Sistem Isolasi Basis untuk Gempa Bumi: Garis Besar Prinsip, Jenis, Keuntungan & Aplikasi

Gempa bumi atau gempar bumi dengan sendirinya bukanlah bencana, itu adalah fenomena alam yang dihasilkan dari gerakan tanah, kadang -kadang kekerasan. Ini menghasilkan gelombang permukaan, yang menyebabkan getaran tanah dan struktur berdiri di atas. Bergantung pada karakteristik getaran ini, tanah dapat mengembangkan retakan, celah dan pemukiman. Kemungkinan risiko kehilangan nyawa menambah dimensi yang sangat serius pada desain seismik, menempatkan tanggung jawab moral pada insinyur struktural. Baru -baru ini, banyak sistem baru telah dikembangkan, baik untuk mengurangi kekuatan gempa yang bekerja pada struktur atau untuk menyerap bagian energi seismik.
Salah satu sistem perlindungan seismik yang paling banyak diterapkan dan diterima adalah isolasi dasar.

Isolasi dasar adalah salah satu sistem perlindungan seismik yang paling banyak diterima di daerah rawan gempa. Ini mengurangi efek gempa bumi dengan pada dasarnya mengisolasi struktur dari gerakan tanah yang berpotensi berbahaya. Isolasi seismik adalah strategi desain, yang tidak menyentuh struktur untuk efek merusak dari gerakan tanah. Istilah isolasi mengacu pada pengurangan interaksi antara struktur dan tanah.

Ketika sistem isolasi seismik terletak di bawah struktur, itu disebut sebagai "isolasi dasar".
Tujuan lain dari sistem isolasi adalah untuk memberikan alat disipasi energi tambahan, sehingga mengurangi akselerasi yang ditransmisikan menjadi superstruktur. Decoupling memungkinkan bangunan untuk berperilaku lebih fleksibel yang meningkatkan responsnya terhadap gempa bumi. Konsep isolasi dasar dijelaskan melalui contoh bangunan yang bertumpu pada rol tanpa gesekan. Ketika tanah bergetar, roller dengan bebas bergulir, tetapi bangunan di atas tidak bergerak.
Dengan demikian, tidak ada kekuatan yang ditransfer ke bangunan karena gemetar tanah; Sederhananya, bangunan itu tidak mengalami gempa bumi.

Konsep isolasi dasar dijelaskan melalui contoh bangunan yang bertumpu pada rol tanpa gesekan. Ketika tanah bergetar, roller dengan bebas bergulir, tetapi bangunan di atas tidak bergerak. Dengan demikian, tidak ada kekuatan yang ditransfer ke bangunan karena gemetar tanah; Sederhananya, bangunan itu tidak mengalami gempa bumi.
Sekarang, jika bangunan yang sama diistirahatkan pada bantalan fleksibel yang menawarkan resistensi terhadap gerakan lateral, maka beberapa efek dari goncangan tanah akan ditransfer ke bangunan di atas.
Bantalan fleksibel disebut isolator dasar, sedangkan struktur yang dilindungi menggunakan perangkat ini disebut bangunan yang terisolasi. Fitur utama dari teknologi isolasi dasar adalah memperkenalkan fleksibilitas dalam struktur.

Penelitian yang cermat diperlukan untuk mengidentifikasi jenis perangkat yang paling cocok untuk bangunan tertentu. Juga, isolasi dasar tidak cocok untuk semua bangunan. Struktur yang paling cocok untuk isolasi dasar adalah bangunan bertingkat rendah hingga menengah yang diletakkan di tanah keras di bawahnya. Bangunan atau bangunan bertingkat tinggi yang diletakkan di atas tanah lunak tidak cocok untuk isolasi dasar.

Prinsip mendasar dari isolasi dasar adalah untuk memodifikasi respons bangunan sehingga tanah dapat bergerak di bawah bangunan tanpa mengirimkan gerakan ini ke dalam gedung. Bangunan yang sangat kaku akan memiliki periode nol. Ketika tanah menggerakkan akselerasi yang diinduksi dalam struktur akan sama dengan akselerasi tanah dan akan ada nol perpindahan relatif antara struktur dan tanah. Struktur dan tanah memindahkan jumlah yang sama. Bangunan yang sangat fleksibel akan memiliki periode yang tak terbatas.
Untuk jenis struktur ini, ketika tanah di bawah struktur bergerak akan ada nol akselerasi yang diinduksi dalam struktur dan perpindahan relatif antara struktur dan tanah akan sama dengan perpindahan tanah. Jadi struktur yang tidak fleksibel struktur tidak akan bergerak, tanah akan.

Persyaratan dasar sistem isolasi
1). Fleksibilitas
2). Pembasahan
3). Resistensi terhadap beban servis vertikal atau lainnya.

Perlindungan gempa dari struktur menggunakan teknik isolasi dasar umumnya cocok jika kondisi berikut dipenuhi
1. Suksel tanah tidak menghasilkan dominasi gerakan tanah jangka panjang.
2. Struktur ini cukup disambungkan dengan beban kolom yang cukup tinggi.
3. Situs ini memungkinkan perpindahan horizontal di dasar urutan 200mm atau lebih.
4. Beban lateral karena angin kurang dari sekitar 10% dari berat struktur.
 

· Ketika gempa bumi terpengaruh pada struktur dasar tetap pada struktur waktu itu tidak bertahan melawan gempa bumi.
· Tetapi dalam struktur yang terisolasi dasar, ketika gempa bumi terpengaruh pada bangunan struktur bertahan melawan gempa bumi dengan sangat baik.
· Dalam struktur tetap, struktur bergerak dengan gerakan tanah.
· Dalam struktur yang terisolasi, struktur tidak bergerak dengan gerakan tanah. Tetapi bantalan isolasi bergerak dengan gerakan tanah. Jadi kita bisa mengatakan strukturnya aman.

Isolator seismik

Isolator elastomer
▶ Bantalan karet alam linier (LNR)
▶ Bantalan karet rendah
▶ Bantalan Rubber Timbal (LRB)
▶ Bantalan karet pembuangan tinggi (HDR)

Isolator geser
System Sistem Gesekan Tangguh
System Sistem Pendulum Gesekan (FPS)

Ini terbentuk dari lapisan horizontal karet alami atau sintetis dalam lapisan tipis yang terikat di antara pelat baja.
Pelat baja mencegah lapisan karet dari tonjolan sehingga bantalan dapat mendukung beban vertikal yang lebih tinggi dengan hanya deformasi kecil.
Bantalan elastomerik polos memberikan fleksibilitas tetapi tidak ada redaman yang signifikan dan akan bergerak di bawah beban servis.

1, Bantalan Karet Alam Redaman Rendah (LDR)
Rasio redaman=2% hingga 3%
Manufaktur mudah.
Respons tidak sangat sensitif suhu, laju pemuatan dan penuaan.
Strain geser melebihi hingga 100%.

2, Bantalan Karet Alam Redaman Tinggi (HDR)
Redaman ditingkatkan dengan menambahkan karbon hitam ekstra hitam, minyak atau resin dan pengisi lainnya.
Strain geser maksimum=200 hingga 350%
Rasio redaman=10 hingga 20% pada strain geser 100%
Redaman yang efektif tergantung pada:
· Kecepatan beban
· Muat riwayat
· Suhu

3, bantalan karet timbal (bantalan karet laminasi) (LRB)
Bantalan karet timbal atau bantalan karet inti timbal terbentuk dari pasukan lead plug yang dipasang ke dalam lubang yang telah dibentuk sebelumnya dalam bantalan elastomer. Inti timbal memberikan kekakuan di bawah beban servis dan disipasi energi di bawah beban lateral tinggi. Pelat baja atas dan bawah, lebih tebal dari shim internal, digunakan untuk mengakomodasi perangkat keras pemasangan. Seluruh bantalan terbungkus dalam karet penutup untuk memberikan perlindungan lingkungan.
Ketika mengalami beban lateral rendah (seperti gempa bumi kecil, beban angin atau lalu lintas) bantalan karet timbal kaku baik secara lateral maupun vertikal.
Kekakuan lateral dihasilkan dari kekakuan elastis tinggi dari steker timbal dan kekakuan vertikal (yang tetap pada semua tingkat beban) dihasilkan dari konstruksi baja bantalan.

4, isolator geser
Jenis sistem isolasi paling umum kedua menggunakan elemen geser antara fondasi dan dasar struktur.
Oleh pegas tegangan tinggi atau bantalan karet laminasi dengan membuat permukaan melengkung geser.
Mekanisme ini memberikan kekuatan pemulihan untuk mengembalikan struktur ke posisi keseimbangannya.
4a. Isolator geser datar (sistem gesekan tangguh)
Dua jenis isolator geser datar:
· Dengan kapasitas baru
· Tanpa kapasitas baru
1). Geser isolator tanpa kapasitas baru
Ini terdiri dari permukaan geser horizontal, memungkinkan perpindahan dan dengan demikian menghilangkan energi dengan menggunakan gesekan yang ditentukan antara kedua komponen geser dan baja tahan karat.
Salah satu masalah khusus dengan struktur geser adalah perpindahan residu yang terjadi setelah gempa bumi besar.
2). Geser isolator dengan kapasitas baru
Dibandingkan dengan isolator geser, sliding isolation pendula (SIP) dengan kapasitas baru memiliki pelat geser cekung.
Karena geometri, setiap perpindahan horizontal menghasilkan gerakan vertikal isolator.
Energi potensial, yang disimpan oleh superstruktur, yang telah didorong ke atas, secara otomatis mengakibatkan pembentukan bantalan ke posisi netral.
Mereka tetap fleksibel secara horizontal, menghilangkan energi, dan memecahkannya sebagai superstruktur ke posisi netral.

4b. Isolator geser bola (rol) (sistem pendulum gesekan) (FPS/FPB)
Sistem pendulum gesekan adalah sistem isolasi geser di mana berat struktur didukung pada permukaan geser bola yang bergeser relatif satu sama lain ketika gerakan tanah melebihi tingkat ambang batas.

Persyaratan untuk pemasangan sistem isolasi dasar adalah bahwa bangunan dapat bergerak secara horizontal relatif ke tanah, biasanya setidaknya 100 mm.
Konfigurasi yang paling umum adalah menginstal diafragma tepat di atas isolator.
Jika bangunan memiliki ruang bawah tanah maka opsinya adalah memasang isolator di bagian atas, bawah atau tengah kolom dan dinding ruang bawah tanah dan dinding.

1. Mengurangi permintaan seismik struktur, sehingga mengurangi biaya struktur.
2. Perpindahan yang lebih rendah selama gempa bumi.
3. Meningkatkan keamanan struktur
4. Mengurangi kerusakan yang disebabkan selama gempa bumi. Ini membantu dalam mempertahankan kinerja struktur demi acara.
5. Meningkatkan kinerja struktur di bawah beban seismik.
6. Pelestarian Properti

· Menantang untuk diimplementasikan dengan cara yang efisien.
· Tunjangan untuk membangun perpindahan.
· Tidak efisien untuk bangunan bertingkat tinggi
· Tidak cocok untuk bangunan yang diletakkan di tanah lunak.
 

1. Isolasi dasar jembatan
2. Isolasi dasar bangunan penting
3. Meningkatkan respons struktur bersejarah
4. Isolasi di bidang mesin

Metode isolasi dasar seismik telah terbukti menjadi metode yang dapat diandalkan dari desain yang tahan gempa.
Keberhasilan metode ini sebagian besar disebabkan oleh pengembangan perangkat isolasi dan perencanaan yang tepat.
Sistem isolasi yang dapat beradaptasi diperlukan untuk menjadi efektif selama berbagai peristiwa seismik.
Upaya diperlukan untuk menemukan solusi untuk situasi seperti daerah yang dekat di mana berbagai macam gerakan gempa dapat terjadi.