makalah kolokium.pdf

Prosiding Kolokium Program Studi Teknik Sipil (KPSTS) FTSP UII 2014,

Desember 2014, ISBN xxx-xxx-xxxxx-x-x

Prosiding Kolokium FTSP UII - ..

PERBANDINGAN KAPASITAS LENTUR BALOK CASTELLA DENGAN VARIASI

TINGGI LUBANG TERHADAP BALOK PROFIL-I

Nadya Nor Azila1

1 Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Islam

Indonesia

Email: [email protected]

Abstract: Castellated beam is an open-web expanded beam formed by cutting in zig-zag pattern along the center of web section of I beam profile, then put back together between top and bottom

part by shifting slightly, so that the beam has a hexagonal hole in the web section, and then connected it

by welding. As a result, the beam profile with the same weight per unit lenght would produce larger

modulus section and momen inertia. The hole on the web section, made the beam has stress

concentration that might caused to premature failure. Accordingly, research about Castellated beams

done using height variation of the hole to determine the effect of these variation with flexural capacity,

critical moments, and critical stress.This research used the principle of a simple beam with pin-roller

support. Load given as concentrated loads by third-point loading method. The deflection values determined by LVDT reading, while the strain using the result of strain gauge reading. These results

transfered by data logger and displayed on a computer screen. Samples of this test consist of one I-beam

profile dimensions of 150x7x5mm and three Castellated beams with height of hole variation 120mm for

Castella I, 150mm for Castella II, and 165mm for Castella III. The results of theoretical analysis from

this research compared with finite element method with SAP2000 to determine the critical stress that

occured in the Castellated beams.The results showed that there were an increase of beam stiffness value

due to height increase. Stiffness increase of castellated beam were 1.41 times for Castella I beam, and

1.61 times for Castella III beam. As for the Castella II beam did not increase due to the premature

failure. Meanwhile, there were no increases in flexural capacity of the castellated beam. The ratio of the

critical moment was 0.83 for Castella I beam, 0.54 for Castella II beam, and 0.81 for Castella III beam.

critical-stress of Castellated beams also was not increased. It can be seen from the critical stress ratio was 0.56 for Castella I beam, 0.34 for castella II beam and 0.53 for Castella III beam . No increase in

flexural capacity of the beam was caused by premature failure that was a torsional buckling due to long

stretch of the beam, so the beams were damaged before reaching the maximum load and before reaching

the yield stress. SAP2000 analysis results showed a stress concentration at the web part of Castellated

beams, especially on the beams web that close to the hole. Flexural capacity of Castellted beam can be

increased by puting lateral support to prevent the occurance of torsional buckling.

Keywords: Castellated Beams, I-beam Profile, Torsional Buckling, Critical Stress.

1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Saat ini penggunaan baja di bidang

teknik sipil sedang marak digunakan untuk

berbagai jenis pembangunan. Namun, penggunaan baja yang membutuhkan biaya

yang cukup besar membuat para ahli di

bidang teknik sipil melakukan pengembangan dengan tujuan untuk

mengurangi biaya tanpa mengurangi

kekuatan dari struktur baja tersebut.

Beberapa metode baru telah dikembangkan

untuk meningkatkan kekakuan dari struktur

baja tanpa menambah beban dari struktur tersebut. Salah satu metode yang

dikembangkan adalah dengan menggunakan

balok Castella.

Balok Castella merupakan Open-Web Expanded Beams and Girders (perluasan

balok dan girder dengan badan berlubang)

sehingga balok tersebut memiliki elemen pelat badan berlubang. Gagasan semacam

ini pertama kali dikemukakan oleh H.E.

mailto:[email protected]



- Prosiding Kolokium FTSP UII

Horton dari Chicago dan Iron Work sekitar

tahun 1910, yang sekarang ini dikenal

dengan metode Castella. Balok Castella

dibentuk dengan cara membelah secara zig-zag bagian tengah pelat badan profil,

kemudian bagian bawah dari belahan

tersebut dibalik dan disatukan kembali antara bagian atas dan bawah dengan cara

digeser sedikit kemudian dilas. Akibat

pemotongan tersebut, profil balok dengan

berat per unit yang sama akan menghasilkan modulus potongan dan

momen inersia yang lebih besar. Sebagai

hasil dari modifikasi yang dilakukan, balok mengalami perubahan sifat penampang, dari

penampang yang solid menjadi tidak solid

karena terdapat lubang pada badan profil serta balok semakin tinggi dan

kelangsingannya menjadi meningkat.

Akibatnya, pada balok tersebut akan rawan

terjadi kegagalan dini, yaitu buckling (tekuk) serta lemah terhadap gaya geser.

Berdasarkan hal tersebut, maka dilakukan

penelitian mengenai balok Castella dengan menggunakan variasi tinggi lubang untuk

mengetahui seberapa besar pengaruh variasi

tinggi lubang tersebut terhadap kapasitas

lenturnya. Balok Castella tersebut akan diteliti lebih lanjut dengan membandingkan

kapasitas lentur dari balok Castella dan

balok dengan profil standard, dalam hal ini baja dengan penampang I. Selain itu, juga

akan dilakukan analisis dengan software

SAP2000 untuk mengetahui letak tegangan kritis yang terjadi pada balok Castella.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang masalah yang

telah diuraikan sebelumnya, dapat dikemukakan rumusan masalah sebagai

berikut.

1. Berapakah rasio perbandingan kapasitas lentur antara balok Castella

dengan balok standard profil-I?

2. Seberapa besar peningkatan kekakuan yang terjadi antara balok Castella dan

balok standard profil-I?

3. Seberapa besar tegangan lentur kritis yang dialami oleh balok Castella dan

bagaimana hasilnya jika dibandingkan

dengan balok standard profil-I?

4. Bagaimanakah kontur konsentrasi tegangan yang terjadi pada Balok Castella berdasarkan analisis

SAP2000?

1.3 Tujuan Penelitian

Penelitian mengenai balok Castella

ini memiliki tujuan sebagai berikut.

1. Untuk membandingkan kapasitas lentur yang dimiliki oleh balok Castella

dengan balok standard profilI.

2. Untuk mengetahui peningkatan kekakuan yang terjadi antara balok

Castella dan balok standard profil-I

3. Untuk mengetahui tegangan kritis (Fcr) yang terjadi pada balok Castella dan

perbandingannya dengan balok profil-I.

4. Untuk mengetahui kontur konsentrasi tegangan pada balok Castella berdasarkan hasil analisis SAP2000.

1.4 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat

memberikan manfaat sebagai berikut.

1. Diperoleh informasi mengenai pengaruh variasi tinggi lubang pada balok Castella terhadap kapasitas lentur

sehingga dapat digunakan sebagai

bahan pertimbangan untuk perencanaan struktur, khususnya yang menggunakan

komponen struktur balok Castella.

2. Diperoleh informasi perbandingan kapasitas lentur balok Castella dengan

balok standard profilI.

3. Mampu mengaplikasikan software SAP2000 dalam analisis tegangan lentur kritis balok Castella.

4. Sebagai upaya pengembangan ilmu pengetahuan, khususnya di bidang ilmu Teknik Sipil mengenai perilaku lentur

balok Castella.

1.5 Batasan Masalah

Dalam percobaan kali ini

digunakan batasan-batasan agar penelitian




ini dapat lebih terfokus. Batasan- batasan

tersebut adalah sebagai berikut.

1. Profil yang digunakan adalah profil-I 150x75x5 mm sepanjang 3 m yang dimodifikasi menjadi balok Castella

sebagai sampel benda uji.

2. Profil-I yang digunakan sebagai sampel benda uji dimodifikasi menjadi balok

Castella, dipotong kemudian

disambung dengan las dengan

mengabaikan efek tegangan residu yang diakibatkan oleh pengelasan.

3. Penelitian ini hanya meninjau kapasitas lentur dari balok Castella dan membandingkan dengan balok standard

profil-I.

4. Penelitian ini menggunakan model simple beam dengan tumpuan sendi-rol.

5. Modifikasi balok I menjadi balok Castella yang digunakan dalam

pengujian ini adalah balok Castella yang berbentuk hexagonal.

6. Pengamatan yang dilakukan di laboratorium adalah beban, lendutan, regangan serta tegangan leleh benda

uji.

7. Analisis menggunakan Metode Elemen Hingga (MEH) dengan bantuan progran SAP2000.

8. Pembagian elemen dilakukan secara Automatic Mesh oleh program SAP2000.

9. Elemen shell pada SAP2000 hanya terbatas untuk analisis struktur linier.

2 LANDASAN TEORI

2.1 Profil Castella

Balok Castella merupakan balok hasil modifikasi dari profil-I yang dipotong secara

zig-zag kemudian bagian bawah dari

potongan tersebut disatukan kembali dengan bagian atasnya dengan cara digeser sedikit

kemudian direkatkan dengan teknik

pengelasan, sehingga terbentuk lubang pada badan (open web expanded beams). Sebagai

akibat dari pemotongan tersebut

menyebabkan penambahan tinggi dan

kenaikan modulus penampang sehingga kapasitas momen yang dimiliki juga

bertambah besar. Peningkatan momen

inersia terjadi pada sumbu-x (Ix), sedangkan

pada sumbu-y (Iy) relatif sama.

Teknik pemotongan dari profil Castella sendiri tidak selalu zig-zag, akan

tetapi dapat dibuat bentuk lain seperti

berbentuk lingkaran, segitiga, dan lain sebagainya. Besarnya lubang yang pada

pelat badan juga dipengaruhi oleh fungsi

dari balok tersebut seperti kebutuhan

pemipaan, ducting, dan lainnya. Gambar 3.1 di bawah ini adalah pembuatan profil balok

Castella menurut Omer W. Blodgett.

Gambar 2.1 Gambar Profil Balok Castella

(Blodgett, 1966) Keterangan:

dg = Tinggi balok Castella

db = Tinggi balok Profil-I

e = Jarak antar lubang b = Lebar pemotongan

h = Tinggi pemotongan profil

= Sudut pemotongan dt = Tinggi penampang T

tw = Tebal pelat badan

tf = Tebal pelat sayap

bf = Lebar balok

2.2 Tegangan Pada Balok Castella

Untuk memvisualisasikan suatu struktur, dalam hal ini adalah balok, akan

lebih baik jika dibuat suatu prototype

dengan bentuk yang seideal mungkin agar mampu merepresentasikan kondisi

aktualnya. Hal ini dapat dilihat pada Gambar

2.2 yang menunjukkan pembebanan suatu

balok Castella dengan dua beban terpusat simetris.




Gambar 2.2 Profil Castella (a), BMD (b),

SFD (c)

Pembebanan yang terjadi pada balok

Castella sebagian besar ditahan oleh pelat

sayap sehingga pengurangan luasan pada pelat badan tidak terlalu memberikan efek

pada kemampuan balok tersebut menahan

beban. Akan tetapi, untuk gaya geser yang

terjadi pada balok Castella akan ditahan oleh pelat badan sehingga harus

diperhitungkan akibatnya.

2.3 Desain Plastis Gelagar Pelat

Metode desain plastis merupakan

metode perencanaan struktur baja dengan

memanfaatkan kekuatan cadangan yang masih dimiliki balok baja setelah leleh.

Kekuatan cadangan tersebut terjadi setelah

tegangan luluh hingga baja mengalami

strain hardening. Secara teori, kondisi strain hardening memungkinkan struktur baja

masih memiliki kekuatan untuk menahan

beban, akan tetapi lendutan yang terjadi sudah cukup besar. Sebagai akibat dari

defoemasi tersebut, struktur menjadi tidak

stabil sehingga asusmsi yang digunakan adalah regangan yang terjadi belum

mencapai strain hardening. Bentuk

distribusi tegangan lentur pada baja dapat

dilihat pada Gambar 2.3 berikut ini.

Gambar 2.3 Distribusi Tegangan Lentur

(Sindu, 2006)

Gambar 2.3 (a) merupakan bentuk

umum distribusi tegangan lentur dengan

batas maksimum Fy. Pada kondisi ini balok dapat menahan momen dengan persamaan

sebagai berikut

(1)

(3.24) dengan: My adalah momen leleh, Fy adalah

tegangan leleh baja, dan Sx adalah modulus

elastis penampang.

Kondisi seperti Gambar 2.3 (d) adalah kondisi ketika balok secara terus menerus

mengalami pembebanan setelah luluh dan

ditahan tegangan tahan tambahan yang dimiliki struktur tersebut. Proses

penambahan tegangan terjadi secara

berangsur hingga dicapai distribusi plastis

seperti yang telah digambarkan. Dalam kondisi ini regangan maupun tegangan yang

terjadi sudah mencapai batas maksimumnya.

Momen yang menahan disebut dengan momen plastis, dan dapat dicari dengan

persamaan berikut ini.

(2) (1)

(3.25) dengan: My adalah momen leleh, Fy adalah

tegangan leleh baja, dan Zx adalah modulus

plastis penampang.

2.4 Karakteristik Balok

Secara umum pada suatu balok yang

dibebanibeban tranvsersal akan

menimbulkan momen, lendutan, serta pelenturan tidak terkecuali pada balok

Castella. Gambar 2.2 menunjukkan

kejadian pada balok ketika mengalami

pembebanan.




Pembebanan dilakukan dengan

metode third point loading yang

menghasilkan momen lentur murni pada

tengah bentang Karakteristik dari balok dapat diketahui dari kurva beban-lendutan

(P-) hasil eksperimen. Jika pembebanan

dilakukan secara terus menerus hingga balok runtuh dan dilakukan pengukuran lendutan

maksimum pada tiap tahapan pembebanan,

maka akan diperoleh kurva beban-lendutan.

Besarnya lendutan yang terjadi sesuai dengan beban yang bekerja. Hubungan

antara beban dan lendutan dapat digunakan

untuk menghitung nilai kekakuan balok. Berdasarkan teori kekakuan dalam analisis

struktur matriks (McGuire, 1920) besarnya

nilai kekakuan dapat dinyatakan dengan Persamaan (3) berikut ini.

{ } [ ]{ } [ ] { }{ } (3) (3.26)

Secara umum kekakuan balok dapat dituliskan dengan persamaan (4) berikut

ini.

(4) (3.27)

dengan: P adalah beban, dan adalah lendutan.

Momen yang terjadi pada balok

ketika mengalami pembebanan akan menimbulkan efek lentur balok. Untuk

menghitung momen dapat digunakan

Persamaan (5) berikut ini.

(5)

dengan: P adalah besarnya pembebanan dan

L adalah panjang bentang sampel.

Sementara itu, nilai kelengkungan balok menurut Timoshenko dan Gere (1985)

dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.

(6)

(3.29)

dengan: adalah kelengkungan dan dalah jari-jari kelengkungan, v adalah lendutan,

dan adalah putaran sudut.

Persamaan tersebut merupakan

hubungan antara kelengkungan dengan

lendutan balok v yang berlaku untuk segala

jenis material, asalkan rotasi balok kecil. Jika material balok elastis linier,

berdasarkan hukum Hooke, maka

kelengkungan dapat dinyatakan dengan:

(7) (3.30

dengan: M adalah momen lentur, dan EI

adalah kekakuan terhadap lentur dari balok.

Persamaan (7) memperlihatkan bahwa kelengkungan sumbu longitudinal balok

sebanding dengan momen lentur (M) dan

berbanding terbalik dengan besaran EI yang dikenal sebagai ketegaran lentur (Flexutal

rigidity) balok.

2.5 Metode Elemen Hingga

Metode Elemen Hingga atau Finite

Element Method (FEM) merupakan metode

yang pertama kali diperkenalkan pada tahun

1950 dan terus dikembangkan hingga saat ini. Saat ini, metode elemen hingga banyak

digunakan di bidang industri untuk

menyelesaikan berbagai persoalan teknik. Di bidang teknik sipil sendiri metode ini

banyak digunakan untuk menyelesaikan

permasalahan seperti pada pengerjaan struktur cangkang, analisa tegangan pada

struktur rangka, pelat berlubang, kejadian

tekuk pada kolom dan shell serta analisa

getaran. Metode elemen hingga, pada

prinsipnya membagi sebuah sistem kontinyu

menjadi bagian-bagian kecil yang disebut element, sehingga solusi dalam tiap bagian

kecil dapat diselesaikan dengan lebih

sederhana. Proses ini disebut dengan

diskritisasi yang mana pembagian elemen-elemen kecil tersebut dijadikan sebagai

batasan dari suatu struktur/objek

(Suhendro,2000). Dalam tugas akhir ini akan digunakan bantuan program SAP2000

dalam pengerjaan analisis metode elemen

hingga untuk mengetahui lokasi beserta besarnya tegangan kritis pada balok

Castella.

Dalam pengerjaan dengan

menggunakan metode elemen hingga,




digunakan berbagai bentuk pendekatan dan

yang paling sederhana adalah dengan

menggunakan elemen dengan bentuk

segiempat atau segitiga. Penyusunan element Shell ditentukan dari titik nodal

yang dihubungkan. Jika dipakai empat nodal

(j1,j2,j3,dan j4) jadilah element segiempat. Sedangkan jika tiga titik nodal (j1,j2,dan j3),

maka jadilah element segitiga

(Dewobroto,2007). Untuk lebih jelasnya

dapat dilihat pada Gambar 2.4 berikut ini.

Gambar 2.4 Element Shell Segiempat

(SAP2000)

Dalam penelitian ini, yang menjadi tinjauan adalah besarnya tegangan, sehingga

digunakan pembacaan shell stress (S) pada

pembacaan hasilnya. Pembacaan tegangan (S) memiliki definisi yang sama dengan

pembacaan gaya ( F).Tegangan S11 danS22

mengakibatkan tegangan langsung dan mengalami perubahan terhadap panjang

benda,sedangkan S12, S13, S23 akan

mengakibatkan tegangan geser dan

menyebabkan terjadinya perubahan sudut (Dewobroto,2007).

3. METODE PENELITIAN

3.1 Data yang Diperlukan

Data yang akan diambil dari hasil pengujian

adalah sebagai berikut:

1. Kuat tarik baja, 2. Kapasitas lentur balok profil-I dan

balok Castella,

3. Beban-lendutan balok profil-I dan balok Castella,

4. Regangan dari balok profil Castella, 5. Pola kerusakan benda uji 6. Kurva beban dan lendutan

7. Kurva beban dan regangan

3.2 Pemodelan Benda uji

Dalam pengujian ini, dilakukan

pengujian laboratorium sebanyak dua kali

dan permodelan dengan SAP2000 pada balok castella.

3.2.1 Pengujian Laboratorium

Pada pengujian ini, digunakan empat buah benda uji yang terdiri dari satu buah

balok profil-I dan tiga buah balok profil

castella hasil modifikasi balok profil-I dengan variasi tinggi lubang 60 cm, 75 cm,

dan 82,5 cm. Seluruh balok menggunakan

baja profil-I ukuran 150x75x5x7. Pembacaan lendutan mengunakan tiga

buah LVDT pada arah transversal. LVDT1

yang diletakkan di bawah pembebanan dengan jarak 1/3 bentang dari sebelah kiri

balok, LVDT2 diletakkan pada tengah

bentang, dan LVDT3 diletakkan di bawah

pembebanan dengan jarak 1/3 bentang dari sebelah kanan. Sedangkan untuk pembacaan

regangan, pada balok Castella masing-

masing dipasang strain gauge sebanyak dua buah. Pemasangan strain gauge dilakukan di

pelat sayap yang terletak di tengah bentang

dengan nama strain gauge 1 (SG1). Sementara itu, satu yang lain dipasang di

pelat badan dekat lubang pada bagian bawah

titik pembebanan yang dinamakan dengan

strain gauge 2 (SG 2). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut.




Gambar 3.1 Setting-Up Benda Uji Castella

Keterangan:

1. Benda Uji Balok Castella 2. Hydraulic Jack 3. Pengaku Lateral 4. Dukungan Sendi 5. Dukungan Rol 6. LVDT 7. Strain Gauge

3.2.2 Pemodelan SAP2000

Untuk menganalisis tegangan,

digunakan metode elemen hingga dengan

bantuan program SAP2000. Dengan

menggunakan program SAP2000 akan diperoleh hasil berupa gambar yang dapat

menunjukkan posisi tegangan maksimum

yang terjadi pada balok Castella di samping besarnya tegangan maksimum balok.

Berikut ini adalah langkah dalam pemodelan

balok Castella dengan menggunkan

program SAP2000. 1. Sebelum menggambar di dalam

program SAP2000 dilakukan

ditentukan terlebih dahulu jumlah grid-nya.

2. Tentukan spesifikasi material dan ketebalan pelat yang digunakan.

3. Dilakukan pemodelan balok Castella dengan menggambar balok tersebut

pada grid yang telah dibuat

sebelumnya. Penggambaran menggunakan shell sebagai elemennya.

4. Dilakukan meshing pada model balok Castella. Proses meshing dilakukan

dengan Automatic mesh. 5. Berikan dukungan sendi-rol pada balok

dengan posisi sesuai dengan kondisi

riilnya. 6. Balok Castella diberikan pembebanan

sesuai dengan beban yang terjadi pada

percobaan.

7. Model yang sudah diberi beban kemudian dijalankan dan hasilnya

dapat dilihat baik berupa tegangan atau

momen yang diinginkan pada tiap area mesh yang ditinjau.

3. 3 Tahapan Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan. Urutan tahapan tersebut

dapat dilihat pada diagram alir berikut ini.




Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian

4. HASIL PERHITUNGAN

4.1 Hasil Perhitungan Uji Kuat Lentur

Pengujian kuat lentur dilakukan dengan menggunakan empat buah balok.

Benda uji tersebut terdiri dari satu balok

profil-I dengan ukuran 150 x 75 x 7 mm dan

tiga balok Castella dengan variasi tinggi lubang 120 mm, 150 mm, dan 165 mm.

Panjang benda uji masing-masing adalah

2590 mm. Seluruh benda uji diberi pengaku pada kedua ujungnya sejauh 50 mm dari tepi

sehingga diperoleh bentang bersih balok

sepanjang 2580 mm.

4.1.1 Kurva Beban- Lendutan Hasil Pengujian

Menurut teori, pembacaan lendutan

terbesar terjadi pada bagian tengah bentang atau

pada LVDT2, akan tetapi terdapat dua buah

sampel, yaitu Castella I dan Castella III yang

lendutan terbesarnya tidak di tengah bentang

melainkan pada bentang sebelah kiri atau pada

LVDT1. Hal ini dimungkinkan karena

pengaturan pengujian tidak dilakukan secara ideal.




Gambar 4.1 Grafik Beban vs Lendutan

Dari hasil grafik pengujian tersebut,

terlihat bahwa nilai lendutan pada profil-I dan profil Castella II berada di tengah

bentang, sedangkan untuk profil Castella I

dan III berada di sisi kiri bentangan. Hal ini

dimungkinkan karena setting-up benda uji yang tidak ideal.

Dari hasil pengujian kerusakan terjadi

pada bagian badan profil yaitu di sudut-sudut lubang, hal ini sesuai dengan teori

bahwa tegangan terbesar berada pada daerah

tersebut.

Gambar 4.2 Kerusakan pada bagian badan

profil (kiri), kerusakan las (kanan)

4.1.2 Kurva Beban- Regangan Hasil Pengujian

Data hasil pengujian berupa beban

maksimum dan regangan tiap sampel

diperoleh dari pembacaan strain gauge yang

dipasang pada pelat badan dan pelat sayap. Kodefikasi strain gauge yang digunakan

adalah strain gauge 1 dipasang pada pelat

sayap di tengah bentang, sedangkan strain gauge 2 dipasang pada pelat badan dekat

dengan lubang di tengah bentang.

Pemasangan strain gauge hanya dilakukan pada benda uji balok Castella sehingga

terdapat tiga kurva yang diperoleh dari

pengujian.

Hasil pembacaan regangan yang diperoleh dari pengujian ini tidak dapat

dijadikan acuan untuk menentukan besarnya

tegangan pada bagian yang dipasangi strain gauge karena hasil pembacaannya yang

terlalu kecil.




Namun, nilai regangan ini dapat

digunakan sebagai indikator kejadian

regangan dan konsentrasi tegangan pada

benda uji. Kurangnya pemahaman mengenai penggunaan strain gauge dimungkinkan

mempengaruhi proses pemasangan pada

benda uji sehingga output pembacaan

dimungkinkan tidak sesuai dengan kondisi

nyatanya.

Gambar 4.2 Grafik Beban vs Regangan

Menurut teori, nilai tegangan terbesar berada pada bagian pelat sayap. Hal ini

berlaku ketika kerusakan yang terjadi pada

balok sesuai dengan teori, yaitu diawali pada kerusakan tekuk pada sayap yang

dilanjutkan tekuk pada pelat badan dan

kemudian puntir pada balok. Namun pada

penelitian kali ini, tidak ditemukan kerusakan yang pada pelat sayap. Kerusakan

justru terjadi pada pelat badan akibat

gagalnya sambungan las. Gagal sambungan pada benda uji

terjadi karena pada saat proses pembebanan,

balok mengalami tekuk puntir sehingga menyebabkan sambungan terlepas. Proses

pengelasan yang tidak baik menyebabkan

kualitas las tidak mampu menahan beban

yang diberikan dan kemudian terlepas. Hal ini juga dimungkinkan sebagai penyebab

kecilnya nilai regangan pada pembacaan

strain gauge. Konsentrasi tegangan yang berada di pelat badan, khususnya di daerah

sekitar lubang, juga diperkuat dengan hasil analisis program SAP2000. Untuk lebih

jelasnya mengenai lokasi konsentrasi

tegangan dapat dilihat pada pembahasan mengenai hasil analisis SAP.

Berdasarkan analisis SAP2000,

konsentrasi tegangan terdapat pada sudut-

sudut lubang pelat badan. Hal ini diperkuat dengan hasil laboratorium yang

menunjukkan nilai regangan pada pelat

badan yang lebih besar daripada pelat sayap. Kecilnya nilai regangan yang terbaca

pada strain gauge dimungkinkan karena

kerusakan yang terjadi bukanlah hasil dari pembebanan maksimum, melainkan dari

dari kegagalan sambungan sehingga pada

dasarnya belum ada pengaruh yang

signifikan pada pelat badan maupun sayap akibat pembebanan, kecuali pada lepasnya

sambungan. Hal ini yang menyebabkan

regangan yang terbaca masih sangat kecil.




4.2 Analisis Hasil Pengujian

4.2.1 Analisis Beban Maksimum

Beban maksimum yang mampu

diterima oleh masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4.1 berikut ini.

Tabel 4.1 Beban Maksimum Hasil

Pengujian

Berdasarkan di atas, beban maksimum

terbesar terjadi pada balok profil-I dan yang terkecil adalah pada profil Castella II.

Menurut teori, modifikasi profil-I menjadi

profil Castella seharusnya dapat menambah

kemampuan balok dalam menahan beban, atau dengan kata lain, beban maksimum

balok Castella lebih besar (Yuliatni,2006).

Akan tetapi, pada percobaan kali ini tidak demikian. Seluruh benda uji Castella

mengalami kegagalan las berupa sambungan

las yang lepas.

4.2.2 Nilai Momen Kritis

Perhitungan momen kritis

menunjukkan bahwa kegagalan yang terjadi

pada benda uji merupakan tekuk puntir. Hal ini menandakan benda uji mengalami

kegagalan dini sebelum mencapai tegangan

leleh sehingga kemampuan balok uji dalam menahan beban jauh di bawah yang

direncanakan. Bentang balok yang cukup

panjang menjadi penyebab terjadinya

kegagalan karena mudah mengalami puntir.

Tabel 4.2 Perbandingan Momen Kritis Plastis, Momen Kritis Tekuk Puntir dan Momen Kritis

Hasil Uji

Tabel 4.2 memberi informasi bahwa

momen kritis yang terjadi akibat

pembebanan benda uji justru mengalami

penurunan. Tidak adanya peningkatan pada momen kritis ini dikarenakan benda uji

mengalami kegagalan tekuk puntir sebelum

baja profil leleh. Terjadinya kegagalan tekuk puntir sesuai dengan hasil perhitungan syarat

tekuk yang menunjukkan bahwa Lb>Lr.

Besarnya momen kritis akibat tekuk lebih

kecil dari momen kritis percobaan. Akan tetapi hal ini tidak berlaku untuk profil

Castella II, karena profil tersebut sudah

mengalami kerusakan awal berupa pengelasan sambungan yang tidak baik.

Tabel tersebut juga menunjukkan

perbandingan momen kritis jika dihitung dalam tiga kondisi, yaitu ketika kondisi

plastis, kondisi mengalami tekuk puntir dan

kondisi akibat percobaan. Besarnya momen

kritis berdasarkan teori meningkat seiring bertambahnya ketinggian balok akibat

adanya penambahan nilai momen inersia.

Berdasarkan tabel tersebut, momen yang terjadi akibat percobaan lebih besar

daripada momen secara teoritis akibat tekuk

puntir. Hal ini menunjukkan bahwa tidak

adanya peningkatan kapasitas lentur balok uji dikarenakan terjadi kerusakan benda uji

akibat tekuk puntir. Kerusakan tersebut

terjadi ketika baja belum menunjukkan kondisi leleh apalagi kondisi plastis. Jadi,

dapat disimpulkan bahwa akibat terjadi

tekuk puntir pada benda uji, momen plastis tidak terjadi, maka momen kritis yang dapat

ditahan oleh balok menjadi lebih kecil dari

momen rencana (momen plastis).

4.2.3 Tegangan Kritis Besarnya tegangan kritis masing-

masing benda uji dihitung dan dilakukan

perbandingan antara tegangan kritis teori dan hasil percobaan. Untuk mendapatkan

nilai tegangan kritis dapat diketahui melalui

Persamaan (8) berikut ini.

=

(8)

dengan: Mcr adalah momen kritis, Sx adalah

modulus penampang.




Tabel 4.3 Perbandingan Tegangan Kritis

Hasil Uji

Tabel 4.4 Perbandingan Tegangan Kritis

Teoritis

Tabel di atas menunjukkan perbandingan tegangan kritis benda uji

balok profil-I dan balok Castella secara

percobaan maupun teoritis. Hasil tersebut menunjukkan tidak adanya kenaikan

tegangan kritis dari modifikasi yang

dilakukan. Berdasarkan Persamaan (8) terlihat bahwa fcr dan Mcr berbanding

terbalik dengan Sx. Kecilnya nilai Mcr akibat

puntir dan semakin besarnya nilai Sx seiring

dengan bertambah tingginya balok Castella menyebabkan nilai fcr yang diperoleh kecil

sehingga tidak terjadi kenaikan tegangan

kritis. Hal ini disebabkan oleh terjadinya kegagalan dni pada benda uji yakni tekuk

puntir.

Kegagalan berupa puntir ini juga

menyebabkan putusnya sambungan las pada benda uji Castella. Buruknya kualitas las

menyebabkan bagian tersebut mengalami

kegagalan sebelum mencapai kondisi maksimumnya. Pemberian lateral support

pada bentang balok dapat menjadi alternatif

pencegahan terjadinya puntir dan akan meningkatkan kapasitas lentur balok

sehingga tegangan kritisnya pun dapat

meningkat di samping kontrol terhadap

kualitas sambungan las pada pelaksanaan pembuatan benda uji.

4.2.4 Analisis Kegagalan Dini

Benda uji yang digunakan dalam

pengujian kapasitas lentur ini seluruhnya

mengalami kegagalan dini berupa tekuk puntir. Terdapat beberapa faktor yang

dimungkinkan menjadi penyebab terjadinya

kegagalan tersebut yaitu sebagai berikut.

1. Syarat Tekuk

Berdasarkan persyaratan terjadinya tekuk pada baja, seluruh benda uji

termasuk dalam golongan yang

mengalami tekuk puntir. Hal ini sesuai dengan hasil perhitungan bahwa nilai

Lb>Lr. Untuk menghidari terjadinya

tekuk puntir pada benda uji, dapat dilakukan dengan memberikan lateral

support pada bentangan balok. Semakin

banyak lateral support yang digunakan akan semakin mencegah terjadinya

puntir pada balok.

2. Kesalahan Pengaturan Peralatan

Perletakan beban pada benda uji tidak diperbolehkan bergeser sedikit pun dari titik yang telah ditentukan. Saat

pelaksanaan pengujian, dimungkinkan

terjadi pergeseran dan menyebabkan penyebaran beban yang terjadi pada

benda uji tidak sama sehingga

menimbulkan puntiran pada benda uji.

Pengaturan benda uji seharusnya dipastikan agar benar-benar diletakkan

tegak lurus dengan bidang datar untuk

mencegah terjadinya pergeseran. Saat

pengujian pengecekan tersebut hanya dilakukan secara visual dan hanya

dengan bantuan alat sederhana berupa

penggaris siku. Seharusnya posisi benda uji dicek dengan menggunakan

waterpass untuk lebih meyakinkan

posisinya tegak lurus dengan bidang

datar.

3. Kegagalan Sambungan Las

Benda uji balok Castella yang digunakan dalam pengujian ini

merupakan hasil modifikasi dari balok-I sehingga sangat dimungkinkan




kesalahan sekecil apapun pada saat

proses pembuatan menjadi faktor

penentu terjadinya kerusakan dini pada

benda uji, tidak terkecuali pada sambungan las. Setelah dilakukan

berbagai identifikasi, ternyata diketahui

bahwa kualitas las pada sambungan sangat buruk, tidak semua bagian yang

seharusnya dilas terkena oleh las. Hal

ini menyebabkan kekuatan balok baja

tidak lagi homogen karena terdapat bagian-bagian yang lebih lemah pada

satu bentangan balok. Tidak meratanya

kekuatan balok ini juga menjadi salah satu akibat terjadinya kegagalan dini.

Kualitas sambungan seharusnya lebih kuat daripada benda uji. Jika dilihat

pada proses perencanaan, las sudah sesuai yaitu menggunakan las E70

dengan tegangan leleh 482 N/mm2 yang

lebih tinggi daripada benda uji yaitu

444,65 N/mm2. Akan tetapi, proses

pengelasan yang tidak baik

menyebabkan kualitas sambungan

menjadi tidak sesuai dengan perencanaan, sehingga keseluruhan

benda uji Castella mengalami

kerusakan pada sambungan berupa lepasnya sambungan tersebut.

4. Tidak Simetrisnya Penyambungan Benda

Uji Castella

Balok Castella yang dibuat dari modifikasi balok-I rentan mengalami kesalahan pada proses penyambungan.

Pembuatan balok Castella dilakukan

dengan memotong bagian pelat badan balok-I dan kemudian disatukan

kembali bagian atas dan bawahnya

dengan las. Proses inilah yang harus

diperhatikan dengan teliti, karena pada

saat proses penyambungan bagian atas

dan bawah balok, dimungkinkan tidak benar-benar pada posisi simetris antara

bagian atas dan bawahnya. Besar

kemungkinan yang terjadi adalah adanya pergeseran sedikit pada saat

penyambungan bagian atas dengan

bagian bawah sehingga timbul

eksentrisitas pada benda uji.

4.3 Analisis Metode Elemen Hingga dengan Program SAP2000

Hasil pengujian laboratorium dan perhitungan secara teori lebih lanjut

dilakukan perbandingan dengan hasil

analisis menggunakan program SAP2000. Analisis menggunakan SAP2000 ini

dilakukan sesuai dengan batasan masalah.

Pembacaan hasil pada SAP2000 hanya

dijadikan sebagai indikator terjadinya konsentrasi tegangan pada balok Castella.

Pemodelan balok Castella pada program

SAP2000 ini dilakukan dengan mengabaikan konstitutif material model

yaitu dengan mengabaikan kondisi nyata

pada benda uji dan mengasumsikan balok

Castella dalam keadaan tanpa adanya sambungan las.

Berdasarkan hasil analisis SAP2000, balok

mengalami defleksi sebagai akibat dari

pembebanan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3 (a). Besarnya tegangan dapat

dilihat pada gambar (b) dimana tegangan

terbesar berada pada sudut lubang. Sedangkan gambar (c) menunjukkan kontur

tegangan yang terjadi pada seluruh balok

Castella.




Gambar 4.3 Hasil Analisis SAP2000 pada balok Castella

Pemodelan SAP2000 kurang

merepresentasikan kondisi nyata benda uji. Seperti yang telah disebutkan pada

pembahasan mengenai analisis SAP2000,

diketahui bahwa pemodelan dilakukan dengan mengabaikan adanya sambungan las

serta analisis yang digunakan adalah analisis

linier sehingga tidak terjadi puntir pada

benda uji. Hal ini lah yang menyebabkan hasil analisis SAP2000 jauh lebih besar,

karena pada SAP2000 tidak mengenal

adanya tekuk puntir, sedangkan kenyataannya pada benda uji terjadi puntir.

5. SIMPULAN

Dari hasil analisis, diperoleh simpulan

sebagai berikut:

1. seharusnya penelitian mengenai kapasitas lentur balok Castella ini

menghasilkan peningkatan sesuai

dengan penelitian sebelumnya. Akan tetapi, pada percobaan kali ini tidak

ditemukan peningkatan. Rasio momen

kritis yang terjadi pada balok Castella I

sebesar 0,83 , balok Castella II sebesar

0,54, dan balok Castella III sebesar 0,81,

2. tegangan kritis balok Castella juga tidak mengalami peningkatan. Hal ini dapat diketahui dari rasio tegangan

kritisnya yaitu 0,56 untuk balok

Castella I, 0,34 untuk balok Castella II

dan 0,53 untuk balok Castella III, 3. berdasarkan hasil analisis SAP2000

diketahui bahwa konsentrasi tegangan

yang terjadi pada balok Castella terletak pada pelat badan terutama pada

bagian sudut-sudut lubang,

4. tidak adanya peningkatan kapasitas disebabkan oleh terjadinya kegagalan dini yang dipicu oleh kesalahan pada

pengaturan benda uji, kegagalan

sambungan las, dan kesalahan pada proses pembuatan benda uji Castella.

6. SARAN

Berdasarkan hasil penelitian, terdapat

beberapa saran yang harus diperhatikan, yaitu:




1. Pada saat pembuatan benda uji

sebaiknya dilakukan oleh tenaga yang

sudah ahli untuk mengurangi kesalahan

pada proses pemotongan dan

pengelasan.

2. Proses pembuatan benda uji perlu

dipantau sedemikian rupa sehingga

tidak terjadi hal-hal yang tidak

diinginkan seperti penggunaan las yang

tidak sesuai dengan perencanaan.

3. Perlu adanya perhitungan mengenai

perlu atau tidaknya pemberian pengaku

pada bentang balok Castella serta jarak

pengaku. Hal ini dapat meningkatkan

kemampuan balok Castella dalam

menahan beban sehingga terlihat

adanya peningkatan kapasitas lentur

akibat modifikasi yang dilakukan.

4. Untuk penelitian selanjutnya dapat

dilakukan modifikasi seperti perubahan

variasi, baik dari ketinggian lubang

maupun jarak pengaku. Selain itu,

dapat pula dilakukan penelitian

mengenai balok Castella komposit

untuk membandingkan kekuatannya

dengan balok Castella pada umumnya.

5. Analisis dengan metode elemen hingga dapat dikembangkan dengan tidak hanya menggunakan progran SAP2000,

namun dapat menggunakan program

lain seperti ANSYS atau STADPRO

agar hasilnya dapat dibandingkan.

7. DAFTAR PUSTAKA

Adityo, R. Sindhu. (2006). Kapasitas Lentur

Gelagar Pelat Penampang I dan Penampang Dobel Delta Dengan Rasio

Tinggi terhadap Lebar 5.Tugas

Akhir.(Tidak Diterbitkan). Universitas

Islam Indonesia. Yogyakarta.

Blodgett, Omer W. (1966). Design of

Welded Structures. The James F

Lincoln Arc Welding Fondation.

Cleveland. Ohio. USA. Darmawan, Loa W. (1984). Konstruksi

Baja. Badan Penerbit Pekerjaan Umum.

Jakarta. Dewobroto, Wiranto. (2007). Aplikasi

Rekayasa Konstruksi Dengan SAP2000

Edisi Baru. PT.Garamedia. Jakarta.

McGuire, W. dan Gallagher, R.H. (1979). Matrix Structural Analysis. John Wiley

& Sons,Inc. Canada.

Salmon, C.G. dan Johnson, J.E.(1991). Struktur Baja Desain Dan Perilaku 2.

PT.Gramedia Pustaka Utama. Jakarta.

Setiawan, Agus. (2008). Perencanaan Struktur Baja Dengan Metode LRFD

(Berdasarkan SNI 03-1729-2002).

Erlangga. Jakarta.

Spiegel, L. dan Limbrunner, F.G. (1991). Desain Baja Struktural Terapan.

PT. Erecso. Bandung.

Suharjanto. (2005). Kajian Banding Numerik Kapasitas Dan Perilaku Balok

Baja Kastela Menggunakan Program

SAP2000.Jurnal Teknik Sipil,

Vol.13No.2, Edisi XXXII Juni 2005. Fakultas Teknik Universitas Janabadra.

Yogyakarta.

Suhendro, Bambang. (2000). Metode Elemen Hingga dan Aplikasinya.

Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik.

Universitas Gajah Mada. Yogyakarta. Suhendro, Bambang. (2000). Teori Model

Struktur Dan Eksperimental. Beta

Offset. Yogyakarta.

Timoshenko dan Gere, Hans J. Wospakrik. (1985). Mekanika Bahan Edisi Kedua

Jilid 1. Erlangga. Jakarta.

Yuliatni, Hendry Haika. (2007). Kapasitas Lentur Balok Castella Berdasarkan

Kondisi Batas Tekuk Lokal.Tugas

Akhir. (Tidak Diterbitkan). Universitas Islam Indonesia. Yogyakarta.

makalah kolokium.pdf

Documents