BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Menara Telekomunikasi (Tower) Dapat diklasifikasikan sebagai berikut : a. Klasifikasi Tower Berdasarkan Letak Berdirinya

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Menara Telekomunikasi (Tower) Menara Telekomunikasi (Tower) Dapat diklasifikasikan sebagai berikut : a. Klasifikasi Tower Berdasarkan Letak Berdirinya Jika melihat berdasarkan letak berdirinya, Tower dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu : 1. Rooftop Tower Rooftop, yakni Tower yang berdiri di atas bangunan 2. Greenfield Gambar 2.1 Tower Rooftop Tower Greenfield, yakni Tower yang berdiri langsung diatas tanah. Gambar 2.2 Tower Greenfield II-1

2 b. Klasifikasi Tower Berdasarkan Bentuknya Jika melihat berdasarkan bentuknya, Tower dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu : 1. Rectangular Tower Rectangular, yakni Tower yang berbentuk segi empat dengan empat kaki. Gambar 2.3 Tower Rectangular (Kaki Empat) 2. Triangular Tower Triangular, yakni Tower yang berbentuk segi tiga dengan tiga kaki. Berikut adalah kelebihan atau keuntungan tower Triangular : a. Lebih kecil tahanan anginnya karena sruktur yang lebih simple b. Tidak membutuhkan lahan yang luas c. Tower Kaki Tiga lebih ekonomis dalam perencanaannya karena memiliki berat beban yang lebih ringan dari tower Kaki Empat. II-2

3 Gambar 2.4 Tower Triangular (Kaki Tiga) 3. Pole Tower Pole, yakni Tower berupa tiang tunggal atau memiliki satu kaki saja dengan menggunakan profil pipa. Pole Greenfield (Monopole) Gambar 2.5 Tower Pole Pole Rooftop II-3

4 c. Klasifikasi Tower Berdasarkan Jenisnya Jika melihat berdasarkan jenisnya, Tower dapat diklasifikasikan menjadi empat jenis, yaitu 1. Tower Mandiri (Self Supporting Tower) Tower SST, merupakan Tower dengan struktur rangka baja yang berdiri sendiri dan kokoh, sehingga mampu menampung perangkat telekomunikasi dengan optimal. Menara ini dapat didirikan diatas bangunan dan diatas tanah. Menara tipe ini dapat berupa menara berkaki 4 (rectangular Tower) dan menara berkaki 3 (triangular Tower). Gambar 2.6 Ilustrasi Tower SST 2. Tower Teregang (Guyed Tower) Guyed Tower, merupakan Tower dengan struktur rangka baja yang memiliki penampang lebih kecil dari menara mandiri dan berdiri dengan bantuan perkuatan kabel yang diangkurkan pada tanah atau diatas bangunan. II-4

5 Menara tipe ini dapat berupa menara berkaki 4 (rectangular Tower) dan menara berkaki 3 (triangular Tower). Gambar 2.7 Ilustrasi Guyed Tower 3. Tower Kamuflase Tower Kamuflase, merupakan Tower yang dimaksudkan agar tampilan menara menyatu secara kontekstual dengan lingkungan sekitarnya melalui penggunaan warna dan arsitekturnya. Kamuflase Menara Masjid Kamuflase Pohon Gambar 2.8 Tower Kamuflase II-5

6 4. Tower Tiang (Tower Pole) Tower Pole, dibagi lagi menjadi 2 jenis, yakni monopole dan pole Monopole Monopole merupakan Tower yang hanya terdiri dari satu rangka batang/tiang yang didirikan diatas tanah. Berdasarkan penampangnya, Tower monopole terbagi menjadi Tower berpenampang lingkaran (circular pole) dan Tower berpenampang banyak segi (polygonal pole). Ilustrasi Monopole Monopole Gambar 2.9 Monopole Pole Pole merupakan Tower satu tiang, sama seperti monopole, namun dimesinya lebih kecil. Tower ini berdiri diatas bangunan gedung, dan dengan ketinggian yang relative kecil. Seringkali Tower pole ini menggunakan penyangga (support pole) sebagai pengaku tiang tersebut. II-6

7 Gambar 2.10 Pole d. Klasifikasi Tower Berdasarkan Jenis Profil 1. Tower tipe Tubular Leg (pipa) Tower jenis ini merupakan struktur rangka baja dimana Leg (kaki tower) menggunakan material pipa atau biasa disebut Tubular. Gambar 2.11 Tower tipe Tubular 2. Tower tipe Angular Leg (siku) Tower jenis ini merupkan struktur rangka baja dimana Leg (kaki tower) menggunakan material siku sama sisi atau biasa disebut Angular. II-7

8 Gambar 2.12 Tower tipe Angular e. Klasifikasi Tower Berdasarkan Struktur Rangka 1. X Face Panels Tower dengan struktur rangka berbentuk X Dari semua jenis struktur rangka yang sering digunakan dalam perencanaan tower, jenis stuktur rangka inilah yang sering digunakan karena struktur rangka yang sederhana. Dari segi kekuatan, akan berpengaruh pada pemilihan profil kaki tower (LEG) karena semakin sederhana struktur-nya maka distribusi beban semakin besar terhadap batang profil kaki tower. Sebagai alternatif, pemilihan untuk struktur rangka ini bisa digunakan tipe XH2A* atau XH3A* pada gambar 2.13 Gambar 2.13 X Face Panels II-8

9 2. K Face Panels Tower dengan struktur rangka berbentuk K Selain struktur rangka berbentuk X, struktur rangka jenis K ini sering digunakan dalam perencanaan tower. Adapula beberapa perencanaan tower yang menggabungkan kedua jenis struktur ini. Dari segi kekuatan, akan berpengaruh pada pemilihan profil harizontal (H1) karena gaya tekan terhadap batang horizontal (H1) lebih besar. Sebagai alternatif, pemilihan untuk struktur rangka ini bisa digunakan tipe K1 atau K1P pada gambar 2.14 Gambar 2.14 K Face Panels 2.2 Struktur Rangka (Truss) Struktur merupakan gabungan dari beberapa elemen lurus yang disambungkan pada titik perpotongannya. Dimana sambungan itu dibuat hanya dengan menggunakan pin. Penyambungan elemen sehingga membentuk suatu struktur dengan menggunakan pin ini dikenal sebagai truss. II-9

10 Karena hanya sambungan dengan pin maka pembebanan pada truss ini hanya terjadi pada sambungan dimana beban yang bekerja ini berupa gaya yang disebut dengan gaya aksial. Gaya aksial ini akan menimbulkan adanya tegangan dimana disebut juga dengan tegangan primer. Selain penyambungan dengan pin, truss juga disebut sebagai suatu struktur jika disambung dengan proses pengelasan dan keling dimana sambungan itu akan menemukan dua buah titik menjadi satu. Berbeda dengan pin, pada pengelasan teganan yang muncul disebut dengan tegangan sekunder. Konstruksi dasar truss memiliki kedudukan yang stabil jika bentuk elemen pembangunnya berupa segitiga. Kedudukan yang stabil ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan n = 2j 3 dimana n adalah jumlah batang dan j adalah jumlah sambungan. Kelebihan dari nilai batang pada truss akan menghasilkan suatu batang yang disebut dengan batang redundant. Gambar 2.15 Struktur Truss Kekuatan dan Kekokohan Struktur harus memiliki cukup kekuatan struktural untuk dapat mendukung beban rencana terfaktor yang bekerja padanya. Struktur dan segenap komponennya harus direncanakan sehingga penampangnya mempunyai kuat rencana minimum sama dengan kuat perlu yang dihitung berdasarkan kombinasi beban dan gaya terfaktor yang II-10

11 sesuai.berdasarkan tegangan leleh dan tegangan putusnya menurut SNI mengklasifikasikan mutu dari material baja menjadi 5 kelas mutu sebagai berikut: Tabel 2.1 Sifat Mekanis Baja Struktural Jenis Baja Tegangan putus Minimum, fu (MPA) Tegangan leleh Minimum, fy (MPA) Peregangan Minimum (%) BJ BJ BJ BJ BJ Sumber: SNI Modulus Elastis : E = Mpa Modulud Geser : G = Mpa Rasio Poisson : µ = 0.3 Koefisien Pemuaian : α = 12 x 10-6/ ºC 2.3 Karakteristik Penampang Profil Angular dan Tubular a. Profil Angular (Siku Sama Sisi) Profil Angular mempunyai penampang yang tidak simetris sehingga ada perubahan pada sumbu utama menjadi sumbu U dan sumbu V. Sumbu U adalah perubahan sumbu terhadap arah y sebesar 45 Sumbu V adalah perubahan sumbu terhadap arah x sebesar 45 Gambar 2.16 Penampang Profil Angular (Siku sama sisi) II-11

12 Keterangan : B H t : Lebar profil siku : Tinggi profil siku : Tebal profil siku Cy : titik berat arah sumbu Y Cx : titik berat arah sumbu X r1 : radius sudut r2 : radius tepi kaki ix : radius girasi arah sumbu X iy : radius girasi arah sumbu Y b. Profil Tubular (Pipa) Profil Tubular mempunyai dua sumbu utama yaitu Sumbu X dan Sumbu Y D y x t Keterangan : Gambar 2.17 Penampang Profil Tubular (Pipa) D t : Diameter pipa : Tebal pipa II-12

13 2.4 LRFD (Load and Resistance Factor Design) LRFD didasarkan pada filosofi kondisi batas (limit state). Istilah kondisi batas digunakan untuk menjelaskan kondisi dari suatu struktur atau bagian dari suatu struktur tidak lagi melakukan fungsinya. Ada dua kategori dalam kondisi batas, yaitu batas kekuatan dan batas layan (serviceability). Kondisi kekuatan batas (strength limit state) didasarkan pada keamanan atau kapasitas daya dukung beban dari struktur termasuk kekuatan plastis, tekuk (buckling), hancur, fatik, guling, dll. Kondisi batas layan (serviceability limit state) berhubungan dengan performansi (unjuk kerja) struktur dibawah beban normal dan berhubungan dengan hunian struktur yaitu defleksi yang berlebihan, gelincir, vibrasi, retak, dan deteriorasi. Struktur tidak hanya harus mampu mendukung beban rencana atau beban ultimate, tetapi juga beban servis/layan sebagaimana yang disyaratkan pemakai gedung. Misalnya suatu gedung tinggi harus dirancang sehingga goyangan akibat angin tidak terlalu besar yang dapat menyebabkan ketidaknyamanan, takut atau sakit. Dari sisi kondisi batas kekuatan, rangka gedung tersebut harus dirancang supaya aman menahan beban ultimate yang terjadi akibat adanya angin besar 50-tahunan, meskipun boleh terjadi kerusakan kecil pada bangunan dan pengguna merasakan ketidaknyamanan. Metode LRFD mengkosentrasikan pada persyaratan khusus dalam kondisi batas kekuatan dan memberikan keluasaan pada perancang teknik untuk menentukan sendiri batas layannya. Ini tidak berarti bahwa kondisi batas layan tidak penting, tetapi selama ini hal yang paling penting (sebagaimana halnya pada semua II-13

14 peraturan untuk gedung) adalah nyawa dan harta benda publik. Akibatnya keamanan publik tidak dapat diserahkan kepada perancang teknik sendiri Dalam LRFD, beban kerja atau beban layan dikalikan dengan faktor beban atau faktor keamanan hampir selalu lebih besar dari 1,0 dan dalam perancangan digunakan beban terfaktor. Besar faktor bervariasi tergantung tipe dan kombinasi pembebanan. Struktur direncanakan mempunyai cukup kekuatan ultimate untuk mendukung beban terfaktor. Kekuatan ini dianggap sama dengan kekuatan nominal atau kekuatan teoritis dari elemen struktur yang dikalikan dengan suatu faktor resistansi atau faktor overcapacity yang umumnya lebih kecil dari 1,0. Faktor resistansi ini dipakai untuk memperhitungkan ketidak pastian dalam kekuatan material, dimensi, dan pelaksanaan. Faktor resistansi juga telah disesuaikan untuk memastikan keseragaman reliabilitas dalam perancangan. Tabel 2.2 Faktor Reduksi ϕ untuk keadaan kekuatan batas Komponen struktur yang memikul gaya tekan aksial : Kuat penampang Kuat komponen struktur 9.1 & & 9.3 0,85 0,85 Sumber: SNI Batang Tekan Batang tekan merupakan batang dari suatu rangka batang atau elemen kolom pada bangunan gedung yang menerima tekan searah panjang batang Beban yang cenderung membuat batang bertambah pendek akan menghasilkan tegangan tekan pada batang tersebut. Pada rangka batang, umumnya batang tepi atas adalah batang tekan, struktur tekan terdapat pada bangunan-bangunan : II-14

15 Jembatan rangka Rangka kuda-kuda atap Rangka menara / tower Kolom pada portal bangunan gedung Sayap tertekan pada balok I (portal, jembatan) a. Perencanaan akibat Gaya tekan Suatu komponen yang mengalami gaya tekan konsentris akibat beban terfaktor, Nu harus memenuhi persyaratan sebagai berikut 1. Nu ϕ n N n (a-1) Keterangan : ϕ n adalah Faktor reduksi kekuatan N n adalah Kuat Tekan Nominal komponen struktur yang ditentukan berdasarkan tabel Perbandingan Kelangsingan Kelangsingan elemen Penampang lihat tabel 2.2 < λr Kelanngsinga komponen tekan λ = Lk/r < Komponen Struktur Tekan yang elemen penampangnya mempunyai perbandingan lebar terhadap tebal lebih besar daripada nilai λr yang ditentukan dalam tabel 2.2 harus direncakan dengan analisis rasional yang dapat diterima. b. Angka kelangsingan (slenderness ratio) : λ Angka kelangsingan adalah perbandingan antara panjang batang dengan jari-jari kelembaman II-15

16 λ = L r r 2 = I A L = panjang batang r = jari-jari girasi / kelembaman I = momen inersia A = luas penampang c. Daya Dukung nominal komponen struktur tekan Unuk penampang yang mempunyai perbandingan lebar terhadap tebalnya lebih kecil daripada nilai λr pada tabel, daya dukung nominal komponen struktur tekan dihitung sebagai berikut: N n = A g F cr = A g Fy ω F cr = Fy ω untuk λc 0,25 maka ω = 1 untuk 0,25 < λc < 1 maka ω = 1,43 1,6 0,67λc untuk λc 1,2 maka ω = 1,25 λ c 2 Keterangan: Ag, adalah Luas Penampang Bruto mm2 Fcr, adalah Tegangan kritis penampang, Mpa Fy, adalah Teganga leleh material, Mpa Batang Tarik Batang tarik merupakan beban tarik yang membuat batang tetap lurus pada sumbunya, dan adanya lubang-lubang baut pada sambungan akan mengurangi luas penampang yang memikul beban tarik tersebut II-16

17 a. Perencanaan akibat Gaya Tarik Suatu komponen yang memikul gaya tarik aksial akibat beban terfaktor, Nu harus memenuhi sebagai berikut: N u ϕ N n Keterangan Φ N n adalah Kuat tarik rencana yang besarnya diambil sebagai nilai terendah diantara dua perhitungan menggunakan hargaharga Φ dan N n dibawah ini Φ = 0,9 Nn = Ag. Fy Φ = 0,75; Nn = Ae. Fu Keterangan: Ag, adalah Luas Penampang Bruto, mm2 Ae, adalah Luas Penampang efektif, mm2 Fy, adalah Teganga leleh material, Mpa Fu, adalah Tegangan tarik putus, Mpa Luas penampang efektif komponen yang mengalami gaya tarik ditentukan sebgai berikut: Ae = A. U Keterangan: A = Luas penampang, mm2 U = factor reduksi 1 (x/l) 0,9 X = Eksentrisitas sambungan, jarak tegak lurus arah gaya tarik, antara titik berat penampang kommponen yang disambung dengan bidang sambungan, mm2 II-17

18 2.5 Antenna Pemancar Ada beberapa jenis antena BTS Tower, dua jenis antenna yang sering kita jumpai di Tower-Tower seluler yaitu : a. Antenna Parabola (Microwave) Antenna ini disebut juga dengan antenna parabola. Antenna parabola ini memiliki radiasi gelombang elektromagnetik yang menyempit sehingga bisa menjangkau jarak yang jauh. Oleh karena itu antenna parabola ini dipakai untuk menghubungkan antar Tower seolah-olah kabel yang tak terlihat. Antenna jenis ini memiliki berbagai ukuran, dari yang paling kecil 0.2m, 0.3m, 0.6m, 0.9m, 1.2m, 1.8m, 2.7m, 3.0m, sampai yang terbesar berdiameter 3.7m bahkan 4.5m. Semakin besar antenna semakin sempit radiasinya, sehingga semakin jauh jangkauannya. Istilah dalam dunia telekomunikasi yakni semakin tinggi Gain-nya (Penguatannya). Tetapi apabila menggunakan antenna yang besar perlu diperhatikan juga ruang di Tower, apakah mencukupi dan juga kekuatan Towernya. Dalam dunia telekomunikasi, antenna parabola ini dipakai oleh perangkat yang dinamai perangkat transmisi microwave (gelombang mikro). Disebut microwave/gelombang mikro, karena frekuensi yang dipakai cukup tinggi, dimulai dari 3 GHz sampai 80 GHz. II-18

19 Gambar 2.18 Antenna Microwave b. Antenna Sektor (RF) Antenna berbentuk persegi panjang ini disebut antenna sektor, karakteristik antenna ini memiliki radiasi yang lebih lebar yang berguna untuk menangkap sinyal dari hand phone di sekitar Tower. Antenna jenis ini yang dipakai oleh perangkat yang disebut sebagai BTS (2G), NodeB (3G) maupun enodeb (LTE). Antenna jenis ini memiliki berbagai ukuran, dengan panjang antenna : 1m, 1.4m, 1.8m, 2m, 2.2m, 2.3m, 2.5m, 2.8m dan 3m. Gambar 2.19 Antenna Sektor II-19

20 2.6 Pembebanan Pada Tower Pembebanan pada tower terdiri dari beban mati dan beban angin. Untuk beban mati, yakni berupa berat sendiri tower berikut appurtenance (antenna dan perlengkapannya) 1. Beban Mati Beban mati pada tower berupa berat sendiri struktur tower berikut appurtenance. Appurtenance adalah segala macam perangkat yang menempel pada struktur tower seperti antenna, mounting, kabel a. Beban Antenna Berikut ini adalah tabel perincian beban antenna pada tower yang dianalisis : Tabel 2.3 Beban Antenna Sektor (RF) Ketinggian Berat Jenis Antenna Jumlah (m) (kg) 68.5 Kathrein (2580x262x116 mm) Kathrein (2580x262x116 mm) Kathrein (2580x262x116 mm) 45 3 Gambar 2.20 Spesifikasi mekanis antenna Sektor produk Kathrein II-20

21 Tabel 2.4 Beban Antenna Microwave (MW) Ketinggian Berat Jenis Antenna (m) (kg) Jumlah 69 Antenna MW 1 (Ø 600 mm) Antenna MW 2 (Ø 600 mm) Antenna MW 3 (Ø 600 mm) Beban Angin pada Tower Beban angin pada tower, berupa kecepatan angin dasar (Basic Wind Speed) sesuai dengan yang direncanakan yakni : 120 km/jam. Kecepatan angin terhadap struktur tower ini fungsinya adalah untuk pengecekan terhadap kekuatan struktur tower berupa rasio tegangan (stress ratio) yang terjadi pada seluruh batang tower. Kemudian untuk beban angin terhadap appurtenance, yakni berupa kecepatan angin operasional (Operational Wind Speed) yang fungsinya adalah untuk pengecekan goyangan (sway), puntiran (twist) dan defleksi tower (deflection) yang kesemuanya itu sangat berpengaruh terhadap operasional antenna yang terpasang pada tower. Besarnya kecepatan angin operasional yang dipakai adalah 84 km/jam, untuk arah anginnya dimodelkan bekerja pada berbagai arah. II-21

22 Angin 330 Angin 0 Angin 30 Angin 300 Angin 60 Angin 270 TOWER KAKI TIGA Angin 90 Angin 240 Angin 210 Angin 180 Angin 150 Angin 120 Gambar 2.21 Penyebaran beban angin pada tower kaki tiga dari berbagai arah 3. Kombinasi Pembebanan Kombinasi pembebanan sesuai dengan standard EIA-222-F, yakni : CL = DL + WL Dimana : CL = Kombinasi pembebanan DL = Beban mati yakni beban struktur tower dan appurtenance WL = Beban angin yang bekerja pada struktur tower, appurtenance, dll II-22

23 2.7 Analisa Struktur Struktur terbentuk dari elemen-elemen batang lurus (lazimnya prismatis) yang dirangkai dalam ruang 3-dimensi, dengan sambungan antar ujung-ujung batang diasumsikan sendi sempurna. Beban luar yang bekerja harus berada titik-titik buhul (titik sambungan) dengan arah sembarang dalam ruang 3-dimensi. Posisi tumpuan, yang lazimnya berupa sendi, juga harus berada pada titik-titik buhul. Berdasarkan pertimbangan stabilitas struktur, bentuk dasar dari rangkaian batang-batang tersebut umumnya adalah berupa bentuk segitiga. Apabila semua persyaratan tersebut dipenuhi maka dapat dijamin bahwa semua elemen-elemen pembentuk sistem rangka batang 3-dimensi (space truss system) tersebut hanya akan mengalami gaya aksial desak atau tarik. Sedangkan pemodelannya dalam Ms. Tower dikenal 3 sumbu koordinat, yakni sumbu X, Y, dan Z Gambar 2.22 Sumbu (koordinat) dalam Ms. Tower II-23

24 2.7.1 Standar Perencanaan Berdasarkan TIA/EIA-222-F-1996 Standar perencanaan suatu tower terdiri dari operational requirements dan stresses. Toleransi analisis dan design (operasional) adalah sebagai berikut : a. Twist Twist adalah rotasi angular pada sumbu horisontal akibat pembebanan antenna tanpa beban angin pada ketinggian tertentu. Twist tidak boleh lebih dari 0,5 0 b. Sway Sway adalah rotasi angular pada sumbu vertikal akibat pembebanan antenna tanpa beban angin pada ketinggian tertentu. Sway tidak boleh lebih dari 0,5 0 c. Displacement horizontal Displacement Horisontal adalah perpindahan horisontal dengan nilai relatife pada ketinggian tertentu. Displacement tidak boleh dari H/200 (H = tinggi tower) d. Stresses ratio Stresses Ratio adalah perbandingan antara tegangan aksial yang terjadi dengan tegangan ijin. Untuk tegangan lentur dan tarik, perhitungan rasio interaksi ditentukan berdasar pada perbandingan Pu/φPn. Jika Pu adalah tarik, Pn adalah kekuatan tarik aksial nominal dan φ = φt = 0,9 dan jika Pu adalah tekan, Pn adalah kekuatan tekan aksial nominal dan φ = φt = 0,85, kecuali untuk angle section/ penampang persegi. Sebagai tambahan, faktor keamanan untuk lentur II-24

25 φb = 0,9. Rasio kapasitas akibat beban luar apabila mempunyai hasil lebih besar dari 1 menunjukkan batang melebihi kapasitas limitnya II-25