PERILAKU SAMBUNGAN BATANG TARIK BAJA RINGAN DENGAN VARIASI SAMBUNGAN SEBIDANG

Transkripsi

1 Konerensi Nasional Teknik Sipil 12 Batam, September 2018 PERILAKU SAMBUNGAN BATANG TARIK BAJA RINGAN DENGAN VARIASI SAMBUNGAN SEBIDANG Dinar Gumilang Jati 1, Michael Christian Budianto 2 1 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Atma Jaya Yogyakarta, Jl. Babarsari No.4, Yogyakarta dinar@sta.uajy.ac.id 2 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Atma Jaya Yogyakarta, Jl. Babarsari No.4, Yogyakarta michaelchristianbudianto@gmail.com ABSTRAK Sambungan merupakan elemen penting pada konstruksi baja ringan, dimana ungsi utamanya sebagai koneksi antar elemen batang. Selain itu pada baja ringan sambungan seringkali dipakai untuk memaksimalkan material potongan sisa menjadi batang atau elemen baru, sehingga material dapat digunakan secara eisien. Kekuatan dan jenis kegagalan sambungan pada baja ringan ditentukan dari tipe sambungan dan alat sambung yang digunakan. Penelitian ini membahas tentang sambungan baja ringan pada elemen batang tarik, dengan variasi tipe sambungan sebidang. Variasi yang digunakan yaitu sambungan pada sayap, sambungan pada badan dan sambungan pada sayap-badan. Benda uji eksperimen menggunakan material baja ringan dengan proil kanal C75x35x0.75. Alat sambung yang digunakan adalah sekrup sel drilling screw (sds) diameter 6 mm. Analisis kekuatan sambungan dihitung berdasarkan peraturan SNI mengenai Struktur Baja Canai Dingin. Eksperimen yang dilakukan merupakan uji tarik, dengan pembebanan aksial sentris. Pada eksperimen ini dilakukan pengamatan gaya dukung sambungan, deormasi sambungan, dan jenis kegagalannya. Hasil dari pengujian eksperimen diperoleh kuat dukung rata-rata satu buah alat sambung (sekrup sds) sebesar: 0,135 ton untuk sambungan sayap; 0,124 ton untuk sambungan badan; dan 0,248 ton untuk sambungan sayap-badan dengan lap connection. Dari hasil tersebut tipe sambungan sayap-badan dengan lap connection merupakan variasi yang paling optimum. Dari semua benda uji didapatkan jenis kegagalan awal sambungan berupa tilting, yaitu keadaan dimana alat sambung sekrup mengalami rotasi pada bidang tumpunya. Kata kunci: sambungan batang tarik, sambungan sebidang, baja ringan, sel drilling screw 1. PENDAHULUAN Baja ringan merupakan salah satu elemen penting dalam konstruksi yang sekarang mulai banyak diminati sebagai alternati pengganti elemen kayu pada konstruksi kuda kuda atap. Selain karena kekuatannya yang bisa mencapai setara dengan baja konvensional, baja ringan didesain dengan ketebalan yang relati tipis (0,6 2 mm) sehingga dapat mengurangi beban yang dipikul oleh struktur. Alasan lain yang menjadikan baja ringan sebagai pilihan utama dalam rangka atap adalah pengerjaannya yang mudah dan cepat sehingga dapat memperpendek waktu konstruksi. Proil baja ringan yang umum digunakan dalam konstruksi adalah proil kanal. Biasanya, proil kanal digunakan sebagai kuda kuda atau truss pada rangka atap yang disambung sambung menjadi suatu konstruksi yang kuat dengan berat yang cukup ringan. Berbeda dengan baja konvensional yang berat karena pembentukannya melalui proses hot rolled yang dipanaskan dengan suhu bertemperatur tinggi sehingga memiliki berat yang besar. Sedangkan baja ringan pembentukannya melalui proses cold orming yang dibentuk dalam kondisi suhu kamar. Untuk menjadi konstruksi kuda kuda baja ringan, elemen elemen baja perlu disambung sesuai dengan yang telah direncanakan. Maka dari itu, diperlukan eisiensi untuk mengolah potongan potongan material baja sehingga tidak ada material yang dibuang percuma. Salah satunya dengan cara menyambung potongan potongan proil baja sehingga mendapatkan ukuran bentang yang diinginkan. Tetapi, melihat dari berbagai macam kegagalan konstruksi baja ringan yang paling banyak terjadi adalah pada daerah sambungan. Untuk itu pada konstruksi baja ringan, bagian yang lebih diperhatikan adalah pada bagian sambungannya. Pada penelitian ini, proil kanal disambung sebidang dengan menggunakan sekrup. Proil kanal disambung dengan variasi model sambungan yang berbeda yaitu sambungan pada daerah sayap, badan, dan keduanya. Penyambungan yang dilakukan sebidang sehingga dapat menghilangkan eksentrisitas yang terjadi. SK - 129

2 SK TINJAUAN PUSTAKA Material baja ringan Yu (2000), mengemukakan ada dua tipe umum kurva tegangan regangan pada material baja. Tipe pertama adalah kurva dengan nilai tegangan leleh yang tajam (sharp yielding) yang biasa terjadi pada baja dengan cara produksi hot rolling, sedangkan tipe kedua adalah kurva dengan nilai tegangan leleh bertahap (gradual yielding) dimana terjadi pada baja dengan cara produksi cold orm. Tegangan leleh pada baja ringan berkisar antara 165 MPa hingga 552 MPa. Sambungan pada baja ringan Sambungan yang umum digunakan dalam konstruksi baja ringan adalah sekrup (sel drilling screw). Kekuatan sambungan dapat dievaluasi dengan meninjau beberapa kemungkinan kegagalan yang terjadi. Dalam SNI Struktur Baja Canai Dingin, ada 5 tipe kegagalan yang dapat terjadi pada sambungan baja khususnya dengan alat sambung sekrup, yaitu kegagalan jungkit (tilting), kegagalan cabut (pull-out) dan tembus (pull-through), keruntuhan tumpu lubang (hole bearing), keruntuhan sobek (tear-out), dan keruntuhan geser (shear). Anggara (2014), melakukan penelitian tentang pengaruh jarak alat sambung sekrup terhadap kemampuan sambungan tarik. Pada penelitian tersebut didapatkan variasi jarak yang optimum sambungan sekrup sebesar tiga sampai lima kali diameter sekrp (3d 5d). Kuat tarik sambungan sayap baja ringan Gambar 1. Jenis Kegagalan Sambungan Haris dan Herman (2015), melakukan studi tentang perilaku sambungan sayap pada baja ringan dengan alat sambung sekrup. Proil yang digunakan adalah proil kanal ukuran 75 x 35 x 0.75 mm dengan 4 buah sekrup yang disambung secara sebidang dengan menggunakan kanal penyambung. Pengujian berupa tarik sentris dengan kecepatan pembebanan 1 mm per menit dan 2 mm per menit. Kegagalan yang terjadi pada pengujian tersebut adalah kegagalan tilting yang disertai dengan perbesaran lubang sambungan dengan perbandingan rata rata hasil eksperimental dan hasil perhitungan analitik adalah sebesar 7.8%. Dari hasil penelitian, gaya minimal yang dapat dipikul oleh 1 buah sekrup pada sambungan sayap adalah sebesar 303 kg yang setara dengan 90% kekuatan nominal sambungan sekrup untuk kondisi tilting jika digunakan nilai tegangan ultimit standar 550 MPa. Tabel 1. Kekuatan Tarik Sambungan Sayap Baja Ringan

3 SK LANDASAN TEORI Tipe Kegagalan pada Sambungan Sekrup Beberapa tipe kegagalan sambungan sekrup yang terdapat dalam SNI adalah sebagai berikut: 1. Kegagalan Jungkit (Tilting) dan Tumpu Lubang (Hole Bearing) Gaya tumpu desain (V b* ) pada satu sekrup harus memenuhi V * φ (1) b V b φ : aktor reduksi kapasitas sekrup yang menerima miring dan tumpu V b lubang : kapasitas tumpu nominal bagian tersambung Jika sekrup yang digunakan dalam sambungan geser tunggal dan jika kedua lembaran tersambung dan saling kontak pada titik pengencangan (a) Untuk t 2 / t 1 1,0, V b diambil nilai terkecil dari ormula ormula berikut: 3 b 4,2 ( t2 d ) u2 V = (2) V = Ct d b 1 u1 V = Ct d b 2 u2 (b) Untuk t 2 / t 1 2,5, V b diambil dari nilai terkecil dari ormula ormula berikut: V = t (5) b 2,7 1 d u1 b 2,7t2d u2 V = (6) (c) Untuk 1,0 < t 2 / t 1 < 2,5, V b harus ditentukan secara interpolasi linier antara nilai terkecil dari Persamaan 2-5a hingga 2-5c dan nilai terkecil dari Persamaan 2-6a dan 2-6b t 2 : tebal lembaran yang tidak kontak dengan kepala sekrup t 1 : tebal lembaran yang kontak dengan kepala sekrup d : diameter sekrup nominal u2 : kekuatan tarik lembaran yang tidak kontak dengan kepala sekrup u1 : kekuatan tarik lembaran yang kontak dengan kepala sekrup C : aktor tumpu Tabel 2. Faktor Tumpu (C) (SNI ) (3) (4) Rasio Diameter Pengencang dan Ketebalan Komponen Struktur, d / t C 2. Kegagalan Cabut (Pull-Out) dan Tembus (Pull-Through) Gaya tarik desain N t * pada sekrup harus memenuhi φ : 0,5 N t d / t < 6 2,7 6 d / t 3 3,3-0,1(d / t) d / t > 13 2,0 : kapasitas nominal sambungan dalam tarik N* φ N (7) t t

4 SK Kapasitas normal (N t ) diambil nilai terkecil dari ormula ormula sebagai berikut: Kapasitas cabut nominal (N ou ) dihitung sebagai berikut: N = t d untuk t 2 > 0,9 mm (8) ou 0,85 2 u2 Kapasitas sobek nominal ( N ov ) dihitung sebagai berikut: N = t d untuk 0,5 < t 1 < 1,5 mm (9) ov 1,5 1 w u1 dimana d w adalah diameter kepala baut dan diameter ring yang lebih besar, tetapi tidak lebih besar dari 12,5 mm Untuk sekrup yang menerima gaya tarik, kepala sekrup atau ring harus memiliki diameter (d w ) tidak kurang dari 8 mm. Ring harus memiliki ketebalan minimum 1,27 mm 3. Keruntuhan Sobek (Tear-Out) Gaya geser desain (V * v) yang dibatasi jarak ujung harus memenuhi: Jika u / y 1,08, φ = 0,7 Jika u / y < 1,08, φ = 0,6 V * (10) φ v V v Jika jarak ke suatu tepi bagian tersambung sejajar dengan garis gaya geser nominal harus dihitung sebagai berikut: V v te u (11) t e : tebal bagian yang jarak ujungnya diukur : jarak yang diukur pada garis gaya dari pusat lubang standar ke ujung terdekat bagian tersambung 4. Keruntuhan Geser (Shear) Pada sambungan ujung balok, dimana satu atau lebih sayapnya dipotong dan kegagalan dapat terjadi pada bidang yang melalui pengencang, gaya geser desain (V n* ) harus memenuhi: Vn* φv n (12) φ : aktor reduksi kapasitas sambungan ujung balok yang mengalami keruntuhan geser V n : kapasitas geser nominal sambungan ujung balok = 0,6 u A wn (13) A wn : adalah luas neto pelat badan = ( dwc nhdh ) t (14) d wc : tinggi pelat badan tanpa lengkungan n : jumlah lubang pada bidang kritis h d h : diameter lubang t : tebal pelat badan tanpa lengkungan 4. PENGUJIAN SAMBUNGAN BATANG TARIK Terdapat 3 variasi benda uji yang dibuat pada penelitian ini yaitu sambungan sayap (SS), sambungan badan (SB) dan sambungan sayap-badan (SSB), yang secara detail dapat dilihat pada gambar 2. Sambungan sayap (SS) dan sambungan badan (SB) merupakan sambungan butt-connection dengan tambahan pelat baja ringan sebagai elemen sambung. Untuk sambungan sayap-badan (SSB) dibuat sebagai sambungan lap-connection. Benda uji yang telah didesain sebelumya kemudian dipasang pada tumpuan penjepit yang terbuat dari baja konvensional, pada kedua ujung proil, dengan menggunakan 8 buah baut merata pada bagian sayap dan badannya. Hal ini bertujuan agar

5 SK kondisi sentris pengujian dapat tercapai dan menghindari slip/kegagalan pada daerah tumpuan. Setelah itu benda uji dipasang pada mesin UTM dengan pembebanan menggunakan loadcell tarik dan alat LVDT sebagai alat ukur perpanjangan, yang dihubungkan dengan data logger untuk pengolahan data menjadi graik. Pengujian tarik sambungan dilakukan menggunakan mesin UTM, dengan kecepatan pembebanan statis sebesar 1 mm per menit. Setting pengujian tarik sambungan baja ringan dapat dilihat pada gambar 3. Detail Variasi Sambungan Sayap Detail Variasi Sambungan Badan Detail Variasi Sambungan Sayap dan Badan Baut 8 Ø8 Baut 8 Ø8 Baut 8 Ø Kanal Penyambung Sekrup Pelat Penyambung Sekrup 60 Overlap 30 (3d) Sekrup (mm) (mm) (mm) Gambar 2. Benda Uji Sambungan Tarik Keterangan : 1. Universal Testing Machine (UTM) 2. Penjepit dari Baja Konvensional 3. Benda Uji 4. Loadcell 5. LVDT Gambar 3. Setting Pengujian Tarik Sambungan 5. HASIL DAN PEMBAHASAN Graik perbandingan beban-perpindahan pada pegujian tarik sambungan baja ringan dapat dilihat pada gambar 4. Pada benda uji Sambungan Sayap (SS) beban bertambah secara linier di awal pembebanan, dengan kemiringan yang cukup landai. Dari pengamatan secara visual, pada titik beban sebesar 0,539 ton, sambungan sekrup mulai mengalami kegagalan tilting. Saat beban kembali diteruskan, kerusakan tilting semakin besar diakhiri dengan kegagalan cabut pada akhir pembebanan. Pada benda uji Sambungan Badan (SB) bentuk graik menyerupai Sambungan Sayap (SS). Dari pengamatan secara visual, sambungan sekrup mulai mengalami kegagalan tilting pada beban 0,497 ton. Saat beban kembali diteruskan,

6 SK kerusakan tilting semakin besar dan dilanjutkan dengan kegagalan lain yaitu hole bearing dan kegagalan cabut pada akhir pembebanan. Pada benda uji Sambungan Sayap-Badan (SSB), didapatkan graik yang cukup curam dengan kondisi linier yang sangat terlihat. Dari pengamatan secara visual, kegagalan tilting terjadi pada beban 0,993 ton. Saat beban kembali diteruskan, kerusakan tilting semakin besar dan dilanjutkan dengan kegagalan berikut yaitu hole bearing. Pada benda uji SSB beban turun drastis setelah kegagalan hole bearing, sampai mengalami kegagalan cabut di akhir pembebanan Beban (Kg) Perpindahan (mm) SS SB SSB Gambar 4. Graik Beban-Perpindahan pengujian tarik sambungan baja ringan Perbandingan kekuatan sambungan tarik baja ringan dapat dilihat pada tabel 3. Dari hasil analisis didapatkan kekuatan desain sambungan batang tarik sebesar 0,661 ton. Sambungan Sayap-Badan (SSB) dapat mendukung beban terbesar dibandingkan dengan variasi sambungan lainnya, yaitu sebesar 0,993 ton. Kemudian secara berurutan sambungan Badan (SB) mampu mendukung beban sebasar 0,497 ton dan sambungan Sayap (SS) sebesar 0,539 ton. Dengan jumlah sekrup yang sama di semua variasi sambungan, maka dapat dihitung besarnya beban yang mampu didukung satu buah sekrup. Beban maksimum satu buah sekrup diperoleh sebesar 0,135 ton pada sambungan sayap (SS), 0,124 ton pada sambungan badan (SB), dan 0,248 ton pada sambungan sayap-badan (SSB) Tabel 3. Hasil pengujian tarik sambungan baja ringan Kode Benda Uji Jenis Sambungan Analisis Vb (ton) Beban Tarik P (ton) Gaya 1 Buah Sekrup (ton) P/ Vb SS Sambungan Sayap 0,661 0,539 0,135 0,815 SB Sambungan Badan 0,661 0,497 0,124 0,752 SSB Sambungan Sayap-Badan 0,661 0,993 0,248 1,502 Dari pengamatan secara visual, kondisi Sambungan Sayap-Badan (SSB) yang berupa sambungan lap-connection memiliki kekakuan sambungan yang lebih baik dibanding dengan Sambungan Sayap (SS) dan Sambungan Badan (SB) yang berupa sambungan butt-connection. Kondisi tersebut menyebabkan pada benda uji sambungan Sayap- Badan (SSB) tidak mengalami tekuk saat awal pembebanan. Kondisi kekakuan sambungan tersebut juga mempengaruhi kondisi pembebanan, dimana kondisi beban sangat sentris pada Sambungan Sayap-Badan (SSB), sementara pada sambungan yang lain muncul eksentrisitas pada pengujian. Hal tersebut menyebabkan sambungan Sayap-Badan (SSB) lebih baik dalam menahan beban tarik dibandingkan Sambungan Sayap (SS) dan Sambungan Badan (SB)

7 SK KESIMPULAN Berdasarkan pengujian dan pembahasan mengenai perilaku sambungan batang tarik baja canai dingin dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Tegangan leleh (Fy) dan tegangan ultimit (Fu) yang digunakan berdasarkan peraturan SNI dan pengujian tarik baja ringan adalah sebesar 495 MPa. Untuk baja ringan dengan ketebalan kurang dari 0,9 tegangan material bajanya akan direduksi cukup besar. 2. Beban maksimum yang dapat dipikul oleh sambungan sayap (SS) adalah sebesar 0,539 ton, untuk sambungan badan (SB) sebesar 0,497 ton, dan untuk sambungan sayap-badan (SSB) sebesar 0,993 ton. 3. Gaya minimal yang dapat dipikul oleh alat sambung sekrup terhadap kegagalan jungkit (tilting) untuk sambungan sayap adalah 0,135 ton, untuk sambungan badan adalah 0,124 ton, dan untuk sambungan sayap badan adalah 0,248 ton. 4. Kegagalan yang diperoleh dari pengujian sambungan sayap (SS) adalah jungkit dan cabut; untuk sambungan badan (SB) adalah jungkit, tumpu lubang (hole bearing), dan cabut; untuk sambungan sayap badan adalah jungkit, tumpu lubang (hole bearing), dan cabut. 5. Model sambungan tarik baja ringan yang kuat dan optimum untuk sambungan sebidang adalah sambungan sayap-badan (SSB) dengan tipe sambungan lap-connection. DAFTAR PUSTAKA Anggara, P. D. (2014). Pengaruh Jarak Screw Terhadap Kekuatan Sambungan Pada Baja Ringan, Jurnal Rekayasa Teknik Sipil, Volume 3, No 1, hal , Universitas Negeri Surabaya, Surabaya. Badan Standardisasi Nasional, (2013). Struktur Baja Canai Dingin, SNI 7971:2013. Haris, S., dan Herman, H. (2015). Studi Eksperimental Perilaku Sambungan Dengan Alat Sambung Sekrup pada Elemen Struktur Baja Ringan, Laporan Penelitian Universitas Andalas, Padang. Yu, W. W. (2000). Cold Formed Steel Design, Third Edition, John Wiley & Sons, INC., New York.

8 SK KONFERENSI NASIONAL TEKNIK SIPIL 12 (KoNTekS 12) Batam, September 2018