ANALISIS PENGARUH LAJU KOROSI TERHADAP KAPASITAS BUCKLING PADA KONDISI ELASTIC PADA BAJA PROFIL I BEAM

Transkripsi

1 ANALISIS PENGARUH LAJU KOROSI TERHADAP KAPASITAS BUCKLING PADA KONDISI ELASTIC PADA BAJA PROFIL I BEA Redokso S, Daiel Rumi Terua Departeme Tekik Sipil, Uiversitas Sumatera Utara, Jl. Dr. aysur eda ocogoers@gmail.com Departeme Tekik Sipil, Uiversitas Sumatera Utara, Jl. Dr. aysur eda ABSTRAK Efek utama korosi yaitu rusak atau hilagya lapisa permukaa pada material aja. Rusakya material akiat korosi yag seragam pada setiap sisi profil megakiatka erkuragya properties peampag seperti, luas area, mome iersia, jari-jari girasi da lai-lai. Peetrasi rata=rata korosi dapat dimodelka dega suatu pedekata fugsi (Kayser 988) yag dapat dihitug dega megguaka rumus empiric erdasarka jural (Reza Rahgozar, Yasser ohse Sharifi* ad alekiejad). Tujua utama dari tulisa ii adalah utuk memperhitugka efek korosi dega pegemaga suatu model dimaa laju korosi seagai fugsi dari waktu. Aalisis terseut dilakuka utuk meghitug kapasitas letur peampag sesuai dega umur laya yag direcaaka. Berkuragya properties peampag megakiatka peurua kapasitas letur, geser, da axial. Besarya kapasitas ucklig suatu profil sagat dipegaruhi oleh sectio modulus da rasio kelagsiga. Semaki tiggi laju korosi maka leduta da peetrasi korosi yag terjadi pada tampag terseut semaki esar, tetapi eradig teralik dega kapasitas letur tampag yag semaki kecil ilaiya. Dari hasil aalisis yag diperoleh, huuga atara umur laya terhadap leduta, pajag alok tapa kekaga lateral, mome omial da peetrasi korosi meujukka huuga yag tidak liear. Leih lajut, ilai-ilai parameter diatas telah disajika dalam tael da huuga atara parameter-parameter diatas dapat dilihat dalam etuk grafik. kata kuci : korosi, loss material, properties peampag, ucklig ABSTRAK The mai effects of corrosio ca e loss of material from the surface which leads to thier sectios. The loss of material due to uiform corrosio may take place over a large area which results i the reductio of sectio properties for the memer, such as area, momet of iertia, radius of gyratio, ad etc. The average corrosio peetratio ca e modeled with a good degree of approximatio usig the followig power law fuctio. Rate of corrosio is calculated y usig empirical formula of the joural Reza Rahgozar, Yasser ohse Sharifi * ad alekiejad. The purpose of this paper is to descries the effects of corrosio y developig a model that estimates corrosio loss as a fuctio of exposure time, sice corrosio is a time-depedet parameter. Aalyses were performed to calculate the lateral ucklig capacity of steel eam i terms of exposure time. The reductio i memer sectio dimesios leads to lower edig, shear, ad axial capacity. Bucklig capacity of memers will e critically affected y the reductio i sectio modulus ad slederess ratio. The higher corrosio peetratio rigig o the larger deflectio, ut iversely proportioal to the edig capacity. The results aalysis of poit out, the relatioship etwee the deflectio with serviceaility age, uraced legth of eam, the omial momet ad corrosio peetratio shows uliear relatios. Furthermore the values of the parameters have ee preseted i the tale aove ad to see the relatio of the aove parameters ca e viewed i graphical form. Keywords : corrosio, loss material, properties peampag, ucklig

2 . PENDAHULUAN.. Latar Belakag Suatu stuktur/profil tetuya memerluka maiteace/perawata. Struktur yag tidak dieri perawata aka perlaha megalami kerusaka. Kerusaka terseut isa medatagka ecaa da ahaya terhadap mausia disekitarya. Korosi merupaka salah satu dari sekia ayak faktor peyea kerusaka yag terjadi pada profil. Kita tetuya megigika umur kostruksi yag kita recaaka/desig sesuai dega yag yag kita harapka. Tetapi terkadag hal terseut tidak sesuai dega apa yag terjadi atiya. Bayak faktor yag mempegaruhi kegagala suatu kostruksi. Dalam hal ii korosi merupaka salah satu peyea kegagala kostruksi. Para peeliti telah ayak melakuka peelitia da meemuka suatu perumusa yag empiris utuk megetahui esarya laju korosi seirig erjalaya waktu pada suatu daerah tertetu.hasil dari peelitia ii pastiya sagatlah ermafaat utuk kita agar dapat medesai kekuata suatu struktur atau profil dega memperhitugka adaya pegaruh laju korosi. Bucklig merupaka suatu feomea dalam idag sipil. Peristiwa ucklig sagatlah erahaya pada suatu struktur. Bucklig ias terjadi karea ketidakmampua suatu profil/peampag yag tidak kompak dalam hal meerima ea. Seperti yag telah dijelaska diatas, korosi megakiatka adaya kerusaka pada lapisa material suatu profil (loss material). Semaki esar laju korosi, maka semaki ayak lapisa material yag rusak. Hal ii megakiataka ilai-ilai mechaical properties profil terseut eruah da aka erpegaruh terhadap kekuata atau kemapua laya profil terseut.. Perumusa asalah. Dalam hal ii kita megasumsi esarya ea yag dipikul oleh profil terseut selama umur ea layaya tidak eruah. aka dari itu rumusa masalah ya adalah seagai erikut :. Bagaimaa medesai/meetuka profil yag sesuai da memeuhi dalam perecaaa struktur terseut.. Bagaimaa meghitug da megotrol kapasitas ucklig yag terjadi pada struktur. 3. Utuk megetahui seerapa esar laju korosi yag terjadi erdasarka rumus yag ada da pegaruhya terhadap kapasitas ucklig alok..3 aksud da Tujua aksud da tujua dari tulisa ii adalah agar kita dapat medesig suatu profil yag cukup kuat dalam memikul ea dega mempertimagka adaya pegaruh korosi di suatu ligkuga tertetu..4 Batasa asalah Adapu atasa-atasa masalah dalam tulisa ii adalah seagai erikut:. Profil yag dipakai dalam perecaaa adalah Profil IWF.. Permasalaha yag ditijau pada kodisi elastic. 3. aterial aja pada kodisis homoge. 4. egikuti Hukum Hooke. 5. Dalam perhituga laju korosi diguaka data-data yag empiris. 6. Huuga Tegaga-Regaga adalah liear. 7. Profil yag memikul ea terseut diasumsika tidak dieri maiteace/perawata.

3 .5 etodologi etodologi yag diguaka dalam tulisa ii adalah kajia-kajia literature dari uku-uku maupu jural, megakses dari iteret seagai sumer referesi tamaha, serta kosultasi dega dose pemimig.. TINJAUAN PUSTAKA Akiat mome, peampag alok megalami tegaga letur (edig stress), akiat gaya geser peampag alok megalami tegaga geser. Dalam keadaa peampag alok masih elastis distriusi tegaga letur masih liier. Tegaga maksimum terjadi pada serat terluar yag letakya y dari garis etral adalah :. y f I Dega adalah mome pada peampag yag ditijau da I adalam mome iersia. Tada positif meujuka tegaga tarik, da tada egatif meujuka tegaga teka. Jika S = I/y, dega S adalah modulus potoga (sectio modulus) maka persamaa (3.) terseut didapat:. f S Ada dua kegagala yag dapat terjadi pada kompoe struktur letur profil I yag megalami letur. Kegagala pertama profil aka megalami lateral-torsioal ucklig (tekuk lateral) yag diakiatka adaya displaceme da rotasi di tegah etag, amu hal ii tidak megalami peruaha etuk. Kegagala kedua, profil aka megalami local ucklig (tekuk lokal) pada sayap teka da juga pada pelat ada, sehigga megakiatka eruahya etuk profil, hal ii diakiatka oleh adaya rasio kelagsiga yag relatif sagat esar atara tiggi pelat ada terhadap tealya. Hal terseut dapat diatasi dega cara memasag pertamata lateral diatara kedua tumpuaya. Dega adaya kegagala terseut megakiatka perecaaaya mejadi tamah rumit da meyita cukup waktu. Kapasitas peampag dapat didefeisika seagai erikut : Dimaa : = ome Nomial p = ome Plastis p Z = odulus Plastis peampag Fy = Tegaga Leleh profil Z. Fy 3. TEORI 3. Tekuk Lokal Tekuk lokal terjadi diakiatka oleh adaya rasio kelagsiga yag relatif sagat esar atara tiggi pelat ada terhadap tealya. Tekuk lokal meijau kodisi kelagsiga agia peampag. Akiat adaya gaya yag terjadi pada peampag maka aka ekerja mome letur, seagia peampag aka megalami tarik da seagia lagi megalami teka. Tekuk lokal meijau kelagsiga agia peampag yag megalami teka. Kelagsiga agia peampag didefiisika seagai peradiga lear-teal pelat agia peampag.

4 isal akiat mome positif dapat ditujukka dalam gamar ii pelat sayap atas megalami teka seagia pelat ada megalami teka utuk agia sayap : λ = /tf utukagia ada : λ = h/tw Batas kelagsiga agia peampag : - Peampag kompak λ < λp - Peampag tidak kompak λp < λ < λr - Peampag lagsig λ > λ r 3. Tekuk Lateral Ketika seuah alok yag meerima ea pada kekakua letur teresarya, alok terseut aka memegkok da memutar pada saat ea yag dierika mecapai ilai kritisya. Tetapi hal itu iasa tidak terjadi jika pada alok terseut dierika lateral support( sokoga). Utuk alok dalam keadaa geometris yag sempura, ea kritis ii sesuai dega titik ifurkasi kesetimaga ketika peampag megalami deformasi, peampag mejadi tidak stail. Deformasi terseut megakiatka adaya pemegkoka da putara yag kemudia mejadika peampag terseut dalam keadaa stail kemali. Kasus ii sama seperti pada kasus kolom dimaa utuk mecari ea kritis peampag alok terseut, pertama sekali harus ditetuka persamaa kesetimaga peampag alok dalam keadaa terdeformasi. Bea tekuk kritis atau ea lateral merupaka ilai yag diperoleh seagai ilai eige teredah yag memeuhi ilai karakteristik persamaa diferesial dari persamaa dari persamaa terseut. Berikut aka dijelaska prosedur utuk mecari ea kritis paampag. Dalam hal ii diguaka asumsi seagai erikut : a. Balok dalam keadaa geometrik yag sempura.. Bea yag dierika pada idag sumu lemahya (idag we dalam kasus peampag I) c. Defleksi yag terjadi pada peampag kecil. d. Geometrik peampag tidak eruah selama terjadiya ucklig. Sumer : Structural Staility : Theory ad Implemetatio E.. Lui, W.F. Che, 997 Tekuk lateral adalah deformasi yag terjadi pada arah lateral/sampig (keluar idag pemeaa) yag terjadi pada eleme yag dieai mome letur. Pajag eleme alok tapa kekaga secara lateral dapat megalami tekuk torsi lateral akiat ea letur yag terjadi. Dapat ditujukka pada gamar diawah ii.

5 Gamar 3. : Balok tapa kekaga lateral megalami tekuk torsi lateral akiat ea letur 3.3 Perilaku Balok Tapa Kekaga Lateral Pada alok yag memikul ea trasversal selai meletur terhadap sumu kuatya, juga dapat meletur kearah sumu lemahya. Seagaimaa kita ketahui ahwa agia sayap teka alok dihuugka dega agia sayap tarik melalui ada alok sehigga dapat mecegah terjadiya ketidakstaila sayap teka terhadap tekuk. Kompoe teka dari suatu alok disokog seluruhya oleh kompoe tarik yagstail. Jadi, tekuk gloal dari kompoe teka tidak terjadi seelum kapasitas mome atas peampag elum tercapai. Namu apaila sayap teka cukup esar, agia sayap teka dapat tertekuk kearah lateral yag dikeal seagai lateral torsioal ucklig.utuk mecegah terjadiya lateral torsioal ucklig ii, alok dapat dieri lateral support pada jarak tertetu, atau dega memilih alok yag mempuyai mome iersia terhadap sumu lemah medekati sama esar dega mome iersia sumu kuatya. 3.4 Kekuata Balok Akiat Bea ome uri Ada empat (4) kategori perilaku alok yag memikul mome letur. Kekuata mome plastis p tercapai dega kapasitas rotasi cukup esar. Peampag seperti ii diijika dalam aalisis dega metoda plastis.. Kekuata mome plastis tercapai dega kapasitas rotasi kecil. Hal ii diseaka kekakua sayap atau ada kurag utuk meaha tekul lokal atau lateral support tidak memadai utuk meaha tekuk lateral ketika sayap dalam keadaa kodisi ielastis. Peampag ii tidal diijika pada aalisis dega metoda plastis. 3. Kekuata mome tercapai, dimaa diatas ilai terseut tegaga sisa yag ada aka meyeaka mulaiya perilaku ielastis alok. Adaya tekuk lokal pada sayap atau ada atau tekuk lateral mecegah tercapaiya kapasitas mome plastis. 4. Kekuata mome r tercapai, dimaa diatas ilai terseut tegaga sisa yag ada aka meyeaka mulaiya perilaku ielastis alok. Adaya tekuk lokal pada sayap atau ada atau tekuk lateral mecegah tercapaiya kapasitas mome plastis p. 5. Kekuata peampag alok diatasi oleh tekuk elastis aik akiat local ucklig pada sayap atau ada, atau lateral torsioal ucklig. 3.5 Kuat Letur Nomial Balok Kuat letur omial alok ditijau dari kegagala tekuk lateral sagat tergatug kepada pajag alok tapa sokoga (uraced legth) didefiisika parameter erikut ii:

6 L p 790 F yf r y L pd / F yf p r y L r F r yf y X Fr F F X yf r X EGJA X 4 S x C I w y S x GJ Gamar 3. : Kuat ome Nomial Akiat pegaruh pajag alok tapa kekaga lateral L 3.6 Pegaruh Gradiet ome Terhadap Ketidakstaila Lateral Torsi Utuk memperhitugka pegaruh mome yag tidak seragam atau ea yag ekerja adalah ea trasversal, maka kuat letur omial dikalika dega faktor modifikasi C. Peratura AISC 986 meetapka faktor seperti C yag diusulka Salvadori: C,75,05 0,3,3 Pegaruh distriusi ea sepajag etag alok yag tidak disokog/dikekag terhadap kekuata atau kapasitas tekuk lateral torsi elastic telah diteliti secara umeric oleh sejumlah peeliti. Rumus empiris dirumuska oleh Kiry da Nethercot 3 utuk ilai C. C 3 / 4 / 3 / max max 3 max Dimaa,, da 3 mome pada ¼ pajag etag, tegah etag da ¾ pajag etag masig-masig da max adalah mome maximum. Jika letak pemeaa tidak pada pusat geser, ilai-ilai ea kritis aka ereda-eda.

7 3.7 Laju Korosi Seperti yag telah dijelaska diatas korosi megakiatka rusakya lapisa material atau profil aja terseut. Loss material ii diasumsika seagai teal material yag hilag dari setiap sisi profil. dimaa material yag rusak terseut diaggap tidak mampu lagi memikul ea. aka dari itu dega meguragka ukura profil seelum terjadiya korosi dega teal material yag megalami korosi didapat dimesi da sectio properties dari profil setelah terjadiya korosi seagai erikut : Besarya kerusaka atau hilagya lapisa material/profil terseut dapat dihitug dega rumus laju korosi seagai erikut. C( t) At Dimaa : C(t) = Peetrasi rata-rata korosi dalam 3 0 mm ) satua micrometer Gamar 3.3 : Peampag yag megalami korosi t = Satua waktu dalam tahu A da B= Parameter utuk meetuka regresi dari data experimet. Parameter A da B merupaka parameter yag ersifat empiris yag telah dirumuska oleh isiiurisiiur erdasarka experimet yag perah dilakuka da telah diakui. Parameter-parameter terseut dapat dilihat dalam tael erikut. B Tael 3.: Statistical parameters for A ad B (Kayser 988) Parameter Caro Stell Weatherig Steel A ( x0 3 mm) B A ( x0 3 mm) B Rural Eviromet ea value, µ Coefficiet of variatio, σ / µ Coefficiet of correlatio, AB Not availale Ura Eviromet

8 ea value, µ Coefficiet of variatio, σ / µ Coefficiet of correlatio, Ρa arie Eviromet ea value, µ Coefficiet of variatio, σ / µ Coefficiet of correlatio, ρab Sumer : Bucklig capacity of uiformly corroded steel memers i terms of exposure time Reza Rahgozar, Yasser Sharifi* ad ohse alekiejad Dari rumus diatas dapat dihitug ilai C(t). Seperti yag telah dijelaska diatas ahwa C(t) merupaka ilai peetrasi rata-rata korosi dalam satua micrometer. Nilai peetrasi yag dimaksud adalah teal (t) material yag hilag (loss material) akiat korosi terseut. Pada tael terseut disajika parameter-parameter utuk dua tipe aja yag ereda da pada masig-masig kodisi atau daerah yag eeda. Dalam studi ii, parameter pada ligkuga marie (ligkuga yag dekat dega laut) diguaka utuk meghitug laju korosi pada profil aja terseut. Utuk megaalisa permasalaha paa tulisa ii diamil cotoh kasus seagai erikut. Berikut ii seuah alok Profil IWF 500x300xx8 sepajag 0m, dimaa alok terseut tidak dikekag secara lateral. Diasumsika Fy = 50 Pa. Gamar 4. : Peampag yag memikul ea Diasumsika alok terseut memikul ea sampai 50 tahu Tetuka: a. ome kritis alok terseut.. Tetuka seerapa esar laju korosi selama 0, 0, 30, 40, da 50 tahu alok terseut. c. Tetuka da adigka kapasitas mome pada alok terseut seelum da sesudah terjadiya korosi.

9 Sectio properties peampag adalah seagai erikut h t =500mm I x =7x0 7 mm 4 f =300mm I y =8,x0 7 mm 4 t w =8mm r x =0,8 cm t f =mm r=6mm r y =7,04 cm w=8 Kg/m Gamar 4. : Bagia-agia peampag A=6350mm Diperoleh mome total yag ekerja eserta mome yag ditimulka akiat erat sediri pada alok terseut seesar 99, knm. aka kuat letur omial pada peampag ii adalah :, x S x, x 90 x N 84,8 kn x F Persyarata Stregth Limit State : y Terhadap Letur dim aa ilai 0,9 0,9 x84,8 u u 733,3kNm 99, knm ( ok) Kotrol terhadap leduta

10 3 PL 48 EI WL EI 7,3mm L / 360 7,3mm 7,77 mm 4 ( ok) Jadi, leduta yag terjadi akiat deformasi ea-ea terseut adalah seesar 7,3 mm eetuka ilai C w,( w u DL w s 0,736kN / m ) da P 0 KN u R A R B ( Pu wu x L) (0 (0,736 x0)) 08,68kN X RA. x. wu. x aka dari itu dapat dicari ome pada sejauh L, L/, da L/4. x RA. x. wu. x 08,68 x.0,736. x maka : A B C xl / 4 xl / x3l / 4 06,9 knm max 84, knm 06,9 knm aka dega megguaka rumus yag ditetapka Kiry da Nethercot pada peratura AISC- LRFD 993 : C C,5,5 max,5 3 A max 4 B 3 C Persyarata Stregth limit state Nilai yag diamil adalah yag terkecil, sedagka ilai teresar. aka dari hasil yag diperoleh diatas : u yag diamil adalah yag

11 C..,5.0,9.545,043 84, knm 564,9 knm 84, knm aka alok cukup kuat memikul ea yag ekerja. Tael 4.: Perhituga umur laya sampai 50 tahu u Umur C(t) L r L p L r C C.. laya (tahu) (mm) (cm) (cm) (cm) (mm) (knm) (knm) (knm) Sekarag 0 050,59 35, ,3 53,8 545,043,5 557,49 0 0, ,07 34, ,049 49,88 506,89,5 53,8 0 0,75 05,4 333, , ,88 475,85,5 49,99 30,03 007,6 38, , ,93 458,56,5 474,67 40,3 993,90 30, ,6 0 49,73,5 444,753 50,54 983,48 35,7 000, ,706,5 4,975 CØ (KNm),00,00, C.Ø Umur Layaa (tahu) C.Ø. Grafik 4.:Umur Layaa VS C..

12 Lr () Lr Umur Layaa (tahu) Lr Grafik 4.. :Umur layaa VS Lr (KNm),00,00, Umur Layaa (tahu) Grafik 4.3: Umur Layaa VS Dari grafik dapat kita lihat, semaki tiggi umur layaa, ilai Lr,, da C.. megalami peurua. Hal diatas merupaka idikasi ahwa kapasitas ucklig aka semaki meuru seirig ertamahya laju korosi. 4. KESIPULAN Berdasarka perhituga diatas dapat kita amil kesimpula seagai erikut :. Laju korosi meyeaka hilagya lapisa material pada profil terseut (loss material).. Semaki ertamah umur layaa megakiatka semaki esar juga laju korosi pada profil yag memikul ea terseut. Laju korosi yag semaki esar meyeaka sectio properties

13 pada peampag. Sectio properties yag semaki erkurag meyeaka erkuragya kapasitas peampag. 3. Laju korosi terseut juga meimulka semaki esarya ilai leduta pada peampag terseut. DAFTAR PUSTAKA G. Salmo, Charles & E.Johso, Joh.99. Struktur Baja C. ccormac, Jack 008, Structural Steel Desig Fourth Editio H. Gaylord,jr & N. Gaylord, Charles 97. Desig of Steel Structures Secod Editio Rahgozar, R.,Sharifi, Y.,alakiejad,. 009, Bucklig capasity of uiformly corroded steel memers i terms of exposure time, Civil Egieerig Departmet, Uiversity of Kerma, Kerma, Ira Galamos V.T., Surovek E. A., 008, Structural Staility Of Steel : Cocepts ad Aplicatio for Structural Egieers America Istitute Of Steel Costructio, 00, Specificatio for Structural Steel Buildigs E.. Lui, W.F. Che, 997, Structural Staility : Theory ad Implemetatio avale-egieerig.logspot.com 0, 4 April diperoleh 5 Jauari 03, dari