judul penelitian - erepo.unud.ac.id

LAPORAN PENELITIAN

JUDUL PENELITIAN

PERILAKU ELEMEN BATANG BAJA RINGAN TYPE C DALAM

MENERIMA BEBAN TEKAN

PENELITI

IR. PUTU DESKARTA, MASc.

NIP. 196110251988031001

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

JANUARI 2018

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat Nya, sehingga kami

memiliki kesempatan untuk melakukan penelitian ini. Selanjutnya kami tim peneliti

mengucapkan banyak terimakasih kepada Bapak Rektor, Bapak Dekan Fakultas Teknik, dan

Bapak Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Udayana, yang telah memfasilitasi sehingga

kami mampu melakukan penelitian. Tak lupa kami sampaikan terimakasih pula pada para

pegawai lab material dan bahan yang telah memberikan bantuannya pada saat melakukan

penelitian. Semoga hasil penelitian ini bisa memberikan maanfaat bagi pihak-pihak yang

memerlukan dan dapat dijadikan bahan pertimbangan dalam pelaksanaan pengerjaan

struktur Baja Ringan. Kami mengharapkan penelitian ini dapat memberikan inspirasi bagi

praktisi teknik sipil untuk melakukan penelitian lanjutan yang sejenis guna mendapatkan

hasil yang lebih menyeluruh.

ii

PERILAKU ELEMEN BATANG BAJA RINGAN TYPE C DALAM MENERIMA

BEBAN TEKAN

ABSTRAK

Pemakaian baja ringan untuk struktur rangka atap sudah sangat banyak sekarang, karena

selain cepat pelaksanaannya juga awet dan harga yang hampir sama dengan pemakaian

kayu. Akan tetapi perilaku dari batang baja ringan masih belum umum dipahami seperti

layaknya perilaku batang kayu. Untuk itu maka akan dilakukan penelitian untuk mengetahui

perilaku dan kekuatan elemen batang baja ringan dan sambungan terhadap beban tekan. Ada

dua jenis variable yang ditinjau pada pengujian yaitu variasi dari kelangsingan dan variasi

dari pemberian pengaku pada sayap penampang. Untuk memvariasikan kelangsingan,

panjang batang divariasikan sedemikian sehingga didapat 5 variasi. Sedangkan untuk variasi

pengaku, setiap batang dikenakan 3 variasi yaitu; tanpa pengaku, satu pengaku dan tiga

pengaku yang ditempatkan sedemikian sehingga bentang antar pengaku sama.

Hasil pengujian tekan elemen batang memberikan informasi bahwa kuat tekan maksimal

yang dapat dicapai oleh penampang type C75 yang dipakai pada penelitian adalah sebesar

25 kN pada angka kelangsingan batang sebesar 50. Nilai ini tidak dapat ditingkatkan lagi ,

walaupun batang diperpendek, karena telah terjadi tekuk local pada badan penampang

sehingga beban tidak dapat ditingkatkan lagi. Penambahan pengaku pada sayap dapat

meningkatkan kuat tekan dari batang dengan kelangsingan besar. Untuk batang dengan

angka kelangsingan 150, peningkatan kuat tekan mencapai 50% terhadap batang tanpa

pengaku. Akan tetapi untuk batang dengan angka kelangsingan 50, pengaruh pengaku tidak

terlalu significan terhadap kuat tekannya. Prediksi kuat tekan secara teoritis hanya dapat

dilakukan untuk batang tanpa pengaku saja. Kuat tekan hasil experiment dibandingkan

dengan teoritis memberikan hasil yang lebih besar dengan selisih 5% sampai dengan 17%.

Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan rumus teoritis untuk memprediksi kuat tekan

batang berada pada sisi yang aman dengan keamanan antara 5% sampai 17%.

Kata kunci: Baja ringan, kelangsingan batang, kuat tekan.

iii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR …………………………………………………………… i

ABSTRAK …………………………………………………………… ii

DAFTAR ISI …………………………………………………………… iii

BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………………… 1

1.1 Latar Belakang …………………………………………………… 1

1.2 Rumusan Masalah …………………………………………………… 2

1.3 Tujuan Penelitian …………………………………………………… 2

1.4 Batasan Masalah …………………………………………………… 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………………… 4

2.1 Umum …………………………………………………… 4

2.2 Sifat-sifat Material dan Penampang .………………………………….. 4

2.3 Kuat Tekan Elemen Batang Baja Ringan …………………………… 5

2.4 Metoda Direct Strength …….………………………….…………... 6

2.4.1 Tekuk Lentur, Torsi dan TorsiLentur …………………………… 6

2.4.2 Tekuk Lokal …….………………………….…………... 7

2.4.3 Tekuk Distorsional …….………………………….…………... 7

2.5 Metoda Elemen ………….………………………… 7

2.6 Metoda Interaksi ………….………………………… 8

2.7 Metoda Finite Strip ………….………………………… 9

2.8 British Code BS 5950 ………….………………………… 9

2.9 Metoda AISC ………….………………………… 10

2.10 Metoda SNI 7971-2013 ………….………………………… 11

BAB III METODA PENELITIAN …………………………………………………….. 15

3.1 Rancangan Benda Uji …………………………………………………….. 15

3.2 Pengujian Tekan Elemen Batang …………………………………….. 16

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………………….. 18

4.1 Pengujian Tekan Elemen Batang …………………………………….. 18

4.2 Hasi dan Pembahasan …………………………………….. 19

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN …………………………………….. 28

5.1 Kesimpulan …………………………………….. 28

4.2 Saran-saran …………………………………….. 29

DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………….. 30

1

BAB 1.

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Dengan semakin langkanya material kayu untuk konstruksi bangunan, diiringi semakin

berkembangnya produk baja, kini telah banyak konstruksi bangunan khususnya rangka

atap, partisi dan plafon memakai material cold formed steel (CFS) atau istilah umumnya

baja ringan. Di Indonsia, pemakaian CFS untuk struktur kuda-kuda atap mulai

berkembang pesat semenjak tahun 2000. Dipilihnya material baja ringan tersebut karena

costnya yang berimbang dan bahkan bisa lebih murah dari menggunakan kayu kualitas

bagus. Selain dari itu keawetannya juga lebih baik dan umur dari konstruksinya lebih

lama dibandingkan dengan konstruksi kayu. Sepertihalnya dengan baja biasa, baja ringan

juga memiliki berbagai jenis penampang yang dapat digunakan untuk berbagai

kebutuhan. Namun perbedaan yang utama dari baja ringan ini adalah ketebalanya yang

kecil yaitu ± 0.8mm, jauh lebih kecil daripenampang baja biasa sehingga membuat dia

lebih ringan.

Untuk membangun sebuah konstruksi baja ringan, pemilik bangunan, perencana atau

kontraktor utama umumnya hanya bisa membeli produk jadi, tidak dapat terlibat dalam

perencanaan strukturnya. Perusahan-perusahan agen dari produsen material baja ringan

sudah menentukan disain strukturnya berdasarkan perhitungan yang mereka buat tanpa

kita dapat melakukan verifikasi. Hal ini diakibatkan karena informasi tentang perilaku

dari elemen batang baja ringan tidak bisa diketahui secara umum seperti halnya dengan

produk baja biasa, informasi tersebut merupakan rahasia dari perusahan.

Dijualnya produk baja ringan secara bebas memungkinkan bagi siapa saja untuk

membuat struktur baja ringan tanpa harus bergantung pada perusahan agen. Agar dapat

merencanakan struktur dan melakukan perhitungan untuk mendapatkan jenis dan ukuran

penampang yang akan dipakai maka diperlukan pengetahuan tentang perilaku dari

elemen struktur tersebut. Selain itu perlu juga diketahui bagaimana perilaku strukturnya

dalam menerima beban. Oleh sebab itu perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui

perilaku struktur baja ringan dan perilaku elemen batangnya dari elemen batang baja

2

ringan sehingga dapat dipakai sebagai acuan oleh siapa saja dalam merencanakan struktur

dari baja ringan.

Struktur baja ringan yang paling banyak dipakai adalah struktur untuk rangka atap atau

kuda-kuda. Rangka kuda-kuda merupakan struktur yang lebih mendekati pada struktur

rangka batang dimana elemen batangnya hanya mengalami gaya normal saja. Akan tetapi

karena elemen batang dari kuda-kuda khususnya batang tepi atas dan batang tepi bawah

umumnya dibuat menerus maka dapat terjadi moment pada joint-jointnya. Keruntuhan

sering terjadi pada joint tersebut karena penampangnya mengalami tekuk lokal. Untuk

memahami perilaku struktur kuda-kuda tersebut dan perilaku elemen elemen batangnya

dalam menerima beban maka akan dilakukan sebuah penelitian tentang perilaku struktur

rangka batang cold formed steel (baja ringan) terhadap beban tekan.

1.2 RUMUSAN MASALAH

Dari permasalahan diatas dapat dirumuskan:

1. Bagaimana perilaku elemen batang dalam menerima beban tekan dan berapa

kekuatan maksimum dari batang dan bentuk keruntuhaannya untuk kelangsingan

batang yang bervariasi.

2. Bagaimana pengaruh ketebalan penampang terhadap perilaku keruntuhan dari batang

tersebut.

3. Bagaimana kekuatan elemen batang yang didapat dari hasil pengujian tersebut

dihubungkan dengan hasil teoritis.

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan penelitian adalah:

1. Untuk mengetahui perilaku keruntuhan dan kekuatan elemen batang baja ringan

dalam menerima beban tekan dengan variasi kelangsingan elemen batang.

2. Untuk mengetahui perbandingan kekuatan dari elemen batang yang didapat dari hasil

penelitian terhadap hasil teoritis menggunakan formula SNI.

3

1.4 BATASAN MASALAH

Karena banyaknya cakupan penelitian yang bisa dilakukan maka penelitian ini hanya

dibatasi untuk;

1. Menggunakan baja ringan jenis propil C dengan ukuran 75x30x10x0,75.

2. Menggunakan variasi kelangsingan batang 50, 75, 100, 125, dan 150

4

BAB 2.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum

Baja ringan yang istilah asingnya disebut Cold Formed Steel adalah produk propil baja

yang dibentuk dari lembaran baja pelat tipis dengan ketebalan umumnya berkisar antara

0.5 mm sampai dengan 3,2 mm. Pembentukannya dilakukan dengan menekuk pelat baja

strip melalui alat cetak yang berupa roll dalam keadaan tempratur biasa (suhu ruang).

Pelat baja yang akan dicetak sebelumnya sudah dilapisi dengan lapisan galvanis atau

alumunium untuk mencegah korosi. Dengan dibentuknya pelat baja strip tersebut menjadi

batang dengan penampang berbentuk C, U atau Z membuatnya mampu dipakai sebagai

batang penerima beban seperti batang baja propil umumnya. Penampang berbentuk C dan

Z umumnya dipakai untuk elemen batang struktur rangka atap atau rangka kuda-kuda,

dimana sambungan batang atau jointnya dilakukan dengan menempelkan badan dari

batang-batangnya yang disatukan dengan skrup. Sedangkan penampang berbentuk topi

yang dinamakan hat section dipakai untuk gording. Berikut ini adalah gambar dari

penampang tersebut diatas.

2.2 Sifat-Sifat Material dan Penampang

Guna memenuhi efficiency dalam pemakaian bahan maka diproduksi penampang dengan

berbagai jenis ketebalan dan berbagai macam dimensi. Hasil experiment uji tarik

menunjukkan bahwa elemen yang lebih tipis memiliki tegangan leleh yang lebih besar

dibandingkan dengan yang tebal. Hal ini kearena pada proses pendinginan pelat baja,

pelat yang lebih tipis mendingin lebih cepat dengan pembentukan struktur yang lebih

halus dibandingkan dengan pelat yang tebal. Penelitian yang dilakukan oleh Mahmood,

et. Al, (2005) terhadap kuat tarik pelat yang diambil dari penampang dengan tebal 0,6mm

dan 1 mm menunjukkan hasil seperti pada tabel berikut ;

Tabel 2.1 Hasil uji tarik elemen pelat dari batang CFS

Penampang Topi Penampang Z Penampang C

5

Penampang σyex (Mpa) σuex (Mpa) σyn (Mpa) σun (Mpa) ε y (%) ε u (%)

Tebal 0,6mm 344 380 300 324 0,17 16.5

Tebal 1,0 mm 300 360 250 306 0,15 20

2.3 Kuat Tekan Elemen Batang Baja Ringan

Elemen batang dari struktur rangka baja ringan dalam menerima beban tekan dapat

mengalami tekuk lokal, distorsional atau tekuk global. Tekuk lokal adalah tekuk pada

pelat yang berbatasan dengan sayap pengaku, tekuk distorsional adalah tekuk pada

elemen sayap yang yang disertai dengan rotasi terhadap garis pertemuan dengan badan.

Tekuk global (tekuk Euler) menyertakan translasi seluruh elemen penampang, yang Jika

diikuti dengan rotasi maka dinamakan tekuk Lentur-Torsi.

Kwon dan Hancock (1992) melaporkan bahwa penampang canal tipis atau bentuk lain

yang memiliki sumbu simetri tunggal, seperti penampang topi dapat mengalami tekuk

distorsional ketika menerima gaya normal tekan. Menurut mereka formula Winter (1968)

dapat dipakai untuk memprediksi kuat tekan batang canal yang mengalami tekan.

Formula Winter itu dinyatakan sebagai berikut.

………….. (2.1)

Dimana; be = bagian efektif dari pelat dengan lebar b

Fy = tegangan leleh dari baja

σl = tegangan tekuk local elastic

Untuk memprediksi kuat tekan elemen yang mengalami tekuk distorsional, tegangan

tekuk local elastic (σl ) pada formula Winter diganti dengan tegangan tekuk distorsional

elastic ( σde ) sehingga persamaan 2.1 menjadi

untuk λ > 0.673 ………….. (2.2)

6

untuk λ < 0.673

Dengan;

2.4 Metoda Direct Strength

Metoda Directh Strenght (DSM) diusulkan oleh Schafer sebagai pendekatan untuk

memprediksi kuat tekan elemen kolom dari baja ringan. DSM ini menggunakan

perhitungan tekuk elastic memakai persamaan yang rasional. Metoda ini berdasarkan

pada kenyataan bahwa elemen batang tekan baja ringan dapat mengalami tiga bentuk

keruntuhan. Bentuk keruntuhan pertama adalah tekuk lentur, torsi atau lentur-torsi.

Bentuk kedua adalah tekuk local dan bentuk ketiga adalah tekuk distorsional. Berdasarka

DSM tersebut kuat tekan elemen batang baja ringan dapat dihitung dengan persamaan

berikut.

2.4.1 Tekuk Lentur, Torsi atau Lentur-Torsi

Untuk batang yang mengalami bentuk keruntuhan Tekuk Lentur, Torsi atau Lentur-Torsi

kuat tekan nominalnya ( Pne) dihitung dengan persamaan;

Untuk λc ≤ 1,5 yne PP )658.0(2cλ

………….. (2.3)

Untuk λc > 1,5 y

c

ne PP )877.0

(2

………….. (2.4)

Dengan

………….. (2.5)

Py = Ag Fy

Pcre = beban tekuk terkecil dihitung dari tekuk lentur, torsi atau lentur-torsi

2.4.2 Tekuk Lokal

Untuk batang yang mengalami keruntuhan Lokal, kuat tekan nominal nya (Pnl ) dihitung

dengan persamaan;

Untuk λl ≤ 0,776 Pnl = Pne ………….. (2.6)

7

Untuk λl > 0,776 ………….. (2.7)

Dengan

Pcrl = beban tekuk kritikal local elastis

2.4.3 Tekuk Distorsional

Kuat tekan nominal batang yang mengalami tekuk distorsional (Pnd) adalah

Untuk λd ≤ 0,561 Pnd = Py ………….. (2.8)

Untuk λd > 0,561 ………….. (2.9)

Dengan

Pcrd = beban tekuk kritikal distorsional elastis

Kuat tekan dari elemen batang adalah nilai yang terkecil yang didapat dari perhitungan

Pne, Pnl, Pnd. Metoda DSM ini terbukti cukup tepat untuk memprediksi kuat tekan batang

baja ringan yang kedua ujungnya sendi (Schaver 2002).

2.5 Metode Elemen

Metode elemen adalah cara yang paling sederhana untuk menghitung nilai pendekatan

beban tekuk local elastic elemen batang CFS. Metoda ini mengasumsikan setiap elemen

pelat yang membentuk penampang bertumpu sederhana pada sisinya. Selanjutnya

dihitung tegangan tekuk untuk setiap elemen kemudian diambil nilai yang paling kecil.

Penampang canal terdiri dari elemen pelat badan dan elemen sayap yang merupakan

elemen tertumpu pada dua sisinya (stiffened element) dan elemen lips (pelat ujung) yang

hanya bertumpu pada satu sisi (un-stiffened element). Dengan metoda elemen, tegangan

tekuk kritis pada setiap elemen pelat dari penampang tersebut adalah:

…………. (2.10)

8

Dengan;

E = Modulus Elastis

= Poisson.s ratio

t = tebal elemen pelat

w = lebar elemen pelat

k = koefisien tekuk sebagai berikut

k = 4 untuk stiffened elemen (pelat badan dan sayap)

k = 0,425 untuk un-stiffened elemen (pelat ujung)

Selanjutnya beban tekuk kritikal elastic dari batang adalah;

Pcrl = Ag * fcrl …………. (2.11)

2.6 Metoda Interaksi

Metoda interaksi adalah penyempurnaan dari metoda elemen, karena pada metoda

elemen, pelat dianggap bertumpu sendi pada kedua sisinya sedangkan pada metoda ini

pengaruh dari pelat pengakunya diperhitungkan dalam menentukan nilai k. Schafer, 2002

memberikan formula untuk menghitung nilai k yaitu sebagai berikut:

Untuk elemen sayap (flenge) koefisien tekuk k adalah;

untuk h/b ≥ 1

untuk h/b < 1 ………….. (2.12)

Untuk elemen badan koefisien tekuk k adalah:

untuk h/b < 1 ………….. (2.13)

Selanjutnya perhitungan tegangan tekuk dan beban tekuk kritis sesuai rumus (2.10) dan

(2.11).

2.7 Metoda Finite Strip

9

Tegangan tekuk kritis dari elemen pelat pada penampang CFS dapat dihitung secara

numeric dengan menggunakan metoda finite strip. Schafer telah membuat program yang

dapat dipergunakan secara bebas (CUFSM4) untuk menghitung tegangan kritis

penampang. Dari hasil analisa penampang tersebut didapat grafik antara load factor

terhadap panjang elemen. Nilai load factor untuk tekuk local, distorsional dan global

dapat diambil dari grafik sesuai dengan panjang elemen yang ditinjau, selanjutnya besar

beban tekuk kritis untuk tekuk local, distorsional dan global adalah load factor x Py.

Pcrl = load factor tekuk local x Py

Pcrd = load factor tekuk distorsional x Py

Pcre = load factor untuk tekuk global x Py

2.8 British code BS 5950

British code BS 5950 memberikan formula untuk menghitung kapasitas dari suatu

elemen batang dari tegangan leleh material nya (σy) yaitu sebagai berikut

untuk memprediksi kuat penampang sebagai berikut:

- Kuat tarik murni …………. (2.14)

- Kuat tekan murni:

Batang pendek …………. (2.15)

Batang langsing …………. (2.16)

- Lentur murni …………. (2.17)

Kuat tarik, tekan dan lentur penampang yang didapat dari hasil perhitungan serta yang

didapat dari hasil pengujian elemen penampang diperlihatkan pada tabel 2.2 berikut:

Tabel 2.2 Hasil pengujian dan hasil perhitungan kapasitas batang CFS

Kapasitas Penampang Hasil pengujian Hasil perhitungan

Kuat tarik Penampang C 80x40x38x1,0

26 kN 20,66 kN

Kuat tekan batang pendek Penampang C 80x40x38x1,0

38 kN 33,70 kN

Kuat tekan batang langsing (1m panjang)

Penampang C 80x40x38x1,0

25 kN 22,84 kN

10

Kuat lentur Penampang C 80x40x38x1,0

1,5 kNm 0,97 kNm

Kuat lentur Penampang topi 40x30x15x0,6

0,38 kNm 0,26 kNm

Sumber; Tahir, M.M., et all, 2006. Typical Test on Cold Formed Steel Structures

Dari table tersebut terlihat bahwa hasil experiment masih lebih tinggi sekitar 50% dari

hasil prediksi dengan formula BS 5950

2.9 Metoda AISC

AISC juga memberikan rumus untuk memprediksi elemen batang baja secara umum yang

mengalami tekan yaitu sebagai berikut;

Kuat tekan nominal Pn = Ag Fcr ………….. (2.18)

dengan Fcr adalah tegangan critical yang dihitung sbb:

Batang yang mengalami tekuk global 2

c

y

cr

fF

………….. (2.19)

Batang yang mengalami tekuk lokal

Untuk ycr FF )658.0(2cλQ

Q ………….. (2.20)

Untuk y

c

cr FF2

877.0

………….. (2.21)

Dimana E

f

r

Lk yc

c

1

………….. (2.22)

Q adalah factor reduksi tekuk yang nilainya berbeda untuk tekuk pada elemen tanpa

pengaku (seperti sayap) dan tekuk pada elemen dengan pengaku (seperti badan) yang

dihitung sbb.

A. Elemen tanpa pengaku

Untuk elemen tanpa pengaku maka Q = Qs yang besarnya dihitung sbb.:

Untuk sayap propil I dan C

Qs = 1.415 – 1.66 10 –3

b/t Fy untuk Fyt

b

Fy

462250 ………… (2.23)

11

2)/(

138000

tbFyQs untuk

Fyt

b 462 …………. (2.24)

B. Elemen dengan pengaku

Untuk elemen dengan pengaku maka Q = Qa yang dihitung dengan rumus

berikut.

tot

itot

A

AAQa

…………. (2.25)

Ai = ( b – be ) tw …………. (2.26)

dimana;

Ai adalah luasan yang tidak efektif menerima tekan (inefective area)

be adalah lebar efektif yang menerima tekan yang dihitung sbb:

Untuk badan propil I dan C,

ftbf

tb w

e/

1501

856 jika b/t ≥

f

665 …………. (2.27)

2.10 Metoda SNI 7971-2013

Standar Nasional Indonesia SNI 7971-2013 adalah peraturan untuk merencanakan

elemen struktur dengan menggunakan baja canai dingin (cold form steel) atau yang

dikenal dengan baja ringan. Untuk menghitung kuat tekan elemen batang baja ringan

SNI-7971-2013 memberikan rumus-rumus berikut. Kuat tekan disain adalah:

a. N* = c Ns …………. (2.28)

b. N* = c Nc …………. (2.29)

Dengan:

c = faktor reduksi tekan = 0,85

Ns = kuat tekan nominal = Ae fy …………. (2.30)

Nc = kuat tekan nominal = Ae fn …………. (2.31)

Ae = luas penampang efektif pada saat keruntuhan = be * t

be = b untuk 0,673

be = *b untuk > 0,673 crf

f *

12

Untuk penampang dengan pengaku majemuk (memiliki tekukan pada badan)

t

Ab

g

e

= 1 untuk 0,673

1)/22,0(1

untuk > 0,673

E

f

t

b

k

o*052,1

bo = lebar total

k = koefisien tekuk pelat yaitu nilai terkecil dari R*kd dan kloc

2/15

)/(11 1

db

R o

2)1(4 nkloc

11

112

2

n

nkd

3

92,10

tb

I

o

sp

tb

A

o

s

n = jumlah pengaku

As = luas bruto pengaku = *t*r’

Isp = inertia pengaku = (/2-1)*t*r3

fcr = tegangan tekuk elastic pelat

f * = tegangan disain pada elemen yang dihitung berdasarkan lebar efektif be

2

2

2

)1(12

b

tEkf cr

k = koefisien tekuk pelat = 4 untuk pelat yang ditahan pada kedua tepi memanjang

fy = tegangan leleh elemen

fn = tegangan kritis elemen saat keruntuhan yang dihitung sebagai berikut:

yn ff )658.0(2cλ

untuk c 1,5 …………. (2.32)

ycn ff )/877.0( 2 untuk c > 1,5

…………. (2.33)

13

oc

y

cf

f

…………. (2.34)

foc adalah nilai terkecil dari tegangan tekuk lentur, torsi dan lentur torsi yang dihitung

sebagai berikut:

2.10.1 Penampang yang tidak menerima tekuk torsi atau tekuk lentur torsi

2

2

)/( rl

Ef

e

oc

…………. (2.35)

Dengan:

le = panjang efektif tekan penampang

r = jari jari inertia terkecil dari penampang utuh

Untuk baja G550 dengan tebal penampang < 0,9mm maka r harus direduksi

dengan koefisien jika panjang le < 1,1*lo dimana:

o

e

l

l

1,1

35,065,0

cr

of

Erl

fcr = tegangan tekuk elastic pelat

2.10.2 Penampang simetri tunggal yang menerima tekuk distorsi

Untuk penampang simetri tunggal yang mengalami tekuk distorsi seperti penampang

kanal dengan lips, kuat tekan nominal Nc adalah nilai terkecil yang didapat dari

persamaan 2.31 dan persamaan berikut:

Untuk fod > (fy / 2)

)4

1(od

y

yncf

ffAfAN

…………. (2.36)

Untuk (fy / 13) fod (fy / 2)

237,06,3055,0

2

od

y

ytotntotcf

ffAfAN

………. (2.37)

14

Dimana Atot adalah luas penampang utuh dan fod dihitung sebagai berikut:

3

2

2121 42

A

Efod

………. (2.38)

E

kJbI fx

1

22

1

1 039,0

xyfy IbyI

1

2

2

22

1

13 xyfy IbI

A

II yx2

1

25,0

3

2

8,4

t

bbI wfx

2

2

22

2

2

'3 1,11

)06,0(46,5

w

wod

w b

b

tE

f

b

tEk

f’od didapat dari persamaan 2.38 diatas dengan:

: 22

1

1 039,0

JbI fx

tdbA f )( 1

)(2

)2(

1

1

2

db

dbb

f

ff

)(2 1

2

db

dy

f

f

3

)( 1

3 dbtJ

f

2

11

23

1

3

21212

y

dtdytb

tdbtI f

f

x

2

2

1

3

1

3

21212

f

ff

f

y

btbbtd

tdbtI

f

f

fxy byd

tdyb

tbI22

11

Untuk menghitung be pada sayap dipakai fasal 24, hal 43 dari SNI 7973-2013

15

BAB 3

METODA PENELITIAN

3.1 Kerangka Penelitian

Tahapan kegiatan penelitian yang dilakukan secara garis besar dapat diuraikan

sebagai berikut :

Rancangan benda uji

Persiapan alat dan material

Pembuatan benda uji

Pengujian benda uji

Data hasil pengujian

Analisa data hasil pengujian

Kesimpulan

Gambar 3.1 Kerangka Penelitian

16

3.2 Rancangan Benda Uji

Untuk mengetahui bagaimana perilaku keruntuhan elemen batang baja ringan serta

berapa besar kekuatannya dan bagaimana hubungan antara kekeatannya tersebut terhadap

kelangsingan batang dan kelangsingan penampang maka dibuat benda uji berupa batang

elemen baja ringan dengan berbagai variasi kelangsingan batang dan kelangsingan

penampang. Baja ringan yang dipakai dalam pengujian adalah baja canal C 75-75 dan C

50-50 dengan spesifakasi material sebagai berikut:

Material jenis Galvanis G550 Z22, memakai baja mutu tinggi dengan;

Tegangan leleh minimum Fy min = 550 Mpa

Modulus Elastisitas E = 2,1x105 Mpa

Modulus Geser G = 8x104 Mpa

Penampang baja canal C75-75 berbentuk C dengan tambahan lips yaitu tekukan kedalam

pada ujung-ujungnya. Bentuk dari baja canal C75-75 ditampilkan dalam gambar 3.1

dengan dimensi; Tinggi badan h = 75 mm,

Lebar sayap b = 30 mm,

Lebar lips c = 10 mm,

Tebal t = 0.75 mm.

Penampang tersebut memiliki sifat penampang;

Luas area A = 109.65 mm2

Momen inertia Ix = 95091 mm4

Iy = 13811 mm4

Modulus plastis Zx = 2535.5 mm3

= Sx

Zy = 673.7 mm3

= Sy

Inertia torsi J = 20.56 mm4

Jari-jari inertia rx = 29.45 mm ; ry = 11.22 mm

Ada dua jenis variable yang ditinjau pada pengujian yaitu variasi dari kelangsingan dan

variasi dari pemberian pengaku pada sayap. Untuk memvariasikan kelangsingan, panjang

batang dirubah sedemikian sehingga didapat 5 variasi. Sedangkan untuk variasi pengaku,

setiap batang dikenakan 3 variasi yaitu tanpa pengaku, satu pengaku dan tiga pengaku.

Rincian benda uji yang menunjukan jenis dengan variasi kelangsingannya ditampilkan

pada tabel 3.1, selanjutnya gambaran benad uji ditampilkan pada gambar 3.2 – 3-4.

b

h

c

c

Gambar 3.1 Penampang C

17

Tabel 3.1 Rincian Benda Uji

Benda

uji

Penam-

pang

Tebal

(mm)

L

(mm)

Batang

Sayap

Badan

Keterangan

C75-1 C 75-75 0,75 561 50 40 100 Tanpa pengaku

C75-2 C 75-75 0,75 842 75 40 100 Tanpa pengaku

C75-3 C 75-75 0,75 1122 100 40 100 Tanpa pengaku

C75-4 C 75-75 0,75 1403 125 40 100 Tanpa pengaku

C75-5 C 75-75 0,75 1683 150 40 100 Tanpa pengaku

C75-1’ C 75-75 0,75 561 50 40 100 Satu pengaku

C75-2’ C 75-75 0,75 842 75 40 100 Satu pengaku

C75-3’ C 75-75 0,75 1122 100 40 100 Satu pengaku

C75-4’ C 75-75 0,75 1403 125 40 100 Satu pengaku

C75-5’ C 75-75 0,75 1683 150 40 100 Satu pengaku

C75-1” C 75-75 0,75 561 50 40 100 Tiga pengaku

C75-2” C 75-75 0,75 842 75 40 100 Tiga pengaku

C75-3” C 75-75 0,75 1122 100 40 100 Tiga pengaku

C75-4” C 75-75 0,75 1403 125 40 100 Tiga pengaku

C75-5” C 75-75 0,75 1683 150 40 100 Tiga pengaku

Gambar 3.2

Benda Uji C57-1 s/d C75-5 Gambar 3.3

Benda Uji C57-1’ s/d C75-5’ Gambar 3.4

Benda Uji C57-1” s/d C75-5”

18

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengujian Tekan Elemen Batang

Pada rangka batang dengan penampang yang seragam, umumnya keruntuhannya

terjadi pada batang yang tertekan akibat batang tersebut mengalami tekuk . Untuk itu

maka hanya dilakukan pengujian terhadap elemen batang yang mengalami tekan saja

untuk mengetahui kuat tekan dari batang tersebut. Panjang dari benda uji akan

menentukan keruntuhan yang terjadi serta kuat tekannya. Spesimen dengan batang

yang pendek ditujukan untuk mengetahui kuat tekan akibat keruntuhan tekuk local

atau tekuk plastis, specimen dengan batang panjang ditujukan untuk mengetahui

kuat tekan akibat tekuk global atau tekuk elastis, dan specimen dengan panjang

batang menengah adalah untuk mengetahui kuat tekan akibat tekuk elastoplastis.

Peraturan memberikan petunjuk, batang pendek adalah batang dengan panjang tiga

kali lebar elemen yang terpanjang. Gambar-gambar dari pengujian ditunjukkan pada

gambar 4.1 dan 4.2

Gambar 4.1 Pengujian C57-1 Gambar 4.2 Pengujian C57-1’

19

Pada alat uji tekan, elemen batang diletakkan secara vertikal pada posisi ditengah

alat beban. Sebuah alat untuk membaca deformasi dipasang pada alat pembebanan

untuk mengetahui deformasi dari benda uji. Selanjutnya dilakukan pembebanan

dengan kecepatan yang lambat agar dapat dilihat perubahan bentuk dari benda uji

saat menerima beban. Pada setiap saat besar beban dan deformasinya dicatat.

Pembebanan dihentikan saat terjadi keruntuhan pada elemen batang, kemudian

dibaca beban maksimum dan deformasinya pada saat itu. Data beban dan deformasi

untuk tiap elemen batang dari hasil pengujian yang didapat diberikan pada tabel 4.3

sampai 4.10. Selanjutnya dirangkum data beban dan deformasi pada saat terjadi

keruntuhan untuk semua elemen batang yang ditampilkan pada tabel 4.4. Data dari

beban-deformasi untuk setiap elemen batang selanjutnya diplot dalam bentuk grafik

yang ditampilkan pada gambar 4.3 sampai 4.10. Gambar 4.3 sampai 4.5 untuk

menunjukkan pengaruh dari panjang batang terhadap perilaku beban-deformasi

batang dan gambar 4.6 sampai 4.10 untuk menunjukkan pengaruh dari pemasangan

pengaku pada sayap terhadap beban-deformasi batang.

4.2 Hasil dan Pembahasan

Hasil pengujian menunjukkan pola yang sama dari batang dalam menerima beban.

Pada tahap pembebanan awal sampai beban mencapai sekitar 90% dari beban

maksimum perilaku beban-deformasi dari semua elemen batang adalah linier dengan

pertambahan deformasi yang kecil. Selanjutnya berperilaku non linier dengan

pertambahan deformasi yang semakin membesar dan pertambahan beban yang kecil.

Keruntuhan ditandai dengan menekuknya elemen batang akibat terjadinya tekuk

local pada bagian sayap atau badan dari penampang elemen batang tersebut. Akibat

terjadinya tekuk local pada sayap, maka bagian sayap akan bergerak keluar sehingga

penampang terlihat mekar. Kejadian ini dinamakan tekuk distorsional. Selain itu

tekuk distorsional terjadi pada saat keruntuhan global karena penampang menekuk

kearah sumbu lemah akan menyebabkan komponen sayap bergerak keluar. Tekuk

local terjadi pada elemen batang yang pendek sedangkan tekuk global terjadi pada

elemen batang yang panjang.

20

Untuk batang yang sama, adanya pengaku pada sayap membuat batang mampu

menerima beban yang lebih besar karena tekuk local pada sayap ditahan oleh

pengaku sehingga beban dapat meningkat lagi sampai terjadi tekuk local. Akan

tetapi pada batang yang pendek, pengaruh pengaku tidak ada, ini disebabkan karena

penampang tidak runtuh akibat menekuknya sayap tetapi akibat tekuk pada badan.

Tekuk local pada sayap yang diikuti tekuk distorsional akan selalu memberikan

beban yang lebih kecil dari tekuk pada badan.

Tabel 4.1 Beban dan Deformasi Batang Tanpa Pengaku

C75-1 C75-2 C75-3 C75-4 C75-5

Def. Beban Def. Beban Def. Beban Def. Beban Def. Beban

(mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN)

0 0 0 0 0 0 0.00 0 0 0

0.10 5.2 0.14 4.3 0.19 3.10 0.24 2.55 0.28 1.90

0.19 10.2 0.28 8.5 0.37 6.15 0.46 5.10 0.55 3.85

0.29 15.5 0.43 12.9 0.58 9.35 0.73 7.75 0.88 5.80

0.40 20.6 0.59 17.2 0.79 12.45 0.99 10.30 1.18 7.75

0.45 22.6 0.66 18.8 0.89 13.65 1.11 11.30 1.34 8.50

0.51 23.4 0.76 19.5 1.01 14.15 1.26 11.70 1.52 8.80

0.55 23.8 0.83 19.8 1.10 14.35 1.38 11.90 1.64 8.95

0.62 24 0.93 20 1.23 14.50 1.54 12.00 1.85 3.83

Tabel 4.2 Beban dan Deformasi Batang Dengan Satu Pengaku

C75-1' C75-2' C75-3' C75-4' C75-5'



0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0.09 5.4 0.14 5.1 0.18 4.7 0.23 4.4 0.27 4.1

0.18 10.6 0.27 10.0 0.37 9.3 0.44 8.7 0.54 8.3

0.28 16.1 0.42 15.2 0.56 14.2 0.71 13.2 0.87 12.4

0.39 21.5 0.58 20.2 0.77 18.9 0.97 17.6 1.17 16.6

0.44 23.5 0.65 22.1 0.87 20.7 1.09 19.3 1.32 18.2

0.50 24.4 0.75 22.9 0.99 21.5 1.24 20.0 1.51 18.9

0.54 24.8 0.82 23.3 1.08 21.8 1.36 20.3 1.62 19.2

0.61 25 0.93 23.5 1.21 22.0 1.52 20.5 1.83 19.5

21

Tabel 4.3 Beban dan Deformasi Batang Dengan Tiga Pengaku

C75-1"’ C75-2"’ C75-3"’ C75-4"’ C75-5"’



0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0.12 5.5 0.12 5.3 0.20 5.0 0.22 4.9 0.26 4.6

0.17 10.7 0.26 10.4 0.38 10.0 0.44 9.8 0.52 9.3

0.32 16.0 0.41 15.9 0.59 15.2 0.71 14.9 0.86 14.0

0.44 21.1 0.57 21.1 0.80 20.2 0.97 19.7 1.15 18.7

0.48 23.1 0.64 23.0 0.99 22.1 1.09 21.7 1,31 20.5

0.53 23.9 0.74 23.9 1.02 22.9 1.24 22.4 1.49 21.3

0.57 24.3 0.81 24.3 1.09 23.3 1.36 22.8 1.61 21.6

0.62 25.0 0.93 24.5 1.22 23.5 1.52 23.0 1.82 22.0

Tabel 4.4 Beban Maksimum dan Deformasi

Benda Uji Experimen Type

Beban (kN) Def. (mm) Keruntuhan)

C75-1 24.0 0.62 Badan

C75-2 20.0 0.93 sayap

C75-3 14.5 1.23 Global

C75-4 12.0 1.54 Global

C75-5 9.0 1.85 Global

C75-1' 25.0 0.61 Badan

C75-2' 20.5 0.92 sayap

C75-3' 17.5 1.21 sayap

C75-4' 14.5 1.52 Global

C75-5' 12.0 1.83 Global

C75-1"’ 25.0 0.62 Badan

C75-2"’ 22.0 0.91 Badan

C75-3"’ 19.5 1.22 sayap

C75-4"’ 16.0 1.52 sayap

C75-5"’ 14.5 1.82 Global

22

Gambar 4.3 Grafik Beban-Deformasi Batang Tanpa Pengaku

Gambar 4.4 Grafik Beban-Deformasi Batang Dengan 1 Pengaku

23

Gambar 4.5 Grafik Beban-Deformasi Batang Dengan 3 Pengaku

Gambar 4.6 Grafik Beban-Deformasi Batang C75-1

24



25



26

Grafik gambar 4.3 sampai 4.5 menunjukkan pengaruh panjang batang terhadap kuat

tekan untuk batang tanpa pengaku (gambar 4.3), batang dengan 1 pengaku (gambar

4.4) dan batang dengan 3 pengaku (gambar 4.5). Dari semua grafik terlihat bahwa

makin panjang batang maka beban tekan maksimumnya akan semakin mengecil.

Hali ini sesuai dengan teori bahwa kuat tekan berbanding terbalik dengan

kelangsingannya. Dari grafik tersebut juga terlihat semakin panjang batang kurvanya

semakin landai yang menunjukkan beban maksimum semakin kecil dan deformasi

yang semakin besar.

Grafik gambar 4.6 sampai 4.10 menunjukkan pengaruh pengaku terhadap masing-

masing batang dengan panjang yang sama. Gambar 4.6 untuk batang yang paling

pendek dan gambar 4.10 untuk batang yang paling panjang. Dari gambar terlihat

bahwa untuk batang yang paling pendek,pengaruh pengaku tidak terlihat.

Selanjutnya makin panjang batang pengaruh pengaku makin signifikan. Demikian

pula, pengaruh jumlah pengaku terlihat makin signifikan pada batang yang lebih

panjang. Adanya pengaku akan membuat perubahan pola keruntuhan dari tekuk

global menjadi tekuk local pada sayap atau tekuk local pada badan. Hal yang sama

juga ditunjukkan oleh jumlah pengaku, semakin bertambah pengaku akan merubah

pola keruntuhan dari tekuk pada sayap menjadi tekuk pada badan.

Prediksi kuat tekan batang dengan formula SNI 7971-2013 seperti pada sub bab 2.10

memberikan hasil seperti yang ditabelkan pada tabel 4.5. Formula tersebut hanya

sesuai untuk elemen yang tanpa pengaku karena pengaruh pengaku tidak disertakan

pada rumus-rumus perhitungannya. Sehingga pada hasil teoritis angka yang sama

diberikan untuk elemen tanpa pengaku dan elemen dengan satu dan tiga pengaku.

Hal ini membuat hasil teoritis berbeda jauh dengan hasil experiment pada batang

yang pengaruh pengakunya besar, dengan perbedaan 20% sampai 40%. Sedangkan

pada batang tanpa pengaku atau yang pengaruh pengakunya kecil, terlihat hasil

teoritis dan hasil experiment memiliki perbedaan yang tidak terlalu besar, yaitu

berkisar antara 5% sampai 17%.

27

Tabel 4.5 Beban Maksimum Experimen dan Teoritis

Benda Uji Beban maksimum (kN) Selisih thd

Exp. (%) Experimen) Teoritis SNI

C75-1 24.0 22.8 5.0

C75-2 20.0 16.6 17.0

C75-3 14.5 12.8 11.7

C75-4 12.0 10.3 14.2

C75-5 9.0 8.5 5.6

C75-1' 25.0 22.8 8.8

C75-2' 20.5 16.6 19.0

C75-3' 17.5 12.8 26.9

C75-4' 14.5 10.3 29.0

C75-5' 12.0 8.5 29.2

C75-1" 25.0 22.8 8.8

C75-2" 22.0 16.6 24.5

C75-3" 19.5 12.8 34.4

C75-4" 16.0 10.3 35.6

C75-5" 14.5 8.5 41.4

28

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Hasil pengujian tekan elemen batang memberikan informasi bahwa kuat tekan

maksimal yang dapat dicapai oleh penampang C75 yang dipakai pada penelitian

adalah sebesar 25 kN pada angka kelangsingan batang () sebesar 50. Nilai ini tidak

dapat ditingkatkan lagi walau penampang diperpendek karena telah terjadi tekuk

local pada badan penampang sehingga beban tidak dapat ditingkatkan lagi.

2. Tekuk global yang diikuti dengan tekuk distorsional terjadi mulai dari angka

kelangsingan batang () sebesar 100. Tekuk ini mengakibatkan kekuatan tekan

penampang berkurang seiring dengan bertambahnya besarnya kelangsingan batang.

Pada kelangsingan sebesar 150 didapat kuat tekan batang hanya sekitar 9 kN.

3. Penambahan pengaku pada sayap dapat meningkatkan kuat tekan dari batang.

Untuk batang dengan kelangsingan 150 peningkatan kuat tekannya bahkan bisa

mencapai 50% terhadap batang tanpa pengaku. Akan tetapi untuk batang yang

pendek dengan kelangsingan 50 pengaruh pengaku tidak terlalu significan.

4. Prediksi kuat tekan dengan cara teoritis hanya bisa dipakai untuk batang yang tanpa

pengaku saja. Selisih kuat tekan hasil prediksi dengan teoritis dan kuat tekan hasil

experiment untuk batang tanpa pengaku berkisar antara 5% sampai 17% terhadap

nilai experiment dimana nilai prediksi lebih kecil dari nilai experiment. Adanya

selisih ini membuat hasil teoritis berada pada sisi yang aman karena adanya faktor

keamanan antara 5% sampai 17%.

29

5.1 Saran-saran

1. Dalam perencanaan kuat tekan dari penampang prediksi teoritis kuat tekan

penampang dengan peraturan SNI 7971-2013 dapat dipakai karena memberikan

angka keamanan antara 5% sampai 17%.

2. Dalam pelaksanaan elemen batang harus diperlakukan sedemikian rupa sehingga

tidak terjadi kerusakan atau tekukan pada bagian sayapnya karena adanya cacat

pada penampang, walaupun sangat kecil, dapat mengurangi kekuatan penampang.

3. Perlu dilakukan penelitian yang lebih mendalam terhadap pengaruh pengaku sayap

pada kuat tekan penampang, agar dapat dihasilkan formula perhitungan kuat tekan

penampang yang menyertakan pengaruh pengaku sayap, karena rumus-rumus untuk

perhitungan kuat tekan pada SNI 7971-2013 tidak secara jelas menyertakan

pengaruh pengaku pada sayap tersebut.

30

DAFTAR PUSTAKA

Tahir, M.M., Thong, C.M. and Tan C.S., 2005. Performance of Locally Product Cold

Formed Steel Sections For Roof Truss System, Journal Teknologi Vol 42(B), UTM

Mallaysia, pp 11-28

Tahir, M.M., Tan, C.S., and Shek, P.N., 2006. Typical Test on Cold Formed Steel

Structures, Procedings of the 6th

APSEC 2006

British Standard Institution (BSI), 1987, BS 5950 Part 5: Code of Practice for Design of

Cold Formed Thin Gauge Sections, British Standard Institution, UK.

Anonim, U.S. Department of Housing and Urban Development, 2003. Prescriptive

Method for Connecting Cold-Formed Steel Framing to Insulating Concrete Form Walls

in Residential Construction. Washington, DC

Kwon, Y.B. and Hancock, G.J. 1992. Strength Tests of Cold-Formed Channel Sections

Undergoing Local and Distortional Buckling, ASCE Journal of Structural Engineering,

118(7).

Schafer, B.W. 2002. Progress on the Direct Strength Method, Proceeding 16th

Int’l Spec.

Conf. on Cold-Formed Steel Structures, Orlando, Florida, 647-662.

American Iron and Steel Institute (AISI),2004. Design of Cold Formed Steel Structural

Members Using the Direct StrengthMethod, USA

Schafer, B.W. 2006. Designing Cold Formed Steel Using Direct Strength Method, 18th

International Specialty Conference on Cold Formed Steel Structures, Orlando, Florida

Schafer, B.W. 2006. Finite Strip Software CUFSM, www.ce.jhu.edu/bschafer/cufsm

Jimbaran, Januari 2018

Peneliti,

(Ir.Putu Deskarta MASc.)

NIP. 196110251988031001

judul penelitian - erepo.unud.ac.id

Documents