ANALISIS SAMBUNGAN PORTAL BAJA ANTARA BALOK DAN KOLOM DENGAN MENGGUNAKAN SAMBUNGAN LAS DAN BAUT (Studi Literatur)

Transkripsi

1 ANALISIS SAMBUNGAN PORTAL BAJA ANTARA BALOK DAN KOLOM DENGAN MENGGUNAKAN SAMBUNGAN LAS DAN BAUT (Studi Literatur) TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh: DIAN SUKMA ARIFWAN NIM JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSION UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 007

2 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ABSTRAK BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang B. Permasalahan C. Maksud dan Tujuan D. Pembatasan Masalah E. Metodologi F. Sistematika Penulisan BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN A. Umum B. Sifat Bahan Baja C. Sambungan 1. Permodelan Sambungan. Tipe-tipe Sambungan 3. Jenis Alat Penyambung i. Baut ii. Las 4. Sambungan Balok Rangka 5. Sambungan Sudut Portal Kaku 6. Sambungan Kolom ke Balok Menerus

3 BAB III ANALISIS SAMBUNGAN PORTAL BAJA ANTARA BALOK DAN KOLOM A. Sambungan Penahan Momen B. Sambungan Penahan Momen yang Direncanakan C. Kekuatan Sambungan Baut a. Kekuatan Geser Baut b. Kekuatan Desak (Tumpu) Baut c. Sambungan Baut Mengalami Pembebanan Eksentris D. Kekuatan Sambungan Las a. Kekuatan Sambungan Las b. Kekuatan Las Sudut c. Sambungan Las yang Eksentris BAB IV APLIKASI BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran

4 DAFTAR PUSTAKA 1. Bresler, Lin, Scalzi, Design of Steel Structures, John Wiley & Sons, Inc., 1960, Charles G. Salmon dan John E. Johnson, Struktur Baja Desain dan Perilaku, Jilid 1 dan, edisi ke-3, Penerbit Erlangga, Edwin H. Gaylor, Jr dan Charles N. Gaylord, Design of Steel Structures, McGraw- Hill, Book Company, Inc., Rasdinanta Tarigan, ST. Tugas Akhir Analisa Sambungan Kolom Baja Dengan Pondasi, Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia (PPBBI), Catatan Kuliah Struktur Baja I

5 KATA PENGANTAR Puji dan Syukur Penulis sampaikan kehadirat Allah SWT atas kasih karunia-nya memberikan Pengetahuan, Kekuatan, dan Kesempatan kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini disusun untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh ujian Sarjana pada Fakultas Teknik Jurusan Sipil Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah ANALISIS SAMBUNGAN PORTAL BAJA ANTARA BALOK DAN KOLOM DENGAN MENGGUNAKAN SAMBUNGAN LAS DAN BAUT. Dalam penulisan tugas akhir, penulis banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak baik bantuan berupa dukungan moril, materil, spiritual, maupun administrasi. Oleh karena itu sudah selayaknya penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Ir. Bachrian Lubis, M.Sc, Ketua jurusan Teknik Sipil;. Bapak Ir. Faizal Ezeddin, MS Koordinator Program Pendidikan Ekstension Jurusan Teknik Sipil; 3. Bapak Ir. Robert Panjaitan, Dosen Pembimbing penulis dalam penulisan Tugas Akhir ini; 4. Orang Tua Tercinta yang terus menerus berdoa agar penulis dapat menyelesaikan studi, juga atas dorongan motivasi dan kepercayaan yang telah diberikan pada penulis agar menyelesaikan Tugas Akhir ini; 5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Jurusan Teknik Sipil; - i -

6 6. Seluruh teman-teman Ekstension 004 yang telah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Specially for July Rahmadhani untuk kesabarannya menunggu, serta pihak-pihak lain yang turut berperan serta dalam penyelesaian tugas akhir ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis menyadari kemungkinan masih terdapat kekurangan dan kesilapan di dalam tugas akhir ini. Oleh karena itu penulis terbuka dan mengharapkan sekali kritikan dan saran yang sifatnya membangun guna memperbaiki tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Medan, Agustus 007 Hormat saya Dian Sukma Arifwan Sitepu ii -

7 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR i DAFTAR ISI.. iii ABSTRAK. v DAFTAR NOTASI vi DAFTAR GAMBAR. viii BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang... 1 B. Permasalahan.. 3 C. Maksud dan Tujuan 6 D. Pembatasan Masalah.. 7 E. Metodologi. 9 F. Sistematika Penulisan. 9 BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN A. Umum. 1 B. Sifat Bahan Baja. C. Sambungan Permodelan Sambungan. 7. Tipe-tipe Sambungan Jenis Alat Penyambung.. 17 i. Baut 17 ii. Las Sambungan Balok Rangka Sambungan Sudut Portal Kaku Sambungan Kolom ke Balok Menerus iii -

8 BAB III ANALISIS SAMBUNGAN PORTAL BAJA ANTARA BALOK DAN KOLOM A. Sambungan Penahan Momen. 1 B. Sambungan Penahan Momen yang Direncanakan. C. Kekuatan Sambungan Baut 3 a. Kekuatan Geser Baut. 4 b. Kekuatan Desak (Tumpu) Baut. 6 c. Sambungan Baut Mengalami Pembebanan Eksentris 9 D. Kekuatan Sambungan Las. 19 a. Kekuatan Sambungan Las. 19 b. Kekuatan Las Sudut.. 0 c. Sambungan Las yang Eksentris 4 BAB IV APLIKASI BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan 1 B. Saran.. DAFTAR PUSTAKA - iv -

9 ABSTRAK Suatu balok baja yang pada kedua ujungnya disambungkan terhadap kolomkolom dengan menggunakan sambungan memakai baut, maka balok diatas merupakan konstruksi statis tertentu, karena kedua ujung tersebut bersifat sendi. Akan tetapi bila sambungan pada kedua ujung menggunakan beberapa baut ataupun dilas, maka akan terbentuk konstruksi statis tidak tentu, karena sambungan tidak dapat lagi berputar bebas. Dalam keadaan ekstrim sambungan dapat bersifat kaku sempurna (rigid), dimana sudutnya adalah nol. Akan tetapi pada sambungan-sambungan yang menggunakan paku keling/baut selalu akan terjadi deformasi elastis, yang mengakibatkan sifat kaku sempurna tidak tercapai. Sambungan menjadi semi kaku (semi rigid). Keberadaan lain dari suatu sambungan (sendi, semi kaku atau kaku sempurna) atau dengan kata lain tingkat kekakuan dari sambungan, akan mempengaruhi besarnya perubahan bentuk (lenturan ataupun putaran sudut) dan gaya-gaya dalam (momen lentur, gaya lintang, gaya normal dan torsi) pada analisis strukturnya. Pada Tugas Akhir ini, gaya dalam yang dibahas hanya momen lentur M, yang bekerja pada sambungan. Gaya lintang D, Gaya normal N dan torsi (momen puntir) T yang seharusnya turut bekerja pada sambungan tidak diikutkan. Dari hasil analisis diperoleh Teg. Geser Baut = 66377,14 N, Teg. Tumpu = N. Teg. Geser Las = N, Teg. Tumpu = ,157 N dan Teg. Geser Paku = 80347,3 N, Teg. Tumpu = N. Terlihat bahwa tipe Sambungan Las mempunyai kekuatan sambungan yang paling tinggi jika besar gaya yang bekerja sama besar dan sambungan yang paling efisien adalah jenis Sambungan Baut, dimana dalam pengerjaannya dilapangan paling praktis diantara ketiga jenis sambungan yang dibahas dan memiliki nilai kekuatan yang cukup tinggi. - v -

10 DAFTAR NOTASI A Ab a b be D d e Fp h I J l M m n P q R s T t = luas tahanan efektif las = luasan baut = lebar luasan tertarik pada baut = lebar profil pengaku = lebar efektif = gaya lintang = diameter baut = eksentrisitas = gaya putus las sudut = tinggi penampang profil kolom = momen kelembaman = momen inersia polar = panjang las = momen = jumlah baris baut = jumlah baut = beban terpuusat = beban mati = resultante = jarak sumbu ke sumbu baut = gaya tarik = tebal plat penyambung - vi -

11 w α δ α σ 1 τ φ = momen tahanan = sudut antara gaya P terhadap bidang retak las = tebal profil yang dilas = tegangan dasar baja = tegangan idiil = tegangan geser ijin baja = koefisien kejut - vii -

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Bidang Momen dan Garis Lentur Balok... I - 4 Gambar.1 Hubungan Tegangan Regangan untuk Uji Tarik Pada Baja Lunak II - 3 Gambar. Penentuan Tegangan Leleh... II - 5 Gambar.3 Deformasi Rotasi Sambungan... II - 8 Gambar.4 Kurva M-θr Sambungan... II - 8 Gambar.5 Tipe Sambungan (a) Single Web-Angle dan (b) Single Plate II -10 Gambar.6 Tipe Sambungan Double Single Web-Angle... II -10 Gambar.7 Tipe Sambungan Top and Seat Web-Angle with... Double web-angle... II -11 Gambar.8 Tipe Sambungan Top and Seat-Angle... II -11 Gambar.9 Tipe Sambungan Header Plate... II -11 Gambar.10 Tipe Sambungan Extended End-Plate... II -1 Gambar.11 Tipe Sambungan Flush End Plate... II -1 Gambar.1 Tipe Sambungan Top And Seat Angle dengan Double Web Angle... II -13 Gambar.13 Pengaruh Deformasi Elaastis Terhadap Sambungan Top And Seat Angle dengan Double Web angle... II -13 Gambar.14 Mekanisme Collapse pada Tipe Sambungan Top And Seat Angle dengan Double Web Angle... II -15 Gambar.15 Hubungan Antara Tegangan Tarik dengan Perpanjangan Batang Baut... II - Gambar.17 Tipe-tipe Las... II -7 Gambar.18 Tipe-tipe Las Groove... II -8 - viii -

13 Gambar.19 Penggunaan Las Groove pada Sambungan T... II -8 Gambar.0 Kegunaan Tipikal Las Fillet... II -9 Gambar.1 Las Slot dan Las Plug dalam Kombinasi dengan Las Fillet II -30 Gambar. Tebal Las... II -31 Gambar.3 Gaya P yang Membentuk Sudut α Terhadap Bidang retak Las II -31 Gambar.4 Gaya P Izin yang Dapat Dipikul Beberapa Jenis Sambungan Las... II -33 Gambar.5 Sambungan Balok Rangka... II -35 Gambar.6 Kegagalan Akibat Sobekan di Ujung Pada Sambungan Balok Rangka... II -36 Gambar.7 Sudut Portal Kaku... II -39 Gambar.8 Sambungan Kolom ke Balok Menerus... II -40 Gambar 3.1 Sambungan T-Conection... III -1 Gambar 3. Sambungan Bracket Conection... III - Gambar 3.3 Sambungan Penahan Momen... III -3 Gambar 3.4 Baut yang Mengalami Geser Tunggal... III -4 Gambar 3.5 Baut yang Mengalami Geser Rangkap... III -5 Gambar 3.6 Bentuk-bentuk Kegagalan yang Mungkin Timbul Pada Sambungan Baut... III - 6 Gambar 3.7 Tekanan Tumpu Pada Sambungan Baut... III - 7 Gambar 3.8 Jarak Baut... III - 9 Gambar 3.9 Sambungan Eksentris... III-10 Gambar 3.10 Analisa Sambungan yang Eksentrisitas... III-10 Gambar 3.11 Sambungan Antara Kolom dan Balok... III-14 - ix -

14 Gambar 3.1 Kejadian Simple Flexture yang terjadi pada Saat Baut Mengalami Tarikan... III-17 Gambar 3.13 Peristiwa Double Flexture... III-18 Gambar 3.14 Distribusi Tegangan Tipikal pada Lap Join dengan Las Fillet Longitudinal... III-1 Gambar 3.15 Distribusi Tegangan Tipikal pada Suatu Sambungan Impit yang Transversal Terhadap Las Fillet... III-1 Gambar 3.16 Dimensi Leher Efektif untuk Las Fillet... III- Gambar 3.17 Hubungan Las yang Dibebani Eksentris... III-5 Gambar 3.18 Beban-beban pada Las... III-5 Gambar 3.18 Rumus-rumus Momen Inersia... III-7 - x -

15 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pada suatu konstruksi bangunan, tidak terlepas dari elemen-elemen seperti balok, kolom pelat maupun kolom balok, baik itu yang terbuat dari baja, kayu maupun beton, pada tempat-tempat tertentu harus disambung. Hal ini dikarenakan keterbatasan ketersediaan material dipasaran dan juga berhubungan dengan kemudahan pemasangan dilapangan. Khusus untuk konstruksi yang terbuat dari bahan beton, boleh jadi sambungan bukan merupakan sesuatu hal yang perlu dipermasalahkan, karena pada konstruksi beton struktur secara keseluruhan adalah bersifat monolit (menyatu secara kaku). Lain halnya dengan konstruksi yang terbuat dari baja maupun kayu, sambungan merupakan sesuatu hal yang perlu mendapat perhatian serius yang matang karena pada konstruksi baja dan kayu, elemen-elemen struktur yang disambung tidak dapat bersifat monolit seperti konstruksi beton. Pada umumnya sambungan berfungsi untuk memindahkan gaya-gaya yang bekerja pada elemen-elemen struktur yang disambung. Sambungan dibuat karena keterbatasan bahan yang tersedia di pasaran dan juga untuk kemudahan pemasangan dilapangan serta kemudahan dalam hal pengangkutan. Misalkan saja akan dibuat suatu struktur ranngka gading-gading kap terbuat dari baja profil siku, maka tidak mungkin melaksanakannya secara langsung dilapangan karena tidak akan ekonomis, tetapi akan lebih hemat jika terlebih dahulu merakitnya di pabrikasi (bengkel/workshop), baru selanjutnya tinggal menyambungkannya pada kolom-kolom dilapangan. I - 1

16 I - Alat-alat sambung yang biasa digunakan pada konstruksi baja adalah : 1. Sambungan dengan paku keling (rivet). Sambungan dengan baut (Bolt) 3. Sambungan dengan las (welding) Jika dibandingkan ketiga alat sambung ini, maka las merupakan alat sambung yang menghasilkan kekakuan yang paling besar, sedangkan paku keling menghasilkan sambungan yang lebih kaku jika dibandingkan dengan baut, tetapi kurang kaku jika dibandingkan dengan las. Tetapi pada dewasa ini sambungan dengan menggunakan paku keling sudah jarang digunakan karena kesulitan dalam pemasangannya. Oleh karena itu pada tugas akhir ini perencanaan sambungan akan memakai sambungan baut (tipe baut : baut bubut) dan las (tipe las : las fillet/sudut). Bahan baja sebagai bahan bangunan, diproduksi di pabrik-pabrik peleburan dalam bentuk ukuran dan panjang yang tertentu sesuai dengan standar yang dilakukan. Oleh karena itu tidaklah mungkin membangun suatu konstruksi secara monolit (diprabikasi, dicetak) akan tetapi terpaksa dibangun dari elemen-elemen yang disambung satu persatu di lapangan dengan menggunakan salah satu alat-alat sambung atau kombinasi dari dua alat sambung seperti yang telah disebutkan diatas. Sifat dari sambungan ini sangat tergantung pada jenis dan konstruksi sambungan, bervariasai mulai dari yang berkekakuan sendi sampai dengan kaku sempurna. Untuk menghilangkan salah pengertian, perlu terlebih dahulu dijelaskan tentang istilah kekakuan pada struktur batang, kata stifness. Suatu struktur sambungan dapat bersifat sendi (ekstrem bawah) dan kaku atau rigid pada ekstrem atas. Diantaranya terdapat sifat semi kaku "semi rigid". Tidak ada ukuran yang dapat dipakai untuk menentukan tingkat kekakuan dan sambungan dimaksud. Disini cara yang ditempuh

17 I - 3 adalah dengan menggunakan kombinasi sendi dengan pegas momen sebagai pengganti sambungan (perletakan) yang semi kaku. Besarnya konstanta pegas adalah menunjukkan tingkat kekakuan dari sambungan. Maka untuk seterusnya bila terpakai kata kekakuan sambungan, yang dimaksud adalah kekakuan (konstante) pegas yang dimaksud diatas. B. Permasalahan Sambungan menerus balok dan kolom ditunjukkan untuk memindahkan semua momen dan memperkecil atau meniadakan rotasi batang pada sambungan (yaitu jenis: AISC sambungan portal kaku). Kolom dapat berhubungan secara kaku dengan balok-balok pada kedua sayapnya, tingkat kekakuan dari sambungan pada konstruksi tersebut mempunyai peranan penting pada analisa struktur untuk menghitung gaya-gaya dalam dan deformasi, terutama untuk struktur statis tak tentu. Contoh berikut ini akan memperlihatkan permasalahan yang ditimbulkan oleh kondisi yang berbeda-beda dari ujung-ujung (sambungan) dari satu batang. Apabila titik ujung A dan B adalah sendi dan beban mati terpusat berada di tengah-tengah bentang yaitu di C maka momen di A atau di B adalah nol. Momen di C yakni M o c = ¼ PL. Tetapi bila titik A dan B kaku sempurna maka besar momen akan berubah menjadi: M A = M B = -1/8 PL dan M C =1/8 PL = ½ M o C Bila titik A dan B bersifat diantara sendi dan kaku (semi kaku), maka momenmomen tersebut akan berubah besarnya sesuai dengan tingkat kekakuan dari sambungan.

18 I - 4 P A C B ½ l ½ l M o C MB MC M o B M o C BIDANG MOMEN Y o C Y C Y C GARIS LENTUR Gambar 1.1 Bidang momen dan garis lentur balok Dimana: 0 < M B < M B dan M O C > M C > M C Hal yang sama terjadi pada lenturan, yakni bahwa: Yoc>Y c>y c Kalau pada waktu perencanaan titik hubungan A dan B diasumsikan sendi, akan tetapi pada waktu pelaksanaan terjadi hubungan kaku atau semi kaku, maka ditengah bentang terdapat momen yang lebih kecil dari yang dihitung semula. Sedangkan pada jepitan timbul momen sebesar M B yang semula adalah nol. Sebaliknya bila pada waktu pelaksanaan terjadi hubungan yang semi kaku maka ditengah bentang terjadi momen M C yang lebih besar dari M C yang dihitung pada awalnya (jadi ada bahaya), sedangkan di titik A dan B momen menjadi berkurang. Dalam menentukan tingkat kekakuan sambungan ada dua cara, yaitu berdasarkan hasil pengujian dilaboratorium dan perhitungan secara analitis. Dalam

19 I - 5 menentukan derajat kekakuan K dari sambungan adalah dengan menentukan jumlah dan susunan dari baut penyambung dan menentukan dari pelat dasar sebagai pelat penyambung adalah menentukan tipe las dan tebal las. Sedangkan bila berdasarkan perhitungan secara analitis, derajat kekakuan K dari sambungan dapat ditentukan melalui prosedur literasi metode kekakuan. Secara teoritis faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya derajat kekakuan K dari sambungan adalah: 1. Ukuran baut, jumlah baut dan jarak baut.. Tebal pelat penyambung 3. Kekakuan dan panjang dari batang tersambung, baik itu balok maupun kolom. 4. Gaya dalam (pada Tugas Akhir ini yang dibahas hanya momen lentur M) yang bekerja pada sambungan. 5. Deformasi akibat tegangan tarik aksial pada bidang persentuhan antara baut dan pelat (batang) tersambung. 6. Lenturan pada baut sendiri. 7. Adanya kelonggaran antara baut dengan pelat-pelat tersambung. Dengan perkataan lain ukuran lobang baut lebih besar dari diameter baut. 8. Adanya tahanan gesek antara pelat-pelat tersambung yang ditimbulkan oleh pengunci baut yang sangat kuat. Kekakuan pada suatu sambungan antara balok dan kolom mempengaruhi besar beban yang dapat bekerja pada struktur tersebut. Bagaimana bila sambungan antara balok dan kolom mengalami pembebanan sampai batas elastisnya?. Oleh karena itu sangat perlu untuk menganalisa M sambungan pada perencanaan sambungan balok-kolom pada suatu konstruksi baja dan bagaimana pengaruhnya terhadap M kapasitas elastis (balok). Karena balok mengalami M kapasitas elastis maka

20 I - 6 balok hanya akan mengalami lendutan (dengan catatan tidak ada sambungan balokbalok pada span balok dari kolom) sebab balok bersifat monolit, sedangkan sambungan balok-kolom tidak. Apakah M sambungan dapat memikul M kapasitas elastis? Berdasarkan hal inilah, maka dalam tugas akhir ini dalam perencanaan kekuatan sambungan balok kolom pada suatu konstruksi portal baja sangat perlu memperhatikan hubungan dibawah ini: M sambungan M kapasitas elastis. C. Maksud dan Tujuan Penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk membahas mengenai analisis sambungan portal baja antara balok dan kolom dengan menggunakan sambungan las, baut dan paku keling. Adapun tujuannya adalah untuk 1. Menganalisis kekuatan sambungan balok dan kolom pada portal baja dengan cara membandingkan momen yang terjadi pada sambungan dengan momen kapasitas yang dapat dipikul oleh balok dalam batas elastisnya sehingga tidak menimbulkan resiko pada konstruksi yang direncanakan.. Menganalisis kekuatan sambungan balok dan kolom pada portal baja dengan cara membandingkan antara sambungan las dengan baut dan paku keling.

21 I - 7 D. Pembatasan Masalah Agar masalah yang dibahas dalam tulisan ini mengarah kepada tujuan yang relevan dengan judulnya dan juga keterbatasan literatur serta untuk mempermudah perhitungan tetapi hasilnya masih mendekati kebenaran, maka perlu diadakan pembatasan masalah sebagai berikut: 1. Konstruksi yang akan dianalisis adalah portal dengan elemen dimensional dalam bentuk portal bidang (plane frame). Analisis hanya dilakukan terhadap gaya dalam momen lentur M saja yang bekerja, sedangkan gaya dalam lainnya seperti gaya lintang D dan gaya normal N yang seharusnya bekerja tidak turut diperhitungkan. 3. Analisis dilakukan dalam batas elastis menurut hukum Hooke, dimana hubungan tegangan regangan adalah linear. 4. Material yang digunakan adalah baja yang bersifat linear-elastis, isotropik homogen. 5. Pembahasan hanya meliputi hubungan sambungan balok dan kolom. 6. Sambungan yang dianalisis pada tugas akhir ini adalah tipe sambungan baut dan sambungan las. 7. Baut yang dianalisis adalah baut biasa, yaitu baut bubut yang terbuat dari besi beton; direncanakan: Mutu U-5 ((Baut (elastis) = 400 kg/cm ). Perencanaan profil : Mutu U-37 ((Profil (Elastis) = 1600 kg/cm ) 8. Baut yang dianalisis bukan merupakan baut mutu tinggi, sehingga efek prying force akibat baut mutu tinggi tidak dianalisa.

22 I Analisis tidak dilakukan terhadap pengaruh ketidak seragaman tegangan yang ditanggung oleh komponen-komponen sambungan (yaitu ada komponen yang lebih awal mengalami leleh). 10. Perubahan bentuk geometri struktur adalah linear. 11. Dimensi balok dan kolom menggunakan profil baja IWF. 1. Deformasi akibat tegangan tarik aksial (oleh momen lentur M yang bekerja) yaitu deformasi rotasi θr pada bidang persentuhan antara baut dan pelat dasar atau baja siku (batang) tersambung tidak dianalisa. 13. Lenturan pada baut sendiri tidak dianalisa. 14. Analisa tidak dilakukan terhadap tekuk flens dan atau web kolom ataupun balok yang terjadi disekitar sambungan. 15. Derajat kekakuan K pada sambungan hubungan balok-kolom diasumsikan 100 % 16. Dalam penentuan inflexient point (garis netral) pada sambungan yang direncanakan dengan baut sebagai alat penyambung, perhitungan luasan bidang pengganti di ekivalensikan dengan pengasumsian jarak-jarak baut adalah sama (dalam perencanaan sambungan, jarak-jarak baut tidak sama tetapi sesuai dengan persyaratan menurut PPBBI 1983)

23 I - 9 E. Metodologi Dalam penulisan Tugas Akhir ini metoda yang digunakan adalah study literatur, adapun sumbernya adalah buku-buku jurnal, buku-buku yang berhubungan dengan analisa yang akan dibahas Analisis dalam Tugas Akhir ini dilakukan dalam batas elatis dengan menggunakan metoda analisa perhitungan ASD (Allowable Stress Design). Perencanaan profil baja untuk balok, kolom, pelat penyambung, baja siku penyambung menggunakan U-37 (σelastis = 1600 kg/cm ). Baut penyambung menggunakan baut bubut (yang terbuat dari besi beton) dengan mutu baja U-5 (σelastis = 400 kg/cm ) dan las merupakan tipe las fillet (las sudut). F. Sistematika Penulisan Untuk memberikan gambaran garis besar penulisan Tugas Akhir ini, maka isi Tugas Akhir ini dapat diuraikan sebagai berikut : BAB I : PENDAHULUAN, terdiri dari Latar Belakang, Permasalahan, Maksud dan Tujuan, Pembatasan Masalah, Metodologi dan Sistematika Penulisan. BAB II : TINJAUAN KEPUSTAKAAN, terdiri dari Penjelasan Umum mengenai sambungan antara balok dan kolom baja, Sifat Bahan Baja berisikan sifat bahan baja, Sambungan berisikan penjelasan mengenai sambungan las dan baut, serta penjelasan mengenai sambungan sudut portal kaku. BAB III : ANALISIS KEKAKUAN SAMBUNGAN BALOK DAN KOLOM, terdiri dari Sambungan Penahan Momen, Sambungan Penahan Momen yang Direncanakan, Kekuatan Sambungan Baut yang berisikan penjelasan mengenai kekuatan geser baut, kekuatan desak (tumpu) baut, sambungan

24 I - 10 baut yang mengalami pembebanan eksentris dan Kekuatan Sambungan Las yang berisikan penjelasan mengenai kekuatan sambungan las, kekuatan las sudut dan sambungan las yang eksentris. BAB IV BAB V : APLIKASI : KESIMPULAN DAN SARAN, terdiri dari Kesimpulan dan Saran.

25 BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN II.1. UMUM Sambungan merupakan sesuatu hal yang tidak dapat dihindarkan dalam perencanaan struktur baja. Hal ini dikarenakan bentuk struktur bangunan yang begitu kompleks. Adapun contoh yang dapat kita jumpai di struktur bangunan adalah sambungan antara kolom dan balok. Kegagalan dalam sambungan tersebut dapat mengakibatkan perubahan fungsi struktur bangunan tersebut, dan yang paling berbahaya adalah keruntuhan pada struktur tersebut. Sehingga untuk mencegah hal tersebut maka kekakuan sambungan antara balok dan kolom tersebut harus baik. Alat penyambung yang sering digunakan adalah dengan pembautan dan pengelasan yang diberi pengaku samping. Secara umum sambungan antara balok dan kolom baja terdiri dari 3 elemen yaitu: a) Balok b) Kolom c) Alat penyambung. Jadi ketiga elemen tersebut yang harus kita perhitungkan sehingga perencanaan struktur tersebut akan sesuai seperti yang direncanakan. Dan pada akhirnya struktur bangunan itu akan berdiri sesuai dengan fungsi yang diinginkan. II - 1

26 II - II.. Sifat Bahan Baja Sifat baja yang terpenting dalam penggunaannya sebagai bahan konstruksi adalah kekuatannya yang tinggi, dibandingkan dengan bahan lain seperti kayu, dan sifat keliatannya, yaitu kemampuan untuk berdeformasi secara nyata baik dalam tegangan baik dalam regangan maupun dalam kompresi sebelum kegagalan, serta sifat homogenitas yaitu sifat keseragaman yang tinggi. Baja merupakan bahan campuran besi (Fe), 1,7 % zat arang atau karbon (C), 1,65 % mangan (Mn), 0,6 % silikon (Si), dan 0,6 % tembaga (Cu). Baja dihasilkan dengan menghaluskan bijih besi dan logam besi tua bersama-sama dengan bahan tambahan pencampur yang sesuai, dalam tungku tempratur tinggi untuk menghasilkan massa-massa besi yang besar, selanjutnya dibersihkan untuk menghilangkan kelebihan zat arang dan kotoran-kotoran lain. Berdasarkan persentase zat arang yang dikandung, baja dapat dikategorikan sebagai berikut: 1. Baja dengan persentase zat arang rendah (low carbon steel) yakni lebih kecil dari 0.15%. Baja dengan persentase zat arang ringan (mild carbon steel) yakni 0.15% - 0.9% 3. Baja dengan persentase zat arang sedang (medium carbon steel) yakni 0.30% % 4. Baja dengan persentase zat arang tinggi (high carbon steel) yakni 0.60% - 1.7% Baja untuk bahan struktur termasuk ke dalam baja yang persentase zat arang yang ringan (mild carbon steel), semakin tinggi kadar zat arang yang terkandung di dalamnya, maka semakin tinggi nilai tegangan lelehnya. Sifat-sifat bahan struktur yang paling penting dari baja adalah sebagai berikut:

27 II Modulus elastisitas (E) berkisaran antara Mpa sampai Mpa. Nilai untuk design lazimnya diambil Mpa.. Modulus geser (G) dihitung berdasarkan persamaan: G = E / (1+μ) Dimana: μ = angka perbandingan poisson Dengan mengambil μ = 0.30 dan E = Mpa, akan memberikan G = Mpa 3. Koefisien ekspansi (α), diperhitungkan sebesar: α = 11.5 x 10-6 per º C 4. Berat jenis baja (γ), berat jenis baja diambil 7.85 t/m 3 Untuk mengetahui hubungan antara tegangan dan regangan pada baja dapat dilakukan dengan uji tarik di laboratorium. Sebagian besar percobaan atas baja akan menghasilkan bentuk hubungan tegangan dan regangan seperti Gambar.1 di bawah ini. σ A A' B M C 0 ε Gambar.1 Hubungan tegangan regangan untuk uji tarik pada baja lunak (Sumber: Charles G. Salmon, 1986:38)

28 II - 4 Keterangan gambar: σ = tegangan baja ε = regangan baja A = titik proporsional A = titik batas elastis B = titik batas plastis M = titik runtuh C = titik putus Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa sampai titik A hubungan tegangan dengan regangan masih linier atau keadaan masih mengikuti hukum Hooke. Kemiringan garis OA menyatakan besarnya modulus elastisitas E. Diagram regangan untuk baja lunak umumnya memiliki titik leleh atas (upper yield point), σ yu dan daerah leleh datar. Secara praktis, letak titik leleh atas ini, A tidaklah terlalu berarti sehingga pengaruhnya sering diabaikan. Titik A sering juga disebut sebagai titik batas elastis (elasticity limit). Sampai batas ini bila gaya tarik dikerjakan pada batang baja maka batang tersebut akan berdeformasi. Selanjutnya bila gaya itu dihilangkan maka batang akan kembali kebentuk semula. Dalam hal ini batang tidak mengalami deformasi permanen. Bila beban yang bekerja bertambah, maka akan terjadi pertambahan regangan tanpa adanya pertambahan tegangan. Sifat pada daerah AB inilah yang disebut sebagai keadaan plastis. Lokasi titik B, yaitu titik batas plastis tidaklah pasti tetapi sebagai perkiraan dapat ditentukan yakni terletak pada regangan Daerah BC merupakan daerah strain hardening, dimana pertambahan regangan akan diikuti dengan sedikit pertambahan tegangan. Disamping itu, hubungan tegangan dengan regangannya tidak lagi bersifat linier. Kemiringan garis setelah titik B ini didefinisikan sebagai Ez. Di titik M, yaitu regangan berkisar antara 0% dari panjang batang, tegangannya mencapai nilai maksimum yang disebut sebagai tegangan tarik

29 II - 5 batas (ultimate tensile strength). Akhirnya bila beban semakin bertambah besar lagi maka titik C batang akan putus. Tegangan leleh adalah tegangan yang terjadi pada saat baja mulai meleleh. Dalam kenyataannya, sulit untuk menentukan besarnya tegangan leleh, sebab perubahan dari elastisitas menjadi plastis seringkali besarnya tidak tetap. Sebagai standar menentukan besarnya tegangan leleh dihitung dengan menarik garis sejajar dengan sudut kemiringan modulus elastisitasnya, dari regangan sebesar 0.% (Gambar.) σ D B CD 0B C ε Gambar. Penentuan tegangan leleh Dari titik regangannya 0.% ditarik garis sejajar dengan garis OB sehingga memotong grafik tegangan regangan sehingga memotong sumbu tegangan. Tegangan yang diperoleh ini disebut tegangan leleh. Tegangan-tegangan leleh dari bermacammacam baja bangunan diperlihatkan pada Tabel.1

30 II - 6 Tabel.1 Harga tegangan leleh Macam baja Kg/cm Tegangan leleh Mpa Bj Bj Bj Bj Bj Bj Baja memiliki beberapa kelebihan sebagai bahan konstruksi, diantaranya: 1. Nilai kesatuan yang tinggi per satuan berat. Keseragaman bahan dan komposit bahan yang tidak berubah terhadap waktu 3. Dengan sedikit perawatan akan didapat masa pakai yang tidak terbatas 4. Daktilitas yang tinggi 5. Mudah untuk diadakan pengembangan struktur Di samping itu baja juga mempunyai kekurangan dalam hal: 1. Biaya perawatan yang besar. Biaya pengadaan anti api yang besar (fire proofing costs) 3. Dibandingkan dengan kekuatannya kemampuan baja melawan tekuk kecil 4. Nilai kekuatannya akan berkurang, jika dibebani secara berulang/periodik, hal ini biasa disebut dengan leleh atau fatigue. Dengan kemajuan teknologi, perlindungan terhadap karat dan kebakaran pada baja sudah ditemukan, hingga akibat buruk yang mungkin terjadi bisa dikurangi/dihindari.

31 II - 7 II.3. Sambungan Bahan baja sebagai bahan bangunan, diproduksi dipabrik-pabrik peleburan dalam bentuk, ukuran dan panjang tertentu sesuai dengan standard yang ditentukan. Oleh karena itu tidaklah mungkin membangun suatu konstruksi secara monolit ( dipabrikasi dicetak), akan tetapi terpaksa dibangun dari elemen-elemen yang disambung satu persatu dilapangan. Sifat dari sambungan ini sangat tergantung pada jenis dan konstruksi sambungan, bervariasi mulai dari yang berkelakuan sebagai sendi sampai dengan kaku sempurna. Pada struktur batang istilah kekakuan digunakan untuk faktor EI dari batang atau dalam bahasa inggris disebut stiffnes. Suatu struktur sambungan dapat bersifat sendi, kaku (rigid), semi kaku (semi rigid). Tidak ada ukuran yang pasti dipakai untuk menentukan tingkat dari sambungan yang dimaksud. II.3.1 Permodelan Sambungan Suatu sambungan merupakan sarana dimana beban-beban yang bekerja disalurkan. Untuk sambungan balok ke kolom, beban-beban yang bekerja disalurkan. Untuk sambungan balok ke kolom, beban-beban yang disalurkan meliputi gaya normal N, gaya lintang D dan Momen M saja. Selanjutnya dalam tugas akhir ini deformasi sambungan akibat momen lentur M saja yang diperhitungkan, yaitu deformasi rotasi θr, biasanya rotasi ditulis dalam fungsi momen. Apabila momen lentur M bekerja pada sambungan maka akan timbul deformasi rotasi sebesar θr seperti gambar ini.

32 II - 8 Gambar.3. Deformasi Rotasi Sambungan (Sumber: Andry Anta Kesuma, Tugas Akhir Analisis Kekakuan Sambungan Portal Baja, 004) Rotasi yang dimaksud adalah perubahan sudut yang terjadi antara balok dan kolom dari kondisi aslinya yang merupakan sesuatu ukuran putaran relatif balok terhadap kolom. Hubungan M θr sambungan dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Dari gambar diatas dapat diambil beberapa pengamatan antara lain: Gambar.4. Kurva M- θr Sambungan (Sumber: Andry Anta Kesuma, Tugas Akhir Analisis Kekakuan Sambungan Portal Baja, 004)

33 II - 9 Semua tipe sambungan menunjukkan perilaku hubungan M θr yang berada diantara rigid (sumbu vertikal) dan sendi (sumbu horizontal). a) Untuk nilai momen yang sama, sambungan yang lebih fleksibel memiliki sudut rotasi θr yang lebih besar. Sebaliknya untuk nilai θr tertentu, sambungan yang lebih fleksibel menyalurkan momen yang lebih kecil. b) Momen maksimum yang mampu disalurkan suatu sambungan (kapasitas momen ultimate) menurun pada sambungan yang lebih fleeksibel. c) Hubungan M - θr senantiasa non linear untuk setiap jenis pembebanan. Ketidak linearan ini disebabkan oleh berbagai faktor, yang terpenting diantaranya adalah: a) Ketidak seragaman material. Sambungan tersebut terdiri atas berbagai macam dan susunan baut, siku dan pelat. Hal ini memungkinkan terjadinya slip dan pergerakan relatif pada tingkat pembebanan yang berbeda. b) Tercapainya kondisi leleh dari sebagian komponen sambungan. Karena tidak seragamnya tegangan yang ditanggung oleh komponen komponen sambungan, maka ada komponen yang lebih awal mengalami leleh. Ini merupakan faktor utama penyebab kenonlinearan perilaku suatu sambungan. c) Konsentrasi tegangan dan regangan yang disebabkan oleh lobang (baut), pengencangan dan bidang kontak elemen yang diterapkan pada sambungan. d) Tekuk flens dan atau web kolom ataupun balok yang terjadi disekitar sambungan e) Perubahan geometri akibat beban yang bekerja.

34 II - 10 Berikut ini dapat dilihat tipe tipe sambungan tersebut. Gambar.5. Tipe Sambungan (a) Single Web-Angle dan (b) Single Plate Gambar.6. Tipe Sambungan Double Single Web-Angle (Sumber: Andry Anta Kesuma, Tugas Akhir Analisis Kekakuan Sambungan Portal Baja, 004)

35 II - 11 Gambar.7. Tipe Sambungan Top-and Seat-Angle with Double Web Angle Gambar.8. Tipe Sambungan Top-and-Seat-Angle Gambar.9. Tipe Sambungan Header Plate (Sumber: Andry Anta Kesuma, Tugas Akhir Analisis Kekakuan Sambungan Portal Baja, 004)

36 II - 1 Gambar.10. Tipe Sambungan extended plate; (a) extended on tension side only (b) extended on tendion and compression sides Gambar.11 Tipe Sambungan flush end plate (Sumber: Andry Anta Kesuma, Tugas Akhir Analisis Kekakuan Sambungan Portal Baja, 004)

37 II - 13 Dalam penganalisaan kekuatan sambungan balok kolom tersebut, akan dilakukan penganalisaan terhadap momen yang bekerja pada sambungan yang akan dibandingkan dengan momen kapasitas yang dapat dipikul oleh balok dalam batas elastisitasnya. Pada tugas Akhir ini M sambungan tidak dibandingkan terhadap M kapasitas, sehingga analisa M sambungan terhadap M kapasitas elastis tidak dibahas. Pada gambar berikut ini dapat dilihat pengaruh deformasi elastis yang terjadi pada sambungan balok kolom adalah tipe sambungan top angle with double web angle. Gambar.13 Tipe Sambungan top-and seat-angle dengan double web Gambar.14 Pengaruh deformasi elastis terhadap sambungan top-and seat-angle dengan double web angle (Sumber: Andry Anta Kesuma, Tugas Akhir Analisis Kekakuan Sambungan Portal Baja, 004)

38 II - 14 Sebagai gambaran, dibawah ini dapat dilihat pengaruh terjadinya mekanisme collapse (pada sambungan dengan tipe seperti diatas) akibat M sambungan < M kapasitas plastis. Gambar.15 Mekanisme collapse pada tipe sambungan top-and seat-angle dengan double web angle (Sumber: Andry Anta Kesuma, Tugas Akhir Analisis Kekakuan Sambungan Portal Baja, 004) II.3. Tipe Tipe Sambungan Konstruksi baja dikategorikan oleh LRFD A. dan ASD A. kedalam beberapa tipe tergantung pada besarnya kekangan yang dihasilkan sambungannya. Dikenal tiga buah tipe sambungan, antara lain: a) Tipe Terkekang Penuh (rangka rigid atau rangka kontinu) Keadaan ini terjadi jika pada sambungan diberikan kontinuitas penuh sehingga sudut awal antara batang batang yang berpotongan dipertahankan konstan selama pembebanan struktur, yaitu dengan kekangan rotasi 90 % atau lebih dari yang diperlukan untuk mencegah perubahan sudut. Oleh LRFD A. sambungan ini disebut Tipe FR (dari Fully Restrain = terkekang penuh) dan di dalam ASD A. dikenal ebagai Tipe 1.

39 II - 15 b) Tipe Rangka Sederhana (tipe tak terkekang atau tipe ujung bebas) Keadaan ini terjadi jika kekurangan rotasi pada ujung ujung batang dibuat sekecil mungkin. Untuk balok, perangkaan sederhana diharapkan hanya memberikan transfer geser pada ujung ujungnya. Biasanya rangka sederhana dianggap terjadi jika sudut awal antara batang-batang yang berpotongan dapat berubah sekitar 80 % atau lebih dari jumlah perubahan sudut yang secara teoritis jika digunakan sambungan berengsel bebas. Jika dikehendaki suatu balok bertumpuan sederhana, sambungan rangka sederhana harus digunakan. Jika digunakan analisis plastis, karena kontinuitasnya dianggap sama (inheren) maka pada keadaan ini penggunaan sambungan rangka sederhana tidak sesuai. Tetapi dua atau lebih sistem bidang yang dirancang menggunakan analisis plastis dapat dirangkai dengan sambungan rangka sederhana yang dikombinasikan dengan suatu sistem penopang (misalnya penopang silang / cross bracing). Struktur yang menggunakan sambungan rangka sederhana disebut sebagai konstruksi Tipe di dalam allowable Stress Design (ASD A.), sedangkan di dalam LRFD A. dikenal dengan Tipe PR (partially restrained = terkekang sebagian). Penyebutan terkekang sebagian untuk jenis sambungan ini adalah untuk menunjukkan fakta selalu ada sejumlah kekangan pada sambungan ini. LRFD A. mensyaratkan jika konstruksi Tipe PR diinginkan sebagai rangka sederhana, maka harus memenuhi tiga syarat berturut-turut sebagai berikut:

40 II - 16 Reaksi balok bertumpuan sederhana akibat beban terfaktor harus mampu ditahan oleh sambungan tersebut. Struktur dan sambungannya harus mampu menahan beban-beban lateral terfaktor. Sambungan harus mempunyai kapasitas rotasi tak elastis yang cukup sehingga perubahan sudut yang sama (inheren) dalam rangka sederhana dapat terjadi pada beban terfaktor tanpa mengakibatkan pembebanan berlebih pada sistem penyambung ujung. c) Tipe Rangka Setengah Kaku Rangka setengah kaku terjadi jika kekangan rotasi kira-kira antara 0% hingga 90% dari yang diperlukan untuk mencegah perubahan sudut relatif. Ini berarti bahwa dengan rangka setengah kaku momen yang dipindahkan melalui sambungan tidaklah nol (atau dalam jumlah kecil) sebagaimana pada rangka sederhana dan tidak pula momen kontinuitas penuh seperti dalam analisis rangka kaku elastis. Khususnya di dalam ASD-A., rangka setengah kaku tercakup dalam Tipe 3. Dalam Load and Resistence Factor Design (LRFD), rangka setengah kaku tercakup dalam Tipe PR di mana penggunaannya tergantung pada proporsi tertentu dari kekangan penuh. Dalam ASD desain sambungan semi rigid menghendaki kapasitas momen yang diandalkan dan diketahui pada derajat pertengahan antara rigiditas Tipe 1 dan fleksibilitas Tipe.

41 II - 17 II.3.3 Jenis Alat Penyambung Setiap struktur adalah gabungan dari bagian-bagian tersendiri atau batang-batang yang harus disambung bersama (biasanya di ujung batang) dengan beberapa cara. Adapun cara yang sering digunakan menggunakan: baut (bolt), paku keling (rivet) dan pengelasan (welding). Dalam tulisan ini yang akan dibahas hanya dua alat sambung yakni baut dan las. II Baut (bolt) Pada setiap struktur baja baut merupakan suatu elemen yang paling vital untuk diperhitungkan, hal ini dikarenakan baut merupakan alat sambung yang paling sering digunakan. Ada dua jenis utama baut kekuatan (mutu) tinggi ditunjukkan oleh ASTM sebagai A35 dan A490. sifat bahan dari baut ini diringkas dalam tabel.3. baut ini memiliki kepala segi enam yang tebal dan digunakan dengan mur segi enam yang setengah halus (semi finished) dan tebal seperti yang ditunjukkan pada gambar.16.a. bagian berulirnya lebih pendek dari baut tidak struktural dan dapat dipotong atau digiling (rolled). Baut A35 terbuat dari baja karbon sedang yang diberi perlakuan panas dengan kekuatan leleh sekitar 81 sampai 9 ksi (558 sampai 634 Mpa) yang tergantung pada diameter. Baut A490 juga diberi perlakuan panas tetapi terbuat dari baja paduan (alloy) dengan kekuatan leleh sekitar 115 sampai 130 ksi (793 sampai 896 Mpa) yang tergantung pada diameter. Baut A449 kadang-kadang digunakan bila diameter yang diperlukan berkisar dari 1 ½ sampai 3 inchi dan juga untuk baut angkur serta batang bulat berulir.

42 II - 18 Diameter baut kekuatan tinggi berkisar antara ½ dan 1 ½ inchi ( 3 inchi untuk A449). Diameter yang paling sering digunakan pada konstruksi gedung adalah ¾ inchi dan ⅞ inchi, sedang ukuran yang paling umum dalam perencanaan jembatan adalah ⅞ inchi dan 1 inchi. Tabel.3 Sifat-siifat Baja Identifikasi ANSI/ASTM Diameter Inchi (mm) A307 4), baja karbon rendah Mutu A dan B ¼ s/d 4 (6,35 10,4) A35 5), baja berkekuatan tinggi Tipe 1, dan 3 ½ s/d 1 (1,7-5,40) Beban Leleh 1) Beban Leleh 1) Kekuatan Metode Pengukuran Panjang ) Metode Kekuatan Leleh 3) Tarik Minimum Ksi Ksi (Mpa) Ksi (Mpa) (Mpa) (585) (635) (85) Tipe 1, dan 3 1 ⅛ s/d 1 ½ (8,6 38,1) (510) (560) (75) A449 6), baja berkekuatan ¼ s/d tinggi (6,35 5,4) (585) (635) (85) (catatan: pemakaiannya dibatasi oleh AISC hanya 1 ⅛ s/d 1 ½ untuk baut yang lebih (8,6 38,1) (510) (560) (75) besar dari 1 ½ inchi sea untuk batang berulir dan 1 ¾ s/d baut angkur) (6,35 76,) (380) (400) (60) A490 7), baja paduan yang diberi perlakuan panas ½ s/d 1 ½ (1,7 38,1) 10 (85) Sumber: Struktur Baja Desain Dan Perilaku Jilid 1, Edisi ke-3, Penerbit Erlangga, (895) 150 (1035)

43 II ). Beban Leleh (prof load) dan beban tarik sesungguhnya yang diperoleh dengan mengalikan harga tegangan tertentu dan luas tegangan tarik As; As = 0,7584 [D- (0,9743/n], dengan As = luas tegangan dalam inchi persegi, D = diameter baut nominal dalam inchi dan n = jumlah ulir per inchi. ). Perpanjangan 0,5 % akibat beban 3). Nilai pada regangan tetap 0, % 4). ANSI/ASTM A ). ANSI/ASTM A35 78a 6). ANSI/ASTM A449 78a 7). ANSI/ASTM A490 78

44 II - 0 Baut kekuatan tinggi dikencangkan (tightened) untuk menimbulkan tegangan tarik yang ditetapkan pada baut sehingga terjadi gaya jepit (klem/clamping force) pada sambungan. Oleh karena itu, pemindahan beban kerja yang sesungguhnya pada sambungan terjadi akibat adanya gesekan (friksi) pada potongan yang disambung. Sambungan dengan baut kekuatan tinggi dapat direncanakan sebagai tipe geser (friction type), bila daya tahan gelincir yang tinggi tidak dibutuhkan. Selain baut kekuatan tinggi, juga ada jenis baut yang lain masih di gunakan sebagai alat penyambung. Adapun jenis baut yang dimaksud antara lain: a) Baut Hitam Baut ini dimuat dari baja karbon rendah yang diidentifikasi sebagai ASTM A307 dan merupakan jenis baut yang paling murah. Namun baut ini belum tentu menghasilkan sambungan yang paling murah, karena banyaknya jumlah baut yang dibutuhkan pada suatu sambungan. Pemakaiannya terutama pada struktur yang ringan, batang skunder atau pengaku, anjungan (platform), jalan haluan (catwalk), gording, rusuk dinding, rangka batang yang kecil dan lain-lain yang bebannya kecil dan bersifat statis. Baut ini juga dipakai sebagai alat penyambung sementara pada sambungan yang menggunakan baut kekuatan tinggi, paku keling atau las. Baut hitam (yang tidak dihaluskan) kadang-kadang disebut baut biasa, baut mesin atau baut kasar, serta kepala dan murnya dapat berbentuk bujur sangkar. b) Baut Sekrup (Turned Bolt) Baut yang secara praktis sudah ditinggalkan ini dibuat dengan mesin dari bahan berbentuk segi enam dengan toleransi yang lebih kecil (sekitar 1/50 inchi) bila dibandingkan baut hitam. Jenis baut ini terutama digunakan bila sambungan

45 II - 1 memerlukan baut yang pas dengan lubang yang dibor. Kadang-kadang baut ini bermanfaat dalam mensejajarkan peralatan mesin dan batang struktural yang posisinya harus akurat. Pada saat ini baut sekrup jarang sekali digunakan pada sambungan struktural, karena baut kekuatan tinggi lebih baik dan lebih murah. c) Baut Bersisip (Ribbed Bolt) Baut ini terbuat dari baja paku keling biasa dan berkepala bundar dengan tonjolan sirip-sirip yang sejajar tangkainya. Baut bersirip telah lama dipakai sebagai alternatif dari paku keling. Diameter yang sesungguhnya pada baut bersirip dengan ukuran tertentu sedikit lebih besar dari lubang tempat baut tersebut. Dalam pemasangan baut bersirip baut memotong tepi keliling lubang sehingga diperoleh cengkraman yang relatif erat. Jenis baut ini terutama bermanfaat pada sambungan tumpu (bearing) dan pada sambungan yang mengalami tegangan berganti (bolak-balik). Variasi moderen dari baut bersirip adalah baut dengan tangkai bergigi (interference-body bolt) pada Gambar.16, yang terbuat dari baja baut A35. sebagai pengganti sirip longitudinal, baut ini memiliki gerigi keliling dan sirip sejajar tangkainya. Karena gerigi sekeliling tangkai memotong sirip sejajar, baut ini kadang-kadang disebut bersirip terputus (interrupted-rib). Baut kekuatan tinggi A35 dengan tangkai bergerigi yang sekarang juga sukar dimasukkan ke lubang yang melalui sejumlah plat, namun baut ini digunakan bila hendak memperoleh baut yang bercengkraman erat pada lubangnya. Selain itu pada saat pengencangan mur, kepala baut tidak perlu dipegang seperti yang umumnya dilakukan pada baut A35 biasa yang polos.

46 II - Dari hasil penyelidikan, apabila dalam satu baris dipakai lebih dari 6 baut maka baut yang paling akhir memikul 65% beban yang diterima sambungan. Penyelidikan dari Hertwig dan Petermann menyatakan bila jumlah baut dalam satu baris maksimum 5 buah baut, maka perencanaan sambungan dengan asumsi setiap baut dapat menerima beban sama besar dapat diterima. Dari penyelidikan di laboratorium terhadap baut mutu tinggi diperoleh grafik hubungan tegangan baut terhadap perpanjangan batang baut, dapat dilihat pada Gambar.17 dibawah ini. Baut yang digunakan adalah baut A35. Gambar.17 Hubungan antara tegangan tarik dengan perpanjangan batang baut (Sumber: Andry Anta Kesuma, Tugas Akhir Analisis Kekakuan Sambungan Portal Baja, 004) Harga proof load (beban tarik awal) N 0 dapat dihitung dengan persamaan: N 0 = 0.75 x σ e x Ae Dimana: Ae = Luas efektif baut, yakni luas pada bagian yang berulir σ e = Tegangan Leleh Baut

47 II - 3 Adapun defenisi harga proof load pada baut mutu tinggi adalah tegangan yang diberikan pada baut mutu tinggi pada waktu pemasangan baut. Untuk mendapatkan perencanaan yang efektif, hendaklah dipakai baut dengan kekuatan tarik minimum (tensile strength) 8000 kg/cm dan faktor geser minimum 0,35. bila baut mutu tinggi pada pemasangan mengalami over strained, maka baut tersebut harus diganti dengan baut mutu tinggi yang baru. Untuk baut mutu tinggi tipe geser kekuatan sebuah baut terhadap geser dihitung dengan persamaan: Ng = (F/φ).n.N 0 (.1) Kekuatan sebuah baut terhadap gaya aksial tarik dihitung dengan persamaan: Untuk beban statis : Nt = 0,6. N 0 (.) Untuk beban bolak-balik : Nt = 0,5. N 0 (.3) Kekuatan terdapat kombinasi pembebanan tarik dan geser, maka Ng = (F/φ).n.(N 0-1,7 T). (.4) Dimana: F = Faktor geser permukaan Φ = Faktor keamanan = 1,4 N 0 = Pembebanan tarik awal (proof load) n T = Jumlah bidang geser = Gaya aksial tarik yang bekerja

48 II - 4 Tabel.4 Harga faktor geser permukaan Keadaan Permukaan F Bersih Digalvanis Dicat Berkarat, dengan karat lepas dihilangkan Disemprotkan pasir (saud blasted) 0,35 0,16 0,6 0,07 0,10 0,45 0,70 0,40 0,70 Sumber: Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia (PPBBI) 1983 Untuk baut mutu tinggi tipe tumpu, tegangan-tegangan yang diijinkan dalam menghitung kekuatan baut adalah: Tegangan geser yang diijinkan: τ = 0,6.σ Tegangan tarik yang diijinkan: τ = 0,7.σ Tegangan tumpu yang diijinkan: Untuk s 1.d, Untuk 1,5 d s 1.d, σ tu = 1,5 σ σ tu = 1, σ Untuk persamaan tegangan geser dan tegangan tarik menggunakan tegangan dasar bahan baut dan untuk persamaan tegangan tumpu menggunakan tegangan dasar yang terkecil antara bahan baut dengan bahan batang yang akan disambung. Pada waktu pemasangan baut, ring harus dipasang pada bagian bawah kepala baut dan bagian bawah mur.

49 II - 5 II.3.3. Las Proses pengelasan adalah proses penyambungan bahan yang menghasilkan peleburan bahan yang menghasilkan peleburan bahan dengan memanasinya hingga suhu yang tepat dengan atau tanpa pemberian tekanan dan dengan atau tanpa pemakaian bahan pengisi. Energi pembangkit panas dapat dibedakan menurut sumbernya: listrik, kimiawi, optis, mekanis dan bahan semi konduktor. Panas digunakan untuk mencairkan logam dasar dan bahan pengisi agar terjadi aliran bahan (terjadi peleburan). Selain itu panas dipakai untuk menaikkan daktilitas (ductility) sehingga aliran plastis dapat terjadi walaupun jika bahan tidak mencair. Lebih jauh lagi pemanasan membantu menghilangkan kotoran pada bahan. Proses pengelasan yang paling umum terutama untuk mengelas baja struktural memakai energi listrik sebagai sumber panas, yang paling banyak digunakan adalah busur listrik (nyala). Busur nyala adalah pancaran arus listrik yang relatif besar antara elektroda dan bahan dasar yang dialirkan melalui kolom gas ion hasil pemanasan, kolom gas ini disebut plasma. Pada pengelasan busur nyala, peleburan terjadi akibat aliran bahan yang melintasi busur dengan tanpa diberi tekanan. Proses lain yang jarang dipakai untuk struktur baja menggunakan sumber energi yang lain dan beberapa proses ini menggunakan tekanan tanpa memandang ada atau tidak adanya pencairan bahan. Pelekatan (bonding) dapat juga terjadi akibat difusi. Dalam proses difusi partikel seperti atom di sekitar pertemuan saling bercampur dan bahan dasar tidak mencair. Beberapa proses pengelasan dipakai khusus untuk logam dan ketebalan tertentu. Pembahasan dalam bagian ini ditekankan pada proses yang digunakan dalam pengelasan baja karbon dan baja paduan rendah untuk gedung dan jembatan. Pengelasan

50 II - 6 busur nyala merupakan kategori proses yang terutama dibahas, untuk profil baja ringan (light gage) pengelasan yang digunakan adalah tahanan listrik. Kebanyakan baja konstruksi dalam spesifikasi ASTM dapat dilas tanpa prosedur khusus atau perlakuan khusus. Kemampuan dilas (weldability) dari baja adalah ukuran kemudahan menghasilkan sambungan struktural yang teguh tanpa retak. Beberapa baja struktural lebih sesuai dilas daripada yang lain. Prosedur pengelasan sebaiknya didasarkan pada kimiawi baja, bukan pada kandungan paduan maksimum yang ditetapkan. Karena kebanyakan hasil pabrik berada dibawah dalam batas ini, sedang baja yang berkekuatan lebih tinggi dapat melampaui analisa ideal yang ditunjukkan dalam Tabel.5 Tabel.5 Analisa kimia ideal dari baja karbon untuk Kemampuan Dilas yang Baik. Unsur Batas Nominal (%) Persen yang Memerlukan Pelakuan Khusus Karbon Mangan Silikon Sulfur Fosfor maks maks maks Dalam pekerjaan konstruksi, ada empat tipe pengelasan yakni: Groove, fillet, slot dan plug seperti terlihat dalam Gambar.18 dibawah ini. Masing-masing tipe las memiliki kelebihannya sendiri yang menentukan rentang penggunaannya. Secara kasar keempat tipe tersebut mewakili persentase konstruksi las berikut ini: las groove (las