Pendahuluan: Evolusi Fasad Kaca dan Perekat Silikon Struktural
Arsitektur modern seringkali menampilkan fasad kaca yang mengutamakan transparansi dan minimalisasi struktur pendukung. Dalam konteks ini, sambungan perekat silikon struktural memegang peranan penting. Teknologi ini memungkinkan kaca terikat pada struktur dengan minimnya gangguan visual dari elemen pengikat. Artikel ilmiah ini menyelidiki metode untuk mendesain sambungan perekat silikon ini, dengan fokus pada kepatuhan Eurocode dan efisiensi metode elemen hingga.
Dalam lima dekade terakhir, penggunaan sambungan perekat silikon struktural telah berkembang pesat. Mulai dari sambungan linier untuk transfer beban homogen hingga pengikat lokal dan sambungan laminasi, teknologi ini terus berinovasi.
Tantangan dan Kompleksitas Desain Sambungan Perekat Silikon
Desain sambungan perekat silikon struktural bukan pekerjaan sederhana. Standar seperti ETAG 002 (2012) dan ASTM C1401 (2002) menjadi acuan, tetapi keduanya memiliki keterbatasan. Metode perhitungan yang ada umumnya berbasis pada analisis linier dan asumsi distribusi beban merata serta tegangan konstan pada perekat.
Untuk memastikan keamanan, standar-standar ini menggunakan konsep keamanan global dengan faktor keamanan yang besar. Namun, dasar penentuan faktor keamanan ini seringkali tidak jelas, memicu perdebatan tentang validitas dan kebutuhan akan perhitungan yang lebih komprehensif.
Terobosan Metodologi: Pendekatan yang Sesuai dengan Eurocode
Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan faktor keamanan parsial yang sesuai dengan Eurocode untuk perekat silikon. Metode yang diusulkan mempertimbangkan fungsi keadaan batas dan diaplikasikan pada perekat silikon DOWSIL 993. Keunggulan metode ini adalah generalisasinya, yang memungkinkan penerapan pada berbagai jenis silikon struktural dan fungsi keadaan batas.
Metodologi ini menggunakan prosedur kalibrasi Eurocode dan data dari ETAG 002 (2012) untuk menghubungkan kedua konsep tersebut. Hasilnya adalah kemampuan untuk mendesain sambungan perekat silikon sesuai dengan konsep faktor keamanan parsial DIN EN 1990 Eurocode (2010). Artikel ini juga memberikan contoh praktis penerapan metode ini pada konstruksi fasad.
Inovasi penting dari penelitian ini adalah transfer faktor keamanan ke Metode Elemen Hingga (FEM), yang memungkinkan penentuan beban ultimit independen dari mesh. Ini dicapai dengan kalibrasi parameter struktural menggunakan perhitungan FE sederhana pada sampel H.
Evolusi Filosofi Desain: Dari Tegangan Izin ke Keadaan Batas
Desain komponen bangunan telah mengalami evolusi dari metode tegangan izin dengan konsep keamanan global ke metode desain keadaan batas dengan konsep keamanan semi-probabilistik.
Metode Desain Tegangan Izin (Allowable Stress Design/ASD)
Metode desain tegangan izin didasarkan pada prinsip bahwa semakin besar ketidakpastian, semakin besar faktor keamanan yang dibutuhkan. Faktor keamanan dipilih berdasarkan pengalaman insinyur, tanpa regulasi normatif yang jelas. Metode ini menggunakan perhitungan linier berdasarkan tegangan nominal.
Dalam ASD, tegangan maksimum yang dihitung harus lebih kecil dari kekuatan karakteristik material yang dibagi dengan faktor keamanan global. Pendekatan ini juga diterapkan dalam ETAG 002 (2012).
ASD memiliki keunggulan dalam kesederhanaan dan kemudahan implementasi. Namun, metode ini juga memiliki keterbatasan, seperti ketidakmampuan untuk memperhitungkan non-linearitas material dan perilaku ulet.
Metode Desain Keadaan Batas (Limit State Design/LSD)
Metode desain keadaan batas (LSD) menghitung kekuatan batas komponen struktur dan menguranginya untuk memperhitungkan ketidakpastian. Beban juga ditingkatkan untuk memperhitungkan ketidakpastian.
LSD menggunakan konsep permukaan keadaan batas untuk memisahkan domain aman dan tidak aman. Keamanan struktur ditentukan oleh variabilitas beban dan ketahanan, serta potensi kesalahan dalam perencanaan dan pelaksanaan.
Inti dari filosofi desain Eurocode adalah pertidaksamaan yang membandingkan nilai desain aksi (beban) dan nilai desain ketahanan. Faktor keamanan parsial digunakan untuk memperhitungkan ketidakpastian.
LSD memiliki keunggulan dalam memperhitungkan non-linearitas dan ketidaksempurnaan, yang seringkali diabaikan dalam ASD.
Kalibrasi Faktor Keamanan Parsial untuk Perekat Silikon
Artikel ini secara khusus membahas kalibrasi faktor keamanan parsial untuk perekat silikon DOWSIL 993 sesuai dengan Eurocode.
Proses kalibrasi ini melibatkan penggunaan data eksperimental dan formulasi matematis untuk menentukan faktor keamanan yang tepat.
Kerangka Matematika: Faktor Keamanan Parsial Material
Penelitian ini menggunakan kerangka matematika yang ditetapkan dalam Eurocode untuk menghitung nilai desain material. Faktor-faktor seperti nilai karakteristik kekuatan, faktor konversi, dan koefisien variasi diperhitungkan.
Faktor Keamanan Parsial untuk DOWSIL 993 dengan Fungsi Keadaan Batas Berbasis Regangan
Penelitian ini mengkalibrasi faktor keamanan parsial untuk DOWSIL 993 menggunakan data eksperimental dan kriteria kegagalan berbasis regangan.
Pendekatan ini menggabungkan formulasi matematis dengan batasan dari ETAG 002 (2012) dan metode Level I dari DIN EN 1990 Eurocode (2010).
Ketidakpastian Model untuk Fungsi Keadaan Batas Berbasis Regangan: Koefisien Variasi
Ketidakpastian model untuk faktor keamanan parsial DOWSIL 993 dikalibrasi menggunakan data pengukuran dari berbagai mode kegagalan regangan.
Kesimpulan
Penelitian ini berhasil mengembangkan metodologi untuk menentukan faktor keamanan parsial yang sesuai dengan Eurocode untuk perekat silikon struktural. Pendekatan ini mempertimbangkan fungsi keadaan batas berbasis regangan dan memberikan hasil yang lebih akurat dibandingkan metode tradisional.
Kontribusi utama dari penelitian ini adalah pengembangan metode elemen hingga (FEM) yang independen dari mesh untuk desain sambungan perekat silikon. Ini memungkinkan optimasi desain dan potensi manfaat ekonomi serta keberlanjutan.
Secara keseluruhan, penelitian ini memberikan kontribusi yang signifikan terhadap bidang desain sambungan perekat silikon struktural dengan menawarkan pendekatan yang lebih komprehensif, akurat, dan sesuai dengan standar modern.
Sumber
- Drass, M., Kraus, M.A.: Dimensioning of silicone adhesive joints: Eurocode-compliant, mesh-independent approach using the FEM. Glass Struct. Eng. 5, 349–369 (2020). https://doi.org/10.1007/s40940-020-00128-4