Pendahuluan:
Kabel baja
sebagai bahan struktur pada berbagai jenis bangunan, dari konstruksi jembatan
ke konstruksi gedung sebagai 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. Keuntungan struktur kabel
terletak pada fleksibilitas pemakaian dan pra-pabrikasi pembuatannya, sehingga
siap untuk dipasang di tempat konstruksi dan dapat dikerjakan dalam waktu yang
singkat. Beberapa aspek penting untuk proses pembangunan struktur kabel
meliputi hal-hal sebagai berikut :
1.
Form
finding, bentuk geometri struktur kabel
2.
Hitungan
dan sistem pemberian gaya prategang
3.
Penentuan
tipe dan jenis bahan kabel
4.
Penentuan
panjang terpotong kabel dengan tepat
Teknik prategang akan lebih efektif bila digunakan pada
jaringan kabel untuk atap bangunan yang dirancang sebagai geometri ruang (3D)
yang mempunyai bentuk lengkung ganda yang saling berlawanan (anti klastis) atau
bentuk pelana , di mana kedua kabel yang saling bersilangan tersebut mempunyai
pusat lengkung berlawanan dengan posisi di atas dan di bawah (Gambar 3). Dengan
demikian gaya prategang pada kedua kabel tersebut, akan saling menstabilkan
diri pada saat memikul beban luar.
A.
Jaringan Kabel dengan Prategang Bentuk
Bila seluruh sistem jaringan kabel tersebut diberi gaya
prategang, maka jaringan kabel mampu memikul berbagai kombinasi pembebanan
luar. Besarnya gaya prategang yang diberikan, harus diberikan sedemikian
besarnya sehingga kita dapat menghindari adanya kabel dalam keadaan tanpa
tegangan tarik (pasif). Hal ini untuk menghindari terjadinya penurunan kekakuan
struktur, yang menyebabkan membesarnya deformasi. Transfer gaya prategang pada
jaringan kabel,dilakukan dengan memasang kabel utama pada tepi jaringan, di
mana kabel utamanya harus dipasang dengan bentuk lengkung. Dengan cara menarik
kabel utama ini, maka gaya prategang akan ditransfer pada seluruh jaringan
kabel
Sedangkan jenis bahan yang dipakai
pada proses form finding disesuaikan dengan jenis struktur yang akan dihasilkan.
Pada awal perkembangannya, untuk struktur kabel dan struktur membran, Frei Oto
menggunakan air sabun dalam proses form finding. Untuk segi
praktisnya dapat pula digunakan kain kasa nilon.
Detail Dan Sistem Pengakhiran Kabel
Struktur kabel 3D (ruang) membagi
pembebanannya melalui elemen tarik seperti halnya pada sistem rangka batang,
dimana resultan gayanya bisa bertemu pada satu titik ataupun dari titik
pertemuan ini garis resultan gayanya harus berubah atau berbelok. Yang penting
untuk diperhatikan, adalah bahwa pada perancangan struktur kabel, untuk semua
kombinasi pembebanan seluruh kabel berada dalam keadaan tarik.
TIPE STRUKTUR KABEL
SUPPORT
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. Tetapi modulus elastisitas kabel adalah antara E =
155.000 N/mm2 sampai E = 165.000 N/mm2, jelas lebih rendah dari pada modulus
elastisitas yang dipakai untuk batang tarik baja (E = 210.000 N/mm2).
Ada pula kabel yang mempunyai lapisan
krom dan nikel, agar bersifat tahan terhadap karat. Untuk keperluan konstruksi
bangunan, dikenal 3 tipe penampang kabel, yaitu spiral strands, full locked
coil cables dan structural wire ropes (Gambar 10).
Struktur kabel suspend
Tiga puluh dua
pekerja adalah stationed di keranjang pada dasar di tempatkan tekanan untuk
mengoperasikan dongkrak pada tensioning garis sudut-menyudut dua orang-orang di
masing-masing sebesar 16 kabel punggung bukit. Pekerja ini yang harus menuntut
tegangan pada persesuaian untuk menuju simpai ke posisi sempurna.
Ini adalah yang lapisan pertama yang di rancang pada empat sistem
lapisan lainnya. Mengawali dari cincin tegangan, lapisan dibentangkan dari satu
alat penggulung ke posisi yang sangat sempurna. Satu kali membentangkan pekerja
dituntut cetakan dengan satu buah baja tahan-karat. Selain itu lapisan luar
disertakan juga tiga panel lampiran (lapisan ini dibuat dari di dalam.)
Akhirnya Dengan empat lapisan pabrik ptersebut kabel lembah dipererat ke penekanan
awal.
Satu lagi pecahan
struktur tegangan tulen yang menggunakan struktur kabel . Struktur ini
menggunakan bahan yang kuat dalam tegasan tegang seperti keluli dan ahlinya
mengalami tegangan tulen. Struktur kabel selalunya digunakan bersama sistem struktur
yang lain sebagai gabungan untuk mendapatkan suatu sistem yang baik.
Terdapat beberapa
sistem lain dimana ia adalah kombinasi antara sistem yang disebutkan diatas.
Suatu bentuk kubah boleh direka daripada kerangka keluli dan ditutup dengan
kulit kain (struktur permukaan tegang ) daripada plastik berserat . Interaksi
daya dalam sebuah struktur sedemikian lebih rumit untuk dianalisa dan
kadangkala memerlukan bantunan komputer.
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.
Prinsip
konstruksi kabel sudah dikenal sejak zaman dahulu pada jembatan gantung, di
mana gaya-gaya tarik digunakan tali. Contoh lainnya adalah tenda-tenda yang
dipakai para musafir yang menempuh perjalanan jarak jauh lewat padang pasir.
Setelah orang mengenal baja, maka baja digunakan sebagai gantungan pada
jembatan. Pada taraf permulaan baja itu dapat berkarat. Pada zaman setengah abad sebelum sekarang, ditemukanlah baja dengan tegangan tinggi
yang tahan terhadap karat.
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. (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)
Sejarah Struktur Kabel
A.
Asal mula 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.
Bentuk tenda
sering digunakan oleh suku nomaden di Eropa Utara, Asia dan Timur Tengah.
Tenda-tenda
tersebut dapat dikelompokkan atas tiga jenis, yaitu :
1. 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.
2. 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
3. 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.
Penerapan Struktur Kabel dalam Arsitektur
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 omen.
Sistem Stabilisasi
Beberapa sistem stabilisasi yang
dapat digunakan untuk mengantisipasi deformasi pada struktur kabel antara lain
:
1. Peningkatan beban mati
2. Stabilisasi ini dilakukan dengan penerapan material dengan berat yang
memadai dan merupakan material yang homogen sehingga diperoleh beban yang
terdistribusi merata.
3. Pengaku busur dengan arah berlawanan (inverted arch)
4. Stabilisasi dengan pengaku bususr atau kabel ini berusaha mencapai bentuk
yang aku dengan menambah jumlah kabel sehingga kemudian menghasilkan suatu
jaring-jaring (cable net structure).
5. Penggunaan batang-batang pembentang (spreader)
Stabilisasi ini menggunakan batang-batang tekan sebagai pemisah antara dua
kabel sehingga menambah tarikan internal didalam kabel.
6. Penambatan/pengangkuran ke pondasi (ground anchorage)
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.
7. Metoda prategang searah kabel (masted structure)
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.
Ada jenis-jenis struktur yang telah banyak digunakan
oleh perencana gedung, yaitu struktur pelengkung dan struktur kabel. Kedua
jenis struktur yang berbeda ini mempunyai karakteristik dasar struktural yang
sama, khususnya dalam hal perilaku strukturnya.
Kabel yang mengalami beban eksternal tentu akan
mengalami deformasi yang bergantung pada besar dan lokasi beban eksternal.
Bentuk yang didapat khusus untuk beban itu ialah bentuk funicular ( sebutan
funicular berasal dari bahasa Latin yang berarti “tali”). Hanya gaya tarik yang
dapat timbul pada kabel. Dengan membalik bentuk struktur yang diperoleh tadi,kita akan mendapat
struktur baru yang benar-benar analog dengan struktur kabel, hanya sekarang gaya
yang dialami adalah gaya tekan. Secara teoritis, bentuk yang terakhir ini dapat
diperoleh dengan menumpuk elemen-elemen yang dihubungkan secara tidak kaku
(rantai tekan) dan struktur yang diperoleh akan stabil. Akan tetapi, sedikit
variasi pada beban akan berarti bahwa strukturnya tidak lagi merupakan bentuk
funicular sehingga akan timbul momen lentur dan gaya geser akibat beban yang
baru ini. Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya keruntuhan pada struktur
tersebut sebagai akibat dari hubungan antara elemen-elemen yang tidak kaku,
tidak dapat memikul momen lentur. Karena bentuk struktur tarik dan tekan yang
disebutkan di atas mempunyai hubungan dengan tali tergantung yang dibebani, maka kedua
jenis struktur disebut sebagai struktur funicular.
Banyak bangunan yang menggunakan struktur funicular.
Sebagai contoh, jembatan gantung yang semula ada 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 sekitar abad pertama SM. Struktur kabel juga banyak
digunakan pada gedung, misalnya struktur kabel yang menggunakan tali.
Struktur
ini dipakai dipakai sebagai atap amfiteater Romawi yang dibangun sekitar tahun
70 SM.
Sekalipun kabel telah lama digunakan, pengertian teoretisnya masih
belum lama dikembangkan. Di Eropa, jembatan gantung masih belum lama digunakan
meskipun struktur rantai-tergantung telah 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.
Selanjtnya pada tahun 1741 dibangun jembatan rantai di Durham County, Inggris.
Jembatan ini mungkin merupakan jembatan gantung pertama di Eropa.
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 di Jacobs Creek, Uniontown, Pennsylvania
dengan menggunakan rantai besi fleksibel. Inovasi Findley bukanlah kabelnya,
melainkan penggunaan dek jembatan yang diperkaku yang pengakunya diperoleh
dengan menggunakan rangka batang kayu. Penggunaan dek kaku ini dapat mencegah
kabel penumpunya berubah bentuk sehingga bentuk permukaan jalan juga tidak
berubah. Dengan inovasi ini dimulailah penggunaan jembatan gantung modern.
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. Navier dalam bukunya sangat
menghargai karya Findley dalam hal pengenalan dek jembatan kaku.
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
dibangun setelah itu, misalnya yang membentangi Selat Messina dengan bentang
tengah sekitar 5000 ft (1525 m) dan jembatan Verazano-Narrows yang bentang
tengahnya 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 pada New York Exhibition pada
tahun 1853, yang mengusulkan atapgedung berbentuk lingkaran dari besi tuang
berdiameter 700 ft (213 m) digantung dari rantai yang memancar dan ditanam pada
menara pusat, struktur pavilyun pada pameran Nijny-Novgorod yang didesain oleh
V. Shookhov pada tahun 1896 dianggap sebagai awal mulanya aplikasi kabel pada
gedung modern. Struktur-struktur yang dibangun berikutnya adalahpavilyun
lokomotif pada Chicago World’s Fair pada tahun 1933 dan Livestock Judging
Pavillion yang dibangun di Raleigh, North Carolina pada sekitar
tahun 1950. sejak itu sangatbanyak dibangun gedung yang menggunakan struktur
kabel
Keuntungan dan Kelemahan Struktur Kabel
Keuntungan struktur kabel :
1. Elemen kabel merupakan elemen konstruksi paling ekonomis untuk menutup
permukaan yang luas
2. Ringan, meminimalisasi beban sendiri
sebuah konstruksi
3. Memiliki daya tahan yang besar
terhadap gaya tarik, untuk bentangan ratusan meter mengungguli semua sistem
lain
4. Memberikan efisiensi ruang lebih besar
5. Memiliki faktor keamanan terhadap
api lebih baik dibandingkan struktur tradisonal yang sering runtuh oleh
pembengkokan elemen tekan di bawah temperatur tinggi. Kabel baja lebih dapat
menjaga konstruksi dari temperatur tinggi dalam jangka waktu lebih panjang,
sehingga mengurangi resiko kehancuran
6. Dari segi teknik, pada saat terjadi
penurunan penopang, kabel segera menyesuaikan diri pada kondisi keseimbangan
yang baru, tanpa adanya perubahan yang berarti dari tegangan
7. Cocok untuk bangunan bersifat permanen.
Kelemahan struktur kabel :
Pembebanan yang berbahaya untuk
struktur kabel adalah getaran. Struktur ini dapat bertahandengan 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.