PEMBEBANAN PADA BAUT SAMBUNGAN MENARA PEMANCAR TELEKOMUNIKASI DI PASIR JAYABOGOR Cornelius Hutabarat1 dan Syahbuddin2 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma Jl. Margonda Raya No.100 2
[email protected]
ABSTRAK Penelitian ini dilakukan untuk menganalisis pembebanan dan tegangan geser yang diterima oleh baut sambungan untuk menara telekomunikasi setinggi 42 meter yang berada di Kabupaten Bogor, tepatnya di desa Pasir Jaya dengan bantuan program komputer SAP 2000 versi 9. Perhitungan dilakukan menggunakan prinsip-prinsip kesetimbangan dengan metode elemen hingga. Hasil analisis menunjukan penurunan beban untuk setiap penambahan ketinggian, dan sambungan yang menghadap angin (sumbu baut sejajar dengan arah angin) menerima beban lebih kecil dibanding sambungan yang menyamping arah angin (sumbu baut tegak lurus dengan arah angin). Hal ini menunjukan pembebanan lebih terpusat pada baut dengan sumbu tegak lurus arah angin. Kata kunci: beban, sambungan baut, SAP 2000
PENDAHULUAN Mainan anak-anak hingga bangunan tinggi mempunyai struktur. Struktur tersebut akan menerima bebannya sendiri dan beban luar. Berdasarkan prinsip kesetimbangan gaya dan momen (Meriam dan Kraige, 2000), beban akan didistribusikan melalui bagian struktur sehingga bila struktur dapat menerima beban, maka bangunan akan tetap berdiri, sebaliknya, bila struktur tidak mampu menerima beban, maka bangunan akan runtuh. Distribusi beban melalui
72
sambungan dari bagian struktur membentuk gaya yang unik tergantung pada bentuk sambungan, bahan, beban yang dikenakan dan sebagainya. Karena itu, penelitian ini mencoba untuk menganalisis beberapa sambungan bagian dari suatu struktur. Salah satu bentuk sambungan yang umum digunakan adalah sambungan baut dan struktur yang menjadi obyek adalah menara pemancar telekomuni-kasi di Pasir Jaya, Bogor. Perangkat lunak yang digunakan dalam pene-litian ini
JURNAL KONSTRUKSI & DESAIN, VOL.5, NO.1, JUNI 2006
adalah perangkat lunak SAP 2000 dengan asumsi beban resultan setiap sambungan diterima oleh satu baut yang mewakilkan baut dalam berbagai bentuk sambungan pada menara (Cornelius, 2005). Dalam perancangan menara, sangatlah penting bagi perancang untuk memperhitungkan beban maksimum yang diterima oleh struktur menara yang dibuatnya. Beban maksimum dapat diperkirakan melalui hal yang biasa terjadi pada lingkungan di mana menara ditempatkan, seperti berapa besar angin yang sering terjadi di daerah tersebut, kecenderungan terjadinya badai dan gangguan alam lainnya yang dapat terjadi di tempat menara didirikan. Setelah mendapat batas beban maksimum, barulah perancang dapat menentukan faktor keamanan dan memilih bahan struktur, bahan dan jenis sambungan yang digunakan. METODE PENELITIAN Menara yang dianalisis adalah menara pemancar telekomunikasi yang berlokasi pada daerah Pasir Jaya, Bogor. Menara ini berbahan baja struktur dengan batang L50x50x5, L60x60x6, L70x70x7, L80x80x8, L90x90x9, L100x100x10, dan L120x120x12. Perhitungan pembebanan dilakukan menggunakan program SAP 2000 versi 9. Besar angin yang
73
digunakan dalam perhitungan adalah angin dengan kecepatan 112 km/jam. Posisi baut yang menerima pembebanan terbesar ditentukan. Setelah diketahui posisi baut yang menerima beban terbesar, perhitungan tegangan geser dilakukan menggunakan rumus: τ = ( 2F / πd2 )
(1)
Dimana τ adalah tegangan geser, F merupakan beban yang terjadi dan d adalah diameter baut. Gambar 1 memperlihatkan pemodelan 3 dimensi dari pembebanan angin terhadap struktur menara. Penomoran sambungan dapat dilihat pada Gambar 2 hingga Gambar 6. Tegangan geser yang diperoleh dari hasil penelitian ditunjukan oleh Tabel 1 hingga Tabel 5. PEMBAHASAN Menara pemancar telekomunikasi yang dianalisis dalam penelitian ini dibangun dengan sambungan kolom-kolom, sambungan kolompenyangga, sambungan balok-kolom, sambungan balok-penyangga dan sambungan balok-balok. Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2-6, sambungan kolomkolom yang diperhitungkan pada menara adalah sambungan kolom pada posisi 1-7 dalam tanda kotak ( ) . Sambungan kolom ini dianggap dapat mewakili sambungan kolom-
JURNAL KONSTRUKSI & DESAIN, VOL.5, NO.1, JUNI 2006
kolom pada sisi lain dari menara. Hasil analisis SAP pada posisi tersebut ditunjukkan pada Tabel 1. Tampak sambungan kolom-kolom yang terletak pada bagian bawah menara (bernomor kecil) menerima beban terbesar dibandingkan dengan sambungan kolom yang terletak di atas-
Gambar 1. Model 3 dimensi pembebanan angin pada menara.
nya. Akibatnya baut sambungan pada kolom tersebut menerima beban geser lebih besar dan baut pada kolom terletak pada bagian atas menerima beban geser lebih kecil (Tabel 1), kecuali pada sambungan kolomkolom dengan posisi 7.
Gambar 2. Menara tingkat 1
Gambar 3. Menara tingkat 2 Gambar 4. Menara tingkat 3
CORNELIUS 74
&
SYAHBUDDIN,
PEMBEBANAN
PADA
BAUT
…..
a)
b)
a)
b)
Gambar 5. Menara a) tingkat 4 dan b) tingkat 5
Gambar 6. Menara a) tingkat 6 dan b) tingkat 7
Keterangan: ( ) = sambungan kolom.
(Ο)=Sambungan rangkaian balok.
Tabel 1. Tegangan geser terbesar baut sambungan kolom-kolom. No. F (N) τ (N/mm2) 1 25547,36 45,08 2 21902,86 38,65 3 19207,86 47,79 4 10773,52 26,81 5 4565,45 11,36 6 2154,93 5,36 7 3014,98 7,50
pada baut kolom tegak lurus sedikit lebih besar dibandingkan dengan kolom di bawahnya yang miring. Berbeda dengan sambungan sebelumnya, hasil analisis memberikan gambaran bahwa beban sambungan kolom-penyangga (sambungan dengan posisi 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, dan 35 pada Gambar 2-6) relatif lebih kecil dibandingkan sambungan kolom. Hal ini terjadi karena beban menara tertumpu pada batang kolom menara sehingga sambungan kolomkolom menerima beban lebih besar dibandingan dengan sambungan kolom-penyangga.
Beban geser baut sambungan pada kolom pada posisi 7 sedikit lebih besar dibandingkan dengan sambungan kolom-kolom pada posisi 6. Hal ini mungkin terjadi karena baut sambungan pada kolom pada posisi 7 merupakan ke sambungan ke kolom tengah lurus sedangkan kolom di bawahnya merupakan kolom miring (bersudut<90°). Karena itu, beban geser yang diterima
75
Tabel 2. Tegangan geser baut sambungan kolom-penyangga. No. F (N) τ (N/mm2)
JURNAL KONSTRUKSI & DESAIN, VOL.5, NO.1, JUNI 2006
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
15881,8 13305,35 11320,09 8631,19 9398,86 7535,59 5882,88 4529,38 3182,24 3156,23 1252,27 3254,42 1340,71 855,09 1826,98 832,54 1782,54 797,52
39,52 33,11 28,17 21,48 23,39 18,75 14,64 11,27 7,92 7,85 3,12 8,10 3,34 2,13 4,55 2,07 4,44 1,98
Sambungan kolompenyangga yang lebih tinggi akan mengalami beban lebih ringan. Akibatnya baut pada sambungan terendah menerima beban geser lebih besar dan sambungan ter-tinggi menerima beban geser lebih rendah. Akan tetapi seperti yang ditunjukkan pada posisi 7 dan 9, atau 11 dan 13, dan seterusnya hingga posisi 31 dan 33 pada tabel di atas, sambungan bawah (posisi 7, 11, 15, 19, 23, 27, 31) menerima beban lebih kecil dibandingkan dengan sambungan atasnya (posisi 9, 13, 17, 21, 25, 29, 33), ini disebabkan aksi-reaksi pada struktur menara yang menye-babkan pemusatan pembebanan pada posisi tersebut.
CORNELIUS 76
&
SYAHBUDDIN,
Tabel 3. Tegangan geser baut sambungan balok-kolom. No. F (N) τ (N/mm2) 2 1213,19 3,02 4 2990,22 7,44 6 1212,87 3,02 8 1235,61 3,07 10 853,11 2,12 12 2897,62 7,21 14 607,01 1,51 16 602,60 1,50 18 2961,15 7,37 20 853,89 2,13 22 1313,97 3,27 24 919,63 2,29 26 134,09 0,33 28 858,15 2,14 29 388,49 0,97 30 922,26 2,30 32 84,86 0,21 34 687,19 1,71 35 111,10 0,28
Bila dibandingkan dengan sam-bungan sebelumnya, sambungan balok-kolom ternyata menerima beban lebih rendah. Sama hal dengan sambungan sebelumnya, sambungan balok-kolom yang menerima beban besar terletak pada posisi bawah dan beban terrendah pada ambungan balok-kolom pada posisi atas. Akan tetapi setiap perubahan tidak terartur. Perubahan beban tidak terartur yang diterima sambungan-sambungan balok-kolom ini hingga kini belum diketahui penyebabnya dan masih dipelajari. Bila dilihat pada Tabel 2, sambungan kolom-penyangga terbawah mengalami beban terbesar diban-
PEMBEBANAN
PADA
BAUT
…..
dingkan dengan sambungan kolompenyangga lainnya. Tabel 4. Tegangan geser baut sambungan balok-penyangga. No. F (N) τ (N/mm2) 36 15575,50 38,75 37 13001,91 32,35 38 11091,88 27,60 39 8413,90 20,93 40 9232,94 22,97 41 7378,12 18,36 42 5734,62 14,27 43 4384,54 10,91 44 3094,41 7,70 45 3025,49 7,53 46 2199,25 5,47 47 3137,45 7,81 48 995,73 2,48 49 546,99 1,36 50 1722,50 4,29 51 1287,62 3,20 52 1751,86 4,36
Beban yang diakibat dengan struktur menara diterima juga oleh sambungan balok-penyangga. Beban sambungan balok-penyangga menara ditunjukkan pada Tabel 4. Beban tertinggi diterima oleh sambungan balok-penyangga pada posisi 36 (posisi terendah), dan menurun dengan meningkatnya ketinggian sambungan balok-penyangga pada posisi 49. Pada posisi sambungan selanjutnya (posisi 50, 51 dan 52), beban sambungan meningkat kembali dan berubah tidak beraturan. Tinggi beban sambungan yang diterima pada ketiga
77
posisi teratas mungkin diakibatkan pada posisi kolom yang tegak lurus. Perubahan yang tidak teratur pada 3 posisi sambungan teratas dikarenakan aksi-reaksi pada struktur mengakibatkan pemusatan beban pada sambungan tersebut. Tabel 5. Tegangan geser baut sambungan balok-balok. No. F (N) τ (N/mm2) 1 517,25 1,95 2 503,92 1,90 3 452,94 1,71 4 424,56 1,60 5 368,28 1,39 6 327,51 1,23 7 316,12 1,19 8 303,23 1,14 9 305,25 1,15 10 294,72 1,11 11 270,25 1,02 12 252,59 0,92 13 238,21 0,90 14 253,95 0,96 15 65,35 0,24 16 130,83 0,49 17 159,96 0,60 18 162,49 0,61 19 42,98 0,16
Jenis sambungan menara yang menerima beban terkecil terdapat pada sambungan balok-balok. Umumnya beban yang diterima dibawah 600 N. Sama dengan jenis sambungan yang lain, sambungan yang terletak pada posisi terrendah (posisi 1) akan mengalami beban terbesar dan beban tersebut akan menurun dengan meningkatnya ke-
JURNAL KONSTRUKSI & DESAIN, VOL.5, NO.1, JUNI 2006
tinggian posisi sambungan (posisi, 2, 3, …., 19, kecuali pada posisi 15). Sambungan pada posisi 15 menerima beban terendah dan juga lebih rendah dibandingkan dengan sambungan pada posisi lebih tinggi. Posisi 15 merupakan balok dibantu oleh penyangga sehingga mengalami beban yang rendah dibandingkan dengan posisi di atasnya. PENUTUP Dari pembahasan tentang pembebanan pada struktur menara pemancar dapat disimpulkan bahwa struktur lebih memusatkan pembebanan pada daerah samping (sumbu baut tegak lurus dengan arah angin), karena terlihat pembebanan pada struktur yang menyamping arah angin cenderung lebih besar, hal ini dapat dilihat pada Tabel 1 hingga Tabel 5. Semakin ke puncak pembebanan semakin kecil, tetapi pada posisi tertentu (sebagai contoh posisi 30 pada Tabel 4) terjadi pembebanan yang lebih besar dibanding sambungan di bawahnya. Hal ini menunjukan pemusatan beban pada
CORNELIUS 78
&
SYAHBUDDIN,
posisi tersebut akibat aksi-reaksi yang terjadi pada struktur menara. DAFTAR PUSTAKA Cornelius, H., Pembebanan pada Baut Sambungan Menara Pemancar Telekomunikasi di Pasir Jaya, Bogor, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Gunadarma, 2005, 44-45 Craig, R.R, Mechanics of Materials, 2nd Edition, John Wiley & Sons, New York, 53. Meriam J.L., dan Kraige, L.G., (alih bahasa Tony Mulia)., Mekanika Teknik Statika Jilid 1 Edisi Kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta 2000, 75130. Todd, J.D., (alih bahasa The Houw Liong), Teori dan Analisis Struktur, Edisi kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1984, 2 R.R, Mechanics of Materials, 2nd Edition, John Wiley & Sons, New York, 53.
PEMBEBANAN
PADA
BAUT
…..
