Rekayasa Berbasis Komputer
Untuk memakai program dengan benar perlu memahami latar belakang
teori yang dipakai program, memahami setiap opsi-opsi program yang dapat
digunakan, termasuk input data yang tepat dan mengetahui sejauh mana
solusi yang dihasilkan masih dapat diterima, misalnya ada lendutan yang
besar (tanpa warning), apakah hasilnya dapat dipercaya, dan sebagainya.
Umumnya manual yang menyertai cukup lengkap, bahkan terlalu lengkap
(baca: sangat tebal) dan untuk memahaminya tentunya tidak semudah seperti
membaca buku cerita yang biasa, diperlukan latar belakang pendidikan yang
mencukupi. Dalam konteks lain, disadari bahwa program-program rekayasa
yang tersedia juga mengikuti trend software pada umumnya yang dilengkapi
efek visual yang menarik, sehingga program yang dibuat semakin mudah
digunakan tanpa perlu membaca secara khusus petunjuk dari manual yang
disediakan. Keadaan tersebut juga ditunjang dengan tuntutan pasar bahwa
pemakaian program komputer adalah sesuatu yang mutlak dalam bisnis yang
semakin ketat ini karena memberikan kesan canggih yang membantu dalam
segi marketing untuk jasa konsultasi teknik yang akan ditawarkan.
Tanpa perlu memahami teori lebih dalam, pemakai dapat secara mudah
menjalankan program dan merasa sudah memahami betul program yang
dipakainya. Apabila hal tersebut terjadi, saat itulah kemungkinan dapat
terjadinya kesalahan dalam pemakaian program seperti yang dibayangkan
developer yang dapat menimbulkan kerugian besar, baik dari segi ekonomi
maupun keselamatan pengguna hasil rancangan dari program rekayasa.
Mengacu pada hal-hal tersebut, maka materi yang akan disajikan ditata
sedemikian sehingga selain dapat memberikan keterampilan mengoperasikan
program rekayasa (khususnya program SAP2000), juga dilengkapi dengan
latar belakang pengetahuan yang diperlukan untuk memahami bagaimana
program rekayasa tersebut menyelesaikan permasalahan. Salah satu metode
penyajian materi adalah dengan memberi penyelesaian klasik cara manual
untuk problem yang sama, atau mencari problem rekayasa dari pustakapustaka
acuan yang mempunyai penyelesaian klasik manual, agar dapat
dibandingkan dan dievaluasi hasil keduanya.
Rekayasa Struktur Bukan Sekadar Alat
Komputer yang artinya penghitung merupakan alat bantu yang pertama-tama
dikembangkan untuk bidang sain dan rekayasa. Hanya saja, sekarang telah
berkembang semakin jauh, tidak hanya penghitung, tetapi juga penulis,
pelukis, maupun penghibur dengan video dan tata-suaranya, serta lain-lain.
Dikaitkan dengan rekayasa konstruksi atau struktur, atau tepatnya structural
engineering maka tugas utama komputer adalah sebagai penghitung seperti
maksud awal alat tersebut diciptakan, yaitu dari asal kata to compute.
Akan tetapi, berbeda dengan alat hitung sebelumnya, ternyata komputer
mengubah pola pikir bekerjanya insinyur dalam melakukan analisa struktur.
Jika tradisi sebelumnya, untuk dapat memahami perilaku struktur dengan
benar, maka harus memahami metode-metode perhitungan manual yang
dilakukan, tetapi dengan tersedianya komputer untuk analisa struktur, maka
tanpa mengetahui metode yang digunakan, insinyur dapat dengan mudah dan
cepat memperoleh hasil yang diinginkan. Selain itu, berbagai model struktur
dapat dengan mudah dibuat, termasuk manipulasi matematik yang diperlukan.
Meskipun demikian, tidak ada jaminan bahwa itu semua membuat
para insinyur dapat memahami perilaku struktur sebenarnya karena untuk itu
perlu (a) paham asumsi-asumsi dasar analisis; (b) paham perilaku struktur
yang sebenarnya; (c) mampu membuat model struktur dan validasi hasilnya.
Komputer untuk bidang rekayasa adalah alat bantu yang sangat berguna, bagi
pengguna kompeten, maka dapat dihasilkan pemahaman yang lebih dalam
tentang permasalahan bidang rekayasa, yang mana teknik-teknik tradisionil
sebelumnya tidak mampu atau kesulitan mendapatkannya.
Dasar Pemodelan Struktur
Pemodelan struktur adalah pembuatan data numerik (matematis) mewakili
struktur real yang digunakan sebagai input data komputer. MacLeod (1990)
mengusulkan sebaiknya dalam pembuatan model struktur adalah:
1. Jangan terlalu rumit dari yang diperlukan. Jika dapat dibuat model yang
simpel tetapi representatif, maka umumnya itu yang akan berguna.
2. Berkaitan hal di atas, dalam pemodelan kadang-kadang perlu beberapa
tahapan model. Ada yang secara keseluruhan (makro model) dan lainnya
pada bagian-bagian tertentu saja tetapi lebih detail (mikro model). Jangan
berkeinginan membuat model secara keseluruhan dengan ketelitian yang
sama untuk setiap detail yang diinginkan.
3. Apakah modelnya simpel tapi masih representatif, maka perlu mengetahui
perilaku struktur real. Faktor-faktor apa yang utama, atau sekunder yang
dapat diabaikan. Tak ada jaminan bahwa banyak faktor maka hasilnya
semakin baik (lower bound theorem). Contoh, jika deformasi lentur dihitung
pada struktur truss (rangka batang), maka batangnya perlu ukuran
yang lebih besar untuk menahan aksial dan lentur sekaligus (lebih boros).
4. Jangan langsung percaya pada hasil keluaran komputer, kecuali telah
dilakukan validasi-validasi yang teliti dan ketat (apriori).
5. Meskipun sudah ada validasi-validasi yang ketat, jangan terlalu percaya
dulu. Lihat asumsi-asumsi yang dipakai dalam pembuatan model analisis,
apakah sudah logis dan mewakili kondisi struktur yang real (waspada).
Memahami Struktur
Kemampuan memahami perilaku struktur real yang sebenarnya, menentukan
kemampuan mengevaluasi keluaran komputer apakah sudah benar atau salah.
MacLeod (1990) menunjukkan beberapa strategi yang terbukti cukup efektif
digunakan memahami perilaku struktur yang dimaksud, yaitu:
1. Observasi Fisik dan Hasil Uji: Perilaku struktur normal tidak mudah
diobservasi dengan mata telanjang karena deformasinya sangat kecil.
Keruntuhan struktur adalah sumber berharga dipelajari, meskipun tentu
jarang terjadi. Jika ditemui, himpunlah data sebanyak-banyaknya tentang
kejadian tersebut. Keruntuhan struktur juga dapat diamati dari uji beban
di laboratorium, meskipun itu tidak sepenuhnya mewakili kondisi real.
Cara lain dengan mempelajari strategi perencanaan suatu struktur yang
telah sukses dilaksanakan, memahami prediksi di atas kertas, dan membandingkan
dengan kinerja sesungguhnya.
2. Mempelajari Asumsi Dasar: setiap metode analitis memerlukan asumsi
atau batasan yang perlu dipahami, tidak ada metode yang berlaku general.
Asumsi yang digunakan kadang-kadang dapat mengelompokkan jenis
struktur mana yang ‘sesuai’ atau ‘tidak sesuai’ untuk metode tersebut
sehingga dapat sekaligus dipelajari perilaku khas masing-masing struktur.
3. Mempelajari Dasar Matematis Model: persamaan differensial banyak
digunakan dalam metode analitis. Itu didasarkan pada beberapa parameter
tertentu juga, yang pada masing-masing struktur bisa berbeda. Memahami
parameter tersebut secara benar bisa juga sekaligus karakter strukturnya.
4. Studi Parametris: tersedianya komputer berkapasitas besar dan cepat
memungkinkan dibuat berbagai macam model dengan parameter yang
beda. Pengaruh variasi parameter tersebut selanjutnya dipelajari dan dapat
diambil suatu kesimpulan. Misal rangka batang (truss), maka parameter
yang berpengaruh adalah A (luas), bentuk penampang tidak berpengaruh,
sedangkan balok adalah I (inersia) bentuk penampang berpengaruh, dsb.
5. Memakai Model Sederhana: yang dapat diselesaikan secara manual
dapat digunakan sebagai bahan perbandingan hasil solusi komputer. Dan
apabila terdapat perbedaan, maka perlu dicari tahu dari mana itu terjadi.
Misalnya hitungan portal dengan cara Cross dan komputer.
Penggunaan Komputer Rekayasa
Wilayah kerja bidang rekayasa struktur/structural engineering perlu dipahami
agar komputer dapat dimanfaatkan secara optimal, yaitu meliputi:
Proses perancangan (analisis, desain, dan pembuatan gambar struktur)
Proses fabrikasi (mengimplementasikan gambar dan spesifikasi rencana)
Proses erection/pengangkutan/perakitan atau pelaksanaan itu sendiri
Perawatan/perbaikan (retrofit)/evaluasi struktur
Dari berbagai tahapan di atas, yang paling banyak melibatkan komputer
untuk maksud sebagaimana yang telah dibahas sebelumnya adalah dalam
proses perancangan (dan evaluasi struktur), yang meliputi:
Pemodelan sistem Sruktur Rekayasa
Tahap awal sebelum dilakukan analisa struktur adalah membuat model
struktur, sebagai simulasi perilaku fisik struktur real agar dapat diproses
melalui pendekatan numerik memakai komputer. Pemodelan tidak terbatas
pada penyiapan data saja, tetapi model harus disesuaikan dengan problem
yang dianalisis, apakah itu tegangan, thermal, atau apa saja. Jadi, pembuat
model dituntut harus memahami permasalahan yang akan diselesaikan.
Apakah problem yang ditinjau dipengaruhi waktu (misal creep), apakah ada
unsur-unsur non-linier (misal masalah keruntuhan), dan sebagainya. Dengan
demikian, dapat ditentukan apakah suatu parameter harus ada, atau dapat
dihilangkan tanpa mengurangi ketelitian. Dengan memahami permasalahan,
dapat disusun suatu model analisis, tentu saja model dibatasi dengan ketersediaan
metode penyelesaiannya.
Berbagai pendekatan dalam analisis model struktur untuk mengetahui
perilaku terhadap pemberian beban, dikategorikan sebagai berikut.
Linier – Elastik
Kata elastik menunjukkan bahwa suatu struktur akan berdeformasi jika diberi
suatu pembebanan, dan akan kembali ke posisi awal jika pembebanan
tersebut dihilangkan. Sedangkan linier menunjukkan hubungan antara beban
dan deformasi bersifat linier/proporsional. Ciri-ciri penyelesaian linier-elastik
adalah hasil penyelesaian dapat dilakukan superposisi antara satu dengan
yang lain. Contoh Slope Deflection, Cross, dan Metode Matrik Kekakuan.
Non-Linier
Analisa ini adalah lawan dari analisa Linier-Elastik, yaitu perilaku hubungan
deformasi dan beban tidak proporsional. Deformasi pada suatu kondisi beban
tidak bisa digunakan memprediksi deformasi pada kondisi beban lain hanya
dengan mengetahui ratio beban-beban tersebut. Kondisi yang menyebabkan
struktur dapat berperilaku non-linier dapat dikategorikan sebagai berikut.
• Non-Linier geometri: P-Δ efek, large deformation analysis
• Non-Linier material: Plastik, Yield
• Non-Linier tumpuan: gap (contact problem)
Analisa non-linier pada umumnya tidak untuk mencari kuantitas gaya-gaya
internal atau lendutan yang terjadi, tetapi lebih diutamakan untuk mengetahui
perilaku struktur terhadap pembebanan yang menyebabkan batas-batas dari
persyaratan elastik-linier tidak terpenuhi. Misal perilaku keruntuhan struktur
terhadap beban gempa, apakah bersifat daktail atau getas, dan sebagainya.
Ciri penyelesaian non-linier umumnya memakai iterasi dan hasilnya spesifik,
tidak dapat disuperposisikan antara hasil satu dengan hasil yang lainnya.
Catatan: tidak semua software dapat menyelesaikan problem non-linier,
non-linier geometri SAP2000 versi 7.40 hanya tahap P-Δ saja. Untuk large
deformation analysis tidak mampu, sedang ANSYS (www.ansys.com) atau
ABAQUS (www.abaqus.com) dapat dengan mudah melakukannya.
Desain Penampang
Diperlukan untuk mengevaluasi apakah penampang yang dipakai dalam
analisa struktur memenuhi syarat kekuatan, kekakuan, atau daktilitas yang
ditetapkan dalam peraturan yang berlaku. Acuan untuk evaluasi adalah
design-code yang umumnya dikategorikan dalam dua cara, yaitu:
-Elastik/tegangan izin, misal Allowable Stress Design dari AISC,
peraturan baja, atau kayu Indonesia yang lama.
-Ultimate/Limit State Design, misal ACI 318 - 2002 untuk struktur beton
atau AISC-LFRD 1993 untuk struktur baja yang diadopsi di Indonesia
sebagai SNI 03 – 1729 – 2000 yang baru.
Analisis struktur dan desain penampang adalah dua bagian yang berbeda.
Meskipun demikian, pada program-program tertentu, misalnya SAP2000,
kedua opsi tersebut tersedia. Oleh sebab itu, memakainya harus hati-hati.
Contoh, rangka batang/truss dengan profil siku tunggal dan H tidak ada
bedanya dalam analisa struktur, tetapi dalam desain penampang, kedua profil
mempunyai prosedur yang berbeda. Desain penampang profil siku tunggal
belum ada di SAP2000 v 7.4, tetapi program dapat menghitung karena profil
tersebut dianggap sama seperti profil H (Beta dan Wiryanto 2006).
CAD (Computer Aided Drawing/Design)
Agar dapat diwujudkan, perlu digambar struktur hasil rancangan. Untuk itu,
tentu diperlukan program rekayasa lain yang khusus untuk penggambaran,
yang paling populer di Indonesia adalah AutoCAD.
