judul penelitian - erepo.unud.ac.id
TRANSCRIPT
LAPORAN PENELITIAN
JUDUL PENELITIAN
PERILAKU ELEMEN BATANG BAJA RINGAN TYPE C DALAM
MENERIMA BEBAN TEKAN
PENELITI
IR. PUTU DESKARTA, MASc.
NIP. 196110251988031001
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS UDAYANA
JANUARI 2018
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat Nya, sehingga kami
memiliki kesempatan untuk melakukan penelitian ini. Selanjutnya kami tim peneliti
mengucapkan banyak terimakasih kepada Bapak Rektor, Bapak Dekan Fakultas Teknik, dan
Bapak Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Udayana, yang telah memfasilitasi sehingga
kami mampu melakukan penelitian. Tak lupa kami sampaikan terimakasih pula pada para
pegawai lab material dan bahan yang telah memberikan bantuannya pada saat melakukan
penelitian. Semoga hasil penelitian ini bisa memberikan maanfaat bagi pihak-pihak yang
memerlukan dan dapat dijadikan bahan pertimbangan dalam pelaksanaan pengerjaan
struktur Baja Ringan. Kami mengharapkan penelitian ini dapat memberikan inspirasi bagi
praktisi teknik sipil untuk melakukan penelitian lanjutan yang sejenis guna mendapatkan
hasil yang lebih menyeluruh.
ii
PERILAKU ELEMEN BATANG BAJA RINGAN TYPE C DALAM MENERIMA
BEBAN TEKAN
ABSTRAK
Pemakaian baja ringan untuk struktur rangka atap sudah sangat banyak sekarang, karena
selain cepat pelaksanaannya juga awet dan harga yang hampir sama dengan pemakaian
kayu. Akan tetapi perilaku dari batang baja ringan masih belum umum dipahami seperti
layaknya perilaku batang kayu. Untuk itu maka akan dilakukan penelitian untuk mengetahui
perilaku dan kekuatan elemen batang baja ringan dan sambungan terhadap beban tekan. Ada
dua jenis variable yang ditinjau pada pengujian yaitu variasi dari kelangsingan dan variasi
dari pemberian pengaku pada sayap penampang. Untuk memvariasikan kelangsingan,
panjang batang divariasikan sedemikian sehingga didapat 5 variasi. Sedangkan untuk variasi
pengaku, setiap batang dikenakan 3 variasi yaitu; tanpa pengaku, satu pengaku dan tiga
pengaku yang ditempatkan sedemikian sehingga bentang antar pengaku sama.
Hasil pengujian tekan elemen batang memberikan informasi bahwa kuat tekan maksimal
yang dapat dicapai oleh penampang type C75 yang dipakai pada penelitian adalah sebesar
25 kN pada angka kelangsingan batang sebesar 50. Nilai ini tidak dapat ditingkatkan lagi ,
walaupun batang diperpendek, karena telah terjadi tekuk local pada badan penampang
sehingga beban tidak dapat ditingkatkan lagi. Penambahan pengaku pada sayap dapat
meningkatkan kuat tekan dari batang dengan kelangsingan besar. Untuk batang dengan
angka kelangsingan 150, peningkatan kuat tekan mencapai 50% terhadap batang tanpa
pengaku. Akan tetapi untuk batang dengan angka kelangsingan 50, pengaruh pengaku tidak
terlalu significan terhadap kuat tekannya. Prediksi kuat tekan secara teoritis hanya dapat
dilakukan untuk batang tanpa pengaku saja. Kuat tekan hasil experiment dibandingkan
dengan teoritis memberikan hasil yang lebih besar dengan selisih 5% sampai dengan 17%.
Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan rumus teoritis untuk memprediksi kuat tekan
batang berada pada sisi yang aman dengan keamanan antara 5% sampai 17%.
Kata kunci: Baja ringan, kelangsingan batang, kuat tekan.
iii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR …………………………………………………………… i
ABSTRAK …………………………………………………………… ii
DAFTAR ISI …………………………………………………………… iii
BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………………… 1
1.1 Latar Belakang …………………………………………………… 1
1.2 Rumusan Masalah …………………………………………………… 2
1.3 Tujuan Penelitian …………………………………………………… 2
1.4 Batasan Masalah …………………………………………………… 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………………… 4
2.1 Umum …………………………………………………… 4
2.2 Sifat-sifat Material dan Penampang .………………………………….. 4
2.3 Kuat Tekan Elemen Batang Baja Ringan …………………………… 5
2.4 Metoda Direct Strength …….………………………….…………... 6
2.4.1 Tekuk Lentur, Torsi dan TorsiLentur …………………………… 6
2.4.2 Tekuk Lokal …….………………………….…………... 7
2.4.3 Tekuk Distorsional …….………………………….…………... 7
2.5 Metoda Elemen ………….………………………… 7
2.6 Metoda Interaksi ………….………………………… 8
2.7 Metoda Finite Strip ………….………………………… 9
2.8 British Code BS 5950 ………….………………………… 9
2.9 Metoda AISC ………….………………………… 10
2.10 Metoda SNI 7971-2013 ………….………………………… 11
BAB III METODA PENELITIAN …………………………………………………….. 15
3.1 Rancangan Benda Uji …………………………………………………….. 15
3.2 Pengujian Tekan Elemen Batang …………………………………….. 16
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………………….. 18
4.1 Pengujian Tekan Elemen Batang …………………………………….. 18
4.2 Hasi dan Pembahasan …………………………………….. 19
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN …………………………………….. 28
5.1 Kesimpulan …………………………………….. 28
4.2 Saran-saran …………………………………….. 29
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………….. 30
1
BAB 1.
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Dengan semakin langkanya material kayu untuk konstruksi bangunan, diiringi semakin
berkembangnya produk baja, kini telah banyak konstruksi bangunan khususnya rangka
atap, partisi dan plafon memakai material cold formed steel (CFS) atau istilah umumnya
baja ringan. Di Indonsia, pemakaian CFS untuk struktur kuda-kuda atap mulai
berkembang pesat semenjak tahun 2000. Dipilihnya material baja ringan tersebut karena
costnya yang berimbang dan bahkan bisa lebih murah dari menggunakan kayu kualitas
bagus. Selain dari itu keawetannya juga lebih baik dan umur dari konstruksinya lebih
lama dibandingkan dengan konstruksi kayu. Sepertihalnya dengan baja biasa, baja ringan
juga memiliki berbagai jenis penampang yang dapat digunakan untuk berbagai
kebutuhan. Namun perbedaan yang utama dari baja ringan ini adalah ketebalanya yang
kecil yaitu ± 0.8mm, jauh lebih kecil daripenampang baja biasa sehingga membuat dia
lebih ringan.
Untuk membangun sebuah konstruksi baja ringan, pemilik bangunan, perencana atau
kontraktor utama umumnya hanya bisa membeli produk jadi, tidak dapat terlibat dalam
perencanaan strukturnya. Perusahan-perusahan agen dari produsen material baja ringan
sudah menentukan disain strukturnya berdasarkan perhitungan yang mereka buat tanpa
kita dapat melakukan verifikasi. Hal ini diakibatkan karena informasi tentang perilaku
dari elemen batang baja ringan tidak bisa diketahui secara umum seperti halnya dengan
produk baja biasa, informasi tersebut merupakan rahasia dari perusahan.
Dijualnya produk baja ringan secara bebas memungkinkan bagi siapa saja untuk
membuat struktur baja ringan tanpa harus bergantung pada perusahan agen. Agar dapat
merencanakan struktur dan melakukan perhitungan untuk mendapatkan jenis dan ukuran
penampang yang akan dipakai maka diperlukan pengetahuan tentang perilaku dari
elemen struktur tersebut. Selain itu perlu juga diketahui bagaimana perilaku strukturnya
dalam menerima beban. Oleh sebab itu perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui
perilaku struktur baja ringan dan perilaku elemen batangnya dari elemen batang baja
2
ringan sehingga dapat dipakai sebagai acuan oleh siapa saja dalam merencanakan struktur
dari baja ringan.
Struktur baja ringan yang paling banyak dipakai adalah struktur untuk rangka atap atau
kuda-kuda. Rangka kuda-kuda merupakan struktur yang lebih mendekati pada struktur
rangka batang dimana elemen batangnya hanya mengalami gaya normal saja. Akan tetapi
karena elemen batang dari kuda-kuda khususnya batang tepi atas dan batang tepi bawah
umumnya dibuat menerus maka dapat terjadi moment pada joint-jointnya. Keruntuhan
sering terjadi pada joint tersebut karena penampangnya mengalami tekuk lokal. Untuk
memahami perilaku struktur kuda-kuda tersebut dan perilaku elemen elemen batangnya
dalam menerima beban maka akan dilakukan sebuah penelitian tentang perilaku struktur
rangka batang cold formed steel (baja ringan) terhadap beban tekan.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Dari permasalahan diatas dapat dirumuskan:
1. Bagaimana perilaku elemen batang dalam menerima beban tekan dan berapa
kekuatan maksimum dari batang dan bentuk keruntuhaannya untuk kelangsingan
batang yang bervariasi.
2. Bagaimana pengaruh ketebalan penampang terhadap perilaku keruntuhan dari batang
tersebut.
3. Bagaimana kekuatan elemen batang yang didapat dari hasil pengujian tersebut
dihubungkan dengan hasil teoritis.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan penelitian adalah:
1. Untuk mengetahui perilaku keruntuhan dan kekuatan elemen batang baja ringan
dalam menerima beban tekan dengan variasi kelangsingan elemen batang.
2. Untuk mengetahui perbandingan kekuatan dari elemen batang yang didapat dari hasil
penelitian terhadap hasil teoritis menggunakan formula SNI.
3
1.4 BATASAN MASALAH
Karena banyaknya cakupan penelitian yang bisa dilakukan maka penelitian ini hanya
dibatasi untuk;
1. Menggunakan baja ringan jenis propil C dengan ukuran 75x30x10x0,75.
2. Menggunakan variasi kelangsingan batang 50, 75, 100, 125, dan 150
4
BAB 2.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Baja ringan yang istilah asingnya disebut Cold Formed Steel adalah produk propil baja
yang dibentuk dari lembaran baja pelat tipis dengan ketebalan umumnya berkisar antara
0.5 mm sampai dengan 3,2 mm. Pembentukannya dilakukan dengan menekuk pelat baja
strip melalui alat cetak yang berupa roll dalam keadaan tempratur biasa (suhu ruang).
Pelat baja yang akan dicetak sebelumnya sudah dilapisi dengan lapisan galvanis atau
alumunium untuk mencegah korosi. Dengan dibentuknya pelat baja strip tersebut menjadi
batang dengan penampang berbentuk C, U atau Z membuatnya mampu dipakai sebagai
batang penerima beban seperti batang baja propil umumnya. Penampang berbentuk C dan
Z umumnya dipakai untuk elemen batang struktur rangka atap atau rangka kuda-kuda,
dimana sambungan batang atau jointnya dilakukan dengan menempelkan badan dari
batang-batangnya yang disatukan dengan skrup. Sedangkan penampang berbentuk topi
yang dinamakan hat section dipakai untuk gording. Berikut ini adalah gambar dari
penampang tersebut diatas.
2.2 Sifat-Sifat Material dan Penampang
Guna memenuhi efficiency dalam pemakaian bahan maka diproduksi penampang dengan
berbagai jenis ketebalan dan berbagai macam dimensi. Hasil experiment uji tarik
menunjukkan bahwa elemen yang lebih tipis memiliki tegangan leleh yang lebih besar
dibandingkan dengan yang tebal. Hal ini kearena pada proses pendinginan pelat baja,
pelat yang lebih tipis mendingin lebih cepat dengan pembentukan struktur yang lebih
halus dibandingkan dengan pelat yang tebal. Penelitian yang dilakukan oleh Mahmood,
et. Al, (2005) terhadap kuat tarik pelat yang diambil dari penampang dengan tebal 0,6mm
dan 1 mm menunjukkan hasil seperti pada tabel berikut ;
Tabel 2.1 Hasil uji tarik elemen pelat dari batang CFS
Penampang Topi Penampang Z Penampang C
5
Penampang σyex (Mpa) σuex (Mpa) σyn (Mpa) σun (Mpa) ε y (%) ε u (%)
Tebal 0,6mm 344 380 300 324 0,17 16.5
Tebal 1,0 mm 300 360 250 306 0,15 20
2.3 Kuat Tekan Elemen Batang Baja Ringan
Elemen batang dari struktur rangka baja ringan dalam menerima beban tekan dapat
mengalami tekuk lokal, distorsional atau tekuk global. Tekuk lokal adalah tekuk pada
pelat yang berbatasan dengan sayap pengaku, tekuk distorsional adalah tekuk pada
elemen sayap yang yang disertai dengan rotasi terhadap garis pertemuan dengan badan.
Tekuk global (tekuk Euler) menyertakan translasi seluruh elemen penampang, yang Jika
diikuti dengan rotasi maka dinamakan tekuk Lentur-Torsi.
Kwon dan Hancock (1992) melaporkan bahwa penampang canal tipis atau bentuk lain
yang memiliki sumbu simetri tunggal, seperti penampang topi dapat mengalami tekuk
distorsional ketika menerima gaya normal tekan. Menurut mereka formula Winter (1968)
dapat dipakai untuk memprediksi kuat tekan batang canal yang mengalami tekan.
Formula Winter itu dinyatakan sebagai berikut.
………….. (2.1)
Dimana; be = bagian efektif dari pelat dengan lebar b
Fy = tegangan leleh dari baja
σl = tegangan tekuk local elastic
Untuk memprediksi kuat tekan elemen yang mengalami tekuk distorsional, tegangan
tekuk local elastic (σl ) pada formula Winter diganti dengan tegangan tekuk distorsional
elastic ( σde ) sehingga persamaan 2.1 menjadi
untuk λ > 0.673 ………….. (2.2)
6
untuk λ < 0.673
Dengan;
2.4 Metoda Direct Strength
Metoda Directh Strenght (DSM) diusulkan oleh Schafer sebagai pendekatan untuk
memprediksi kuat tekan elemen kolom dari baja ringan. DSM ini menggunakan
perhitungan tekuk elastic memakai persamaan yang rasional. Metoda ini berdasarkan
pada kenyataan bahwa elemen batang tekan baja ringan dapat mengalami tiga bentuk
keruntuhan. Bentuk keruntuhan pertama adalah tekuk lentur, torsi atau lentur-torsi.
Bentuk kedua adalah tekuk local dan bentuk ketiga adalah tekuk distorsional. Berdasarka
DSM tersebut kuat tekan elemen batang baja ringan dapat dihitung dengan persamaan
berikut.
2.4.1 Tekuk Lentur, Torsi atau Lentur-Torsi
Untuk batang yang mengalami bentuk keruntuhan Tekuk Lentur, Torsi atau Lentur-Torsi
kuat tekan nominalnya ( Pne) dihitung dengan persamaan;
Untuk λc ≤ 1,5 yne PP )658.0(2cλ
………….. (2.3)
Untuk λc > 1,5 y
c
ne PP )877.0
(2
………….. (2.4)
Dengan
………….. (2.5)
Py = Ag Fy
Pcre = beban tekuk terkecil dihitung dari tekuk lentur, torsi atau lentur-torsi
2.4.2 Tekuk Lokal
Untuk batang yang mengalami keruntuhan Lokal, kuat tekan nominal nya (Pnl ) dihitung
dengan persamaan;
Untuk λl ≤ 0,776 Pnl = Pne ………….. (2.6)
7
Untuk λl > 0,776 ………….. (2.7)
Dengan
Pcrl = beban tekuk kritikal local elastis
2.4.3 Tekuk Distorsional
Kuat tekan nominal batang yang mengalami tekuk distorsional (Pnd) adalah
Untuk λd ≤ 0,561 Pnd = Py ………….. (2.8)
Untuk λd > 0,561 ………….. (2.9)
Dengan
Pcrd = beban tekuk kritikal distorsional elastis
Kuat tekan dari elemen batang adalah nilai yang terkecil yang didapat dari perhitungan
Pne, Pnl, Pnd. Metoda DSM ini terbukti cukup tepat untuk memprediksi kuat tekan batang
baja ringan yang kedua ujungnya sendi (Schaver 2002).
2.5 Metode Elemen
Metode elemen adalah cara yang paling sederhana untuk menghitung nilai pendekatan
beban tekuk local elastic elemen batang CFS. Metoda ini mengasumsikan setiap elemen
pelat yang membentuk penampang bertumpu sederhana pada sisinya. Selanjutnya
dihitung tegangan tekuk untuk setiap elemen kemudian diambil nilai yang paling kecil.
Penampang canal terdiri dari elemen pelat badan dan elemen sayap yang merupakan
elemen tertumpu pada dua sisinya (stiffened element) dan elemen lips (pelat ujung) yang
hanya bertumpu pada satu sisi (un-stiffened element). Dengan metoda elemen, tegangan
tekuk kritis pada setiap elemen pelat dari penampang tersebut adalah:
…………. (2.10)
8
Dengan;
E = Modulus Elastis
= Poisson.s ratio
t = tebal elemen pelat
w = lebar elemen pelat
k = koefisien tekuk sebagai berikut
k = 4 untuk stiffened elemen (pelat badan dan sayap)
k = 0,425 untuk un-stiffened elemen (pelat ujung)
Selanjutnya beban tekuk kritikal elastic dari batang adalah;
Pcrl = Ag * fcrl …………. (2.11)
2.6 Metoda Interaksi
Metoda interaksi adalah penyempurnaan dari metoda elemen, karena pada metoda
elemen, pelat dianggap bertumpu sendi pada kedua sisinya sedangkan pada metoda ini
pengaruh dari pelat pengakunya diperhitungkan dalam menentukan nilai k. Schafer, 2002
memberikan formula untuk menghitung nilai k yaitu sebagai berikut:
Untuk elemen sayap (flenge) koefisien tekuk k adalah;
untuk h/b ≥ 1
untuk h/b < 1 ………….. (2.12)
Untuk elemen badan koefisien tekuk k adalah:
untuk h/b < 1 ………….. (2.13)
Selanjutnya perhitungan tegangan tekuk dan beban tekuk kritis sesuai rumus (2.10) dan
(2.11).
2.7 Metoda Finite Strip
9
Tegangan tekuk kritis dari elemen pelat pada penampang CFS dapat dihitung secara
numeric dengan menggunakan metoda finite strip. Schafer telah membuat program yang
dapat dipergunakan secara bebas (CUFSM4) untuk menghitung tegangan kritis
penampang. Dari hasil analisa penampang tersebut didapat grafik antara load factor
terhadap panjang elemen. Nilai load factor untuk tekuk local, distorsional dan global
dapat diambil dari grafik sesuai dengan panjang elemen yang ditinjau, selanjutnya besar
beban tekuk kritis untuk tekuk local, distorsional dan global adalah load factor x Py.
Pcrl = load factor tekuk local x Py
Pcrd = load factor tekuk distorsional x Py
Pcre = load factor untuk tekuk global x Py
2.8 British code BS 5950
British code BS 5950 memberikan formula untuk menghitung kapasitas dari suatu
elemen batang dari tegangan leleh material nya (σy) yaitu sebagai berikut
untuk memprediksi kuat penampang sebagai berikut:
- Kuat tarik murni …………. (2.14)
- Kuat tekan murni:
Batang pendek …………. (2.15)
Batang langsing …………. (2.16)
- Lentur murni …………. (2.17)
Kuat tarik, tekan dan lentur penampang yang didapat dari hasil perhitungan serta yang
didapat dari hasil pengujian elemen penampang diperlihatkan pada tabel 2.2 berikut:
Tabel 2.2 Hasil pengujian dan hasil perhitungan kapasitas batang CFS
Kapasitas Penampang Hasil pengujian Hasil perhitungan
Kuat tarik Penampang C 80x40x38x1,0
26 kN 20,66 kN
Kuat tekan batang pendek Penampang C 80x40x38x1,0
38 kN 33,70 kN
Kuat tekan batang langsing (1m panjang)
Penampang C 80x40x38x1,0
25 kN 22,84 kN
10
Kuat lentur Penampang C 80x40x38x1,0
1,5 kNm 0,97 kNm
Kuat lentur Penampang topi 40x30x15x0,6
0,38 kNm 0,26 kNm
Sumber; Tahir, M.M., et all, 2006. Typical Test on Cold Formed Steel Structures
Dari table tersebut terlihat bahwa hasil experiment masih lebih tinggi sekitar 50% dari
hasil prediksi dengan formula BS 5950
2.9 Metoda AISC
AISC juga memberikan rumus untuk memprediksi elemen batang baja secara umum yang
mengalami tekan yaitu sebagai berikut;
Kuat tekan nominal Pn = Ag Fcr ………….. (2.18)
dengan Fcr adalah tegangan critical yang dihitung sbb:
Batang yang mengalami tekuk global 2
c
y
cr
fF
………….. (2.19)
Batang yang mengalami tekuk lokal
Untuk ycr FF )658.0(2cλQ
Q ………….. (2.20)
Untuk y
c
cr FF2
877.0
………….. (2.21)
Dimana E
f
r
Lk yc
c
1
………….. (2.22)
Q adalah factor reduksi tekuk yang nilainya berbeda untuk tekuk pada elemen tanpa
pengaku (seperti sayap) dan tekuk pada elemen dengan pengaku (seperti badan) yang
dihitung sbb.
A. Elemen tanpa pengaku
Untuk elemen tanpa pengaku maka Q = Qs yang besarnya dihitung sbb.:
Untuk sayap propil I dan C
Qs = 1.415 – 1.66 10 –3
b/t Fy untuk Fyt
b
Fy
462250 ………… (2.23)
11
2)/(
138000
tbFyQs untuk
Fyt
b 462 …………. (2.24)
B. Elemen dengan pengaku
Untuk elemen dengan pengaku maka Q = Qa yang dihitung dengan rumus
berikut.
tot
itot
A
AAQa
…………. (2.25)
Ai = ( b – be ) tw …………. (2.26)
dimana;
Ai adalah luasan yang tidak efektif menerima tekan (inefective area)
be adalah lebar efektif yang menerima tekan yang dihitung sbb:
Untuk badan propil I dan C,
ftbf
tb w
e/
1501
856 jika b/t ≥
f
665 …………. (2.27)
2.10 Metoda SNI 7971-2013
Standar Nasional Indonesia SNI 7971-2013 adalah peraturan untuk merencanakan
elemen struktur dengan menggunakan baja canai dingin (cold form steel) atau yang
dikenal dengan baja ringan. Untuk menghitung kuat tekan elemen batang baja ringan
SNI-7971-2013 memberikan rumus-rumus berikut. Kuat tekan disain adalah:
a. N* = c Ns …………. (2.28)
b. N* = c Nc …………. (2.29)
Dengan:
c = faktor reduksi tekan = 0,85
Ns = kuat tekan nominal = Ae fy …………. (2.30)
Nc = kuat tekan nominal = Ae fn …………. (2.31)
Ae = luas penampang efektif pada saat keruntuhan = be * t
be = b untuk 0,673
be = *b untuk > 0,673 crf
f *
12
Untuk penampang dengan pengaku majemuk (memiliki tekukan pada badan)
t
Ab
g
e
= 1 untuk 0,673
1)/22,0(1
untuk > 0,673
E
f
t
b
k
o*052,1
bo = lebar total
k = koefisien tekuk pelat yaitu nilai terkecil dari R*kd dan kloc
2/15
)/(11 1
db
R o
2)1(4 nkloc
11
112
2
n
nkd
3
92,10
tb
I
o
sp
tb
A
o
s
n = jumlah pengaku
As = luas bruto pengaku = *t*r’
Isp = inertia pengaku = (/2-1)*t*r3
fcr = tegangan tekuk elastic pelat
f * = tegangan disain pada elemen yang dihitung berdasarkan lebar efektif be
2
2
2
)1(12
b
tEkf cr
k = koefisien tekuk pelat = 4 untuk pelat yang ditahan pada kedua tepi memanjang
fy = tegangan leleh elemen
fn = tegangan kritis elemen saat keruntuhan yang dihitung sebagai berikut:
yn ff )658.0(2cλ
untuk c 1,5 …………. (2.32)
ycn ff )/877.0( 2 untuk c > 1,5
…………. (2.33)
13
oc
y
cf
f
…………. (2.34)
foc adalah nilai terkecil dari tegangan tekuk lentur, torsi dan lentur torsi yang dihitung
sebagai berikut:
2.10.1 Penampang yang tidak menerima tekuk torsi atau tekuk lentur torsi
2
2
)/( rl
Ef
e
oc
…………. (2.35)
Dengan:
le = panjang efektif tekan penampang
r = jari jari inertia terkecil dari penampang utuh
Untuk baja G550 dengan tebal penampang < 0,9mm maka r harus direduksi
dengan koefisien jika panjang le < 1,1*lo dimana:
o
e
l
l
1,1
35,065,0
cr
of
Erl
fcr = tegangan tekuk elastic pelat
2.10.2 Penampang simetri tunggal yang menerima tekuk distorsi
Untuk penampang simetri tunggal yang mengalami tekuk distorsi seperti penampang
kanal dengan lips, kuat tekan nominal Nc adalah nilai terkecil yang didapat dari
persamaan 2.31 dan persamaan berikut:
Untuk fod > (fy / 2)
)4
1(od
y
yncf
ffAfAN
…………. (2.36)
Untuk (fy / 13) fod (fy / 2)
237,06,3055,0
2
od
y
ytotntotcf
ffAfAN
………. (2.37)
14
Dimana Atot adalah luas penampang utuh dan fod dihitung sebagai berikut:
3
2
2121 42
A
Efod
………. (2.38)
E
kJbI fx
1
22
1
1 039,0
xyfy IbyI
1
2
2
22
1
13 xyfy IbI
A
II yx2
1
25,0
3
2
8,4
t
bbI wfx
2
2
22
2
2
'3 1,11
)06,0(46,5
w
wod
w b
b
tE
f
b
tEk
f’od didapat dari persamaan 2.38 diatas dengan:
: 22
1
1 039,0
JbI fx
tdbA f )( 1
)(2
)2(
1
1
2
db
dbb
f
ff
)(2 1
2
db
dy
f
f
3
)( 1
3 dbtJ
f
2
11
23
1
3
21212
y
dtdytb
tdbtI f
f
x
2
2
1
3
1
3
21212
f
ff
f
y
btbbtd
tdbtI
f
f
fxy byd
tdyb
tbI22
11
Untuk menghitung be pada sayap dipakai fasal 24, hal 43 dari SNI 7973-2013
15
BAB 3
METODA PENELITIAN
3.1 Kerangka Penelitian
Tahapan kegiatan penelitian yang dilakukan secara garis besar dapat diuraikan
sebagai berikut :
Rancangan benda uji
Persiapan alat dan material
Pembuatan benda uji
Pengujian benda uji
Data hasil pengujian
Analisa data hasil pengujian
Kesimpulan
Gambar 3.1 Kerangka Penelitian
16
3.2 Rancangan Benda Uji
Untuk mengetahui bagaimana perilaku keruntuhan elemen batang baja ringan serta
berapa besar kekuatannya dan bagaimana hubungan antara kekeatannya tersebut terhadap
kelangsingan batang dan kelangsingan penampang maka dibuat benda uji berupa batang
elemen baja ringan dengan berbagai variasi kelangsingan batang dan kelangsingan
penampang. Baja ringan yang dipakai dalam pengujian adalah baja canal C 75-75 dan C
50-50 dengan spesifakasi material sebagai berikut:
Material jenis Galvanis G550 Z22, memakai baja mutu tinggi dengan;
Tegangan leleh minimum Fy min = 550 Mpa
Modulus Elastisitas E = 2,1x105 Mpa
Modulus Geser G = 8x104 Mpa
Penampang baja canal C75-75 berbentuk C dengan tambahan lips yaitu tekukan kedalam
pada ujung-ujungnya. Bentuk dari baja canal C75-75 ditampilkan dalam gambar 3.1
dengan dimensi; Tinggi badan h = 75 mm,
Lebar sayap b = 30 mm,
Lebar lips c = 10 mm,
Tebal t = 0.75 mm.
Penampang tersebut memiliki sifat penampang;
Luas area A = 109.65 mm2
Momen inertia Ix = 95091 mm4
Iy = 13811 mm4
Modulus plastis Zx = 2535.5 mm3
= Sx
Zy = 673.7 mm3
= Sy
Inertia torsi J = 20.56 mm4
Jari-jari inertia rx = 29.45 mm ; ry = 11.22 mm
Ada dua jenis variable yang ditinjau pada pengujian yaitu variasi dari kelangsingan dan
variasi dari pemberian pengaku pada sayap. Untuk memvariasikan kelangsingan, panjang
batang dirubah sedemikian sehingga didapat 5 variasi. Sedangkan untuk variasi pengaku,
setiap batang dikenakan 3 variasi yaitu tanpa pengaku, satu pengaku dan tiga pengaku.
Rincian benda uji yang menunjukan jenis dengan variasi kelangsingannya ditampilkan
pada tabel 3.1, selanjutnya gambaran benad uji ditampilkan pada gambar 3.2 – 3-4.
b
h
c
c
Gambar 3.1 Penampang C
17
Tabel 3.1 Rincian Benda Uji
Benda
uji
Penam-
pang
Tebal
(mm)
L
(mm)
Batang
Sayap
Badan
Keterangan
C75-1 C 75-75 0,75 561 50 40 100 Tanpa pengaku
C75-2 C 75-75 0,75 842 75 40 100 Tanpa pengaku
C75-3 C 75-75 0,75 1122 100 40 100 Tanpa pengaku
C75-4 C 75-75 0,75 1403 125 40 100 Tanpa pengaku
C75-5 C 75-75 0,75 1683 150 40 100 Tanpa pengaku
C75-1’ C 75-75 0,75 561 50 40 100 Satu pengaku
C75-2’ C 75-75 0,75 842 75 40 100 Satu pengaku
C75-3’ C 75-75 0,75 1122 100 40 100 Satu pengaku
C75-4’ C 75-75 0,75 1403 125 40 100 Satu pengaku
C75-5’ C 75-75 0,75 1683 150 40 100 Satu pengaku
C75-1” C 75-75 0,75 561 50 40 100 Tiga pengaku
C75-2” C 75-75 0,75 842 75 40 100 Tiga pengaku
C75-3” C 75-75 0,75 1122 100 40 100 Tiga pengaku
C75-4” C 75-75 0,75 1403 125 40 100 Tiga pengaku
C75-5” C 75-75 0,75 1683 150 40 100 Tiga pengaku
Gambar 3.2
Benda Uji C57-1 s/d C75-5 Gambar 3.3
Benda Uji C57-1’ s/d C75-5’ Gambar 3.4
Benda Uji C57-1” s/d C75-5”
18
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Tekan Elemen Batang
Pada rangka batang dengan penampang yang seragam, umumnya keruntuhannya
terjadi pada batang yang tertekan akibat batang tersebut mengalami tekuk . Untuk itu
maka hanya dilakukan pengujian terhadap elemen batang yang mengalami tekan saja
untuk mengetahui kuat tekan dari batang tersebut. Panjang dari benda uji akan
menentukan keruntuhan yang terjadi serta kuat tekannya. Spesimen dengan batang
yang pendek ditujukan untuk mengetahui kuat tekan akibat keruntuhan tekuk local
atau tekuk plastis, specimen dengan batang panjang ditujukan untuk mengetahui
kuat tekan akibat tekuk global atau tekuk elastis, dan specimen dengan panjang
batang menengah adalah untuk mengetahui kuat tekan akibat tekuk elastoplastis.
Peraturan memberikan petunjuk, batang pendek adalah batang dengan panjang tiga
kali lebar elemen yang terpanjang. Gambar-gambar dari pengujian ditunjukkan pada
gambar 4.1 dan 4.2
Gambar 4.1 Pengujian C57-1 Gambar 4.2 Pengujian C57-1’
19
Pada alat uji tekan, elemen batang diletakkan secara vertikal pada posisi ditengah
alat beban. Sebuah alat untuk membaca deformasi dipasang pada alat pembebanan
untuk mengetahui deformasi dari benda uji. Selanjutnya dilakukan pembebanan
dengan kecepatan yang lambat agar dapat dilihat perubahan bentuk dari benda uji
saat menerima beban. Pada setiap saat besar beban dan deformasinya dicatat.
Pembebanan dihentikan saat terjadi keruntuhan pada elemen batang, kemudian
dibaca beban maksimum dan deformasinya pada saat itu. Data beban dan deformasi
untuk tiap elemen batang dari hasil pengujian yang didapat diberikan pada tabel 4.3
sampai 4.10. Selanjutnya dirangkum data beban dan deformasi pada saat terjadi
keruntuhan untuk semua elemen batang yang ditampilkan pada tabel 4.4. Data dari
beban-deformasi untuk setiap elemen batang selanjutnya diplot dalam bentuk grafik
yang ditampilkan pada gambar 4.3 sampai 4.10. Gambar 4.3 sampai 4.5 untuk
menunjukkan pengaruh dari panjang batang terhadap perilaku beban-deformasi
batang dan gambar 4.6 sampai 4.10 untuk menunjukkan pengaruh dari pemasangan
pengaku pada sayap terhadap beban-deformasi batang.
4.2 Hasil dan Pembahasan
Hasil pengujian menunjukkan pola yang sama dari batang dalam menerima beban.
Pada tahap pembebanan awal sampai beban mencapai sekitar 90% dari beban
maksimum perilaku beban-deformasi dari semua elemen batang adalah linier dengan
pertambahan deformasi yang kecil. Selanjutnya berperilaku non linier dengan
pertambahan deformasi yang semakin membesar dan pertambahan beban yang kecil.
Keruntuhan ditandai dengan menekuknya elemen batang akibat terjadinya tekuk
local pada bagian sayap atau badan dari penampang elemen batang tersebut. Akibat
terjadinya tekuk local pada sayap, maka bagian sayap akan bergerak keluar sehingga
penampang terlihat mekar. Kejadian ini dinamakan tekuk distorsional. Selain itu
tekuk distorsional terjadi pada saat keruntuhan global karena penampang menekuk
kearah sumbu lemah akan menyebabkan komponen sayap bergerak keluar. Tekuk
local terjadi pada elemen batang yang pendek sedangkan tekuk global terjadi pada
elemen batang yang panjang.
20
Untuk batang yang sama, adanya pengaku pada sayap membuat batang mampu
menerima beban yang lebih besar karena tekuk local pada sayap ditahan oleh
pengaku sehingga beban dapat meningkat lagi sampai terjadi tekuk local. Akan
tetapi pada batang yang pendek, pengaruh pengaku tidak ada, ini disebabkan karena
penampang tidak runtuh akibat menekuknya sayap tetapi akibat tekuk pada badan.
Tekuk local pada sayap yang diikuti tekuk distorsional akan selalu memberikan
beban yang lebih kecil dari tekuk pada badan.
Tabel 4.1 Beban dan Deformasi Batang Tanpa Pengaku
C75-1 C75-2 C75-3 C75-4 C75-5
Def. Beban Def. Beban Def. Beban Def. Beban Def. Beban
(mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN)
0 0 0 0 0 0 0.00 0 0 0
0.10 5.2 0.14 4.3 0.19 3.10 0.24 2.55 0.28 1.90
0.19 10.2 0.28 8.5 0.37 6.15 0.46 5.10 0.55 3.85
0.29 15.5 0.43 12.9 0.58 9.35 0.73 7.75 0.88 5.80
0.40 20.6 0.59 17.2 0.79 12.45 0.99 10.30 1.18 7.75
0.45 22.6 0.66 18.8 0.89 13.65 1.11 11.30 1.34 8.50
0.51 23.4 0.76 19.5 1.01 14.15 1.26 11.70 1.52 8.80
0.55 23.8 0.83 19.8 1.10 14.35 1.38 11.90 1.64 8.95
0.62 24 0.93 20 1.23 14.50 1.54 12.00 1.85 3.83
Tabel 4.2 Beban dan Deformasi Batang Dengan Satu Pengaku
C75-1' C75-2' C75-3' C75-4' C75-5'
Def. Beban Def. Beban Def. Beban Def. Beban Def. Beban
(mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN)
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0.09 5.4 0.14 5.1 0.18 4.7 0.23 4.4 0.27 4.1
0.18 10.6 0.27 10.0 0.37 9.3 0.44 8.7 0.54 8.3
0.28 16.1 0.42 15.2 0.56 14.2 0.71 13.2 0.87 12.4
0.39 21.5 0.58 20.2 0.77 18.9 0.97 17.6 1.17 16.6
0.44 23.5 0.65 22.1 0.87 20.7 1.09 19.3 1.32 18.2
0.50 24.4 0.75 22.9 0.99 21.5 1.24 20.0 1.51 18.9
0.54 24.8 0.82 23.3 1.08 21.8 1.36 20.3 1.62 19.2
0.61 25 0.93 23.5 1.21 22.0 1.52 20.5 1.83 19.5
21
Tabel 4.3 Beban dan Deformasi Batang Dengan Tiga Pengaku
C75-1"’ C75-2"’ C75-3"’ C75-4"’ C75-5"’
Def. Beban Def. Beban Def. Beban Def. Beban Def. Beban
(mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN)
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0.12 5.5 0.12 5.3 0.20 5.0 0.22 4.9 0.26 4.6
0.17 10.7 0.26 10.4 0.38 10.0 0.44 9.8 0.52 9.3
0.32 16.0 0.41 15.9 0.59 15.2 0.71 14.9 0.86 14.0
0.44 21.1 0.57 21.1 0.80 20.2 0.97 19.7 1.15 18.7
0.48 23.1 0.64 23.0 0.99 22.1 1.09 21.7 1,31 20.5
0.53 23.9 0.74 23.9 1.02 22.9 1.24 22.4 1.49 21.3
0.57 24.3 0.81 24.3 1.09 23.3 1.36 22.8 1.61 21.6
0.62 25.0 0.93 24.5 1.22 23.5 1.52 23.0 1.82 22.0
Tabel 4.4 Beban Maksimum dan Deformasi
Benda Uji Experimen Type
Beban (kN) Def. (mm) Keruntuhan)
C75-1 24.0 0.62 Badan
C75-2 20.0 0.93 sayap
C75-3 14.5 1.23 Global
C75-4 12.0 1.54 Global
C75-5 9.0 1.85 Global
C75-1' 25.0 0.61 Badan
C75-2' 20.5 0.92 sayap
C75-3' 17.5 1.21 sayap
C75-4' 14.5 1.52 Global
C75-5' 12.0 1.83 Global
C75-1"’ 25.0 0.62 Badan
C75-2"’ 22.0 0.91 Badan
C75-3"’ 19.5 1.22 sayap
C75-4"’ 16.0 1.52 sayap
C75-5"’ 14.5 1.82 Global
22
Gambar 4.3 Grafik Beban-Deformasi Batang Tanpa Pengaku
Gambar 4.4 Grafik Beban-Deformasi Batang Dengan 1 Pengaku
23
Gambar 4.5 Grafik Beban-Deformasi Batang Dengan 3 Pengaku
Gambar 4.6 Grafik Beban-Deformasi Batang C75-1
24
Gambar 4.7 Grafik Beban-Deformasi Batang C75-2
Gambar 4.8 Grafik Beban-Deformasi Batang C75-3
25
Gambar 4.9 Grafik Beban-Deformasi Batang C75-4
Gambar 4.10 Grafik Beban-Deformasi Batang C75-5
26
Grafik gambar 4.3 sampai 4.5 menunjukkan pengaruh panjang batang terhadap kuat
tekan untuk batang tanpa pengaku (gambar 4.3), batang dengan 1 pengaku (gambar
4.4) dan batang dengan 3 pengaku (gambar 4.5). Dari semua grafik terlihat bahwa
makin panjang batang maka beban tekan maksimumnya akan semakin mengecil.
Hali ini sesuai dengan teori bahwa kuat tekan berbanding terbalik dengan
kelangsingannya. Dari grafik tersebut juga terlihat semakin panjang batang kurvanya
semakin landai yang menunjukkan beban maksimum semakin kecil dan deformasi
yang semakin besar.
Grafik gambar 4.6 sampai 4.10 menunjukkan pengaruh pengaku terhadap masing-
masing batang dengan panjang yang sama. Gambar 4.6 untuk batang yang paling
pendek dan gambar 4.10 untuk batang yang paling panjang. Dari gambar terlihat
bahwa untuk batang yang paling pendek,pengaruh pengaku tidak terlihat.
Selanjutnya makin panjang batang pengaruh pengaku makin signifikan. Demikian
pula, pengaruh jumlah pengaku terlihat makin signifikan pada batang yang lebih
panjang. Adanya pengaku akan membuat perubahan pola keruntuhan dari tekuk
global menjadi tekuk local pada sayap atau tekuk local pada badan. Hal yang sama
juga ditunjukkan oleh jumlah pengaku, semakin bertambah pengaku akan merubah
pola keruntuhan dari tekuk pada sayap menjadi tekuk pada badan.
Prediksi kuat tekan batang dengan formula SNI 7971-2013 seperti pada sub bab 2.10
memberikan hasil seperti yang ditabelkan pada tabel 4.5. Formula tersebut hanya
sesuai untuk elemen yang tanpa pengaku karena pengaruh pengaku tidak disertakan
pada rumus-rumus perhitungannya. Sehingga pada hasil teoritis angka yang sama
diberikan untuk elemen tanpa pengaku dan elemen dengan satu dan tiga pengaku.
Hal ini membuat hasil teoritis berbeda jauh dengan hasil experiment pada batang
yang pengaruh pengakunya besar, dengan perbedaan 20% sampai 40%. Sedangkan
pada batang tanpa pengaku atau yang pengaruh pengakunya kecil, terlihat hasil
teoritis dan hasil experiment memiliki perbedaan yang tidak terlalu besar, yaitu
berkisar antara 5% sampai 17%.
27
Tabel 4.5 Beban Maksimum Experimen dan Teoritis
Benda Uji Beban maksimum (kN) Selisih thd
Exp. (%) Experimen) Teoritis SNI
C75-1 24.0 22.8 5.0
C75-2 20.0 16.6 17.0
C75-3 14.5 12.8 11.7
C75-4 12.0 10.3 14.2
C75-5 9.0 8.5 5.6
C75-1' 25.0 22.8 8.8
C75-2' 20.5 16.6 19.0
C75-3' 17.5 12.8 26.9
C75-4' 14.5 10.3 29.0
C75-5' 12.0 8.5 29.2
C75-1" 25.0 22.8 8.8
C75-2" 22.0 16.6 24.5
C75-3" 19.5 12.8 34.4
C75-4" 16.0 10.3 35.6
C75-5" 14.5 8.5 41.4
28
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Hasil pengujian tekan elemen batang memberikan informasi bahwa kuat tekan
maksimal yang dapat dicapai oleh penampang C75 yang dipakai pada penelitian
adalah sebesar 25 kN pada angka kelangsingan batang () sebesar 50. Nilai ini tidak
dapat ditingkatkan lagi walau penampang diperpendek karena telah terjadi tekuk
local pada badan penampang sehingga beban tidak dapat ditingkatkan lagi.
2. Tekuk global yang diikuti dengan tekuk distorsional terjadi mulai dari angka
kelangsingan batang () sebesar 100. Tekuk ini mengakibatkan kekuatan tekan
penampang berkurang seiring dengan bertambahnya besarnya kelangsingan batang.
Pada kelangsingan sebesar 150 didapat kuat tekan batang hanya sekitar 9 kN.
3. Penambahan pengaku pada sayap dapat meningkatkan kuat tekan dari batang.
Untuk batang dengan kelangsingan 150 peningkatan kuat tekannya bahkan bisa
mencapai 50% terhadap batang tanpa pengaku. Akan tetapi untuk batang yang
pendek dengan kelangsingan 50 pengaruh pengaku tidak terlalu significan.
4. Prediksi kuat tekan dengan cara teoritis hanya bisa dipakai untuk batang yang tanpa
pengaku saja. Selisih kuat tekan hasil prediksi dengan teoritis dan kuat tekan hasil
experiment untuk batang tanpa pengaku berkisar antara 5% sampai 17% terhadap
nilai experiment dimana nilai prediksi lebih kecil dari nilai experiment. Adanya
selisih ini membuat hasil teoritis berada pada sisi yang aman karena adanya faktor
keamanan antara 5% sampai 17%.
29
5.1 Saran-saran
1. Dalam perencanaan kuat tekan dari penampang prediksi teoritis kuat tekan
penampang dengan peraturan SNI 7971-2013 dapat dipakai karena memberikan
angka keamanan antara 5% sampai 17%.
2. Dalam pelaksanaan elemen batang harus diperlakukan sedemikian rupa sehingga
tidak terjadi kerusakan atau tekukan pada bagian sayapnya karena adanya cacat
pada penampang, walaupun sangat kecil, dapat mengurangi kekuatan penampang.
3. Perlu dilakukan penelitian yang lebih mendalam terhadap pengaruh pengaku sayap
pada kuat tekan penampang, agar dapat dihasilkan formula perhitungan kuat tekan
penampang yang menyertakan pengaruh pengaku sayap, karena rumus-rumus untuk
perhitungan kuat tekan pada SNI 7971-2013 tidak secara jelas menyertakan
pengaruh pengaku pada sayap tersebut.
30
DAFTAR PUSTAKA
Tahir, M.M., Thong, C.M. and Tan C.S., 2005. Performance of Locally Product Cold
Formed Steel Sections For Roof Truss System, Journal Teknologi Vol 42(B), UTM
Mallaysia, pp 11-28
Tahir, M.M., Tan, C.S., and Shek, P.N., 2006. Typical Test on Cold Formed Steel
Structures, Procedings of the 6th
APSEC 2006
British Standard Institution (BSI), 1987, BS 5950 Part 5: Code of Practice for Design of
Cold Formed Thin Gauge Sections, British Standard Institution, UK.
Anonim, U.S. Department of Housing and Urban Development, 2003. Prescriptive
Method for Connecting Cold-Formed Steel Framing to Insulating Concrete Form Walls
in Residential Construction. Washington, DC
Kwon, Y.B. and Hancock, G.J. 1992. Strength Tests of Cold-Formed Channel Sections
Undergoing Local and Distortional Buckling, ASCE Journal of Structural Engineering,
118(7).
Schafer, B.W. 2002. Progress on the Direct Strength Method, Proceeding 16th
Int’l Spec.
Conf. on Cold-Formed Steel Structures, Orlando, Florida, 647-662.
American Iron and Steel Institute (AISI),2004. Design of Cold Formed Steel Structural
Members Using the Direct StrengthMethod, USA
Schafer, B.W. 2006. Designing Cold Formed Steel Using Direct Strength Method, 18th
International Specialty Conference on Cold Formed Steel Structures, Orlando, Florida
Schafer, B.W. 2006. Finite Strip Software CUFSM, www.ce.jhu.edu/bschafer/cufsm
Jimbaran, Januari 2018
Peneliti,
(Ir.Putu Deskarta MASc.)
NIP. 196110251988031001