Review Konsep Dinamik dan Aplikasinya Kosim

REVIEW KONSEP DINAMIK

Dinamis dapat diartikan “Bervariasi” terhadap waktu dalam konteks gaya yang bekerja (eksitasi) pada struktur. Variasi beban dinamis dapat berupa besarannya (magnitude), arahnya (direction) dan atau titik pangkatnya (point of aplication), Respon struktur tersebut, bekerja pada defleksi & tegangan yang bervariasi pula terhadap waktu (sama dengan respon dinamis), baik respon dinamis maupun respon statis (akibat respon statis).

Selain Kekakuan (stiffness) respon dinamis sangat dipengaruhi pula oleh massa dan redaman struktur. Inilah yang membedakan antara masalah dalam analisa dinamis dan statis. Selain memang sifat pembebanan yang berbeda, percepatan yang timbul dalam beban dinamis memiliki peran yang amat penting dalam analisa dinamis.

Pada ilmu statika keseimbangan gaya-gaya didasarkan atas kondisi statik, dimana gaya-gaya tersebut tetap intensitasnya, tetap tempatnya, dan tetap arah garis kerjanya. Gaya- gaya tersebut dikategorikan sebagai beban statik. Menurut Widodo 2001, kondisi tersebut akan berbeda dengan beban dinamik dengan pokok-pokok perbedaan sebagai berikut :

1. Beban dinamik merupakan beban yang berubah-ubah menurut waktu dan merupakan fungsi dari waktu.

2. Beban dinamik umumnya hanya bekerja pada rentang waktu tertentu. Untuk beban gempa bumi maka rentang waktu tersebut kadang-kadang hanya beberapa detik. Walaupun hanya beberapa detik namun dapat merusak stuktur dengan kerugian yang sangat besar.

3. Beban dinamik dapat menyebabkan timbulnya gaya inersia pada pusat massa yang arahnya berlawanan dengan arah gerakan. Tumpukan barang yang terguling kebelakang ketika kendaraan dijalankan dan terguling ke depan ketika direm merupakan salah satu contoh adanya gaya inersia pada pembebanan dinamik.

4. Beban dinamik lebih kompleks dibandingkan dengan beban statik, baik dari bentuk fungsi bebannya maupun akibat yang ditimbulkan. Asumsi-asumsi kadang-kadang perlu diambil untuk mengatasi ketidakpastian yang mungkin ada pada beban dinamik.

5. Karena beban dinamik berubah-ubah intensitasnya menurut waktu, maka pengaruhnya terhadap struktur juga akan berubah-ubah menurut waktu, oleh karena itu penyelesaian problem dinamik harus dilakukan secara berulang-ulang menyertai sejarah pembebanan yang ada. Berbeda dengan penyelesaian problem statik yang bersifat penyelesaian tunggal single solution, maka penyelesaian problem dinamik bersifat penyelesaian berulang-ulang multiple solutions.

APLIKASI KONSEP DINAMIK

Aplikasi konsep dinamik pada struktur bangunan yang terkena beban gempa

Peristiwa gempa merupakan salah satu aspek yang sangat menentukan dalam merencanakan struktur. Struktur yang direncanakan harus mempunyai ketahanan terhadap gempa dengan tingkat keamanan yang dapat diterima. Aspek penting dari pengaruh gerakan tanah akibat gempa bumi adalah tegangan dan deformasi atau banyaknya kerusakan yang akan terjadi. Hal tersebut bergantung kepada kekuatan gempa bumi. Kekuatan dari gerakan tanah yang ditinjau pada beberapa tempat disebut intensitas gempa. Tiga komponen dari gerakan tanah yang dicatat oleh alat pencatat gempa accelerograph untuk respon struktur adalah amplitudo, frekuensi dan durasi.

Selama terjadinya gempa, terdapat satu atau lebih puncak gerakan. Puncak ini menunjukkan efek maksimum dari gempa. Pengaruh kritis dari gempa terhadap struktur adalah gerakan tanah pada lokasi struktur. Selama terjadinya gempa, struktur akan mengalami gerakan vertikal dan gerakan horisontal. Gaya gempa, baik dalam arah vertikal maupun horisontal akan timbul di node-node pada massa struktur. Dari kedua gaya ini, gaya dalam arah vertikal hanya sedikit mengubah gaya gravitasi yang bekerja pada struktur, sedangkan struktur biasanya dirancang terhadap gaya vertikal dengan faktor keamanan yang mencukupi. Sebaliknya gaya gempa horisontal bekerja pada node-node lemah pada struktur yang kekuatannya tidak mencukupi dan akan menyebabkan keruntuhan failure. Dikarenakan keadaan tersebut, prinsip utama dalam perancangan tahan gempa earthquake resistant design adalah meningkatkan kekuatan struktur terhadap gaya horisontal yang umumnya tidak mencukupi.

Gerakan permukaan bumi menimbulkan gaya inersia pada struktur bangunan karena adanya kecenderungan massa bangunan struktur untuk mempertahankan dirinya. Besar gaya inersia mendatar F tergantung dari massa bangunan m, percepatan acceleration permukaan a dan sifat struktur. Apabila bangunan dan pondasinya kaku stiff, maka menurut rumus Newton; F= M.A. F m a Gambar 2.1. Gaya Inersia Dalam kenyataannya hal tersebut tidaklah demikian, semua struktur tidaklah benar- benar sebagai massa yang kaku melainkan fleksibel. Suatu bangunan bertingkat banyak multi storey building dapat bergetar dengan berbagai bentuk karena gaya gempa yang dapat menyebabkan lantai pada berbagai tingkat mempunyai percepatan dalam arah yang berbeda- beda.

Salah satu hal penting pengaruh gempa pada struktur adalah periode alami getar struktur. Gedung yang sangat kaku pada umumnya mengalami gaya gempa yang lebih kecil apabila gerakan tanah yang mempunyai periode getaran yang panjang dibandingkan dengan gedung yang fleksibel, begitu pula sebaliknya. Pergerakan gempa menyebabkan terjadinya osilasi pada struktur. Osilasi struktur dapat mempunyai periode alami yang panjang atau pendek disebabkan adanya mekanisme redaman di dalam struktur. Mekanisme redaman yang menyerap sebagian energi gempa ada di dalam semua struktur.

Struktur disebut mempunyai periode alami getaran yang relatif panjang apabila mengalami osilasi gerak bolak-balik dalam waktu yang relatif lama, dan sebaliknya. Untuk itu maka diperlukan analisis dinamik untuk menentukan pembagian gaya geser tingkat akibat gerakan tanah oleh gempa dapat dilakukan dengan cara analisis respon spektrum. Cara ini adalah menggantikan gaya geser yang didapat sebagaimana analisis beban statik ekivalen untuk bangunan-bangunan yang tidak memerlukan analisis dinamik. Modal analisis pada umumnya dapat digunakan dalam analisis respon spektrum untuk menentukan respon elastis pada struktur-struktur dengan banyak derajat kebebasan MDOF yang didasarkan kepada kenyataan bahwa respon sesuatu struktur merupakan superposisi dari respon masing-masing ragam getaran. Masing-masing ragam memberikan respon dengan sifat-sifatnya tersendiri, seperti yang ditentukan oleh bentuk lenturan, frekuensi getaran dari redaman yang bersangkutan. Karena itu, respon dari sesuatu struktur yang dimodelkan sebagai pendulum majemuk, dapat dianggap sebagai superposisi dari sejumlah pendulum sederhana pendulum oscillator dengan satu derajat kebebasan SDOF. Menurut G.G. Penelus at.al. 1977 dan E.F. Cruz at.al. 1986, sistem SDOF untuk menjelaskan respon dari masing-masing ragam spektrum, merupakan pendekatan yang cukup sesuai untuk menentukan respon elastis dari struktur terbatas dari gerakan tanah akibat gempa bumi. Gabungan respon dari semua ragam yang berperan untuk mendapatkan respon struktur secara keseluruhan dapat ditentukan dengan mengambil akar pangkat dua dari jumlah kuadrat spektrum masing-masing ragam square root of the sum square.