TUGAS AKHIR

STUDI PERILAKU JOIN BALOK CASTELLA – KOLOM BAJA AKIBAT BEBAN SIKLIK

DISUSUN OLEH :

ARIANTO

D111 09 259

JURUSAN SIPIL FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR2015

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis persembahkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tugas akhir dengan

judul “STUDI PERILAKU JOIN BALOK CASTELLA – KOLOM BAJA AKIBAT BEBAN SIKLIK”, sebagai salah satu persyaratan yang diajukan untuk menyelesaikan studi pada Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.

Tugas akhir ini disusun berdasarkan hasil penelitian dan pengujian yang dilakukan di Laboratorium Bahan dan Struktur jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin di Gowa, Laboratorium Mekanika Terapan di jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Kristen Indonesia Paulus.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penelitian serta penulisan tugas akhir ini tidak akan terlaksana sebagaimana yang diharapkan tanpa adanya bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini perkenankanlah penulis menghaturkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai setiap langkah kehidupan penulis, yang setia menjadi sumber kekuatan dan pengharapan yang abadi. Terima kasih untuk setiap kesempatan mengadu dan mengucap syukur untuk semua hal yang boleh terjadi.

2. Ayahanda Lolok Sarungallo dan Ibunda Lince untuk semua kasih sayang yang selalu diberikan, untuk semua doa yang selalu teruntai, untuk semua dukungan moral dan materil yang tidak akan pernah mampu ananda balas.

3. Bapak Prof. Dr.Ing. Herman Parung, M.Eng., selaku pembimbing I, Ibu Dr.Eng.Hj. Rita Irmawaty,ST. MT., selaku pembimbing II, untuk semua kesabaran selama membimbing dan mengarahkan penulis dari awal penelitian hingga selesainya semua tahap penulisan dan pemaparan hasil penelitian.

4. Saudara-saudaraku: Andre, Lisa Lolok, dan Jefri Sarungallo, untuk semua dukungan yang selalu kalian berikan dan untuk semua permohonan yang tak pernah lupa kalian sisipkan dalam setiap doa.

5. Pak Yunusmara, Ibu Suri dan Ramin sebagai teman seperjuangan dari awal memulai penelitian ini, selama masa penyusunan laporan dan akhirnya boleh bersama-sama menyelesaikan pemaparan hasil penelitian ini. Terima kasih untuk kesempatan dimana penulis boleh belajar dan bekerja bersama dengan kalian, hingga akhirnya boleh bersama-sama kembali mengucap syukur untuk semua hal yang telah kita perjuangkan.

6. Deril, dan teman-teman civilkozongzembilan; Ray, Ely, Apri, Louis, Boni, Septi, Isak dan semua teman-teman sipil angkatan 2009. Terima kasih untuk semua tetes keringat, air mata, tenaga, waktu dan kebersamaan yang sudah kita habiskan bersama-sama tidak hanya selama penelitian di laboratorium, namun di setiap detik kehidupan kita di kampus merah dari awal menjadi maba hingga sekarang kita menjadi mantan maba.

7. Semua dosen dan pegawai Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, semua peneliti dan Pak Karel Tikupadang, ST. di Laboratorium Mekanika Terapan Universitas Kristen Indonesia Paulus serta kakak-kakak senior dan adik-adik Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, untuk semua bantuan dan kerjasama selama penyelesaian tugas akhir ini.

8. Serta seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu karena begitu banyaknya bantuan, dukungan dan doa yang penulis terima selama penyelesaian tugas akhir ini.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyusunan laporan ini masih terdapat banyak celah kekeliruan dan kekurangan. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih atas setiap koreksi, saran, masukkan maupun petunjuk yang bersifat konstruktif untuk kelanjutan penyusunan yang jauh lebih baik.

Akhir kata, penulis berharap dengan selesainya penulisan dan penyusunan tugas akhir ini maka dapat memberikan manfaat yang sebesar-besarnya bagi peningkatan pengetahuan semua pihak yang turut membaca, khususnya dalam bidang struktur dan bagi pembangunan dunia ketekniksipilan secara umum.

Makassar, Juni 2015

Penulis

Abstrak

Castellation adalah proses memotong badan baja profil dengan pola zig-zag dimana setengah bagian profil baja yang telah dipotong disambung dengan cara digeser atau dibalik (ujung kanan di las dengan ujung kiri, dan sebaliknya) sehingga membentuk lubang berbentuk polygonal. Perilaku balok kastella dengan pembebanan monotonik telah banyak dikembangkan oleh para peneliti, tetapi hasil penelitian yang dihasilkan belum bisa digunakan untuk mendesaian elemen struktur pada bangunan bertingkat yang menerima beban gempa sehingga diperlukan suatu penelitian dalam bentuk eksperimental dalam laboratorium terhadap balok kastella yang dibebani beban siklik. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kapasitas beban siklik yang mampu dipikul oleh suatu balok baja kastella dan mengidentifikasi tipe kerusakan yang terjadi pada balok baja kastella pada saat pembebanan. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Bahan dan Struktur Teknik Sipil Universitas Hasanuddin di Kabupaten Gowa. Model penelitian berupa studi eksperimen terhadap 2 balok normal IWF 200 (kiri dan kanan) dan 2 balok kastella (kiri dan kanan) panjang 2 meter yang disambungkan pada kolom baja dengan pembebanan siklik. Dari hasil penelitian diperoleh : 1) Dari hubungan beban dengan lendutan diperoleh

peningkatan kekuatan balok kastella sebesar 43,33 % dari kekuatan balok baja IWF 200 pada lendutan 7,2 mm. 2) Dari hubungan tegangan dengan regangan diperoleh peningkatan kekuatan balok kastella sebesar 41,10 % dari kekuatan balok baja IWF 200 pada kondisi leleh. 3) Tekuk badan balok kastella mengalami penurunan 14,7 % dibanding balok baja IWF 200.

Kata kunci: balok baja IWF 200, balok kastella, balok kolom, pembebanan siklik.

Abstract

Castellations is a process of cutting the web of profile steel with a zig-zag pattern where half of the profiles steel that have been cut should be by sliding or reversed (right end in welding with the left end, and vice versa) to form a polygonal shaped hole. Castella beam behavior with monotonic loading has been developed by researchers, but the research results generated can not be used for structural elements mendesaian multistory buildings that receive seismic load so we need a form of experimental research in the laboratory against castella beam encumbered cyclic loading. This study aims to determine the cyclic load capacity capable carried by a steel beam Kastella and identify the type of damage that occurs in Kastella steel beams at the time of loading. This research was conducted in the Laboratory of Materials and Structures in Civil Engineering , Hasanuddin University in Gowa . Model experimental research is a study of the two beams normal IWF 200 ( left and right ) and 2 castellated beams ( left and right ) 2 -meter length attached to a steel column with cyclic loading . The results were obtained : 1 ) From the relationship with the load beam deflection obtained by increasing the strength of Castella for 43.33 % of the strength of the steel beam deflection IWF 200 at 7.2 mm . 2 ) From stress to strain relationship obtained by increasing the strength of the beam Castella amounted to 41.10 % of the strength of steel beams IWF 200 on melting conditions . 3 ) Bend the beam body castella decreased 14.7 % compared to a steel beam IWF 200 .

Keywords: steel beams IWF 200, Castela beams, beam-column, cyclic loading.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR i

DAFTAR ISI iii

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR LAMPIRAN ix

LEMBAR PENGESAHAN x

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Rumusan Masalah 3

1.3 Tujuan Penelitian 4

1.4. Batasan Masalah 4

1.5. Manfaat Penelitian 5

1.6. Sistematika Penulisan 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Hasil Penelitian Sebelumnya 7

2.2 Sifat - Sifat Baja 8

2.3 Momen Inersia 11

2.4. Balok Baja Castella 11

2.4.1 Desain Balok Baja Castella 12

2.5Sifat Aksi Umum Balok 14

2.6Sifat Perluasan Girder 17

2.7 Tekuk Elastik Pada Balok 19

2.8 Tegangan Lentur Balok Baja Castella 21

2.9 Join Balok – Kolom Baja 23

2.10 Kegagalan Dalam Balok Baja Castella 24

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Umum 26

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian 26

3.3 Jenis Penelitian dan Sumber Data 26

3.4 Skema penelitian 27

3.5 Desain Penelitian 27

3.6 Metode Pengujian 29

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Karakteristik Material 31

4.2 Joint Balok Normal IWF 200 - Kolom 32

4.3 Joint Balok Castella - Kolom 36

4.4 Pengaruh Castellation Terhadap Balok Baja Normal IWF 200 39

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 42

5.2 Saran 42

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Idealisasi diagram tegangan regangan untuk baja struktural 9

Gambar 2.2 Baja Profil WF 11

Gambar 2.3 Bagian-bagian hexagonal balok kastela (Patrick Bardley, 2007) 12

Gambar 2.4 Proses cutting dan joining dari baja profil I ke balok baja castela 13

Gambar 2.5 Hubungan lendutan, kekakuan, dan regangan 15

Gambar 2.6 Penampang balok baja castella 17

Gambar 2.7 lokal buckling pada balok (a) sayap tertekan (b) badan tertekan 20

Gambar 2.8 Bidang momen dan geser akibat beban vertical pada balok castella (Blodgett,

Omer W., 1982) 21

Gambar 2.9 Gaya geser V1 dan V2 dibagi rata ke bagian Tsection atas dan Tsection bawah

(Blodgett, Omer W., 1982) 23

Gambar 2.10 Tekuk Badan (Redwood & Demirdjian, 1998) 25

Gambar 3.1 Skema penelitian 27

Gambar 3.2 Penampang melintang balok uji 28

Gambar 3.3 Kerangka pengujian balok kolom 28

Gambar 4.1 Pengujian tarik profil baja IWF 200.100.8.5,5 32

Gambar 4.2 Grafik hubungan beban (KN) dan lendutan (mm) pada balok IWF

200…………………………………………………………….. 33

Gambar 4.3 Grafik hubungan tegangan dan regangan pada SFA2 34

Gambar 4.4 Grafik hubungan tegangan dan regangan pada SFB2 34

Gambar 4.5 Grafik hubungan tinggi badan dengan tekuk badan maksimum

pada balok baja normal IWF 200 35

Gambar 4.6 Grafik hubungan beban (KN) dan lendutan (mm) pada balok

baja castella 36

Gambar 4.7 Grafik hubungan tegangan dan regangan pada SFA2 27

Gambar 4.8 Grafik hubungan tegangan dan regangan pada SFB2 37

Gambar 4.9 Grafik hubungan tinggi badan dengan tekuk badan maksimum

pada balok baja castella 38

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Batas Lendutan Maksimum (δ) 17

Tabel 4.1 Hasil pengujian tarik profil baja IWF 200.100.8.5,5 31

Tabel 4.2 Tabel perbandingan peningkatan beban balok normal IWF

200 dengan balok Castella 40

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Foto-foto pelaksanaan penelitian

Lampiran 2 Evaluasi kelangsingan penampang dan tegangan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dewasa ini konstruksi baja merupakan suatu Alternatif yang menguntungkan dalam

pembangunan gedung dan struktur yang lainnya baik dalam skala kecil maupun besar. Hal ini

dikarenakan material baja mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan bahan konstruksi yang

lain. Seperti sifat baja dengan kekuatan yang tinggi sehingga struktur yang terbuat dari baja pada

umumnya mempunyai ukuran tampang yang relatif kecil dan proses pengerjaan yang relatif

lebih cepat.

Kebanyakan struktur bangunan dengan material baja menggunakan profil baja solid.

Profil solid ini sudah digunakan sejak awal perkembangan era struktur baja. Seiring dengan

perkembangannya dan mulai ditemukanya profil castella, penggunaan profil baja mulai lebih

beragam. Tetapi dibandingkan dengan profil baja solid. profil castella bisa menjadi solusi praktis

dalam pengerjaan konstruksi, karena karakteristiknya yang cukup menguntungkan.

Metode castella merupakan gagasan pertama kali dikemukakan oleh H.E. Horton dari

Chicago dan Iron Work sekitar tahun 1910. Dengan cara semacam itu maka balok dengan luas

yang sama akan menghasilkan modulus potongan dan momen inersia yang lebih besar. Namun

disisi lain dengan semakin tingginya balok maka kelangsingannya semakin meningkat sehingga

akan menurunkan tegangan kritisnya, atau akan menghasilkan tegangan kritis yang lebih kecil

dari pada tegangan lelehnya (fcr < fy). Jika fcr < fy maka profilnya akan cepat rusak, hal ini dapat

diatasi dengan cara memasang pengaku pada bagian pelat badannya.

Kebanyakan struktur bangunan dengan material baja memakai profil baja solid. Profil

solid ini sudah digunakan sejak awal perkembangan era struktur baja. Seiring dengan

perkembangannya dan mulai ditemukan-nya profil castella, penggunaan profil baja mulai lebih

beragam.

Tetapi dibandingkan dengan profil baja solid, profil baja castella bisa menjadi solusi

praktis dalam pengerjaan konstruksi, karena karakteristik-nya yang cukup menguntungkan. Baja

castella adalah profil baja I, H, atau U yang kemudian pada bagian badannya dipotong

memanjang dengan pola zig-zag. Kemudian bentuk dasar baja diubah dengan cara menggeser

atau membalik setengah bagian profil baja yang telah dipotong. Penyambungan setengah bagian

profil dengan cara dilas pada bagian “gigi-gigi”nya. Sehingga terbentuk profil baru dengan

lubang berbentuk segi enam (hexagonal), segi delapan (octogonal), dan lingkaran (circular)

(Johann Grűnbauer, 2001).

Balok baja castella dianalogikan sebagai Vierendeel truss yang dihasilkan dengan cara

menambah lebar balok menjadi lebih tinggi (H). (Jihad Dokali Megharief, 1997).

Profil castella mempunyai beberapa kelebihan diantaranya adalah (Megharief, 1997) :

1. Mempunyai momen inersia dan modulus section yang lebih besar sehingga lebih kuat dan

kaku bila dibandingkan dengan profil asalnya.

2. Mampu memikul momen lebih besar dengan tegangan ijin yang lebih kecil.

3. Bahannya ringan, kuat, serta mudah dipasang.

4. Mengurangi biaya erection (pengangkatan).

Profil castella juga mempunyai beberapa kelemahan (Megharief,1997) :

1. Kurang tahan api. Sehingga harus ditambah dengan lapisan tahan api 20% lebih tebal agar

mencapai ketahanan yang sama dengan profil awalnya.

2. Kurang kuat menerima gaya lateral.

3. Kurang kuat dalam menerima gaya geser

Dalam pemilihan tipe struktur dan material tidak hanya dituntut dalam segi kekuatan

menerima beban. Tetapi harus memiliki daya guna dan hasil guna yang seimbang. Studi

eksperimental ini diharapkan akan bermanfaat untuk menambah referensi bagi perencana yang

berminat menggunakan material baja. Karena dari beberapa penelitian terdahulu kelihatan

bahwa desain dari balok castella belum sampai pada tahap menentukan kemampuannya dalam

menerima beban siklik. Penelitian ini diharapkan mampu menjawab masalah tersebut.

1.2. Rumusan Masalah

Dari uraian latar belakang di atas dapat diambil perumusan masalah sebagai berikut :

1. Berapa kapasitas beban siklik yang mampu dipikul oleh suatu balok baja castella ?

2. Bagaimana tipe kerusakan terjadi pada balok baja castella pada saat pembebanan ?

1.3. Tujuan Penelitian

Terkait dengan masalah yang telah dirumuskan sebelumnya, maka tujuan yang ingin

dicapai dari penelitian ini adalah :

1. Menentukan kapasitas beban siklik yang mampu dipikul oleh suatu balok baja castella.

2. Mengidentifikasi tipe kerusakan yang terjadi pada balok baja castella pada saat pembebanan.

1.4. Batasan masalah

Untuk mencapai tujuan di atas, akan dilakukan penelitian uji eksperimental join balok

castella – kolom baja agar diketahui efek pembebanan siklik terhadap kapasitas beban

maksimum dan defleksi serta tekuk badan yang terjadi pada balok baja castella, yang dibatasi

pada hal-hal sebagai berikut :

1. Penelitian yang dilakukan adalah studi eksperimen terhadap join balok castella – kolom

baja. Baja yang digunakan pada penelitian ini adalah balok baja IWF 200.

2. Pengujian dilakukan dengan uji siklik.

3. Bentuk bukaan hexagonal dengan tinggi 0.6 H, panjang bukaan 9 cm dan sudut bukaan 60˚.

4. Tidak membahas tentang kekuatan las sambungan pada balok baja castella.

1.5. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui perilaku dari join balok castella – kolom baja akibat pembebanan siklik yang

dapat memenuhi persyaratan teknis seperti: lentur, lendutan, dan tekuk badan.

2. Mengetahui kapasitas beban siklik yang mampu dipikul oleh join balok castella – kolom

baja yang dapat dipergunakan dalam desain struktur bangunan baja.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pembahasan dalam penelitian ini, maka sistematika penulisan

penelitian disusun dalam lima bab. Adapun sistematika penulisan penelitian adalah sebagai

berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Menguraikan tentang latarbelakang masalah, rumusan masalah, maksud dan tujuan penelitian,

pokok bahasan dan batasan masalah serta sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Menyajikan teori-teori yang digunakan sebagai landasan untuk menganalisis dan membahas

permasalahan penelitian.

BAB III METODE PENELITIAN

Menjelaskan mengenai langkah-langkah atas prosedur pengambilan dan pengolaan data hasil

penelitian.

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Menyajikan data-data hasil penelitian di laboratorium, analisis data, hasil analisis data dan

pembahasannya.

BAB V PENUTUP

Menyajikan kesimpulan dan saran.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Hasil Penelitian Sebelumnya

Para peneliti terdahulu telah banyak melakukan studi eksperimen dan kajian teoretis

tentang balok castella dengan bentuk lubang heksagonal untuk mengetahui tegangan dan

defleksi pada balok. Dari hasil penelitian tersebut hampir semuanya terfokus pada bentuk

bukaan, yang berdasar pengalaman di lapangan pada umumnya terjadi konsentrasi tegangan

pada bagian sudut sehingga sering menimbulkan crack di daerah tersebut.

Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh Wakchaure M. R., Sagade A. V., Auti

V. (2012) pada balok baja castella dengan variasi kedalaman dari bukaan badan didapat beberapa

kesimpulan, yaitu :

1. Sampai dengan batas layan balok baja castella memiliki kekakuan hampir sama profil balok

aslinya.

2. Balok baja castella berperilaku baik untuk beban layan sampai dengan kedalaman bukaan

maksimum sebesar 0,6D.

3. Balok baja castella memiliki bukaan badan dengan efek lokal balok, peningkatan beban

menyebabkan balok akan gagal pada mode kegagalan yang berbeda, yang resistan terhadap

beban hingga kapasitas sebenarnya diperoleh.

4. Peningkatan efek Vierendeel sebagai kedalaman bukaan secara jelas diamati pada sudut dan

lebar bukaan badan.

Herman Parung dkk (2013) telah melakukan penelitian sebagai tindak lanjut dari

penelitian Wakchaure M. R., Sagade A. V., Auti V. (2012). Penelitian ini menggunakan profil

IWF 200 100 5.5 8 yang dipabrikasi menjadi balok castella berlubang segi enam (hexagonal),

tinggi bukaan 0,6 H, variasi sudut dan panjang bukaan dengan pembebanan monotonik. Hasil

penelitian menunjukkan sudut bukaan 600 dan panjang bukaan 9 cm memberikan hasil yang

optimal untuk bukaan segi enam (hexagonal).

Namun penelitian-penelitian sebelumnya kelihatan bahwa desain dari balok castella

hanya berfokus pada pembebanan monotonik, belum sampai menggunakan pembebanan siklik

untuk mengetahui perilaku balok dalam memikul beban gempa.

Tega

ngan

, kg/

cm

1.1.1 2.2 Sifat-Sifat Baja

Pengetahuan mengenai sifat-sifat baja merupakan keharusan apabila akan menggunakan

baja sebagai pilihan untuk suatu bagian struktur. Sifat mekanis yang sangat penting pada baja

dapat diperoleh dari uji tarik. Uji ini melibatkan pembebanan tarik sampel baja sampai

mengalami kehancuran dan bersamaan dengan itu dilakukan pengukuran beban dan

perpanjangan sehingga akan diperoleh tegangan dan regangan, yang dihitung dengan

menggunakan :

Tegangan = f tr=

PA ....................................................... (2.1)

Regangan = ε=

L1 -LO

LO ....................................................... (2.2)

Dimana :

f tr : Tegangan tarik yang dihitung (kg/cm2)

P : Beban tarik yang diberikan (kg)

A : Luas penampang melintang sampel tarik (cm2); Harga ini diasumsikan konstan

selama uji dilakukan; Pengurangan luas penampang diabaikan.

: Regangan

L1 - L0 : Perpanjangan atau perubahan panjang antara dua titik acuan pada sampel tarik

(cm).

L0 : Panjang semula di antara dua titik acuan (dapat berupa tanda berlubang) pada

sampel tarik sebelum dibebani (cm).

Tega

ngan

, kg/

cmRegangan

Batas Proporsional, f p

fy

p y

Baja tersebut tetap elastis bila tegangannya tidak melampaui harga di atas batas

proporsional yang disebut batas elastis. Dengan menambah bebannya, akan tercapai suatu titik

pada saat regangan bertambah untuk harga tegangan yang konstan, disebut tegangan leleh ( f y )

yaitu tegangan untuk daerah horisontal kurva tegangan-regangan. Bagian kurva mulai titik awal

sampai batas proporsional disebut daerah elastis. Pada dewasa ini, hampir semua baja struktural

didesain sedemikian rupa sehingga tegangan aktual di dalam elemen struktur tidak melebihi

tegangan izin, yaitu mempertahankan tegangan di dalam daerah elastis disebut desain tegangan

izin atau desain elastis. Pada desain demikian, hanya bagian kiri dari kurva tegangan-tegangan

yang diperlihatkan oleh desainer. Sekalipun demikian, masih ada daerah tegangan-regangan

yang dapat dialami oleh baja sebelum mencapai kekuatan tarik maksimum ( f u ) hingga

mengalami kegagalan tarik.

Ketika baja masuk ke dalam daerah plastis yaitu apabila melampaui batas proporsional,

regangan akan bertambah untuk tegangan yang konstan sebesar f y; Maka lama-kelamaan akan

tercapai suatu titik di mana kapasitas pikul bebannya bertambah yang disebut fenomena strain

hardening atau pengerasan regangan. Sekalipun desain elastis merupakan cara yang paling

sering, namun penggunaan desain yang mengijinkan sebagian dari elemen struktur mengalami

tegangan leleh, f y , dan regangannya ada di dalam daerah plastis disebut desain plastis. Dimana

untuk berbagai tujuan praktis hanya daerah elastis dan daerah plastis yang ditinjau karena

regangan dalam daerah pengerasan regangan sedemikian besar sehingga deformasinya terletak

dalam daerah yang tidak dapat diterima dalam desain.

Gambar 2.1. Idealisasi diagram tegangan regangan untuk baja struktural

Dalam diagram tegangan – regangan juga menunjukkan 2 (dua) fenomena yang tidak

kalah menariknya, yaitu : (1) Modulus Elastisitas, E (atau Modulus Young) yang besarnya

merupakan perbandingan antara tegangan dan regangan, dan kemiringan kurva tegangan –

regangan di dalam daerah elastis. E untuk semua baja struktural pada dasarnya sama, yaitu

2,0.105 Mpa.

2.3 Momen Inersia

Profil WF (Wide Flange) adalah salah satu profil baja struktural yang paling populer

digunakan untuk konstruksi baja. Profil ini terbagi dalam 3 bagian yang berbentuk persegi

seperti pada gambar 2.2. Dengan demikian perhitungan momen inersia baja ini menggunakan

rumus :

I=112

b h3 .........................................................................(2.3)

Gambar 2.2. Baja Profil WF

2.4 Balok Baja Castella

Castellation adalah proses memotong badan profil dengan pola zig-zag yang dicetak

menggunakan hot-rolled (cetakan panas) berbentuk H, I, atau U. Setengah bagian profil baja

yang telah dipotong disambung dengan cara digeser atau dibalik (ujung kanan di las dengan

ujung kiri, dan sebaliknya) sehingga membentuk lubang berbentuk polygonal. Hal ini

mengakibatkan bertambahnya tinggi (h) dan tinggi daerah pemotongan (d).

Di bawah ini merupakan bagian-bagian dari balok baja castella :

Web-Post : Luas solid dari balok baja kastella.

Castellation : Luas yang sudah mengalami pelubangan (hole).

Throat Width : Perpanjangan horisontal dari potongan “gigi” bawah profil.

Throat Depth : Tinggi daerah profil potongan “gigi” bawah sampai sayap profil.

Gambar 2.3 Bagian-bagian hexagonal balok castella (Patrick Bardley, 2007)

2.4.1 Desain Balok Castella

Profil castella ini dibuat secara ekonomis dengan menggunakan suatu profil baja yang

dipotong secara simetris arah zig-zag sepanjang garis tengah profil. Dimulai pemotongan secara

mendatar, pada bagian bawah dengan panjang tertentu kemudian naik dengan sudut dan

ketinggian tertentu, kembali memotong secara mendatar, turun lagi dengan sudut dan ketinggian

tertentu, kembali pemotongan secara mendatar dengan panjang yang sama. Pemotongan

dilakukan secara terus menerus dengan cara yang sama sehingga mencapai panjang batang (L)

yang diinginkan. Selanjutnya sisi potongan terluar ditemukan dan disatukan dengan teknik

pengelasan, sehingga akan didapatkan profil yang lebih tinggi dari sebelumnya, dan berlubang

Bottom Tee Web Post Weld

Castellation

Top Tee

Web Post

Width of Throat

pada bagian badan (open-web expanded beam), Proses cutting dan joining dari baja profil I ke

balok baja castella bisa terlihat pada Gambar 2.4

Gambar 2.4 Proses cutting dan joining dari baja profil I ke balok baja castella

Memulai desain dengan balok IWF standar yang lebih ringan balok baja castela

dirancang untuk dapat memikul beban yang lebih besar. Untuk desain struktur bangunan

pemanfaatan bagian lubang biasanya digunakan sebagai sistem pemipaan struktur, sistem

jaringan kabel elektrikal, dan sistem jaringan kabel telekomunikasi, sehingga pipa-pipa dan

kabel-kabel tidak mengurangi volume ruang dari struktur tersebut. Pada bangunan seperti hotel

atau perkantoran jarak antara lantai dan plafond dapat dikurangi, sehingga menghasilkan

ruangan yang lebih besar.

Selain pemanfaatan itu, balok castella ini juga menghasilkan sirkulasi udara untuk

kebutuhan mesin-mesin untuk struktur pabrik. Sistem pengelasan yang dilakukan, yaitu dengan

penggunaan “semi-automatic” las lengkung. Dengan sistem ini badan penampang dapat 100%

tersambung.

2.5 Sifat Aksi Umum Balok

Balok adalah suatu elemen struktur yang berfungsi mentransfer beban vertikal. Akibat beban

kerja vertikal ini, maka balok akan mengalami lenturan atau disebut sebagai elemen lentur.

Lentur yang terjadi pada balok akibat beban kerja (beban terpusat/beban merata) akan

menyebabkan bagian atas dari garis netral akan tertekan (terjadi perpendekan) dan bagian bawah

dari garis netral akan tertarik (terjadi perpanjangan).

Akibat beban kerja yang tegak lurus sumbu memanjang balok ini, maka penampang balok akan

mengalami kemungkinan-kemungkinan sebagai berikut :

1. Terjadi tegangan lentur (flexural strength) dan tegangan geser (shear strength).

2. Terjadi tekuk arah samping (lateral torsional buckling).

3. Terjadi lendutan (flexibility)

Menurut Gideon (1994), suatu balok dapat dibayangkan sebagai susunan sejumlah tak

berhingga serat atau batang tipis memanjang (longitudinal). Setiap serat diasumsikan beraksi

secara independen terhadap yang lain, yaitu, tidak ada tekanan lateral atau tegangan geser

diantara serat. Umumnya balok bahkan karena berat sendirinya akan terlendut ke bawah dan

serat-serat pada bagian bawah akan mengalami pemanjangan, sedang bagian bawah akan

mengalami pemendekan.

Perubahan panjang serat ini menghasilkan tegangan dalam serat. Bagian yang mengalami

pemanjangan mempunyai tegangan tarik dengan arah sumbu memanjang, sedang bagian yang

mengalami pemendekan akan terjadi tegangan tekan.

Gambar 2.5 Hubungan lendutan, kekakuan, dan regangan

0.5 dg

∆LL

ρ adalah jari-jari kelengkungan dari sumbu netral dan 0.5dg adalah jarak

antara sumbu netral ke serat bawah . Dari hubungan kesebangunan segitiga pada

Gambar tersebut diperoleh :

(2.4)

Berdasarkan Hukum Hooke :

(2.5)

(2.6)

Karena ,maka dengan w.0.5 dg =I ,hubungan antara jari-jari

kelengkungan, momen, modulus elastisitas danlendutan untuk beban dua titik persamaannya

adalah :

dimana:

Perbandingan ∆L/L menyatakan suatu regangan, sehingga selanjutnya akan

diperoleh :

atau (2.7)

dimana :

ρ : jari – jari kelengkungan dari sumbu netral (cm)

∆ : lendutan yang terjadi akibat pembebanan (cm)

L : panjang bentang (cm)

L1 : panjang bentang dari tumpuan ke titik pembebanan (cm)

P : beban (kg)

E : modulus elastisitas (kg/cm²)

0 .5 dgρ

=ΔLL

ε= fE

f =E . ε

1ρ= M

E . w . 0 .5 dgf = M

w

Δ= PL3

24 EIX ( 3 L1

L−4 L 13

L3 )ρ=(3 L2−4 L12 )24 Δ

1ρ= ε

0. 5 dgε=0 .5 dg

ρ

I : momen inersia (cm⁴)

Batas-batas lendutan untuk keadaan kemampuan-layan batas harus sesuai dengan

struktur, fungsi penggunaan, sifat pembebanan, serta elemen-elemen yang didukung oleh

struktur tersebut. Batas lendutan maksimum (δ) diberikan dalam Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Batas Lendutan Maksimum (δ)

Komponen struktur dengan beban tidak terfaktor

Beban tetap

Beban sementara

Balok pemikul dinding atau finishing yang getas

L/360 -

Balok biasa L/240 -Kolom dengan analisis orde pertama saja

h/500 h/200

Kolom dengan analisis orde kedua h/300 h/200Dengan syarat Δ < δ

2.6 Sifat perluasan girder

Berdasarkan buku Design of Welded Structures sifat perluasan grider pada balok baja

castella dapat ditentukan berdasarkan rumus berikut ini:

dg d

ds dT Cs

h

Gambar 2.6 Penampang balok baja castella

Menghitung titik berat pada penampang balok baja castella

(2.8)

(2.9)

dari rumus 2.8 dan 2.9, diperoleh titik berat penampang,yaitu :

(2.10)

(2.11)

Setelah diperoleh profil bukaan badan yang dirancang. Inersia profil dapat ditentukan.

Inersia yang dipakai seperti yang diuraikan sebelumnya adalah inersia pada bagian badan

yang berlubang (dua Tsection).

(2.12)

(2.13)

dg d

ds dT Cs

h

a t=¿ af +a w=¿ b. tf +d s . t w ¿¿

Ay =¿ a f (ds+ tf2 )+a w(ds

2 ) ¿

Cs= Aya t

d=2(h+Cs)

Iy=af (d s2+d s . tf + tf 2

3 )+a w . d s2

3It=Iy−Cs. Ay

(2.14)

Menghitung modulus penampang potongan balok baja castella

(2.15)

(2.16)

Dimana:

aw : Luas penampang badan (cm²)

af : Luas penampang sayap (cm²)

tw : Tebal badan (cm)

tf : tebal sayap (cm)

Cs : titik berat penampang grider (cm)

Iy : momen inersia (cm⁴)

It : momen inersia (cm⁴)

Ig : momen inersia balok baja castella (cm⁴)

Sb : modulus penampang potogan balok baja castella (cm³)

Ss,f : modulus penampang potongan bidang tarik-tekan balok baja castella (cm³)

2.7 Tekuk Elastik Pada Balok

Tegangan Normal Dalam Balok dan Momen Kapasitas

Untuk setiap balok yang mempunyai satu bidang simetri memanjang dan dikenai momen

tekuk M pada suatu penampang melintangnya, tegangan normal yang bekerja pada serat

memanjang pada jarak y dari sumbu netral balok diberikan dengan persamaan :

Ig=2 It+ at . d 2

2

S s , f = ¿c s

Sb=2 Igdg

f = M . yI (2.17)

Sehingga momen kapasitasnya yaitu :

M= f . I

y (2.18)

Dimana I menyatakan momen inersia penampang melintang terhadap sumbu netral.

Lokasi Sumbu Netral

Ketika aksi dalam balok masih dalam batas elastis, sumbu netral melewati centroid atau

pusat penampang melintang. Dengan demikian, momen inersia I yang muncul dalam persamaan

di atas untuk tegangan normal adalah momen inersia luasan penampang-melintang terhadap

sumbu yang melewati centroid penampang melintang balok.

Modulus Penampang

Pada serat terluar balok nilai koordinat y sering dinyatakan dengan simbol c. Dalam

kasus ini tegangan tekuk dapat dinyatakan dengan,

f = M .cI atau

f = MIc (2.19)

Rasio I/c disebut modulus penampang dan biasanya dinyatakan dengan simbol S.

Satuannya adalah m3. Dengan demikian tegangan tekuk maksimum dapat dinyatakan dengan

f = MS (2.20)

Local buckling (tekuk lokal) pada badan profil, seperti yang terlihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 lokal buckling pada balok (a) sayap tertekan (b) badan tertekan

(a) (b)

2.8 Tegangan Lentur Balok Baja Castella

Fungsi sayap pada balok memikul sebagian besar dari beban dan gaya-gaya internal yang

ada, kehilangan dari area badan tidak begitu mempengaruhi balok untuk memikul momen

selama tinggi tampang cukup untuk menghasilkan inersia yang diperlukan. Sedangkan, geser (D)

dan normal (N) yang dipikul pada badan harus diperhatikan (walaupun dalam perencanaan

seluruh gaya-gaya internal ditampung oleh sayap). Pada setiap bagian badan yang lubang, dua

Tsection akan berperan sebagai penahan gaya geser (D) dan gaya normal (N). Sehingga tinggi

Tsection akan sangat berpengaruh terhadap kemampuan layanan terhadap gaya geser dan

normal. Pada tengah bentang “b” (pada Gambar 2.7), gaya geser sangat kecil (pada Mmaks, D = 0)

dan mungkin hanya memiliki efek yang kecil terhadap kekuatan balok. Pada bagian “a” dimana

geser yang ada besar, gaya geser yang ada haruslah dapat menahan gaya geser tersebut.

Gambar 2.8 Bidang momen dan geser akibat beban vertical pada balok castella (Blodgett,

Omer W., 1982)

Kemampuan layanan terhadap geser seperti pada Gambar 2.9, umumnya titik bengkok

berada pada bagian atas dan bawah dari Tsection. Pada Tsection, dipengaruhi momen akibat

geser (yang diasumsikan berada pada bagian tengah penampang, tepat berada di tengah lubang),

diasumsikan terbagi rata antara dua buah Tsection. Sebenarnya, desain dan perilaku terhadap

geser pada bukaan badan (open-web) sama dengan Vierendeel truss.

Anggapan utama dalam melakukan desain balok baja castella adalah :

Bagian atas dan bawah pada balok diasumsikan menahan gaya tekan dan gaya tarik yang

timbul dari pembebanan yang dilakukan σ = M/Sb. Pada sepanjang bentang tetap

diasumsikan gaya tarik dan tekan yang terjadi ditransfer pada bagian Tsection. Untuk

dicatat, bahwa perlunya pengecekan untuk kemampuan layanan terhadap gaya-gaya lateral

pada bagian Tsection ini, dan penyebaran gaya-gaya tersebut ke kedua bagian Tsection

melalui sudut dan jarak yang dibentuk pada badan utuh ke badan yang memiliki lubang.

Geser vertikal yang ditahan oleh bagian badan yang utuh dan bagian yang lubang. Tentunya

bagian yang kritis adalah bagian yang mempunyai lubang. Oleh karena itu, analisa geser

vertikal dilakukan pada bagian Tsection.

Pada bagian lubang, geser vertikal (D) dibagi rata ke bagian atas dan bawah Tsection,

asumsikan ketinggian Tsection adalah sama.

Pada sepanjang bentang, momen inersia yang digunakan adalah momen inersia yang

dihasilkan oleh dua buah bagian Tsection.

Gambar 2.9 Gaya geser V1 dan V2 dibagi rata ke bagian Tsection atas dan Tsection bawah

(Blodgett, Omer W., 1982)

2.9 Join Balok – Kolom Baja

Bahan baja sebagai bahan bangunan, diproduksi dipabrik-pabrik peleburan dalam bentuk,

ukuran dan panjang tertentu sesuai dengan standar yang ditentukan. Oleh karena itu tidaklah

mungkin membangun suatu konstruksi secara monolit (dipabrikasi dicetak), akan tetapi terpaksa

dibangun dari elemen-elemen yang disambung satu persatu dilapangan. Suatu sambungan

merupakan sarana dimana beban-beban yang bekerja disalurkan. Untuk sambungan balok ke

kolom, beban-beban yang disalurkan meliputi gaya normal N, gaya lintang D dan momen M.

Setiap struktur baja merupakan gabungan dari beberapa komponen batang yang

disatukan dengan alat pengencang. Salah satu alat pengencang disamping las yang cukup

popular adalah baut terutama baut mutu tinggi. Deformasi yang terjadi pada sambungan antara

balok-kolom pada struktur baja yang menggunakan sambungan baut akan mempengaruhi

kekakuan struktur, sehingga akan berpengaruh pada momen lentur yang terjadi.

2.10 Kegagalan Dalam Balok Baja Castella

Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya, maka kegagalan dalam balok baja castella

disebutkan sebagai berikut :

1. Vierendeel atau Mekanisme Gaya Geser

Mekanisme ini berbanding lurus dengan tegangan geser yang cukup tinggi pada balok.

Sendi plastis terjadi pada ujung balok (reentrant corners) pada lubang dapat merubah

bentuk bagian T (tee section) menjadi seperti jajaran genjang (parallelogram mechanism).

2. Mekanisme Lentur Toprack &

Cook (1959) dan Halleux (1967) menyimpulkan bahwa titik leleh yang terjadi pada bagian

T (tee section) bagian atas dan bawah pada ujung awal (bukaan) profil balok baja kastela

hampir sama dengan profil WF solid pada kondisi under pure bending forces.

3. Tekuk Torsi Lateral

Nethercot dan Kerdal (1982) menyimpulkan bahwa pada bukaan badan (web opening)

mempunyai efek yang diabaikan pada tekuk torsi lateral pada balok-balok yang telah

mereka uji.

4. Keruntuhan Pertemuan Las

Las pada jarak antara lubang yang satu dengan yang lainnya (e) dapat mengalami rupture

(putus) ketika tegangan geser horisontal melebihi kekuatan leleh dari pengelasannya

(welded joint) (Husain dan Speirs 1971).

5. Tekuk Bukaan Badan akibat Gaya Tekan

Kegagalan ini disebabkan oleh beban terpusat yang secara langsung dibebankan melebihi

badan (web-post). Kegagalan ini dapat dicegah bila penggunaan pengakunya diperkuat

untuk menahan gaya tersebut.

Gambar 2.10 Tekuk Badan (Redwood & Demirdjian, 1998)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Umum

Sesuai dengan tujuan dari penelitian ini yaitu mengetahui perilaku dari join balok castella

– kolom baja akibat beban siklik, menentukan kapasitas beban siklik yang mampu dipikul oleh

suatu balok baja castella, dan mengidentifikasi tipe kerusakan terjadi pada balok baja castella

pada saat pembebanan.

Model penelitian berupa studi eksperimen terhadap join balok castella – kolom baja

dengan pengujian yang dilakukan secara uji siklik.

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Bahan dan Struktur jurusan Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin di Gowa dengan waktu penelitian mulai bulan 22 Juli

2014 s/d 25 September 2014

3.3 Jenis Penelitian dan Sumber Data

Adapun jenis penelitian yang digunakan adalah eksperimen laboratorium. Menurut Moh.

Nazir, Ph.D (1988) observasi di bawah kondisi buatan (artificial condition), dimana kondisi

tersebut dibuat dan diatur oleh peneliti, dengan demikian penelitian eksperimental adalah

penelitian yang dilakukan dengan mengadakan manipulasi terhadap obyek penelitian serta

adanya kontrol, dengan tujuan untuk menyelidiki ada-tidaknya hubungan sebab akibat serta

berapa besar hubungan sebab akibat tersebut dengan cara memberikan perlakuan-perlakuan

tertentu pada beberapa kelompok eksperimen dan menyediakan kontrol untuk perbandingan.

3.4 Skema Penelitian

1.2

Gambar 3.1 Skema penelitian

3.5 Desain Penelitian

Skema penelitian diperlihatkan pada gambar 3.1, desain penelitian dibagi atas 3 (tiga)

tahap yaitu :

KESIMPULAN

TAHAP III ANALISIS

DATA

TAHAP II PEMBUATAN DAN PENGUJIAN BENDA UJI

Pembuatan balok baja castella

Pengujian Join Balok Castella – Kolom Baja

Akibat Beban Siklik

TAHAP I PEKERJAAN PERSIAPAN Studi pustaka

Persiapan peralatan penelitian

a. Tahap Pertama yaitu pekerjaan persiapan yang meliputi studi pustaka. Kemudian persiapan

penelitian meliputi penyiapan bahan material dasar yakni baja solid IWF dan persiapan

peralatan yang akan digunakan dalam pengujian.

b. Tahap kedua meliputi proses pembuatan dan pengujian benda uji. Pembuatan dan pengujian

benda uji direncanakan berdasarkan parameter-parameter yang menentukan karakteristik

join balok castella – kolom baja.

Gambar 3.2 Penampang melintang balok uji

Gambar 3.3 Kerangka pengujian balok kolom

c. Tahap ketiga yaitu mempelajari data yang telah diperoleh di laboratorium. Data percobaan

dianalisa untuk mengetahui kapasitas kekuatan dari join balok castella kolom baja akibat

beban siklik.

3.6 Metode Pengujian

Kerangka pengujian akan diletakkan di atas lantai beton bertulang dan diperkuat dengan

baut. Peralatan yang dibutuhkan untuk memasang kerangka dan balok uji serta peralatan lainnya

yang diperlukan dalam pengujian sebagai berikut :

1 Crane

2 Strain gauge.

3 LVDT (Linear Variable Displacement Transducer)

4 Alat uji pembebanan.

Peralatan pengujian yang diperlukan terdiri dari :

1) Actuator (horizontal jack), untuk memberi beban.

2) Load cell, untuk mengetahui besar beban yang diberikan oleh hydraulic ram.

3) Hydraulic ram, berfungsi sebagai jack pemberi beban

4) Spherical Bearing, untuk menjadikan beban yang diberikan hydraulic ram menjadi

terpusat pada satu titik.

5) Data logger dan swithing box, untuk merekam secara serempak dan otomatis data

yang diukur oleh strain gauge, LVDT, dan load cell.

Beban siklik diberikan dalam bentuk displacement-controlled pada ujung kolom bagian

atas, di mana besarnya deformasi yang diberikan serta jumlah cycle disesuaikan dengan hasil

pretest analysis untuk menentukan yield displacement. Besarnya displacement maksimal,

tergantung kepada besarnya pengurangan kekuatan benda uji, tetapi secara umum biasanya

pembebanan akan dihentikan jika sudah terjadi pengurangan kekuatan sekitar 20 – 30 persen.

Pengambilan data selama pengujian selain data yang terekam pada data logger dan swithing box,

pengambilan data juga dilakukan pengamatan secara visual seperti tekuk sayap, tekuk badan dan

keruntuhan.

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Karakteristik Material

Pada penelitian ini, benda uji berupa balok baja normal (IWF 200) dan balok baja

castella. Balok normal yang digunakan adalah balok baja profil IWF 200. 100. 8. 5,5.

Sedangkan balok castella dibentuk dari balok baja profil IWF 200. 100. 8. 5,5. Adapun

pengujian material benda uji antara lain:

a. Uji tarik baja profil

Pengujian ini meliputi pengujian kuat tarik profil baja dilakukan terhadap satu buah

spesimen dengan ukuran plat Ø 12,5 mm yang diperlihatkan Gambar 4.1. Hasil

pemeriksaan kuat tarik profil baja IWF 200.100.8.5,5 dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1. Hasil pengujian tarik profil baja IWF 200.100.8.5,5

Sampel Platy u Pmax E

(N/mm²) (N/mm²) N Mpa

Ø 12,5 247,4 372,3 29.04 200000

Gambar 4.1. Pengujian tarik profil baja IWF 200.100.8.5,5

Pengujian tarik baja tulangan dilakukan di laboratorium teknik mesin UKI – Paulus

Makassar dengan menggunakan alat Tensile Mechine kapasitas 4500 KN seperti

pada Gambar 4.1.

4.2. Joint Balok Normal IWF 200 – Kolom

a. Hubungan beban dengan lendutan

Dalam pengujian terhadap balok normal IWF 200, diperoleh data hubungan

beban dengan lendutan yang disajikan pada grafik dibawah ini.

-30 -20 -10 0 10 20 30

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

Beb

an P

(KN

)

Lendutan Δ (mm)

Gambar 4.2. Grafik hubungan beban (KN) dan lendutan (mm) pada balok IWF 200.

Dari grafik pada gambar 4.2. diketahui bahwa beban maksimum yang diberikan pada

balok normal IWF 200 dengan pengujian secara siklik adalah 30,00 KN (tekan) dengan

lendutan yang dihasilkan sebesar 7,2 mm dan 30,60 KN (tarik) dengan lendutan yang

dihasilkan sebesar 7,49 mm.

Grafik ini juga menunjukkan bahwa lendutan terbesar yang terjadi pada balok baja

normal IWF 200 adalah 15,2 mm yang terjadi pada pembebanan 26,2 KN (tekan) dan

20,6 mm yang terjadi pada pembebabanan 23,2 KN (tarik).

b. Hubungan tegangan dan regangan

Hubungan tegangan dengan regangan yag terjadi pada pengujian balok baja

normal IWF 200 dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500

-500-400-300-200-100

0100200300400500

ε (micro stain)

σ (M

Pa)

Gambar 4.3.

Grafik hubungan tegangan dengan regangan pada SFA2

-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

ε (micro stain)

σ (M

Pa)

Gambar 4.4.

Grafik hubungan tegangan dengan regangan pada SFB2

Dari grafik pada gambar 4.3 dan gambar 4.4, diketahui bahwa bagian balok baja

normal IWF 200 yang dekat dengan kolom (SFA 2 dan SFB2) mulai leleh pada

pembebanan -30,12 KN siklus ke 6.

c. Tekuk Badan

Dalam pengujian ini, tekuk badan diketahui dari LVDT yang dipasang ditengah badan

balok baja normal IWF 200. Tekuk badan maksimum yang terjadi pada balok baja

normal IWF 200 adalah 40,8 mm.

Hubungan tinggi badan terhadap tekuk vertikal yang terjadi pada badan balok baja

normal IWF 200 akibat beban siklik diperlihatkan pada gambar dibawah ini.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

NB

TIN

GGI B

ADAN

(mm

)

TEKUK BADAN (mm)

Gambar 4.5. Grafik hubungan tinggi badan dengan tekuk badan maksimum pada

balok baja normal IWF 200.

4.3. Joint Balok Castella – Kolom

a. Hubungan beban dengan lendutan

Dalam pengujian terhadap balok baja castella, diperoleh data hubungan beban

dengan lendutan yang disajikan pada grafik dibawah ini.

`

-30 -20 -10 0 10 20 30

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

Lendutan Δ (mm)

Beba

n P

(KN)

Gambar 4.6. Grafik hubungan beban (KN) dan lendutan (mm) pada balok baja

castella

Dari grafik pada gambar 4.6. diketahui bahwa beban maksimum yang diberikan

pada balok baja castella dengan pengujian secara siklik adalah 60,75 KN (tekan) dengan

lendutan yang dihasilkan sebesar 10,21 mm dan 61,5 KN (tarik) dengan lendutan yang

dihasilkan sebesar 10,7 mm. Grafik ini juga menunjukkan bahwa lendutan

terbesar yang terjadi pada balok baja castella adalah 17,2 mm yang terjadi pada

pembebanan 50 KN (tekan) dan 24,6 mm yang terjadi pada pembebabanan 45,5 KN

(tarik).

b. Hubungan Tegangan dengan Regangan

Hubungan tegangan dengan regangan yag terjadi pada pengujian balok baja

castella dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

-8000-6000

-4000-2000 0

20004000

60008000

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

ε (micro stain)

σ (M

Pa)

Gambar 4.7. Grafik hubungan tegangan dengan regangan pada SFA2

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

ε (micro stain)

σ (M

Pa)

Gambar 4.8. Grafik hubungan tegangan dengan regangan pada SFB2

Dari grafik pada gambar 4.7 dan gambar 4.8, diketahui bahwa bagian balok baja

castella yang dekat dengan kolom (SFA 2 dan SFB2) mulai leleh pada pembebanan

+47,5 KN siklus ke 5.

c. Tekuk Badan

Dalam pengujian ini, tekuk badan diketahui dari LVDT yang dipasang ditengah badan

balok baja castella. Tekuk badan maksimum yang terjadi pada balok baja castella adalah

34,8 mm.

Hubungan tinggi badan terhadap tekuk vertikal yang terjadi pada badan balok baja

castella akibat beban siklik diperlihatkan pada gambar dibawah ini.

0 10 20 30 40 50 600

20406080

100120140160180200220240260280300

CB

TIN

GGI B

ADAN

(mm

))

TEKUK BADAN (mm)

Gambar 4.9. Grafik hubungan tinggi badan dengan tekuk badan maksimum pada

balok baja castella

4.4. Pengaruh Castellation Terhadap Balok Baja Normal IWF 200

a. Berdasarkan hubungan Beban dengan Lendutan

Besar pengaruh castellation terhadap balok baja normal dapat diiketahui dengan

membandingkan besar lendutan yang dihasilkan pada setiap pembebanan yang diberikan.

Dari gambar 4.2 dan gambar 4.6 diketahui bahwa untuk menghasilkan lendutan yang

hampir sama dibutuhkan beban yang sangat berbeda. Hal ini ditunjukkan dari pengujian

balok normal IWF 200, untuk menghasilkan lendutan 7,2 mm dibutuhkan beban sebesar

30 KN. Sedangkan dari pengujian balok castella dimana untuk menghasilkan lendutan

7,1 mm dibutuhkan beban sebesar 43 KN. Dengan demikian, castellation dapat

meningkatkan kekuatan balok baja sebesar 43,33% dari beban semula. Peningkatan

beban setiap siklus dapat dilihat pada tabel 4.2.

Tabel 4.2. Tabel Perbandingan Peningkatan Beban Balok Normal IWF 200

dengan Balok Castella.

b.

Berdasarkan

hubungan

Tegangan

dan

Regangan

Dari hubungan tegangan dengan regangan yang terjadi pada balok baja normal

IWF 200 dan balok castella diketahui bahwa pada bagian yang dekat dengan kolom

(SFA2 dan SFB2) balok baja normal IWF 200 mulai leleh pada pembebanan -30,12 KN

siklus ke 6 sedangkan balok castella mulai leleh pada pembebanan +47,5 KN siklus ke 5.

Data ini menunjukkan bahwa castellation dapat meningkatkan kekuatan balok baja

sebesar 41,10% dari kekuatan semula.

c. Berdasarkan Tekuk Badan

Dengan membandingkan tekuk badan yang terjadi pada balok baja normal IWF

200 dengan balok baja castella, diketahui bahwa balok castella mengalami tekuk badan

maksimum yang lebih kecil yaitu 34,8 mm dengan beban siklik terbesar 61,5 KN

Siklus/Lendutan

Beban Balok Normal (KN)

Beban Balok Castella (KN)

Peningkatan Beban

(%)Tarik

(-)Tekan

(+)Tarik

(-)Tekan

(+)Tarik

(-)Tekan

(+)Siklus 1

(0.34 mm) 3,27 2,5 5,25 5,25 60,55 110Siklus 2

(1,65 mm) 8,52 8,75 12 12 40,96 37,14Siklus 3

(2,89 mm) 13 12,8 14,25 14,5 9,61 13,28Siklus 4

(4,35 mm) 20,75 20,5 25,75 25,73 24,09 25,51Siklus 5

(5,12 mm) 23,25 22,31 48 48,14 106,45 115,77Siklus 6

(6,87 mm) 27,58 27,5 53,5 52,37 93,98 90,43

dibanding tekuk badan maksimum yang terjadi pada balok baja normal IWF 200 sebesar

40,8 mm dengan beban siklik terbesar 30,6 KN.

Berdasarkan hasil pengujian ini diketahui besarnya tekuk badan yang terjadi pada

balok baja castella lebih kecil dengan beban siklik yang lebih besar, sedangkan pada

balok baja normal IWF 200 tekuk yang terjadi lebih besar dengan beban siklik yang

lebih kecil.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pengujian balok normal dan balok castella dengan pembebanan siklik

diperoleh kesimpulan sebagai berikut

1. Kapasitas beban maksimum balok castella mengalami peningkatan 100,98 % dari balok

normal. Beban maksimum yang terjadi pada balok normal 30,60 KN mengakibatkan tekuk

badan 40,80 mm, lendutan 7,49 mm sedangkan pada balok castella dengan beban

maksimum yang lebih besar 61,50 KN mengakibatkan tekuk badan dan lendutan yang lebih

kecil yaitu masing-masing 34,8 mm dan 10,70 mm.

2. Model kerusakan yang terjadi pada saat pengujian balok normal dan balok castella dengan

beban siklik yaitu mekanisme tekuk badan.

5.2 Saran

1. Berdasarkan analisis data yang diperoleh balok castella mengalami peningkatan kekuatan

dari balok normal sehingga dapat disarankan untuk dimanfaatkan pada bangunan tahan

gempa.

2. Sebaiknya dilakukan penelitian lanjutan terhadap balok baja castella khususnya profil baja

castella yang dibungkus beton pada bagian badan.

DAFTAR PUSTAKA

Apriyatno, Hendry., 2000. Pengaruh rasio tinggi dan tebal badan balok castella pada kapasitas lentur. Tesis Pascasarjana. Universitas Gajah Mada

Blodgett, W. Omer., 1982. Open-web expanded beams and Girders (castellated)., Design of welded structures , The James F. Lincoln Arc Welding Foundation.

Grunbauer, Johann., 2011. What Makes Castellated Beams So Desirable As a Constructional Element. (http://www.grunbauer.nl/eng/inhoud, diakses Pebruari 2011).

Hosain, M.U., and Spiers. W.G., 1971. Experiments on castellated steeI beams. Jurnal American Welding Society, Welding Research Supplement, 52:8, 329s-3428.

Nethercot. D.A., and Kerdai. D., 1982. Laterai-torsional buckling of casteliated bearns.Stmct. Engr, 60B:3, 53-6 1.

Parung, Herman, et al 2013. Experimental Study On Castellated Steel Beam Using Monotonic Loading, Prosiding Konferensi Nasional Pascasarjana Teknik Sipil (KNPTS), Bandung

Redwood R.G., and Demirdjian S., 1998. Castellated beam web buckling in Shear, Journal of Structural Engineering, American Society of Civil Engineers, 124(8): 1202-1207.

Sevak, Demirdjian., 1999. Stability of Castellated Beam Webs, Department of Civil Engineering and Applied Material, McGill University, Montreal, Canada

Setiawan, Agus., 2008. Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD,, Erlangga , Jakarta

Wakchaure, M.R., and Sagade A.V., 2012. Finite Element Analysis of Castellated Steel Beam, International Journal of Enggineering and Innovative Technology, Volume 2, Issue 1, July.

Wakchaure, M.R., Sagade, A.V., and Auti V., 2012. Parametric study of castellated beam with varying depth of web opening, International Journal of Scientific and Research Publications, Volume 2, Issue 8, August.

Lampiran 1. Foto-foto pelaksanaan penelitian

1. Pengukuran benda uji

2. Pemotongan profil normal

3. Balok normal yang telah dipotong

4. Balok yang dilas menjadi balok castella

5. Balok normal yang telah dipasangi pen penyambung

6. Kolom tengah

7. Balok castella

8. Pelaksanaan pengujian balok normal

9. Pelaksanaan pengujian balok normal

10. Pelaksanaan pengujian balok castella

11. Model kerusakan balok normal

12. Model kerusakan balok castella

Lampiran 2. Hasil analisa hitungan balok

PERHITUNGAN BALOK NORMAL

A. DATA BAHAN

Tegangan leleh baja (yield stress), fy = 240 MPa

Tegangan sisa (residual stress), fr = 70 MPa

Modulus elastik baja (modulus of elasticity), E = 200000 MPa

Angka Poisson (Poisson's ratio), u = 0,3

B. DATA PROFIL BAJA

Profil : WF 200.100.5,5.8

ht = 200 mm

bf = 100 mm

tw = 5,5 mm

tf = 8 mm

r = 0 mm

A = 2612 mm2

Ix = 17609322 mm4

Iy = 1335884 mm4

rx = 82,1 mm

ry = 22,6 mm

Sx = 176093 mm3

Sy = 26720 mm3

Berat : w = 208,881645 N/m

C. DATA BALOK KOLOM

Panjang elemen thd.sb. x, Lx = 1850 mm

Faktor reduksi kekuatan untuk aksial tekan, fn = 0,85

Faktor reduksi kekuatan untuk lentur, fb = 0,90

Faktor reduksi kekuatan untuk geser, ff = 0,75

D. SECTION PROPERTIES

G = E / [ 2 *( 1 + u ) ] = 76923 MPa

h1 = tf + r = 8,00 mm

h2 = ht - 2 * h1 = 184,00 mm

h = ht - tf = 192,00 mm

J = S[b*t3/3] = 2*1/3* bf * tf3 + 1/3* (ht - 2* tf) * tw3 = 44337,7 mm4

Iw = Iy * h2 / 4 = 1,231E+10 mm6

X1 = p / Sx * √ [ E * G * J * A / 2 ] = 16838,7 MPa

X2 = 4 * [ Sx / (G * J) ]2 * Iw / Iy = 0,0000983 mm2/N2

Zx = tw * ht2 / 4 + ( bf - tw ) * ( ht - tf ) * tf = 200152,0 mm3

Zy = tf * bf2 / 2 + ( ht - 2 * tf ) * tw2 / 4 = 41391,5 mm3

E. PERHITUNGAN KEKUATAN

1. MOMEN NOMINAL PENGARUH LOCAL BUCKLING

Kelangsingan penampang sayap, λ = bf / 2 tf = 6,25

Batas kelangsingan maksimum untuk penampang compact,

λ p = 170 / √ fy = 10,973

Batas kelangsingan maksimum untuk penampang non-compact,

λ r = 370 / √ ( fy - fr ) = 28,378

Momen plastis, Mp = fy * Zx = 48036480 Nmm

Momen batas tekuk, Mr = Sx * ( fy - fr ) = 29935810 Nmm

Momen nominal penampang untuk :

a. Penampang compact : λ ≤ λp

→ Mn = Mp

b. Penampang non-compact : λp < λ ≤ λr

→ Mn = Mp - (Mp - Mr) * (λ - λp) / ( λr - λp)

c. Penampang langsing : λ > λr

→ Mn = Mr * (λr / λ )2

λ < λp dan λ < λ r

Berdasarkan nilai kelangsingan sayap, maka termasuk penampang

compact

Momen nominal penampang dihitung sebagai berikut :

compact : Mn = Mp = 48036480 Nmm

non-compact : Mn = Mp - (Mp - Mr) * ( l - lp) / ( lr - lp) = - Nmm

langsing : Mn = Mr * ( lr / l )2 = - Nmm

Momen nominal untuk penampang : compact

Mn = 48036480 Nmm

3. MOMEN NOMINAL PENGARUH LATERAL BUCKLING

Momen nominal komponen struktur dengan pengaruh tekuk lateral, untuk a. Bentang pendek :

L ≤ Lp

→ Mn = Mp = fy * Zx

b. Bentang sedang : Lp < L ≤ Lr

→ Mn = Cb * [ Mr + ( Mp - Mr ) * ( Lr - L ) / ( Lr - Lp ) ] ≤ Mp

c. Bentang panjang : L > Lr

→ Mn = Cb * p/L*√ [E * Iy * G * J + ( p * E / L )2 * Iy *Iw] ≤ Mp

Panjang bentang maksimum balok yang mampu menahan momen plastis,

Lp = 1.76 * ry * √ ( E / fy ) = 1148 mm

fL = fy - fr = 170 MPa

Panjang bentang minimum balok yang tahanannya ditentukan oleh momen kritis tekuk torsi

lateral,

Lr = ry * X1 / fL * √ [ 1 + √ ( 1 + X2 * fL2 ) ] = 3851 mm

Momen plastis, Mp = fy * Zx = 48036480 Nmm

Momen batas tekuk, Mr = Sx * ( fy - fr ) = 29935810 Nmm

Panjang bentang thd.sb. y (jarak dukungan lateral),

L = Ly = 1850 mm

L > Lp dan L < Lr

Termasuk kategori : bentang sedang

PERHITUNGAN BALOK CASTELLA

A. DATA BAHAN

Tegangan leleh baja (yield stress), fy = 240 MPa

Tegangan sisa (residual stress), fr = 70 MPa

Modulus elastik baja (modulus of elasticity), E = 200000 MPa

Angka Poisson (Poisson's ratio), u = 0,3

B. DATA PROFIL BAJA

Profil : WF 305.100.14,5.8

` ht = 305 mm

bf = 100 mm

tw = 14,5 mm

tf = 8 mm

r = 0 mm

A = 5790,5 mm2

Ix = 64458363 mm4

Iy = 1406754,385 mm4

rx = 105,5 mm

ry = 15,6 mm

Sx = 422680 mm3

Sy = 28140 mm3

Berat : w = 782,402145 N/m

C. DATA BALOK KOLOM

Panjang elemen thd.sb. x, Lx = 1850 mm

Panjang elemen thd.sb. y ( jarak dukungan lateral ), Ly = 1850 mm

Faktor reduksi kekuatan untuk aksial tekan, fn = 0,85

Faktor reduksi kekuatan untuk lentur, fb = 0,90

Faktor reduksi kekuatan untuk geser, ff = 0,75

D. SECTION PROPERTIES

G = E / [ 2 *( 1 + u ) ] = 76923 MPa

h1 = tf + r = 8,00 mm

h2 = ht - 2 * h1 = 289,00 mm

h = ht - tf = 297,00 mm

J = S[ b * t3/3 ]=2 * 1/3 * bf * tf3 +1/3 *(ht - 2 * tf)*tw3 = 327817,5 mm4

Iw = Iy * h2 / 4 = 3,102E+10 mm6

X1 = p / Sx * √ [ E * G * J * A / 2 ] = 28401,5 MPa

X2 = 4 * [ Sx / (G * J) ]2 * Iw / Iy = 0,0000248 mm2/N2

Zx = tw * ht2 / 4 + ( bf - tw ) * ( ht - tf ) * tf = 540363,6 mm3

Zy = tf * bf2 / 2 + ( ht - 2 * tf ) * tw2 / 4 = 55190,6 mm3

E. PERHITUNGAN KEKUATAN

1. MOMEN NOMINAL PENGARUH LOCAL BUCKLING

Kelangsingan penampang sayap, λ = bf / 2tf = 6,25

Batas kelangsingan maksimum untuk penampang compact,

λp = 170 / √ fy = 10,973

Batas kelangsingan maksimum untuk penampang non-compact,

λr = 370 / √ ( fy - fr ) = 28,378

Momen plastis, Mp = fy * Zx = 129687270 Nmm

Momen batas tekuk, Mr = Sx * ( fy - fr ) = 71855600 Nmm

Momen nominal penampang untuk :

a. Penampang compact : λ < λ p

→ Mn = Mp

b. Penampang non-compact : λ p < λ ≤ λr

→ Mn = Mp - (Mp - Mr) * (λ - λp) / ( λr - λp)

c. Penampang langsing : λ > λ r

→ Mn = Mr * (λr / λ )2

λ < λ p dan λ < λ r

Berdasarkan nilai kelangsingan sayap, maka termasuk penampang compact

Momen nominal penampang dihitung sebagai berikut : compact : Mn =

Mp = 129687270 Nmm

non-compact : Mn = Mp - (Mp - Mr) * (λ - λp) / (λr - λp) = - Nmm

langsing : Mn = Mr * (λr / λ)2 = - Nmm

Momen nominal untuk penampang : compact Mn = 129687270 Nmm

3. MOMEN NOMINAL PENGARUH LATERAL BUCKLING

Momen nominal komponen struktur dengan pengaruh tekuk lateral, untuk a. Bentang pendek :

L ≤ Lp

→ Mn = Mp = fy * Zx

b. Bentang sedang : Lp < L ≤ Lr

→ Mn = Cb * [ Mr + ( Mp - Mr ) * ( Lr - L ) / ( Lr - Lp ) ] ≤ Mp

c. Bentang panjang : L > Lr

→ Mn = Cb * p / L*√ [E * Iy * G * J + ( p * E / L )2 * Iy * Iw ] ≤ Mp Panjang

bentang maksimum balok yang mampu menahan momen plastis,

Lp = 1.76 * ry * √ ( E / fy ) = 793 mm

fL = fy - fr = 170 MPa

Panjang bentang minimum balok yang tahanannya ditentukan oleh momen kritis tekuk torsi

lateral,

Lr = ry * X1 / fL * √ [ 1 + √ ( 1 + X2 * fL2 ) ] = 3961 mm

Momen plastis, Mp = fy * Zx = 129687270 Nmm

Momen batas tekuk, Mr = Sx * ( fy - fr ) = 71855600 Nmm

Panjang bentang thd.sb. y (jarak dukungan lateral), L = Ly =1850 mm

L > Lp dan L < Lr

Termasuk kategori : bentang sedang

Lampiran 3. Gambar detail alat

PERENCANAAN PORTAL UJI

GAMBAR PORTAL UJI

GAMBAR ALAT PEMBEBANAN

Pelat tebal 2 cm

Pelat Tebal 1.5 cm