Software Desain Struktur: Gagal Geser & Torsi Pada Balok Beton

Sesuai judulnya, tulisan kali ini mau mengulik tentang keresahan yang sering dialami para engineer perencana struktur ketika menggunakan software (biasanya Staad, SAP2000, dan ETABS) sewaktu menghitung atau merencanakan sebuah balok bertulang. Masalah klasik yang sebenarnya solusinya ngga susah, tapi juga ngga gampang. Ngga susah karena ini hanya butuh sedikit pemahaman dasar-dasar mekanika teknik. Tapi juga ngga gampang karena ini sifatnya spesifik, walaupun kasusnya serupa, tapi masing-masing bisa punya penyelesaian yang berbeda-beda.

Apa Itu Warning Shear & Torsion?

Warning atau peringatan ini muncul karena kombinansi gaya dalam geser dan torsinya sudah melebihi nilai maksimum yang disyaratkan oleh standard. Dan biasanya parameter yang berpengaruh dominan adalah dimensi balok. Jadi, secara logika, cara mengatasinya sebenarnya adalah cukup dengan memperbesar dimensi balok.

Masalahnya, begitu ketemu dimensi yang aman (menurut) software, ternyata ukurannya udah ngga masuk akal. Apakah ini berarti kita ngga boleh percaya begitu saja sama software? Betul sekali!

Torsi Si Pembawa Masalah

Langsung aja kita tunjuk pelakunya. Dia adalah si Torsi. Torsi pada balok bisa muncul karena transfer beban dari elemen-elemen lain seperti: pelat lantai atau balok anak. Walaupun demikian, ngga semua torsi bisa disalahkan. Ada 2 macam torsi yang kita kenal: Torsi Kesetimbangan dan Torsi Kompatibilitas.

Torsi Kesetimbangan

Torsi Kesetimbangan itu bahasa sederhananya adalah, torsi yang harus ada, karena kalo dia ngga ada, maka struktur menjadi ngga seimbang, alias ngga stabil, bahkan di beberapa struktur tertentu, ketiadaan torsi ini bisa menyebabkan kegagalan struktur.

Pada gambar di atas, ada dua kolom yang menahan sebuah balok, dan balok itu menahan pelat kantilever. Pelat kantilever hanya punya satu tumpuan yaitu balok. Pelat berperilaku sebagai kantilever terhadap balok. Jadi mekanisme transfer bebannya melalui geser dan lentur. Lentur dari pelat, diterima oleh balok dalam bentuk torsi, karena putarannya searah dengan sumbu utama balok. Kalau kekakuan torsi pada balok ini dihilangkan atau diperlemah, maka pelat menjadi ngga stabil alias jatuh. Oleh karena itu, pada kasus ini, torsi pada balok harus ada dan harus diperhitungkan. Kalau ketemu overstrength pada kasus seperti ini, satu-satunya solusi adalah memperbesar ukuran balok dulu sampai batas kritisnya terpenuhi, baru setelah itu dihitung kebutuhan tulangan geser dan torsinya.

Torsi Kompatibilitas

Nah, torsi ini kebalikan dengan yang di atas. Torsi kompatibilitas itu boleh diabaikan karena kalau diabaikan pun struktur masih stabil dan masih aman.

Kembali ke kasus sebelumnya, kali ini si pelat kita kasih tambahan balok di semua sisinya. Sekarang ada 3 tipe balok:

• B1 : Balok induk, ada yang menyebutnya girder (balok yang menghubungkan antar kolom)
• B2 : Balok kantilever yang menopang balok B3
• B3 : Balok anak yang menumpu ke balok B3

Transfer beban dari pelat terjadi ke semua balok, B1, B2, dan B3 dengan mekanisme geser dan lentur. Semua balok juga menerima dengan munculnya gaya dalam berupa momen lentur, gaya geser, dan juga torsi. Nah, torsi di sini ini adalah torsi kompatibilitas, karena torsi ini bisa diabaikan karena nilainya relatif kecil, dan kalau diabaikan atau tidak diperhitungkan, struktur tidak akan mengalami kegagalan dan masih tetap stabil.

Masalahnya, sekecil apa pun itu, by default software tetap akan memperhitungkan torsi itu. Dan karena torsi selalu dikombinasikan dengan gaya geser, maka si Torsi yang tadinya kelihatan “kecil” akan menjadi masalah karena dia bawa-bawa orang dalam, yaitu si Geser. Makanya ketika disaring oleh code dan standar, mereka ngga lolos kriteria dan dinyatakan gagal.

Cara Mengabaikan Torsi

Cara mengabaikan torsi kompatibilitas ada berbagai macam:

Mereduksi Kekakuan Torsi Pada Ujung-Ujung Balok

Ini adalah salah satu cara untuk mengurangi pengaruh torsi pada balok. Dengan cara ini, gaya dalam torsi yang akan diterima di ujung-ujung balok akan menjadi lebih kecil. Tapi, cara ini belum tentu bekerja dengan baik di semua struktur. Cara ini efektif untuk layout balok dan pelat yang relatif teratur, simetris, atau regular.

Mereduksi Kekakuan Lentur Dari Tepi Pelat Lantai

Cara ini juga perlu hati-hati karena untuk tipe pelat tertentu justru, hal ini bisa memicu instability juga, atau lendutan pada pelat yang sangat besar.

Menon-aktifkan Fitur Pengecekan Torsi

Sebenarnya saya juga belum yakin tentang fitur ini, tapi ada salah satu software yang bisa mengabaikan pengaruh torsi pada saat perhitungan kekuatan balok, tapi itu untuk balok baja. Kalaupun memang belum ada untuk balok beton, semoga kelak fitur ini bisa disediakan oleh software. Hehe..

Melakukan Perhitungan Atau Verifikasi Manual

Ini sebenarnya cara yang paling saya sukai, karena level of confidence-nya paling tinggi. Tapi untuk beberapa pekerjaan tertentu yang mengharuskan membuat laporan perhitungan yang lengkap, kadang agak merepotkan karena kita harus sediakan semacam disclaimer dulu, setelah itu baru melakukan perhitungan secara manual.

Tentang Engineering Judgement

Semua hal yang dilakukan di atas adalah tindakan yang disebut sebagai engineering judgement (EJ), yaitu bagaimana seorang engineer mengambil asumsi dan keputusan teknis dan bisa dipertanggungjawabkan. Tiap engineer punya gaya EJ yang berbeda-beda.

Nah, terkait mereduksi kekakuan lentur pelat atau balok pada kasus di atas, tentu muncul pertanyaan,

“kalau kita mereduksi kekakuan lentur pelat, apakah pada saat detailing akan ada bedanya dengan pelat yang tidak direduksi kekakuan lenturnya?”

si pengen tau

Pertanyaan ini akan dijawab di artikel lain. 🙂

[semoga.bermanfaat]