ELVANZARI HASDIANA HASAN

TEKUK PROFIL BAJA SIKU SAMA SISI DAN TIDAK SAMA SISI ( TEORI DAN EKSPERIMENTAL ) TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : ELVANZARI HASDIANA HASAN 11 0404 080 BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

ABSTRAK Pada konstruksi baja permasalahan yang sangat penting adalah mengenai stabilitas, dikarenakan komponen struktur baja rentan terhadap tekuk akibat pembebanan yang melebihi kapasitasnya sehingga terjadi ketidakstabilan pada struktur baja. 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 siku sama sisi dan tidak sama sisi. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan gambaran tentang uji tekuk pada benda uji, menentukan berapa nilai beban kritis (P kr ) dan deformasi lendutan yang terjadi pada benda uji, membandingkan beban kritis (P kr ) dan deformasi lendutan yang terjadi pada benda uji dari hasil pengujian, perhitungan analitis, dan perhitungan dengan program SAP2000, dan mengetahui sudut putar pada benda uji dari hasil perhitungan analitis dan perhitungan dengan program SAP2000. Pada penelitian ini, dilakukan pengujian pada profil baja siku sama sisi yang memiliki dimensi 70. 70. 7 mm dan untuk profil baja siku tidak sama sisi memiliki dimensi 75. 100. 9 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 siku sama sisi, yaitu P kr = 6000 kg dan untuk sampel II diperoleh P kr = 7000 kg. Sedangkan, hasil yang diperoleh secara perhitungan analitis yaitu P kr = 5558,784 kg dan perhitungan dengan program SAP2000 yaitu P kr = 5687,7 kg. Adapun hasil yang diperoleh secara pengujian untuk sampel I profil baja siku tidak sama sisi, yaitu P kr = 14000 kg dan untuk sampel II diperoleh P kr = 13000 kg. Sedangkan, hasil yang diperoleh secara perhitungan analitis yaitu P kr = 11938,752 kg dan perhitungan dengan program SAP2000 yaitu P kr = 13117,386 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 siku sama sisi, profil baja siku tidak sama sisi, deformasi lendutan, SAP2000. i

KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas rahmat dan hidayah- Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam bagi Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan teladan dalam menjalankan aktifitas sehari-hari, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Penulisan Tugas Akhir yang berjudul Tekuk Profil Baja Siku Sama Sisi dan Tidak Sama Sisi ( Teori dan Eksperimental ) ini dimaksudkan untuk melengkapi persyaratan dalam menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil. Dengan rendah hati penulis mohon maaf jika dalam penulisan tugas akhir ini masih terdapat kekurangan dalam penulisan maupun perhitungan. Penulis juga sangat mengharapkan saran dan kritik dari para pembaca dalam penyempurnaan tugas akhir ini. Penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih banyak kepada : 1. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah sabar memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 3. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil. 4. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik yang telah memberikan ilmunya kepada ii

penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 5. Bapak Dr. Ing. Hotma Panggabean, yang telah meminjamkan alat Hydraulic Jack untuk penelitian penulis. 6. Orang tua penulis, Alm. Drs. H. Hasan Basri Tambusay dan Ibu Dra. Hj. Eldiana Hanum yang selalu memberikan doa, kasih sayang, dukungan dan materi yang tiada hentinya sehingga penulis terus termotivasi untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 7. Kedua abang penulis, Elhazri Hasdian, ST, MM dan Elhamdi Hasdian, ST, MT yang juga selalu memberikan doa, kasih sayang, dukungan dan materi yang tiada hentinya. 8. Kedua kakak ipar penulis, Ririn Setyorini, SE, MM dan Henny Sahara, ST yang juga selalu memberikan dukungan baik moril maupun materi serta doa yang tak hentinya. 9. Abangnda Immanuel Panggabean, ST, MT, yang telah membantu dan mengajarkan teori yang berkaitan dengan Tugas Akhir ini. 10. Kepada pegawai administrasi dan seluruh pegawai Departemen Teknik Sipil USU lainnya. 11. Seluruh angkatan 2011, khususnya Dwi, Tere, Nurul, Shinta, Mien, Stephany, Immaniar, Irene, Reza Kurniawan, Adriansyah, Jeriko, Eki, Aldo, Yandi, Fahmi, Hanafi, Zulfuadi, Manna, Silvi, dan lain-lain yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu. 12. Asisten Laboratorium Struktur, Bang Michael Tambunan, Bang Steven iii

Rajagukguk dan Bang Ricky Simatupang yang telah banyak membantu penulis dalam pengadaan alat dan pelaksanaan uji laboratorium. 13. Abang-abang dan kakak-kakak senior angkatan 2008, 2009, 2010 serta adik-adik junior yang selalu memberi dukungan dan semangat yang luar biasa. 14. Seluruh pihak yang telah mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan rekan mahasiswa demi penyempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih. Penulis berharap semoga laporan tugas akhir ini bermanfaat bagi para pembaca. Medan, Agustus 2015 Penulis Elvanzari Hasdiana Hasan 11 0404 080 iv

DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR NOTASI... i ii v ix xi xv BAB I PENDAHULUAN... 1 1. 1 Umum... 1 1. 2 Latar Belakang... 4 1. 3 Perumusan Masalah... 5 1. 4 Tujuan Penelitian... 5 1. 5 Manfaat Penelitian... 5 1. 6 Pembatasan Masalah... 6 1. 7 Mekanisme Pengujian... 6 1. 8 Metodologi Penelitian... 8 1. 9 Sistematika Penulisan... 9 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 10 2. 1 Teori Tekuk... 10 2. 1. 1 Latar Belakang... 10 2. 1. 2 Keruntuhan Batang Tekan... 13 2. 1. 3 Tegangan Residu... 14 2. 1. 4 Kelangsingan Batang Tekan (λ)... 15 2. 1. 5 Angka Kelangsingan (λ batas )... 15 2. 1. 6 Stabilitas dari Struktur Kolom... 18 2. 2 Sifat Bahan Baja... 20 v

2. 3 Analisa Kolom... 26 2. 3. 1 Kolom Euler... 30 2. 3. 2 Rumus Kolom Euler untuk Berbagai Perletakan... 33 2. 3. 2. 1 Kolom dengan Satu Ujung Terjepit dan yang Lainnya Bebas... 33 2. 3. 2. 2 Kolom dengan Kedua Ujungnya berupa Sendi... 36 2. 3. 2. 3 Kolom dengan Kedua Ujungnya Terjepit... 38 2. 3. 2. 4 Kolom dengan Kedua Ujung Terjepit tetapi Salah Satu dapat Bergeser Arah Lateral... 40 2. 3. 2. 5 Kolom dengan Ujung-ujung Terjepit dan Sendi... 40 2. 4 Panjang Efektif... 44 2. 5 Metode Beda Hingga... 47 2. 5. 1 Pendahuluan... 47 2. 5. 2 Rasio Diferensial... 48 2. 6 Perhitungan Beban Kritis dengan Beda Hingga... 51 2. 6. 1 Pendekatan Pertama n = 2... 53 2. 6. 2 Pendekatan Kedua n = 3... 54 2. 6. 3 Pendekatan Ketiga n = 4... 56 2. 7 Sudut Putar Benda Uji... 59 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 63 3. 1 Jenis Penelitian... 63 3. 2 Lokasi Penelitian... 63 3. 3 Pendimensian Benda Uji... 63 3. 3. 1 Profil Baja Siku Sama Sisi... 64 3. 3. 2 Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 66 3. 4 Pengujian... 68 3. 4. 1 Persiapan Benda Uji... 68 vi

3. 4. 2 Rangka Dudukan Benda Uji... 68 3. 4. 3 Alat Pembebanan Gaya Tekan... 69 3. 4. 4 Alat Pengukur... 70 3. 5 Prosedur Pengujian... 70 3. 6 Perhitungan Analitis dengan Metode Beda Hingga... 72 3. 6. 1 Profil Baja Siku Sama Sisi... 72 3. 6. 2 Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 75 3. 6. 3 Perhitungan Sudut Putar Analitis Profil Baja Siku Sama Sisi... 78 3. 6. 4 Perhitungan Sudut Putar Analitis Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 79 3. 7 Perhitungan Profil Baja Siku Sama Sisi dengan Program SAP2000... 79 3. 7. 1 Perhitungan Beban Kritis... 79 3. 7. 2 Perhitungan Deformasi... 92 3. 8 Perhitungan Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi dengan Program SAP2000... 96 3. 8. 1 Perhitungan Beban Kritis... 96 3. 8. 2 Perhitungan Deformasi... 101 3. 8. 3 Perhitungan Sudut Putar... 103 BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN PENELITIAN... 104 4. 1 Analisis Deformasi Sampel I Profil Baja Siku Sama Sisi... 104 4. 1. 1 Analisis Deformasi dengan Pengujian... 104 4. 1. 2 Analisis Deformasi dengan Perhitungan Analitis. 105 4. 1. 3 Analisis Deformasi Perhitungan dengan Program SAP2000... 106 4. 1. 4 Rekapitulasi Nilai Deformasi... 106 4.2 Analisis Deformasi Sampel II Profil Baja Siku Sama Sisi... 108 4. 2. 1 Analisis Deformasi dengan Pengujian... 108 4. 2. 2 Analisis Deformasi dengan Perhitungan Analitis... 108 4. 2. 3 Analisis Deformasi dengan Perhitungan Program SAP2000... 109 4. 2. 4 Rekapitulasi Nilai Deformasi... 110 4.3 Analisis Deformasi Sampel I vii

Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 111 4. 3. 1 Analisis Deformasi dengan Pengujian... 111 4. 3. 2 Analisis Deformasi dengan Perhittungan Analitis. 113 4. 3. 3 Analisis Deformasi dengan Perhitungan Program SAP2000... 113 4. 3. 4 Rekapitulasi Nilai Deformasi... 114 4. 4 Analisis Deformasi Sampel II Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 116 4. 4. 1 Analisis deformasi dengan Pengujian... 116 4. 4. 2 Analisis Deformasi dengan Perhittungan Analitis. 117 4. 4. 3 Analisis Deformasi dengan Perhitungan Program SAP2000... 118 4. 4. 4 Rekapitulasi Nilai Deformasi... 119 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 124 5. 1 Kesimpulan... 124 5. 2 Saran... 125 DAFTAR PUSTAKA... 126 DAFTAR LAMPIRAN... 127 viii

DAFTAR TABEL No Judul Hal 1. 1 Tekuk Kolom Euler... 3 2. 1 Nilai λ g untuk Bermacam-macam Baja... 17 2. 2 Harga Tegangan Leleh... 25 2. 3 Ringkasan Solusi Beda Hingga untuk Kolom Sendi-sendi... 59 4. 1 Hasil Deformasi Pengujian Sampel I Profil Baja Siku Sama Sisi... 105 4. 2 Hasil Deformasi Perhitungan Analitis Sampel I Profil Baja Siku Sama Sisi... 105 4. 3 Hasil Deformasi Perhitungan dengan Program SAP2000 Sampel I Profil Baja Siku Sama Sisi... 106 4. 4 Rekapitulasi Nilai Deformasi Sampel I Profil Baja Siku Sama Sisi... 106 4. 5 Hasil Deformasi dengan Pengujian Sampel II Profil Baja Siku Sama Sisi... 108 4. 6 Hasil Deformasi Perhitungan Analitis Sampel II Profil Baja Siku Sama Sisi... 109 4. 7 Hasil Deformasi Perhitungan dengan Program SAP2000 Sampel II Profil Baja Siku Sama Sisi... 110 4. 8 Rekapitulasi Nilai Deformasi Sampel II Profil Baja Siku Sama Sisi... 110 4. 9 Hasil Deformasi Pengujian Sampel I Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 112 4. 10 Hasil Deformasi Perhitungan Analitis Sampel I Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 113 4. 11 Hasil Deformasi Perhitungan dengan Program SAP2000 Sampel I Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 114 4. 12 Rekapitulasi Nilai Deformasi Sampel I Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 115 ix

4. 13 Hasil Deformasi Pengujian Sampel II Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 117 4. 14 Hasil Deformasi Perhitungan Analitis Sampel II Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 118 4. 15 Hasil Deformasi Perhitungan dengan Program SAP2000 Sampel II Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 119 4. 16 Rekapitulasi Nilai Deformasi Sampel I Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 119 4. 17 Hasil Perbandingan Beban Kritis (P kr ) Pengujian, Perhitungan Analitis, dan Perhitungan SAP2000 Sampel I Profil Baja Siku Sama Sisi... 121 4. 18 Hasil Perbandingan Beban Kritis (P kr ) Pengujian, Perhitungan Analitis, dan Perhitungan SAP2000 Sampel II Profil Baja Siku Sama Sisi... 122 4. 19 Hasil Perbandingan Beban Kritis (P kr ) Pengujian, Perhitungan Analitis, dan Perhitungan SAP2000 Sampel I Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 122 4. 20 Hasil Perbandingan Beban Kritis (P kr ) Pengujian, Perhitungan Analitis, dan Perhitungan SAP2000 Sampel II Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 123 4. 21 Hasil Perbandingan Sudut Putar (θ) Perhitungan Analitis dengan Perhitungan SAP2000 Profil Baja Siku Sama Sisi... 123 4. 22 Hasil Perbandingan Sudut Putar (θ) Perhitungan Analitis dengan Perhitungan SAP2000 Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 123 x

DAFTAR GAMBAR No Judul Hal 1. 1 Profil Baja Siku Sama Sisi... 7 1. 2 Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 7 1. 3 Bagan Alir Penelitian... 8 2. 1 Batang yang Tertekuk akibat Gaya Aksial... 11 2. 2 Kesetimbangan Stabil... 18 2. 3 Kesetimbangan Netral... 18 2. 4 Kesetimbangan Tidak Stabil... 19 2. 5 Hubungan Tegangan-Regangan untuk Uji Tarik pada Baja Lunak... 23 2. 6 Penentuan Tegangan Leleh... 25 2. 7 Batang Lurus yang Dibebani Gaya Aksial... 26 2. 8 Potongan Batang Sejauh x dari Tumpuan... 27 2. 9 Kolom Terdeformasi... 27 2. 10 Kolom Euler... 31 2. 11 Grafik Kolom Euler... 33 2. 12 Kurva Lendutan Tekuk Sinusoidal dengan Satu Ujung Terjepit dan Lainnya Bebas... 36 2. 13 Kolom dengan Kedua Ujungnya Berupa Sendi... 38 2. 14 Kolom dengan Kedua Ujungnya Terjepit... 39 2. 15 Kolom dengan Kedua Ujung Terjepit tetapi Salah Satu dapat Bergeser Arah Lateral... 40 2. 16 Kolom dengan Ujung-ujung Terjepit dan Sendi... 41 2. 17 Kurva kl... 42 xi

2. 18 Kurva ACB... 44 2. 19 Rasio Diferensial... 49 2. 20 Molekul Komputasi untuk Rasio Diferensial... 51 2. 21 Kolom Sendi-sendi Dibagi Menjadi Segmen yang Sama n... 52 2. 22 Pendekatan dengan n = 2... 53 2. 23 Pendekatan dengan n = 3... 54 2. 24 Pendekatan dengan n = 4... 56 2. 25 Sumbu Utama... 59 2. 26 Lingkaran dengan Salib Sumbu Ix dan Ixy... 61 3. 1 Penampang Profil Baja Siku Sama Sisi... 64 3. 2 Penampang Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 66 3. 3 Profil Baja Siku Sama Sisi... 68 3. 4 Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 68 3. 5 Rangka Dudukan Benda Uji... 69 3. 6 Mekanisme Pengujian... 72 3. 7 Model Batang Tekan... 80 3. 8 Menetapkan Unit Satuan dan Pola Bentuk Struktur yang Tersedia... 80 3. 9 Menetapkan Ukuran Grid Bantu... 81 3. 10 Pemodelan Sebelum Dimodifikasi... 81 3. 11 Pemodelan pada X-Z Plane... 82 3. 12 Data Material... 82 3. 13 Properti Penampang... 83 3. 14 Data Frame Sections... 84 xii

3. 15 Data Detail Frame Sections Profil Baja Siku Sama Sisi... 84 3. 16 Penggambaran Frame Sections... 85 3. 17 Pemecahan Elemen... 85 3. 18 Pemecahan Elemen Menjadi Delapan Elemen... 86 3. 19 Pemberian Tumpuan... 86 3. 20 Pemberian Tumpuan (Sendi-Rol)... 86 3. 21 Berat Sendiri Diabaikan (Self Weight Multiplier = 0)... 87 3. 22 Penempatan Beban Nodal Ketiga dari Kiri pada Profil Baja Siku Sama Sisi... 88 3. 23 Penempatan dan Arah Beban Nodal Ketiga dari Kiri pada Profil Baja Siku Sama Sisi... 88 3. 24 Penempatan dan Arah Beban Nodal Profil Baja Siku Sama Sisi... 88 3. 25 Diagram Gaya Normal Profil Baja Siku Sama Sisi... 89 3. 26 Jendela Load Case Data-Linear Static... 89 3. 27 Parameter untuk Analisis Tekuk... 90 3. 28 Daftar Analisis yang Siap di Jendela Load Case... 91 3. 29 Jendela Pengendali Siap Proses untuk Buckling... 91 3. 30 Deformasi Tekuk Model-1 pada Profil Baja Siku Sama Sisi... 92 3. 31 Penempatan Beban Nodal dengan P = 1000 kg pada Profil Baja Siku Sama Sisi... 93 3. 32 Penempatan dan Arah Beban Nodal dengan P = 1000 kg pada Profil Baja Siku Sama Sisi... 94 3. 33 Diagram Gaya Normal dengan P = 1000 kg pada Profil Baja Siku Sama Sisi... 94 3. 34 Daftar Analisa yang Siap di Jendela Define Load Case untuk Linear Static... 94 xiii

3. 35 Jendela Pengendali Siap Proses untuk Linear Static... 95 3. 36 Deformasi di Tengah Bentang dengan Beban P = 1000 kg pada Profil Baja Siku Sama Sisi... 95 3. 37 Sudut Putar Profil Baja Siku Sama Sisi... 96 3. 38 Data Frame Sections Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 97 3. 39 Data Detail Frame Sections Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 98 3. 40 Penempatan Beban Nodal di Tumpuan Rol pada Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 99 3. 41 Penempatan dan Arah Beban Nodal di Tumpuan Rol pada Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 99 3. 42 Diagram Gaya Normal pada Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 100 3. 43 Deformasi Tekuk Mode-1 pada Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 101 3. 44 Deformasi di Tengah Bentang dengan Beban P = 1000 kg pada Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 102 3. 45 Sudut Putar Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 103 4. 1 Perletakan Dial pada Profil Baja Siku Sama Sisi... 104 4. 2 Grafik Hubungan Beban dengan Deformasi Sampel I Profil Baja Siku Sama Sisi... 107 4. 3 Grafik Hubungan Beban dengan Deformasi Sampel II Profil Baja Siku Sama Sisi... 111 4. 4 Perletakan Dial pada Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 111 4. 5 Grafik Hubungan Beban dengan Deformasi Sampel I Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 115 4. 6 Grafik Hubungan Beban dengan Deformasi Sampel II Profil Baja Siku Tidak Sama Sisi... 120 xiv

DAFTAR NOTASI A E G I i L L k N P kr σ kr λ ω σ Luas penampang profil Modulus elastisitas bahan Modulus geser Momen Inersia Jari-jari kelembaman Panjang kolom Panjang tekuk Gaya tekan pada batang Beban kritis baja Tegangan rata-rata pada penampang Nilai kelangsingan Faktor tekuk Tegangan izin profil µ Angka poisson α σ 1 δ p θ Koefisien ekspansi Tegangan leleh Deformasi lendutan Phi radian Sudut putar xv