STRUKTUR AR.510
STRUKTUR KABEL
Oleh:
Irene Mariska (22410094)
Tutor:
Ir. Felix Andriani
JURUSAN ARSITEKTUR
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN
UNIVERSITAS KRISTEN PETRA
SURABAYA
2013
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI.........................................................................................................................................................2
1. LATAR BELAKANG.......................................................................................................................................3
1.1. Definisi Struktur Kabel......................................................................................................................3
1.2. Sejarah Perkembangan Struktur Kabel..........................................................................................3
2. ISI.................................................................................................................................................................5
2.1. Macam Struktur Kabel......................................................................................................................5
2.2. Macam Bahan Struktur Kabel..........................................................................................................6
2.3. Sifat Struktur Kabel...........................................................................................................................7
DAFTAR PUSTAKA.........................................................................................................................................10
2
1. LATAR BELAKANG
1.1.Definisi Struktur Kabel
Struktur kabel merupakan suatu generalisasi terhadap beberapa struktur yang menggunakan
elemen tarik berupa kabel sebagai ciri khasnya. Struktur ini bekerja terhadap gaya tarik sehingga
lebih mudah berubah bentuk jika terjadi perubahan besar atau arah gaya. Struktur kabel merupakan
struktur funicular dimana beban pada struktur diteruskan dalam bentuk gaya tarik searah dengan
material konstruksinya, sehingga memungkinkan peniadaan momen. Berikut adalah definisi struktur
kabel menurut beberapa ahli.
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. (Makowski, 1988)
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. (Sutrisno, 1983)
1.2.Sejarah Perkembangan Struktur Kabel
Struktur kabel merupakan salah satu struktur tradisional yang awalnya berupa jembatan dan
tenda. Jembatan dengan sistem kabel tarik awalnya diterapkan pada daerah pegunungan seperti
Himalaya atau di daerah hutan hujan seperti Peru. Kemudian berkembang hingga Eropa yang
diprakarsai oleh Faustus Verantinus pada tahun 1616 yang menggunakan rantai sebagai pengganti
kabel yang dingkurkan pada menara. Pada saat itu hingga menjelang abad ke-20, kabel hanya
menjadi sistem yang membantu perkuatan karena belum dapat mengatasi factor beban angin.
3
Bentuk tenda sering digunakan oleh suku nomaden di Eropa Utara, Asia dan Timur Tengah.
Tenda-tenda tersebut dapat dikelompokkan atas tiga jenis, yaitu :
a) Bentuk kerucut dengan penutup dari kulit
Merupakan bentuk yang paling sederhana dengan satu atau lebih tiang utama di dalam dan
beberapa tiang pembentuk yang menyatu di puncak tiang utama.
b) Bentuk silinder dengan atap perpaduan bentuk kubah dan kerucut
Dinding silinder dibentuk dengan batang-batang yang saling menyilang dengan batang
pembentuk atap menyatu ditengah dan diperkuat dengan cincin
c) Bentuk black tent
Bentuk ini hanya menggunakan kabel tarik yang ditutupi terpal tanpa batang pengaku. Fungsi
utamanya adalah sebagai perlindungan terhadap matahari dan temperature yang rendah
pada malam hari.
Berkembangnya penggunaan kabel baja sebagai bahan struktur pada berbagai jenis
bangunan, dari konstruksi jembatan ke konstruksi gedung sebaga penutup atap stadion olah raga,
ruang pertemuan, ruang pameran, dan lain-lain, memerlukan tahapan konstruksi yang sangat rinci.
Dukungan tenaga spesialis, yang menguasai know – how struktur kabel, amat diperlukan untuk
menjamin tercapainya performance dan keunikan bentuk bangunan.
Diawali dengan konstruksi stadion untuk pesta olah raga olimpiade di Munich (Jerman) tahun
1972, para arsitek dan insinyur telah melakukan inovasi dan penelitian di bidang engineering dan
manufacture struktur kabel dengan berbagai variasi bentuknya. Dengan struktur kabel, arsitek dapat
menciptakan ruang dalam yang sangat luas tanpa kolom, dengan massa bangunan yang sangat
ringan dan transparan.
4
2. ISI
2.1.Macam Struktur Kabel
Struktur kabel pada saat ini banyak dikategorikan ke dalam dua, yait suspension structures
dan cable-stayed structured. Suspension structures dapat dibagi lagi menjadi tiga sub-kelas yaitu:
1. Single Layer Structures
2. Double-layer prestressed cable truss systems
5
3. Prestressed tensile membrane systems
. Gaya rategang pada struktur kabel 3D, mampu mestabilkan sistem, dalam memikul
berbagai kombinasi pembebanan, selama kabel-kabel dalam keadaan kondisi tarik
2.2.Macam Bahan Struktur Kabel
Kabel sesuai dengan keperluannya, terdiri dari berbagai macam tipe. Menurut standard DIN
18 800 semua kabel yang digunakan untuk struktur bangunan dikategorikan sebagai high tensile
members. Secara umum kabel-kabel tersebut mempunyai kekuatan rencana yang lebih tinggi dari
pada batang tarik baja, sehingga dengan luas penampang yang sama dapat memikul beban lebih
besar. Ada pula kabel yang mempunyai lapisan krom dan nikel, agar bersifat tahan terhadap karat.
Untukkeperluan konstruksi bangunan, dikenal 3 tipe penampang kabel, yaitu spiral strands, full locked
coil cables dan structural wire ropes.
Spiral strands terutama digunakan untuk bangunan di mana bebannya relatif kecil seperti
untuk pendukung antena telekomunikasi, cerobong asap, ikatan angin (bracing) pada jaringan kabel,
struktur kayu dan baja. Spiral strands diproduksi dengan diameter antara 5 mm sampai 40 mm.
6
Spiral strands hanya terdiri dari kawat-kawat yang berpenampang lingkaran, akibat adanya celah-
celah spiral strand dikelompokkan pada material yang kurang tahan terhadap bahaya korosi.
Full locked coil cables terutama digunakan sebagai kabel utama pada berbagai konstruksi,
antara lain kabel utama pada suspension bridge dan stay cables bridge, kabel tepi pada jaringan
kabel. Penampang kabel bagian dalam atau bagian inti terdiri dari kawat-kawat dengan penampang
lingkaran, sedangkan bagian luar, penampangnya berbentuk Z.
Sifat-sifat khusus dari full locked coil cables, adalah:
• Mempunyai E – modulus yang tinggi
• Permukaan kabel mempunyai daya tahan tinggi
• Permukaan kabel tertutup, sehingga tahan terhadap bahaya korosi
Structural wire ropes, terutama digunakan sebagai kabel tepi pada struktur membran (textile
structure). Kabel ini terdiri dari beberapa strands, sehingga sifatnya fleksibel.
2.3.Sifat Struktur Kabel
Beberapa aspek penting untuk proses pembangunan struktur kabel meliputi hal-hal sebagai
berikut:
• Form finding, bentuk geometri struktur kabel
• Hitungan dan sistem pemberian gaya prategang
• Penentuan tipe dan jenis bahan kabel
• Penentuan panjang terpotong kabel dengan tepat
• Perancangan bentuk dan detil pemegang kabel
• Pemilihan pelindung terhadap bahaya korosi
• Proses pabrikasi dan pemasangan
7
Berbeda dengan perencanaan bangunan yang mempunyai bentuk standar seperti lingkaran,
persegi, dan lain-lain, maka untuk struktur kabel yang digunakan untuk atap stadion ataupun lainnya
dengan bentang sangat lebar, maka proses perencanaannya dimulai dengan pencarian bentuk
geometrinya, dikenal sebagai metoda form finding. Proses ini diperlukan agar diperoleh bentuk atap
yang unik dan estetis, tapi bentuk ini justru merupakan bentuk yang optimal ditinjau dari segi struktur.
Sesuai dengan definisi, form finding adalah proses untuk menemukan bentuk struktur yang
optimal, yaitu struktur yang bentuknya akan memberikan kondisi paling efisien dari segi penggunaan
bahan konstruksinya. Kondisi ini dapat kita peroleh bila material konstruksi hanya mengalami tarik
pada bidangnya (membran), tanpa adanya tegangan-tegangan akibat momen lentur.
Melalui teknik prategang kabel sebagai elemen struktur yang hanya mampu memikul aksial
tarik, menjadi elemen struktur yang mampu aksial tekan dan mempunyai kekakuan lentur. Gaya
rategang pada struktur kabel 3D, mampu mestabilkan sistem, dalam memikul berbagai kombinasi
embebanan, selama kabel-kabel dalam keadaan kondisi tarik Dari proses form finding akan ihasilkan
bentuk 3D yang unik, yaitu bentuk lengkung ganda antiklastis atau bentuk pelana, yang juga terbukti
sangat efektif bila digunakan teknik prategang padanya.
Kabel sebagai material yang fleksibel, dapat kita pakai sebagai elemen struktur yang dengan
mudah dapat mengikuti bentuk optimal ini. Proses form finding dilakukan pada saat pradesain sampai
ke tahap desain konsep bangunan, dan dikerjakan dengan melakukan berbagai eksperimen untuk
mendapatkan variasi bentuk bangunan. Setelah ada kepastian bentuk geometrinya, maka secara
tepat geometri bangunan akan dihitung dengan metoda matematik numerik.
Keuntungan Struktur Kabel :
a) Elemen kabel merupakan elemen konstruksi paling ekonomis untuk menutup permukaan
yang luas
b) Ringan, meminimalisasi beban sendiri sebuah konstruksi
c) Memiliki daya tahan yang besar terhadap gaya tarik, untuk bentangan ratusan meter
mengungguli semua sistem lain
d) Memberikan efisiensi ruang lebih besar
e) Memiliki faktor keamanan terhadap api lebih baik dibandingkan struktur tradisonal yang
sering runtuh oleh pembengkokan elemen tekan di bawah temperatur tinggi. Kabel baja lebih
8
dapat menjaga konstruksi dari temperatur tinggi dalam jangka waktu lebih panjang, sehingga
mengurangi resiko kehancuran
f) Dari segi teknik, pada saat terjadi penurunan penopang, kabel segera menyesuaikan diri
pada kondisi keseimbangan yang baru, tanpa adanya perubahan yang berarti dari tegangan
g) Cocok untuk bangunan bersifat permanen.
Kelemahan Struktur Kabel :
Pembebanan yang berbahaya untuk struktur kabel adalah getaran. Struktur ini dapat
bertahan dengan sempuna terhadap gaya tarik dan tidak mempunyai kemantapan yang disebabkan
oleh pembengkokan, tetapi struktur dapat bergetar. Dalam hal gejala resonansi yang umum dikenal
dapat timbul dan mengakibatkan robohnya bangunan.
Beberapa sistem stabilisasi yang dapat digunakan untuk mengantisipasi deformasi pada
struktur kabel antara lain :
1.Peningkatan beban
Stabilisasi ini dilakukan dengan penerapan material dengan berat yang memadai dan merupakan
material yang homogen sehingga diperoleh beban yang terdistribusi merata.
2.Pengaku busur dengan arah berlawanan (inverted arch)
Stabilisasi dengan pengaku bususr atau kabel ini berusaha mencapai bentuk yang kaku dengan
menambah jumlah kabel sehingga kemudian menghasilkan suatu jaring-jaring (cable net structure).
3.Penggunaan batang-batang pembentang
Stabilisasi ini menggunakan batang-batang tekan sebagai pemisah antara dua kabel sehingga
menambah tarikan internal didalam kabel.
4.Penambatan/pengangkuran ke pondasi
Sistem ini hanya berlaku bagi kabel karena adanya gaya-gaya taik yang dinetralisir oleh pondasi
sehingga menghasilkan stabilisasi.Pada pondasi terjadi tumpuan tarik akibat perlawanan gaya tarik
kabel.
5.Metoda prategang searah kabel
Ciri utamanya adalah tiang-tiang dan kabel yang secara keseluruhan membentuk suatu struktur kaku.
Kabel ditempatkan pada keadaan tertegang dengan jalan memberikan beban yang dialirkan searah
kabel.
9
Pendahuluan
POKOK BAHASAN 4 & 5 STRUKTUR KABEL DAN LENGKUNG (CABLE AND ARC STRUCTURE)
Dalam sebuah struktur bangunan, tentunya tidak akan terlepas pada pemikiran terhadap system penyaluran gayanya, macam- macam gaya ‐yang bekerja dan mampu dipikul oleh struktur bangunan tersebut serta batasan- batasan kemampuannya. Kesemuanya ini dapat mempengaruhi ‐terciptanya bentuk- bentuk struktur bangunan yang spesifik dan mampu ‐mencerminkan sifat- sifat fisiknya.‐
Bentuk struktur bangunan yang hanya mampu menahan gaya tarik atau sering disebut form active structure systems. Pada prinsip pembebanan dan gaya tarik yang dipikul struktur ini, digunakan bahan- bahan ‐structural yang mampu memenuhi persyaratan gaya tarik. Kabel- kabel ‐alamidapat dijumpai berupa akar- akar pohon gantung yang kuat dan ‐rotan. Sedang kabel untuk tarik yang kuat telah dikembangkan manusia dari bahan baja disebut high tension strength steel.
Struktur kabel dan jaringan dikembangkan dari kemampuan kabel menahan gaya tarik yang tinggi. Dengan menggunakan sistem tarik maka tidak diperlukan sistem penopang vertikal untuk elemen horisontalnya (lantai atau atap), sehingga daerah di bawah elemen horisontal (ruang) memiliki bentangan yang cukup besar. Bangunan dengan aplikasi sistem struktur ini akan sangat mendukung untuk bangunan bentang luas berbentang lebar, seperti dome, stadion, dll. Sistem yang dikembangkan pada struktur kabel antara lain:- Struktur atap tarik dengan kolom ‐penunjang- Struktur kabel tunggal-‐ Struktur kabel ganda‐
Sistem Penyaluran Gaya
Sistem penyaluran gaya dan perkembangan bentuk dan struktur yang hanya mampu menahan gaya tarik ini adalah sebagai berikut:
1. Bentuk pembebanan tunggal dapat digambarkan dengan seseorang yang bergantung pada akar pohon member berat dan tegangan pada akar untuk tertarik. Beban tubuh dipindahkan sebagai gaya tarik ke dahan pohon pula
10
2. Bentuk pembebanan segitiga digambarkan dengan kereta gantung yang melewati kabel di antara dua tiang penyangga akan menyalurkan beban dari kereta gantung ke tiang- tiang penyangga ‐sebesar resultan gaya tarik dari beban tersebut.
3. Bentuk pembebanan trapezium digambarkan dengan tali yang terikat kiri dan kanan dan yang menerima beban oleh benda sembarangan. Bentuk trapezium tersebut mengubah bentuknya menurut tempat dan bobotnya beban.
4. Bentuk pembebanan segi banyak digambarkan dengan tali jemuran yang dibabani oleh banyak jemuran yang disalurkan ke tiang jemuran sebesar total resultan dari beban tersebut.
5. Bentuk pembebanan yang merata, misalnya oleh berat sendiri suatu rantai atau tali disebut garis rantai dan bentuknya adalah parabola. Semua beban diterima sebagai tarikan saja
6. Bentuk pembebanan yang merata dan membentuk parabola, terwakili dengan bentuk jembatan gantung yang memikul beban jembatan dan ditarik oleh kabel- kabel penghubung dan dengan kabel peregang yang ‐meningkatkan stabilitas.
Perubahan Bentuk (Deformasi) Akibat Bekerjanya Gaya Luar
Dari prinsip pembebanan dan bentuk yang dimungkinkan untuk direncanakan dalam system struktur ini, serta kemampuan menahan satu gaya yaitu gaya tarikan, menghasilkan bahan utama structural ini berupa bahan yang fleksibel namun cukup kuat menahan gaya tarik. Bahan yang sangat fleksibel ini cenderung memiliki beberapa kelemahan sehingga mengalami deformasi bentuk.
Beberapa penyebab lain dari deformasi bentuk ini adalah beban angin yang member hisapan dan hembusan sehingga menimbulkan getaran yang terus menerus dan tidak saling menetralisasi namun semakin memperkuat getaran
Sistem Stabilisasi
Sistem penanggulangan masalah deformasi bentuk ini dapat dilakukan
11
dengan berbagai cara, antara lain :
1. Menggunakan panel- panel beton yang berat dan mambebani kabel‐ secara merata dapat memperkuat dan membuat kaku kabel- kabel ‐tarik
2. Menggunakan batang yang kaku (batang perentang) dan menekan bidang- bidang tarik akan menambah tarikan dan saling ‐memperkuat antar bidang
3. Pemberian tambahan lapisan bidang (layer) akan menghasilkan tegangan tarik yang saling memperkaku bidang tarikan, sehingga deformasi bentuk akibat pengaruh internal dan eksternal dapat tertanggulangi
4. Mengikat dan menyatukan antar kabel- kabel tarik dan kabel tarik ‐lainnya. Kabel tarik yang menyatukan ini berada di atas kabel tarik yang disatukan dengan cara member tarikan pula yang berfungsi membebani kabel tarik lainnya
12
DAFTAR PUSTAKA
Frei, O. (1997). Lightweight Principle.
Hardjasaputra, H. (2006). Struktur Kabel: Teknologi dan Desain. Tangerang: Universitas Pelita Harapan.
Hardjasaputra, H. (April 2003). Teknologi Rancang Bangun dengan Struktur Ringan. Majalah Konstruksi DATAPRO, No.32 Th III.
Holgates, A. (1997). The Art of Structural Engineering - The Work of J.Schlaich and His Team. London: Stuttgart.
Joseph, E., Rusli, L., D, P., Rossy, F., Adiputra, R., & C, G. (2011). Struktur dan Konstruksi Bangunan Bentang Lebar. Bandung: Universitas Katolik Parahyangan.
13