ANALISIS PENGARUH KUAT TEKUK PADA SISTEM PERANCAH BANGUNAN (SCAFFOLDING) DENGAN METODE ANALISA LANGSUNG
(DIRECT ANALYSIS METHOD)
Michael Talim1 dan Daniel Rumbi Teruna2 1
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Perpustakaan, Kampus USU Medan 20155
INDONESIA E-mail: badtz_mmic@hotmail.com 2
Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Perpustakaan, Kampus USU Medan 20155 INDONESIAE-mail: danielteruna@yahoo.com
ABSTRAK
Perancah baja merupakan komponen yang sangat penting dalam pekerjaan bekisting untuk menunjang pekerjaan selanjutnya. Tujuan dilakukannya analisis ini yaitu untuk meninjau kuat tekan maksimum yang terjadi pada scaffolding 3 tingkat sebelum terjadinya tekuk dengan metode analisa langsung (DAM). Perencanaan struktur baja yang umumnya langsing, memerlukan analisis stabilitas. Hasilnya dipengaruhi adanya imperfection (non-linier geometri) dan kondisi inelastis (non-(non-linier material).Dalam tugas akhir ini menggunakan analisis inelastic orde-2 yang didasari pada metode analisa langsung.Model scaffolding 3 tingkat dianalisa dengan menggunakan elemen balok (beam element) pada program SAP 2000 dengan 6 variasi notional loads yang diaplikasikan pada arah sumbu lemah dari pada pipa scaffolding.Kuat tekan terendah pada scaffolding 3 tingkat sebelum terjadi tekuk adalah 18,24 kN dengan arah horizontal notional loads ke kanan pada scaffolding tingkat pertama,arah ke kiri pada scaffolding tingkat kedua dan ke kanan pada scaffolding tingkat 3.Hasil analisis menunjukkan bahwa hasil kuat tekan maksimum yang didapat terjadi perpindahan yang besar secara drastic dalam langkah iterasi.Dengan menggunakan analisa pada metode DAM,hasil yang didapat lebih efektif.
Kata Kunci: Perancah Bangunan, Analisa Langsung, Kuat tekan, Baja, beban lateral ABSTRACT
Steel scaffolding is a very important component in formwork work to support the next job. The purpose of this analysis is to review the maximum compressive strength that occurs in 3 levels of scaffolding prior to buckling with direct analysis method (DAM). Planning steel structures that are generally slim, require stability analysis. The result is influenced by imperfection (non-linear geometry) and inelastic condition (non-linear material). In this final project was using inelastic analysis of second order based on direct analysis method. 3-level scaffolding model was analyzed by using beam element, in the SAP 2000 program with 6 variations of notional loads applied to the weak axis direction of the scaffolding pipe. The lowest compressive force on the 3-level scaffolding prior to buckling is 18.24 kN with the horizontal notional loads to the right on the first level scaffolding,to the left at the second and to the right on the scaffolding level 3. The analysis results show that the maximum compressive strength gain is drastically displaced in the iteration step. By using the analysis on the DAM method, the results obtained are more effective.
1. PENDAHULUAN
Pada zaman sekarang, banyaknya pembangunan proyek di kota besar seperti pembangunan Hotel, Apartemen, Perumahan dan lain-lain. Perkembangan ilmu pengetahu-an dpengetahu-an teknologi ypengetahu-ang spengetahu-angat pesat telah mempengaruhi kemajupengetahu-an dunia industri dpengetahu-an usaha untuk sekarang ini. Hal ini terbukti dengan banyaknya perusahaan-perusahaan besar maupun kecil yang bersaing untuk menghasilkan produk yang berkualitas dengan menggunakan peralatan yang super canggih.
Perancah (scaffolding) adalah suatu struktur sementara yang digunakan untuk menyangga manusia dan material dalam konstruksi atau perbaikan gedung dan bangunan-bangunan besar lainnya. Biasanya perancah berbentuk suatu sistem modular dari pipa atau tabung logam, meskipun juga dapat menggunakan bahan-bahan lain. Di beberapa negara Asia seperti RRC dan Indonesia, bambu masih digunakan sebagai perancah.Tetapi mayoritas pekerja konstruksi sekarang menggunakan perancah yang terbuat dari besi.
Gambar 1 Model Standar Scaffolding
(Sumber : http://scaffolding123.com/pipa scaffolding.html)
2. TINJAUAN PUSTAKA
Menurut I. Ervianto (2006), komponen utama dari sistem penyangga perancah baja konvensional terdiri dari rangka (main frame) dengan berbagai bentuk dan ukuran, diagonal bracing atau cross brace, walk thru frame, adjustable jack, atau jack base, U-heads).
Sejalan dengan perkembangan pemakaian beton, konstruksi acuan perancah juga mengalami perkembangan menjadi 3 sistem:
1. Sistem Konvensional / Tradisional, Acuan perancah sistem sederhana biasanya digunakan satu kali pakai. Bahan yang digunakan dapat berupa bahan organis, bahan buatan, dan / atau gabungan keduanya. Depresiasi acuan perancah jenis ini sangat tinggi, karena banyak volume bahan terbuang pada proses pembuatan serta membutuhkan volume tenaga kerja yang cukup besar serta berpengalaman.
2. Semi Sistem Modern, Sistem ini dirancang untuk suatu pekerjaan dan ukuran – ukuran untuk komponen tertentu dengan masa penggunaan satu kali atau lebih. Karena kemungkinan dapat digunakan secara berulang, maka biaya investasi yang diperlukan dan upah kerja yang tidak terlalu tinggi.
3. Sistem Modern, Perkembangan terakhir dalam pemanfaatan acuan perancah adalah perancangan acuan perancah untuk memudahkan penggunaan dalam berbagai bentuk komponen struktur. Sistem ini dapat memudahkan dan mempercepat proses pemasangan dan pembongkaran. Dengan kualitas hasil yang lebih baik dibandingkan dengan sistem lain, acuan perancah dengan sistem ini dapat dimanfaatkan untuk beberapa kali masa penggunaan. Untuk meningkatkan kecepatan kerja, sistem ini telah dilengkapi dengan berbagai alat bantu yang disesuaikan dengan tujuan penggunaan.
3. METODE DAM (Direct Analysis Method)
Perencanaan struktur baja yang umumnya langsing, memerlukan analisis stabilitas. Hasilnya dipengaruhi adanya imperfection (non-linier geometri) dan kondisi inelastis (non-linier material). Oleh sebab non-linier, analisisnya dikerjakan secara incremental dan iterasi. Sekarang ini dukungan teknologi komputer canggih tetapi terjangkau menyebabkan cara analisis non-linier bukan kendala. Sehingga berbagai jenis analisis berbasis komputer berkembang mulai analisis tekuk elastis, analisis elastis orde-2, analisis plastis, analisis elastis-plastis, dan analisis inelastis orde-2, yang disebut juga Advance Analysis. Umumnya jenis analisis seperti itu sudah tersedia sebagai opsi pada program analisa struktur modern.
Semakin canggih jenis analisisnya ternyata semakin banyak data yang dilibatkan, sehingga diperlukan pemahaman atau kompetensi tertentu agar hasilnya dapat dipakai secara efektif. Jika dipilih Advance Analysismaka hasilnya tentu mencukupi untuk analisis stabilitas. Tetapi jika dipakai untuk pekerjaan perencanaan struktur baja secara rutin (bukan riset), tentunya berlebihan dan tidak praktis. Maklum, pekerjaan perencanaan adalah termasuk bisnis, yang tentunya juga memegang prinsip : sedikit bekerja tetapi keuntungan adalah sebanyak-banyaknya. Pemikiran seperti itu tentu menjadi pertimbangan.
Menurut Wiryanto (2015), Direct Analysis Method (DAM) dibuat untuk mengatasi keterbatasan Effective Length Method (ELM) yang merupakan strategi penyederhanaan analisis cara manual. Akurasi DAM dapat diandalkan karena memakai komputer, dan mensyaratkan program analisis struktur yang dipakai, seperti :
• Dapat memperhitungkan deformasi komponen-komponen struktur dan sambung-annya yang mempengaruhi deformasi struktur keseluruhan. Deformasi komponen yang dimaksud berupa deformasi akibat lentur, aksial dan geser. Persyaratan ini cukup mudah, hampir sebagian besar
program komputer analisa struktur berbasis metoda matrik kekakuan, apalagi ‘metoda elemen
hingga’ yang merupakan algoritma dasar analisa struktur berbasis komputer sudah memasukkan
pengaruh deformasi pada elemen formulasinya (Dewobroto 2013).
Gambar 3 Pengaruh Orde ke-2 (AISC 2010)
Pengaruh Cacad Bawaan (Initial Imperfection)
Perhitungan stabilitas struktur modern didasarkan anggapan bahwa perhitungan gaya-gaya batang diperoleh dari analisa struktur elastis orde-2, yang memenuhi kondisi keseimbangan setelah pembebanan, yaitu setelah deformasi. Ketidak-sempurnaan atau cacat dari elemen struktur, seperti ketidak-lurusan batang akibat proses fabrikasi atau konsekuensi adanya toleransi pelaksanaan lapangan, akan menghasilkan apa yang disebut efek destabilizing.
Beban notional merupakan beban lateral yang diberikan pada titik nodal di semua level, berdasarkan prosentasi beban vertikal yang bekerja di level tersebut, dan diberikan pada sistem struktur penahan beban gravitasi melalui rangka atau kolom vertikal, atau dinding, sebagai simulasi pengaruh adanya cacat bawaan (initial imperfection).
Beban notional harus ditambahkan bersama-sama beban lateral lain, juga pada semua kombinasi, kecuali kasus tertentu yang memenuhi kriteria pada Section 2.2b(4) (AISC 2010). Besarnya beban notional (AISC 2010) adalah
Ni = 0.002 Yi
Dimana, Ni = beban notional di level i
Yi = beban gravitasi di level i hasil beban kombinasi LRFD
Penyesuaian Kekakuan
Adanya leleh setempat (partial yielding) akibat tegangan sisa pada profil baja (hot rolled atau welded) akan menyebabkan pelemahan kekuatan saat mendekati kondisi batasnya. Kondisi tersebut pada akhirnya menghasilkan efek destabilizing seperti yang terjadi akibat adanya geometry imperfection. Kondisi tersebut pada Direct Analysis Method (DAM) akan diatasi dengan penyesuaian kekakuan struktur, yaitu memberikan faktor reduksi kekakuan. Nilainya diperoleh dengan cara kalibrasi dengan membanding-kannya dengan analisa distribusi plastisitas maupun hasil uji tes empiris (Galambos 1998).
Rumus modulus elastisitas setelah disesuaikan faktor reduksi kekakuan :
EI* = 0.8 EI
Dimana, = modulus elastisitas setelah direduksi
= kekakuan lentur
= modulus elastititas
Faktor τb mirip dengan reduksi kekakuan inelastis kolom akibat hilangnya kekakuan batang. Jika gaya tekannya besar, Pr > 0.5 Py maka :
Dimana, = kekakuan lentur
Pr = Gaya tekan hasil perlu kombinasi LRFD Py = Kuat tekuk lentur
Pemakaian reduksi kekakuan hanya berlaku untuk memperhitungkan kondisi batas kekuatan dan stabilitas struktur baja, dan tidak digunakan pada perhitungan drift (pergeseran), lendutan, vibrasi dan penentuan periode getar.
Kuat Nominal Penampang
Jika digunakan analisa stabilitas struktur cara DAM, maka untuk perhitungan kuat struktur nominalnya cukup memakai prosedur biasa seperti yang digunakan pada cara ELM, yaitu nilai faktor K pada kelangsingan batang (KL/r) diambil konstan sebesar K=1.
Tekuk global ditentukan oleh kelangsingan elemen penampang dan bentuknya.Adapun tekuk global atau lokal tergantung klasifikasi penampang, jika penampangnya tidak-langsing maka tidak terjadi tekuk local, dan sebaliknya penampang langsing berisiko tekuk lokal terlebih dahulu.Tekuk yang terjadi pada scaffolding yaitu Tekuk Lentur (AISC – E3).
Dimana, Pn = Kuat nominal batang tekan Fcr = Tegangan kritis
Ag = Luas penampang utuh
Tegangan kritis, dihitung berdasarkan syarat berikut, jika
atau , tekuk inelastis, maka :
Rumus Tegangan tekuk Euler (elastis) adalah sebagai berikut
Dimana, Fcr = Tegangan kritis Fy = Tegangan leleh baja
Fe = Tegangan tekuk kritis elastis K = Faktor kuat nominal penampang L = Panjang scaffolding
r = Jari – Jari girasi pipa scaffolding E = Modulus elastisitas baja
Tegangan kritis pada daerah kelangsingan dipengaruhi oleh tegangan residu dan kondisi imperfection atau ketidaklurusan batang.Kejadian pada keruntuhannya disebut tekuk inelastis.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian kali ini, ukuran dan bentuk scaffolding yang akan digunakan untuk analisis metode DAM yaitu
Diameter pipa = 48,3 mm Tebal pipa = 2 mm Panjangtekuk pipa = 1220 mm Inersia pipa = 78098 mm4 Jari-jari girasi pipa = 16,3848 mm
Mutubaja = 240 Mpa
Tinggi Scaffolding = 5100 mm Lebar Scaffolding = 1219 mm
Properti Penampang
Diameter pipa : 48,3 mm Tebal pipa : 2 mm Luasan pipa : 290,764 mm2 Inersia pipa : 78098 mm4 Jari-Jari girasi pipa : 16,3848 mm
Hasil Analisis
(d) (e) (f)
Gambar 6 Model imperfection
Analisis dilakukan dengan menggunakan fitur nonlinier static analysis yang tersedia pada program analisa struktur SAP2000 sesuai dengan ketentuan penggunaan metode analisa langsung dengan 6 variasi notional loads untuk menentukan kuat tekan kritis kolom pipa scaffolding sebelum terjadi tekuk.
Gambar 7 Grafik Model scaffolding akibat variasi notional loads
5. KESIMPULAN
Tugas akhir ini membahas mengenai pengaruh kuat tekuk pada sistem perancah bangunan (scaffolding) dengan metode analisa langsung (Direct Analysis Method). Respons struktur berupa seberapa besar beban yang diberikan hingga terjadinya buckling pada sistem scaffolding dan besar kuat tekuk yang dihasilkan dari buckling, kemudian beberapa kesimpulan dapat ditarik sebagai berikut:
1. Hasil analisa perbandingan Pcr perhitungan manual SNI 2015 dengan perhitungan SAP 2000 1 lantai yaitu Pcr perhitungan SAP 2000 lebih kecil 8,63% daripada perhitungan manual SNI 2015.
2. Hasil analisa dengan metode DAM menunjukkan bahwa semakin tinggi tingkat scaffolding maka kapasitas scaffolding turun yang diakibatkan oleh imperfection dan inelastis bahan maka nilai kuat lentur terkecil yang didapat sebelum terjadinya buckling pada scaffolding 3 tingkat adalah pada model imperfection C dengan kuat tekan sebesar 18,24 kN dan nilai kuat lentur terbesar sebelum terjadinya buckling adalah pada model imperfection E dengan kuat tekan sebesar 64,29 kN.
6. SARAN
Beberapa saran untuk memberikan dorongan penelitian yang lebih jauh di masa yang akan datang yaitu sebagai berikut:
1. Analisis dapat dilakukan kembali untuk scaffolding dengan jumlah lantai yang berbeda-beda.
2. Tipe scaffolding yang di analisis bisa diganti dengan jenis lain yang lebih efektif untuk pembangunan sesuai perkembangan zaman.
REFERENSI
[1] AISC, Manual of Steel Construction, “Load and Resistance Factor Design,” American Institute of Steel Construction, Chicago, IL, 2005.
[2] Fransiska (2015), Analisis dan Desain / Perencanaan Struktur Scaffolding sebagai Alat Penyokong Bekisting Beton, Universitas Sumatera Utara, Indonesia.
[3] Departemen Tenaga Kerja dan Transmigrasi RI. 2011. Peraturan Menteri Tenaga Kerja dan Transmigrasi No.PER-01/MEN/1980 tentang keselamatan dan kesehatan kerja konstruksi bangunan. Jakarta: Depnakertrans RI.
[4] Trahair,N.S. 1993. Felxural-Torsional Buckling of Structures.Boca Raton, FL : CRC.
[5] I.A. Rai Widhiawati, A.A.G.A. Yana, dan A.A. Asmara (2010), Analisa Biaya Pelaksanaan Antara Pelat Konvensional Dan Sistem Pelat Menggunakan Metal Deck, Universitas Udayana, Denpasar.
[6] Dewobroto, Wiryanto. 2015.”Struktur Baja - Perilaku,Analisis & Desain –AISC 2010”, Universitas Pelita Harapan, Tangerang.
[8] Ervianto , Wulfram I. 2006. Eksplorasi Teknologi Dalam Proyek Konstruksi ( Beton
[9] Pracetak Dan Bekisting). Yogyakarta : Andi Offset
[10] Allen, H.G dan P.S. Bulson. 1980. Background to Buckling. McGraw Hill Book Company, U.K... Astaneh-Asl, A. 2002
