Ini Dia Teknologi Dumper Sebagai Isolator Gempa

Indonesia merupakan negara yang rawan akan bencana gempa bumi. Peyebabnya adalah adanya pertemuan sejumlah lempeng tektonik dunia yang membujur hampir di seluruh wilayah Indonesia, Perencanaan struktur bangunan gedung tahan gempa sangat penting mengingat sebagian besar wilayah Indonesia dilewati oleh ring of fire yang merupakan gugusan gunung berapi yang masih aktif Rusak dan runtuhnya bangunan tersebut akibat ketidakmampuan konstruksi bangunan dalam menahan akibat goncangan gempa bumi.

Oleh karena itu, perencanaan konstruksi bangunan yang tahan dalam menerima beban gempa merupakan suatu kebutuhan yang sangat penting guna mengurangi terjadinya korban. Pada dasarnya, terjadinya gempa bumi akan mengakibatkan goncangan pada bangunan yang besarnya bergantung pada tingkat kekuatan gempa, jarak dari bangunan sampai ke pusat gempa, dan kondis/jenis tanah yang dilewati getaran gempa tersebut.

Efek dari gempa bumi yang terjadi dan yang sangat nyata ada pada konstruksi bangunan. Upaya untuk meredam gaya gempa yang akan merambat dan terdistribusi pada bangunan, yakni dengan cara memberikan material peredam pada bagian bawah bangunan dan biasanya ditempatkan pada bagian atas pondasi atau bagian bawah kolom yang terhubung ke pondasi.

Banyak cara yang telah diterapkan untuk meminimalisir kerusakan akibat gempa bumi. Indonsia pun telah mengadopsi teknologi yang berasal dari Jepang sebagai salah satu negara terdepan dalam teknologi.

Untuk Mengatasi masalah guncangan yang berlebihan pada struktur gedung akibat beban dinamis, Jepang telah mengaplikasikan salah satu teknologi tahan gempa yakni konspek control pada struktur dengan menggunakan Damper (Base Isolation) penggunaan kontrol pada struktur bangunan untuk mereduksi respon dinamik yang diakibatkan oleh beban seismik (gempa bumi).

Kontrol pada struktur dibagi menjadi dua jenis berdasarkan perlu tidaknya energi untuk menghasilkan gaya kontrol, yaitu kontrol aktif dan kontrol pasif.

PrototipTeknologi Damper

Kontrol pasif menggunakan energi potensial yang dibangkit kan oleh respons struktur untuk menghasilkan gaya kontrol. Kelebihan kontrol pasif adalah karena kesederhanaan dalam desain, pemasangan, dan terutama pemeliharaannya.

Salah satu alat 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. Penggunaan teknologi damper pada struktur bangunan. 

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 penyediaan bangunan sipil adalah untuk tujuan kemanusiaan. Oleh karena itu perlu diperhatikan faktor keamanan dan kenyamanan bagi penghuninya. Beberapa tahun terakhir, perancangan struktur isolasi dasar atau yang kerap disebut dengan Base Isolated Structure 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

1. Bantalan karet tahan gempa (seismic bearing)
2. Lock Up Device (LUD)
3. Fluid Viscous Damper (FVD)
4. 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

Bantalan karet tahan gempa (seismic bearing)

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 berteknologi 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.

Lock Up Device (LUD)

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, sekarang ada di jalan Pasupati ini.

Locked Up Device pada Jembatan

Salah satu alasan pemasangan LUD pada jalan layang Pasupati ini, karena Bandung termasuk kota rawan gempa. Kekuatan gempa di Indonesia, terutama Jawa, tercatat masuk region 3 – 4 atau sekitar 8 Ritcher. Karenanya, di sepanjang jalan laying Pasupati, setidaknya dipasang sekitar 76 unit LUD. Seluruh unit tersebut, dipasang pada tiang-tiang (pier) jalan layang.

Pada setiap tiang yang ditentukan, dipasang dua unit LUD yang akan bekerja meredam guncangan pada konstruksi jalan layang ketika terjadi gempa. Seperti pada produk peredam gempa LUD yang konon harga per-unitnya lebih dari 100 juta tersebut, jika dilihat dari dekat pada konstruksi jembatan layang Pasupati ini ada semacam dongkrak ataushockbreaker pada pertemuan antara tiang dan segmen jalan layang.

Benda itulah yang dinamakan LUD, sebagai alat untuk meredam guncangan jika terjadi gempa. 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.

Fluid Viscous Damper (FVD)

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.

Fluid Viscous Damper pada Bangunan

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. 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). Kelebihan berikutnya yakni dapat bekerja dengan tekanan fluida lebih tinggi, sehingga bentuknya semakin kecil dan praktis

High Damping Device (HIDAM)

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 khususlainnya.

High Damping Device

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.

Penggunaan damper memang 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.