SEMINAR FISIKA
Penggunaan Tuned Mass Damper
Untuk Meredam Gaya Gempa Pada
Suatu Konstruksi
Fatimah Azzahroh (K2315029)
http://www.free-powerpoint-templates-design.com
BAB 1
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
kepulauan Indonesia merupakan daerah rawan bencana gempa
karena merupakan daerah tektonik aktif tempat berinteraksinya
lempeng Eurasia, lempeng Indo-Australia, lempeng pasifik dan
lempeng Laut Filipina. Tahun 2004, tercatat tiga gempa besar di
Indonesia yaitu di kepulauan Alor (11 Nov., skala 7.5), gempa Papua
(26 Nov., skala7.1) dan gempa Aceh (26 Des., skala 9.2) yang disertai
tsunami. Gempa Aceh menjadi yang terbesar pada abad ini setelah
gempa Alaska 1964 (Dewobroto, 2006:7).
Mengatasi
Runtuhnya bangunan
permasalahan
Mengurangi
korban bencana dan kerugian materi
Rumusan Masalah
1.
Bagaimana
pengaruh beban gempa
terhadap struktur?
2.
Bagaimana
deskripsi secara fisis
tentang Tuned Mass
Damper (TMD) ?
Option A
Get a modern
PowerPoint
Option A
Option A
Get a modern
PowerPoint
Get a modern
PowerPoint
Option A
Get a modern
PowerPoint
3.
Bagaimana
persamaan serta faktor
yang mempengaruhi
Tuned Mass Damper
4.
Bagaimana prinsip
kerja Tuned Mass Damper
(TMD)?
Option A
Get a modern
PowerPoint
5.
Apa saja
kelebihan dan
kekurangan Tuned Mass
Damper (TMD)?
TUJUAN PENULISAN MAKALAH
1
Menjelaskan
pengaruh
beban gempa
terhadap
struktur.
2
Menjelaskan
penggunaan
Tuned Mass
Damper (TMD).
3
Menjelaskan
persamaan
serta faktor
yang
mempengaruhi
Tuned Mass
Damper (TMD).
4
Menjelaskan
prinsip kerja
Tuned Mass
Damper (TMD).
5
Menjelaskan
kelebihan dan
kekurangan
Tuned Mass
Damper (TMD).
A. PENGARUH GEMPA TERHA
DAP
STRUKTUR
1. Gerakan Inertia Force
Sebagaimana dijelaskan dengan
Hukum Newton I, ketika terjadi gempa
bumi maka tanah bergetar dan
menggerakkan lantai dan pondasi
menimbulkan Inertia Force pada
struktur bangunan karena adanya
kecenderungan massa bangunan
untuk mempertahankan dirinya.
Apabila bangunan dan pondasinya
kaku (stiff), maka menurut persamaan
Hukum II Newton
bangunan yang lebih ringan akan lebih baik
dalam menghadapi getaran gempa
A. PENGARUH GEMPA TERHA
DAP
STRUKTUR
2. Osilasi Pada Struktur
bangunan bertingkat banyak
(multistory buildings) dapat bergetar
dengan berbagai bentuk karena gaya
gempa yang dapat menyebabkan
lantai pada berbagai tingkat
mempunyai percepatan dalam arah
yang berbeda-beda.
Osilasi struktur dapat mempunyai
periode alami yang panjang atau
pendek disebabkan adanya
mekanisme redaman dalam struktur
A. PENGARUH GEMPA TERHA
DAP
STRUKTUR
3. Efek Deformasi Struktur
Inertia Force yang dialami oleh atap
kemudian disalurkan ke fondasi
melalui kolom, sehingga
mengakibatkan kolom mengalami
perubahan bentuk sepanjang kolom
hingga ujung bawah
Bisa saja kolom akan kembali tegak
sebagaimana semula, karena ada gaya
internal kolom yang disebut stiffness
forces
Besar stiffness forces = kekakuan
kolom x deformasi relatif (u)
kolom mengalami deformasi relatif sebesar u,
yaitu selisih antara bagian atas (atap) dan
bagian bawah (tanah)
A. PENGARUH GEMPA TERHA
DAP
STRUKTUR
4. Getaran Horisontal dan
Vertikal
Selama terjadinya gempa, struktur
akan mengalami gerakan vertikal dan
gerakan horisontal
prinsip utama dalam perancangan
tahan gempa (earthquake resistant
design) adalah meningkatkan kekuatan
struktur terhadap gaya horisontal yang
umumnya tidak mencukupi.
Bangunan biasanya dirancang untuk
menanggung gaya grafitasi (gravity
load). besarnya sama dengan massa
kali percepatan (g), dengan arah
vertikal ke bawah (-Z).
Perlu dipikirkan dalam perancangan agar
bangunan mempunyai kemampuan yang
memadai dalam melawan efek gempa bumi
A. PENGARUH GEMPA TERHA
DAP
STRUKTUR
5. Aliran Inertia Force ke
Fondasi
Dinding dan kolom adalah elemen
yang sangat kritis dalam mentransfer
Inertia force Tapi dalam bangunan
tradisional, plat lantai dan balok yang
mendapatkan perhatian khusus.
sehingga tidak akan mampu melawan
gaya gempa horisontal yang
mempunyai arah tegak lurus dengan
dinding tersebut
B. DERAJAT
KEBEBASAN
Degree of Freedom (DOF)
Derajat kebebasan (degree of freedom)
adalah derajat independensi yang
diperlukan untuk menyatakan suatu posisi
suatu sistim pada setiap saat
Single Degree of
Freedom (SDOF)
setiap titik atau massa umumnya hanya diperhitungkan
berpindah dalam satu arah saja yaitu horisontal.
Kemudian karena simpangan yang terjadi hanya terjadi
dalam satu bidang (2 dimensi) maka simpangan suatu
massa pada setiap saat hanya mempunyai
posisi/ordinat tertentu baik bertanda positif maupun
negatif.
1. Persamaan
Diferensial Pada
Struktur SDOF
P(t) merupakan beban dinamik yaitu
beban yang intensitasnya merupakan
fungsi dari waktu. Notasi m, c, dan k
berturut turut adalah massa, redaman,
dan kekakuan kolom. Apabila beban
dinamik P(t) bekerja ke arah kanan,
maka akan terdapat perlawanan pegas,
damper dan Inertia Force
a. Persamaan Diferensial Pada Tiap Tipe
Getaran
1) Persamaan
diferensial
Pada getaran bebas
getaran bukan
disebabkan oleh
beban luar atau
gerakan tanah akibat
gempa tetapi adanya
nilai awal (initial
conditions). Pada tipe
getaran ini maka uo,
P(t) = 0, maka
persamaan diferensial
untuk free vibration
systems adalah
a) Getaran
bebas tanpa
redaman
(undamped
free vibrations)
b) Getaran bebas
yang diredam
(damped free
vibrations)
a. Persamaan Diferensial Pada Tiap Tipe
Getaran
2) Persamaan
diferensial
Pada getaran dipakasa
getaran bukan
disebabkan oleh
beban luar atau
gerakan tanah akibat
gempa tetapi adanya
nilai awal (initial
conditions). Pada tipe
getaran ini maka uo,
P(t) = 0, maka
persamaan diferensial
untuk free vibration
systems adalah
a) Getaran
dipaksa yang
tidak diredam
(undamped
forced
vibration)
b) Getaran
dipaksa yang
diredam
(damped forced
vibration)
b. Periode Getar (T),
Frekuensi Sudut (ω),
dan Frekuensi Alami
Pada kondisi getaran
bebas tanpa redaman
(undamped free vibration
systems) maka persamaan
diferensial gerakannya
adalah
C. Prinsip Bangunan
Geser (Shear Buildi
ng)
a) Pola goyangan yang pertama adalah
bangunan yang bergoyang dengan dominasi
geser (shear mode) atau pola goyangan geser.
b) Pola goyangan yang kedua adalah pola
goyangan bangunan yang didominasi oleh
lentur (flexible mode).
c) Pola goyangan yang ketiga adalah kombinasi
diantara dua pola goyangan shear mode
dengan flextural mode.
Anggapan untuk hanya terdapat satu
derajat kebebasan pada setiap tingkat :
1. Massa struktur dianggap terkonsentrasi pada
setiap lantai tingkat.
2. Lantai-lantai tingkat dianggap sangat kaku
dibanding dengan kolom-kolomnya karena
balok-balok portal disatukan secara monolit
oleh plat lantai
3. Simpangan massa dianggap tidak
dipengaruhi oleh beban aksial kolom atau
deformasi aksial kolom diabaikan.
D. DINAMIK KARAKTERISTIK STRUKTUR
BANGUNAN
1
Mas
sa
massa dari seluruh atau semua sistem strutur dari sebuah
bangunan. Massa itu bisa dapat berupa massa dari struktur utama
pada bangunan itu sendiri; : lantai, dinding, balok, kolom dan atap
serat bisa juga dari massa struktur pendukung seperti kusen,
jendela, tangga, pintu.
Besarnya beban gempa sangat
dipengaruhi oleh berat dari bangunan,
oleh karena itu perlu dihitung berat dari
masing-masing lantai bangunan.
Matriks massa dalam sistem struktur :
D. DINAMIK KARAKTERISTIK STRUKTUR
BANGUNAN
2
Kekaku
an
gaya yang dapat disimpan oleh sistem struktur bila struktur
tersebut diberi suatu perpindahan (gaya) baik itu perpendekan,
perpanjangan, perputaran sudut, atau deformasi-deformasi
lainnya.
Kekakuan struktur yang dicapai dengan
penyusunan elemen-elemen struktur, seperti :
a. Bidang-bidang bangunan tersusun secara kaku
(rigid) satu sama lain
b.Bentuk tiga dimensi merupakan elemen
penunjang utama pada kekakuan stuktur unit
box (box system);
c. Material plat datar dibuat monolit (solid) atau
sistem rangka yang terisi bidang-bidang yang
D. DINAMIK KARAKTERISTIK STRUKTUR
BANGUNAN
3
Reda
man
peristiwa pelepasan energi (energy dissipation) oleh struktur
akibat adanya berbagai macam sebab.
Terdapat dua jenis redaman yang dapat digunakan digunakan
untuk menformulasikan redaman struktur, yaitu : redaman viskos
(Viscous Damping) dan redaman kekakuan kompleks (Complex
Stiffness Damping).
Nilai redaman pada struktur akan
berpengaruh pada bagaimana struktur
menyerap energi yang bekerja pada
struktur. Hal ini ditunjukan oleh
simpangan yang terjadi pada struktur
tersebut. Semakin kecil redaman struktur,
semakin besar simpangan yang terjadi
E. 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 atau untuk
mengurangi amplitudo getaran struktur dan mekanikal pada
bangunan dan sistem mekanik. Konsep TMD pertama kali diteliti oleh
Frahm pada tahun 1909, yang kemudian konsep ini dikembangkan
oleh Profesor Emeritus Jacob Den Hartog pada bukunya Mechanical
Vibrations (1940:96) (Kourakis, 2005:23
Faktor-faktor yang
mempengaruhi perilaku
struktur yang menggunakan
TMD adalah penempatan TMD,
persentase massa TMD, jumlah
TMD yang ditempatkan pada
Secara umum TMD
mampu mereduksi
respon struktur seperti
deformasi dan gaya
dalam (gaya geser dan
E. TUNED MASS DAMPER (TMD)
Dalam bagian ini
konsep dari TMD
di ilustrasikan
menggunakan
dua sistem masa
ditunjukan dalam
Gambar
F. PRINSIP KERJA TMD
ketika suatu struktur bergetar sesuai natural frekuensinya, Frekuensi
peredam akan diselaraskan dengan frekuensi struktur utama, maka
peredam akan beresonansi terhadap perubahan struktur. Inertia Force
peredam itu akan mendisipasikan energi pada strukutur tersebut.
Massa dari peredam akan mendistribusikan Inertia Force pada struktur
tersebut dalam arah yang berbeda denga pergerakan struktur itu
sendiri dengan demikian mengurangi goyangan struktur tersebut.
1. Sistem TMD Pasif
a. Sistem TMD Translational
b. Sistem Pendulum TMD
(PTMD)
2. Sistem TMD
Aktif
F. PRINSIP KERJA TMD
1. Sistem TMD Pasif
bangunan dimodelkan
SDOF dengan massa m,
konstanta redaman c, dan
konstanta pegas k, yang
masing-masing
memperesentasikan massa,
redaman dan kekakuan
ragam pertama dari
bangunan itu, f(t)
memperesentasikan
pengaruh luar, misalnya
gaya angin, kd, cd dan md
masing-masing
memperesentasikan
kekakuan, redaman dan
massa yang berhubungan
Faktor faktor yang
mempengaryhi kinerja
TMD
d


md

m
cd
d 
2 m d d
dopt 
 opt 
3
81   
1
1 
F. PRINSIP KERJA TMD
a. Sistem TMD Translational
TMD Translational dapat
berupa sistem searah atau
dua arah. Dalam sistem
searah gerakan massa TMD
dibatasi untuk satu arah,
sering dengan
menempatkan massa pada
satu set rel atau bantalan
rol, seperti digambarkan
b. Sistem PTMD
Sebuah faktor pendorong
utama untuk
menggunakan sistem
PTMD atas sistem TMD
setara translasi adalah tidak
adanya bantalan untuk
mendukung massa TMD.
berfokus pada optimalisasi
parameter desain PTMD
F. PRINSIP KERJA TMD
1. Sistem TMD AKtif
sistem aktif menggunakan sensor untuk
mengukur kondisi sistem dan menggunakan
topologi kontrol loop tertutup.
berisi aktuator yang mendorong gerakan baik
massa TMD atau massa tambahan terhubung
dengan massa TMD. Dengan aktif
mengendalikan gerak massa eksternal, ATMD
dapat mengendalikan kekuatan yang diberikan
pada struktur.
G. Bangunan yang Mengaplikasikan TMD
1. Citicorp Centre , New York Citicrop Centre , New
York
2. John Hancock Tower , Boston
3. CN Tower, Toronto
4. Chiba Port Tower , Jepang
5. Taipei 101 , Taiwan
6. Burj Khalifa
G. Kelebihan dan Kekurangan TMD
1. Kelebihan Tuned Mass Damper
a.Sistem alat ini tidak bergantung pada sumber daya eksternal untuk
mengoperasikan keseluruhan sistem.
b.Alat ini mampu merespon gempa meskipun dalam level yang kecil.
c.Peralatan dan komponen pada sistem alat ini dapat disesuaikan dengan
bangunan yang akan dipasang TMD.
d.Dapat juga digunakan untuk meningkatkan sistem struktur.
e.Perawatan yang lebih mudah dibanding peredam lain.
f.Pemasangan alat mampu menghemat biaya pengelolaan struktur bangunan.
2.Kekurangan Tuned Mass Damper
a.Massa yang besar sehingga membutuhkan tempat yang cukup luas dalam
penempatannya.
b.Tingkat efektivitas dibatasi oleh berat maksimum yang dapat ditempatkan
secara praktis di bagian atas dari suatu struktur.
c.Tingkat efektivitas tergantung pada keakuratan proses tuningnya, namun
Thank You
Insert the Sub Title of Your Presentation