Anastruct: Pondasi Tumpuan Pegas Hanya Tekan

Artikel kali ini mau nyoba analisis pondasi telapak; yang terangkat salah satu sisinya, akibat gaya luar. Akibatnya tumpuan pegas tertarik pada salah satu sisinya dan perlu disesuaikan lagi, karena tanah dianggap tidak mampu menerima tarik.

Soal original merupakan postingan Suyono Nt dalam blognya disini atau soal dan solusinya dalam file pdf di sini. Begitu banyak tulisan beliau yang menginspirasi saya, termasuk contoh kasus pada kali ini.

Baiklah..

Adapun soalnya sebagai berikut:

Soal

Strategi

Adapun strategi dalam analisis kali ini adalah sebagai berikut:

  1. Awalnya, menganalisis pondasi sesuai kondisi awal/soal.
  2. Identifikasi tumpuan pegas (spring) yang mengalami reaksi tarik.
  3. Menghapus kekakuan pegas (atur k=0) yang mengalami tarik.
  4. Menganalisis kembali.
  5. Mengulangi tahapan, sampai tidak lagi ditemukan tumpuan yang mengalami tarik atau nilai tarik minimal (toleransi >0.0001)
  6. Mencoba pembagian elemen pias, 20, 60 dan 120 buah.
  7. Membandingkan tekanan teoritis dan hasil analisis.

Analisa struktur dilakukan menggunakan program Anastruct dan bahasa pemrograman Python. Adapun file analisis secara lengkap dapat diunduh pada link berikut ini:

Pondasi tumpuan pegas hanya tekan.pdf

Pondasi tumpuan pegas hanya tekan.ipynb

Hasil analisis

Berikut reaksi tumpuan untuk kasus 20 elemen pias; sebelum dilakukan penyesuaian.

Terlihat pada tumpuan bagian paling kanan terdapat reaksi tarik sebesar 10.58 kN. Dan terdapat beberapa tumpuan dengan reaksi tarik lagi.

N_pias = 20; Struktur dan Pembebanan
N_pias = 20; Reaksi perletakan, sebelum penyesuaian.

Tumpuan yang mengalami tarik tersebut dihapus kekakuannya (k=0), kemudian di analisis kembali. Adapun hasilnya sebagai berikut:

N_pias = 20; Reaksi perletakan, setelah penyesuaian
N_pias = 20; Diagram moment, setelah penyesuaian

Dari grafik reaksi perletakan di atas diketahui tekanan maksimal sebesar:

sigma_max = 70.38/(0.1*1) = 703 kPa < 780 kPa (tekanan maks teoritis)

Terlihat tekanan maksimal hasil analisis masih cukup jauh dari tekanan teoritis. Adapun grafik tekanan setelah dilakukan penyesuaian untuk kasus n elemen pias = 20 adalah sebagai berikut:

N_pias = 20; Tekanan fondasi; Maksimal = 703 kPa

Maka, dicoba jumlah elemen pias 60 buah dan 120 buah.

N_pias = 60; Tekanan fondasi; Maksimal = 763 kPa

N_pias = 120; Tekanan fondasi; Maksimal = 780 kPa
Jumlah Elemen PiasTekanan Maks (kPa)
20 buah703 kPa
60 buah763 kPa
120 buah780 kPa
Rekapitulasi Tekanan Pondasi

Dari tabel rekapitulasi di atas, diketahui digunakan jumlah elemen pias 120 buah untuk memperoleh nilai tekanan tanah yang sama dengan teoritis.

Namun, dengan jumlah elemen pias begitu banyak; sehingga tidak begitu efisien untuk keperluan analisis sehari-hari.

Dari hasil berikut ini, diketahui perulangan (iterasi) dilakukan sebanyak tiga (3) kali untuk menyesuaikan tumpuan hanya tekan saja. Berikut hasil eksekusi program analisis:

N_pias = 20

>> Mulai analisis..
hapus kekakuan tumpuan 1
hapus kekakuan tumpuan 2
hapus kekakuan tumpuan 3
>> Analisis kembali
hapus kekakuan tumpuan 4
>> Analisis kembali
hapus kekakuan tumpuan 5
>> Analisis kembali
Analisis selesai!
N_pias = 60

>> Mulai analisis..
hapus kekakuan tumpuan 1
hapus kekakuan tumpuan 2
hapus kekakuan tumpuan 3
hapus kekakuan tumpuan 4
hapus kekakuan tumpuan 5
hapus kekakuan tumpuan 6
hapus kekakuan tumpuan 7
hapus kekakuan tumpuan 8
hapus kekakuan tumpuan 9
hapus kekakuan tumpuan 10
>> Analisis kembali
hapus kekakuan tumpuan 11
hapus kekakuan tumpuan 12
hapus kekakuan tumpuan 13
hapus kekakuan tumpuan 14
>> Analisis kembali
hapus kekakuan tumpuan 15
>> Analisis kembali
Analisis selesai!
N_pias = 120

>> Mulai analisis..
hapus kekakuan tumpuan 1
hapus kekakuan tumpuan 2
hapus kekakuan tumpuan 3
hapus kekakuan tumpuan 4
hapus kekakuan tumpuan 5
hapus kekakuan tumpuan 6
hapus kekakuan tumpuan 7
hapus kekakuan tumpuan 8
hapus kekakuan tumpuan 9
hapus kekakuan tumpuan 10
hapus kekakuan tumpuan 11
hapus kekakuan tumpuan 12
hapus kekakuan tumpuan 13
hapus kekakuan tumpuan 14
hapus kekakuan tumpuan 15
hapus kekakuan tumpuan 16
hapus kekakuan tumpuan 17
hapus kekakuan tumpuan 18
hapus kekakuan tumpuan 19
hapus kekakuan tumpuan 20
>> Analisis kembali
hapus kekakuan tumpuan 21
hapus kekakuan tumpuan 22
hapus kekakuan tumpuan 23
hapus kekakuan tumpuan 24
hapus kekakuan tumpuan 25
hapus kekakuan tumpuan 26
hapus kekakuan tumpuan 27
hapus kekakuan tumpuan 28
>> Analisis kembali
hapus kekakuan tumpuan 29
hapus kekakuan tumpuan 30
>> Analisis kembali
Analisis selesai!


Baiklah.. demikian artikel kali ini, semoga bermanfaat.

Studi Kasus: Pengaruh Angin pada Rangka Atap Baja Ringan

Sudah tidak asing lagi, begitu banyak atap baja ringan yang diberitakan runtuh akibat terjangan angin kencang.

Material baja ringan banyak digunakan pada atap rumah sederhana dan hampir tidak ada hitungan pembebanannya (analisa struktur). Sangat miris memang, keamanan bangunan dilimpahkan sepenuhnya kepada tukang bangunan.

Tidak heran, untuk struktur sederhana seperti ini; mungkin pemilik rumah tidak terpikirkan untuk membayar insinyur struktur (tenaga ahli). Dan bisa jadi pula insinyur struktur tidak minat dengan struktur sederhana karena budget-nya dikit atau bahkan tidak ada sama sekali.

Oleh karena itu, pada artikel ini mau coba bahas, kira-kira apa sih kemungkinan penyebabnya? Bagaimana pengaruh beban angin dan analisis struktur yang dilakukan?

Contoh kasus:

Ditinjau Desain Rumah Tipe – 36 sebagai berikut:

  • Ukuran denah = 6 m x 6 m
  • Tinggi dinding 3 m
  • Sudut atap 30 derajat
  • Tinggi atap 1.73 m
  • Penutup atap spandek
Gambar 1 – Sketsa Desain Rumah

Model rangka atap baja ringan yang akan ditinjau sebagai berikut:

  • Bahan baja ringan profil 75x35x0.75 mm
  • Tumpuan sendi-sendi (sesuai keadaan umum terpasang di lapangan)
  • Jarak antar kuda-kuda sebesar 1.2 m.
  • Kecepatan angin 10 m/s sampai 90 m/s (umumnya digunakan 40 m/s untuk desain)
  • Desain sesuai Gambar 2.
Gambar 2 – Desain Rangka Atap

Pembebanan dan Analisis Struktur

Agar artikel ini tidak begitu rumit dan panjang, maka detail analisis tidak ditampilkan disini. Silahkan hubungi email penulis jika menginginkan detail perhitungan dan analisis; atau melalui kolom komentar di bawah ini.

Berikut ini beberapa asumsi analisis dan pembebanan yang digunakan:

  • Beban angin ditentukan berdasarkan SNI 1727:2020
  • Kapasitas Baja Ringan (Baja Canai Dingin) dihitung berdasarkan SNI 7971:2013
  • Mutu bahan menggunakan G 550 (fy 550 MPa)
  • Sambungan menggunakan sekrup D4.5 mm

Sebelum menuju hasil analisa struktur, mari kita perhatikan sejenak grafik pada Gambar 3 berikut ini.

Grafik ini adalah hubungan panjang batang baja ringan dengan kemampuan berapa kilogram yang bisa dipikul.

Gambar 3 – Kapasitas Tekuk (Kg) Profil Baja Ringan Tunggal

Sebagai contoh baja ringan dengan panjang 120 cm, memiliki kemampuan 933 Kg beban yang dapat dipikul. Ini adalah panjang batang bawah dan atas rangka atap pada Gambar 2.

Ini dikenal dengan kapasitas tekuk batang.

Dalam contoh ini, kapasitas tarik batang tidak ditinjau. Umumnya, kapasitas tekuk lebih rendah dibanding kapasitas tarik; sehingga tekuk batang menentukan.

Analisa struktur dilakukan menggunakan program Anastruct dan Bahasa Pemrograman Python.

Berikut pembahasan hasilnya.

Apakah batang baja tertekuk?

Berdasarkan hasil analisis, untuk kecepatan angin 10 m/s sampai 90 m/s; diketahui Gaya aksial tekan maksimal yang terjadi tidak melampaui kapasitas tekuk. Seperti yang terlihat pada Gambar 4 berikut.

Dengan demikian, batang baja tidak tertekuk atau batang baja masih aman.

Perlu diperhatikan, berdasarkan aturan di sini untuk Indonesia digunakan 40 m/s sebagai kecepatan angin desain. Dan tenyata pada kecepatan itu batang baja masih aman terhadap tekuk.

Gambar 4 – Perbandingan Kapasitas dan Gaya Tekan Maksimal yang terjadi

Bagaimana dengan sambungan?

Pada contoh kasus ini, sambungan antar batang (joint) dianggap aman.

Penulis lebih tertarik pada sambungan pada tumpuan rangka, dapat dilihat contoh pemasangan di bawah ini. Umumnya menggunakan sambungan dynabolt ke dalam balok/dinding dan dengan jumlah sekrup baja bervariasi.

Gambar 5 – Sambungan 2 buah sekrup
Gambar 6 – Sambungan 3 buah sekrup

Dari hasil analisa kapasitas sambungan, dianggap kapasitas cabut (pull out) sekrup yang akan menentukan. Karena kapasitas ini merupakan nilai terkecil dari kapasitas sambungan geser dan tarik.

Untuk 2 buah sekrup, mampu memikul 148 Kg gaya tarik (cabut/pull out).

Sedangkan untuk 3 buah sekrup, mampu memikul 237 Kg gaya tarik (cabut/pull out).

Berdasarkan hasil analisis struktur diketahui, sambungan tidak mampu memikul beban pada kurang lebih kecepatan angin 37 m/s untuk 2 buah sekrup. Dan 44 m/s untuk 3 buah sekrup.

Dengan demikian, kemungkinan terbesar penyebab utama keruntuhan rangka baja ringan adalah karena keruntuhan sambungan sekrup pada tumpuan.

Berikut ini plot grafik Kapasitas dan Gaya yang terjadi.

Gambar 7 – Perbandingan Kapasitas Cabut Sambungan dan Gaya yang terjadi

Mekanisme Keruntuhan

Baja ringan atau baja canai dingin terlihat sederhana, namun dalam analisis struktur dan desain sangat tidak sederhana.

Tipisnya bahan yang digunakan sangat mengganggu kestabilan penampang.

Dalam analisis ini begitu banyak hal yang diabaikan dan disederhanakan. Oleh karena itu, bisa jadi mekanisme berikut ini hanyalah salah satu dari sekian banyak mekanisme yang terjadi.

Berdasarkan hasil analisis,

Terlihat gaya angkat atau hisapan angin pada atap menyebabkan keruntuhan sambungan tumpuan. Gambar 8 menunjukkan deformasi struktur yang terjadi akibat beban angin 40 m/s.

Gambar 8 – Output Analisis Struktur: Deformasi Rangka
Gambar 9 – Beban Angin pada Atap
Gambar 10 – Output Gaya Batang (Kecepatan Angin 40 m/s)
Gambar 11 – Output Gaya pada Tumpuan (Kecepatan Angin 40 m/s)

Berikut ini ilustrasi penyebab keruntuhan atap baja ringan akibat beban angin.

Gambar 12 – Kerusakan Sambungan
Gambar 13 – Atap Tercabut dari Badan Rumah

Hal ini sejalan dengan berita di lapangan, banyak ditemukan kondisi atap yang terbalik dengan kondisi rangka yang masih utuh. Berikut ini beberapa foto dokumentasi keruntuhan baja ringan akibat angin.

Ilustrasi–Atap baja ringan ruko kurang lebih sepanjang 26 meter di daerah Kukun, Rajeg ambruk akibat diterjang angin kencang pada Senin dini hari di Rajeg, Tangerang, Banten, Senin (19/3). Akibat hujan deras disertai angin kencang atap baja ringan dari 11 ruko ambruk, tidak ada korban jiwa dalam kejadian tersebut. (Foto: ANTARA/Lucky.R/Koz). Sumber: www.beritasatu.com

Dikawasan Kompleks Grand Residence 3 di Jalan H.M Puna Sembiring, Deli Serdang sekira pukul 17.30 wib angin kencang disertai hujan membuat atap rumah milik Luqman Saksono terbang hingga kurang lebih 100 meter yang akhirnya menimpa canopy milik Romulo Makarios Sinaga, salah seorang wartawan, Senin (28/6/2021). Sumber: www.armadaberita.com

Kesimpulan:

Pada contoh kasus ini:

  1. Keruntuhan sambungan pada tumpuan, diperkirakan sebagai penyebab utama keruntuhan atap akibat beban angin.
  2. Perlunya perkuatan sambungan minimal 4 buah sekrup.
  3. Perlu tinjauan kekuatan sambungan dynabolt.
  4. Kapasitas batang tarik dan tekan masih memadai.
  5. Untuk stabilitas arah longitudinal dibutuhkan ikatan silang/ ikatan angin yang memadai.