2.2 Struktur Kabel 2.2.a Pengertian PDF

Preview

Summary

2.2 Struktur Kabel 2.2.a Pengertian Struktur kabel adalah sebuah sistem struktur yang bekerja berdasarkan prinsip gaya tarik, terdiri atas kabel baja, sendi, batang, dsb yang menyanggah sebuah penutup yang menjamin tertutupnya sebuah bangunan. Struktur kabel dan jaringan dapat juga dinamakan struktu...

Description

Accelerat ing t he world's research.

2.2 Struktur Kabel 2.2.a Pengertian fajar alvin

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

St rukt ur dan konst ruksi Tant i Nurwi

T UGAS GAMT EK - ST RUKT UR BENTANG LEBAR muhammad farhan Teknik St rukt ur Bangunan Jilid 2 Kelas 11 Dian ariest adi Muhammad Lut hfi

2.2

Struktur Kabel

2.2.a Pengertian Struktur kabel adalah sebuah sistem struktur yang bekerja berdasarkan prinsip gaya tarik, terdiri atas kabel baja, sendi, batang, dsb yang menyanggah sebuah penutup yang menjamin tertutupnya sebuah bangunan. Struktur kabel dan jaringan dapat juga dinamakan struktur tarik dan tekan, karena pada kabel-kabel hanya dilimpahkan gaya-gaya tarik, sedangkan kepada tiang-tiang pendukungnya hanya dilimpahkan gaya tekan.

2.2.b Sejarah Banyak bangunan yang menggunakan struktur funicular. Kita tinjau struktur tarik dahulu. Sebagai contoh, jembatan gantung yang semula dikembangkan di Cina, India, dan Amerika Selatan adalah struktur funicular tarik. Ada struktur jembatan kuno yang menggunakan tali, ada juga yang menggunakan bambu. Di Cina ada jembatan yang menggunakan rantai, yang dibangun pada sekitar abad pertama SM. Struktur kabel juga banyak digunakan pada gedung misalnya struktur kabel yang menggunakan tali. Struktur ini dipakai sebagai atap amfiteater Romawi yang dibangun sekitar tahun 70 SM seperti terlihat pada Gambar 2.3.a.1. Sekalipun kabel telah lama digunakan, pengertian teorismenya masih belum lama dikembangkan. Di Eropa, jembatan gantung masih belum lama di gunakan meskipun struktur rantai-tergantung pernah dibangun di Alpen Swiss pada tahun 1218. Teori mengenai struktur ini pertama kali dikembangkan pada tahun 1595, yaitu sejak Fausto Veranzio menerbitkan gambar jembatan gantung. Selanjutnya pada tahun 1741 dibangun jembatan rantai di Durham Country, Inggris. Jembatan ini mungkin merupakan jembatan gantung pertama di Eropa.

Gambar 2.3.a.1 Struktur atap kabel pada Roman Colosseum,abad ke 70 SM. Kabel tali membentang secara radial melintasi struktur terbuka. Bentang struktur adalah 620 ft(188 m) pada sumbu manjor dan 513 ft (156 m) pada sumbu minor (dari durm). Sumber : Daniel L. Schdek. Struktur. Hal 194

Pada abad pertengahan 15, Leonardo da Vinci ( 1452-1519 ), dimana beliau dikenal dengan pelukis dan insinyur terkenal di abad reinassance, beliau membuat sketsa gambar konstruksi jembatan (gambar 2.3.a.2) dengan sistem jembatan kabel sebagai penopangnya (cable stayed bridge). Kemudian sketsa ini diperkenalka kepada Fritz Leonhard di Jerman.

16

Gambar 2.3.a.2 sketsa gambar Leonardo da Vinci. Sumber : Harianto Hardjasaputra. STRUKTUR TRANSPARAN. Hal 18

Titik balik penting dalam evolusi jembatan gantung terjadi pada awal abad ke-19 di Amerika, yaitu pada saat James Findley mengembangkan jembatan gantung yang dapat memikul beban lalu lintas. Findley membangun jembatannya untuk pertama kali pada tahun 1810 diJacobs Creek, Uniontown, Pennsylvanis dengan menggunakan rantai besi fleksibel. Inovasi Findley bukalah kabelnya melainkan penggunaan dek jembatan yang diperkaku yang pengkakunya diperoleh dengan menggunakan rangka batang kayu. Penggunaan dek kaku ini dapat mencegah kabel penumpunya berubah bentuk sehingga bentuk permukaanjalan juga tidak berubah (lihat Gambar 2.3.a.3). Inovasi Findley dilanjutkan oleh Thomas Telford di Inggris dengan mendesain jembatan yang melintasi Selat Menai di Wales (1818–1826). Louis Navier, ahli matematika Prancis yang amat terkenal, membahas karya Findley dengan menulis buku mengenai jembatan gantung, Rapport et Memoire sur les Ponts Suspends, yang diterbitkan pada tahun 1823.

a. Beban mati struktur merupakan beban terdistribusi. Bentuk kabel adalah parabolik.

b. Beban hidup dapat berpindah-pindah dan seringkali berupa beban terpusat. Apabila dek jembatan tidak kaku, maka kabel dan juga dek jembatan akan berubah bentuk pada saat mengalami beban hidup.

17

c. Membuat dek jembatan kaku pada arah longitudinal, gaya-gaya pada kabel yang disebabkan oleh beban terpusat akan terdistribusi secara lebih merata. Bentuk kabel dan bentuk dek akan relatif konstan. Gambar 2.3.a.3 Struktur jembatan gantung : penggunaan dek jembatan kaku. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 195

Segera setelah inovasi Findley, banyak jembatan gantung terkenal lainnya dibangun, misalnya jembatan Clifton di Inggris (oleh Isombard Brunel) dan jembatan Brooklyn (oleh John Roebling). Banyak pula jembatan modern yang di bangun setelah itu, misalnya yang membentangi Selat Messina dengan bentang tengah sekitar 5000 ft (1525 rn) dan jembatan Verazano-Nanrows yang bentang tenggahnya 4260 ft (1300 m). Penggunaan kabel pada gedung tidak begitu cepat karena pada saat itu belum ada kebutuhan akan bentang yang sangat besar. Meskipun James Bogardus telah memasukkan proposal kepada Crystal Palace path New York Exhibition pada tahun 1853, yang mengusulkan atap gedung berbentuk lingkaran dan besi tuang berdianmeler 700 ft (213 m) digantung dari rantai yang memancar dan ditanam pada menara pusat, struktur pavilyun pada pameran Nijny-Novgorood yang oleh V. Shookhov pada tahun 1896 dianggap sebagai awal mulainya aplikasi pada gedung modern. Struktur-struktur yang dibangun berikutnya adalah persis lokomotif pada Chicago World’s Fair pada tahun 1933 dan Livestok Pavillion yang dibangun di Raleigh, North Carolina pada sekitar tahun 1950 itu sangat banyak dibangun gedung yang menggunakan struktur kabel.

2.2.c Sejarah dan pengertian Struktur Pelengkung Pasangan kabel, yaitu pelengkung, juga telah banyak digunakan pada waktu ideal. Singkat kata, banyak pelengkung kuno, khususnya yang berbentuk setengah lingkaran, yang digunakan oleh bangsa Romawi, tidak benar-benar merupakan sturtur funicular karena bentuknya sedikit menyimpang dari kurva funicular (lihat Gambar 2.3.b.1 ) untuk beban yang dialaminya. Akan tetapi, karena besarnya 1uas penampung pelengkung tersebut, perbedaan kurva mi terhadap perilaku struktur dapat di abaikan.

Gambar 2.3.b.1 mekanisme keruntuhan pelengkung. Terjadi keretakan pada beberapa lokasi sebelum terjadi keruntuhan. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 196

18

Karakteristik pelengkung kuno ialah pelaksanaannya menggunakan tumpuan sementara sampai bagian puncaknya ditumpuk. Struktur yang diperoleh ini semua stabil apabila ditambah bobot pada puncaknya Idenya ialah semakin besar beratnya, semakin tinggi gaya tekan yang timbul di antara blok-blok, dan semakin kecil kemungkinan terjadinya retak di antara blok (yang dapat timbul akibat penyimpangan bentuk funicular atau perubahan beban). Teori awal mengenai pelengkung yang kebanyakan dikembangkan oleh rekayasawan Prancis pada abad 18 menyampaikan bahwa gaya tarik pada pelengkung dapat menyebabkannya runtuh. Sekaligus demikian, pelengkung bata urnumnya baru runtuh setelah terjadinya bata retak (lihat Gambar 2.3.b.1). Gaya tekan akibat beban mati pada pelengkung bata bentuknya benar pada umurnnya lebih besar daripada gaya tarik yang mungkin tirnbul sebagai akibat variasi beban hidup, karena itu struktur tersebut dengan aman mengalami pola pembebanan yang tidak terlalu berbeda dengan beban hidup yang sebelumnya telah diduga. Dengan lahirnya struktur baja dan beton, kekakuan elemen struktur pelengkung dapat lebih ditingkatkan sehingga pelengkung dapat mempertahankan bentuk dasamya dan tidak runtuh apabila dibebani menyimpang dari yang diantisipasi. Pe1engkung kaku modern sering kali diberi bentuk sesuai dengan kondisi beban primer dan mengalami gaya tekan apabila beban itu benar-benar ada. Akan tetapi pelengkung itu juga didesain untuk mempunyai tahanan terhadap momen yang cukup untuk memikul variasi beban. Dengan demikian, struktur tersebut tidak funicular terhadap beban yang baru. Dalam hal demikian, pelengkung kaku secara mendasar berbeda dengan kabel fleksibel. Kabel fleksibel harus selalu berubah bentuk apabila mengalami perubahan pembebanan, jadi pada dasarnya tidak dapat mengalami momen sama sekali, sedangkan pelengkung kaku tidak mengalami momen hanya untuk satu kondisi pembebanan dan dapat mengalami momen untuk berbagai variasi beban.

PRINSIP-PRINSIP UMUM 2.2.c Bentuk Funicular Hal penting yang mendasar dalam mempelajari pelengkung dan kabel ialah pengetahuan mengenai kurva atau kumpulan segmen elemen-garis-lurus yang membentuk funicular untuk pembebanan yang diberikan. Secara alami bentuk furnicular akan diperoleh apabila kabel yang bebas berubah bentuk kita bebani. Kabel yang berpenampang melintang konstan dan hanya memikul berat sendirinya dan mempunyai bentuk catenary (lihat Gambar 2.3.c.1).

a.Beban terdistribusi merata di sepanjang kabel ( misalnya beban sendiri kabel )

b.Beban terdistribusi merata pada proyeksi horizontal

19

c.Perbedaan kurva parabola dan catenary Gambar 2.3.c.1 kurva catenary versus parabolik. Kedua kurva sangat mirip. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 197

Kabel yang memikul vertikal yang terdistribusi secara horizontal di sepanjang kabel, seperti utama pada jembatan gantung yang memikul dek horizontal, akan mempengaruhi bentuk parabola. Kabel yang memikul beban terpusat (dengan mengabaikan sendirinya) akan mempunyai bentuk segmen-segmen garis lurus. Kombinasi bagai beban akan memberikan bentuk kombinasi di mana beban terbesar akan memberikan bentuk yang dominan. Bentuk pelengkung untuk beban yang merupakan kebalikan sederhana dan bentuk yang telah disebutkan di atas.

a.

Beban terpusat : kumpulan bentuk funikular untuk beba tipikal. Apabila tinggi struktur funikular berkurang, maka gaya dalam akan bertambah, an begitu pula sebaliknya.

b.

Kumpulan beban terdistribusi secar horizontal, dan bentuk struktur funikular

Gambar 2.3.c.2 Bentuk funikular tipikal untuk beban terpusat dan distribusi merata.beban diperoleh dengan elemen struktur yang tak dapat memikul momen.

20

Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 198

Seperti terlihat pada Gambar 2.3.c.2, ada kelompok bentuk funicular untuk beban-beban tertentu padanannya karena hanya bentuklah yang merupakan respons furnicular, bukan nilai absolutnya. Besar gaya yang timbul pada pelengkung ataupun kabel bergantung pada tinggi relatif bentuk funicular dibandingkan dengan panjangnya. Selain itu, besarnya juga tergantung pada lokasi dan besar beban yang bekerja (Lihat Gambar 2.3.c.3).Semakin tinggi pelengkung atau kabel, berarti semakin kecil gaya yang akan timbul pada struktur, begitu pula sebaliknya. Gaya reaksi yang timbul pada ujung-ujung pelengkung atau kabel juga bergantung pada parameter-parameter tersebut. Reaksi ujung mempunyai komponen vertikal dan horizontal yang haruss ditahan oleh fondasi atau oleh elemen struktural lainnya, misalnya batang tarik.

a.

Gaya-gaya pelengkung. Hanya gaya tekan yang timbul pada pelengkung ideal. Gaya maksimum terjadi reaksi

b.

Gaya-gaya kabel. Hanya gaya tarik yang timbul pada kabel. Gaya maksimum terjadi pada reaksi Gambar 2.3.c.3 Distribusi gaya pelengkung dan kabel. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 198

2.2.d Tinjauan Desain Khusus Sebelum ini kita telah membahas kabel sebagai elemen gantung tunggal sederhana. Selain itu, kabel banyak juga digunakan untuk hal lain. Struktur kabel lebih tepat dikategorikan sebagai struktur gantungan (suspension structures) atau cable-stayed structur (Gambar 2.3.d.1). Struktur gantungan secara khas dapat dibagi atas beberapa kelompok, yaitu (1) struktur berkelengkungan tunggal, yaitu yang dibuat dengan meletakkan kabel-kabel sejajar, menggunakan permukaan yang dibentuk oleh balok-balok atau plat yang membentang di antara kabel-kabel; (2) struktur berkelengkungan ganda, yaitu menggunakan kabel-kabel menyilang dan berkelengkungan saling berlawanan serta membentuk permukaan atap utama; dan (3) struktur kabel ganda, yaitu kabel ganda yang berkelengkungan saling berlawanan digunakan pada satu bidang vertikal. Cable-stayed structure pada umumnya menggunakan elemen struktur vertikal atau miring di mana kabel lurus membentang ke titik-titik kritis atau ke elernen struktur yang membentang secara horizontal (lihat Gambar 2.3.d.1).

21

Gambar 2.3.d.1 Jenis Dasar Struktur Kabel. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 198

Masalah kritis dalam desain setiap struktur atap yang menggunakan adalah efek dinarnis yang diakibatkan oleh angin, yang tidak begitu berpengaruh kepada struktur pelengkung. Perhatikan Gambar 2.3.d.2. Apabila angin bertiup di atas atap, akan timbul isap. Apabila besar isapan akibat angin ini melampaui beban mati struktur atap sendiri, maka permukaan atap akan mulai naik. Pada saat atap mulai naik bentuknya menjadi sangat berubah, gaya di atas atap akan berubah karena dan distribusi gaya angin pada suátu benda bergantung pada bentuk benda tersebut. Karena gaya angin berubah, maka struktur fleksibel tersebut akan berubah lagi sebagai respons terhadap beban yang bar u ini. Proses ini akan berulang. Sebagai akibatnya, atap tidak dapat mempunyai bentuk tetap, dan akan bergetar (flutter) selama ada gaya angin. Cara utama mencegah hal ini ialah dengan menggunakan permukaan atap yang berat sehingga flutter dapat dicegaholeh beban matinya. Alternatif lain adalah dengan menggunakan sistem kabel menyilang atau stayed-cable seperti terlihat pada Gambar 2.3.d.3.a,b,c,dan d.

22

a. Tumpuan angin diatas permukaan atap yang melendut yang mengakibatkan gaya isapan, gaya isapan ini yang menyebabkan atap fleksibel cembung ke atas.

b. Pada saat atap berubah bentuk sebagai akibat gaya isap, efek angin terhadap bentuk baru menjadi gaya tekan (bukan gaya isap) hal inilah yang menyebabkan atap berubah pada bentuk a lagi.

c. Pada saat atap bergerak keatas dan kebawah, efek angin adalah tekan dan isap secara bergantian. Yang mengakibatkan getaran secar konstan pada atap. Gambar 2.3.d.2 Efek Dinamis pada Atap Fleksibel. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 201

Struktur jaring kabel berkelengkungan ganda sering digunakan untuk mengatasi rnasalah getaran (flutter) ysng telah disebutkan di atas. Dengan menggunakan jaring permukaan yang terdini atas kabel-kabel yang saling tegak lurus dan berkelengkungan saling berlawanan, efek diam dapat diperoleh dan atap tidak mempunyai kecenderungan mengalami flutter. Kabel bermuka ganda juga mernpunyai karakteristik mencegah flutter pada atap.

Gambar 2.3.d.3.a Beban mati pada struktur dijadikan sedemikian besarnya sehingga dapat mengatasi gaya isap maksimum yang mungkin terjadi akibat angin. Mencegah resonansi. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 202

23

Gambar 2.3.d.3.b Stayed Cable Structure pada kabel dilakukan pretention. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 202

Gambar 2.3.d.3.c Kabel menyilang dengan kelengkungan sebaliknya, kabel padamulanya ditarik awal. Beban vertikal menyebabkan gaya tarik pada kabel atas pertambahan dan pada kabel bawah berkurang. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 202

Gambar 2.3.d.3.d struktur kabel dan pelengkung, kabel ditarik awal (pretentioned). Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 202

2.2.e ANALISIS JENIS-JENIS dan STRUKTUR PEMBEBANAN , GAYA-GAYA KABEL DAN PELENGKUNG 2.3.e.1 Pelengkung Tiga Sendi Sebagai cara mempelajari analisis dan desain struktur kabel dan pelengkung, sangat berguna untuk meninjau terlebih dulu bentuk khusus jenis struktur tersebut, yaitu pelengkung tiga sendi. Struktur ini bisa dapat dan bisa tidak dapat berupa struktur funicular, bergantung pada bentuknya. Pelengkung tiga sendi struktur yang terdiri atas dua bagian kaku yang saling dihubungkan oleh sendi dan mempunyai tumpuan sendi. Apabila kedua segmen tidak membentuk funicular untuk satu kondisi beban, dan ini yang memang umum terjadi, sebutan “pelengkung” tentu agak keliru. Meskipun

24

demikian, sebutan “pelengkung” pada struktur tiga sendi ini masih secara umum digunakan, baik untuk yang bentuknya funicular maupun yang tidak.

Gambar 2.3.e.1.1 Gelerie des Machines, Pameran Internasional, Paris, 1889. Dasar struktur pelengkung tiga sendi. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 203

Struktur pelengkung tiga sendi dlkembangkan oleh rekayasawan Prancis dan Jerman pada pertengahan abad ke-19, khususnya untuk mengatasi kesulitan perhitungan pada jenis pelengkung sebelurnnya (pelengkung jepit). Adanya sendi pada puncak dan fondasi struktur memungkinkan adanya gaya internal maupun gaya vertikal dihitung secara tepat sehingga bentuk funicular untuk setiap bagian dapat dengan tepat ditentukan. Karena itulah struktur yang lebih besar dapat dibangun dengan lebih meyakinkan. Galerie des Machines yang sangat terkenal (sebenarnya bernama Palais des Machines di Pameran Paris pada tahun 1816) merupakan struktur yang terdiri atas sekumpulan pelengkung tiga sendi. Perhatikan struktur pelengkung tiga sendi seperti terlihat pada Gambat 2.3.e.1.2. Jelas bahwa struktur mi tidak dibentuk secara funicular. Untuk saat ini hal tersebut tidak menimbulkan konsekuensi apa pun. Apabila diperlukan, pada saatnya nanti bentuknya akan didesain ulang menjadi bentuk funicular.

a)

Struktur Dasar

25

b) Diagram benda bebas untuk setiap bagian struktur. Komponen-komponen gaya pada titik hubung.

c)

Diagram benda bebas setiap bagian. Gaya-gaya pada titik hubung Gambar 2.3.e.1.2 gaya-gaya pada pelengkung 3 dimensi. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 204

Perhatikan bahwa perilaku hubungan pada B adalah sedemikian rupa sehingga ujung segmen AB bebas berotasi pada saat mengalami beban. Ini berarti bahwa segmen BC tidak berpartisipasi dalam menahan rotasi ujung AB. Ujung-ujung segmen yang saling berhubungan dapat berotasi dengan bebas, tanpa saling mempengaruhi. Hubungan sendi ini tidak dapat menyalurkan momen dari satu segmen ke segmen lain atau, dengan perkataan lain, momen lentur pada titik hubung tersebut adalah nol. Dengan demikian jumlah semua efek rotasional yang timbul terhadap titik hubung tersebut, yang diakibatkan oleh gaya eksternal maupun internal,adalah nol. Karena beban eksternal bekerja secara langsung pada segmen kiri, maka arah gaya yang disalurkan melalui titik hubung sendi itu tidak harus kolinear dengan segmen tersebut seperti yang biasa terjadi pada rangka batang. Pada contoh benikut ini akan dicari besar dan arah gaya-gaya pada setiap titik hubung dengan meninjau keseimbangan seluruh struktur dulu, kemudian keseimbangan setiap bagian. Komponen gaya yang bekerja pada elemen kiri dapat dihitung pula resultannya seperti terlihat pada Gambar 2.3.e.1.2.(c). kerena segmen kiri struktur adalah elemen struktur tiga gaya, maka garis kerja semua gaya padanya harus melalui satu titik agar keseimbangan terpenuhi. Pada Gambar 2.3.e.1.2 (c) terlihat jelas bahwa garis kerja gaya-gaya tersebut melalui satu titik, yaitu titik nol. Meskipun gaya-gaya yang diperoleh tidak bergantung pada bentuk segmen kaku, terlihat jelas bahwa bentuk linear yang terlihat pada Gambar 2.3.e.1.2 bukanlah bentuk funicular untuk beban eksternal karena beban itu menghasilkan lenturan pada elemen struktur sebelah kiri. Karena struktur-struktur tersebut statis tertentu, kita dapat menentukan ya-gaya pada titik tumpuan dan pada titik hubung sendi dengan menggunakan etode yang telah diuraikan di atas tanpa

26

harus mengetahui bentuk struktur yang sebenarnya (kita anggap herat sendiri struktur dapat diabaikan, dan segmen-segmen rsebut kaku). Komponen gaya vertikal dan horizontal kita tentukan dengan menggunakan perhitungan keseimbangan seperti terlihat pada Garnbar 2.3.e.1.3(b), 2.3.e.1.4(b), dan 2.3.e.1.5(b).

a.Beban lokasi

b. Gaya-gaya pada titik hubung

c. Bentuk funikular

d.Garis kerja gaya-gaya e.Pemberian sruktur.terjadinya gaya aksial f. Momen datang disembarang bentuk. Gambar 2.3.e.1.3 Pembentukan pelengkung...