21
2.2.2. Gaya Terpusat
Menurut Schodek, 1998, mengapa struktur cangkang yang sangat kuat memikul beban terbagi rata dan tidak sesuai untuk memikul beban terpusat dapat
dilihat dengan menganalisis gaya-gaya meridional yang terjadi akibat beban tersebut. Persamaan yang telah didapat sebelumnya N
ϕ
= W 2
π � sin
2
� dimana W adalah beban terbagi rata total yang mempunyai arah ke bawah. Untuk cangkang
yang memikul beban terpusat P, persamaan tersebut berubah menjadi N
ϕ
= P
2 π � sin
2
�. Apabila beban terpusat tersebut bekerja pada θ = 0 puncak cangkang, maka tegangan tepat di bawah beban tersebut menjadi tak terhingga,
karena untuk θ = 0, maka sin θ = 0 dan N
ϕ
= ∞. Hal tersebut dalam
mengakibatkan keruntuhan jika permukaan struktur cangkang tidak dapat memberikan tahanan momen dan beban tersebut benar-benar terpusat. Itulah
sebabnya mengapa sebaiknya beban terpusat dihindari pada struktur cangkang.
2.2.3. Kondisi Perletakan
Menurut Schodek, 1998, seperti yang terjadi pada strukur-struktur lainnya, kondisi perletakan struktur cangkang terutama kubah sangat
mempengaruhi perilaku dan desain struktur. Secara ideal, perletakannya tidak boleh menimbulkan momen lentur pada permukaan cangkang. Jadi, kondisi jepit
harus dihindari. Salah satu solusi adalah struktur cangkang tersebut mempunyai perletakan sendi diseluruh kelilingnya. Tidak seperti pada struktur pelengkung,
adanya gaya melingkar pada cangkang menyebabkan cangkang tersebut mengalami deformasi yang berarah ke luar bidang. Untuk menahan deformasi ini
dengan menggunakan hubungan sendi adalah sama saja dengan memberikan gaya
Universitas Sumatera Utara
22 pada tepi cangkang yang menyebabkan akan terjadi momen lentur pula. Oleh
karena itu, perletakan rol lebih disukai. Akan tetapi, perletakan tersebut sulit dibuat pada struktur cangkang. Selain itu, perubahan sudut sedikit saja pada
perletakan tersebut dapat menimbulkan momen lentur walaupun masih lebih kecil daripada momen yang ditimbulkan dari penggunaan perletakan sendi atau jepit.
Menurut peninjauan kemudahan konstruksi, momen lentur yang tidak besar biasanya boleh terjadi di tepi cangkang dengan maksud agar kondisi pondasi
dan tepi cangkang lebih mudah dilaksanakan. Cangkang dibuat kaku sedemikian rupa secara lokal di sekitar tepi dengan cara menambah ketebalannya dan
khusunya diperkuat terhadap momen lentur.
Gambar 2.4. Kondisi Perletakan Cangkang
Tinjauan utama pada desain ini adalah bagaimana menahan gaya horizontal yang terjadi dengan komponen yang mempunyai arah ke dalam dari
Sumber : Schodek, 1998
Universitas Sumatera Utara
23 meridional bidang dalam. Untuk itu dapat digunakan sistem penyokong
buttreness. Sistem demikian sudah banyak dipakai pada gedung, khusunya pada struktur kubah pasangan bata sejak zaman dahulu.
Gambar 2.5. Kondisi Perletakan Struktur Cangkang Berbentuk Bola
Sumber : Schodek, 1998
Universitas Sumatera Utara
24 Cara lain untuk mengatasi gaya horizontal tersebut adalah dengan
menggunakan cincin tarik. Cincin tarik ini berfungsi un tuk menahan dorongan ke luar dari cangkang, jadi cincin ini mengalami tarik. Besar dorongan ke luar ini
dalam satuan panjang adalah N
ϕ
cos θ. Gaya ini lah yang mengakibatkan
datangnya gaya tarik sebesat T = N
ϕ
sin θ a, dimana a adalah jari-jari cincin
tarik tersebut. Cincin tarik harus dapat menahan semua dorongan horizontal yang ada.
Apabila terletak di atas permukaan tanah maka harus dipakai pondasi menerus yang berfungsi untuk meneruskan komponen gaya vertikal ke tanah. Cara lainnya
adalah dengan menumpu cincin tersebut pada elemen-elemen lain, seperti kolom yang hanya dapat menahan gaya vertikal.
Penggunaan cincin tarik, bagaimana pun dapat mengakibatkan terjadinya momen lentur juga pada permukaan cangkang dimana terdapat pertemuan antara
cangkang dan cincin. Momen lentur ini disebabkan akibat ketidaksamaan deformasi yang terjadi di antara cangkang dan cincin tersebut. Deformasi
melingkar pada cangkang dapat bersifat tekan dimana tepi permukaan cangkang berdeformasi ke arah dalam. Sedangkan deformasi balok cincin berbeda dengan
deformasi cangkang. Karena elemen-elemen tersebut harus digabungkan, maka cincin tepi membatasi gerakan bebas permukaan cangkang sehingga timbul
momen di tepi cangkang. Momen tersebut kemudian dimatikan dengan cepat pada cangkang sehingga permukaan cangkang secara keseluruhan tidak terpengaruh.
Tetapi cangkang secara lokal diperkaku dan diperkuat terhadap lentur. Permasalahan berbedanya deformasi tersebut menyebabkan struktur
cangkang harus direncanakan sedemikian rupa agar dapat mengurangi segala
Universitas Sumatera Utara
25 akibat dari deformasi tersebut. Salah satu cara yang efektif adalah dengan
menggunakan cara pascatarik dalam mengontrol deformasi. Balok cincin tersebut biasanya mengalami tarik. Jadi, dapat diberi haya pascatarik sedemikian rupa
sehingga gaya tekan dapat timbul terlebih dahulu pada balok cincin sehingga deformasinya menjadi sama dengan yang terjadi pada tepi cangkang. Gaya dorong
ke luar dari cangkang akan mengurangi gaya tekan yang dapat memperbesar gaya tarik pada kabel pascatarik. Apabila besar gaya pascatarik awal dikontrol dengan
baik, maka deformasi cincin juga dapat dokontrol sehingga perbedaan dengan cangkang dapat diperkecil. Permukaan cangkang itu sendiri dapat juga diberi gaya
pascatarik dalam arah melingkar untuk mengontrol deformasi dan gaya pada cangkang.
Gambar 2.6. Gangguan Tepi Pada Struktur Cangkang
Sumber : Schodek, 1998
Universitas Sumatera Utara
26
2.2.4. Tinjauan-tinjauan Lain