TEKUK BAJA PROFIL IWF DAN HONEYCOMB (CASTELLA) (TEORI DAN EKSPERIMENTAL)

Transkripsi

1 TEKUK BAJA PROFIL IWF DAN HONEYCOMB (CASTELLA) (TEORI DAN EKSPERIMENTAL) Philip T Lamsihar Napitupulu 1, Besman Surbakti 2 1 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan philipnapitupulu@gmail.com 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan besman@usu.ac.id ABSTRAK Apabila sebuah batang lurus dibebani gaya tekan aksial dengan pemberian beban semakin lama semakin tinggi, maka pada batang tersebut akan mengalami perubahan keadaan sumbu batang lurus menjadi batang melengkung dinamakan tekuk. Terjadinya fenomena tekuk pada struktur baja disebabkan karena elemen baja pada umumnya sangat tipis, sehingga mudah mengalami tekuk yang akan mengurangi kapasitas dari struktur itu sendiri. Penelitian ini menggunakan benda uji berupa profil baja iwf dan honeycomb (castella). Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan gambaran tentang uji tekuk pada benda uji, menentukan berapa nilai beban kritis (Pkr), dan deformasi lendutan yang terjadi pada benda uji, membandingkan beban kritis (Pkr) dan deformasi lendutan yang terjadi pada benda uji dari hasil pengujian dan perhitungan analitis. Pada penelitian ini, dilakukan pengujian pada profil baja iwf yang memiliki dimensi mm dan untuk profil baja honeycomb memiliki dimensi mm, masing- masing dengan tinggi batang 2,5 m (untuk dua sampel). Profil memiliki perletakan sendi-sendi dan diberikan pembebanan aksial. Hasil yang diperoleh secara pengujian untuk sampel I profil baja iwf, yaitu Pkr = kg dan untuk sampel II diperoleh Pkr = kg. Sedangkan, hasil yang diperoleh secara perhitungan analitis yaitu Pkr = kg. Adapun hasil yang diperoleh secara pengujian untuk sampel I profil honeycomb (castella), yaitu Pkr = kg dan untuk sampel II diperoleh Pkr = kg. Sedangkan, hasil yang diperoleh secara perhitungan analitis yaitu Pkr = kg. Semakin besar beban yang diberikan maka semakin besar pula deformasi lendutan yang terjadi pada benda uji tersebut. Kata kunci: baja, pengujian tekuk, beban kritis, profil baja iwf, profil baja honeycomb (castella). ABSTRACT If a straight rod axial compressive force saddled with the burden of giving higher and higher, then to the shaft axis will change the state of a straight rod into curved rod called buckling. The occurrence of the phenomenon of buckling of steel structures due to steel elements are generally very thin, so it's easy to buckle that will reduce the capacity of the structure itself. This study uses a profile of a test piece of steel IWF and honeycomb (castella). This study aimed to get an idea of bending test on a test object, determine how the value of critical load (Pcr), and the deformation deflection occurs at the specimen, comparing the critical loads (Pcr) and the deformation deflection occurs at the specimen from the test results and calculations analytical. In this study, conducted testing on steel profiles IWF which has dimensions of mm and to have dimensional honeycomb steel profiles mm, each with a stem height of 2.5 m (for two samples). Profile has the bearing joints and given axial loading. The results obtained in the test for sample I IWF steel profile, which is Pcr = kg and for sample II obtained Pcr = kg. Meanwhile, the results obtained by the analytical calculations namely Pcr = kg. The results obtained in the test for sample I honeycomb profile (castella), namely Pcr = kg and for sample II obtained Pcr = kg. Meanwhile, the results obtained by the analytical calculations namely Pcr = kg. The greater the applied load, the greater the deflection deformation that occurs in the test object. Keywords: steel, buckling testing, critical load, IWF steel profiles, profile steel honeycomb (castella).

2 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Baja adalah paduan logam yang tersusun dari besi sebagai unsur utama dan karbon sebagai unsur penguat yang digunakan sebagai salah satu bahan konstruksi { Joseph E.Bowles, 1985}. Sifatsifatnya yang terutama dalam penggunaan konstruksi adalah kekuatannya yang tinggi dan keliatannya. Keliatan (ductility) adalah kemampuan baja untuk berdeformasi sebelum baja putus. Kemampuan baja yang cukup besar untuk menahan kekuatan tarik dan tekan, serta baja juga mempunyai perbandingan kekuatan tiap volume yang lebih tinggi dibandingkan dengan bahanbahan lain yang umumnya dipakai.. Suatu struktur dikatakan kuat atau aman apabila struktur tersebut mampu memikul segala gaya, tegangan dan juga lendutan yang mungkin timbul akibat dari pembebanan yang bersifat sementara. Baja berdeformasi secara nyata dapat dilihat pada konstruksi portal sederhana. Portal terdiri dari elemen-elemen pelat, kolom, dan balok sehingga dalam perencanaan, faktor yang harus mendapat perhatian utama adalah masalah kekuatan atau keamanan, masalah keekonomisan dan masalah estetika dari struktur yang direncanakan. Apabila sebuah batang lurus dibebani gaya tekan aksial dengan pemberian beban semakin lama semakin tinggi, maka pada batang tersebut akan mengalami perubahan keadaan sumbu batang lurus menjadi batang melengkung dinamakan tekuk.suatu elemen yang mempunyai kekakuan kecil lebih mudah mengalami tekuk dibandingkan dengan elemen yang mempunyai kekakuan besar. Tekuk terjadi akibat penekanan pada suatu batang dimana yang mengalami gaya tekan aksial. 1.2 Tujuan Penelitian 1. Mendapatkan gambaran tentang uji tekuk profil baja IWF dan honeycomb (castella). 2. Menentukan berapa nilai beban kritis (Pkritis) dan deformasi lendutan yang terjadi pada profil baja IWF dan honeycomb (castella). 3. Membandingkan beban kritis (Pkritis) dan deformasi lendutan yang terjadi pada profil baja IWF dan honeycomb (castella) dari hasil pengujian dan perhitungan analitis. 1.3 Pembatasan Masalah a. Aplikasi terhadap profil baja IWF dengan ukuran mm dan profil baja honeycomb (castella) dengan ukuran mm. Masing-masing dengan tinggi batang 2,5 m (untuk dua sampel). b. Baja IWF mm dibentuk menjadi baja honeycomb (castela) mm. c. Struktur perletakan adalah dengan tumpuan sendi-sendi. d. Bahan baja bersifat elastis linier sesuai dengan hukum Hooke. e. Beban akibat berat sendiri diabaikan f. Tekuk yang terjadi adalah tekuk elastis Gambar 1. Benda Uji Profil IWF dan Honeycomb

3 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Teori Tekuk Kolom merupakan batang tekan tegak yang bekerja untuk menahan balok-balok loteng, rangka atap, lintasan crane dalam bangunan pabrik dan sebagainya yang untuk seterusnya akan melimpahkan semua beban tersebut ke pondasi. Dengan berbagai macam sebutan, seperti kolom, tiang, tonggak, dan batang desak, batang ini pada hakekatnya jarang sekali mengalami tekanan aksial saja.apabila sebuah batang lurus dibebani gaya tekan aksial dengan pemberian beban semakin lama semakin tinggi, maka pada batang tersebut akan mengalami perubahan. Perubahan dari keadaan sumbu batang lurus menjadi sumbu batang melengkung dinamakan Tekuk. Gambar 2. Batang yang Tertekuk akibat Gaya Aksial (sumber: Salmon, 1997) Pada hakekatnya batang yang hanya memikul tekan aksial saja jarang dijumpai dalam struktur namun bila pembebanan diatur sedemikian rupa hingga pengekangan (restrain) rotasi ujung dapat diabaikan atau beban dari batang-batang yang bertemu diujung kolom bersifat simetris dan pengaruh lentur sangat kecil dibandingkan dengan tekanan langsung maka batang tekan dapat direncanakan dengan aman sebagai kolom yang dibebani secara konsentris. Dari mekanika bahan diketahui bahwa hanya kolom yang sangat pendek dapat dibebani hingga mencapi tegangan lelehnya, sedangkan keadaan yang umum yaitu lenturan mendadak akibat ketidakstabilan terjadi sebelum kekuatan bahan batang sepenuhnya tercapai. Keadaan demikian yang kita sebut dengan tekuk (buckling). Considere dan Esengger pada tahun 1889 secara terpisah menemukan bahwa sebagian dari kolom dengan panjang yang umum menjadi inelastis sebelum tekuk terjadi dan harga E yang dipakai harus memperhitungkan adanya jumlah serat yang tertekan dengan regangan diatas batas proporsional. Jadi mereka menyadari bahwa sesungguhnya kolom dengan panjang yang umum akan hancur akibat tekuk inelastis dan bukan akibat tekuk elastis. Akan tetapi pengertian yang menyeluruh tentang kolom dengan beban konsentris baru dicapai pada tahun 1946 ketika Shanley menjabarkan teori yang sekarang ternyata benar. Ia mengemukakan bahwa hakekatnya kolom masih mampu memikul beban aksial yang lebih besar walaupun telah melentur, tetapi kolom mulai melentur pada saat mencapai beban yang disebut beban tekuk, yang menyertakan pengaruh inelastisitas pada sejumlah atau semua serat penampang lintang. Untuk menentukan kekuatan kolom dasar, kondisi kolom perlu didealisir dengan beberapa anggapan. Mengenai bahan, kita dapat menganggap : 1. Sifat tegangan-regangan tekan sama diseluruh titik pada penampang 2. Tidak ada tegangan internal seperti akibat pendinginan setelah penggilingan (rolling) 3. Kolom lurus sempurna dan prismatis 4. Resultante beban bekerja melalui sumbu pusat batang sampai batang mulai melentur 5. Kondisi ujung harus statis tertentu sehingga panjang antara sendi-sendi ekivalen dapat ditentukan. 6. Teori lendutan yang kecil seperti pada lenturan yang umum berlaku dan gaya geser dapat diabaikan.

4 7. Puntiran atau distorsi pada penampang lintang tidak terjadi selama melentur Setelah anggapan-anggapan diatas dibuat, sekarang disetujui bahwa kekuatan suatu kolom dapat dinyatakan sebagai: Dimana : σcr = tegangan rata-rata pada penampang E t = modulus tangen pada P/A KL/r = angka kelangsingan efektif (ujung sendi ekivalen) Seperti yang kita tahu batang tekan yang panjang akan runtuh akibat tekuk elastis dan batang tekan yang pendek yang buntak dapat dibebani sampai bahan meleleh atau bahkan sampai daerah pengerasan regangan (strain hardening). Pada keadaan yang umum, kehancuran akibat tekuk terjadi setelah sebagian penampang melintang meleleh, keadaan ini disebut dengan tekuk inelastic.tekuk murni akibat beban aksial sesungguhnya hanya terjadi apabila anggapan dari (1) sampai (7) diatas berlaku. Kolom biasanya merupakan satu kesatuan dengan struktur, dan pada hakekatnya tidak dapat berlaku secara independent. Dalam praktek, tekuk diartikan sebagai pembatasan antara lendutan stabil dan tidak stabil pada batang tekan: jika bukan kondisi sesaat yang terjadi pada batang langsing elastis yang diisolir. Banyak insinyur menyebut beban tekuk praktis ini sebagai beban batas ultimate. Dari mekanika bahan kita tahu bahwa batang tekan yang pendek akan dapat dibebani sampai beban meleleh. Batang tekan yang panjang akan runtuh akibat tekuk elastis. Pada keadaan umum kehancuran akibat tekan terjadi diantara keruntuhan akibat kelelehan bahan akibat tekuk elastis, setelah bagian penampang melintang meleleh, keadaan ini disebut tekuk inelastis (inelastic buckling). Ada tiga jenis keruntuhan batang tekan, yaitu: 1. Keruntuhan akibat tegangan yang terjadi pada penampang telah melalui materialnya. 2. Keruntuhan akibat batang tertekuk elastic (elastic buckling). Keadaan ini terjadi pada bagian konstruksi yang langsing. Disini hukum Hooke masih berlaku bagi serat penampang dan tegangan yang terjadi tidak melebihi batas proporsional. 3. Keruntuhan akibat melelehnya sebagian serat disebut tekuk inelastic (inelastic buckling). Kasus keruntuhan semacam ini berada diantara kasus (1) dan kasus (2), dimana pada saat menekuk sejumlah seratnya menjadi inelastic maka modulus elastisitasnya ketika tertekuk lebih kecil dari harga awalnya. Gambar 3. Kolom dengan Kedua Ujungnya berupa Sendi Bahwa batang yang ditekan akan mengalami bentuk yang sedikit melengkung seperti pada gambar Jika sumbu koordinat diambil seperti dalam gambar, momen dalam yang terjadi pada penampang sejauh x dari sumbu asal adalah: Mx = -EIy

5 Gambar 4. Kolom Euler Dengan menyamakan momen lentur luar P.y, maka diperoleh persamaan: EIy + P.y = 0 (1) Persamaan (2.21) adalah persamaan diferensial linear dengan koefisien konstan dan dapat dirubah menjadi: y + k².y = 0 (2) Dimana: K 2 = P (3) EI Penyelesaian umum persamaan (1) y = A sin kx + B cos kx (4) Untuk menentukan besaran konstanta A dan B, maka menggunakan syarat batas: y = 0 dan x = 0 y = 0 dan x = 1 Dengan memasukkan syarat batas pertama ke dalam persamaan (4) maka diperoleh: B = 0 Sehingga diperoleh: y = A sin kx (5) Dari syarat batas kedua diperoleh: A sin kl = 0 (6) Persamaan (6) dapat dipenuhi oleh tiga keadaan yaitu: 1. Konstanta A = 0, yaitu tidak ada lendutan (7) 2. Kl = 0, yaitu tidak ada beban luar (8) 3. Kl = nл, yakni syarat terjadi tekuk (9) Substitusi persamaan (9) ke dalam persamaan (4 dan persamaan 6) diperoleh: P = n 2 π 2 EI l 2 (10) n π x Y = A sin (11) l Pada beban yang diberikan oleh persamaan (10) kolom berada dalam keadaan kesetimbangan dalam bentuk yang agak bengkok, dimana bentuk deformasinya diberikan oleh persamaan (12). Ragam (mode) tekuk dasar yaitu lendutan dengan lengkungan tunggal akan diperoleh jika nilai n diambil sama dengan 1, dengan demikian beban kritis Euler untuk kolom adalah: P kr = π2 EI (12) l 2 Dan persamaan lendutan menjadi: π x Y = A sin (13) l

6 3. METODOLOGI PENELITIAN MULAI TEKUK PROFIL BAJA IWF DAN HONEYCOMB (TEORI DAN EKSPERIMENTAL) EKSPERIMEN - EKSPERIMEN - ANALITIS ANALITIS BENDA UJI Profil baja IWF( mm) Profil baja honeycomb (castella) ( mm) Masing-masing tinggi batang yaitu 2,5 m (dua sampel) HITUNG METODE EULER TIDAK CEK KEMBALI PERSIAPAN PENGUJIAN - Persiapan benda uji - Persiapan alat - Pengujian kuat tekan aksial BANDINGKAN DENGAN HASIL EKSPERIMEN HASIL - Pembebanan (P) - Deformasi (δ) YA SELESAI Gambar 5. Bagan Alur Penelit

7 3.1 Persiapan Penelitian Benda uji berupa profil baja IWF dengan ukuran mm dan profil baja Honeycomb (Castella) dengan ukuran mm, masing- masing dengan tinggi batang 2,5 m (untuk dua sampel). 3.2 Prosedur Pengujian Pengujian dilakukan dengan menggunakan Hydraulic Jack dengan kapasitas 25 Ton untuk mendapatkan nilai beban kritis (P kr ). Benda uji diletakan secara horizontal, lalu Jack diletakkan disalah satu profil. Kemudian tempatkan alat berupa dial yang berhubung dengan jarum pengukur yang dapat menunjukkan pergerakan yang terjadi sampai ketelitian 0,01 mm. Beban P secara bertahap ditambah besarnya lalu dicatat besarnya perubahan yang terjadi pada batang. Beban harus ditambah sampai didapat besarnya beban kritis. Untuk setiap besar beban yang bekerja diperoleh besarnya defleksi yang terjadi. Gambar 6. Profil Baja IWF dan Honeycomb Gambar 7. Proses Pembuatan Baja Honeycomb

8 4. ANALISA DAN HASIL PENELITIAN 4.1 Analisa Pada Profil Baja IWF E = 2,1 x 10 6 kg/cm 2 σ 1 = 2400 kg/cm 2 (BJ 37 / Fe 360) Untuk profil IWF dengan L = 2,5 m I y = 49,5 cm 4 Ix = 666 cm 4 i y = 1,66 cm A = 17,85 cm 2 P kr = π2 E I L k 2 = 3,14 2 2,1 x 10 6 (49,5) (250) 2 = 16398,49 kg 4.2 Analisa Pada Profil Baja Honeycomb (Castella) E = 2,1 x 10 6 kg/cm 2 σ 1 = 2400 kg/cm 2 (BJ 37 / Fe 360) A = 13,85 cm 2 i y = 1,9 cm i x = 10,7 cm Untuk profil Honeycomb (Castella) Potongan Penampang Berlobang : I x = 1498,72254 cm 4 I y = 49, cm 4 Untuk profil Honeycomb (Castella) Potongan Penanmpang Penuh : I x = 1498,72254 cm 4 I y = 49, cm 4 Digunakan profil Honeycomb dengan nilai Iy terkecil : P kr = π2 E I L k 2 = 3,14 2 2,1 x 10 6 (49, ) (250) 2 = 16326,36 kg

9 No Tabel 1. Hasil Rekapitulasi Nilai Deformasi Profil Baja IWF Beban (ton) Deformasi Pengujian Sisi A (cm) Beban (ton) Deformasi Perhitungan Analitis (cm) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

10 No Tabel 2. Hasil Rekapitulasi Nilai Deformasi Profil Baja Honeycomb (Castella) Beban (ton) Deformasi Pengujian Sisi A (cm) Beban (ton) Deformasi Perhitungan Analitis (cm) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

11 BEBAN (TON) BEBAN (TON) GRAFIK HUBUNGAN BEBAN DENGAN DEFORMASI TEKUK PROFIL BAJA IWF PADA SAMPEL I 0.304, , , , , , , , , , , , , , , 0.109, , 0.019, 0.073, 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 1.203, , , , , , , 1.091, , , , , , , 12.5 Deformasi Pengujian Deformasi Perhitungan DEFORMASI (CM) Gambar 8. Grafik Hubungan Beban Dengan Deformasi Profil Baja IWF 25 GRAFIK HUBUNGAN BEBAN DENGAN DEFORMASI TEKUK PROFIL BAJA HONEYCOMB (CASTELLA) 0.793, , , , , , , , , 0.963, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 0.060, , 0.030, , 0, Deformasi Pengujian Deformasi Perhitungan DEFORMASI (CM) Gambar 9. Grafik Hubungan Beban Dengan Deformasi Profil Baja Honeycomb (Castella)

12 BEBAN (TON) 25 GRAFIK HUBUNGAN BEBAN DENGAN DEFORMASI TEKUK PROFIL BAJA IWF DAN HONEYCOMB (CASTELLA) 0.793, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 0.204, , , , 40.15, , 0.12, , 0.095, , 0.071, , 0.062, , 0.041, , 0.019, , 0.012, 0.5 0, , , , , , , DEFORMASI (CM) Deformasi Baja IWF Deformasi Baja Honeycomb Gambar 9. Grafik Hubungan Beban dengan Deformasi Tekuk Profil Baja iwf dan Honeycomb (Castella) Tabel 3. Hasil Perbandingan Beban Kritis (Pkr) Pengujian, dan Perhitungan Analitis Profil Baja IWF Keterangan Pengujian (kg) Perhitungan Analitis (kg) Pkr % Relatif 100% 96.46% Tabel 4. Hasil Perbandingan Beban Kritis (Pkr) Pengujian, dan Perhitungan Analitis Profil Baja Honeycomb (Castella) Keterangan Pengujian (kg) Perhitungan Analitis (kg) Pkr % Relatif 100% 82.45%

13 5. KESIMPULAN 1. Profil baja IWF untuk sampel I dengan pengujian mencapai beban kritis pada beban (Pkr) sebesar kg. 2. Profil baja IWF untuk sampel II dengan pengujian mencapai beban kritis pada beban (Pkr) sebesar kg. 3. Profil baja IWF secara perhitungan analitis dengan metode Euler mencapai beban kritis pada beban (Pkr) sebesar kg kg. 4. Profil baja Honeycomb (Castella) untuk sampel I dengan pengujian mencapai beban kritis pada beban (Pkr) sebesar kg. 5. Profil baja Honeycomb (Castella) untuk sampel II dengan pengujian mencapai beban kritis pada beban (Pkr) sebesar kg. 6. Profil baja Honeycomb (Castella) secara perhitungan analitis dengan metode Euler mencapai beban kritis pada beban (Pkr) sebesar kg kg. 7. Profil baja Honeycomb lebih kuat menahan beban tekan aksial sentris dibandingkan dengan profil baja IWF. 6. SARAN 1. Perlu juga dilakukan analisis kolom yang mengalami beban kritis dengan kondisi ujung lainnya, seperti perletakan sendi- jepit, jepit-jepit, dan lain lain, untuk mendapatkan hasil yang memiliki nilai akurasi yang tinggi dan variatif pada penelitian selanjutnya. 2. Perlunya diadakan penelitian kembali pada profil baja Honeycomb dengan variasi teknis pembelahan pelat badan profil seperti dibelah zig-zag horizontal, dibelah zig-zag miring atau dibelah miring pada pelat badannya. 3. Perlunya diadakan penelitian kembali pada profil baja dengan mengikutkan berat sendiri sebagai beban. 4. Perlunya alat-alat laboratorium yang memadai dan terbaru untuk mendapatkan hasil percobaan yang lebih akurat. 7. REFERENSI Chajes, A. (1974). Principles of Structural Stability Theory. Massachusetts: Department of Civil Engineering, University of Massachusetts.. Depari, Y. (2013). Eksperimen Tekuk P Kritis pada Circular Hollow Sections. Skripsi Bidang Studi Struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Gunawan, R. (1987). Tabel Profil Konstruksi Baja. Yogyakarta: Penerbit Kanisius. Oentoeng. (1999). Konstruksi Baja. Yogyakarta: Andi. Potma, A., & Vries. (2001). Konstruksi Baja Teori Perhitungan dan Pelaksanaan. Jakarta: Pradnya Paramita. Riza, M. M. (2011). Jasa Perencanaan, Pengenbangan, dan Evaluasi Desain Struktur. Retrieved from Perencanaan Struktur: Salmon, C., & Johnson. (1990). Struktur Baja Disain dan Perilaku. Jakarta : Erlangga. Setiawan, A. (2008). Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD. Jakarta: Erlangga. Spiegel, L. (1998). Desain Baja Struktural Terapan (Applied Structural Steel Design). Bandung: Refika Aditama. Sunggono, K. H. (1995). Buku Teknik Sipil. Bandung: Nova.