2- ELEMEN STRUKTUR KOMPOSIT Pendahuluan Elemen struktur komposit merupakan struktur yang terdiri dari 2 material atau lebih dengan sifat bahan yang berbeda dan membentuk satu kesatuan sehingga menghasilkan sifat gabungan yang lebih baik. Komposit baja dengan beton didasarkan pada pemikiran bahwa beton mempenyai perilaku yang menguntungkan ketika menerima beban tekan dan perilaku yang kurang menguntungkan ketika menerima beban tarik. Sedangkan baja mempunyai kemampuan bahan yang sama baik untuk beban tarik dan tekan tetapi harus diwaspadai terhadap bahaya tekuk ketika menerima beban tekan. Elemen strukrut komposit yang menerima beban lentur disebut dengan balok komposit. Elemen struktur komposit yang menerima beban tekan, atau tekan dan lentur disebut dengan kolom komposit. 1
Contoh Balok Komposit : 2
Contoh Kolom Komposit : 3
Elemen struktur komposit dapat menahan beban sekitar 33% - 50% lebih besar daripada beban yang dapat dipikul oleh balok baja saja. Perilaku komposit hanya akan terjadi jika potensi terjadinya slip antara baja dan beton dapat dicegah. Hal ini dapat diatasi dengan memasang penghubung geser (shear connector). 4
Lebar Efektif Balok Komposit Lebar efektif diambil nilai terkecil dari kedua syarat tersebut. 5
Analisis Elastis 6
7
8
Tegangan lentur dalam balok homogen dapat dihitung dengan rumus : dimana Balok komposit adalah balok non homogen, oleh karena itu rumus tersebut tidak bisa langsung digunakan. Penampang Elemen beton harus ditransformasikan terlebih dulu. Jika pelat beton dihubungkan secara kaku terhadap profil baja, maka diagram regangan akan mempunyai bentuk seperti pada gambar dibawah : 9
e c = e s atau atau atau Untuk beton normal Dimana : E c = modulus elastisitas beton f c = kuat tekan beton umur 28 hari (Mpa) E s = modulus elastisitas baja M = momen lentur yang harus dipikul e c = regangan beton I tr = momen inersia terhadap sumbu netral e s = regangan baja y t = jarak sumbu netral ke serat atas profil baja f c = tegangan beton y b = jarak sumbu netral ke serat bawah profil f s = tegangan baja n = Es / Ec = rasio modulus w = berat jenis beton (2400 kg/m3) 10
Untuk mentransformasikan luas beton, A c, maka lebar efektif pelat beton dapat dibagi dengan n, sedangkan tebal beton tidak perlu diubah. Prosedur ini hanya tepat/efektif untuk pembebanan dimana elemen beton mengalami gaya tekan karena kemampuan tarik beton sangat kecil. Contoh : Hitunglah momen inersia (I) dan modulus penampang (S) untuk penampang komposit berikut ini, jika diketahui mutu beton pelat adalah fc = 25 MPa dan jarak antar profil baja 300 cm serta tebal pelat 12 cm 11
Jawab : Lebar efektif : b eff = L/4 = 600/4 = 150 cm (menentukan) b eff = b 0 = 300 cm Nilai n : Ec = 4700 fc = 4.700 x 25 = 23.500 MPa Es = 200.000 MPa n = Es/Ec = 200.000/23.500 = 8,51 8 Pelat beton ditransformasikan ke penampang baja : b eff / n = 150 / 8 = 18,75 cm Menentukan letak garis netral beton : Ac = 18,75. 12 = 225 cm 2 yc = 6 cm Ac. yc = 225. 6 = 1.350 cm 3 baja : As = 119,8 cm 2 ys = 27 cm As. ys = 119,8. 27 = 3.234,6 cm 3 12
= (1.350 + 3.234,6)/(225 + 119,8) = 13,2964 cm Menentukan momen inersia beton : Ic = 1/12. B. H 3 = 2.700 cm 4 baja : Is = 20.400 cm 4 dc = 13,2964 6 = 7,2964 cm ds = 28,7036 15 = 13,7036 cm = 2.700 + 225. 7,2964 2 + 119,8 + 20.400. 13,7036 2 = 57.575,50754 cm 4 13
Menentukan modulus penampang beton : Sc = 57.575,50754 / 13,2964 = 4.330,1576 cm 3 baja : Ssa = 57.575,50754 / (13,2964 12) = 44.411,8386 cm 3 Ssb = 57.575,50754 / 28,7036 = 2.005,8636 cm 3 Kekuatan Struktur Selama Pelaksanaan Metode pelaksanaan struktur komposit secara umum dapat dibedakan berdasarkan ada atau tidaknya tumpuan sementara (perancah) Jika tumpuan sementara tidak digunakan (unshored) maka profil baja akan berperilaku sebagai penumpu dari bekisting pelat beton selama beton belum mengeras. Dalam tahap ini balok baja harus mampu memikul beban-beban yang meliputi berat sendiri, berat bekisting pelat, serta berat beton yang masih belum mengeras. Setelah pelat beton mengeras maka aksi komposit akan mulai bekerja sehingga semua beban akan dipikul oleh struktur komposit. 14
Sistem pelaksanaan yang lain adalah dengan menggunakan tumpuan sementara (shored) selama beton belum mengeras. Tumpuan sementara ini akan memikul berat dari profil baja, bekisting pelat, dan beton yang belum mengeras. Dengan digunakannya tumpuan sementara akan mengurangi tegangan yang timbul pada profil baja selama proses konstruksi. 15
Kuat Lentur Nominal (Analisis Plastis) 16
Kuat Lentur Nominal Momen Positif Pada kondisi ini kekuatan lentur batas penampang ditentukan oleh terjadinya leleh pertama. 17
18
beton 19
beton 20
21
Kuat Lentur Nominal Momen Negatif 22
b eff A sr t T s T sr d d1 g.n regangan g.n profil baja d d2 C s d3 T sr = A sr. f yr C maks = A s. f y (gaya tekan di seluruh penampang profil baja) Karena luas penampang profil baja jauh lebih besar dibandingkan luas tulangan, maka : C maks > T sr, sehingga garis netral plastis akan jatuh pada profil baja. H = 0 T sr + T s = C maks - T s T s = (C maks T sr )/2 M n = T sr. (d1+d2) + T s. d2 M n = C s. (d1+d2) + T s. d1 M n = C s. d2 + T sr. d1 atau atau 23
24
Perhitungan kuat geser dapat dilihat pada perencanaan geser balok girder 25
Penghubung Geser (Shear Connector) 26
V h V h 27
28
29
30
31
32
V N Q h n 33
1. Selimut lateral minimum = 25 mm, kecuali ada dek baja 2. Diameter maksimum = 2,5 x tebal flens profil baja 3. Jarak longitudinal minimum = 6 x diameter penghubung geser 4. Jarak longitudinal maksimum = 8 x tebal pelat beton 5. Jarak minimum dalam arah tegak lurus sumbu longitudinal = 4 x diameter 6. Jika digunakan dek baja gelombang, jarak minimum penghubung geser dapat diperkecil menjadi 4 x diameter 34
Dek Baja Gelombang 1. Tinggi maksimum dek baja, h r < 75 mm 2. Lebar rata2 minimum gelombang dek, wr > 50 mm, tidak boleh lebih besar dari lebar bersih minimum pada tepi atas dek baja 3. Tebal pelat minimum diukur dari tepi atas dek baja = 50 mm 4. Diameter maksimum stud yang dipakai = 20 mm, dan dilas langsung pada flens 5. Tinggi minimum stud diukur dari sisi dek baja paling atas = 40 mm 35
36
37
38
Kolom Komposit Luas penampang baja 4% luas penampang komposit total A s 4% A g Kolom baja berselubung beton harus diberi tulangan longitudinal dan tulangan lateral minimum sebesar 0,18 mm 2 /mm spasi tulangan Beton: 21 MPa f c 55 MPa Baja dan baja tulangan : f y 380 MPa (untuk perhitungan) 39
40
41
42
Jari-jari girasi kolom komposit diambil lebih besar daripada jari-jari girasi profil baja dan kolom beton. Pendekatan yang konservatif adalah dengan menggunakan jari-jari girasi yang terbesar antara profil baja dan kolom beton, yang dapat diambil sebesar 0,3 kali dimensi dalam bidang tekuk r m = r > 0,3. b Dengan : r = jari-jari girasi profil baja dalam bidang tekuk b = dimensi terluar kolom beton dalam bidang tekuk 43
44