BAB III METODOLOGI PENELITIAN. baseplate berdasarkan metode AISC- LRFD dan simulasi program ANSYS. Adapun

Transkripsi

1 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Tugas akhir ini merupakan studi literatur untuk menghitung dimensi baseplate berdasarkan metode AISC- LRFD dan simulasi program ANSYS. Adapun langkah-langkah untuknya dijelaskan dengan diagram alir sebagai berikut: MULAI 1. Studi literatur 2. Mengumpulkan data kolom dan Baseplate Beban P u dan M u Gaya tekan ijin (F p ) Asumsi dimensi (N x B) N Cek nilai e N/6 Y Tegangan yang terjadi Bearing Stress (f 1,2 ) Program simulasi ANSYS N Cek nilai f 1,2 < F p Y Momen bagian kritis Tegangan Bearing Stress Ketebalan pelat (t p ) SELESAI Gambar Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir

2 Dari diagram alir di atas langkah-langkah metodologi untuk pengerjaan tugas akhir dapat dirinci sebagai berikut : 3.1. Studi literatur Studi literatur ini bertujuan untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat, aman dan ekonomis untuk pendimensian baseplate dengan membandingkan hasil manual dan juga dengan program Ansys. Beberapa literatur yang menjadi acuan antara lain: 1. DeWolf, J.T. dan Ricker D.T (1990) telah merumuskan langkah-langkah perhitungan praktis untuk baseplate dengan cara ASD dan LRFD yang telah disetujui oleh AISC. Mengacu pada rumusan yang telah di setujui tersebut maka penyusunan tugas akhir ini mengikuti langkah-langkah tersebut untuk mendimensi baseplate secara manual dengan metode AISC-LRFD. 2. Dae-Young Lee, Subhash C. G dan Bozidar Stojadinovic telah mensimulasikan baseplate dengan sebuah program, yaitu ABAQUS dan membandingkannya dengan perhitungan manual metode Drake and Elkin, oleh karena itu penyusunan tugas akhir ini membanding perhitungan manual metode AISC-LRFD dengan sebuah program, yaitu ANSYS dan memakai mutu baja yang sama, yaitu: A Pengumpulan Data Data yang diperlukan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah data material baja dan data material beton Material Baja Jenis baja yang digunakan dalam kolom dan baseplate adalah baja A36 sesuai standar ASTM.

3 1. Kolom Profil kolom yang digunakan adalah profil baja I WF 10 x 49. Gambar dan data profil dapat dilihat pada gambar Baseplate Material baja pada baseplate adalah baja ASTM A36. Dengan karakteristik bahan dapat dilihat pada table Material Beton Material yang digunakan dalam perencanaan suatu bangunan beton harus selalu mengikuti standar yang berlaku. Terdapat beberapa standar dalam pemilihan material beton, dalam tugas akhir ini, material beton yang digunakan adalah standar yang ditetapkan oleh AASHTO sebagai berikut : Gambar Grafik Hubungan Kuat Tekan dan Modulus Elastisitas Beton

4 Dapat dilihat dalam bentuk tabel 3.1 sebagai berikut : Beton Kuat tekan f c (psi) Modulus Elastisitas Ec (ksi) Kelas C Kelas A Kelas B Tabel. 3.1 Hubungan Kuat Tekan Beton dan Modulus Elastisitas Beton Dalam tugas akhir ini, digunakan material baja dengan kuat tekan f`c= 3000 psi, maka modulus elastisitasnya adalah 3155 ksi. Untuk karakteristik lain seperti berat jenis beton dan angka poisson, maka diambil dari bahan beton standar, yaitu: Berat jenis ( ρ ) = 2400 kg/m 3 υ = 0, Pemodelan Struktur dengan Software ANSYS Pemodelan struktur dengan software ANSYS mengikuti langkah-langkah seperti yang telah di jelaskan dalam Gambar Untuk jenis elemen yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Jenis elemen yang digunakan untuk baja adalah solid tet 10node Jenis elemen yang digunakan untuk beton adalah solid concret 65

5 BAB IV ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisis Pada tahap ini, model struktur kolom diberi gaya-gaya vertikal dan momen. Gaya-gaya tersebut digunakan dalam perancangan baseplate serta untuk menarik kesimpulan bahwa parameter apa saja yang mempengaruhi perancangan baseplate saat menganalisa dimensi dan ketebalan dari baseplate Kriteria Perencanaan Spesifikasi baja yang digunakan dalam tugas akhir ini mengikuti standar ASTM untuk baja A36, dapat di lihat dari table berikut : Tabel Spesifikasi Baja A36 Sesuai Standar ASTM Berdasarkan spesifikasi sesuai standar ASTM tersebut maka untuk baja A36 dalam perhitungan digunakan : Berat Jenis ( ρ ) = 7,85 g/cc = 7,85 x 10-6 kg/mm 3 Mutu Baja ( fy ) = 250 MPa = 25,50 kg/mm 2 Modulus elastisitas ( E ) = 200 GPa = kg/mm 2 Angka Poisson ( ν ) = 0,260

6 Untuk beton digunakan : Berat jenis ( ρ ) = 2400 kg/m 3 = 2,4 x 10-6 kg/mm 3 f`c = 3 ksi = 2,109 kg/mm 2 E = 3155 ksi = 2218,802 kg/mm 2 ν = 0.18 Profil baja I WF berdasarkan standar ASTM A36 adalah W 10 x 49 dengan : kedalaman (d) = 9,98 in = 253,49 mm lebar (b) = 10,00 in = 254 mm tebal sayap (t f ) = 0,560 in = 14,22 mm tebal badan (t w ) = 0,340 in = 8,64 mm Gambar Dimensi Profil Baja W 10 x 49 Berdasarkan ASTM A36 Untuk pembebanan Beban vertikal: beban mati (P DL ) = 40 kips = 18143,69 kg beban hidup (P LL ) = 100 kips = 45359,24 kg Beban momen: momen mati (M DL ) = 100 kip-in = ,62 kg-mm momen hidup (M LL ) = 180 kip-in = ,31 kg-mm

7 4.3. Perencanaan Baseplate Perencanaan baseplate ini dihitung mengikuti prosedur AISC (DeWolf, J. T., and Ricker, D.T., Column Base Plates, AISC Steel Design Guide Series, No. 1, 1990) Contoh Perhitungan Baseplate Dengan Eksentrisitas Kecil ( e N/6 ) Perencanaan baseplate didesain dengan beban vertikal dan momen untuk eksentrisitas kecil ( e ). Dengan menggunakan data-data yang telah dikumpulkan, maka baseplate dapat direncanakan sebagai berikut : Menghitung Pu dan Mu Pu = 1,2(P DL ) + 1,6(P LL ) = 1,2 (18143,69) + 1,6 (45359,24) = 94347,212 kg Mu = 1,2(M DL ) + 1,6(M LL ) = 1,2 ( ,62) + 1,6 ( ,31) = ,440 kg-mm Menghitung tegangan ijin maksimum (Fp) Direncanakan rasio luas pondasi beton dengan luas pelat, A 1 /A 2 = 2 Maka, Fp = 0,85 x φ x f`c A A = 0,85 x 0,60 x 2,109 2 = 1,521 kg/mm 2

8 Asumsi Ukuran Pelat (B x N) Diasumsikan ukuran pelat 16 x 16 in atau 406,4 x 406,4 mm Gambar Ukuran Pelat Dan Bagian Kritis Kontrol eksentrisitas, untuk eksentrisitas kecil e Dimana: e = Mu/Pu = ,440 / 94347,212 = 49,8231 mm Cek nilai e 49,8231 mm, mm = 67,7333 mm OK

9 Menghitung Bearing Stress Yang Terjadi Gambar Desain Baseplate Dengan Eksentrisitas Kecil Dengan menggunakan persamaan f 1,2 =. ±. dimana : c = N/2 (ksi) = 406,4 / 2 = 203,2 mm dan I = 406,4 x (406,4) 3 / 12 = mm 4 Maka tegangan bantalan yang terjadi f 1,2 = 94347, ,4 x 406,4 ±,, Untuk f 1 = 0,9914 kg/mm 2 f 2 = 0,1511 kg/mm 2 Cek nilai f 1 Fp 0,9914 kg/mm 2 1,521 kg/mm 2.OK

10 Menghitung Momen Bagian Kritis ( M plu ) Gambar Dimensi Baseplate Dengan Tegangan Bantalan Yang Terjadi M plu adalah momen yang terdapat pada bagian kritis 323,608 mm 82,79 mm 0,8202 kg/mm 2 0,9914 kg/mm 2 0,1712 kg/mm 2 P1 P2 Gambar Momen Pada Bagian Kritis Baseplate Jarak bagian kritis ke tepi pelat (m) = { N-(0,95 x d)}/2 = {406,4-(0,95 x 253,49)}/2 = 82,79 mm

11 M plu = ( P1. ½ m) + ( P m ) = { (0,8202 x 82,79) ½ x 82,79 } + {( ½ x 0,171 x 82,79 ) 2 3 x 82,79 )} = 3202,3451 kg-mm/mm Menghitung Tebal Pelat ( tp ) Dapat dihitung dengan persamaan tp =., (, ) = (,, ) = 23,625 mm Maka diambil ketebalan pelat t p = 23,625 mm Menentukan Ketebalan Pondasi Beton Dalam prosedur AISC (DeWolf, J. T., and Ricker, D.T., Column Base Plates, AISC Steel Design Guide Series, No. 1, 1990) disimpulkan bahwa terdapat pengaruh ketebalan pondasi beton terhadap kapasitas tegangan pondasi. Untuk ketebalan pondasi beton lebih kecil dari ukuran horizontal pelat, maka kapasitas tegangan mungkin dapat meningkat, sementara apabila ketebalan pondasi beton lebih besar dari ukuran horizontal pelat maka kapasitas tegangan mungkin dapat berkurang. (DeWolf, J. T., and Ricker, D.T., Column Base Plates, AISC Steel Design Guide Series, No. 1, 1990, halaman 34) Luas ukuran penampang pondasi direncanakan 2 kali ukuran luas penampang baseplate. Apabila ukuran luas penampang baseplate 406,4 mm x 406,4 mm, maka luas penampang pondasi 574,7 mm x 574,7 mm dengan kedalaman sama dengan 406,4 mm. Dapat dilihat dalam Gambar 4.6.

12 Gambar Dimensi Baseplate dan Pondasi Beton 3D

13 4.4. Simulasi Baseplate Dengan Program ANSYS Dimensi baseplate yang telah dihitung secara manual diatas akan disimulasikan dengan program ANSYS, sehingga dihasilkan tegangan Von Mises (σ υ ), kemudian dari tegangan Von Mises akan didapat faktor keamanan dengan persamaan sebagai berikut: σ υ = S y /FS Dimana : S y = kekuatan luluh material FS = faktor keamanan Langkah-langkah simulasi baseplate secara garis besar ditunjukkan dalam diagram alir Gambar Dalam tugas akhir ini digunakan ANSYS Karakteristik bahan Karakteristik bahan dalam ANSYS dibutuhkan agar simulasi baseplate dapat mendekati uji yang sebenarnya. Karakteristik bahan untuk simulasi baseplate ini adalah sebagai berikut : 1. Bidang ilmu kasus yang dipilih adalah struktur. Langkahnya: Ansys Main Menu preferences dan centang individual discipline(s) to show I the GUI pada structural 2. Jenis elemen yang digunakan untuk baja adalah solid tet 10node 92 Jenis elemen yang digunakan untuk beton adalah solid concret 65 Langkahnya: Ansys Main Menu preprocessor Element Type Add/Edit/Delete, pada kotak dialog Element Type klik Add, pada kotak dialog Library of Element Types pilih Structural Solid Tet 10node 92, klik OK dan Close. Dan begitu juga untuk pondasi beton. Dapat dilihat pada Gambar. 4.7.

14 Gambar. 4.7.a. Pemilihan Jenis Elemen Untuk Baja Gambar. 4.7.b. Pemilihan Jenis Elemen Untuk Beton 3. Bahan material yang digunakan terdiri dari 2, yaitu material baja dan beton. Untuk material baja digunakan baja standar ASTM A36 dengan berat jenis ( ρ ) = 7,85 x 10-6 kg/mm 3 modulus elastisitas ( E ) = kg/mm 2 angka poisson ( ν ) = 0,260 Sedangkan untuk material beton digunakan bahan standar dengan berat jenis ( ρ ) = 2,4 x 10-6 kg/mm 3 modulus elastisitas ( E ) = 3155 ksi = 2218,802 kg/mm 2 angka poisson ( ν ) = 0.18 Langkahnya: Ansys Main Menu Preprocessor Material Props Material Models, pada kotak dialog Material Define Model Behavior untuk Material Model

15 Number 1, klik Structural Liniear Elastic Isotropic isikan EX dengan nilai modulus elastisitas ( E ) dan PRXY dengan angka poisson ( ν ) klik OK. Kemudian klik Density isikan DENS dengan berat jenis ( ρ ) klik OK. Kemudian untuk material 2, pada kotak dialog Material Define Model Behavior pilih Material New Model, pada kotak dialog Define Material ID isikan 2, klik OK. Selanjutnya untuk Material Model Number 2 langkahnya sama seperti langkah material 1. Setelah semua nilai dimasukkan klik tanda Close. Dapat dilihat pada Gambar Modulus elastisitas Angka Poisson Berat Jenis Gambar Input Data Karakteristik Bahan

16 Desain Objek Desain objek disesuaikan dengan hasil perhitungan dimensi secara manual, 1. kolom baja didesain setinggi 1000 mm, 2. ketebalan pelat t p = 23,625 mm, 3. dimensi beton diambil dari 2 kali luas pelat dengan tinggi 406,4 mm yang diambil dari panjang ukuran baseplate. Sehingga untuk pondasi kolom beton digunakan dimensi (574,7 x 574,7 x 406,4) mm 3. Untuk desain kolom, pelat dan pondasi dapat dilihat pada Gambar Langkahnya: 1. Untuk material 1 yaitu kolom dan pelat, pertama dibuat titik keypoint sesuai bentuk kolom. Ansys Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints On Working Plane, isikan nilai koordinat satu persatu kemudian klik Apply, setelah selesai klik OK. Kemudian titik keypoint dihubungkan menjadi garis yang membentuk penampang kolom. Ansys Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines In Active Coord, hubungkan titik-titik hingga membentuk penampang kolom, setelah selesai klik OK. Selanjutnya garis diubah menjadi luasan. Ansys Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Arbitary By Lines, klik semua garis lalu tekan OK. Setelah menjadi sebuah bidang luasan kemudian dibangun menjadi bentuk 3 dimensi sesuai ukuran. Ansys Main Menu Preprocessor Modeling Operate Extrude Areas Along Normal, pilih bidang luasan klik Apply, pada kotak dialog, isikan DIST dengan tinggi atau ketebalan objek, kemudian klik OK. Untuk mendesain pelat, langkahnya sama dengan membuat kolom.

17 2. Untuk material 2 yaitu pondasi beton, pertama harus diubah materialnya menjadi material 2. Ansys Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes, pada kotak dialog Element Attributes, ubah Element Type Number menjadi solid 65 dan Material Number menjadi 2, kemudian klik OK (Gambar. 4.9). Selanjutnya dapat didesain bentuknya sesuai rencana. Ansys Main Menu Preprocessor Modeling Create volumes Block By Dimensions, kemudian pada kotak dialog diisikan koordinatnya sesuai ukuran, kemudian klik OK. Gambar Kotak Dialog Element Attributes 3. Setelah semua bentuk selesai didesain, kemudian kolom dan pelat disatukan. Ansys Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Add volumes, klik kolom dan pelat kemudian klik OK. Untuk pelat dan pondasi beton perlu dilekatkan, sehingga pondasi beton tepat berada dibawah pelat. Ansys Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Glue volumes, pilih pelat dan pondasi kemudian klik OK. Hasil desain dapat dilihat pada Gambar

18 1000 mm 574,7 mm 23,625 mm 406,4mm Gambar Desain Objek Pada Program ANSYS Meshing Meshing adalah proses pembagian elemen menjadi elemen yang lebih kecil sehingga dapat diberikan kondisi batas. Untuk kolom baja dan baseplate di-meshing dengan panjang 20 mm. Untuk pondasi beton di-meshing dengan panjang 100 mm. Langkahnya: Ansys Main Menu preprocessor Meshing Mesh Tool, pada kotak dialog Mesh Tool pilih Size Control: Globals klik Set, kemudian ubah SIZE Element egde length sesuai ukuran yang akan ditentukan. Kemudian klik OK. Kembali ke kotak dialog Mesh Tool klik Mesh, pilih objek yang akan di-mesh, kemudian klik OK. Untuk beton sebelum dilakukan meshing, terlebih dahulu diubah Element Type Number menjadi solid 65 dan Material Number menjadi 2, kemudian klik OK. Hasil Meshing dapat dilihat pada Gambar

19 Gambar Objek Setelah Di-Meshing Kondisi Batas (Tumpuan dan Beban) Tumpuan diberikan pada bagian alas pondasi beton dengan jenis tumpuan All DOF ( semua arah ). Langkahnya: Ansys Main Menu Solution Define Loads Structural Displacement On Areas, klik bagian alas pondasi beton lalu klik Apply, Pada kotak dialog Aplly U, ROT on Areas pilih All DOF, kemudian klik OK. Hasil dapat dilihat pada Gambar

20 Gambar Objek Setelah Diberi Kondisi Batas Tumpuan Untuk pembebanan Beban vertikal diberikan sebagai tekanan, sehingga harus dibagi dengan luas penampang kolom. Diketahui beban vertikal P u = 94347,212 kg dan luas penampang kolom = 9306,3956 mm 2, sehingga tekanan = 10,13789 kg/mm 2. Langkahnya: Ansys Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Areas, lalu pilih penampang kolom yang berada paling atas, lalu klik OK, pada kotak dialog Apply PRESS on Area, masukkan nilai tekanan, kemudian klik OK. Gambar

21 Nilai tekanan Gambar Kotak Dialog Apply PRESS on Area Beban momen pada ANSYS harus dijadikan beban terpusat dengan jarak tertentu sehingga menjadi momen. Diketahui M u = ,440 kg-mm dan ketinggian kolom 1000 mm, maka beban terpusat = 4700, kg. Langkahnya: Ansys Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On Nodes, kemudian pilih Nodes pada penampang profil kolom yang terletak di tengah, klik Apply, pada kotak dialog Apply F/M on Nodes ubah arah sumbu menjadi FY, setelah itu masukkan nilainya, lalu klik OK. Gambar Arah Sumbu Nilai Beban Gambar Kotak Dialog Apply F/M on Nodes

22 Gambar Objek Setelah Diberi Beban Hasil Analisis Setelah semua beban dan tumpuan diberikan maka struktur dapat dijalankan. Langkahnya: Solution Solve Current LS. Kemudian klik OK. Hasil analisis dapat ditampilkan dalam bentuk gambar kontur maupun tabel. Hasil analisis tidak memiliki satuan, oleh karena itu dalam mendesain harus disamakan semua satuannya. Ansys dapat menampilkan hasil analisis berupa perpindahan, tegangan, regangan, suhu, dan lain-lain. Seperti terlihat pada Gambar. 4.16

23 Gambar Pilihan Hasil Analisis Pada ANSYS Yang Dapat Ditampilkan Untuk melihat hasil dalam bentuk kontur dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut: Langkahnya: General Postproc Plot Result Contour Plot Nodal Solution. Kemudian dipilih hasil analisis yang akan ditampilkan. Beberapa hasil analisis yang sering ditampilkan adalah perpindahan dan tegangan Von Mises. Dalam contoh perhitungan ini dapat dilihat tegangan Von Mises seperti Gambar Untuk melihat hasil dalam bentuk tabel dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut: Langkahnya: General Postproc List Result Nodal Solution. Kemudian dipilih hasil analisis yang akan ditampilkan.

24 Gambar a. Diagram Tegangan Von Mises Untuk Beban Aksial Gambar b. Diagram Von Mises Untuk Kombinasi Beban Aksial dan Momen

25 4.5. Tegangan Bantalan Tegangan bantalan (bearing stress) adalah tegangan yang terjadi pada bantalan atau pondasi beton, tegangan ini berpengaruh dalam perhitungan ketebalan pelat. Terdapat banyak asumsi dalam menghitung bentuk tegangan bantalan ini, ada yang mengasumsikan berbentuk persegi dengan panjang tertentu dan ada yang berbentuk segitiga seperti dalam perhitungan AISC-RLFD ini. Jika pada pondasi dipotong pada bagian tengah dan pada bagian kritis, maka akan terlihat grafik tegangan bantalannya. Pada Gambar 4.18 ditunjukkan garis pada pondasi beton yang akan dipotong pada bagian tengah dan juga pada bagian kritis. Selanjutnya akan didapat grafik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.19 dan Gambar Gambar Garis Potong Di Tengah Pondasi dan Di Bagian Kritis

26 Tegangan Bantalan Akibat Beban Aksial Gambar.4.19.a. Grafik Tegangan Bantalan Untuk Beban Aksial Di Tengah Pondasi Gambar b. Grafik Tegangan Bantalan Untuk Beban Aksial Di Bagian Kritis

27 Tegangan Bantalan Akibat Kombinasi Beban Aksial dan Momen Gambar. 4.20a. Grafik Tegangan Bantalan Untuk Kombinasi Beban Aksial dan Momen Di Bagian Tegah Pondasi Gambar b. Grafik Tegangan Bantalan Untuk Kombinasi Beban Aksial dan Momen Di Bagian Kritis

28 Pengaruh Tegangan Terhadap Variasi Ketebalan Baseplate Dari Gambar 4.19, untuk beban aksial terlihat tegangan maksimum berada pada bagian kritis yaitu 2,969 kg/mm 2 dan untuk beban kombinasi aksial dan momen terlihat juga beban yang paling maksimum berada pada bagian kritis, yaitu sebesar 4,288 kg/mm 2 seperti yang terlihat pada Gambar Untuk mengurangi tegangan yang besar tersebut, salah satu cara dapat dilakukan dengan menambah ketebalan baseplate. Dengan menambah ketebalannya, baseplate akan semakin kaku sehingga dapat mengurangi besarnya tegangan. Oleh sebab itu dilakukan simulasi untuk beberapa ketebalan baseplate sehingga dihasilkan tengangan yang lebih kecil. Dalam simulasi ANSYS didesain baseplate dengan ketebalan yang bervariasi, yaitu: 10 mm, 20 mm, 40 mm, 60 mm, 80 mm dan 100 mm. Di setiap desain baseplate kemudian dipotong pada bagian tengah dan di bagian kritis pondasi, selanjutnya dilihat tegangannya, karena pengaruh aksial dan kombinasi pada setiap potongan tersebut. Langkah-langkah dalam mendesain setiap baseplate yang akan disimulasikan tersebut, sama seperti langkah-langkah dalam mendesain baseplate yang telah dijelaskan pada bagian 4.4. Selanjutnya dilakukan peninjauan terhadap hasil dari setiap ketebalan baseplate. Hasil dari tengangan baseplate disajikan dalam bentuk grafik atau kontur, seperti yang telah dilakukan dalam simulasi sebelumnya. Bentuk dari simulasi tersebut dapat dilihat pada gambar berikut.

29 Simulasi untuk ketebalan baseplate, tp = 10 mm Gambar a Diagram Von Mises Untuk Beban Aksial pada Baseplate ketebalan 10 mm Gambar b Diagram Von Mises Untuk Kombinasi Beban Momen dan Aksial pada Baseplate ketebalan 10 mm

30 a. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Pelat Ketebalan 10 mm Untuk Beban Aksial b. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Pelat Ketebalan 10 mm Untuk Kombinasi Beban Aksial Dan Momen Gambar Grafik Tegangan Untuk Pelat Dengan Ketebalan 10 mm

31 Simulasi untuk ketebalan baseplate, tp = 20 mm Gambar a Diagram Von Mises Untuk Beban Aksial pada Baseplate ketebalan 20 mm Gambar b Diagram Von Mises Untuk Kombinasi Beban Momen dan Aksial pada Baseplate ketebalan 20 mm

32 a. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Pelat Ketebalan 20 mm Untuk Beban Aksial b. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Pelat Ketebalan 20 mm Untuk Kombinasi Beban Aksial Dan Momen Gambar Grafik Tegangan Untuk Pelat Dengan Ketebalan 20 mm

33 Simulasi untuk ketebalan baseplate, tp = 40 mm Gambar a Diagram Von Mises Untuk Beban Aksial pada Baseplate ketebalan 40 mm Gambar b Diagram Von Mises Untuk Kombinasi Beban Momen dan Aksial pada Baseplate ketebalan 40 mm

34 a. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Pelat Ketebalan 40 mm Untuk Beban Aksial b. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Pelat Ketebalan 40 mm Untuk Kombinasi Beban Aksial Dan Momen Gambar Grafik Tegangan Untuk Pelat Dengan Ketebalan 40 mm

35 Simulasi untuk ketebalan baseplate, tp = 60 mm Gambar a Diagram Von Mises Untuk Beban Aksial pada Baseplate ketebalan 60 mm Gambar b Diagram Von Mises Untuk Kombinasi Beban Momen dan Aksial pada Baseplate ketebalan 60 mm

36 a. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Pelat Ketebalan 60 mm Untuk Beban Aksial b. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Pelat Ketebalan 60 mm Untuk Kombinasi Beban Aksial Dan Momen Gambar Grafik Tegangan Untuk Pelat Dengan Ketebalan 60 mm

37 Simulasi untuk ketebalan baseplate, tp = 80 mm Gambar a Diagram Von Mises Untuk Beban Aksial pada Baseplate ketebalan 80 mm Gambar b Diagram Von Mises Untuk Kombinasi Beban Momen dan Aksial pada Baseplate ketebalan 80 mm

38 a. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Pelat Ketebalan 80 mm Untuk Beban Aksial b. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Pelat Ketebalan 80 mm Untuk Kombinasi Beban Aksial Dan Momen Gambar Grafik Tegangan Untuk Pelat Dengan Ketebalan 80 mm

39 Simulasi untuk ketebalan baseplate, tp = 100 mm Gambar a Diagram Von Mises Untuk Beban Aksial pada Baseplate ketebalan 100 mm Gambar b Diagram Von Mises Untuk Kombinasi Beban Momen dan Aksial pada Baseplate ketebalan 100 mm

40 a. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Pelat Ketebalan 100mm Untuk Beban Aksial b. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Pelat Ketebalan 100mm Untuk Kombinasi Beban Aksial Dan Momen Gambar Grafik Tegangan Untuk Pelat Dengan Ketebalan 100 mm

41 Jarak T p = 10 T p = 20 T p = 40 T p = 60 T p = 80 T p = 100 T p =23,625 mm mm mm mm mm mm mm mm 0,000 0, , , , , ,16 0, ,735 0, , , , , , , ,470 0,1684 0, , , , , , ,205 0, , ,3064 1,4655 2,1635 1,8613 0, ,940 0, , ,3913 1,1098 1,156 0, , ,670 2,364 3, ,1835 1,5809 1,3181 1,1192 2, ,410 7,2466 6, ,0175 1,9415 1,5144 1,0162 2, ,140 2,3948 2, ,6929 1,3578 1,2341 0, , ,880 0,7897 1, , , ,0162 0, , ,620 0, , , , , ,0193 0, ,350 0, , , , , , , ,090 0, , , , , , , ,820 0, , , , , , , ,560 2,3454 2, ,6202 1,4427 1,2102 0, , ,290 7,1953 6, ,9961 2,2028 1,5032 1,1337 2, ,030 2,4069 3, ,1982 1,5544 1,3867 1,1422 2, ,760 0, , ,4428 1,2415 1,2285 0, , ,500 0, , ,0384 1,3679 1,9107 1,6564 0, ,230 0, , , , ,5294 0, , ,970 0, , , , , , , ,700 0, , , , , , , Keterangan: tegangan dalam satuan kg/mm 2 Tabel 4.2. Tegangan Di bagian Kritis Pada Setiap Pelat Untuk Beban Aksial

42 8,00 tp = 10 mm 7,00 tp = 20 mm tp = 40 mm 6,00 tp = 60 mm tp = 80 mm 5,00 tp = 100 mm tp = 23,625 mm 4,00 Tegangan (kg/mm 2 ) 3,00 2,00 1,00 0,00 Jarak (mm) Gambar Grafik Tegangan Di bagian Kritis Pada Setiap Pelat Untuk Beban Aksial

43 Jarak T p = 10 T p = 20 T p = 40 T p = 60 T p = 80 T p = 100 T p = 23,625 mm mm mm mm mm mm mm mm 0,000 0, , ,46E-02 5,90E-02 5,91E-02 5,75E-02 1,50E-02 28,735 0, , ,79E-02 0, , , ,82E-02 57,470 0, , , , ,2327 0,2274 6,99E-02 86,205 0, , , , , , , ,940 0, , , , , , , ,670 1,483 1, ,1427 0, , , , ,410 5,5341 3, ,6273 1,0629 0, , , ,140 1,6262 1, , , , , , ,880 0, , , , , , , ,620 0, , , , , , , ,350 0, , , , , , , ,090 0, , , , ,0345 0, , ,820 1,4893 1, ,2384 1,3314 1,2869 1,0912 1, ,560 4,0025 3, ,3928 2,1103 1,7097 1,3133 2, ,290 14,249 9, ,3784 3,2012 2,1439 1,5896 4, ,030 4,8471 5, ,2383 2,2413 1,9723 1,6111 3, ,760 2,3442 2, ,1676 1,8266 1,7765 1,231 1, ,500 0,7133 0, ,7116 2,2139 3,0826 2,6373 0, ,230 0,7133 0, , , , , , ,970 0, , ,4222 0, , , , ,700 0, , , , , , ,16743 Keterangan: tegangan dalam satuan kg/mm 2 Tabel 4.3. Tegangan Di bagian Kritis Pada Setiap Pelat Untuk Kombinasi Beban Aksial dan Momen

44 16,00 tp = 10 mm 14,00 tp = 20 mm tp = 40 mm 12,00 tp = 60 mm tp = 80 mm 10,00 tp = 100 mm tp = 23,625 mm 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Gambar Grafik Tegangan Di bagian Kritis Pada Setiap Pelat Untuk Kombinasi Beban Aksial dan Momen

45 Pengaruh Tegangan Terhadap variasi Luas Pondasi Beton Batasan rasio perbandingan luas penampang pondasi beton (A 2 ) dengan luas baseplate (A 1 ) adalah 4 atau A 2 /A 1 4. Dalam simulasi sebelumnya telah dilakukan untuk luasan pondasi A 2 = 2A 1. Maka simulasi akan dilakukan pada luasan pondasi A 2 = A 1, A 2 = 3A 1 dan A 2 = 4A 1. Diketahui ukuran dimensi penampang baseplate A 1 = 406,4 mm x 406,4 mm Maka, dimensi untuk luasan 3 x A 1 = mm x mm. Dan dimensi untuk luasan 4 x A 1 = 812,8 mm x 812,8 mm. Simulasi ini dilakukan pada pembebanan tetap dan ketebalan baseplate tetap, yaitu: 23,625 mm. Di setiap desain baseplate kemudian dipotong pada bagian tengah dan di bagian kritis pondasi, selanjutnya dilihat tegangannya, karena pengaruh aksial dan kombinasi pada setiap potongan tersebut. Langkah-langkah dalam mendesain setiap baseplate yang akan disimulasikan tersebut, sama seperti langkah-langkah dalam mendesain baseplate yang telah dijelaskan pada bagian 4.4. Selanjutnya dilakukan peninjauan terhadap hasil dari setiap ketebalan baseplate. Hasil dari tengangan baseplate disajikan dalam bentuk grafik atau kontur, seperti yang telah dilakukan dalam simulasi sebelumnya. Bentuk dari simulasi tersebut dapat dilihat pada gambar berikut.

46 Simulasi untuk luasan A 2 = A 1 Gambar a Diagram Tegangan Von Mises Untuk Beban Aksial Pada Luasan A 2 = A 1 Gambar b. Diagram Tegangan Von Mises Untuk Kombinasi Beban Aksial dan Momen Pada Luasan A 2 = A 1

47 a. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Luasan A 2 = A 1 Untuk Beban Aksial b. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Luasan A 2 = A 1 Untuk Kombinasi Beban Aksial dan Momen Gambar Grafik Tegangan Untuk Luasan A 2 = A 1

48 Simulasi untuk luasan A 2 = 3A 1 Gambar a. Diagram Tegangan Von Mises Untuk Beban Aksial Pada Luasan A 2 = 3A 1 Gambar b. Diagram Tegangan Von Mises Untuk Karena Kombinasi Beban Aksial dan Momen Pada Luasan A 2 = 3A 1

49 a. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Luasan A 2 = 3A 1 Untuk Beban Aksial a. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Luasan A 2 = 3A 1 Untuk Kombinasi Beban Aksial dan Momen Gambar Grafik Tegangan Untuk Luasan A 2 = 3A 1

50 Simulasi untuk luasan A 2 = 4A 1 Gambar a. Diagram Tegangan Von Mises Untuk Beban Aksial Pada Luasan A 2 = 4A 1 Gambar b. Diagram Tegangan Von Mises Untuk Kombinasi Beban Aksial dan Momen Pada Luasan A 2 = 4A 1

51 a. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Luasan A 2 = 4A 1 Untuk Beban Aksial b. Grafik Tegangan Di tengah dan Di bagian Kritis Pada Luasan A 2 = 4A 1 Untuk Kombinasi Beban Aksial dan Momen Gambar Grafik Tegangan Untuk Luasan A 2 = 4A 1

52 Pengaruh Penambahan Pengaku Pada Baseplate Terhadap Tegangan Pengaku pada perancangan baseplate berfungsi juga untuk mengurangi tegangan yang terjadi di permukaan pondasi. Penambahan pengaku ini lebih ekonomis dari pada penambahan ketebalan pelat. Berikut akan dilakukan simulasi pada baseplate dengan penambahan pengaku ini. Bentuk pengaku dapat dilihat pada Gambar Simulasi dilakukan pada ukuran pelat normal dan luas pondasi 2 kali luas pelat dengan pembebanan tetap. Gambar Bentuk Pengaku Gambar Baseplate Setelah Diberi Pengaku dan di-meshing

53 Gambar Diagram Tegangan Von Mises Pada Baseplate Berpengaku Untuk Beban Aksial Gambar Diagram Tegangan Von Mises Pada Baseplate Berpengaku Untuk Kombinasi Beban Aksial Dan Momen

54 a. Grafik Tegangan Di Tengah dan Di Bagian Kritis Pada Baseplate berpengaku Untuk Beban Aksial b. Grafik Tegangan Di Tengah dan Di bagian Kritis Pada Baseplate berpengaku Untuk Kombinasi Beban Aksial dan Momen Gambar Grafik Tegangan Untuk Baseplate Berpengaku

55 Hasil Penambahan Ketebalan Pelat Terhadap Tegangan Maksimum tegangan (kg/mm2) 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 tegangan maks dibagian kritis pelat tegangan maksimum di tengah pelat 1,0 0, Tp (mm) Gambar 4.46.a. Grafik Tegangan Maksimum Untuk Beban Aksial Pada Variasi Tebal Pelat teg angan (kg/mm2) 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Tp (mm) tegangan maks dibagian kritis pelat tegangan maksimum di tengah pelat Gambar 4.46.b. Grafik Tegangan Maksimum Untuk Kombinasi Beban Aksial dan Momen PadaVariasi Tebal Pelat

56 Hasil Variasi Luas Pondasi Terhadap Tegangan Maksimum 5,0 4,0 tegangan maks dibagian kritis pelat tegangan maksimum di tengah pelat teg angan (kg/mm2) 3,0 2,0 1,0 0, A2/A1 Gambar 4.47.a. Grafik Tegangan Maksimum Untuk Beban Aksial Untuk Variasi Luas Pondasi 6,0 5,0 4,0 teg angan (kg/mm2) 3,0 2,0 1,0 0, A2/A1 tegangan maks dibagian kritis pelat tegangan maksimum di tengah pelat Gambar 4.47.b. Grafik Tegangan Maksimum Untuk Kombinasi Beban Aksial dan Momen Untuk Variasi Luas Pondasi

57 Perbandingan Tegangan Secara Teoritis dengan Ansys Pada Pelat Normal simulasi ANSYS 2,8977 2,9691 Teoritis 2,5153 2,3422 tegangan (kg/mm2) 1,4309 1,4068 1,0388 1,0071 0,7557 0, , , , , , , , , , , , Tp (mm) Gambar 4.48.a. Perbandingan Tegangan Secara Teoritis dan Simulasi ANSYS Akibat Beban Aksial

58 simulasi ANSYS 4,2883 teoritis 3,5089 tegangan (kg/mm2) 2,037 1,6128 1,6007 1,2727 0,7885 1,0492 0, , ,82E-02 6,99E-02 0, ,50E-02 0, , , , , , ,16743 Tp (mm) Gambar 4.48.b. Perbandingan Tegangan Secara Teoritis Dan Simulasi ANSYS Akibat Beban Aksial dan Momen

59 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Berdasar hasil dari analisis dan simulasi dari program ANSYS maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Secara teoritis didapatkan bearing stress maksimum = 0,9914 kg/mm 2 Dari hasil simulasi didapatkan bearing stress maksimun = 4,288 kg/mm 2 2. Pada saat ketebalan pelat tipis, tegangan maksimum terdapat pada bagian kritis pelat, namun pada saat ketebalan pelat relatif tebal, maka tegangan maksimum terdapat pada bagian tengah pelat. Dapat dilihat pada Gambar Saat luas pondasi beton bertambah sekitar 1 sampai 2 kali lipat dari luas pelat maka tegangan akan menurun, namun saat luas pondasi terus bertambah sekitar 3 sampai 4 kali lipat dari luas pelat maka tegangan akan meningkat kembali. Dapat dilihat pada grafik Dari hasil simulasi pengaruh ketebalan baseplate, apabila tegangan pada ketebalan baseplate 100 mm dibandingkan dengan ketebalan normal, maka akan didapat penurunan tegangannya sebesar 38,5 %. 5. Dari hasil simulasi baseplate berpengaku dapat dilihat penurunan tegangan dari grafik. Apabila dibandingkan dengan baseplate tanpa pengaku maka penurunan tegangannya sebesar 36,4 %. 6. Baseplate berpengaku lebih ekonomis dan dapat menurunkan tegangan yang hampir sama dengan menambah ketebalan pelat sampai 100 mm.

60 5.2. Saran 1. Dengan memasukkan lebih banyak karakteristik bahan pada simulasi ANSYS, maka hasil akan semakin mendekati uji yang sebenarnya. 2. Menggunakan pengaku lebih baik dan lebih ekonomis dari pada menambah ketebalan pelat. 3. Dari teori, untuk rasio luasan pondasi dibatasi maksimum 4 kali lipat dari ukuran pelat, namun dari hasil simulasi ANSYS, grafik sudah menunjukkan kenaikkan pada rasio luasan 3 kali lipat, maka sebaiknya menggunakan ukuran pondasi maksimum 2 kali lipat dari ukuran baseplate. 4. Dibutuhkan pengujian eksperimen untuk membenarkan hasil dari simulasi ini.