Desain terhadap Variasi Beban. Seperti telah disebutkan, salah satu dari aspek penting pada pelengkung modern adalah bahwa struktur dapat didesain untuk menahan sejumlah tertentu variasi beban tanpa teijadi perubahan bentuk yang mencolok maupun kerusakan. Hanya pelengkung yang didesain dengan material kaku, seperti baja atau beton bertulang, yang mempunyai kemampuan demikian.
Semakin besar momen lentur, semakin besar pula ukuran elemen struktur yang diperlukan. momen lenturnya sangat besar, maka desain tersebut tidak layak lagi. Dengan demikian, tinjauan desain yang perlu dilakukan adalah menentukan kembali bentuk pelengkung yang dapat memberikan
momen lentur minimum untuk segala kondisi pembebanan yang mungkin. Bagaimana pun, momen lentur selalu ada karena satu bentuk hanya merupakan funicular untuk satu kondisi beban. Singkat kata, tidak tepat untuk menyebut pelengkung kaku sebagai funicular karena struktur demikian hanya furnicular untuk satu kondisi pembebanan.
a) Pelengkung 3 sendi setengah lingkaran dengan beban terpusat.
b) Analisis struktur
c) Gaya reaksi pada titik-titik ujung menyebabkan terjadinya lentur. Lentur maksimum terjadi pada titik M yaitu sebesar
d) Apabila pelengkung dibuat sesuai dengan garis kerja gaya-gaya pada ujung, maka tidak akan ada mpmen lentur. Yang membuat struktur funikular untuk beban yang ada.
e) Momen yang timbul pada struktur sebanding dengan deviasi struktur dari bentuk funikular.
Gambar 2.3.f .3.1 Momen lentur yang timbul pada struktur pelengkung yang tidak secara funikular dibentuk untuk beban yang diberikan.
Sumber: Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 230
Perhatikan pelengkung tiga sendi yang terl.ihat pada Gambar 2.3.f .3.1 (a) (yang pada dasarnya dibentuk berdasarkan beban berarah radial ke dalam). Hasil analisis ini terlihat pada Gambar 2.3.f .3.1
(b). Dengan memperhatikan diagram benda bebas salah satu dari kedua segmen struktur kita dapat melihat bahwa gaya reaksi dan gaya pada titik hubung sendi dapat dipandang sebagai gaya eksternal terhadap elemen struktur. Dalam kasus ini gaya-gaya tersebut kolinear. Seperti terlihat pada Gambar 2.3.f .3.1 (c), gaya-gaya tersebut rnenyebabkan timbulnya momen lentur di sepanjang elemen struktur. Momen lentur terbesar akan terjadi pada titik yang disebut M. Apabila struktur tidak didesain untuk memikul momen, pada titik ini dapat terjadi retak yang kemudian dapat menyebabkan terjadinya keruntuhan. Semakin besar lengan momen gaya eksternal terhadap suatu titik pada struktur, maka semakin besar momen lentur yang timbul, begitu pula sebaliknya.
Bergantung pada beban yang bekerja, struktur itu dapat didesain untuk memikul momen lentur yang timbul. Meskipun demikian, dari tinjauan desain. Apabila kita menggunakan elemen struktur yang lurus, yang berimpit dengan garis kerja gaya-gaya kolinear, maka elemen struktur itu tidak akan mengalami momen lentur. Hanya ada gaya aksial padanya karena lengan momen akibat gaya eksternal adalah nol. Karena itulah untuk beban tersebut, bentuk strukturnya seperti terlihat pada Gambar 2.3.f . 3.1 (d), tidak seperti pada Gambar 2.3.f .3.1 (a). Ukuran penampangnya dapat jauh lebih kecil.
Perlu diperhatikan bahwa bentuk yang diperoleh di atas, yang memikul beban tanpa terjadi momen lentur, adalah bentuk funicular untuk beban tersebut sebagai mana diperoleh dari kabel berorientasi lawannya dan dibebani sama. Perlu diingat juga bahwa besar momen lentur yang timbul pada suatu titik struktur semula berbanding langsung dengan deviasi titik tersebut ke bentuk funicular [ lihat Gambar 2.3.f .3.1 (e)].
a) Anggapan bahwa lokasi tiga sendi diketahui. Desain struktur untuk memikul beban mati + hidup penuh serta beban mati penuh + beban hidup sebagian.
b) Bentuk funikular untuk kondisi beban penuh.
c) Beban funikular untuk beban mati penuh + sebagian beban hidup (segmen kiri diberi beban hidup.
e) Bentuk funikular gabungan
f) Analisis secara kasar dapat diterapkan untuk memperolah kemiringan kritis struktur.
g) Apabila struktur didesain untuk mengandung garis-garis funikular untuk berbagai kondisi beban yang mungkin, maka lentur dapat diminimumkan. Apabila garis-garis tersebut terkandung dalam sepertiga tengah
penampang melintang, maka hanya tegangan aksial yang timbul pada struktur.
Gambar 2.3.f .3.2 perancangan dengan meminimumkan efek variasi beban. Jembatan salginatobel yang didesain oleh robert mailart dan dibangun antara tahun 1929 dan 1930 menunjukan cara pembuatan bentuk seperti pada G
tetapi menggunakan konsep struktur yang lebih rumit. Beberapa jembatan baja, seperti yang ada di roxbary, massachussts, yang dianggap rancangan oleh perencana anonim, juga mempunyai bentuk umum yang sama.
Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 231
Meskipun satu bentuk struktur hanya funicular untuk satu jenis pembebanan, entur dapat diminimumkan dalam desain. Perhatikan struktur yang terlihat pada Gambar 2.3.f .3.2 di mana diinginkan desain struktur pelengkung yang mempunyai tiga sendi untuk memikul kondisi pembebanan sebagai berikut: (1) beban mati saja, (2) beban mati penuh ditambah beban hidup penuh, dan (3) beban mati penuh ditambah beban hidup pada salah satu segmen struktur. Gambar 2.3.f .3.2 (b)-(d) memperlihatkan bentuk-bentuk funicular untuk kondisi-kondisi pembebanan tersebut. Sendi tengah menentukan tinggi struktur di tengah karena garis funicular harus melului sendi itu (sendi adalah titik di mana momen lentur dan rotasional akibat gaya-gaya terhadap titik tersebut adalah nol - kondisi ini dipenuhi oleh semua titik pada kurva funicular). Dengan menggabungkan bentuk-bentuk
Pelengkung tiga sendi relatif tidak dipengaruhi oleh turunnya tumpuan karena kedua segmen pelengkung hanya saling berputar.
Pelengkung dua sendi relatif tidak dipengaruhi oleh turunnya tumpuan karena adanya sendi memungkinkan struktur mengalami perputaran sebagai satu kesatuan. Pondasi reaksi horizontal yang menimbulkan momen maksimum besar di puncak.
funicular tersebut, kita peroleh Gambar 2.3.f .3.2 (e). Apabiia efek-efek beban hidup off-balanced cukup kecil, maka kurva-kurva itu akan sangat berdekatan. Apabila kurva ini sangat berdekatan, maka struktur tersebut dapat didesain mempunyai penampang sedemikian hingga semua kumpulan kurva dikandung oleh ukuran itu. Apabila hal ini dilakukan, maka momen lentur pada struktur akan menjadi kecil untuk semua kondisi pembebanan yang mungkin. Gambar 2.3.f .3.2 (f) mengilustrasikan analisis yang lebih kuantitatif untuk struktur tersebut. Bentuk struktur yang dimaksud terli pada Gambar 2.3.f . 3.2 (g).
Apabila setiap struktur pada gambar dibentuk secara funikular, maka gaya internal utama yang timbul pada semua struktur akan sam.
Turunnya tumpuan (support settlements). Pelengkung tiga sendi adalah jenis yang paling kecil dipengaruhi oleh turunnya tumpuan sementara pelengkung jepit adalah yang paling dipengaruhi.
Gambar 2.3.f .3.3 efek – efek berbagai kondisi tumpuan ujung pelengkung. Karena ada keuntungan dan
kerugian relatif, maka pemilikan jenis kondisi ujung harus memperhiungkan konteks desain masing-masing. Pelengkung dua sendi sering digunakan karena jenis struktur ini menggabungkan keuntungan pelengkung tiga
sendi dan pelengkung jepit, tanpa menggabungkan kerugiannya. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 233
Kontrol Kondisi Tumpuan
Pada desain struktur pelengkung kaku, penentuan bagaimana kondisi pada ujung adalah hal yang cukup penting. Ada tiga jenis utama pelengkung berdasarkan kondisi ujungnya, yaitu pelengkung tiga sendi, pelengkung dua sendi, dan pclengkung jepit (lihat Gambar 2.3.f .3.3). Pembahasan kita lebih banyak terpusat pada pelengkung tiga sendi karena jenis pelengkung inilah yang tertentu. Reaksi, gaya-gaya pada titik hubung, rnomen, serta gaya internal pula pelengkung tiga sendi dapat diperoleh dengan menerapkan secara langsung persamaan keseimbangan. Sedangkan analisis pelengkung dua sendi serta pelengkung jepit tidak dapat hanya didasarkan atas keseimbangan statis. Analisnya diluar
Pelengkung jepit paling besar dipengaruhi oleh turunya tumpuan. Tidak
adanya sendi
mengakibatkan struktur mengalami momen lentur yang relatif besar.
c) Ekspansi dan kontraksi karena perubahan temperatur. Pelengkun tiga sendi paling sedikit dipengaruhi sementara pelengkung jepit paling dipengaruhi
d) Kekakuan pelengkung jepit lebih diinginkan untuk kontrol defleksi, kemudian pelengkung dua sendi adalah yang paling tidak baik untuk masalah defleksi. Untuk beban dan struktur pelengkung yang sama dalam segala hal
kecuali kondisi ujungnya. Gambar 2.3.f .3.3 Sambungan.
Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 234
Apabila didesain sebagai bentuk yang funicular untuk suatu jenis beban, perilaku ketiga jenis struktur pelengkung kaku sama saja terhadap beban tersebut. Perbedaan yang ada hanyalah pada kondisi ujung (tumpuan) yang dipakai. Gaya tekan internal yang timbul sama saja. Sekalipun demikian, apabila faktor-faktor lain ditinjau, akan muncul perbedaan nyata. Faktor-faktor yang penting meliputi efek settlement (penurunan) tumpuan, efek perpanjangan atau perpendekan elemen struktur akibat perubahan temperatur, dan besar relatif defleksi akibat beban. Gambar 2.3.f .3.2 mengilustrasikan bagaimana jenis-jenis pelengkung itu berperilaku terhadap faktor - faktor tersebut..
Penentuan kondisi tumpuan yang akan digunakan harus dilakukan berdasarkan kondisi desain yang ada dan dengan memperhitungkan mana kondisi yang dominan. Yang sering digunakan adalah pelengkung dua sendi karena jenis struktur rnenggabungkan keuntungan yang ada pada kedua jenis pelengkung lainnya tanpa menggabungkan kerugian kedua-duanya.
c) Masalah tekuk lateral dapat dipecahkan dengan menggunakan pengaku lateral. Pengaku ini dapat berbentuk silang atau bentuk lain, dan berfungsi menjamin kestabilan lateral.
Gambar 2.3.f .3.4 Tinjauan Desain Pelengkung. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 235
Perilaku Lateral pada Pelengkung. Ada dua mekanisme yang umum dipakai untuk mencegah hal ini. Salah satunya adalah dengan menggunakan tumpuan jepit. Akan tetapi, seperti telah disebutkan, ada kerugian tertentu pada penggunaan tumpuan jepit, yang lebih berhubungan dengan perilaku pelengkung di dalarn bidang daripada di luar bidang. Untuk struktur yang sangat besar, penggunaan tumpuan jepit untuk mencegah ketidakstabilan lateral juga memerlukan pondasi masif agar guling tidak terjadi. Cara lain memperoleh kestabilan lateral ialah dengan menggunakan elemen struktur lain yang dipasang secara transversal terhadap pelengkung tersebut. Sepasang pelengkung di tepi-tepi struktur lengkap dapat distabilkan dengan menggunakan elemen-elemen diagonal. Pelengkung interior dapat distabilkan dengan cara menghubungkannya dengan pelengkung lainnya dengan menggunakan elemen struktur transversal.
Masalah kedua yang penting pada perilaku lateral pelengkung ialah masalah tekuk lateral. Karena gaya internal yang timbul pada pelengkung biasanya tidak terlalu besar, desain pelengkung dengan menggunakan material bermutu tinggi (misalnya baja) akan menghasilkan elemen yang relatif langsing. Karena langsingnya, ada kemungkinan terjadi tekuk ke luar bidang dengan ragam seperti terlihat pada Gambar 2.3.f .3.4
(
b). Seperti pada rangka batang, salah satu pemecahan masalah tekuk lateral ialah untuk mernperbesar kekakuan pelengkung pada arah lateral dengan memperbesar dimensi lateral. Pemecahan lainnya ialah dengan menggunakan pengaku yang diletakkan pada jarak-jarak tertentu (Gambar 2.3.f .3.5). Dengan menggunakan elemen-elemen pengaku lateral, struktur pelengkung yang digunakan dapat yang langsing. Perlu diperhatikan bahwa sistem yang digunakan untuk pelengkung terhadap guling secara lateral juga memberikan pengaku lateral padanya dan dapat mencegah terjadinya tekuk lateral.a) Pelengkung kaku digunakan pada jembatan. Dek jembatan digantung pada pelengkung.elemen struktur transversal menstabilkan pelengkung terhadap gaya lateral.
b) Kekakuan pelengkung membuatnya mampu memikul beban terpusat pada dek jembatan. Pada gambar ini, kekakuan diperoleh dengan triangulasi elemen-elemen diskret.
c) Pelengkung jepit digunakan pada gedung. Dek atap biasanya diletakkan langsung pada elemen struktur transversal yang pada gilirannya ditumpu oleh pelengkung. Kekakuan lateral diberikan oleh elemen bracing.
d) Kekakuan pelengkung membuatnya mampu memikul beban atap tak merata. Kedua elemen kaku dapat digunakan pada gedung besar atau susunan segitiga pada (b).
Gambar 2.3.f .3.5 Penggunaan pelengkung kaku pada jembatan dan gedung. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 236
2.2.g MATERIAL
Kabel yang digunakan biasanya berdasarkan keperluan atau beban yang dipikulnya. Macam tipe kabel menurut standar DIN 18 800 seluruh kabel yang digunakan untuk struktur bangunan dikategorikan sebagai high tensile members. Secara struktur kabel-kabel tersebut mempunyai kekuatan rencana yang lebih tinggi dari pada batang tarik baja, sehingga luas penampang yang sama dapat memikul beban yang lebih besar berdasarkan standar dan kegunaannya.
Untuk keprluan konstruksi bangunan, dikenal dengan tiga type penampang kabel, yaitu spiral stands, full locked cables dan structur wire ropes untuk konstruksi khusus.
2. Full locked coil pic
3. Structural wire ropes
Gambar 2.3.g.1 jenis-jenis kabel konstruksi.
Sumber: Harianto Hardjasaputra.STRUKUR TRANSPARAN. Hal 38
Spiral strands terutama digunakan untuk membangun dimana bebannya relatif kecil seperti untuk pendukung antena telekomunikasi, cerobong asap, ikatan angin (bracing) pada jaringan kabel, struktur kayu dan baja. Spriral strands diproduksi dengan diameter antar 5 mm sampai dengan 40 mm. Spriral strands hanya terdiri dari dari susunan kawat-kawat yang berpenampang lingkaran, akibatnya terdapat celah-celah antara spiral strand, sehingga tipe ini dikelompokkan pada material yang kuran tahan terhadap bahaya korosi.
Sifat-sifat khusus dari full locked coil cables, adalah :
1. Mempunyai E modulus yang tinggi dan permukaan kabel mempunyai daya tahan tinggi 2. Permukaan kabel tertutup, sehingga tahan terhadap korosi
3. Penampang kabel bagian dalam atau bagian intinya terdiri dari kawat-kawat dengan penampang lingkaran, sedangkan bagian berpenampang dengan bentuk Z.
Structural wire ropes, terutama dipasang sebagai kabel tepi pada struktur membran ( textile structure ). Memilki sifat yang fleksibel berdasarkan standart yang telah di ataur dalam produksinya.
Perlu diperhatikan pada penggunaan kabel adalah tegangan batas yang dimilki dari setiap tipe kabel yang berlainan. Modulus elastisitas kabel tipe spiral stands terdiri dari tipe dengan 130.000
Tabel 2.3.g.1
Standart tegangan pada kabel
Tipe kabel Modulus elastisitas
(N/mm2) Tegangan tarik batas (N/mm2)
Spiral strand 130.000 ±10 730
160.000 ±10 923
Full locked 160.000 ±10 871
Standar umur dan keamanan dari struktur kabel baja sangat ditentukan oleh teknik perlindungn terhadap korosi. Sistem anti karat harus menjamin keamanan dan umur dari konstruksi. Sistem anti karat kabel dapat dibagi dalam beberapa langkah :
1. Anti karat secara konstruktip, yaitu mengusahakan agar air hujan jangan sampai terperangkap pada sambungan-sambungan kabel.
2. Anti karat pada setiap kawat. 3. Anti karat bagian dalam kabel. 4. Anti karat pada permukaan kabel.
Lapisan anti karat yang umum digunakan adalah lapisan ZINK.