V. PENGUJIAN KEKUATAN SHEARWALL KAYU MANGIUM SEBAGAI KOMPONEN STRUKTUR RUMAH PREFABRIKASI A. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1.
Mengetahui keandalan dan menganalisis perilaku shearwall kayu Mangium pada rumah prefabrikasi akibat pengaruh beban lateral monotonik.
2.
Menghitung gaya gempa berdasarkan SNI 1726-2002 untuk menentukan zona gempa yang sesuai.
3.
Membandingkan hasil pengujian komponen shearwall dengan perhitungan beban gempa hasil analisis struktur desain.
B. Waktu dan Tempat Penelitian. Penelitian dilaksanakan selama 3 (tiga) bulan, mulai bulan Agustus sampai Oktober 2010 di Balai Struktur dan Konstruksi Bangunan, Pusat Penelitian dan Pengembangan Permukiman Cileunyi Bandung. C. Bahan dan Alat Penelitian Bahan yang digunakan adalah papan solid lumber shearing T and G ukuran 18 mm x 105 mm dengan panjang antara 200 mm sampai dengan 2100 mm dan balok ukuran 5 x 7 cm sebagai rangka batang dari kayu Mangium. Bahan lainnya adalah paku, baut dan mur serta ring, klem dan pasak kayu. Alat yang digunakan adalah plat besi ukuran (240 x 120 x 0,9) cm, klem baja, meteran, palu, pahat, bor, alat tulis dan alat hitung. Pengujian model komponen shearwall dengan UTM Jack berkapasitas 10 ton, pompa hidrolik sebagai penggerak UTM Jack, Data Logger sebagai alat pencatat beban, lendutan dan tegangan-tegangan lain yang diperlukan serta Tranducer sebagai alat ukur deformasi (defleksi). D. Metode Penelitian Metode penelitian dilakukan melalui pentahapan sebagai berikut : 1.
Pembuatan Benda Uji
a.
Desain Kayu Mangium sebagai Komponen Shearwall. Komponen shearwall dibuat dengan memperhatikan hasil analisa perhitungan
struktur sebelumnya dan pertimbangan daya kreasi dari segi teknis dan arsitektural (Wijaya, 2007). Dibuat 4 tipe panel shearwall yaitu panel shearwall A (240 × 120 cm2) ukuran penuh, panel shearwall B (40 × 120 cm2), panel shearwall C (60 × 120 125
cm2) dan panel shearwall D (80 × 120 cm2). Bentuk konstruksi shearwall dibuat stress skin component. Lumber sheathing didesain secara horisontal (straight sheathing) sebagai kontrol dan secara diagonal (diagonal sheathing) sebagai perlakuan. Dalam mendesign panel shearwall digunakan metode pendekatan dalam menentukan gaya – gaya yang diterima setiap batang papan badan miring (18 × 105 mm2) arah 45° (Gambar 30). Penyusunan papan badan miring menggunakan sistem T and G (Gambar 29).
Gambar 29. Sistem Tounge and Groove untuk Dinding Shearwall
A B
C
D
Gambar 30. Bentuk-bentuk Desain Sambungan Papan Badan Miring Shearwall A, B, C dan D Gaya normal yang terjadi pada shearwall (asumsi sebagai pendel), diasumsikan menjadi gaya luar (N). Daerah dari papan yang bernomor adalah sebagian dari papan badan miring yang diasumsikan menahan gaya normal yang terjadi pada panel shearwall tersebut. Daerah dari papan yang bernomor adalah papan badan miring yang panjangnya utuh. Untuk memperpendek jarak pemakuan dengan menambah batang pada bingkai panel shearwall. b. Pembuatan Komponen Dinding Shearwall Ukuran shearwall rumah prefab yang dibuat adalah 86 mm x 1200 mm x 2400 mm dengan beberapa variasi desain dinding model stress skin (sesuai dengan hasil desain struktur rumah prefab). Pembuatan dinding diawali dengan pembuatan rangka/bingkai dari kayu Mangium ukuran 5 cm x 7 cm. Bingkai tersebut kemudian dirakit dengan papan lumber shearing T and G ukuran 18 mm x 105 mm dan panjangnya bervariasi dari 200 mm sampai dengan 2100 mm. Papan-papan tersebut disusun menjadi
126
shearwall dengan susunan papan badan miring arah 45° (diagonal sheathing) dengan menggunakan paku. Pemakuan papan/panel shearwall pada bingkai baik papan utama maupun papan lainnya memakai paku dengan panjang paku 5 cm. Posisi pemakuan adalah dua paku pada setiap ujung papan panel dengan jarak 4 cm antar paku, sehingga berjumlah 4 paku setiap lembar papan yang dipaku secara berpasangan. Ini dimaksudkan supaya papan tidak bisa berputar dibandingkan apabila memakai satu paku. Setiap sambungan rangka diberi satu buah pasak kayu. Pada setiap sambungan rangka antara diberi paku satu buah dengan panjang paku 7 cm. Penyusunan dan perakitan komponen shearwall seperti terlihat pada Gambar 31.
Gambar 31. Penyusunan dan perakitan komponen shearwall. Pembuatan komponen rangka shearwall dengan ukuran sama yaitu tebal 6,8 cm x lebar 120 cm x tinggi 240 cm. Komponen shearwall terdiri dari 4 pola desain, meliputi : Shearwall utuh dengan pola papan horisontal (straight sheathing) sebagai kontrol, Shearwall utuh dengan pola papan diagonal (diagonal sheathing) sudut 45
o
,
Shearwall berjendela dengan pola papan diagonal dan Shearwall berpintu dengan pola papan diagonal, sebagaimana Gambar 32 berikut ini.
127
120 cm
120 cm
120 cm
120 cm
40 cm
60 cm
240 cm
80 cm
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 32. Shearwall utuh dengan pola papan mendatar (a), dan shearwall pola papan diagonal yang utuh, berjendela dan berpintu (b), (c), (d) c.
Perakitan Komponen Shearwall Dilakukan perakitan terhadap komponen shearwall tersebut berpasangan dengan berbagai variasi sebagai perlakuannya. Ukuran contoh uji shearwall adalah (8,6 x 240 x 240) cm, berupa gabungan 2 komponen panel shearwall secara horisontal yang diikat dengan baut. Setiap shearwall menggunakan tipe rangka, papan penutup, baut, paku dan pola pemakuan yang sama. Ukuran dan penempatan bukaan berupa pintu dan jendela diukur berdasarkan rasio area papan penutup (r). Tabel 23 merinci hasil rakitan, dimensi yang terbuka dan menggambarkan lokasi yang terbuka pada setiap bentuk shearwall. Shearwall A dan B (r = 1,0) tidak mempunyai bukaan dan perlu pengukuran kapasitas pada kondisi tutupan yang penuh. Rasio shearwall C, D, dan E terhadap shearwall A dan B dibandingkan langsung untuk rasio kapasitas gesernya.
128
Tabel 23. Ukuran bukaan setiap bentuk shearwall Bentuk shearwall
Tipe shearwall
240 cm 120 cm
120 cm
60 cm
240 cm 120 cm
120 cm
40 cm
80 cm
60 cm 240 cm
120 cm
120 cm
80 cm
Tipe = A Rasio area (r ) = 1,0 Ukuran bukaan : Pintu = Jendela = -
Tipe = C Rasio area (r ) = 0,79 Ukuran bukaan : Pintu = Jendela = 100x120 cm
Bentuk shearwall
Tipe shearwall
240 cm
Tipe = B Rasio area (r ) = 1,0 Ukuran bukaan : Pintu = Jendela = -
120 cm
120 cm
40 cm
240 cm 120 cm
120 cm
Tipe = D Rasio area (r ) = 0,58 Ukuran bukaan : Pintu = 200x120 cm Jendela = -
Tipe = E Rasio area (r ) = 0,37 Ukuran bukaan : Pintu = 200x120 cm Jendela = 100x120 cm
Kemudian benda uji dipasang pada alat uji dengan penyesuaian antara benda uji dan alat ujinya. Diusahakan benda uji presisi dan ukurannya sesuai dengan alat ujinya guna mengurangi kesalahan akibat pengukuran. 2.
Pemasangan Alat Ukur Alat ukur dipasang dengan kondisi normal dan dicek penempatannya agar pengujian dapat berjalan normal dan error alat dapat dihindari. Untuk mendapatkan hasil yang optimal, posisi alat ukur (deflektor, komputer, data logger dan tranducer) harus pada posisi nol (terkalibrasi dengan benar). Tahapannya adalah : a.
Peletakan balok kayu ukuran (20 x 40 x 3500) cm pada bagian dasar alat uji sebagai dudukan benda uji yang terkunci pada alat uji.
b.
Benda uji dipasang dengan dibaut pada bagian rangka benda uji sebanyak 4 buah pada dudukan balok kayu tersebut. Baut yang digunakan berukuran panjang 16 inchi atau lubang berdiameter 32 mm.
c.
Dipasang load cell (hidrolik manual) berkemampuan 10 ton pada arah vertikal/aksial dan lateral/horisontal.
d.
Agar beban aksial menjadi merata maka diperlukan alat berupa kumpulan rol sepanjang 40 cm yang bergerak. 129
e.
Pada setiap sudut dan sisi yang mengalami displacementt dipasang tranduser yang terhubung dengan data logger lewat kabel data. Jumlah tranduser yang dipasang sebanyak 11 buah pada setiap sisi/sudut yang diperkirakan mengalami pergeseran. Selengkapnya setting pengujian sebagaimana Gambar 33 berikut :
Load Cell Cap 10 ton
Load Cell Cap 10 ton
Panel Dinding Kayu
Freme Kayu
Angkur bout
14" Bout
16"
Balok Kayu 15/20
Gambar 33. Setting Pengujian Panel Shearwall 3.
Pengujian Shearwall dari Kayu Mangium sebagai Komponen Struktur Rumah Prefabrikasi Pengujian komponen shearwall berupa horizontal in-plane monotonic load
racking stiffness and strength test berdasarkan ISO 22452 (2009) untuk simulasi kekuatan gempa. Pembebanan diberikan pada satu arah yaitu beban horisontal (racking loads). Sedangkan beban vertikal hanya berfungsi menahan akibat reaksi dari uji racking sehingga nilainya konstan. Pengujian diperlukan untuk mengetahui perilaku dan keandalan dari pengaku (brace) dan sambungan (joint). Pembebanan diberikan pada arah horisontal dan bertahap sebesar 0,1 F max,est pada komponen shearwall. Teknik pengujian pada shearwall ini digunakan cara penambahan beban (force) terhadap displacement (D). Nilai estimasi beban maksimal (F max,est ) diperoleh berdasarkan uji pendahuluan (preliminary test). Sedangkan F max,est pada contoh uji yang mendapatkan perlakuan, berdasarkan nilai F max dari pengujian contoh uji kontrol. Jika F max,est sudah diperoleh, maka indeks beban yang diberikan secara bertahap pada pembebanan horisontal adalah sebesar 10 % F max,est . Penentuan F max,est dan indeks penambahan beban sebagai perlakuan tergantung kepada desain material shearwall (with or with out opening), material shearwall (frame dan sheathingnya)
dan ukuran dimensi shearwall.
Jika
menggunakan prosedur
130
penambahan deformasi terhadap waktu maka beban horisontal (F) sekitar (2 ± 0,5) mm/min. Berdasarkan preliminary test pada contoh uji kontrol diperoleh beban maksimum (F max ) sebesar 216 kg. Fmax ini digunakan untuk semua benda uji karena merupakan F max, est terkecil sehingga dianggap yang paling konservatif untuk mendapatkan semua nilai kekakuan dan kekuatan panel shearwall tersebut. Prosedur uji racking dilakukan berupa penambahan beban horisontal secara bertahap sebesar 0,1 F max, est terhadap waktu, yang dibagi menjadi 3 langkah, yaitu : 1). Siklus beban stabil (stabilizing load cycle) berupa penambahan beban seberat 0,1 F max, est
yang berfungsi sebagai stabilisasi contoh uji, 2). Siklus beban kekakuan (stiffness
load cycle) berupa penambahan beban sampai berat 0,4 Fmax,est yang dilakukan secara bertahap berupa beban 0,1 F
max,est
untuk mendapatkan nilai kekakuan benda uji dan
3). Uji kekuatan (strength test) berupa penambahan beban sebesar 0,1 Fmax,est secara bertahap sampai tercapai F max dari benda uji tersebut sebagaimana Gambar 34 berikut.
Gambar 34. Prosedur pelaksanaan penerapan beban lateral (racking load) Pembebanan diberikan pada arah lateral/horisontal dan diberikan secara bertahap sebesar 0,1 F max,est pada komponen shearwall sebagaimana prosedur pada Gambar 34. Benda uji dibuat sebanyak 5 buah. Pembebanan lateral dilakukan dengan metode pembebanan satu titik pada ujung kiri atas. Data yang diperoleh berupa beban sampai batas proporsi, displacement dan beban maksimum, tegangan-tegangan lain yang diperlukan seperti pada kekuatan masing-masing pada titik sambungan dalam berbagai variasi sambungan dan alat tambahan pada rangka (blassing).
131
Beban vertikal (Fv) Beban lateral (F) = Jarum deflektometer
240 cm (H)
C
Baut yang ditanam ke mesin
240 cm (B)
Gambar 35. Pengujian Kekuatan Mekanis Shearwall berupa Uji Racking
Gambar 36. Pelaksanaan Pengujian Prosedur pengujian shearwall sebagai berikut : a. Benda uji elemen diletakkan pada posisi horisontal dan terikat pada ujung UTM Jack b. Beban berupa dorongan diberikan secara bertahap sampai diperoleh data ulangan dan sampai benda rusak. c. Pada bagian ujung benda uji dengan UTM Jack dipasang Data logger sebagai alat pencatat beban dengan lendutannya serta tegangan-tegangan lain yang diukur. d. Pada bagian-bagian komponen yang ingin diukur tegangan dan regangannya dipasang Tranducer yang berfungsi untuk mengetahui besarnya defleksi yang terjadi pada saat diberi beban. 132
e. Benda uji diberi beban secara bertahap sebesar 10 % F max,est sampai jarum Data logger dan Tranducer bergerak dan menunjukkan suatu nilai tertentu. f. Setiap kenaikan beban, data logger dan tranducer terekam dan terbaca oleh komputer yang langsung memberikan data beserta grafik hasil pengukurannya. g. Pembacaan Hasil Pengujian h. Pembebanan dihentikan jika telah melewati batas kekuatan struktur atau telah melewati batas layan struktur berupa kondisi dimana papan telah mengalami keruntuhan/kerusakan
(collapses)
atau
telah
mengalami
deformasi/displacement sebesar 100 mm, mana yang terlebih dahulu tercapai. Semua data terekam dalam komputer mulai saat komponen masih elastis, batas proporsi sampai beban maksimum (benda uji rusak) atau data beban tidak bertambah lagi. Data tersebut dilengkapi dengan grafik hasil uji geser berupa tegangan dan regangan yang ditimbulkan dan data beban dengan lendutan yang dihasilkan akibat uji geser secara lateral. E. Analisis Data Hasil penelitian pengujian komponen struktur shearwall ini adalah nilai ketahanan gempa hasil uji lateral kayu Mangium umur 8 tahun berupa : 1. Kekakuan racking (racking stiffness) panel (R k ), dihitung dengan rumus : (28) 2. Kekuatan racking (racking strength), yaitu berupa nilai maksimum beban racking (F max) yang diperoleh pada uji kekuatan. 3. Rekaman displacement dan kerusakan komponen pada panel shearwall 4. Perbandingan kekuatan dan kekakuan relatif berbagai desain konstruksi shearwall diagonal sheathing terhadap horizontal sheathing pada desain stress skin component. 5. Pengukuran daktilitas shearwall dengan mengukur faktor daktilitasnya (μ), dengan rumus : (29) Dimana : µ
= faktor daktilitas struktur gedung
(δm) = simpangan maksimum struktur pada saat mencapai kondisi diambang keruntuhan (mm) 133
(δy) = simpangan struktur pada saat terjadinya keruntuhan pertama di dalam struktur (mm). 6. Nilai kekakuan (MOE) dan kekuatan (MOR) komponen shearwall dengan rumus balok kantilever sebagai berikut : (30)
(31) Dimana : (32) 7. Perhitungan gaya gempa dengan analisis gempa static ekuivalen berdasarkan SNI 1726-2002 untuk menentukan zona gempa yang sesuai. Kesesuain zona gempa diperoleh dari nilai gaya geser horisontal gempa dengan beberapa asumsi karakteristik bangunan tertentu yang ditetapkan, dengan rumus: (33) Dimana : V
= Gaya geser horisontal gempa (kg)
C 1 = Koefisien gempa Ig
= Faktor keamanan struktur
R d = Faktor reduksi gempa W t = Berat struktur (kg) 8. Hasil pengujian komponen shearwall berupa nilai gaya geser horisontal gempa kayu Mangium umur 8 tahun ini dibandingkan dengan perhitungan beban gempa hasil analisis struktur desain pada penelitian Design dan Analisis Rumah Prefabrikasi Tahan Gempa dari Kayu (Wijaya, 2007). Hasil pengujian dianalisis secara statistik dengan membandingkan kekuatan komponen struktur hasil pengujian dengan kekuatan rencana berdasarkan analisis struktur. Hipotesis : A.Kuat lentur sampel lebih besar dari kuat lentur rencana B.Ketahanan gempa shearwall lebih besar dari ketahanan gempa yang diijinkan.
134
Untuk melihat besarnya gaya yang dapat ditahan sampel dari yang direncanakan, maka analisa yang dilakukan adalah uji rata-rata satu pihak. Hipotesis :
H 0 : μ = P rencana H 1 : μ > P rencana
F. Hasil dan Pembahasan 1.
Desain dan Perakitan Kayu Mangium sebagai Komponen Shearwall. Komponen shearwall dibuat dari papan dan rangka. Papan hasil proses molding
berupa molding lumber shearing T and G, yang terdiri dari molding kayu utuh (solid wood) dan molding laminasi (laminating edge to edge). Papan dan rangka bentuk solid dari kayu Mangium masih mengalami pelengkungan, berakibat mempersulit sewaktu merakit menjadi komponen struktur shearwall. Tetapi papan dan rangka bentuk solid ini lebih sederhana dalam proses. Berbeda dengan papan laminasi yang lebih rumit dalam proses pembuatan (tambahan proses laminating, molding dan crosscut) tetapi lebih stabil. Secara keseluruhan kualitas papan laminasi lebih baik dibanding papan solid, tetapi proses dan biaya yang dibutuhkan lebih banyak. Pada pembuatan shearwall, tipe papan horisontal (straight sheathing) lebih mudah dalam perakitan dibanding tipe papan diagonal (diagonal sheathing), karena ukuran panjang papan pada dinding horisontal seragam. Namun hal ini mengakibatkan pemborosan bahan, kecuali dengan system finger joint. Perakitan tipe papan diagonal lebih rumit daripada papan horisontal, karena harus membuat ukuran papan yang variatif, tetapi hemat bahan karena bisa memanfaatkan segala ukuran panjang papan dan tidak perlu dibuat finger joint. Untuk stabilisasi dimensi dan optimalisasi bahan produk kayu Mangium sebagai shearwall, maka dilakukan pengeringan yang optimal dan dibuat dengan cara laminated edge to edge. Setelah dilakukan perakitan, maka akan menjadi pasangan tipe-tipe shearwall sebagaimana gambar berikut :
135
A
B
Gambar 37. Komponen shearwall utuh dengan pola papan mendatar sebagai kontrol (A) dan dengan pola papan diagonal (B)
C
D
Gambar 38. Komponen shearwall dengan pola papan diagonal utuh dan berjendela (C) dan papan diagonal utuh dan berpintu (D)
E
Gambar 39. Komponen shearwall berjendela dan berpintu dengan pola papan diagonal (E).
136
2.
Pengujian Ketahanan Gempa pada Komponen Shearwall. Pengujian komponen struktur berupa pengujian ketahanan gempa pada
shearwall. Pengujian skala pakai pada shearwall dilakukan dengan beban statik monotonik lateral untuk simulasi kekuatan gempa. Pengujian skala pakai diperlukan untuk mengetahui perilaku dan keandalan dari penguat/pengaku (brace) dan sambungan (joint). Beberapa desain panel untuk uji racking dibuat dengan jumlah contoh uji masing-masing satu buah (n = 1). Hal ini dimungkinkan karena : a.
Tiap contoh uji sebanyak 5 buah berbeda dalam desain panelnya.
b.
Diperbolehkan dalam struktur, karena dalam satu contoh uji terdiri dari beberapa variasi perlakuan (with or with out opening and horizontal or diagonal on desain sheathing). Jika contoh ujinya mempunyai karakteristik yang sama maka n > 1 karena merupakan ulangan, bukan perlakuan.
c.
Penelitian ini bersifat eksploratif dan komparatif untuk dibandingkan dengan standar panel papan kayu lapis yang sudah ada. Hal ini dibenarkan dalam hukum statistik. Pengujian komponen shearwall kayu Mangium berupa uji racking monotonic
kekakuan dan kekuatan berupa beban horisontal yaitu horizontal in-plane monotonic load racking stiffness and strength test berdasarkan ISO 22452. Pertimbangan penggunaan uji racking monotonic tersebut adalah : a.
Uji racking monotonic sesuai dengan beban siklik dan beban gempa untuk mendukung informasi kebutuhan rumah prefab tahan gempa.
b.
ISO 22452 sesuai untuk uji statik dan siklik
c.
Pembebanan pada uji racking ini ada dua macam, yaitu : 1) Pembebanan vertikal dan pembebanan horisontal secara bersamaan 2) Pembebanan horisontal saja, sedangkan pembebanan vertikalnya tetap. Pada penelitian ini digunakan uji beban racking monotonic berupa beban
horisontal sesuai dengan ISO 22452 dan rekomendasi dari Puslitbangkim yang sudah memenuhi untuk beban gempa. Caranya, dengan penambahan beban horisontal, maka secara perlahan beban vertikalnya dikurangi secara bertahap. Beban tetap vertikal sebesar 850 kg dengan asumsi 17 dinding shearwall akan digunakan pada rumah tipe 36. Agar beban vertikal konstan maka setiap penambahan beban horisontal, maka beban vertikal dikurangi ± 20 %, sehingga beban vertikal konstan/tetap yang merupakan beban mati (dead load) dari sebuah bangunan (rangka kuda-kuda, atap dan 137
langit-langit). Beban vertikal harus merata, sehingga diperlukan alat berupa kumpulan rol sepanjang 40 cm yang bergerak. Berdasarkan ISO 22452, nilai estimasi beban maksimal (F max,est ) diperoleh berdasarkan pengalaman (experience), perhitungan (calculation) dan uji pendahuluan (preliminary test) serta dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Penentuan F max,est dan indeks penambahan beban sebagai perlakuan tergantung kepada desain material shearwall (with or with out opening), material shearwall (frame dan sheathingnya) dan ukuran dimensi shearwall. Dalam penelitian digunakan nilai estimasi beban maksimal (F max,
est )
dari
contoh uji pertama berupa panel shearwall horisontal yang juga berfungsi sebagai kontrol. Pertimbangan memilih contoh uji kontrol untuk mendapatkan nilai F max, est adalah bahwa tiap contoh uji nilainya akan berbeda-beda tergantung dari desain shearwall yang dibuat sebagai perlakuan dan contoh uji tersebut merupakan gabungan dari 2 desain. Sementara jika berdasarkan desain dari penelitian sebelumnya hanya terdiri dari satu panel dinding. Berdasarkan preliminary test pada contoh uji pertama sebagai kontrol diperoleh beban maksimum (F max ) sebesar 216 kg. F max ini digunakan untuk semua benda uji karena merupakan F max, est terkecil sehingga dianggap yang paling konservatif untuk mendapatkan semua nilai kekakuan dan kekuatan panel shearwall tersebut. Nilai rigidity adalah nilai pada kurva yang masih linier. Sedangkan pendekatan kekuatan suatu struktur berdasarkan kekuatan yang non linier hingga beban maksimum yang dapat dipikulnya. Pada penelitian ini dicari nilai rigidity sampai pada beban 0,4 F
max,est .
Disarankan nilai rigidity dicari berdasarkan kurva linier yang
dihasilkan antara nilai beban (F) dan displacement (Δ) berdasarkan data yang dihasilkan (catatan : selama kurva linier sampai batas terentu bernilai agak kasar, karena contoh ujinya bervariasi). Nilai rigidity sebesar 0,4 Fmax,est pada contoh uji kontrol dicari dengan membaca dari data logger, yaitu nilai Δ pada F sebesar 0,1 Fmax
est
sampai dengan 0,4
F max est pada data contoh uji kontrol. Prosedur uji racking dapat didekati dengan 2 metode, yaitu penambahan beban terhadap waktu dan penambahan deformasi terhadap waktu. Dalam penelitian ini uji racking yang dilakukan berupa penambahan beban horisontal secara bertahap sebesar 0,1 Fmax, est terhadap waktu, yang dibagi 3 langkah, yaitu :
138
1.
Siklus beban stabil (stabilizing load cycle) berupa penambahan beban seberat 0,1 F max,est yang berfungsi sebagai stabilisasi contoh uji sebelum dilakukan pembebanan yang sesungguhnya dan berfungsi sebagai kalibrasi alat uji.
2.
Siklus beban kekakuan (stiffness load cycle) berupa penambahan beban seberat 0,4 Fmax,est yang dilakukan secara bertahap berupa beban 0,1 F
max, est .
Tahapan ini
dilakukan untuk mendapatkan nilai kekakuan benda uji. 3.
Uji kekuatan (strength test) berupa penambahan beban sebesar 0,1 F max , est secara bertahap sampai tercapai F max dari benda uji tersebut dan kemudian menurun sampai kurang dari 70 % Fmax nya. F max dapat dicapai pada saat komponen panel shearwall mengalami kerusakan
(collapses)
atau
komponen
panel
shearwall
telah
mengalami
pergeseran
(displacement/deformation) sejauh 100 mm dari posisi semula. Penentuannya tergantung mana dahulu yang tercapai. Nilai kekakuan dan kekuatan yang diperoleh bersifat relatif. Jadi nilainya adalah nilai relatif benda uji dibanding komponen standar/kontrol yang berupa dinding panel horisontal. 3.
Hasil Pengujian Ketahanan Gempa pada Komponen Shearwall
a.
Perilaku Kekakuan dan Kekuatan Shearwall
Hasil uji kekakuan dan kekuatan shearwall sebagaimana Tabel 24 dan Gambar 40. Tabel 24. Perhitungan kekakuan dan kekuatan pada beberapa tipe komponen shearwall Tipe racking racking Kekakuan Kekuatan δy δm µ shear stiffness (R k ) strength relatif relatif (mm) (mm) wall (kg/mm) (kg) A 41 216 1,00 1,00 106,58 107,58 1,01 B 225 486 5,48 2,29 24,19 58,19 2,41 C 271 505 6,60 2,34 32,99 36,19 1,10 D 140 356 3,41 1,67 75,99 102,28 1,35 E1 260 472 6,34 2,12 94,99 95,79 1,01 E2 11 450 0,26 2,08 90,19 125,18 1,39 Keterangan : δy = simpangan struktur gedung pada saat terjadinya keruntuhan pertama di dalam struktur gedung (mm) δm = simpangan maksimum struktur gedung pada saat mencapai kondisi diambang keruntuhan (mm) µ = faktor daktilitas
139
Gambar 40. Grafik perbandingan respon beban – deformasi komponen shearwall Kekakuan racking (racking stiffness), kekuatan racking (racking strength), displacement/deformation, perbandingan kekuatan dan kekakuan relatif berbagai desain konstruksi shearwall diagonal sheathing terhadap horizontal sheathing pada desain stress skin component dan daktilitas shearwall dapat dilihat pada Tabel 24. Kekakuan racking (racking stiffness) panel (R k ) dihitung dengan rumus (31), kekuatan racking (racking strength) berupa nilai maksimum beban racking (F
max ),
dan daktilitas
shearwall berupa nilai faktor daktilitasnya (μ), dengan rumus (32). Seperti ditunjukkan pada Tabel 24, kekakuan shearwall berkisar antara 11 kg/mm sampai dengan 271 kg/mm, dimana shearwall C mempunyai kekakuan tertinggi dan shearwall E2 mempunyai kekakuan terendah. Rasio kekakuan relatif shearwall C sebesar 6,60 kali dibanding shearwall A sebagai kontrol dan kekakuan relatif shearwall E2 hanya 0,26 kekakuan shearwall A. Kekakuan relatif yang lebih rendah pada komponen shearwall E2 diduga akibat contoh uji komponen shearwall ini sudah diuji untuk yang kedua kalinya. Sehingga panel komponen shearwall ini sudah mengalami deformasi pada pengujian sebelumnya walau kekuatannya masih lebih tinggi dibanding komponen shearwall A sebagai kontrol. Informasi ini berguna untuk mengetahui kekuatan konstruksi bangunan terhadap gempa susulan yang biasa terjadi setelah gempa pertama yang relatif paling besar kekuatannya. Berdasarkan Tabel 24 dan Gambar 40, kekuatan shearwall berkisar antara 216 kg sampai dengan 505 kg, dimana shearwall C mempunyai kekuatan tertinggi dan
140
shearwall A mempunyai kekuatan terendah. Rasio kekuatan relatif shearwall C sebesar 2,34 kali dibanding shearwall A yang mempunyai kekuatan terendah. Kekakuan dan kekuatan relatif komponen shearwall dengan pola papan diagonal (diagonal sheathing) lebih kaku dan lebih kuat dibanding komponen shearwall dengan pola papan mendatar (horizontal sheathing) sebagai kontrol. Hal ini karena desain konstruksi dinding shearwall diagonal sheathing pada desain stress skin component menahan beban horisontal lebih kuat dan kaku oleh karena mempunyai sifat triangulasi seperti halnya sifat rangka batang (truss) dibanding desain horizontal sheathing. Lumber sheathing secara ekstensif digunakan untuk wood frame shearwalls. Lumber sheathing yang dibuat secara horisontal (straight sheathing), kekakuan dan kekuatannya relatif lebih lemah dan fleksibel. Sedangkan sebagai perlakuan dengan menggunakan tipe diagonal sheathing, kekakuan dan kekuatannya lebih kuat dan kaku oleh karena mempunyai sifat triangulasi seperti halnya sifat rangka batang (truss). Komponen shearwall dengan pola papan diagonal utuh dan berjendela (C) lebih kuat dibanding komponen shearwall utuh dengan pola papan diagonal (B) sebelumnya. Hal ini karena pada posisi jendela, pemakuan jaraknya lebih pendek dan bukan saja dari ujung ke ujung, tetapi juga dari ujung sisi ke bagian tengah rangka jendelanya. Komponen shearwall C ini mempunyai kekuatan yang lebih besar, karena lebih dekat jarak pemakuannya sehingga lebih kaku (lebih berfungsi sebagai pengaku/bracing dibanding sebagai penutup/sheathing). Kekakuan dan kekuatan relatif yang tinggi pada komponen shearwall berjendela dan berpintu (E) juga diduga akibat semakin rapatnya jarak pemakuan antar papan, baik pada rangka sisi maupun rangka tengah. Sehingga panel komponen shearwall ini selain berfungsi untuk sheathing, lebih berfungsi sebagai pengaku (brace) walau sheathingnya lebih terbuka akibat adanya pintu dan jendela. Agar komponen shearwall lebih kuat dan mendapatkan nilai kekakuan dan kekuatan yang konsisten pada setiap bentuk shearwall yang utuh dan bukaan (berjendela dan berpintu), maka pada saat pemasangan papan perlu penguatan pemakuan pada setiap rangka horisontal yang berada ditengah-tengah rangka sesuai dengan gambar desain sebelumnya (Wijaya, 2007). Sehingga panel komponen shearwall ini berfungsi untuk sheathing dan pengaku (brace).
141
b. Kegagalan Konstruksi Berdasarkan pengujian, terlihat yang mana terlebih dahulu mencapai kekuatan maksimumnya (beban/deformasi) untuk mengetahui jenis kegagalan konstruksinya. Kegagalan konstruksi terdiri dari kegagalan struktur dimana komponen shearwall mengalami keruntuhan/kerusakan sebelum deformasinya mencapai 100 mm dan kegagalan servis kemampuan layan (serviceability failure) dimana bahan belum mengalami deformasi keruntuhan walau deformasinya sudah mencapai 100 mm. Berdasarkan pada Tabel 24 dan Gambar 40 contoh uji komponen shearwall B (δy = 24,19 mm ; δm = 58,19 mm) dan komponen shearwall C (δy = 32,99 mm ; δm = 36,19 mm) mengalami keruntuhan/kerusakan sebelum deformasinya mencapai 100 mm. Sehingga 2 contoh uji komponen shearwall ini mengalami kegagalan konstruksi berupa kegagalan struktur yang ditunjukkan adanya penurunan menahan beban secara drastis, setelah mencapai beban puncak kekuatannya (F max ). Kegagalan konstruksi berupa kegagalan servis kemampuan layan (serviceability failure) terjadi pada 3 komponen lainnya, yaitu komponen shearwall A sebagai kontrol, komponen shearwall D, dan komponen shearwall E (E1;E2). Kegagalan servis kemampuan layan (serviceability failure) terjadi karena shearwall mempunyai sifat sangat daktail, dimana komponen belum mengalami deformasi/keruntuhan walau deformasinya sudah mencapai 100 mm (δy; δm = 100 mm). Sehingga kegagalan struktur tidak tampak, yang terjadi adalah struktur mengalami displacement horisontal yang sangat besar yang mencapai 100 mm, seperti yang dipersyaratkan pada ISO 22452. c. Daktilitas Daktilitas adalah kemampuan suatu struktur rumah untuk mengalami simpangan pasca-elastik yang besar secara berulang kali dan bolak-balik akibat beban gempa di atas beban gempa yang menyebabkan terjadinya keruntuhan pertama, sambil mempertahankan kekuatan dan kekakuan yang cukup, sehingga struktur rumah tersebut tetap berdiri, walaupun sudah berada dalam kondisi diambang keruntuhan. Pengukuran daktilitas shearwall dengan mengukur faktor daktilitasnya (μ) yang menunjukkan bagaimana kegagalan sistem struktur (rapuh atau daktil) terjadi dan menjadi parameter untuk perbandingan antara pengukuran hasil uji dengan nilai desainnya. Tabel 24 menunjukkan faktor daktilitas setiap bentuk shearwall berdasarkan rumus (29). Faktor daktilitas shearwall terendah bernilai 1,01 pada shearwall A dan tertinggi bernilai 2,41 pada shearwall B. 142
Faktor daktilitas struktur rumah (μ) adalah rasio antara simpangan maksimum struktur rumah akibat pengaruh Gempa Rencana pada saat mencapai kondisi diambang keruntuhan (δm) dan simpangan struktur rumah pada saat terjadinya keruntuhan pertama (δy), yaitu : 1,0 ≤ µ
. Jika faktor daktilitas struktur rumah bernilai
μ = 1,0 maka struktur rumah tersebut berperilaku elastik penuh. Pada struktur yang elastik penuh, kondisi struktur rumah diambang keruntuhan tercapai bersamaan dengan keruntuhan pertama di dalam struktur (δm = δy). Sedangkan jika seluruh tingkat daktilitas struktur rumah dengan nilai faktor daktilitas di antara untuk struktur rumah yang elastik penuh sebesar 1,0 dan untuk struktur rumah yang daktail penuh sebesar 5,3 maka struktur rumah tersebut berperilaku daktail parsial. Dan jika tingkat daktilitas struktur rumah, di mana strukturnya mampu mengalami simpangan pascaelastik pada saat mencapai kondisi diambang keruntuhan yang paling besar, yaitu dengan mencapai nilai faktor daktilitas sebesar 5,3 maka struktur rumah tersebut berperilaku daktail penuh. Berdasarkan Tabel 24, semua tipe shearwall yaitu A, B, C, D dan E1 serta E2 berperilaku daktail parsial. Tipe shearwall yang berperilaku mendekati elastik penuh adalah tipe A dan E1. Sedangkan pada pengujian ini tidak terjadi daktail penuh karena tidak ada yang bernilai µ sampai 5,3 dan tidak semua jenis sistem struktur rumah mampu berperilaku daktail penuh. Perilaku daktil parsial sudah memenuhi 1,0 < μ < μm, sehingga dalam perencanaan struktur rumah oleh perencana dapat memilih nilai μ sendiri sesuai yang dikehendaki. d. Deformasi/kerusakan Kerusakan yang terjadi pada komponen shearwall utuh dengan pola mendatar berupa pergeseran antar papan akibat gaya lateral yang diterapkan dan terlepasnya rangka shearwall pada titik-titik sambungan (joint). Sedangkan kerusakan yang terjadi pada komponen shearwall dengan pola diagonal berupa terbentuknya celah (gap) diantara susunan panel papan-papan diagonal pada bagian bawah akibat pembebanan gaya lateral dan rusaknya struktur akibat patah dan terlepasnya rangka shearwall pada penguat/pengaku (brace) dan titik-titik sambungan (joint). Oleh karena kerusakan terbesar terjadi pada sudut-sudut sambungan, maka pada titik-itik sambungan tersebut diberi pengaku/penguat berupa alat sambung berbentuk segitiga (triangle geometry) atau berbentuk menyiku (rigid joints) berbahan kayu atau baja.
143
Gambar 41. Pergeseran antar papan tounge and groove pada shearwalls tipe horisontal (straight sheathing) akibat gaya lateral
Gambar 42. Terlepasnya rangka shearwall pada titik-titik sambungan (joint)
Gambar 43. Kerusakan struktur akibat patah dan terlepasnya rangka shearwall pada titik-titik sambungan (joint). 144
Gambar 44. Terbentuknya celah (gap) diantara susunan panel papan-papan diagonal pada bagian bawah akibat pembebanan gaya lateral. e. Nilai Kekakuan (MOE) dan Kekuatan (MOR) Komponen Shearwall sebagai Balok Kantilever Jika sebuah benda uji seperti pengujian komponen shearwall yang mendapat beban pada salah satu sisi saja berupa uji monotonik lateral dan shearwall tersebut tidak dapat berputar pada titik itu (jepit) maka shearwall tersebut disebut balok kantilever. Pada sisi sebelah kiri mendapatkan tekanan berupa beban yang biasanya disebut tekanan/kekangan (restrained) dan sebelah kanan bebas untuk terjadinya defleksi. Oleh karena itu shearwall ini disebut komponen shearwall kayu bertulang kantilever. Ditetapkan pengertian shearwall untuk mengingatkan para perencana, bahwa shearwall dapat dibuat lebih daktail dengan merangkaikannya dengan shearwall lainnya melalui rangka-rangka balok sebagai sarana untuk terjadinya plastifikasi. Shearwall kayu bertulang kantilever adalah suatu subsistem struktur rumah yang fungsi utamanya adalah untuk memikul beban geser akibat pengaruh Gempa Rencana, yang runtuhnya disebabkan oleh momen lentur (bukan oleh gaya geser) dengan terjadinya sendi plastis pada kakinya, di mana nilai momen runtuhnya dapat mengalami peningkatan terbatas akibat pengerasan regangan. Rasio antara tinggi dan lebar shearwall tidak boleh kurang dari 2 dan lebar tersebut tidak boleh kurang dari 1,5 m. Oleh karenanya pembuatan contoh uji ini dengan menyatukan 2 shearwall guna memenuhi syarat tersebut. Ukuran shearwall rumah prefab yang dibuat adalah (8,6 x 120 x 240) cm. Dan setelah disatukan pemasangannya menjadi ukuran (8,6 x 240 x 240) cm. Hasil perhitungan kekakuan (MOE) dan kekuatan (MOR) beberapa tipe komponen shearwall sebagaimana Tabel 25 berikut.
145
Tabel 25. Perhitungan kekakuan (MOE) dan kekuatan (MOR) beberapa tipe komponen panel shearwall
240
Kurva beban (y) - deformasi (x) dibawah batas proporsi y = 1,42x + 91,45
7
240
5
7
356
5
E1
472
E2
450
No uji
Fmax (kg)
h (cm)
b (cm)
L (cm)
MOE (kg/cm2)
MOR (kg/cm2)
A
216
5
7
0,96
11.217
222
B
486
5
y=39,94x+81,15
0,99
315.503
500
C
505
240
y=26,78x+140,6
0,99
211.547
519
D
7
240
y=18,48x+74,10
0,99
145.981
366
5
7
240
y=5,022x+95
0,98
39.671
485
5
7
240
y=4,914x+23,47
0,99
38.818
463
R2
Berdasarkan Tabel 25 di atas, kekakuan (MOE) pada beberapa tipe komponen panel shearwall dari kayu Mangium berkisar pada selang yang sangat lebar yaitu antara 11.217 kg/cm2 sampai 315.503 kg/cm2 dengan rata-rata 127.123 kg/cm2. Kekakuan (MOE) pada tipe komponen panel shearwall dari kayu Mangium tertinggi dapat mencapai 28 kali kekakuan (MOE) tipe komponen panel shearwall terlentur. Sedangkan kekuatan (MOR) pada tipe komponen panel shearwall dari kayu Mangium berkisar antara 222 kg/cm2 sampai 519 kg/cm2 dengan rata-rata 426 kg/cm2 bisa mencapai 2 sampai 3 kali lebih kuat dari tipe komponen panel shearwall terlemah. Kurva beban (y) - deformasi (x) dibawah batas proporsi tersebut merupakan cara untuk menghitung nilai MOE shearwall sebagai balok kantilever. Dalam menghitung nilai MOE dan MOR, nilai momen inersia (I) dengan asumsi hanya rangka batang horisontal yang bekerja menahan momen. Pada shearwall tipe straight sheathing (A) terlihat bahwa batang bracing vertikal berupa stress skin component tipe horizontal/straight sheathing tidak efektif menahan momen, sehingga nilai MOE dan MOR struktur shearwall tersebut masih sesuai dengan bahan baku kayu. Sedangkan pada shearwall tipe diagonal sheathing (B, C, D, E1, E2) terjadi peningkatan nilai MOE dan MOR yang lebih besar karena fungsi bracing diagonal berupa stress skin component tipe diagonal sheathing membuat struktur menjadi lebih kaku. Kekakuan dan kekuatan struktur tersebut lebih disebabkan oleh bentuk geometri penampang bracing, walaupun juga dipengaruhi oleh bahan/material dan jenis tumpuannya.
146
f. Analisis Perilaku Komponen Shearwall Kayu Mangium Akibat Pengaruh Beban Gempa 1) Perhitungan Gaya Gempa Untuk perhitungan gaya gempa berdasarkan bangunan rumah sederhana sehat yaitu setara dengan tipe 36 dengan ukuran tinggi dinding 240 cm dan lebar antara 120 cm sesuai dengan hasil Design dan Analisis Rumah Prefabrikasi Tahan Gempa dari Kayu (Wijaya, 2007). Perhitungan gaya gempa berdasarkan SNI 1726-2002, bangunan rumah kayu prefabrikasi dikategorikan sebagai bangunan beraturan dengan tinggi dinding 240 cm, dengan peruntukan rumah tinggal dan ditetapkan jenis tanah keras. a)
Berat Bangunan (W t ) Berat bangunan yang diperhitungkan adalah beban mati efektif struktur bangunan yang bekerja saat terjadi gempa yang meliputi atap (seng aluminium ADE HADECK tipe ADH-7000 ketebalan 0,5 mm), langitlangit, dinding ketebalan 18 mm dan lantai ketebalan 18 mm berdasarkan perhitungan analisa desain (Wijaya, 2007) sebagaimana Tabel 26 berikut. Tabel 26. Perhitungan Beban Mati Efektif Bangunan Kayu Prefabrikasi No Komponen W t (kg) 1 Atap 544,10 2 Langit-langit 396,00 3 Dinding 3.823,20 4 Lantai 765,36 Total 5.528,66
b) Koefisien Gempa (C 1 ) Nilai Faktor Respons Gempa Rencana yang didapat dari Spektrum Respons Gempa Rencana, jenis tanah adalah tanah keras untuk semua zona gempa. Berdasarkan SNI 1726-2002, didapatkan koefisien gempa pada Tabel 27 berikut. Tabel 27. Koefisien Gempa dari Spektrum Respon Komponen Koefisien gempa rencana
1
2
0,05
0,15
Zona gempa 3 4 0,23
0,30
5
6
0,35
0,42
Sumber : SNI 1726-2002
147
c)
Faktor Keutamaan (I g ) Struktur Faktor pengali dari pengaruh gempa pada berbagai kategori gedung, untuk menyesuaikan periode ulang gempa yang berkaitan dengan penyesuaian probabilitas dilampauinya pengaruh tersebut selama masa layan. Berdasarkan SNI 1726-2002, untuk kategori rumah/penghunian diperoleh faktor keutamaan (I g ) sebesar =1.
d) Faktor Reduksi Gempa (R d ) Faktor Reduksi Gempa (R d) adalah rasio antara beban gempa maksimum akibat pengaruh gempa rencana pada struktur rumah elastik penuh dan beban gempa nominal akibat pengaruh gempa rencana pada struktur bangunan rumah daktail. Dimana bergantung pada faktor daktilitas struktur rumah tersebut, untuk mendapatkan nilai faktor reduksi gempa. Berdasarkan diagram tegangan-regangan kayu sebagaimana Tabel 24 dan Gambar 40 maka diasumsikan merupakan kondisi daktail parsial dengan µ terbesar yaitu 2,41 sehingga R d = 3,85. Faktor reduksi gempa (R d ) didapatkan menurut persamaan : 1,6 ≤ R d = μ f1 ≤ Rm, di mana f1 adalah faktor kuat lebih beban dan bahan yang terkandung di dalam struktur rumah dan nilainya ditetapkan sebesar 1,6. Jika R d = 1,6 artinya faktor reduksi gempa untuk struktur rumah berperilaku elastik penuh, sedangkan Rm adalah faktor reduksi gempa maksimum
yang
dapat
dikerahkan
oleh
sistem
struktur
yang
bersangkutan. e)
Gaya Geser Horisontal Gempa (V) Gaya Geser Horisontal Gempa (V) dapat diperoleh dengan persamaan (33) dan hasilnya sebagaimana terlihat pada Tabel 28. Tabel 28. Nilai Gaya Geser Horisontal Gempa
No 1 2 3 4 5
Komponen Berat Bangunan (W t ) (kg) Koefisien Gempa (C 1 ) Faktor Keutamaan (I g ) Struktur Faktor Reduksi Gempa (Rd ) Gaya Geser Horisontal Gempa (V) (kg)
Kecil
Zona Gempa Sedang 3 4 5.529 5.529 0,23 0,30
Besar 5 6 5.529 5.529 0,35 0,42
1 5.529 0,05
2 5.529 0,15
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
3,85
3,85
3,85
3,85
3,85
3,85
71,80
215,40
330,28
430,80
502,61
603,13
148
Karakteristik bangunan yang dianalisa dengan asumsi jenis bangunan rumah tipe 36, berlantai satu dengan tinggi 240 m yang berdiri di atas tanah keras. 2) Pembagian Jenis Desain Komponen Shearwall Berdasarkan Zona Gempa Berdasarkan perhitungan gaya gempa desain rumah prefabrikasi dari kayu Mangium pada 6 zona gempa, didapatkan gaya geser total akibat gempa. Data tersebut menjadi dasar pengelompokkan panel komponen shearwall dalam menerima gaya lateral seperti Tabel 29. Tabel 29. Unjuk kerja (performance) komponen shearwall berdasarkan zona gempa No
Tipe panel shearwall
1 2 3
Horisontal utuh (A) Diagonal utuh (B) Diagonal utuh berjendela (C) Diagonal utuh berpintu (D) Diagonal berjendela dan berpintu dengan beban aksial (E1) Diagonal berjendela dan berpintu tanpa beban aksial (E2)
4 5
6
beban – deformasi shearwall Pmax (kg) Deformasi (mm) 216 106,58 486 24,19
Zona gempa 2 4
kecil sedang
505
32,99
5
besar
356
75,99
3
sedang
472
94,99
4
sedang
450
90,19
4
sedang
Gempa kecil terjadi pada kegempaan kurang dari 3 Skala Richter (SR), gempa sedang berkisar antara 3 sampai 5 SR dan gempa besar terjadi pada kegempaan lebih dari 5 SR. Berdasarkan hasil perhitungan gaya gempa
(SNI 1726-2002),
disimpulkan : a) Desain tipe A komponen panel shearwall dari kayu Mangium sesuai untuk diaplikasikan pada zona gempa kecil (2), tipe B, D, E1 dan E2 sesuai pada zona gempa sedang (3,4) dan tipe C sesuai pada zona gempa besar (5). b) Kekuatan desain komponen papan horisontal lebih rendah dibanding desain papan diagonal. 3) Perbandingan Hasil Pengujian Komponen Shearwall Perhitungan Beban Gempa Hasil Analisis Struktur Desain.
dengan
Hasil pengujian komponen shearwall berupa nilai gaya geser horisontal gempa kayu Mangium umur 8 tahun. Nilai pengujian ini 149
dibandingkan dengan perhitungan beban gempa hasil analisis struktur desain pada penelitian Design dan Analisis Rumah Prefabrikasi Tahan Gempa dari Kayu hasil penelitian sebelumnya (Wijaya, 2007). Nilai gaya geser horisontal gempa atau beban geser dasar statik ekuivalen (V), berkaitan dengan beban gempa statik ekuivalen. Beban geser dasar statik ekuivalen ini dapat dinyatakan dalam respons dinamik sistem Satu Derajat Kebebasan (SDK) yang berkaitan dengan ragam fundamentalnya saja, sehingga dapat ditentukan dengan perantaraan Spektrum Respons Gempa Rencana C-T, seperti dinyatakan oleh pers.(26) pada SNI 1726-2002. Di dalam persamaan ini faktor I g adalah untuk memperhitungkan kategori gedung/rumah yang dihadapi, sedangkan R d adalah untuk menjadikan beban gempa tersebut menjadi beban gempa nominal sesuai dengan faktor daktilitas yang dipilih untuk struktur gedung tersebut. Respons dinamik masing-masing ragam ini berbentuk respons dinamik suatu sistem SDK, di mana ragam yang semakin tinggi memberikan sumbangan respons dinamik yang semakin kecil dalam menghasilkan respons dinamik total. Pada struktur gedung beraturan, berperilaku sebagai struktur 2D, respons dinamik ragam fundamentalnya sangat dominan, sehingga respons dinamik ragam-ragam lainnya dianggap dapat diabaikan. Kemudian, berhubung struktur gedung tidak seberapa tinggi (kurang dari 10 tingkat atau 40 m), bentuk ragam fundamental dapat dianggap mengikuti garis lurus (tidak lagi garis lengkung). Dengan dua anggapan penyederhanaan tadi, dari penjabaran lebih lanjut dalam Analisis Ragam, respons dinamik struktur gedung beraturan dapat ditampilkan seolah-olah sebagai akibat dari suatu beban gempa statik ekuivalen. Berdasarkan Tabel 28 di atas, nilai gaya geser horisontal gempa berkisar antara 71,80 kg sampai 603,13 kg. Berdasarkan perhitungan gaya gempa desain rumah prefabrikasi dari kayu Mangium pada 6 zona gempa, didapatkan gaya geser total akibat gempa. Data tersebut menjadi dasar pengelompokan panel komponen shearwall dalam menerima gaya lateral seperti Tabel 29. Hasilnya desain beberapa tipe komponen panel shearwall dari kayu Mangium sesuai untuk diaplikasikan pada zona gempa 2 (kecil), 3, 4 (sedang) dan 5 (besar). Perhitungan gempa pada penelitian Design dan Analisis Rumah Prefabrikasi Tahan Gempa dari Kayu hasil penelitian sebelumnya (Wijaya, 150
2007) menggunakan peraturan UBC yang berbeda dengan peraturan gempa yang ada di Indonesia. Karakteristik bangunan yang dianalisa dengan asumsi berupa jenis bangunan rumah kayu tipe 36 (C t = 0,02), berlantai satu dengan tinggi bangunan 2,4 m yang berdiri di atas tanah keras (S D = stiff soil profile) tanpa studi geoteknik. Desain rumah prefabrikasi ini berlaku pada Zona gempa 4 (sedang), namun berdasarkan SNI 1726-2002 termasuk zona gempa 6 (berat) dengan faktor keutamaan I g = 1,0 untuk tipe bangunan sekolah dan nilai R d = 4,5 karena termasuk Light frame shear panels kategori light other than plywood sheathing. Dari parameter – parameter di atas, maka gaya gempa (F px ) hasil perhitungan sebesar 17,55 kg/m. Berdasarkan perbandingan hasil pengujian komponen shearwall dengan perhitungan beban gempa hasil analisis struktur desain dapat disimpulkan bahwa beban gempa tidak terlalu mempengaruhi rumah kayu tersebut dan rumah dari bahan kayu dapat dibuat menjadi rumah kayu tahan gempa. G. Simpulan 1. Kekakuan dan kekuatan lumber sheathing tipe straight sheathing relatif lebih lemah tetapi mudah dibuat dibanding tipe diagonal sheathing. Shearwall tipe diagonal sheathing lebih kuat dan kaku karena mempunyai sifat triangulasi seperti sifat rangka batang (truss) dan lebih dapat menahan beban lateral. 2. Komponen shearwall tipe B dan C mengalami kegagalan struktur, sedangkan komponen shearwall tipe A, D, E1 dan E2 mengalami kegagalan servis kemampuan layan (serviceability failure). 3. Pada shearwall tipe diagonal sheathing terjadi peningkatan nilai MOE dan MOR yang lebih besar karena fungsi bracing diagonal berupa stress skin component tipe diagonal sheathing membuat struktur menjadi lebih kaku, sedangkan pada shearwall tipe straight sheathing tidak efektif menahan momen. 4. Desain shearwall tipe straight sheathing dari kayu Mangium sesuai untuk diaplikasikan pada zona gempa kecil, sedangkan desain shearwall tipe diagonal sheathing sesuai pada zona gempa kecil, sedang dan besar. 5. Berdasarkan perbandingan hasil pengujian komponen shearwall dengan perhitungan beban gempa hasil analisis struktur desain, beban gempa tidak terlalu
151
mempengaruhi rumah kayu dan rumah dari bahan kayu dapat dibuat menjadi rumah tahan gempa.
152
