METODE PERENCANAAN ASD, PLASTIS, LRFD, DAN WSD
-
Perencanaan Tegangan Tegangan Kerja / Allowable Stress Design (ASD)
Di dalam metode ini, elemen struktur pada bangunan (pelat/balok/kolom/pondasi) harus direncanakan sedemikian rupa sehingga tegangan yang timbul akibat beban kerja/layan tidak melampaui tegangan ijin yang telah ditetapkan.
σmaks ≤ σijin .........................................
Persamaan 1
Tegangan ijin ini ditentukan oleh peraturan bangunan atau spesifikasi (seperti American Institute of Steel Construction (AISC) Spesification 1978) untuk mendapatkan faktor keamanan terhadap tercapainya tegangan batas, seperti tegangan leleh minimum atau tegangan tekuk (buckling). Pada kondisi beban kerja, tegangan yang terjadi dihitung dengan menganggap struktur bersifat elastis, dengan memenuhi syarat keamanan (kekuatan yang memadai) untuk struktur. Pada dasarnya, tegangan ijin pada baja sesuai kualitasnya yang diberikan dalam spesifikasi AISC ditentukan berdasarkan kekuatan yang bisa dicapai bila struktur dibebani lebih dari semestinya (faktor beban tambahan jagaan). Bila penampang bersifat daktail dan tekuk (buckling) tidak terjadi, regangan yang lebih besar daripada regangan saat leleh dapat diterima oleh penampang tersebut. Pada metode tegangan kerja (ASD) ini, tegangan ijin disesuaikan ke atas bila kekuatan plastis merupakan keadaan batas yang sesungguhnya. Ji ka keadaan batas yang sesungguhnya adalah ketidak-stabilan tekuk (buckling) atau kelakuan lain yang mencegah pencapaian regangan leleh awal, maka maka tegangan ijin harus diturunkan. Syarat-syarat daya layan lainnya seperti lendutan biasanya diperiksa pada kondisi beban kerja. -
Perencanaan Plastis
Pada struktur baja perencanaan elemen struktur khususnya pada balok dapat dilakukan dengan metode elastis atau metode plastis hal ini dikarenakan bahan baja mempunyai dua sifat yaitu sifat elastis dan sifat plastis. Sifat elastis adalah sifat dimana suatu deformasi struktur akan kembali pada bentuknya yang semula jika beban yang bekerja dihilangkan sedangkan sifat plastis adalah batas dimana deformasi dari struktur akan bersifat permanen meskipun beban yang bekerja telah t elah dihilangkan. Sifat elastis dan plastis dari baja dapat dipelajari dari diagram tegangan regangan yang didapat dari percobaan tarik. Perencanaan plastis adalah kasus khusus perencanaan keadaan batas yang tercantum pada bagian 2 dari spesifikasi AISC. AISC. Kelakuan inelastis (tak elastis) elastis) yang daktail bisa meningkatkan beban yang mampu dipikul bila dibanding dengan beban yang bisa ditahan
jika struktur tetap berada dalam keadaan elastis. Batas atas dari kekuatan momen yang disebut kekuatan plastis diperoleh saat seluruh tinggi penampang meleleh. Di sini, keadaan batas untuk kekuatan harus berupa pencapaian kekuatan plastis, dan keadaan batas berdasarkan ketidak-stabilan tekuk (buckling), kelelahan ( fatigue), atau patah getas (brittle fracture) dikesampingkan. Pada perencanaan plastis, sifat daktail pada baja dimanfaatkan dalam perencanaan struktur statis tak tentu, seperti balok menerus dan portal kaku. Pencapaian kekuatan plastis di satu lokasi pada struktur statis tak tentu bukan berarti tercapainya kekuatan maksimum untuk struktur. Setelah salah satu l okasi mencapai kekuatan plastis, beban tambahan dipikul dengan proporsi yang berlainan di setiap bagian struktur hingga lokasi kekuatan plastis kedua tercapai. Pada saat struktur tidak mempunyai kemampuan lebih lanjut untuk memikul beban tambahan, struktur dikatakan telah mencapai “mekanisme keruntuhan”. -
Perencanaan Faktor Daya Tahan dan Beban (LRFD)
Pendekatan umum berdasarkan faktor daya tahan dan beban, atau disebut dengan Load Resistance Design Factor (LRFD) ini adalah hasil penelitian dari Advisory Task Force yang dipimpin oleh T. V. Galambos. Pada metode ini diperhitungkan mengenai kekuatan nominal Mn penampang struktur yang dikalikan oleh faktor pengurangan kapasitas (under-capacity) ϕ, yaitu bilangan yang lebih kecil dar 1,0 untuk memperhitungkan ketidak-pastian dalam besarnya daya tahan ( resistance uncertainties). Selain itu diperhitungkan juga faktor gaya dalam ultimit Mu dengan kelebihan beban (overload) γ (bilangan yang lebih besar dari 1,0) untuk menghitung ketidak -pastian dalam analisa struktur dalam menahan beban mati (dead load), beban hidup (live load), angin (wind), dan gempa (earthquake).
Mu ≤ Ø.Mn ..............................................
Persamaan 2
Struktur dan batang struktural harus selalu direncanakan memikul beban yag lebih besar daripada yang diperkirakan dalam pemakaian normal. Kapasitas cadangan ini disediakan terutama untuk memperhitungkan kemungkinan beban yang berlebihan. Selain itu, kapasitas cadangan juga ditujukan untuk memperhitungkan kemungkinan pengurangan kekuatan penampang struktur. Penyimpangan pada dimensi penampang walaupun masih dalam batas toleransi bisa mengurangi kekuatan. Terkadang penampang baja mempunyai kekuatan leleh sedikit di bawah harga minimum yang ditetapkan, sehingga juga mengurangi kekuatan. Kelebihan beban dapat diakibatkan oleh perubahan pemakaian dari yang direncanakan untuk struktur, penaksiran pengaruh beban yang terlalu rendah dengan pnyederhanaan perhitungan yang berlebihan, dan variasi dalam prosedur pemasangan.
Biasanya perubahan pemakaian yang drastis tidak ditinjau secara eksplisit atau tidak dicakup oleh faktor keamanan, namun prosedur pemasangan yang diketahui menimbulkan kondisi tegangan tertentu harus diperhitungkan secara eksplisit. Format umum dari spesifikasi LRFD diberikan dengan persamaan. Secara umum persamaan tersebut berarti bahwa kekuatan (R n) yang disediakan dalam desain paling tidak harus sama dengan pemfaktoran beban-beban yang bekerja (iQi). Subskrip i menunjukan bahwa harus ada isian untuk masing-masing tipe beban Qi yang bekerja, seperti beban mati, beban hidup dan beban lingkungan. Faktor i mungkin saja berlainan untuk masing- masing tipe beban. Spesifikasi LRFD didasarkan atas hal -hal berikut ini : 1. Suatu model atas dasar probabilitas 2. Evaluasi atas dasar pertimbangan dan pengalaman di masa lalu, disertai studi-studi lembaga desain atas struktur-struktur yang representatif. -
Traditional Allowable Stress Design (Working Stress Design)
Menurut standard API RP 2A, metoda pembebanan struktur bisa berdasarkan Metoda Working Stress Design (WSD) atau Load and Resistance Factor Design (LRFD). Perbedaan kedua metode ini terletak pada nilai koefesien terfaktor yang digunakan untuk kondisi beban yang berbeda Pada sisi kekuatan, harga nominal resistensi R n dikalikan dengan faktor resistensi (reduksi kekuatan) untuk mendapatkan kekuatan desain. Pada sisi beban persamaan di atas, berbagai efek beban Q i (seperti beban mati, dan beban hidup) dikalikan dengan faktor-faktor kelebihan beban i untuk mendapatkan jumlah i Qi dari beban-beban terfaktor. Subskrip i menunjukan bahwa harus ada isian untuk masing-masing tipe beban Qi yang bekerja, seperti beban mati, beban hidup dan beban lingkungan. Faktor i mungkin saja berlainan untuk masing-masing tipe beban. Namun untuk metode WSD, Faktor i tidak berbeda- beda untuk masing-masing tipe beban, sehingga perubahan perubahan dalam berbagai faktor kelebihan beban dan faktor resistensi dilakukan dengan mengubah tegangan ijin. Metoda tradisional dari spesifikasi AISC adalah Allowable Stress Design (disain tegangan yang diijinkan) yang disebut pula Working Stress Design (disain tegangan kerja). Fokus metoda WSD terletak pada kondisi beban layanan yang harus memenuhi persyaratan keamanan bagi struktur tersebut.
Dari studi perbandingan metoda WSD dan LRFD untuk analisa struktur tetap anjungan lepas pantai tipe monopod dapat disimpulkan bahwa penggunaan metode LRFD memberikan nilai unity check yang lebih kecil daripada pada metoda WSD. Karena itu, penggunaan metode LRFD dalam perancangan struktur anjungan lepas pantai akan memberikan penggunaan bahan yang lebih ekonomis. Beban lingkungan (angin, arus, dan gelombang) yang terjadi pada struktur tipe monopod relatif lebih kecil dibandingkan dengan yang terjadi pada struktur tipe jacket 4-kaki atau lebih. Sehingga, perlu studi lebih lanjut mengenai perbandingan metoda WSD dan LRFD untuk struktur jenis tersebut. Perbandingan beban lingkungan terhadap beban gravitasi yang terjadi pada struktur jenis jacket 4-kaki atau lebih akan menjadi lebih besar sehingga pengaruh load factor beban lingkungan akan sangat penting terhadap besaran Unity Check yang didapat. Karena itu, perlu juga dilakukan Penelitian mengenai besar load factor bebanlingkungan yang sesuai dengan kondisi lingkungan di Indonesia. Penggunaan metoda LRFD juga akan sangat bermanfaat untuk analisa struktur anjungan lepas pantai yang sudah lewat batas umur perencanaan (design life) tetapi akan terus digunakan.
