ccitonline.com

Nama Penulis: Zakaa Aidan Ahmad

NPM: 2306225041

Afiliasi Penulis: Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia

BAB I: Abstraksi

Makalah ini merupakan jawaban atas pertanyaan yang timbul dari salah satu video pada platform YouTube. Pertanyaan tersebut terkait dengan perbandingan kemampuan antara jembatan konvensional dengan jembatan rangka saat diberi beban yang sama. Karena terdapat korelasi antara permasalahan tersebut dengan konsep-konsep dalam teknik mesin, maka melalui tulisan ini, penulis akan mencoba mengutarakan jawaban berdasarkan pendekatan ilmu keteknikan

BAB II: Deklarasi Penulis

1. Deep awareness of I

Penulis menyadari bahwa sebagai makhluk ciptaan tuhan, penulis tentunya akan mendapatkan beberapa macam ujian agar penulis dapat belajar bersikap sabar. Apa yang bisa penulis lakukan adalah mencoba menyelesaikannya dan mencari jawaban atas permasalahan di dunia ini. Maka, penulis akan mencari jawaban pada masalah yang tertera dalam makalah ini.

2. Niat kegiatan proyek

Niat penulis dalam membuat makalah ini berdasar pada video YouTube pada tautan berikut ini:

Terdapat pertanyaan terkait perbandingan kekuatan antar bentuk jembatan kayu pada video tersebut. Maka dari itu, penulis berniat untuk memberikan penjelasan dan jawaban atas masalah tersebut.

BAB III: Pendahuluan

1. Teori dasar

Gambar 1.1. Jembatan kereta api di Kabupaten Kulon Progo, DI Yogyakarta yang memiliki struktur rangka

Jembatan rangka (truss bridge) merupakan salah satu model jembatan yang terdiri atas batangan baja yang disusun membentuk pola segitiga. Berdasarkan prinsip mekanika kekuatan material, rangka memiliki prinsip analisis yang sedikit berbeda jika dibandingkan struktur pada umumnya. Dasar dalam analisis rangka tersebut antara lain sebagai berikut:

• Setiap batang pada struktur menerima gaya dengan arah antara kompresi (tekan) atau tensional (tarik)

• Gaya eksternal pada struktur diasumsikan terkonsentrasi pada titik-titik hubung antar batang, sehingga setiap batang tidak menerima beban eksternal

Dengan model struktur berikut, jembatan rangka memiliki beberapa keunggulan teknis. Salah satunya ialah kekuatannya yang optimal pada bentang yang relatif panjang, namun penggunaan materialnya seminimal mungkin. Sehingga, struktur rangka merupakan salah satu metode konstruksi jembatan yang paling efisien.

2. Pemikiran awal (tentang masalah)

Pada video YouTube nya yang diunggah pada tanggal 7 Agustus 2023, Wissam Seif membandingkan kekuatan antara jembatan kayu yang dibentuk menyerupai rangka, dengan jembatan lurus. Beliau mengatur agar kedua model tersebut memiliki kesamaan spesifikasi sebagai berikut:

• Panjang bentangan: 1 kaki (0,3 meter)

• Massa Total Struktur: 26 gram (0,03 kg)

• Material: kayu balsa (densitas 160 kg/m3)

• Pembebanan terkonsentrasi pada titik tengah kedua bentangan tersebut

Namun yang mengejutkan dari eksperimen tersebut ialah kegagalan pada jembatan batang lurus terjadi saat beban mencapai 87 lbs (39,46 kg) dan rangka kayu pada 28 lbs (12,7 kg). Hal tersebut mengindikasikan bahwa kekuatan dari jembatan biasa justru bernilai lebih daripada jembatan rangka, yang mana bertolak belakang dengan kenyataan dimana jembatan rangka telah digunakan secara marak di seluruh dunia

Berdasarkan permasalahan tersebut, penulis mencoba untuk menganalisis permasalahan tersebut. Penulis akan menggunakan beberapa pendekatan dengan konsep analisis struktural, dan bantuan komputer agar dapat menemukan jawaban dari permasalahan pada video tersebut

BAB IV: Metode dan Langkah-Langkah Solusi

1. Idealisasi

Dalam mencari jawaban pada masalah struktural ini, penulis menggunakan perangkat lunak CAD Autodesk Inventor. Penulis akan membuat dua model berupa jembatan konvensional dan jembatan rangka dengan beberapa spesifikasi yang sama sebagai komparasi, lalu mengujinya dengan fitur stress analysis. Dimensi yang penulis atur agar sama adalah sebagai berikut:

• Panjang bentangan: 100 mm (0,1 meter)

• Lebar struktur: 10 mm (0,01 meter)

• Material: kayu oak (densitas 760 kg/m3)

• Volume total: 17400 mm3

• Massa total: 13,22 gram (0,01 kg)

Gambar 4.1. Model jembatan konvensional pada aplikasi Autodesk Inventor

Gambar 4.2. Model jembatan rangka pada aplikasi Autodesk Inventor

1. Instruksi (set)

Berikut merupakan langkah-langkah yang penulis tempuh dalam membandingkan kekuatan jembatan rangka dengan konvensional:

• Membuat 2 model jembatan berbeda dengan spesifikasi sesuai yang tertera pada subbab 4.1 di software Autodesk Inventor

• Menentukan material pada kedua model sebagai kayu oak dengan spesifikasi sebagai berikut:

Name	Wood (Oak)
General	Mass Density	0,76 g/cm3
	Yield Strength	46,6 MPa
	Ultimate Tensile Strength	5,5 MPa
Stress	Young’s Modulus	9,3 GPa
	Poisson’s Ratio	0,0001 ul
	Shear Modulus	4,64954 GPa

• Memilih fitur stress analysis di Autodesk Inventor, dan mengaplikasikannya pada kedua model struktur

• Meletakkan fixed support constrains pada bagian pojok kanan dan kiri bawah di kedua model

• Meletakkan beban sebesar 100000 Newton (100 kN) terkonsentrasi pada bagian tengah bawah di kedua struktur

• Mengunduh hasil stress analysis pada batang konvensional hingga muncul data sebagai berikut:

Name	Minimum	Maximum
Volume	17400 mm^3
Mass	0,013224 kg
Von Mises Stress	15,456 MPa	5578,68 MPa
1st Principal Stress	-106,495 MPa	1036,48 MPa
3rd Principal Stress	-5923,75 MPa	3,22856 MPa
Displacement	0 mm	18,0186 mm
Safety Factor	0,00835323 ul	3,015 ul
Stress XX	-110,917 MPa	53,3217 MPa
Stress XY	-335,949 MPa	208,096 MPa
Stress XZ	-167,247 MPa	478,064 MPa
Stress YY	-3206,49 MPa	238,015 MPa
Stress YZ	-2024,95 MPa	2452,82 MPa
Stress ZZ	-3777,9 MPa	1036,48 MPa
X Displacement	-1,16835 mm	0 mm
Y Displacement	-18,0042 mm	0 mm
Z Displacement	-5,4367 mm	5,58917 mm
Equivalent Strain	0,0011568 ul	0,526393 ul
1st Principal Strain	-0,0114029 ul	0,111449 ul
3rd Principal Strain	-0,636954 ul	0,000344254 ul
Strain XX	-0,0118785 ul	0,00574107 ul
Strain XY	-0,0361272 ul	0,0223781 ul
Strain XZ	-0,0179854 ul	0,0514099 ul
Strain YY	-0,344775 ul	0,0255961 ul
Strain YZ	-0,217759 ul	0,26377 ul
Strain ZZ	-0,406194 ul	0,111448 ul

• Lakukan hal yang sama pada struktur rangka sehingga muncul data sebagai berikut:

Name	Minimum	Maximum
Volume	17400 mm^3
Mass	0,013224 kg
Von Mises Stress	46,3881 MPa	4535,95 MPa
1st Principal Stress	-93,5445 MPa	2636,98 MPa
3rd Principal Stress	-4815,03 MPa	8,66168 MPa
Displacement	0 mm	17,2889 mm
Safety Factor	0,0102735 ul	1,00457 ul
Stress XX	-124,528 MPa	85,0519 MPa
Stress XY	-286,639 MPa	134,19 MPa
Stress XZ	-112,811 MPa	101,533 MPa
Stress YY	-4333,99 MPa	2297,98 MPa
Stress YZ	-1555,95 MPa	1348,87 MPa
Stress ZZ	-1579,65 MPa	732,834 MPa
X Displacement	-0,0299882 mm	0,755442 mm
Y Displacement	-17,2886 mm	0 mm
Z Displacement	-4,23075 mm	4,18878 mm
Equivalent Strain	0,00371237 ul	0,426634 ul
1st Principal Strain	-0,0100267 ul	0,283549 ul
3rd Principal Strain	-0,517739 ul	0,00092998 ul
Strain XX	-0,0133587 ul	0,00914564 ul
Strain XY	-0,0308245 ul	0,0144305 ul
Strain XZ	-0,0121314 ul	0,0109187 ul
Strain YY	-0,466008 ul	0,247093 ul
Strain YZ	-0,167323 ul	0,145054 ul
Strain ZZ	-0,169813 ul	0,0787984 ul

• Memfokuskan analisis pada tegangan Von Mises yang mana memiliki persamaan sebagai berikut:

• Berdasarkan hasil analisis, batang lurus menerima tegangan Von Mises sebesar 5578,68 MPa dan batang rangka sebesar 4535,95 MPa akibat pembebanan sebesar 100 kN di bagian tengah kedua struktur

• Dapat ditarik kesimpulan bahwa secara teori struktur konvensional lebih rentan mengalami kegagalan daripada struktur rangka ketika diberikan beban yang sama

BAB V: Hasil dan Diskusi

1. Hasil

Berdasarkan Analisis yang dilakukan pada bab sebelumnya, hasil yang telah penulis dapatkan ialah sebagai berikut:

• Ketika disusun seperti biasa, suatu struktur akan lebih rentan mengalami kegagalan dibandingkan jika disusun membentuk rangka

• Hal tersebut dapat dibuktikan dengan nilai tegangan yang diterima oleh struktur tersebut lebih besar daripada pada struktur rangka, yang mana menandakan gaya pada struktur dengan tegangan lebih besar terkonsentrasi lebih dekat.

2. Diskusi

Meskipun hasil yang telah dibuktikan memberikan informasi bahwa jembatan rangka lebih kuat, namun kenyataan dalam video YouTube Wissam Seif memvisualisasikan hal yang berbeda. Beberapa alasan kuat yang dapat menjawab masalah tersebut diantaranya sebagai berikut:

• Batang-batang pada jembatan rangka disambung satu sama lain menggunakan lem dan paku, yang mana memiliki kekuatan yang lebih lemah daripada jembatan solid yang tidak memiliki sambungan apapun. Sehingga, sambungan-sambungan pada jembatan rangka lebih rentan patah

Gambar 5.1. Sambungan kayu yang mengalami kegagalan pada jembatan rangka

• Lem juga lebih rentan terhadap kondisi lingkungan, lem dapat dengan mudah mencair atau selip dari permukaan akibat perubahan suhu

• Selain lem, pemasangan paku pada struktur kayu dapat menghasilkan lubang yang mana berpotensi menginisiasi kegagalan dengan dihasilkannya retakan atau cracking

BAB VI: Kesimpulan, Penutup dan Rekomendasi

1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis yang telah penulis visualisasikan dalam makalah ini, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:

• Pada dasarnya jembatan rangka lebih kuat daripada jembatan tanpa rangka dengan berat struktur yang sama, namun hal tersebut harus diimbangi dengan kekuatan yang optimal pada sambungannya, karena disanalah beban struktural terkonsentrasi

• Semakin panjang bentang dari suatu struktur jembatan, semakin rentan struktur tersebut terhadap kegagalan dengan beban yang bernilai tetap

2. Rekomendasi

Sementara itu, rekomendasi dari penulis untuk eksperimen jembatan tersebut diantaranya adalah sebagai berikut:

• Meminimalisir adanya sambungan yang bersifat adhesif seperti lem, karena hal tersebut dapat mengurangi kekuatan dari struktur, dan membuat proses analisis kurang akurat

• Membuat struktur jembatan dengan material yang lebih ulet dari kayu, seperti contohnya logam. Untuk analisis kekuatannya dapat dihitung besar defleksi dengan dial gauge pada kondisi nilai beban dan bentangan yang sama persis

BAB VII: Ucapan Terima Kasih

Saya ingin mengungkapkan rasa syukur kepada:

1. Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa, atas limpahan ilmu, kesehatan, dan kesempatan yang diberikan sehingga saya dapat mengembangkan pemahaman di bidang teknik mesin.

2. Kedua orangtua saya, atas segala doa, semangat, dan dukungan tanpa henti yang menjadi sumber kekuatan dalam perjalanan akademik ini.

3. Bapak Dr. Ahmad Indra, dosen Metode Numerik di Departemen Teknik Mesin Universitas Indonesia, atas arahan dan ilmu yang beliau berikan, yang sangat berperan dalam memperdalam wawasan saya mengenai pendekatan sistematis dalam pemecahan masalah teknik.

4. Teman-teman dan sahabat penulis, yang mana selalu ada dan telah menjadi support system bagi penulis dalam menempuh mata kuliah Metode Numerik dan mata kuliah lain selama 4 semester

BAB VIII: Referensi

1. Seif, Wissam (2023). IS A TRUSS STRONGER THAN A BEAM??. YouTube. https://www.youtube.com/shorts/k4seppyaUo4?feature=share

2. Deni (2023). Jembatan Mbeling Bukti Kreativitas Konstruksi Tanpa Pilar Peyangga. Star Radio Jogja. https://radiostar.harianjogja.com/2023/09/02/jembatan-mbeling-tanpa-pilar-penyangga/

3. What is a Truss? Common Types of Trusses in Structural Engineering. SkyCiv. https://skyciv.com/docs/tutorials/truss-tutorials/types-of-truss-structures/

4. Balsa. Wood Solutions. https://www.woodsolutions.com.au/wood-species/hardwood/balsa

5. What is von Mises Stress?. Simscale. https://www.simscale.com/docs/simwiki/fea-finite-element-analysis/what-is-von-mises-stress/

BAB IX: Appendics

1. Lampiran hasil stress analysis pada struktur jembatan tanpa rangka

1. Lampiran hasil stress analysis pada struktur jembatan rangka kayu