Institute (JCI), Vol.11, No. 2, pp. 513-518,.6. (in Japanese)

E - 24 | Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013