Gaya dan Momen Dalam Konstruksi Bangunan

Pengertian Gaya

Gaya dapat didefisinikan sebagai sesuatu yang menyebabkan benda (titik materi)

bergerak baik dari diam maupun dari gerak lambat menjadi lebih lambat maupun lebih cepat.

Dalam teknik bangunan gaya berasal dari bangunan itu sendiri berat benda di atasnya atau

yang menempelnya, tekanan angin, gempa, perubahan suhu dan pengaruh pengerjaan. Gaya

dapat digambarkan dalam bentuk garis (atau kumpulan garis) yang memiliki dimensi besar,

garis kerja, arah kerja dan titik tangkap. Satuan gaya menurut Sistem Satuan Internasional

(SI) adalah Newton dan turunannya (kN). Akan tetapi ada yang memberi satuan kg gaya (kg).

Bila gravitasi bumi diambil 10 m/detik2 maka hubungan satuan tersebut adalah 1 kg gaya

(atau sering ditulis 1 kg) ekuivalen dengan 10 Newton. Pada gambar 1 dijelaskan pengertian

gaya tersebut

Gambar 1. Pengertian Gaya

Kesetaraan Gaya

Kesetaraan gaya adalah “kesamaan pengaruh” antara gaya pengganti (resultan)

dengan gaya yang diganti (gaya komponen) tanpa memperhatikan titik tangkap gayanya.

Dengan demikian pada suatu keadaan tertentu, walaupun gaya sudah setara atau ekuivalen,

ada perbedaan pengaruh antara gaya pengganti dengan yang diganti.

Pada prinsipnya gaya dikatakan setara apabila gaya pengganti dan penggantinya baik

gerak translasi maupun rotasi besarnya sama. Pada gambar 2 gaya P yang bertitik tangkap di

A dipindahkan di B dalam garis kerja yang sama adalah setara (dalam arti efek gerak translasi

dan rotasinya) tetapi hal ini dapat berpengaruh terhadap jenis gaya yang dialami benda, pada

waktu titik tangkap gaya di A mengalami gaya tekan, sedang pada waktu di B benda

mengalami gaya tarik.

Gambar 2. Pengaruh gaya terhadap benda

Keseimbangan Gaya

Keseimbangan gaya adalah hampir sama dengan kesetaraan gaya bedanya pada arah

gayanya. Pada kesetaraan gaya antara gaya pengganti dengan gaya yang diganti arah yang

dituju sama, sedang pada keseimbangan gaya arah yang dituju berlawanan, gaya pengganti

(reaksi) arahnya menuju titik awal dari gaya yang diganti (aksi). Pada gambar 3

divisualisasikan keseimbangan gaya.

Gambar 3. Keseimbangan Gaya

Dengan kata lain keseimbangan gaya yang satu garis kerja dapat dikatakan bahwa

gaya aksi dan reaksi besarnya sama tapi arahnya berlawanan.

Pada statika bidang (koplanar) ada dua macam keseimbangan yaitu keseimbangan

translasi (keseimbangan gerak lurus) dan keseimbangan rotasi (keseimbangan gerak

berputar). Untuk mencapai keseimbangan dalam statika disyaratkan Gy = 0 (jumlah gaya

vertikal = 0), Gx = 0 (jumlah gaya horisontal = 0) dan M=0 (jumlah momen pada sebuah titik

=0)

Pengertian Momen

Momen gaya terhadap suatu titik didefisinikan sebagai hasil kali antara gaya dengan

jaraknya ke titik tersebut. Jarak yang dimaksud adalah jarak tegak lurus dengan gaya tersebut.

Momen dapat diberi tanda positif atau negatif bergantung dari perjanjian yang umum, tetapi

dapat juga tidak memakai perjanjian umum, yang penting bila arah momen gaya itu berbeda

tandanya harus berbada. Pada gambar 4 diperlihatkan momen gaya terhadap suatu titik.

Gambar 4. Momen gaya terhadap suatu titik

Di samping momen terhadap suatu titik ada juga momen kopel yang didefinisikan sebagai

momen akibat adanya dua buah gaya yang sejajar dengan besar sama tetapi arahnya

berlawanan.

Gambar 5 menunjukkan momen kopel tersebut.

Gambar 5. Momen kopel

Peletakan/Tumpuan

1. Sendi, dapat memberikan reaksi vertikal dan horisontal (Gambar 6)

Gambar 6. Peletakan sendi dan reaksi yang dapat ditumpu

2. Geser, hanya dapat memberikan reaksi vertikal (Gambar 7)

Gambar 7. Peletakan geser dan reaksi yang dapat ditumpu

3. Jepit, dapat memberikan reaksi vertikal, horisontal dan momen (Gambar 8)

Gambar 8. Peletakan jepit dan reaksi yang dapat ditumpu

Pengertian Konstruksi

Konstruksi dapat digambarkan sebagai suatu freebody (batang bebas) yang dibebani

gaya-gaya non konkuren koplanar. Sistem gaya-gaya yang dapat dihitung terdiri dari

sejumlah gaya beban yang diketahui dan tiga gaya reaksi yang tidak diketahui.

Konstruksi dikatakan stabil bila sistem gaya yang bekerja padanya seimbang. Keseimbangan

sistem gaya ini terjadi jika terpenuhi syarat sbb:

X = 0

Y = 0 dan

M = 0

Persamaan tersebut dinamakan persamaan statik tertentu. X mewakili penjumlahan

dari gaya-gaya sesumbu X, Y mewakili penjumlahan dari gaya-gaya sesumbu Y (koordinat

kartesian) dan M mewakili penjumlahan momen terhadap satu titik.

Syarat persamaan statik tertentu perlu dilengkapi dengan syarat konstruksi stabil yaitu:

1. Konstruksi akan stabil jika segala gerak mengakibatkan perlawanan terhadap gerak

tersebut. Hal ini memerlukan minimal tiga reaksi non konkuren dan tidak sejajar.

2. Konstruksi dianggap statik tertentu jika reaksi-reaksi gaya dapat dihitung dengan

persamaan statik tertentu.

3. Konstruksi dianggap statik tak tertentu jika reaksi-reaksi gaya tidak dapat dihitung

dengan persamaan statik tertentu saja tetapi memerlukan perhitungan perubahan

bentuk.

Contoh Aplikasi Gaya dan Momen Dalam Konstruksi Bangunan

1. Burj Khalifa atau Burj Dubai

Gambar 9. Burj Khalifa/Burj Dubai

Burj Khalifa yang dikenal sebagai Burj Dubai, adalah gedung pencakar langit

(skyscraper) terletak di Dubai, Uni Emirat Arab, dan sekarang sebagai gedung buatan

manusia tertinggi di dunia dengan ketinggian 828 meter (2,717 ft). Konstruksinya dimulai

sejak 21 September 2004, dan selesai termasuk eksteriornya pada tanggal 1 Oktober 2009.

Arsitektur dan engineeringnya dikerjakan oleh Skidmore, Owings, and Merril dari

Chicago, dengan kepala arsiteknya Adrian Smith dan Bill Baker sebagai chief structural

engineer. Kontraktor utamanya adalah Samsung C&T Korea Selatan. Total biaya

pembangunannya sekitar US $1.5 milyar

Burj Khalifa adalah bangunan tertinggi di dunia yang pernah dibuat oleh manusia.

Dimulai dari melewati ketinggian Taipei 101 sebagai bangunan tertinggi di dunia pada 21

Juli 2007. Pada tanggal 12 September 2007, Burj Khalifa berhasil melewati ketinggian CN

Tower sebagai struktur bebas (tanpa penyangga) tertinggi di dunia dan pada tanggal 7 April

2008 struktur tertinggi di dunia dari Menara KVLY-TV yang berada di Blanchard, North

Dakota, Amerika Serikat berhasil dilewati. Struktur tertinggi yang pernah dibuat oleh

manusia, Menara Radio Warsawa 645,4 m (2.120 kaki) dibuat pada 1974 (namun runtuh pada

saat renovasi pada 1991) berhasil dilewati pada 1 September 2008.

Konstruksi Burj Khalifa

Burj Khalifa ini dibangun oleh Perusahaan Korea Selatan, Samsung Engineering &

Construction, yang juga mengerjakan Menara Kembar Petronas dan Menara Taipei 101.

Samsung Engineering & Construction membangun Burj Khalifa bersama-sama (joint

operation) dengan Besix dari Negeri Belgia dan Arabtec dari UAE. Di bawah hukum UAE,

Kontraktor dan Engingeer, Hyder Consulting, bersama-sama bertanggungjawab untuk

pembangunan Burj Khalifa

Struktur utama Burj Khalifa dibuat dari beton bertulang. Lebih dari 45,000 m3 beton

digunakan, dengan berat lebih dari 110,000 ton untuk sistem pondasinya. Pondasi

menggunakan pile cap yang didukung dengan 192 tiang (piles), dengan diameter tiang

sebesar 1.5 meter dengan kedalaman lebih dari 50 meter. Konstruksi Burj Khalifa

menggunakan 330.000 m3 beton dan 55.000 ton besi beton. Pelaksanaan konstruksinya

menghabiskan 22 juta jam kerja (man-hours) Pada pondasi digunakan beton mutu tinggi

dengan permeability yang rendah. Sistem cathodic protection digunakan untuk menghindari

korosi besi beton dari pengaruh air tanah. Pada bulan Mei 2008 beton yang dapat dipompa

sampai ketinggian 606 meter (lantai 156) telah mencapai rekor dunia. Untuk mencapai

ketinggian tersebut digunakan concrete pump khusus.

Konsistensi beton yang digunakan pada proyek ini sangatlah penting. Sangatlah sulit

menciptakan beton yang dapat dialirkan sampai ketinggian 600 meter dan juga harus dapat

menyesuaikan dengan temperatur udara tinggi ( dapat mencapai 50 derajat Celcius). Untuk

mengatasi kondisi ini, beton tidak dicor pada siang hari. Selama musim panas, pembuatan

beton dilakukan dengan menambahkan es ke dalam campuran dan di cor pada malam hari,

pada saat udara dingin.

Gambar 10. Pembangunan Burj Khalifa

Data mengenai Burj Dubai

1. Gedung ini mempunyai ketinggian lebih dari 800 meter dengan berat sekitar 110.000 ton

dan tiang penyangga sebanyak 192 buah yang masuk ke dalam bumi sampai 50 meter.

2. Burj Dubai memiliki 160 lantai setara dengan 6 kali tinggi Monas. Di puncaknya terdapat

suatu tempat observasi di mana kita bisa melihat seluruh daerah Dubai melalui teleskop

canggih.

3. Burj Dubai mampu menampung lebih dari 12 ribu orang

4. Area Burj Dubai memakan area lebih dari 1km persegi.

5. Konstruksi Burj Dubai di mulai pada bulan Maret 2005, dengan pembuatan pondasi

sendiri memakan waktu 1 tahun.

6. Burj Dubai menghabiskan dana lebih dari 1.5 miliar dollar Amerika

7. Burj Dubai dilengkapi dengan 57 lift tercepat di dunia yang mencapai 64 km/jam.

Gedung ini akan memiliki 1.044 apartemen, 49 lantai ruang kantor serta Hotel Giorgio

Armani.

2. Jembatan Broklyn

Jembatan ini menghubungkan kota New York dan Brooklyn untuk pertama kalinya

dalam sejarah. Jembatan Brooklyn yang melintasi East River dibuka pada 24 Mei

1883.Ribuan penduduk Brooklyn dan Pulau Manhattan turut menyaksikan upacara

peresmiannya. Upacara ini dipimpin oleh Presiden Chester A Arthur dan Gubernur New

York Grover Cleveland. Orang yang mendesain jembatan ini adalah John A Roebling. Ia

mendesain Jembatan Brooklyn sebagai jembatan gantung terbesar yang pernah dibangun

pada masa itu. Dua pondasi granit Jembatan Brooklyn dibenamkan di kedalaman 44 kaki di

sisi wilayah Brooklyn dan 78 kaki di sisi wilayah New York. Proses pembangunan jembatan

ini disertai dengan pengerjaan pembangunan di bawah laut. Pada masa itu hanya ada sedikit

informasi yang diketahui mengenai bahaya pengerjaan dalam kondisi seperti itu. Lebih dari

seratus pekerja mengalami penyakit kompresi. Beberapa tewas akibat penyakit ini, sementara

sebagian lainnya tewas karena kecelakaan kerja yang konvensional seperti kebakaran atau

rubuh. Hubungan dua kota padat penduduk, Brooklyn dan Manhattan, yang disediakan

jembatan ini merubah New York City selamanya. Pada 1898 kota Brooklyn secara resmi

bergabung dengan New York City, Staten Island, dan sejumlah tanah pertanian, membentuk

Greater New York.

Gambar 11. Jembatan Broklyn

Jembatan ini selesai memakan waktu 14 tahun dan 27 kematian yang terjadi dalam

pembangunannya. Pada tahun 1883, seorang insinyur bernama John Roebling mempunyai

sebuah ide. Dia ingin membangun sebuah jembatan yang dapat menghubungkan New York

dan Long Island.Pada tahun-tahun tersebut banyak di kalangan masyarakat yang mengatakan

bahwa mustahil membuatnya,karena tidak pernah dilakukan,dipraktekkan.Bahkan Insinyur

dari seluruh dunia berkata bahwa hal ini adalah pekerjaan yang mustahil dan akan lebih baik

bila dia melupakan hal ini. Tapi dia tidak mau dan tidak dapat melupakan idenya. Dia

kemudian menceritakan ide ini kepada anaknya Washington, yang juga seorang insinyur.

Setelah melewati berbagai diskusi dan bujukan, dia berhasil meyakinkan anaknya bahwa

jembatan itu dapat dibangun. Kemudian merekapun duduk bersama dan mulai mencari cara

bagaimana proyek ini dapat diselesaikan.

Berbagai masalah terus terjadi selama proses pembuatannya.Dan peristiwa tragis

terjadi saat John Roebling sedang memeriksa proyek.Pada tanggal 28 Juni, ketika ia sedang

bekerja di lokasi jembatan, sebuah kapal feri menabrak yang menumpuk Roebling berdiri dan

kakinya remuk. Yang terluka jari kakinya diamputasi, tapi tetanus menetapkan dan ia

meninggal pada 22 Juli 1869.Sempat terjadi putus asa dari kalangan bangsawan yang saat itu

mendukung John Roebling yang saat itu mempercayakan pembuatan jembatan padanya dan

jabatannya yang sangat penting sebagai kepala insinyur.Dewan pun kebingunan saat John

Roebling meninggal karena tidak ada lagi insinyur yang setara dengan dia yang bisa

menggantikan tugas itu.Dan pada waktu dewan ingin menghentikan pembuatan brooklyn,ada

orang yang menentang,ya orang itu adalah orang yang selalu mengerti dan selalu mendukung

John Roebling,dia adalah anaknya Washington Roebling.Dia bersi keras mengajukan diri

sebagai pengganti ayahnya sebagai kepala insinyur.Akhirnya keputusannya Washington

menjadi kepala insinyur karena berhasil meyakinkan dewan bahwa ia adalah satu-satunya

orang yang bisa menangani proyek Brooklyn dan dia adalah orang yang paling

berpengalaman dalam pembuatan kawat baja yang dipergunakan untuk menggantung

jembatan Brooklyn.

Selama proyek berlangsung kegiatan Washington lebih banyak dilakukan di dalam

sungai dalam pembuatan pondasi jembatan dan di bawah laut dengan tekanan tinggi.Para

pekerja di bawah laut hanya bekerja 4 jam sehari karena selalu terjadi penyakit aneh yang

menimpa mereka,yang bahkan dokter pada waktu itu tidak tahu apa yang diderita para

pekerja.Peristiwa kebakaran di terowongan bawah laut terjadi dan api sulit di

padamkan,menguras batin pekerja dan Washington dalam keadaan sakit parah ikut

memadamkan api.Lambat waktu Washington mengalami sakit parah dan lumpuh seumur

hidup ,dia tidak dapat berjalan, bergerak maupun berbicara

Gambar 12. Jembatan Broklyn

Data Mengenai Jembatan Broklyn

Mengangkut : Kendaraan bermotor (mobil saja), Kereta api terangkati (hingga

1944), Mobil jalanan (hingga 1950), Pejalan kaki dan sepeda

Melintasi : East River

Lokasi : New York City (Manhattan–Brooklyn)

Pengelola : New York City Department of Transportation

Perancang : John Augustus Roebling

Desain : Campuran suspensi/kabel topang

Panjang total : 5.989 kaki (1825 m)[1]

Lebar : 85 kaki (26 m)

Bentang utama : 1.595 kaki 6 inci (486.3 m)

Ruang bebas : 135 kaki (41 m) di pertengahan

Tanggal pembukaan : 24 Mei 1883

Tarif tol : Gratis di kedua arah

Koordinat : 40.70569°LU 73.99639°BB

Gambar 13. Jembatan Broklyn Pada Malam Hari

3. Menara Kembar Petronas

Menara Petronas adalah dua buah pencakar langit kembar di Kuala Lumpur, Malaysia

yang sempat menjadi gedung tertinggi di dunia dilihat dari tinggi pintu masuk utama ke

bagian struktur paling tinggi.

Menara ini dirancang oleh Adamson Associates Architects, Kanada bersama dengan

Cesar Pelli dari Cesar Pelli of Cesar Pelli & Associates Architects Amerika serikat[1] yang

selesai dibangun setinggi 88 lantai pada 1998 dengan desain Interior yang merefleksikan

budaya Islam yang mengakar di Malaysia. Pada 17 Oktober 2003, Taipei 101 mengambil

rekor menara kembar ini.Tetapi Menara Kembar Petronas tetap memegang gelar menara

kembar tertinggi di dunia.

Gambar 14. Menara Kembar Petronas

Desain dan Bangunan

Cesar Pelli juga merancang gedung Miglin-Beitler Skyneedle (atau disebut pula

Miglin-Beitler Tower) setinggi 609,58 m di Chicago, Amerika Serikat yang selesai pada

tahun 1988 yang tampak mempunyai kemiripan dengan Menara Petronas.

Menara petronas berdiri setinggi 452 meter atau 1483 kaki dihitung sampai paling atas.

Bentuk lantainya berupa dua buah persegi yang berpotongan membentuk bintang berujung

delapan dan pada tiap titik perpotongannya ditambahkan sepotong lingkaran. Desain Cesar

Pelli ini menggunakan motif yang lazim digunakan dalam Seni Islam mengingat budaya

Islam sudah menjadi ciri khas Malaysia.

Untuk membangunan pondasi Menara Berkembar Petronas, dilakukan penggalian dan

pemancangan sedalam 117 meter, yaitu setinggi bangunan lima tingkat. Berat keseluruhan

bangunan bisa mencapai 100.000 ton. Menara ini mempunyai ciri-ciri keselamatan yang unik

dan pertama kali digunakan di Malaysia. Sewaktu berlaku gempa bumi atau puting beliung,

menara ini akan condong. Kecondongannya mengikut tiupan angin kencang hingga 1.5

meter. Apabila bencana reda, menara akan tegak seperti biasa.

Diantara kedua menara tersebut, dibangun sebuah jembatan (Skybridge atau Jejantas

Udara) yang menghubungkan kedua menara pada lantai 41 dan 42. Jembatan ini adalah

tujuan kunjungan turis yang datang ke Menara PETRONAS dengan jumlah tiket yang

terbatas (sekitar 1200 buah). Selain itu, jembatan ini juga digunakan untuk evakuasi apabila

terjadi keadaan darurat di sebuah menara sehingga penghuninya bisa pindah ke menara yang

aman. Sebagaimana bangunan tinggi lain, Menara PETRONAS pun bisa bergoyang bila

diterpa angin sehingga pembangunan jembatan pun tidak dipasang secara kaku pada kedua

menara.

Gambar 15. SkyBridge Petronas

Di bawahnya, terdapat Suria KLCC yang merupakan salah satu pusat perbelanjaan

tersibuk di Malaysia dan terdapat pula Taman KLCC yang menyediakan trek joging, kolam

bermain, dan tempat bermain untuk anak-anak serta mempertunjukkan kolam dengan air

mancur simfonik. Selain itu terdapat pula Orkestra Filharmonik PETRONAS.

4. Jembatan Suramadu

Jembatan Nasional Suramadu adalah jembatan yang melintasi Selat Madura,

menghubungkan Pulau Jawa (di Surabaya) dan Pulau Madura (di Bangkalan, tepatnya timur

Kamal), Indonesia. Dengan panjang 5.438 m, jembatan ini merupakan jembatan terpanjang di

Indonesia saat ini. Jembatan terpanjang di Asia Tenggara ialah Bang Na Expressway di

Thailand (54 km). Jembatan Suramadu terdiri dari tiga bagian yaitu jalan layang (causeway),

jembatan penghubung (approach bridge), dan jembatan utama (main bridge).

Gambar 16. Jembatan Suramadu

Jembatan ini diresmikan awal pembangunannya oleh Presiden Megawati

Soekarnoputri pada 20 Agustus 2003 dan diresmikan pembukaannya oleh Presiden Susilo

Bambang Yudhoyono pada 10 Juni 2009. Pembangunan jembatan ini ditujukan untuk

mempercepat pembangunan di Pulau Madura, meliputi bidang infrastruktur dan ekonomi di

Madura, yang relatif tertinggal dibandingkan kawasan lain di Jawa Timur. Perkiraan biaya

pembangunan jembatan ini adalah 4,5 triliun rupiah.

Pembuatan jembatan ini dilakukan dari tiga sisi, baik sisi Bangkalan maupun sisi

Surabaya. Sementara itu, secara bersamaan juga dilakukan pembangunan bentang tengah

yang terdiri dari main bridge dan approach bridge.

Desain Causeway

Gambar 17. Desain Jalan Layang (Cause Way)

Terdiri dari 36 bentang untuk sisi Surabaya dan 45 bentang sisi Madura dengan

panjang masing-masing 40 meter. Konstruksi bangunan diatas menggunakan PCI Girder.

Sedangkan untuk bagian bawah menggunakan pondasi pipa baja berdiameter 60 cm dengan

panjang rata-rata 25 meter untuk sisi surabaya dan 27 meter untuk sisi Madura.

Gambar 18. Main bridge

Konstruksinya terdiri dari pondasi bored pile 2,4 meter dengan panjang sekitar 80

meter, 2 Pylon kembar dengan ketinggian 140 meter dan lantai komposit double plane yang

ditopang oleh cable stayed dengan bentang 192 m + 434 m + 192 m. Ketinggian vertical

bebas untuk navigasi bentang utama adalah 35 meter

Gambar 19. Desain Pondasi Bored Piled

Gambar 19. Desain Approach Bridge

Untuk bangunan atas menggunakan beton Presstressed Box Girder dengan bentang 80

meter sebanyak 7 bentang, baik untuk sisi Surabaya maupun sisi Madura. Sedangkan struktur

bawah terdiri dari pondasi bored pile berdiameter 180 cm dengan panjang 60-90 meter.