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