Struktur Kabel

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.