Pengurangan Risiko Kerusakan dengan Kontrol Struktur Bangunan

Pada materi mengenai Kendali Struktur yang terdapat dalam situs http://www.scribd.com, mengenai Perilaku suatu sistem untuk dapat berlaku dan berjalan dengan baik pasti berada dalam suatu sistem yang terkendali, dimana pusat kendali ini menyebabkan sistem bekerja dengan  baik. Perencanaan struktur bangunan gedung sangat penting di Indonesia , karena posisi Indonesia yang berada di sekitar jalur subduksi lempeng yang menyebabkan wilayah Indonesia terletak pada zona seismik aktif dan tingkat kegempaan yang tinggi. Indonesia merupakan daerah yang rawan bencana gempa karena merupakan daerah tektonik aktif tempat bertemunya lempeng Eurasia di sebelah utara dengan lempeng Indoaustralia di sebelah selatan dan juga lempeng Pasifik di sebelah timur. Telah tercatat beberapa gempa signifikan yang membawa korban yang cukup banyak. Gempa Aceh, gempa Yogyakarta, gempa padang dan lain-lain. Dengan kondisi Indonesia yang demikian itu maka diperlukan kemampuan untuk mengatasi permasalahan yang timbul oleh bencana gempa tersebut, khususnya runtuhnya bangunan untuk menghindari jatuhnya korban yang lebih banyak lagi.

Masalah utama yang sering ditemui dalam merancang struktur dimasa sekarang adalah keadaan dimana struktur yang dibangun sifatnya semakin fleksibel dan tinggi. Contohnya adalah seperti bangunan pencakar langit dan tower, struktur ini sifatnya akan menjadi semakin fleksibel. Dengan fleksibilitas yang makin besar, level vibrasi yang tidak diinginkan mungkin saja akan terjadi jika struktur tersebut dikenai beban lingkungan yang besar. Sehingga kontrol struktur terhadap permasalahan yang menimbulkan kebutuhan struktur bersifat adaptif.

 

Kontrol struktur pada dasarnya adalah mengatur karakteristik dinamik struktur tersebut untuk menjamin bahwa struktur merespon dengan baik gaya-gaya luar yang terjadi. Mekanisme ini pada umumnya memerlukan suatu sistem yang dapat memberikan gaya luar tambahan yang disebut dengan gaya kontrol. Asumsi-asumsi dasar yang digunakan untuk memodelkan suatu struktur sebagai bangunan geser antara lain adalah massa dari struktur yang terpusat di setiap lantainya, kekakuan balok diangap tak terhingga, dan deformasi aksial kolom diabaikan. Asumsi-asumsi ini menyederhanakan struktur tersebut dari banyak derajat kebebasan menjadi hanya satu derajat kebebasan di setiap lantainya.

 

Perilaku suatu sistem untuk dapat berlaku dan berjalan dengan baik pasti berada dalam suatu sistem yang terkendali, dimana pusat kendali ini menyebabkan sistem bekerja dengan  baik. Perencanaan struktur bangunan gedung sangat penting di Indonesia , karena Indonesia yang berada di jalur subduksi lempeng menyebabkan tingkat kegempaan yang sangat tinggi di beberapa wilayah Indonesia. Telah tercatat beberapa gempa signifikan yang menyebabkan korban jiwa yang sangat banyak.Gempa Aceh, gempa Yogyakarta, gempa Pangandaran, gempa Padang dan lain-lain. Dengan kondisi Indonesia yang demikian itu maka diperlukan kemampuan untuk mengatasi permasalahan yang timbul oleh bencana gempa tersebut, khususnya runtuhnya bangunan untuk menghindari jatuhnya korban yang lebih banyak.

 

Pada masa sekarang, semakin banyak bangunan gedung bertingkat dan semakin beragamnya teknik arsitektur dari gedung menyebabkan maningkatnya kebutuhan akan keamanan dan kenyaman dari gedung. Unsur keamanan dan kenyaman dari gedung ini tidak terlepas dari kokohnya suatu gedung dalam berdiri. Akan tetapi adanya gangguan-gangguan alam seperti gempa bumi dapat menyebabkan rusaknya struktur bangunan, yang mengakibatkan ketidaknyamanan bagi manusia yang berada didalam maupun disekitar gedung tersebut. Untuk itu perlu adanya suatu pengendali pada gedung, agar gedung dapat menahan getaran akibat adanya gempa bumi sehingga struktur bangunan tidak mudah rusak.

 

Ada beberapa jenis yang dikenal dalam melakukan Kendali ( control ) struktur yaitu: 1). Metode Pengendali Aktif ( sistem kontrol aktif ) : Menggunakan sensor pengukur percepatanstruktur, aktuator pembangkit gaya luar dan kontroller yang mengaturpemberian energi luar; 2). Metode Pasif ( sistem kontrol pasif ) : Tidak memerlukan energi luar. Metalic Damperr, Friction Dampers, Viscous fluid dampers, Tune massDampers, Tuned liquid dampers. Base isolation, Energi dissipasion; 3). Metode Hybrid : kombinasi dari metode 1 dan 2. Tujuan utama dari kontrol pada struktur adalah menstabilkan obyek struktur yang dimaksud, realibilitas metode dan peralatan yang dipakai dalam sistem kontrol iniharus terjamin.

 

Metode Kontrol Aktif ( Sistem Kontrol Aktif)Merupakan sistem yang dalam sistem kerjanya menggunakan sensor pengukur percepatan, aktuator pembangkit gaya luar dan kontroller yang mengatur energi dari luar. Metode ini mendapatkan feedback ( umpan balik ) kontrol. Biasanya digunakan untuk mengendalikan getaran pada gedung yang mempunyai sistem dengan banyak derajat kebebasan. Kelebihan dari kontrol aktif adalah karakter dinamik struktur dapat beradaptasi dengan bebandinamis yang timbul. Kelemahan dari sistem aktif ini adalah perlunya desain dan peralatan yang rumit dan berbiaya lebih mahal. Metode sliding mode control ( SMC ) untuk mengisolasi getaran pada struktur gedung menggunakan ATMD ( Active Tuned Mass Damper ). SMC dipilih karena berkarakter robust, dapat diterapkan pada sistem non linier, dan kinerjanya superior . Dalam kajian ini akan dibahas desain kontrol sistem aktif pada bangunan menggunakan teori kontrol optimal dan parameter yang optimal dari actuator pada  Active Tuned Mass Damper (ATMD). sistem kontrol aktif merupakan sistem kontrol struktur bangunan yang paling mahal karena memerlukan energi dari luar untuk menghasilkan suatu gaya kontrol yang akan menyesuaikan dengan gangguan dari luar yang masuk ke dalam bangunan. Sistem ini umumnya dipakai negara-negara maju seperti Amerika, Jepang dan beberapa negara Eropa.

 

Metode Kontrol pasif ( Sistem Kontrol Pasif) merupakansistem kontrol pasif yang tidak memerlukan external power sehingga biayanya lebih murah dan umumnya tidak memerlukan perawatan khusus. Sistem kontrol pasif terbagi beberapa jenis yaitu metallic damper, fluid damper, visco elastic damper, friction damper dan tune mass damper. Sistem kontrol pasif merupakan sistem yang dalam sistem kerjanya menggunakan energi potensial yang dibangkitkan oleh respon struktur untuk menghasilkan gaya kontrol sehingga terbebas dari risiko-risiko yang dapat menimbulkan ketidakstabilan. Kelemahan metode ini adalah tidak menggunakan sensor pengukur percepatan yang terjadi pada struktur sehingga metode ini tidak dapat beradaptasi dengan perubahan parameter struktur maupun peralatan kontrol yang digunakan. Kelebihan kontrol pasif adalah kesederhanaan dalam disain, pemasangan, pemeliharaan sehingga tidak memerlukan biaya yang banyak. Salah satu alat kontrol pasif adalah pada struktur yang menggunakan massa tambahan sebagai sistem penyerap energi adalah Tuned Mass Damper  ( TMD ). Tuned Mass Damper ( TMD ) adalah sebuah alat yang terdiri dari massa, pegas dan peredam (damper) yang diletakan pada sebuah struktur dengan tujuan untuk mengurangi respon dinamik struktur tersebut. Contoh lain metode pasif adalah Energy Dissapation  Dan Seismic Isolation.  Frekuensi peredam diselaraskan dengan frekuensi struktur utama, sehingga saat sebuah frekuensi terjadi peredam akan beresonansi terhadap perubahan struktur. Gaya Inersia peredam itu akan mendisipasikan energi pada strukutur tersebut.Massa dari peredam akan mendistribusikan gaya inersia pada struktur tersebutdalamarah yang berbeda denga pergerakan struktur itu sendiri dengan demikianmengurangi goyangan struktur tersebut (kaurakis 2005). Alat ini dipasang pada beberapa struktur seperti gedung bertingkat, menara dan jembatan. Tujuan utama pemasangan TMD adalah mengurangi goyangan akibat gempa bumi dan angin ataugerakan lalulintas.

Pada metode getaran semi-aktif ( hybrid), diterapkan metode kontrol semi-aktif sebagai dasar koefisien damping yang diubah sebagai kontrol getaran. Dimana dalam beberapa tahun terakhir, banyak pembelajaran bahwa actuator aktif telah digunakan untuk mengisolasi effek gempa yang menyebabkan getaran. Yagiz;2001 mengembangkan active-passive composit tunned mass damper yang bertujuan mengurangi tekanan angin dan gempa yang menyebabkan getaran pada struktur bangunan tinggi. Kelebihan sistem kontrol pasif adalah dapat diterapkan pada bangunan lama maupun baru. Pada sistem kontrol pasif sebagian besar energi gempa akan diserap damper dan sisanya akan diserap struktur bangunan. Oleh sebab itu bangunan yang menggunakan pasif damper hanya mengalami kerusakan ringan jika terjadi gempa kuat.

 

Base Isolation System ( Sistem Isolasi Dasar ). Sebelum membicarakan mengenai Base Isolation System maka perlu meninjau dulu pada metode sebelumnya, bahwa orang mengurangi potensi bahaya gempa dengan membuat bangunan menjadi lebih kaku ( rigid) dengan menambahkan dinding geser ( shear walls). Ada pendekatan yang berbeda dalam menangani masalah gempa yaitu dengan mengisolasi struktur atas bangunan dari tanah untuk mengurangi kejutan rambatan gempa. Metode ini dikenal dengan sebutan base isolation system atau sistem isolasi dasar.  Ide dasar dari base isolation system adalah dengan mengisolasi bangunan dari tanah dengan menggunakan komponen berbahan karet untuk dipasang dibagian bawah pondasi bangunan ( antara tanah dan pondasi ). Base isolation system merupakan salah satu metode control pasif.

 

Base Isolation system sendiri harus memenuhi persyaratan sebagai berikut : 1. Mampu mengisolasi bangunan dari tanah; 2. Mampu mendukung berat bangunan; 3. Mampu meredam ayunan bangunan ketika gempa; 4. Mampu mengembalikan bangunan ke posisi semula setelah gempa. Ada perbandingan antara perilaku struktur bangunan antara struktur konvensional ( conventional structure) dengan struktur yang terisolasi ( base-isolated structure). Pada struktur konvensional jika terkena beban gempa maka struktur akan mengayun ( terdeformasi ) hingga pada saat goyangan itu melewati keelastisannya maka bangunan tidak dapat kembali seperti semua ( terjadi retakan hingga kerusakan yang parah atau roboh ). Hal ini berbeda dengan struktur yang terisolasi, dimana struktur bangunan tidak mengayun atau mengayunnya kecil sehingga relatif tidak terjadi perubahan bentuk. Walaupun metode ini sudah lama muncul, namun di Indonesia masih sangat jarang bangunan yang menggunakan metode ini. Pada sistem isolasi dasar ini dimana struktur bangunan akan bergetar jika terjadi gempa bumi dengan frekwensi di luar frekwensi dominan gempa sehingga hanya sebagian kecil energi gempa yang masuk ke dalam bangunan sehingga bangunan tidak rusak.

 

Herlien dan kawan – kawan dalam penelitiannya mengenai “ Kontrol Vibrasi Aktif Pada Struktur Yang Mengalami Beban Dinamik Dengan Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan Dan Algoritma Genetik “ menuliskan bahwa untuk dapat merancang struktur yang adaptif seperti yang telah dikemukakan di awal pembahasan, maka diperkenalkan konsep kontrol aktif. Pada struktur Konsep kontrol aktif ini sudah dipakai secara luas untuk struktur pesawat terbang, kapal selam dan berbagai struktur industri lainnnya. Namun demikian, aplikasi konsep ini pada struktur bangunan sipil baru dikembangkan sekitar dua dekade terakhir. Perhitungan gaya kontrol pada mulanya dilakukan dengan cara konvensional di mana diperlukan informasi yang akurat tentang properti struktur seperti kekakuan dan massanya. Cara ini mengakibatkan perhitungan gaya kontrol harus melalui tahapan yang rumit, khususnya untuk struktur-struktur non linier, yang dapat mengakibatkan keterlambatan dalam pemberian gaya kontrol. Penelitian, pengembangan sekaligus implementasi mengenai kontrol struktur aktif pernah dilakukan oleh Yang et, al. ( 1992 ); Soong ( 1990 ); Chang et. Al. ( 1995 ) dan  Jiang ( 2005 ). Studi – studi tersebut pada umumnya menggunakan teori kontrol klasik linier, yang menghasilkan efektifitas dan akurasi yang cukup baik untuk struktur yang relatif kecil.

 

Penelitian yang dilakukan oleh Herlien dan kawan – kawan mengenai kontrol aktif ini menjelaskan, bahwa ada tiga macam tipe kontrol struktur aktif adalah : yang pertama disebut kontrol Closed Loop. Kontrol ini bekerja dengan cara memonitor respon struktur secara terus menerus dan informasi ini digunakan untuk mengoreksi gaya kontrol yang diberikan secara terus menerus. Yang kedua adalah Kontrol Open Loop atau disebut juga kontrol umpan maju adalah bila gaya kontrol ditentukan hanya berdasar gaya luar yang diukur. Untuk struktur yang dibebani dengan eksitasi gempa dilakukan dengan mengukur percepatan gempa pada dasar struktur. Yang terakhir adalah Kontrol Closed-Open Loop. Kontrol semacam ini pada kasus dimana informasi respon struktur dan gaya luar digunakan bersama-sama untuk mendisain gaya kontrol. Namun dalam aplikasinya untuk kontrol struktur, kontrol open loop dan closed-open loop tidak dapat digunakan, karena riwayat waktu percepatan gempa harus diketahui sebelumnya, dan hal ini tidak mungkin dilakukan. Maka, sistem kontrol yang dapat diaplikasikan untuk kontrol struktur adalah kontrol closed loop.

 

Penelitian Herlien dan kawan – kawan mengenai “ Kontrol Vibrasi Aktif Pada Struktur Yang Mengalami Beban Dinamik Dengan Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan Dan Algoritma Genetik “ menggunakan sistem Jaringan Syaraf Tiruan ( JST ) sebagai alat perhitungan. Jaringan saraf tiruan (JST) merupakan suatu alat perhitungan, yang mengambil bentuk strukturnya seperti jaringan saraf pada makhluk hidup. Perkembangan JST dimotori oleh keinginan untuk mengerti cara kerja otak biologis makhluk hidup dan berusaha untuk menyerupai atau menyamai beberapa kelebihannya. Hal ini yang mendasari penelitian tersebut untuk dapat juga diterapkan dalam struktur bangunan yang dianggap seperti jaringan syaraf makluk hidup. Kemudian perhitungan gaya kontrol adalah dijalankan dengan persamaan algoritma genetika. Pada setiap step waktu, algoritma kontrol dijalankan untuk mencari gaya kontrol yang optimal menggunakan prosedur iterasi.

 

Hasil yang diperoleh dalam penelitian yang dikembangkan oleh Herlien dan kawan – kawan tersebut antara lain bahwa Respon dinamik struktur dapat direduksi secara signifikan dengan menggunakan kontrol aktif yang dihitung memakai metoda algoritma genetika dan jaringan saraf tiruan. Proses perhitungan gaya kontrol yang memerlukan waktu lama dengan menggunakan algoritma genetika dapat dipersingkat dengan penerapan JST sebagai neurokontrol. Faktor penting dari keberhasilan aplikasi algoritma genetika adalah dalam pencarian operator-operator dan juga besaran-besaran yang harus sesuai. Metoda algoritma genetika sangat bagus dalam permasalahan optimisasi, namun dalam aplikasinya dibutuhkan waktu yang sangat panjang, baik untuk waktu perhitungannya, pencarian operator genetika yang sesuai, maupun untuk pencarian besaran-besaran yang sesuai. Hal ini dikarenakan adanya bermacam-macam tipe operator dimana masing-masing operator biasanya hanya bagus untuk masalah-masalah tertentu saja. Sistem jaringan saraf tiruan dapat memahami karakteristik struktur baik yang linier maupun nonlinier dengan cukup baik JST yang didesain dengan tepat akan mempunyai kemampuan yang baik dalam memetakan input-output suatu sistem.

 

Daniel Rumbi Terunayang merupakanFungsionaris Hastag Medan, dalam situs berita online www.medanbisnisdaily.com menjelaskan bahwa sistem kontrol struktur dapat meredam kerusakan bangunan jika terjadi gempa. Daniel mengatakan, penggunaan sistem kontrol struktur terbukti efektif melindungi bangunan terhadap guncangan gempa bumi yang kuat. Sistem ini dapat diterapkan untuk bangunan, jembatan maupun pabrik atau industri. Sedangkan di Indonesia sendiri sudah ada beberapa bangunan gedung yang menggunakan sistem kontrol struktur di antaranya Hotel City Hall Medan, gedung Universitas Syiah Kuala dan auditorium Universitas Cenderawasih, Papua. Pemilihan sistem kontrol struktur pada bangunan sangat tergantung pada karakteristik bangunan, karakteristik tanah tempat bangunan dan karakteristik gempa. Diterangkannya, seturut perkembangan teknologi rancang bangun para pakar berhasil mengembangkan konsep bagaimana respons struktur bangunan dapat dikontrol sehingga tidak menimbulkan kerusakan yang berarti jika terjadi gempa. Namun diakuinya, pemahaman masyarakat terhadap filosopi perencanaan bangunan tahan gempa masih kurang. Hal itu antara lain mengacu kepada fakta bahwa banyak pembangunan gedung dilakukan tidak mengacu pada kaidah dan detil struktur bangunan tahan gempa, kualitas bangunan rendah dan lainnya.

 

Daniel juga mengingatkan, bahwa penggunaan teknologi tahan gempa pada bangunan semakin penting. Sebab, dalam kurun 10 tahun terakhir Indonesia dan sejumlah negara seperti China, Jepang Turki, Iran, Pakistan, Taiwan, AS beberapa kali diguncang gempa kuat yang menyebabkan kerusakan besar dan kerugian materi yang banyak. Di Indonesia, kata Daniel, ada beberapa regulasi yang mengatur tentang perencanaan bangunan tahan gempa dikenal sebagai SNI-03-1726-2002, SNI-03-1729-2002 dan SNI-03-2846-2002. Sayangnya, meskipun sudah ada aturan, namun, fakta menunjukkan pelaksanaan pembangunan gedung masih belum baik akibat masih rendahnya kesadaran masyarakat menyikapi bahaya gempa.

 

Penelitian yang berkaitan mengenai ATMD ( Active Tuned Mass Damper ) pernah dilakukan oleh Bagus Setyo Ugi Widodo yang merupakan mahasiswa jurusan Matematika fakultas MIPA ITS Surabaya dengan judul “ Pengendalian Optimal Getaran Pada Struktur Gedung Terhadap Gempa Bumi “. Uraian singkat mengenai penelitian tersebut bahwa mengendalikan getaran pada struktur gedung akibat adanya pengaruh gempa bumi menjadi sangat penting pada masa sekarang. Dalam penelitian ini untuk mengendalikan getaran pada gedung yang memiliki sistem dengan banyak derajat kebebasan digunakan algoritma kontrol optimal khususnya linear quadratic regulator ( LQR ) sehingga didapatkan rancangan sistem kontrol aktif yaitu didapatkan sistem feedback control. Banyaknya derajat kebebasan dalam sistem struktur gedung bergantung pada banyaknya lantai dari gedung tersebaut. Dalam struktur bangunan digunakan alat yaitu Active Tuned Mass Damper ( ATMD ) sebagai mekanisme kontrol untuk mengurangi getaran akibat gempa, dimana ATMD dipasang dibagian puncak gedung. Actuator pada ATMD digunakan sebagai pengendali getaran. Simulasi yang dipakai pada pembahasan ini menggunakan sistem dengan lima derajat kebebasan. Dengan optimal kontrol didapatkan parameter pada pengendali ATMD yang dapat mengurangi getaran secara optimal. Pada akhir pembahasan masalah waktu pergeseran lantai, kecepatan pergeseran lantai, dan besar pergeseran lantai dari sebelum dikontrol dan setelah dikontrol ditampilkan dari situ terlihat bahwa kontrol optimal yang didapatkan dengan LQR mampu mereduksi getaran yang terjadi pada struktur.

 

Studi dan eksperimental mengenai kontrol pasif getaran pada struktur pernah dilakukan oleh Herlien dan kawan – kawan dalam penelitiannya yang berjudul “ Pengembangan Sistem Isolasi Seismik Pada Struktur Bangunan yang Dikenai Beban Gempa Sebagai Solusi Untuk Membatasi Respon Struktur “. Penelitian tersebut membahas studi teori dan eksperimental mengenai kontrol pasif getaran pada struktur yang mengalami beban eksitasi gempa dengan menggunakan teknik isolasi yang dilakukan pada dasar struktur bangunan. Pada penelitian ini diusulkan penggunaan sistem isolasi dasar dengan menggunakan bantalan karet yang diletakkan di antara kolom pada lantai dasar dengan pondasi yang diharapkan mampu memperkecil perpindahan horisontal struktur bangunan. Model eksperimental yang digunakan adalah model portal baja dua tingkat dengan isolator bantalan karet pada tumpuannya dan diberi beban eksitasi dinamik dengan menggunakan meja getar. Hasil studi teori dan eksperimental untuk berbagai beban dinamik seperti percepatan horisontal gempa El Centro N-S menunjukkan penggunaan isolator pada dasar struktur bangunan memberikan hasil yang memuaskan dalam hal pengurangan tingkat getaran sehingga dapat meningkatkan kualitas keamanan dan kenyamanan struktur. Selain itu penggunaan isolator dasar pada struktur bangunan sangat menguntungkan karena pelaksanaannya yang relatif sederhana.

 

Menurut pendapat Syamsul didalam blognya syamsul-tekniksipil.blogspot.com, Jepang sebagai salah satu negara terdepan dalam teknologi, telah mengaplikasikan salah satu teknologi tahan gempa yakni penggunaan kontrol pada struktur bangunan untuk mereduksi respon dinamik yang diakibatkan oleh beban seismik (gempa bumi). Dalam penjelasan pendapat Syamsul bahwa salah satu alat yang digunakan adalah dengan sistem kontrol pasif (isolasi seismik) pada struktur yang berdasarkan penggunaan massa tambahan sebagai sistem penyerap energi adalah penggunaan damper. Alat ini dapat dipasang pada bermacam-macam struktur seperti : gedung bertingkat tinggi, menara, bentangan yang panjang, dan jembatan. Tujuan utama pemasangan damper pada gedung tinggi dan menara untuk mengurangi goyangan gedung akibat gempa bumi dan angin, pada struktur berbentang panjang untuk mengurangi getaran akibat lalu lintas, dan pada jembatan untuk mengurangi goyangan akibat angin atau getaran akibat lalu lintas. Syamsul menambahkan bahwa struktur bangunan yang ditinjau adalah rumah tinggal dan gedung tinggi dengan penggunaan bantalan karet (seismic bearing). Analisis kelebihan dan kekurangan penggunaan damper akan menunjukkan efektivitas dalam meminimalisir kerusakan akibat gempa bumi.

 

Azas utama yang dikemukakan oleh Syamsul dalam penyediaan bangunan sipil adalah untuk tujuan kemanusiaan. Oleh karena itu perlu diperhatikan faktor keamanan dan kenyamanan bagi penghuninya. Beberapa tahun terakhir, perancangan isolasi dasar (base isolation) yang digunakan untuk perlindungan gedung dari bahaya dan kerusakan yang disebabkan oleh gempa bumi telah digunakan sebagai teknologi dalam perancangan struktur gedung di wilayah gempa tinggi. Beberapa tipe struktur telah didesain menggunakan teknologi ini, baik gedung yang telah dibangun maupun yang masih dalam tahap konstruksi. Dalam pemodelan struktur gedung dengan base isolator diperlukan pemodelan base isolation yang optimum sehingga akan diperoleh lateral dan vertikal displacement yang akurat. Adapun alat peredam gempa tersebut, cukup banyak jenisnya seperti : Bantalan karet tahan gempa (seismic bearing), Lock Up Device (LUD), Fluid Viscous Damper (FVD), High Damping Device (HIDAM). Penggunaan peralatan tahan gempa tersebut, pada prinsipnya berfungsi untuk menyerap energi gempa yang dipikul oleh elemen-elemen struktur. Sehingga, struktur bangunan menjadi lebih elastis dan terhindar dari kerusakan gempa yang parah.

 

Definisi dan cara kerja dari setiap sistem juga dijelaskan oleh Syamsul sebagai berikut . Yang pertama adalah bantalan karet. Bantalan karet sering dikenal sebagai base isolation, tampaknya penggunaannya akan semakin berkembang luas di masa datang. Berbagai daerah di Indonesia yang dikategorikan rawan gempa, menjadikan bantalan karet peredam gempa ini sangat diperlukan untuk melindungi struktur bangunan. Bantalan karet ini tergolong murah, dan bukan merupakan alat berteknlogi tinggi. Dalam aplikasinya, bantalan karet tersebut dipasang pada setiap kolom, yaitu diantara pondasi dan bangunan. Bantalan karet alam ini, berfungsi untuk mengurangi getaran akibat gempa. Sedangkan lempengan baja, digunakan untuk menambah kekakuan bantalan karet, sehingga penurunan bangunan saat bertumpu di atas bantalan karet tidak terlalu besar. Adapun prinsip kerja dari bantalan karet (base isolation seismic bearing) ini adalah pengaruh gempa bumi yang sangat merusak struktur bangunan, merupakan komponen getaran karet horizontal. Getaran tersebut, dapat menimbulkan gaya reaksi yang besar. Bahkan, pada puncak bangunan, dapat terlihat hingga mendekati dua kalinya. Oleh karena itu, apabila gaya yang sampai pada bangunan itu lebih besar dari kekuatan struktur maka bangunan itu akan rusak. Gaya reaksi yang sampai pada bangunan tersebut, dapat dikurangi melalui penggunaan bantalan karet tahan gempa ini. Pada dasarnya, cara perlindungan bangunan oleh bantalan karet tahan gempa ini, dicapai melalui penggunaan getaran gempa bumi ke arah horizontal. Dengan bantalan tersebut, juga memungkinkan bangunan untuk bergerak bebas, pada saat berlangsung gempa bumi, tanpa tertahan oleh pondasi. Bantalan karet tersebut, dapat mengurangi daya reaksi hingga 70%. Karena, secara alami karet alam memiliki fleksibilitas yang tinggi dan dapat menyerap energi. Peredam gempa berupa bantalan karet alam ini, kini mulai banyak diaplikasikan pada bangunan-bangunan hunian maupun gedung-gedung bertingkat. Dan berdasarkan pengalaman di lapangan., bangunan yang menggunakan bantalan karet peredam gempa ini, tidak mengalami kerusakan yang signifikan, ketika terjadi gempa.

 

Kata Syamsul Selain bantalan karet, kini beberapa bangunan publik yang berlokasi di daerah rawan gempa, juga sudah mulai mengaplikasikan teknologi peredam gempa berteknologi tinggi dari mancanegara. Salah satunya adalah jalan layang (flyover) Pasupati, Bandung. Konon, bangunan publik ini, merupakan jalan layang pertama di indonesia, yang mengaplikasikan perangkat teknologi peredam gempa shock transmission unit, dipilih jenis Lock Up Devices (LUD) yang didatangkan dari Prancis. Teknik yang umumnya dipakai di Tank atau pesawat angkasa. Prinsip kerja LUD sangat sangat sederhana, jika diibaratkan tiang dan badan jalan layang sebagai huruf  T. Dimana garis melintang sebagai badan jalan. Gerak redam LUD pada saat terjadi gempa, akan berlangsung dari arah kiri ke kanan atau sebaliknya. Dengan penggunaan cairan khusus (gel silikon) yang menjadi bantalan pada LUD, guncangan ekstrem akibat gempa, pada saat tertentu mengakibatkan LUD terkunci, dan mengakibatkan seluruh badan jalan dan tiang akan bergerak serentak ke arah yang sama seperti huruf T, ke kanan dan ke kiri. Sistem ini, juga bisa meredam gerakan liar, akibat guncangan yang disebabkan oleh getaran lainnya. Kekuatan LUD dengan gaya horizontal, adalah 3.400 kN/unit. Supaya awet LUD harus dirawat dengan mengganti cairan LUD (gel silikon) setiap 25 tahun, dan mengganti cincin karena 10 tahun. Umur struktur jembatan itu sendiri, diperkirakan bisa mencapai lebih dari 100 tahun. FVD merupakan alat peredam gempa yang berfungsi sebagai disipator energi, dengan cara memberikan perlawanan gaya melalui pergerakan yang dibatasi. Gaya yang diberikan oleh FVD timbul, akibat adanya gaya luar yang berlawanan arah, bekerja pada alat tersebut. Peralatan ini bekerja, dengan menggunakan konsep mekanika fluida dalam mendispasikan energi.

 

Di dalam artikel di blognya Syamsul menambahkan,  Peralatan peredam gempa lain yang cukup terkenal dan banyak diaplikasikan pada struktur bangunan, adalah fluid viscous damper (FVD). Fungsi utama dari peralatan ini, adalah menyerap energi gempa dan mengurangi gaya gempa rencana yang dipikul elemen-elemen struktur. Sehingga, struktur bangunan menjadi lebih elastis dan mampu meredam guncangan gempa. Dengan mengaplikasikan peralatan FVD, gempa rencana yang dipikul elemen struktur menjadi lebih kecil. Sehingga, dengan kondisi tersebut diharapkan tidak terjadi kerusakan struktur bangunan ketika gempa terjadi. Pada perkuatan FVD kolom berfungsi sebagai pegas. FVD mampu mereduksi tegangan dan defleksi yang terjadi secara simultan (bersamaan), karena gaya FVD yang bekerja sebanding dengan perubahan kecepatan stroke-nya (stroking velocity). Mekanisme kerja ini, dianalogikan seperti suspensi atau shock absorbser pada mobil, yang digunakan untuk mengatur pergerakan pegas di posisi tumpuan. Gaya redaman yang dibutuhkan relatif kecil, dibandingkan gaya yang dipikul pegas, akibat beban kendaraan dan beban guncangan. Jika pada struktur dipasang FVD, gaya redaman akan sama dengan nol pada saat defleksi maksimum, karena kecepatan stroke sama dengan nol dan kemudian berbalik arah. Saat kolom berbalik arah ke posisi semula, akan menyebabkan menjadikan kecepatan stroke menjadi maksimum atau gaya redamannya menjadi maksimum. Pada posisi kolom normal, tegangan kolom adalah minimum. Dengan, demikian penggunaan FVD sebagai alat peredam struktur, tidak akan meningkatkan beban pada kolom akibat gaya yang dikeluarkan FVD, karena saat terjadi gempa dan gaya damper maksimum, tegangan kolom justru minimum. Adapun kelebihan FVD, yaitu Dapat mereduksi tegangan, gaya geser dan defleksi pada struktur, dapat bekerja secara pasif (tidak membutuhkan peralatan atau sumber daya dalam penggunaannya). Dan kelebihan yang lain adalah dapat bekerja dengan tekanan fluida lebih tinggi, sehingga bentuknya semakin kecil dan praktis.

 

Syamsul juga menjelaskan mengenai HIDAM, belajar dari negara Jepang, bahwa Jepang adalah salah satu negara yang sering dilanda gempa, sehingga para engineer di jepang dituntut untuk dapat mengatasi kerusakan bangunan akibat guncangan gempa sehingga mengurangi korban jiwa dan materi. Alat peredam gempa ini adalah hasil penelitian dan pengembangan laboraturium Kobori, afiliasi perusahaan kontraktor Kajima. Di Jepang sendiri, alat ini berhasil diaplikasikan pada gedung-gedung tinggi dan struktur khusus lainnya. Untuk HIDAM pada bagian struktur atas sebagai respon pasif juga mulai banyak diaplikasikan. Hal ini penting, karena berdasarkan simulasi, jika gempa berkekuatan 7-8 magnitude mengguncang Tokyo, maka lebih dari sepertiga areanya akan luluh lantah, dengan banyak korban jiwa. Sekilas mengenai prinsip kerja HiDAM, secara umum hampir sama dengan FVD taylor device . Yakni kedua alat ini sama-sama menggunakan prinsip viskositas dalam menciptakan gaya redaman. Berdasarkan hasil penelitian terhadap alat peredam gempa HiDAM ini, rasio redaman struktur, mampu ditingkatkan oleh HiDAM pada kisaran 10 – 20 %.  Angka ini, sangat signifikan dalam mengurangi respon struktur terhadap gempa dan kerusakan bangunan, serta telah memenuhi kriteria konvensional gempa di Jepang.

 

Kesimpulan mengenai pengurangan risiko kerusakan bangunan gempa dengan kontrol struktur adalah metode pengendali struktur atau sistem kontrol struktur ada tiga jenis, yang pertama adalah sistem kontrol aktif, yang kedua sistem kontrol pasif, dan yang ketiga adalah kombinasi antara keduanya. Menurut Daniel dalam pembahasannya mengenai kontrol struktur di medanbisnisdaily.com bahwa dari segi biaya pembuatannya, sistem kontrol aktif membutuhkan biaya yang sangat mahal karena membutuhkan energi dari luar ( komponen eksternal ) untuk mengontrol sistem kerja bangunan dan pada umumnya dipakai di negara-negara Barat untuk membuat gedung-gedung pencakar langit ( tower ).  Sedangkan sistem kontrol pasif memerlukan biaya yang lebih murah karena tidak memerlukan komponen eksternal dan kelebihannya adalah dapat diterapkan juga pada bangunan lama. Salah satu metode kontrol struktur pasif yang banyak digunakan adalah base isolation system, yaitu membuat redaman getaran dengan cara menambahkan komponen berbahan elastis ( semacam karet ) diantara tanah dan pondasi bangunan, sehingga dapat mengurangi kerusakan struktur pada bangunan saat terjadi gempa.

 

Menurut Syamsul dalam blognya syamsul-tekniksipil.blogspot.com menambahkan bahwa penggunaan damper fungsinya sangat penting dalam meredam reduksi beban dinamik oleh gerakan seismik. Keunggulan damper adalah karena kesederhanaan dalam desain, pemasangan, dan terutama pemeliharaannya. Kita akui penggunaan damper membutuhkan biaya yang sangat mahal dibandingkan membangun tanpa damper. Tetapi, Biaya untuk memperbaiki kerusakan relatif kecil dan biaya terhentinya akibat terhentinya aktivitas hampir tidak ada. Yang perlu diperhatikan tidak selamanya damper dapat digunakan dengan leluasa di daerah Jepang. Dengan banyaknya daerah yang tersidementasi (tanah pasir atau lempung) di Jepang perlu juga di perhatikan kejadian likuifaksi yang menyebabkan degradasi lahan. Pada daerah ini perlu juga pemakaian pondasi yang sesuai, baru dapat menerapkan damper pada bangunan.

 

 

Referensi Materi Kontrol Struktur : 

  1. Setio, Widarbo, Patta.KONTROL VIBRASI AKTIF PADA STRUKTUR YANG MENGALAMI BEBAN DINAMIK DENGAN MENGGUNAKAN JARINGAN SARAF TIRUAN DAN ALGORITMA GENETIK,Paper Program Studi Teknik Sipil ITB, Bandung.
  2. Setyo Herlin D. Kusumastuti Dyah. Setio Sangriyadi. Siregar Pramata H.R. Hartanto Andy. 2012. “Kontrol Vibrasi Aktif Pada Struktur Yang Mengalami Beban Dinamik Dengan Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan Dan Algoritma Genetik “. Jurnal Teoretis dan Terapan Bidang Rekayasa Sipil, Institut Teknologi Bandung, Bandung.
  3. Widodo Bagus Setyo Ugi. 2010. “Pengendalian Optimal Getaran Pada Struktur Gedung Terhadap Gempa Bumi”. Jurusan Matematika, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Surabaya.
  1. http://www.scribd.com/doc/73961424/KENDALI-STRUKTUR
  2. http://www.medanbisnisdaily.com/news/read/2011/12/01/69221/sistem_kontrol_struktur_redam_kerusakan_bangunan_jika_gempa/#.UC3ogKDzyAM
  3. http://syamsul-tekniksipil.blogspot.com/2011/06/efektivitas-teknologi-damper-dalam.html

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s