Teknik Struktur : Pengertian, Spesialisasi, Sejarah, dan Tokohnya
Teknik struktur
International Space Station merupakan struktur yang rumit yang membutuhkan pemahaman teknik struktur yang tinggi.
Menara Eiffel merupakan salah satu pencapaian teknik struktur yang terpenting dalam sejarah.
Burj Khalifa ketika masih dalam proses konstruksi.
Teknik struktur adalah bidang ilmu teknik yang berhubungan dengan analisis dan desain struktur yang menyokong atau menahan beban. Teknik struktur biasanya berada di dalam teknk sipil, namun juga bisa terpisah.
Insinyur teknik struktur biasanya terlibat dalam desain bangunan dan struktur non-bangunan yang besar, namun mereka juga bisa terlibat dalam desain mesin, peralatan medis, kendaraan, atau benda lainnya yang terkait dengan integritas struktural yang terkait dengan fungsi atau keamanan benda tersebut. Insinyur teknik struktur harus memastikan desain mereka sesuai dengan kriteria desain, berdasar pada keamanan atau performa bangunan.
Teori teknik struktur berdasar pada hukum fisika dan pengetahuan empiris mengenai performa struktur berdasarkan material dan geometri tertentu. Teknik struktur disarankan membuat desain yang sesederhana mungkin dengan tidak meninggalkan tujuan awal dibuatnya struktur, terutama jika terkait dengan efisiensi pendanaan atau keterbatasan ruang.
Spesialisasi
Struktur bangunan
Lihat pula: Teknik arsitektur
Teknik bangunan struktural mencakup semua aspek trknik struktur yang terkait dalam mendesain bangunan. Ini adalah cabang teknik struktur yang terdekat dengan arsitektur
Teknik bangunan struktural digerakkan oleh manipulasi kreatif dari bahan dan bentuk berdasarkan prinsip matematika dan sains untuk mencapai tujuan memenuhi persyaratan fungsi yang dibutuhkan dan aman secara struktural ketika diberikan beban yang mungkin akan diterima oleh struktur. Berbeda dengan desain arsitektur yang memanipulasi bahan, bentuk, massa, ruang, volum, tekstur, dan pencahayaan untuk mencapai tujuan fungsional, estetika, dan artistik.
Desain struktural untuk bangunan harus memastikan bahwa bangunan mampu berdiri tegak dan aman, mampu berfungsi tanpa defleksi yang berlebihan atau pergerakan yang mungkin mampu menyebabkan kelelahan (fatigue) dari elemen struktural, cracking, creep, dan masalah struktural lainnya. Desain juga harus memperhitungkan batas toleransi dari suatu bahan yang akan digunakan untuk membangun. Selain itu, kondisi kerja seperti ventilasi, pengaturan udara, kelistrikan, pencahayaan, dan sebagainya juga harus diperhitungkan, termasuk keselamatannya. Desain struktural dari bangunan modern bisa sangat rumit hingga membutuhkan sejumlah besar tim untuk menyelesaikannya.
Teknik struktur gempa
Piramida suku maya di Chichen Itza yang tahan gempa
!Artikel utama untuk bagian ini adalah: Teknik struktur gempa
Tujuan utama teknik struktur gempa adalah untuk memahami interaksi antara struktur dengan getaran tanah untuk mengetahui konsekuensi dari gempa yang mungkin akan terjadi, dan mendesain serta membangun struktur yang tahan gempa.
Struktur tahan gempa bukanlah struktur yang sangat kuat seperti piramida suku maya. Bahkan struktur yang sangat kaku merupakan bangunan yang rentan hancur oleh gempa. Piramida dikategorikan tahan gempa karena memiliki luas permukaan yang menyentuh tanah yang luas jika dibandingkan dengan tingginya. Sedangkan sebagian besar bangunan modern mejulang tinggi dengan luas alas bangunan yang tidak sebanding dengan tingginya.
Teknik sipil struktural
Teknik sipil sturktural mencakup semua ilmu teknik struktur yang terkait dengan lingkungan pembangunan. Hal ini mencakup:
Jembatan
Bendungan
Earthworks
pondasi
Struktur lepas pantai
Jaringan pipa
Pembangkit listrik
Jalur rel
Tembok penahan
Jalan
Terowongan
Jalur air
Infrastruktur air dan air pembuangan
Teknik sipil struktural seringkali dihadapkan dengan hambatan tinggi, seperti variasi temperatur yang besar, beban dinamis seperti ombak atau lalu lintas, tekanan tinggi dari air atau gas bertekanan, dan lingkungan korosif.
Struktur mekanis
Desain peluru kendali juga membutuhkan perhatian teknik struktur karena beban yang diterima dalam “menerjang udara” (beban aerodinamis) sangat besar
Prinsip teknik struktur diaplikasikan pada berbagai jenis struktur mekanis yang bergerak setiap saat ketika digunakan. Desain struktur statis mengasumsikan bahwa geometri struktur tidak berubah (meski kenyataannya geometri struktur statis selalu berubah, namun sangat kecil hingga bisa diabaikan). Desain struktur mekanis harus memperhitungkan berbagai faktor kelelahan bahan, variasi beban yang mampu ditangani, dan defleksi akibat pergerakan struktur mekanis. Teknik struktur mekanis sangat dekat dengan teknik mesin, bahkan dipelajari di dalam teknik mesin dan ilmu teknik lainnya seperti teknik perkapalan dan teknik penerbangan.
Bagian-bagian mesin dapat dihadapkan ke gaya yang besarnya bisa bervariasi secara signifikan, dan terjadi berulang-ulang pada laju yang sangat besar. Misal gaya pada sayap pesawat terbang bisa bervariasi tergantung pada ketinggian, posisi atau kemiringan, dan kondisi (lepas landas atau mendarat). Perubahan gaya ini bisa terjadi ribuan kali sepanjang usia penggunaan pesawat.
Sedangkan pada komponen mesin, misal piston, dapat terjadi perubahan gaya yang cukup besar sebanyak ribuan kali dalam semenit, dan selama bekerja, piston menerima temperatur yang tinggi. Desain struktural mekanis seperti ini harus memastikan bahwa struktur mampu menahan kondisi seperti itu dalam batas waktu usia pemakaian yang diizinkan.
Struktur berikut ini membutuhkan pekerjaan dari teknik struktur mekanis:
Saluran bertekanan
Karoseri
Crane
Lift
Eskalator
Badan kapal
Sejarah teknik struktur
Pengetahuan mengenai teknik struktur bisa dilihat pertama kali pada piramida bertingkat yang dibangun Imhotep untuk firaun Djoser. Imhotep merupakan manusia pertama yang dikenal sebagai ahli struktur bangunan. Piramida merupakan bentuk struktur yang paling umum yang dibangun pada zaman kuno karena bentuk struktur piramida diketahui stabil dan secara teori bisa dibangun hingga ketinggian yang tak terbatas.
Namun bentuk bukanlah hal yang mutlak dibutuhkan dalam integritas bangunan. Integritas piramida tetap terjaga karena batu yang berada di bawahnya mampu menunjang beban yang berada di atasnya.[4] Batu kapur, bahan yang digunakan untuk membangun piramida, memiiki kekuatan tekan antara 30 hingga 250 MPa. Beban di atasnya tidak melebihi kekuatan tekan pidamida, batu kapur tidak akan rusak karena tekanan dari beban di atasnya.
Di abad pertengahan, kebanyakan desain dan konstruksi arsitektural dilakukan oleh tukang batu (masonry) dan tukang kayu (carpenter), menjadikan peran master builder menjadi terkenal. Ketika itu, pengetahuan mengenai struktur begitu terbatas dan mereka melakukannya hanya berdasarkan pada pengalaman dan eksperimen yang hasilnya hanya diketahui oleh kalangan (guilds) sendiri. Struktur yang dibangun cenderung sama, dan hanya mengalami peningkatan sedikit demi sedikit hingga cukup monumental untuk dikenang sejarah.
Meski tidak ada catatan pasti mengenai perhitungan kekuatan dan sifat bahan struktur bangunan, pekerjaan ini terus berkembang hingga Revolusi Industri menjadikan beton diproduksi secara massal. Sebelumnya di abad Renaisans pemahaman fisika modern dimulai oleh Galileo dan Newton namun tidak menyentuh secara langsung teknik struktur; seolah pengetahuan masih dipegang masing-masing kelompok mason. Perlahan ilmu fisika mulai menyentuh teknik struktur dan pada tahun 1970an telah dimulai analisis berbasis komputer.
Garis waktu sejarah perkembangan teknik struktur
Rancangan jembatan desain Leonardo da Vinci yang akan dibangun di Tanduk Emas
Galileo Galilei mempublikasikan buku “Two New Sciences” di mana ia melakukan inspeksi terhadap kegagalan struktur sederhana
mempublikasikan “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” yang berisi Hukum gerak Newton
1452–1519 Leonardo da Vinci membuat berbagai berbagai kontribusi dalam geometri dan membuat desain jembatan yang baru dan akan direalisasikan di abad ke-21.
1638: Galileo Galilei mempublikasikan buku “Two New Sciences” di mana ia melakukan inspeksi terhadap kegagalan struktur sederhana
1660: Hukum Hooke dipublikasikan oleh Robert Hooke
1687: Isaac Newton mempublikasikan “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” yang berisi Hukum gerak Newton
1750: Persamaan balok Euler–Bernoulli
1700–1782: Daniel Bernoulli memperkenalkan prinsip kerja virtual
1707–1783: Leonhard Euler mengembangkan teori penekukan (buckling) kolom
1826: Claude-Louis Navier mempublikasikan risalah sifat elastis struktur
1873: Carlo Alberto Castigliano mempresentasikan dalam disertasinya, “Intorno ai sistemi elastici”, yang berisi teorinya untuk menghitung perpindahan sebagai turunan parsial dari energi tegangan
1936: Publikasi Hardy Cross tentang metode persebaran momen yang lalu dikenal sebagai bentuk metode relaksasi dapat diaplikasikan pada permasalahan struktur di jaringan pipa
1941: Alexander Hrennikoff memasukkan tesisnya di Institut Teknologi Massachusetts tentang masalah elastisitas dari diskretisasi bidang menggunakan model kerangka kisi (lattice framework)
1942: Richard Courant membagi domain permodelan menjadi subregional terbatas (finite subregions)
1956: Karya J. Turner, R. W. Clough, H. C. Martin, dan L. J. Topp’s yang berjudul “Stiffness and Deflection of Complex Structures” (kekakuan dan defleksi struktur kompleks) memperkenalkan metode elemen terbatas yang saat ini digunakan secara luas