Struktur Kabel (Bagi-1)

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)

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.
Pada jembatan gantung, kabel-kabel letak dalam bidang datar (dua dimensi), sedangkan pada struktur kabel dan jaringan rangkaian kabel yang berjumlah banyak, disusun ortogonal dalam bidang lengkung, masing-masing kearah yang berkebalikan untuk kepentingan bersama, sehingga menghasilkan sistem yang stabil dalam tiga dimensi.
Pemakaian struktur tersebut berkembang menjadi struktur atap gantung ruang, memakai bahan yang ringan, kuat dan tahan cuaca, di antaranya adalah fiberglass dan acrylic yang dipasang di antara jala-jala dari kabel baja mutu tinggi. Jaringan laba-laba adalah suatu contoh di alam yang merupakan jaringan dalam bidang (dua dimensi) dan mempunyai perubahan bentuk (deformasi) yang elastis.
Pada zaman sekarang sesuai dengan pesatnya kemajuan ilmu pengetahuan, struktur kabel juga berkembang. Pemakaian struktur tersebut tidak terbatas pada bangunan untuk pameran atau pertunjukan, tetapi telah digunakan untuk stadion dengan bentangan ruang yang besar.



Sejarah Struktur Kabel
A. Sejarah Perkembangan Struktur Kabel
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.

C. Struktur kabel pada abad ke 19
Prinsip struktur kabel mengadaptasi bentuk tenda dan jembatan, hanya saja diterapkan pada bentang yang lebih luas. Dipicu oleh revolusi industri dimana terjadi pertambahan penduduk yang cepat dan pertumbuhan di bidang industri, mengakibatkan munculnya kebutuhan akan bangunan dengan bentang lebar untuk pabrik, stasiun kereta api dan fasilitas umum lainnya. Sistem struktur yang sering digunakan adalah struktur rangka sedangkan struktur kabel jarang digunakan. Namun terdapat beberapa contoh yang dapat diklasifikasikan menjadi :
• Perpaduan struktur kabel dengan elemen jembatan
Bangunan pertama adalah sebuah pabrik di pelabuhan Perancis yang dibangun tahun 1839. Terdiri atas dua gedung memanjang dengan ruang diantaranya sepanjang 40 m yang tertutup atap tanpa dinding. Atap didikat oleh sistem kabel catenary yang diangkurkan pada tower bangunan.

• Atap dengan rantai dan kabel tarik
Jaringan rantai besi atau kabel digunakan sebagai penutup atap, sebagai alternatif atap yang tahan api.
• Jaringan kabel dua arah pada lantai
Jaringan kabel dan batang besi digabung membentuk suatu plat lantai yang pre-tension
• Masted Structure
Diilhami oleh tuntutan bangunan berbentang lebar yang ringan, biaya rendah dan konstruksi yang tahan api, maka digunakan prinsip jembatan dengan mengikat rantai atau kabel (sebagai rangka atap) pada kolom yang diteruska ke atas

Dasar-Dasar Struktur Kabel
Daya Tarik yang tinggi dari baja dengan efisiensi tarik murni memungkinkan kabel baja sebagai elemen struktur yang dapat membentangi jarak besar. Kabel adalah fleksibel karena ukurannya dari sisi kecil dibandingkan dengan panjangnya. Fleksibel menunjukan daya lengkung yang terbatas.
Karena tegangan-tegangan lengkung tidak sama, dapat diatasi oleh fleksibelnya kabel. Beban-beban yang dipikul oleh batang-batang tarik terbagi di antara kabel-kabel. Masing-masing kabel memikul beban dengan tegangan yang sama dan di bawah tegangan yang diperkenankan.
Untuk mendapat gambaran mengenai mekanisme kabel yang memikul beban vertikal, dapat dilihat pada gambar dibawah ini, terlihat suatu kabel yang ujung-ujungnya dipegang kuat oleh angkur pada tembok dan dibebani beban P ditengahnya. Karena beban P, kedua bagian kabel tertarik dan membentuk segitiga, tiap bagian kabel memikul ½ p

Bentuk segitiga yang terbentuk oleh kabel memilki ciri khas lenturan,
yaitu jarak vertikal antara landasan gantung sampai dengan titik terendah pada kabel. Kabel tanpa lenturan tak dapat memikul beban karena gaya tarik yang terdapat dalam kabel yang mendatar tidak dapat mengadakan keseimbangan dengan gaya atau beban vertikal. Gaya tarik arah kedalam pada kedua landasan akibat melenturnya kabel dapat dibagi menjadi dua bagian yang sama karena pembebanan simetri. Bilamana landasan perletakan tidak cukup kuat, maka kedua bagian kabel akan berimpit menjadi satu. Untuk mengatasi hal tersebut, perlu dipasang batang penunjang mendatar antara kedua landasan. Mekanisme kabel


• Makin panjang kabel
- lenturan makin besar
- tetapi tegangan menjadi lebih rendah
- dapat dipakai kabel dengan potongan lintang yang kecil.
• Makin pendek kabel,
- lenturan pun makin kecil
- tegangan menjadi lebih tinggi
- diperlukan kabel dengan potongan lintang yang lebih besar.
Yang paling ekonomis adalah dengan mengambil lenturan dengan sudut 45 º. Apabila beban diperbanyak, maka kabel-kabel dengan garis lurus yang disebabkan karena tegang, membentuk segi banyak. Bentuk segi banyak itu disebut juga Funicular Polygon dari bahasa Latin : Funis = tali dan dari bahasa Greek : Poly = banyak, dan Gonia = sudut. Lenturan maksimal pada Funicular Polygon yaitu 3/10 dari bentangan.
Terdapat pula Polygon Catenari, dari bahasa Latin : Catena = lengkungan yang teratur, dimana beban-beban yang sama besarnya disusun dengan jarak-jarak yang sama di atas kabel utama dan lebih baik, maka batang-batang segi banyak gaya membentuk lengkungan yang agak lain dari bentuk parabola tatepi tidak banyak selisih. Lenturan maksimal pada Katenari yaitu 3/10 dari bentangan dan dengan lenturan itu lengkungan katenari hampir berimpit dengan parabola. Kabel yang memikul berat sendiri dan beban terbagi rata yang didistribusikan mendatar mendapat bentuk pertengahan antara katenari dan parabola.
Perbedaan antara bentuk lengkung Katenari dengan bentuk lengkung Parabola


2. Klasifikasi Struktur Kabel
Secara Garis Besar, Struktur kabel dapat dibedakan menjadi:
1. Struktur Kabel Tunggal Sistem Roda Sepeda ( Single Layer Sistem)
Pada sistem ini dipakai satu susunan kabel yang menghubungkan cincin dinding luar dari beton sebagai penahan tiang yang silindris ke cincin dalam di titik pusat lingkaran dari baja. Dinding tepi melingkar dibuat dari beton tulang yang tipis.
Penutup atap terdiri dari pelat beton prefabrikasi berbentuk baja yang didukung oleh kabel-kabel radial. Ujungnya ditekuk ke atas pada tulangan pelat. Agar stabil, pelat-pelat dibebani bata atau kantong-kantong berisi pasir sementara untuk memberi tarik tambahan pada kabel.
Lubang-lubang diantara dua pelat sebagai cetakan diisi adukan beron. Bilamana beton mongering, atap menjadi pelat yang monolit dan merupakan bundaran. Kabel akan memendek tetapi ditahan oleh beton tepi yang merupakan silinder yang telah membantu.
Jadi atap beton yang melengkung ke bawah itu mendapat prategang dari kabel-kabel, sehingga cukup kaku untuk menahan flutter effect (mengepak seperti sayap). Drainase air hujan dilakukan dengan memompa air yang ada di atas atap melalui pipa-pipa.



2. Struktur Kabel Ganda Sistem Roda Sepeda (Double Layer Sistem)
Sistem kabel ganda terdiri atas dua susunan kabel yang letaknya tidak sebidang, tidak berpotongan tetapi bersilang. Kedua susunan kabel ini merupakan struktur utama dari atap, susunan yang satu melengkung ke atas dan susunan yang lainnya melendut ke bawah. Kedua susunan kabel dijaga supaya tetap pada tempatnya oleh penunjang-penunjang tekan dengan berbagai panjang yang masing-masing dapat disetel.

Bahan atap terdiri dari pelat metal prefabrikasi. Atap bebas dari bahaya flutter effect karena gaya tarik dalam kabel yang cukup besar membuat susunan keseluruhan lebih kaku daripada kabel-kabel yang digantungkan.

2.3.5 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 momen.

A. Deformasi Struktur Kabel

Beban merata pada struktur kabel menyebabkan terbentuknya 2 macam kurva, yaitu :
• Kurva parabola, terjadi akibat beban horizontal yang merata
• Kurva katenari, terjadi akibat beban merata searah kabel


B. Sistem Stabilisasi
Beberapa sistem stabilisasi yang dapat digunakan untuk mengantisipasi deformasi pada struktur kabel antara lain :
1. Peningkatan beban mati
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 (spreader)
Stabilisasi ini menggunakan batang-batang tekan sebagai pemisah antara dua kabel sehingga menambah tarikan internal didalam kabel.

4. 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.

5. 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.

2.3.6 Gaya-Gaya Pada Kabel
Untuk menghitung gaya-gaya kabel, dapat ditempuh dengan memanfaatkan keseimbangan titik-titik hubung struktur.
Kabel adalah struktur, dimana besar gaya-gaya pada kabel tersebut tidak konstan, ini berarti setiap segmen pada konstruksi kabel akan menerima gaya yang berbeda.
Tiupan angin diatas permukaan atap yang melendut menyebabkan terjadinya gaya isapan. Gaya isapan menyebabkan atap fleksibel mengarah cembung ke atas

Pada saat atap berubah bentuk sebagai akibat gaya isapan, pengaruh angin terhadap bentuk yang berubah tadi menyebabkan gaya tekan. Gaya tekan menyebabkan atap bergerak ke bawah

Pada saat bergerak ke bawah dan ke atas, efek angin secara bergantian tekan-isap yang mengakibatkan atap mengalami getar secara konstan


2.3.7 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 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.

Dikutip: http://strukons6.blogspot.com/2008/04/struktur-kabel-bag-1.html