BAB 3 METODE PENELITIAN

(1)

16

BAB 3

METODE PENELITIAN 3.1 Uraian Umum

Penelitian ini menggunakan analisis Metode Elemen Hingga (MEH) dengan bantuan SAP 2000 dan dibagi menjadi beberapa tahapan utama penelitian, yaitu sebagai betikut:

a. Studi Pustaka

b. Pengumpulan data sekunder c. Penelitian utama

d. Analisis dan pembahasan e. Kesimpulan dan saran

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat

Penelitian ini menggunakan perangkat keras dan perangkat lunak dalam mendukung analisis akibat pengaruh ketebalan plat yang tepat dan akurat.

Perangkat keras dan lunak yang digunakan adalah sebagai berikut:

Perangkat Keras a. Laptop b. Mouse Perangkat Lunak

a. Operating System : Microsoft Windows 10

b. Analisis sistem Cakar Ayam Modifikasi (CAM) : SAP2000 c. Pengolahan data : Microsoft Excel 2013

d. Pembuatan laporan : Microsoft Word 2013 e. Pembuatan gambar : Autocad 2007

3.2.2 Bahan

Bahan yang dibutuhkan untuk melaksanakan penelitian ini adalah buku referensi, jurnal penunjang penelitian, literatur mengenai penelitian terdahulu, dan data sekunder yang didapat dari Jannah (2018) untuk permodelan, Setiawan (2015) untuk data tanah, serta Firdiansyah (2009) untuk data beton dan baja.

(2)

3.2.2.1 Parameter Input

Parameter input pada penelitian ini adalah penambahan gaya horizontal sebesar 20% dan 50% pada masing-masing pembebanan horizontal. Parameter tanah yang digunakan mengacu pada penelitian sebelumnya, yaitu Setiawan (2015) dimana sampel tanah berasal dari Desa Widodaren, Kecamatan Banjarjo, Kabupaten Ngawi, Jawa Timur (Tabel 3.1). Nilai modulus reaksi subgrade horizontal (kh) merupakan 5 hingga 10 kali nilai kv, pada penelitian ini melanjutkan penelitian sebelumnya dimana nilai kh yang diambil merupakan 5 kali nilai kv.

Tabel 3.1 Parameter subgrade, Setiawan (2015)

No. Parameter Nilai Satuan

1. Modulus reaksi subgrade vertikal tanah (kv) 48000 kN/m³ 2. Modulus reaksi subgrade horizontal (kh) 240000 kN/m³ 3. Koefisien gesek tanah (𝑘𝜏) 28701 kN/m³

4. Kohesi tak terdrainase, cu 243 kN/m³

5. Faktor gesekan, fs 72,9 kN/m³

6. Faktor adhesi, δ 0,3 -

7. Lendutan yang diamati, α 2,54 mm

Data material property beton dan baja yang digunakan pada penelitian ini mengacu pada Firdiansyah (2009) (Tabel 3.2).

Tabel 3.2 Material property beton dan baja, Firdiansyah (2009)

Material Property Parameter Nilai Satuan

Baja Berat volume

Modulus elastisitas (E) Angka passion

Tegangan leleh (fy) Tegangan putus (fu)

78,5 20000000 0,3 24000 37000

kN/m³ kN/m²

-

kN/m² kN/m²

Beton Berat volume

Modulus elastisitas (E) Angka passion

Kuat tekan beton (fc)

24

23500000 0,15 25000

kN/m³ kN/m²

-

kN/m²

(3)

3.2.2.2 Beban semi - truk

Pembebanan yang digunakan mengacu pada SNI 1725 2016 Pembebanan Jembatan dengan konfigurasi pembebanan seperti Gambar 3.1. Beban yang diaplikasikan merupakan pembebanan semi truk satu sumbu depan, satu sumbu tengah, dan satu sumbu belakang.

Gambar 3.1 Pembebanan semi truk (SNI 1725 2016 Pembebanan Jembatan)

Gambar 3.2 Potongan memanjang dan melintang beban semi truk

(4)

Pembebanan vertikal yang terjadi pada sumbu depan adalah 25 kN dan pada sumbu tengah dan belakang adalah 112,5 kN, sedangkan pembebanan horizontal yang terjadi adalah 20% dan 50% dari beban vertikal yang terjadi.

Dimensi penampang roda truk adalah 150 mm x 250 mm untuk roda depan dan 250 mm x 750 mm untuk roda tengah dan belakang. Penampang ini kemudian diekuivalenkan menjadi bentuk lingkaran sehingga didapatkan jari-jari bidang kontak dan beban merata dengan Persamaan 2.6 dan 2.7. Rekapitulasi jari-jari dan beban merata dapat dilihat pada Tabel 3.3 berikut.

Tabel 3.3 Jari – jari roda dan beban merata

Roda Jari-jari

(m)

Beban merata vertikal (kN/m)

Beban merata horizontal 20%

(kN/m)

Beban merata horizontal 50%

(kN/m) Gandar depan 0,1093 666,67 133,34 333,34

Gandar tengah 0,2443 600 120 300

Gandar belakang

0,2443 600 120 300

Penelitian ini menggunakan dua semi – truk sebagai pembebanan dimana perletakan kedua beban tersebut dilakukan pada waktu yang sama dan menambahkannya dengan beban merata horizontal sebesar 20% dan 50% dari beban vertikal akibat beban semi – truk untuk semakin mendekati kondisi di lapangan. Pembebanan dapat dilihat pada Gambar 3.3 berikut:

Gambar 3.3 Perletakan beban pada pelat beton

(5)

Pembebanan digambarkan dengan lingkaram hitam solid dimana setiap lingkaran memberikan beban merata vertikal dan horizontal, dimana beban merata horizontal ditinjau dua kali yaitu sebesar 20% dan 50% dari beban vertikal. Tinjauan yang dilakukan yaitu berupa besaran nilai momen, lendutan, dan gaya lintang akibat adanya pembebanan yang terjadi. Tinjauan momen dan gaya lintang ditinjau dari keseluruhan pelat, sedangkan tinjauan lendutan dilakukan pada setiap potongan yang melalui titik pembebanan. Lendutan terbesar diperkirakan terjadi pada pelat di bawah beban yang diaplikasikan.

Gambar 3.4 Potongan melintang dan memanjang pada pelat beton

Lendutan pada pelat terjadi dibawah beban yang diaplikasikan, sehingga tinjauan dilakukan secara memanjang dan melintang secara menyeluruh dibawah beban yang diaplikasikan.

3.2.2.3 Dimensi dan geometri Sistem CAM

Pola yang digunakan dalam penelitian ini adalah segiempat dengan jarak antar cakarnya 2,25 m. Setiap cakar memiliki dimensi tinggi 1,2 m dan tebal 0,05 m seedangkan ketebalan pelat adalah 15, 18, dan 22 cm. Dimensi ini mengacu pada penelitian Jannah (2018) dimana ketebalan 15 cm diambil dari penelitian Hardiyatmo (2010), ketebalan 18 cm merupakan konversi dari proyek pembangunan jalan Pamanukan – Indramayu, dan untuk ketebalan 22 cm dipilih berdasarkan manual Perencanaan Tebal Perkerasan Lentur Jalan Raya dengan Metode Analisa Komponen pada SKBI – 2.3.26.1987.

(6)

3.3 Tahapan Permodelan

3.3.1 Pembuatan geometri pada model

Dimensi permodelan dibuat pada sama dengan model skala penuh, yaitu 7,25 m x 27 m. Penentuan permodelan dasar menggunakan grid only dan menggunakan satuan kN. m. C lalu lakukan edit grid untuk menjadi dasar pembuatan pelat.

Gambar 3.5 Pemilihan model struktur

(7)

Gambar 3.6 Mengubah gridline

Data koordinat dapat diubah jarak, lokasi, ataupun dihapus sesuai kebutuhan melalui define grid system data untuk mempermudah permodelan sehingga pengerjaan lebih fleksibel.

3.3.2 Penentuan material dan area sections

Tahapan ini bertujuan untuk memasukan semua data material beton, baja, dan tanah serta dimensi pelat, koperan, dan cakar. Data material yang sudah didapatkan sebelumnya, dimasukan melalui menu define kemudian masuk ke materials.

Gambar 3.7 merupakan gambaran menu input materials pada SAP 2000.

(8)

(a) baja (b) beton

(c) tanah

Gambar 3.7 Input data material

Input data dimensi cakar dan beton dapat dilakukan melalui menu define, kemudian menuju ke area sections. Gambar 3.8 merupakan gambaran input dimensi cakar dan beton.

(9)

(a) (b) Gambar 3.8 Area Section yang digunakan 3.3.3 Penggambaran model

Permodelan pelat beton dapat dilakukan melalui menu Draw kemudian menuju ke Rectangular Area. Pelat digambarkan dengan dimensi 7,25 x 27 m pada sumbu xy dan 15 cm pada sumbu yz seperti Gambar 3.9. Dimensi koperan yaitu 0,5 x 27 m pada sumbu xz dan penggambaran pipa cakar dapat dilakukan melalui elemen frame untuk mempermudah pembentukan lingkaran seperti Gambar 3.10.

(10)

Gambar 3.9 Penggambaran pelat beton

Gambar 3.10 Penggambaran pipa cakar

Cakar dan pelat beton bersifat lentur dan dapat menahan momen dari segala arah, sehingga dimodelkan menggunakan section type berupa Shell – thin. Permodelan tanah disekelilingnya dimodelkan dengan Area spring untuk menggambarkan sifat elastik tanah.

(11)

3.3.4 Pembuatan mesh

Pembuatan mesh bertujuan untuk memecah objek menjadi bagian-bagian kecil sehingga output yang dihasilkan lebih teliti dan detail. Tahapan meshing bisa dilakukan dengan menggunakan draw poly area dengan menggambar mesh pada grid. Gambaran permodelan mesh ditunjukan pada Gambar 3.11 berikut.

Gambar 3.11 Permodelan mesh

Perbedaan ukuran antara mesh pelat, cakar, dan bidang kontak bertujuan untuk memperjelas hasil akhir dimana semakin kecil mesh maka hasil akhir akan semakin jelas. Ukuran mesh berpengaruh terhadap beban program SAP 2000, sehingga untuk memaksimalkan kinerja aplikasi maka mesh bidang kontak lebih rapat dibanding lainnya.

3.3.5 Input modulus reaksi subgrade

Sistem CAM yang telah selesai dibuat kemudian diberikan modulus reaksi subgrade dengan tipe dan nilai sesuai rencana penelitian. Tahap ini bisa dilakukan melalui menu assign, kemudian menuju area section. Gambar 3.12 merupakan gambaran saat meng-input joint spring pada koperan akibat modulus reaksi tanah.

(12)

(a) reaksi modulus vertikal (b) reaksi modulus horizontal

(c) reaksi modulus gesek

Gambar 3.12 Input modulus reaksi subgrade

(13)

3.3.6 Input beban

Beban semi truk yang terjadi dalam permodelan ini diaplikasikan melalui menu Load yang ada dalam Define. Berat sendiri semi truk didistribusikan melalui masing-masing bidang kontak antara ban dan pelat yang sudah dikonversi sebelumnya. Beban struktur diaplikasikan ke dalam SAP 2000 melalui menu load patterns. Dalam permodelan ini beban struktur memiliki faktor skala 1, artinya beban mati dari struktur diperhitungkan secara penuh. Faktor skala ini diperlihatkan pada gambar 3.13 berikut.

Gambar 3.13 Penentuan load patterns

Kombinasi pembebanan yang dilakukan dalam penelitian ini mengacu pada persamaan 2.8 yaitu bernilai 1,2 kali beban mati ditambahkan dengan 1,6 kali beban hidup yang nantinya akan kombinasi pembebanan ini akan digunakan dalam analisis permodelan.

(14)

Gambar 3.14 Penentuan load combination

Beban semi truk yang terjadi dalam permodelan ini diaplikasikan melalui menu Load yang ada dalam Define. Berat sendiri semi truk didistribusikan melalui masing-masing bidang kontak antara ban dan pelat yang sudah dikonversi sebelumnya.

(a) pembebanan roda depan (b) pembebanan roda belakang Gambar 3.15 Pembebanan semi truk

3.3.7 Analisis Permodelan

Analisis permodelan dapat dilakukan apabila seluruh struktur dan beban sudah selesai dibuat. Pengecekan kembali perlu dilakukan agar tidak terjadi analisis ulang,

(15)

hal ini meliputi satuan, dimensi, data yang dimasukan, letak pembebanan, dan lainnya.

Pelaksanaan analisis dalam aplikasi SAP 2000 dapat melalui menu Analyze, kemudian menuju Run Analysis yang nantinya kita dapat menentukan case mana yang akan dijalankan melalui opsi Run/Do Not Run Case.

Gambar 3.16 Persiapan window sebelum running program

Setelah melakukan running, maka akan keluar window yang menampilkan analisis telah selesai seperti gambar 3.17 berikut.

Gambar 3.17 Window analisis SAP 2000 3.3.8 Output penelitian

Setelah melakukan running permodelan, maka didapatkan output berupa deformed shape, momen, serta gaya lintang yang terjadi secara keseluruhan. Deformed shape

(16)

nantinya ditinjau pada bagian zona kontak antara roda dengan pelat. Menentukan hasil lendutan didapat melalui menu deformed shape seperti gambar 3.19 berikut:

Gambar 3.18 Menampilkan deformed shape yang terjadi

Tinjauan tersebut nantinya akan diplot untuk kemudian ditampilkan hasil lendutan dalam bentuk tabel dan dianalisis dengan bantuan aplikasi Microsoft excel.

Gambar 3.19 Memilih tabel data deformed yang terjadi

Output momen dan gaya lintang yang terjadi dapat ditampilkan melalui menu Show forces/stress shell. Nilai momen dan gaya lintang ini nantinya juga dicara angka maksimal dan minimal untuk mengetahui letak gaya tersebut dalam struktur.

(17)

Gambar 3.20 Menampilkan nilai momen

Gambar 3.21 Menampilkan nilai gaya lintang

(18)

Gambar 3.22 Memilih tabel data momen dan gaya lintang

Setelah mendapatkan hasil dari lendutan, momen, dan gaya lintang selanjutnya dilakukan perbandingan antara sebelum diberikan beban horizontal tambahan dengan setelah diberikan beban horizontal sebesar 20% dan 50% dari beban vertikal melalui Microsoft excel.

(19)

3.4 Diagram Alir Penelitian

Tahapan penelitian ini digambarkan dalam bentuk diagram alir seperti Gambar 3.23 berikut ini :

Mulai

Studi Pustaka

• Tanah Lunak

• Cakar Ayam Modifikasi

• Metode Elemen Hingga (MEH)

• Cara menggunakan SAP 2000

• Perkerasan Jalan Raya

Pengumpulan data sekunder

• Mutu beton perkerasan kaku pada sistem CAM