Damper dalam analisa struktur diartikan sebagai element yang dapat memberikan
penyerapan energi (dissipation), sehingga beban yang terjadi akan berkurang
akibat ada penyerapan tersebut yang dengan sendirinya akan berdampak baik pada
struktur itu sendiri.
Pertanyaan : (Suparman)

Saya ingat pada proyek2 high rise (gedung) yang pernah saya tangani, kami selalu
menempatkan water storage tank di bagian paling atas gedung bertingkat dan water
storage tsb juga kami gunakan sebagai damper sangat baik mengurangi horizontal
deflection dan mempersingkat waktu getar struktur.

Sementara pada perhitungan platform, seluruh vessel ataupun tangki hanya digunakan
sebagai beban? padahal didalamnya ada liquid (dng kata lain efek redamannya
tidak dipakai) padahal dari kasus high rise, manfaat redaman pada struktur sangat
besar walaupun tangkinya tidak sebanyak tangki2 pada platform.

Jadi sebenarnya platform2 kita masih punya ‘tenaga dalam’ yang belum diperhitungkan??
Benarkah demikian?? Mohon pendapatnya dong..

Tanggapan 1 : (Alex Elpianto Kajuputra)

Damper dalam analisa struktur diartikan sebagai element yang dapat memberikan
penyerapan energi (dissipation), sehingga beban yang terjadi akan berkurang
akibat ada penyerapan tersebut yang dengan sendirinya akan berdampak baik pada
struktur itu sendiri.

Formula sederhana yang dapat menggambarkan peristiwa ini adalah rumus pegas
(coba ingat2 waktu SMP dulu)

F=k.x (F=Force, k= Stiffness, x=deflection) dan juga

F=m.a (m=masa, a=acceleration)

Nah…untuk rumus structural dynamic tinggal ditambah satu komponen lagi…yaitu
damper itu sendiri maka akan menjadi formula dasar dinamika struktur, yaitu:

P(t)= m.a + c.v + k.x (c=damping dan v=velocity dan P(t)=gaya dgn fungsi waktu)

Ketiga komponen utama inilah yang akan mempengaruhi perilaku dinamik suatu
struktur dan yang diungkapkan oleh Pak Suparman adalah komponen kedua.

Menurut saya sangat sulit memprediksi perilaku liquid di dalam tangki dimana
setahu saya (mohon dikoreksi bila salah) masih sangat terbatas penelitian kearah
sana. Sehingga tidak mudah menentukan nilai c dari liquid itu sendiri.

Saya pernah baca majalah dari IABSE yang menceritakan perilaku liquid di dalam
storage tank namun lebih kepada pengaruh liquid tersebut terhadap design tank.
Di sana diceritakan bahwa akibat pengaruh dynamic force liquid akan memberikan
impact yang cukup significant terhadap shell tank, khususnya yang berukuran
besar. Seingat saya perilaku dynamic liquid tersebut diturunkan dengan pendekatan
matematis yang rumit.

Dalam design gedung tinggi ada beberapa pendekatan yang dapat dilakukan untuk
mengurangi lateral movement, yang salah satunya dengan memberikan plastic hinge
pada joint column and beam dimana dapat terjadi kegagalan geser sehingga terjadi
penyerapan energi yang dapat mengurangi waktu getar structure.

Wah, saya jadi ngelantur kemana2 nih….semoga rekan2 belum ngantuk bacanya….:)

Kesimpulannya, menurut hemat saya, kita belum bisa memperhitungkan pengaruh
damper pada liquid di dalam tanki yang mungkin pengaruh itu sendiripun belum
tentu ada (sekali lagi ini pendapat saya pribadi). Seingat saya waktu dulu ditugasi
menganalisa gedung tinggi, saya tidak memperhitungkan pengaruh damper tsb.


Tanggapan 2 :
(Suparman)

Konsep peredaman horizontal movement pada high rise akibat water tank sudah
cukup sering dilakukan (minimal pada proyek2 yang pernah saya tangani) dan kami
melakukan analisa perilaku air pada tangki dibandingkan pelat strukturnya sebagai
dua lump mass yang berbeda (independent vertical pendel), gaya redaman yang
timbul oleh liquid muncul sebagai akibat adanya beda tekanan antara dinding
tangki pada saat terjadinya getaran, yang mana arah gerakan liquid, berlawanan
dengan arah gerakan struktur/tangkinya sehingga terjadi proses gaya redam. Metoda
analisa inipun juga dibuktikan dengan uji lab (meja getar) dan hasilnya mendekati
perhitungan empiris, namun seperti yang saya sampaikan pada email sebelumnya,
hal ini hanya saya temui aplikasinya pada perhitungan high rise/struktur gedung
saja namun belum pernah saya lihat pada perhitungan offshore platform padahal
tangki di offshore jauh lebih banyak.

Begitu pula pada tangki2 dipabrik2 onshore yang kadang2 diletakan cukup tinggi,
bahkan sengaja ditaruh diatap untuk mencapai pressure maksimum, namun analisa
yang digunakan selalu menganggap tangki+isi liquidnya adalah sebagai
beban saja dan efek redaman gaya horizontal diabaikan.

Padahal masalah ini sudah mulai diteliti sejak hampir duapuluh tahun yang lalu,
saat salah satu rekan saya ambil materi ini sebagai bahan skripsinya namun kembali
kok yang pakai Cuma di gedung saja?? Bagaimana nih pakar2 struktur kita??

Tanggapan 3 : (Triono Rahardjo)

Pak Suparman,
Boleh tanya sedikit ya .. ? Apakah tangki berikut isinya betul2 bisa menjadi
peredam? Rasanya karena periodanya berbeda, pada suatu saat bahkan bisa menjadi
penguat, bukan peredam. Mungkin "feeling" saya salah.

Saya jadi ingat sebuah proyek di ARCO jaman dahulu kala. ARCO memasang monopod
(kalau tidak salah namanya LL4), ternyata goyangannya besar sekali sehingga
operators tidak tahan berlama-lama disana dan tentu saja tidak sesuai dengan
safety criteria. Sebuah perusahaan menawarkan alat peredam (lagi-lagi kalau
tidak salah, dari Australia), berbentuk seperti donat yang didalamnya ada beberapa
sekat dan diisi liquid. Karena kurang yakin dengan performancenya, maka ARCO
minta bantuan lab ITB untuk menganalisa. Setelah itu saya menghilang dari ARCO
sehingga saya tidak tahu kelanjutannya …..

Kalau ada teman2 anggota milis yang merasa pernah terlibat dalam proyek ini,
silakan urun-rembug …..

Tanggapan 4 : (Bandung Winardijanto)

Aplikasi Liquid Damper untuk monopod offshore platform sudah pernah di coba
di perairan / laut dangkal Indonesia oleh salah satu Oil & gas Company di
rentang sekitar tahun 1994-1995. Trial project ini juga di bantu secara theoritis
serta pengujian scaled model di lab dinamika oleh salah satu perguruan tinggi
di Indonesia.

Sayang Confidentiality design agreement masih menempel di project ini, sehingga
belum bisa di share di milis.

Tanggapan 5 : (Suparman)

Terima kasih pak bandung dan pak triono,

Terus terang, konsep seperti ini baru saya pakai untuk gedung (high rise),
dan tangkinya dibuat dari beton. System sekat2 juga kita pakai untuk memperbanyak
efek tahanan horizontal, sekaligus digunakan sebagai elemen horizontal atap
gedung, tinggi air minimum ditentukan berdasarkan kebutuhan gaya horizontal
tersebut. Hasil teoritis dan uji lab (shacking table) saling menunjang dan efek
percepatan peredamannya sungguh fantastis sehingga kami putuskan untuk menggunakan
system ini (kami tidak pakai patent2 tertentu untuk ini).

Secara feeling harusnya hal inipun bisa diterapkan dengan pola pembuktian yang
sama di offshore platform, apalagi offshore juga punya "air" bukan
hanya ditangki/vessel tapi juga disekeliling platform itu sendiri. Monggo pak
untuk disempurnakan.

Tanggapan 6 : (Bandung Winardijanto)

Penyempurnaan design itulah yang rupanya belum sempurna berjalan.
Hasil instalasi di laut menujukkan bahwa memang ada besaran amplitudo goyangan
platform (monopod) yang berkurang (teredam). Tetapi redaman oleh tanki air rupanya
masih kurang besar, sehingga rekan2 operator lapangan hanya tahan diatas monopod
itu tidak lebih dari beberapa menit saja, selebihnya mabuk.

2 orang rekan saya yang sekarang di BP terlibat langsung, begitu juga rekan2
dari LAPI ITB dan lab-hydrodinamika ITB.

Tanggapan 7 : (Alex Elpianto Kajuputra)

Berikut ini ada contoh kasus yang saya ambil dari buku "Dynamic of Structure"
by Anil K. Chopra (example 2.5) yang melakukan free vibration test terhadap
water tank kosong dan dibandingkan dengan water tank yang terisi penuh oleh
air. Saya lampirkan scan halaman 51 & 52 sebagai referensi.

Berikut ini saya lampirkan cuplikan contoh kasus tsb :
A free vibration test is conducted on an empty elevated water tank. A cable
attached to the tank applies a lateral (horizontal) force of 16.4 kips and pulls
the tank horizontally by 2 in. The cable is suddenly cut and the resulting free
vibration is recorded. At the end of four complete cycles, the time is 2.0 sec
and the amplitude is 1 in. The weight of water required to fill the tank is
80 kips.

Hasilnya ternyata menunjukkan sebagai berikut:
Natural vibration period = 0.5 sec (Empty) and 1.12 sec (Full)
Damping ratio = 2.75% (Empty) and 1.23% (Full)

Damping ratio yang makin besar akan memberikan dissipation energy yang lebih
besar pula dan akan mengurangi waktu getar structure (akibat redaman yang lebih
besar). Yang artinya kondisi empty tank memberikan redaman yang lebih besar
dibandingkan dengan kondisi full tank.

Saya sendiri bukan ahli dalam hal hydrodynamic, dan senang sekali membahas
hal2 baru yang membuka wawasan supaya terus bertambah pengetahuan saya yg terbatas
ini.

Mohon pendapat dan pandangan para ahli2 struktur…..


Tanggapan 8 :
(Suparman)

System ini jangan sekali2 menggunakan liquid pada tangki sampai penuh. Tidak
ada gunanya bahkan jadi menambah beban saja dan efek tahanan horizontal akibat
beda level muka air tidak terjadi (karena tidak ada ruang diatas nya)

Tanggapan 9 : (Alex Elpianto Kajuputra)

Berikut ini abstract article dari IABSE

Simple Procedure for Seismic Analysis of Liquid-Storage Tanks

Praveen K. Malhotra, Norwood, MA, USA
Thomas Wenk, Martin Wieland, Zurich, Switzerland

This paper provides the theoretical background of a simplified seismic design
of cylindrical ground-supported tanks. The procedure takes into account impulsive
and convective (sloshing) actions of the liquid in flexible steel or concrete
tanks fixed to rigid foundations. Seismic responses &endash; base shear,
overturning moment, and sloshing wave height &endash; are calculated by
using the site response spectra and performing a few simple calculations. An
example is presented to illustrate the procedure, and a comparison is made with
the detailed modal analysis procedure. The simplified procedure has been adopted
in Eurocode 8.

Full article (pdf) bisa didapatkan pada website di bawah: http://www.iabse.ethz.ch/sei/sei_f.html
Pilih Structural Engineering International – Content – dan pilih edisi SEI volume
10, Number 3/2000


Tanggapan 10 :
(Bandung Winardijanto)

Saya bukan ahli steel structure, karena itu jadi curriopus utk bertanya nih
Pak :
Kalau tidak salah periode itu berbanding terbalik dengan frekwensi. Jadi semakin
besar nilai periode nya berarti semakin kecil nilai frekwensinya.

Pada contoh dibawah ini periode empty = 0.5 detik dan full 1.12 detik.
Berarti frekwensinya menjadi 2 Hz utk empty dan 0,89 Hz utk full.
Dengan logika saya, tanki tersebut akan bergerak cepat jika empty dan bergerak
sangat lambat saat full. Berarti air ternyata memberikan reaksi redaman yang
besar.
Tetapi contoh bapak kok kebetulan berkesimpulan beda dengan data nya ya ??
Mungkin ada yang bisa bantu ?


Tanggapan 11 :
(Alex Elpianto Kajuputra)

Yang dimaksud dengan Natural period of Vibration adalah waktu yang diperlukan
untuk melakukan satu cycle gerakan.

Struktur tanpa damping factor akan memiliki nilai amplitude yang sama sampai
kapanpun, dengan adanya damping factor nilai amplitude akan menurun dan lama2
akan menjadi hilang.

Hubungan antara natural period of vibration dengan damping ratio adalah berapa
cycle yang diperlukan agar nilai amplitude structure itu menjadi nol.

Ilustrasinya adalah suatu pendel yg diberi beban lantas dilepas akan bergerak
bolak balik pada awalnya dan lantas akan berhenti dengan sendirinya. Waktu atau
cycle yang diperlukan oleh pendel itu untuk berhenti tergantung pada nilai damping
factor itu sendiri.

Memang di satu sisi struktur dengan nilai periode yang kecil akan menerima
beban lebih besar pada saat gempa, namun di sisi lain dengan nilai damping yang
kecil maka struktur akan bergetar lebih lama.

Inilah pengertian sedikit dan terbatas yang saya miliki….semoga tidak salah…dan
dapat diterima….mohon koreksinya bila ada kesalahan….

Tanggapan 12 : (Abraham Imam)

Sepertinya P’Suparman ini termasuk pelopor yg menghidupkan diskusi2 di bidang
rekayasa sipil. Saya jadi turut senang nih, topik2 diskusi di migas sudah mulai
terdiversifikasi untuk berbagai disiplin. Dan juga topik2 yg dilontarkan termasuk
tema2 yg menarik dan menantang 😉

Saya ingin ikut sharing, kebetulan topik itu sepertinya masuk kategori dinamika
struktur jadi lumayan masih nyantol konsep2 dasarnya ;). Soalnya skripsi saya
dulu mengambil tema gempa.

Saya pernah baca2 paper tentang masalah ini, kalo gak salah materi yg kita
diskusikan ini ada istilahnya. Yaitu Tuned Mass Damper (TMD). Dan sistem ini
adalah bagian dari teknik kontrol pasif untuk suatu getaran. Teknik lainnya
seperti a) energy dissipator dan b) base isolator.
Secara teori, TMD ini didasarkan pada teori klasik TMD di teknik mesin.
Secara praktis dan sukses mulai dikembangkan pertama kali di US akhir tahun
1970-an. Di Jepang sendiri baru sekitar tahun 80-an untuk tower dan tahun 90-an
berkembang pesat untuk high rise building. Sistem TMD ini ditujukan untuk mengurangi
defleksi lateral akibat angin (terutama) dan gempa.

Paper itu menjelaskan kasus aktual untuk tiga high rise building di jepang
yaitu Crystal Tower, P&G Japan Headquarter dan Sea Hawk Hotel and Resort.
Dua gedung yg pertama menggunakan tuned-pendulum mass damper dari ice thermal
tank sedangkan gedung yg disebutkan terakhir menggunakan tuned-pendulum mass
damper dari water tank.
Dari data terlihat bahwa Berat total bangunan diatas tanah dan berat massa TMD
untuk masing2 gedung sbb :
1) Crystal Tower = 44000 tons (37 tingkat), TMD mass = 540 tons
2) P&G Japan Headquarter = 27000 tons (31 tingkat), TMD mass = 270 tons
3) Sea Hawk Hotel and Resort = 42000 tons (36 tingkat), TMD mass = 132 tons
TMD tank nya diletakkan di lantai atap masing2 bangunan.

Dari konfigurasi seperti itu maka :
1) Saat angin typhoon datang di Crystal Tower (kecepatan max di top level =
39 m /detik), TMD drift = 4 cm (sama dgn 50% motion reduction)
2) Saat angin typhoon datang di Sea Hawk Hotel and Resort (kecepatan max di
top level = 51 m /detik), TMD drift = 17 cm (sama dgn 50% motion reduction).

Mungkin itu dulu dari saya, mau kembali ke kerja dulu nih 😉
Oh iya, ada satu hal yg ingin ditanyakan nih, seingat saya sistem TMD ini efektif
untuk flexible structures. Bagaimana bila strukturnya kaku ?