Capacity Ratio lebih dari 1, boleh pak ?


Tidak setiap orang memahami, apa makna dari judul artikel ini. Maklum, istilah yang saya pakai tersebut hanya familiar bagi structural engineer yang biasa bekerja dengan program SAP2000, khususnya jika telah memakainya pada tahapan post-processing : desain penampang beton bertulang atau profil baja dari elemen struktur yang dianalisis.

Capacity Ratio (R) adalah rasio antara gaya atau momen ultimate pada penampang yang terjadi (beban terfaktor: Pu atau Mu atau Nu) terhadap kuat nominal penampang (Pn atau Mn atau Nn) yang tentunya telah memasukkan faktor reduksi (phi). Cara tersebut merupakan strategi program (SAP2000 atau yang sejenis) dalam menerjemahkan code design untuk mengetahui apakah suatu penampang pada elemen struktur telah memenuhi persyaratan perencanaan atau tidak.

R = Pu / phi. Pn untuk gaya aksial atau R = Mu / phi . Mn untuk lentur.

Dengan penjelasan ini tentunya anda akan lebih paham mengenai istilah tersebut, yang sebenarnya merupakan indikasi numeral terkait kondisi kekuatan (strength) struktur. Karena berupa angka tentunya akan mudah membandingkannya antara satu komponen dengan komponen lainnya, mana yang kritis atau bahkan masih aman kekuatannya. Suatu struktur dianggap telah memenuhi persyaratan kekuatan jika nilai R < 1 atau paling tidak R =1. Itu dijamin hukumnya karena didukung oleh pernyataan pada code perencanaan. Sedangkan kalau R > 1 pastilah dapat dianggap suatu struktur tidak memenuhi syarat perencanaan lagi. Setahu saya, sampai saat ini tidak ada klasul pada code design seperti AISC atau ACI atau SNI yang mengakomodasi nilai R boleh lebih besar dari angka 1 tersebut.

Sudah sangat jelas pak Wir, mengapa mesti dipertanyakan lagi. Mungkin engineer-nya belum baca peraturan ya pak ?

Ya begitulah, suatu pertanyaan yang kelihatan sederhana, yang sering aku jumpai ketika ketemu dengan para alumni perguruan tinggi bergelar sarjana teknik yang bekerja di konsultan rekayasa. Padahal menurutku, jawabannya sendiri tidak sesingkat pertanyaannya. Aku bisa membayangkan, bahwa pertanyaan tersebut timbul ketika pada suatu kasus terdapat berpuluh-puluh atau bahkan beratus-ratus penampang yang telah memenuhi syarat perencanaan (R <1), lalu dijumpai juga ternyata ada 1 atau 2 penampang yang ternyata tidak memenuhi persyaratan tersebut. Ibarat ada 100 yang di-check ternyata diketemukan 1 atau 2 yang gagal, yang berarti hanya sekitar 1 atau 2% saja. Jika karena itu kemudian dilakukan iterasi atau perhitungan lagi, maka tentu bikin repot. Itulah mengapa, untuk mengantisipasi “yang hanya sedikit itu”, mereka mencoba mencari pembenaran (untuk tidak melakukan perhitungan ulang) dengan bertanya itu kepadaku. Nah lho kalau begitu bagaimana untuk menjawabnya.

Paling aman ya tentu saja menjawab seperti yang pertama aku sampaikan tadi, bahwa R harus lebih kecil satu ( R < 1). Karena bagaimanapun, katakanlah ada bangunan yang roboh, lalu dilakukan pemeriksaan oleh para ahli, maka pertama-tama langkah yang paling mudah adalah dengan memeriksa dokumen perencanaan struktur-nya. Jika kemudian dapat dijumpai bahwa pada komponen yang roboh tersebut ternyata mempunyai kondisi R > 1, maka para pemeriksa tersebut dapat dengan mudah menuduh bahwa perencanaan struktur-lah yang bermasalah. Padahal kenyataannya bisa saja karena kontraktor-nya yang ceroboh sehingga mutu material strukturnya tidak sesuai spesifikasi. Maklum, untuk yang terakhir ini yaitu menemukan keteledoran kontraktor dengan mutu materialnya, tentu perlu kerja yang lebih keras lagi, seperti melakukan coring sampel beton (itu jika struktur beton) atau hal lain yang memerlukan effort yang lebih daripada sekedar memeriksa dokumen perencanaan.😀

Jadi jelaslah bagi seorang perencana struktur dalam menyiapkan dokumen-dokumen perencanaan yang dibuat, jangan sekali-sekali menunjukkan kondisi-kondisi yang rawan secara tertulis, yang bisa saja itu dijadikan alat bukti untuk menunjukkan kesalahan kita (engineer-nya).

Kalau begitu dihapus saja ya pak atau tidak ditampilkan.

Ya nggak dong, itu namanya nggak jujur. Bagi seorang engineer kejujuran adalah suatu hal yang penting saja. Bagaimanapun adanya R > 1 adalah indikasi ada sesuatu yang perlu menjadi perhatian yang seksama bagi engineer. Minimal dapat diketahui mengapa itu bisa terjadi, misal ukuran penampangnya dibatasi, atau ada beban yang sangat besar dan lain sebagainya.

Emangnya kalau R > 1 maka strukturnya nanti akan roboh ya pak Wir ?

Nah kalau pertanyaannya seperti ini maka lain ceritanya.

Pertama-tama tentu perlu ditanya terlebih dahulu, apakah asumsi desain yang digunakan seperti halnya beban rencana, spesifikasi bahan material struktur yang dipilih, kondisi dan bentuk geometri struktur yang dibuat, serta yang lain sebagainya, apakah sudah terwakili oleh model struktur yang dianalisis atau tidak. Ingat, model struktur itu sendiri merupakan hasil interprestasi engineer berdasarkan pengalaman dan pengetahuannya terhadap suatu struktur real, yang mana itu dibuat agar dapat diformulasi perilaku struktur, dan diselesaikan (solved) dengan metode dan teknologi yang tersedia. Jadi jika jaman dahulu hanya dipakai jangka-hitung atau kalkulator maka tentunya model tidak bisa sedetail (complex) mungkin.

Jadi dengan demikian, apa yang diperkirakan sudah R > 1 pada model yang dianalisis, tetapi pada kenyataannya ada faktor-faktor yang belum diperhitungkan yang ternyata menyumbang atau menambah kekuatan struktur. Itu berarti meskipun R > 1 tetapi strukturnya tetap ok-ok saja. He, he, kalau ini mah namanya faktor keberuntungan.

Kedua, pada semua perencanaan ultimate (baik yang menurut ACI maupun AISC, juga ASCE) kondisi ultimate suatu struktur diperoleh berdasarkan beban rencana dikalikan dengan beban terfaktor (sesuai kasus beban yang ditinjau). Nilai beban terfaktor tersebut diperoleh secara statistik atau probabilistik. Jadi jawaban terhadap suatu nilai R <1 dibanding R > 1 hanyalah terkait dengan faktor risiko. Jika R <1 maka risiko keruntuhan akan lebih rendah dibanding jika penampang tersebut mempunyai kondisi R > 1. Dengan demikian pernyataan pastilah akan runtuh, tentu tidak akan berlaku mutlak.

Ketiga. Untuk membicarakan runtuh atau tidaknya suatu struktur, maka selain segi kekuatan (strength) dan juga kekakuan (stiffness) maka segi daktilitas atau ductility perlu juga dimasukkan dalam pertimbangan.

Nah sebelum masuk pada tahap berikutnya, saya perlu bertanya dahulu apakah anda tahu caranya mengakses atau mengetahui daktilitas struktur.

Tahu pak, untuk penampang beton maka tulangannya harus pada kondisi under-reinforced. Jadi nggak boleh banyak-banyak, harus dibatasi sedemikian sehingga keruntuhan akan terjadi pada tulangan terlebih dahulu, yaitu mengalami leleh.

Betul. Tapi itu berlaku pada perilaku penampang, yang bersifat lokal atau setempat. Bagaimana pada daktilitas pada tingkat struktur secara global. Apakah bisa memakai cara analisis struktur elastis-linier biasa seperti metode cross, atau metode slope deflection, atau bahkan metode matrik yang berbasis komputer.

He, he, jelas tidak. Selama analisa strukturnya yang digunakan adalah elastis linier biasa, maka perilaku daktail atau tidaknya suatu struktur tidak dapat diakses.

Lho koq begitu pak. Khan masalah daktilitas itu penting sekali untuk mengantisipasi bahaya gempa. Selama ini untuk perencanaan hanya digunakan hasil dari analisis struktur elastis-linier saja. Ada juga sih yang bersifat non-linier, tetapi umumnya terbatas dalam memperhitungkan pengaruh efek P-Delta pada struktur. 

Wah kalau hanya itu saja, maka jelas akses tentang daktlitas struktur tidak bisa diusahakan.

Lho kalau begitu bagaimana dong mempertanggung-jawabkan hasil analisis dan desain untuk perencanaan bangunan tahan gempa yang selama ini diusahakan.

Wah kalau itu sih jangan kuatir. Perilaku daktail dari suatu struktur dapat diusahakan, yaitu dengan memakai detail-detail yang memang direkomendasikan peraturan (code-design).

Jadi kalau diperhatikan, selama ini penggunaan desain dengan program  SAP2000 atau ETABS sekalipun sebenarnya hanya memberikan petunjuk akan jumlah luas tulangan perlu (itupun jika R < 1). Adapun bagaimana detail pemasangannya, maka program akan menyerahkan sepenuhnya pada code-design. Itu juga berarti bahwa ahli dalam pemakaian program (SAP2000 atau semacamnya) tetapi tidak tahu (tidak ahli) akan persyaratan-persyaratan detail pemasangan sesuai code-design maka tidak ada jaminan akan dihasilkan bangunan tahan gempa, yang memang mensyaratkan daktilitas yang tertentu.

Emangnya setelah mengikuti persyaratan pendetailan pasti strukturnya daktail.

Wah kalau pasti itu sih tergantung jenis strukturnya. Pendetailan lebih diutamakan untuk mengusahakan daktilitas pada bagian yang didetailkan tersebut, jadi sifatnya lokal atau setempat. Memang sih, jika setiap bagian (yang lokal tadi) telah bersifat daktail maka harapannya strukturnya secara keseluruhan juga akan bersifat daktail. Hanya memang, pernyataan itu hanya benar jika strukturnya bersifat statis-tak-tentu atau mempunyai derajat ketidak-tentuan statis yang tinggi. Kalau hanya statis tertentu biasa, maka jelas tidak bisa diusahakan.

Koq bisa begitu pak. Ilmunya apa itu pak ?

Yang jelas tidak bisa mengandalkan metode cross atau metode slope-deflection dan semacamnya. Untuk memahami apa yang aku ungkapkan di atas maka diperlukan mempelajari “analisa plastis” secara manual, atau bisa juga mempelajari push-over analysis.

Gitu ya pak. Lalu apa hubungannya dengan judul threat ini, yaitu jika R > 1.

Belum paham ya. Memang sih, seperti yang aku ungkapkan tadi. Pertanyaan tentang bagaimana R > 1 memang tidak dapat secara gampang untuk dijawab. Maklum untuk suatu kondisi tertentu, struktur dengan R > 1 bisa saja aman-aman saja, tetapi bisa juga untuk struktur yang lain ketika R > 1 langsung kelihat deformasi yang besar (fail).

Intinya, untuk struktur yang daktail dan mempunyai derajat ketidak-tentuan statis yang besar (struktur statis tak tentu) maka keberadaan R > 1 (dengan catatan perilaku keruntuhannya adalah material, yaitu yielding) tidak akan menimbulkan masalah, karena dapat mengalami redistribusi tegangan atau gaya sedemikian sehingga kelemahan suatu elemen akhirnya terkompensasi oleh elemen lain.

Masih bingung pak.

Nah, itulah gunanya mempelajari structural engineering,  khususnya topik tentang ductility, plastic analysis, momen plastic dan sebagainya. Threat ini sekedar pengantar menuju ke situ. Jika masih saja bingung maka jangan ambil risiko untuk perencanaan, selalu pastikan R < 1. Karena kalau nggak bisa kasih argumentasi, dan nanti jika ternyata ada kegagalan, maka andalah kambing hitamnya.😀

16 thoughts on “Capacity Ratio lebih dari 1, boleh pak ?

  1. kebiasaan dalam sebuah perencana struktur di lapangan, maka mudahnya ambil ratio<1. jika terjadi beban besar pada suatu waktu, impact, 0.95 menjadi sandaran, jika beban berlangsung secara terus menerus, biasa ambil 0.75. ntah itu decision maker para sesepuh dilapangan atau memang wangsit ya pak,

    Suka

    • “jika beban berlangsung secara terus menerus, biasa ambil 0.75”

      Ratio yang saya sampaikan di atas adalah didasarkan pada kriteria kekuatan Ru <= phi. Rn. Padahal bisa saja kerusakan terjadi akibat misalnya fatig, yaitu terjadinya fraktur pada kondisi beban elastis (belum mengalami leleh). Nah disitu mungkin logika atau sesepuh anda tadi, karena fatig adalah karena terjadinya beban bolak-balik (fluktuasi tegangan) dan salah satu cara untuk mengatasinya adalah memastikan tegangan yang bekerja jauh di bawah titik kritis untuk timbullnya fatig maka jika ratio diturunkan dari 0.95 ke 0.75 maka tentunya risiko kerusakan terhadap fatig akan berkurang.

      Keputusan seperti di atas cukup relevan untuk struktur jembatan atau struktur yang memikul beban mesin yang bersifat dinamis. Gitu dik kira-kira latar belakang pemikiran sesepuh adik.

      Suka

      • oh begitu pak, terimakasih pak, jadi lebih mengerti. ada lagi kasus yang pernah saya temui. pada desain dengan menggunakan salah satu software anaylysis. ketika itu saya menjumpai ratio 1.03 yang pemahaman saya itu fail, akan dari pihak engineering nya itu cukup fair. wah bingung. sebagai info struktur terebut adalah tubular di jepit di tiap ujungnya. terimakasih pak

        Suka

  2. Selamat sore Pak Wir, ulasan bapak mengenai capacity ratio sangat bermanfaat sekali, mohon maaaf pak mau bertanya, saya ada suatu kasus dimana saya menganalisa bangunan industri pengolahan kelapa menggunakan software etabs, result yang saya dapatkan capacity ratio balok WF ada yang nilainya < 1 yaitu 0,365, namun masih menunjukkan warna merah, di As yg sama, dimensi WF yang sama nilai 0,608 namun menunjukkan warna hijau (yang umumnya seperti itu), apakah tidak ada masalah bila saya tetap berpedoman pada nilai capacity ratio yang ditunjukkan ? dan tidak harus memperbesar dimensi balok WF ?

    Terima kasih Pak

    Suka

    • pak program Etabs ya untuk program industri. Sebelum dilanjut apakah lantainya memakai pelat beton yang menyatu dengan balok (sayap profil tertanam pelat beton). Jika demikian berarti lateral bracing ada disepanjang bentang, dan tidak ada risiko lateral torsional buckling atau Lb < Lp.

      Jika tidak demikian, maklum bangunan industri cukup pakai pelat baja, maka kondisi di atas belum tentu terjadi. Anda harus menyediakan bracing terlebih dahulu secara khusus, yang jaraknya Lb.

      Maklum ini saya tanyakan karena program Etabs dan program SAP2000 dalam menentapkan Lb berbeda. Pada program SAP2000 yang didesain untuk struktur serba guna maka dia secara otomatis tidak menetapkan Lb < Lp, dianggap sayap profil WF bebas, tidak tertanam pada pelat beton. Adapun jika anda pakai program ETABS yang didesain khusus untuk bangunan bertingkat tinggi yaitu gedung, maka dianggapnya setiap lantai adalah pelat beton atau minimal profil yang jadi balok akan tertanam bagian sayap desaknya sehingga memang tidak akan mengalami LTB, yaitu Lb < 1 tetapi merah, wah apa iya. Pastikan check terlebih dahulu. Mestinya tidak begitu.

      Suka

  3. Pak Wir. Saya structural engineer di kantornya Pak Ferry. Tahu Pak Ferry kan, Pak? Yang tempo hari nelpon Bapak.
    Oya Pak, sekarang di konsultan kami mendesain struktur baja untuk sebuah gedung trade centre di jakarta. saya mau menanyakan beberapa hal:

    1. Manakah yg lebih baik antara balok baja CBWF (Castella) atau Welded (IWF)?
    2. Apakah ada referensi buku yang menjelaskan cara perhitungan kolom baja komposit? (kasus kolom baja komposit Kingcross).
    3. Bagaimana hubungan sambungan/joint jika balok baja bertemu dengan dinding geser beton? Apakah di Pin atau di Fix?
    4. Apakah jika sudah menggunakan pelat lantai satu arah, balok baja masih perlu diberi lateral bracing?
    5. Apakah ada panjang maksimal kantilever untuk struktur baja? (kasus= kantilever pada bangunan ini hampir 4 meter, direncanakan kantilever menggunakan struktur rangka)

    Mudah-mudahan Bapak berkenan menjawab pertanyaan saya. Atas perhatian Bapak saya ucapkan terimakasih. Semoga Tuhan membalas kebaikan Bapak. Amin.

    Suka

  4. Izin tanya pak, kalau cara menghitung kapasitas rasio pada suatu rangka atap yg terbuat dari pipa baja dengan sambungan las. Apakah caranya sama atau ada cara yg lain?
    Terimakasih.

    Suka

    • Ya, caranya sama dik. Pertama asumsi sambungan di abaikan, dianggap secara rangka kontinyu (ini tentu dengan las sekuat profil). Selanjutnya dibuat pemodelan struktur, pastikan antara model dan real ada kesamaan prinsip, jika ada eksentrisitas pada sambungan maka sebaiknya hal itu dapat dimodelkan dengan baik. Note : eksentrisitas dapat menimbulkan momen tambahan. Kemudian dari gaya-gaya internal dan lendutan yang diperoleh dapat dilakukan check penampang, evaluasi per elemen. Petunjuk AISC dapat digunakan, sesuai dengan gaya dan momen yang bekerja, jika batang tarik saja maka Chapter D (AISC 2010) dapat dipakai, kalau tekan maka Chapter E, kalau ada momen gunakan Chapter F dan kombinasi gaya di Chapter H. Jika penampang memenuhi syarat, maka selanjutnya check kondisi sambungan, apakah ukuran atau detail sambungannya mampu mengikuti asumsi yang digunakan, yaitu sekuat profil. Kalau tidak, maka bisa saja proses diulang, kembali kedepan, yaitu analisis yang sesuai dengan kondisi sambungan.

      Suka

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s